顶尖套数控加工及其夹具设计

摘要

本文是利用数控方面知识对顶尖套进行零件分析，培养调查研究、检索和阅读中外文献资料用AUTO CAD和UG绘图软件绘画出零件图纸二维图和三维图。根据产品的技术资料、生产条件与生产纲领制定零件机械加工工艺流程、刀具卡片、确定数控设备以及所用刀具量具，设计专用夹具以提高生产效率，确定加工切削用量以及编写数控加工程序。

通过对零件图的分析和零件技术要求的分析，拟定了零件的加工方法。对所涉及的顶尖套夹具，从定位方案的选择、夹紧方案的确定、对刀方案的选择、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及加工精度分析，分析了所涉及的导向套夹具。查阅夹具设计相关手册，用CAD、UG绘图工具绘制出夹具装配图；同时，按照中华人民共和国国家标准，画出夹具装配图的零部件。

夹具设计过程中，我首先会收集零件资料和了解零件结构特点，提出设计的任务和明确设计的要求。接着是定位、夹紧方案的设计，要满足要求、工作性能可靠、结构设计可行以及成本低廉。然后是技术设计，在既定设计方案的基础上，完成机械产品的总设计、部件设计、零件设计等。最后是制造和试验出合理的零件夹具，完成毕业设计所要求的任务。

关键词：定位,夹紧,对刀,铣床夹具，数控加工

顶尖套数控加工及夹具设计

0 引言

随着计算机技术的飞速发展，数控机床在我国机械加工行业中得到越来越广泛的应用。它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题，而且提高了加工精度和生产效率，同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新的、更高的要求。为使这些先进的设备更好地发挥作用，必须解决这些问题。

数控加工技术是将普通金属切削加工、计算机数控、计算机辅助制造等技术综合的一门先进加工技术。在以上各个领域进步的推动下，尤其是计算机技术的飞速发展下，数控加工技术正从深度、广度上对机械加工技术进行革命性的变革。数控技术是制造工业现代化的重要基础。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术。

同时夹具也是是制造系统与装备中的一个重要工艺装备。夹具能保证零件的加工精度，提高生产效率，夹具还能扩大机床的工艺范围和减轻工人的劳动强度。随着机械产品更新换代不断加快，多品种小批量生产，对夹具的设计制造有了更高的要求，夹具的设计制造必须具有快速响应产品的变化、能够缩短产品设计制造周期、增加制造系统的柔性、降低成本、提高产品质量等。因此，合理的夹具设计被人们越来越重视。

为了保证加工精度要求，提高生产效率，降低生产成本，所以要设计一个专用夹具，这样就充分发挥车床在孔加工方面的优势，用夹具来保证加工精度。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

1选题背景

1.1背景

题目来源于企业实际加工产品。选题目的在于通过本次毕业实践设计，培养学生综合运用所学知识解决本专业实际生产问题的能力，进一步培养调查研究、检索和阅读中外文献资料、方案选择和比较、理论分析、工装夹具设计和实验研究、计算机应用及写作等方面的能力。使得学生通过本次毕业实践设计，能够独立对中等复杂程度的零件技术要求进行分析，并能根据零件图进行专用工装夹具设计，设计加工工艺，编写数控加工程序。本次毕业实践设可以提高学生综合素质、培养学生认真刻苦的钻研精神和严格细致的工作作风。

1.2 零件图纸分析

车床尾座上的套筒，如图1.1所示。该零件加工完成需要经过数控车床、磨床及铣床的加工，必须采取专用设计铣床夹具才能达到图纸技术要求。由于考虑到材料是45号钢，毛坯采用锻件。

图1.1 顶尖套零件

该零件在车床上加工外圆柱面、内圆锥面莫氏4号、内孔面，完成零件所需图纸要求的硬度、其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求，必须采用热处理及在磨床上进行精密磨削。然后在数控铣床上采用专用夹具大批量的生产双工位来加工键槽12H11和油槽R3。

1.3 零件的技术要求分析

阅读分析图样，车床尾座套筒,主要技术要求如下:

（1）键槽12H11mm对Φ70.8h6mm外圆轴线的对称度公差0.10mm，平行度公差0.08mm。

（2）锥孔涂色检查其接触面积应大于75%。

（3）热处理：调质处理250HBW，局部外圆及锥孔淬火45-50HRC。

零件技术要求是调质HRC25-28和锥面高频淬火HRC45-50（淬火深度0.2MM）。生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为“调质”。调质钢与正火钢相比，不仅强度较高，而且塑性、韧性远比后者，这是由于调质后钢的组织是回火索氏体，其渗碳体呈球粒状，而正火的索氏体中渗碳体呈薄片状，因此，重要零件均应采用调质处理。仅对工件表面层进行淬火的工艺称为表面淬火。在机械设备中，有许多零件是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。为满足这类零件的性能要求，就要进行表面热处理。根据零件的二维图，用UG4.0对零件进行三维建模，零件三维视图如图所示。

2 零件的加工工艺过程的分析

2.1 零件的工艺分析

工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精

度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。

该零件的外形结构是圆柱体、内孔及莫氏4号锥孔，因此可以放在车床上来加工零件的第一部分，然后则通过专用夹具在铣床上来加工键槽和油槽。首先夹住零件的一端，在车床上切削出直径为Φ70.8h6mm，在车床上进行打孔，先用钻头在零件上15mm通孔，然后用镗刀进行镗孔，最后再用铰刀把孔铰到规定尺寸。然后掉头加工零件另一端，车出端面保证长度为342±0.10mm的圆柱体及莫氏4号锥孔，然后将工件放在专用夹具上，用弧形压板压住加工宽12H11mm键槽和R3的油槽，并且保证键槽12H11mm对Φ70.8h6mm外圆轴线的对称度公差0.10mm，平行度公差0.08mm。最后在磨床上进行精密磨削。该零件的要求精度要高，因此要设计一个专用夹具，以保证零件在加工过程中能够达到所规定的要求。

通过上述分析，采用以下几点工艺措施。

（1）对图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取平均值，而取基本尺寸即可。

（2）左右端面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将左右端面车出来。

（3）内孔尺寸较小，加工左端莫氏4号锥孔及右端内孔时需掉头装夹。

2.2 拟定工艺路线

锻造-热处理(正火)-车削加工零件右端钻孔-车削加工零件右端钻通孔-热处理（调质处理）-半精车左右两端面、内孔及锥孔-精车左右两端面、内孔及锥孔-划线-在数控铣床上使用专用夹具铣键槽和油槽-热处理