1、摘 要本文是利用數控方面學問對頂尖套進行零件分析，培育調查探討、檢索和閱讀中外文獻資料用AUTO CAD和UG繪圖軟件繪畫出零件圖紙二維圖和三維圖。依據產品的技術資料、生產條件和生產綱領制定零件機械加工工藝流程、刀具卡片、確定數控設備以及所用刀具量具，設計專用夾具以提高生產效率，確定加工切削用量以及編寫數控加工程序 。通過對零件圖的分析和零件技術要求的分析，擬定了零件的加工方法。對所涉及的頂尖套夾具，從定位方案的選擇、夾緊方案的確定、對刀方案的選擇、夾具體和定位鍵、夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求以及加工精度分析，分析了所涉及的導向套夾具。查閱夾具設計相關手冊，用CAD、UG繪圖工具繪制出夾具

2、裝配圖；同時，依據中華人民共和國國家標準，畫出夾具裝配圖的零部件。夾具設計過程中，我首先會收集零件資料和了解零件結構特點，提出設計的任務和明確設計的要求。接著是定位、夾緊方案的設計，要滿意要求、工作性能牢靠、結構設計可行以及成本低廉。然后是技術設計，在既定設計方案的基礎上，完成機械產品的總設計、部件設計、零件設計等。最終是制造和試驗出合理的零件夾具，完成畢業設計所要求的任務。關鍵詞：定位,夾緊,對刀,銑床夾具 ，數控加工頂尖套數控加工及夾具設計 0 引言隨著計算機技術的飛速發展，數控機床在我國機械加工行業中得到越來越廣泛的應用。它不僅解決了一般機床難以解決的很多加工難題，而且提高了加工精度和生

3、產效率，同時也對加工工藝和刀具設計提出了很多新的、更高的要求。為使這些先進的設備更好地發揮作用，必需解決這些問題。數控加工技術是將一般金屬切削加工、計算機數控、計算機協助制造等技術綜合的一門先進加工技術。在以上各個領域進步的推動下，尤其是計算機技術的飛速發展下，數控加工技術正從深度、廣度上對機械加工技術進行革命性的變革。數控技術是制造工業現代化的重要基礎。因此，世界上各工業發達國家均實行重大措施來發展自己的數控技術。同時夾具也是是制造系統和裝備中的一個重要工藝裝備。夾具能保證零件的加工精度，提高生產效率，夾具還能擴大機床的工藝范圍和減輕工人的勞動強度。隨著機械產品更新換代不斷加快，多品種小批量

4、生產，對夾具的設計制造有了更高的要求，夾具的設計制造必需具有快速響應產品的改變、能夠縮短產品設計制造周期、增加制造系統的柔性、降低成本、提高產品質量等。因此，合理的夾具設計被人們越來越重視。為了保證加工精度要求，提高生產效率，降低生產成本，所以要設計一個專用夾具，這樣就充分發揮車床在孔加工方面的優勢，用夾具來保證加工精度。總之，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。1選題背景1.1背景題目來源于企業實際加工產品。選題目的在于通過本次畢業實踐設計，培育學生綜合運用所學學問解決本專業實際生產問題的實力，進一步培育調查探討、檢索和閱

5、讀中外文獻資料、方案選擇和比較、理論分析、工裝夾具設計和試驗探討、計算機應用及寫作等方面的實力。使得學生通過本次畢業實踐設計，能夠獨立對中等困難程度的零件技術要求進行分析，并能依據零件圖進行專用工裝夾具設計，設計加工工藝，編寫數控加工程序。本次畢業實踐設可以提高學生綜合素養、培育學生仔細刻苦的鉆研精神和嚴格細致的工作作風。1.2 零件圖紙分析車床尾座上的套筒，如圖1.1所示。該零件加工完成須要經過數控車床、磨床及銑床的加工，必需實行專用設計銑床夾具才能達到圖紙技術要求。由于考慮到材料是45號鋼，毛坯采納鍛件。圖1.1 頂尖套零件該零件在車床上加工外圓柱面、內圓錐面莫氏4號、內孔面，完成零件所需

6、圖紙要求的硬度、其中多個直徑尺寸和軸向尺寸有較高的尺寸精度和表面粗糙度要求，必需采納熱處理及在磨床上進行精密磨削。然后在數控銑床上采納專用夾具大批量的生產雙工位來加工鍵槽12H11和油槽R3。1.3 零件的技術要求分析閱讀分析圖樣，車床尾座套筒,主要技術要求如下:（1） 鍵槽12H11mm對70.8h6mm外圓軸線的對稱度公差0.10mm，平行度公差0.08mm。（2） 錐孔涂色檢查其接觸面積應大于75%。（3） 熱處理：調質處理250HBW，局部外圓及錐孔淬火45-50HRC。零件技術要求是調質HRC25-28和錐面高頻淬火HRC45-50（淬火深度0.2MM）。生產中常把淬火及高溫回火的復

7、合熱處理工藝稱為“調質”。調質鋼和正火鋼相比，不僅強度較高，而且塑性、韌性遠比后者，這是由于調質后鋼的組織是回火索氏體，其滲碳體呈球粒狀，而正火的索氏體中滲碳體呈薄片狀，因此，重要零件均應采納調質處理。僅對工件表面層進行淬火的工藝稱為表面淬火。在機械設備中，有很多零件是在沖擊載荷及表面摩擦條件下工作的。這類零件表面須具有高硬度和耐磨性，而心部要有足夠的塑性和韌性。為滿意這類零件的性能要求，就要進行表面熱處理。依據零件的二維圖，用UG4.0對零件進行三維建模，零件三維視圖如圖所示。2 零件的加工工藝過程的分析2.1 零件的工藝分析工藝分析的目的，一是審查零件的結構形態及尺寸精度、相互位置精度、表

8、面粗糙度、材料及熱處理等的技術要求是否合理，是否便于加工和裝配；二是通過工藝分析，對零件的工藝要求有進一步的了解，以便制訂出合理的工藝規程。該零件的外形結構是圓柱體、內孔及莫氏4號錐孔，因此可以放在車床上來加工零件的第一部分，然后則通過專用夾具在銑床上來加工鍵槽和油槽。首先夾住零件的一端，在車床上切削出直徑為70.8h6mm，在車床上進行打孔，先用鉆頭在零件上15mm通孔，然后用鏜刀進行鏜孔，最終再用鉸刀把孔鉸到規定尺寸。然后掉頭加工零件另一端，車出端面保證長度為342±0.10mm的圓柱體及莫氏4號錐孔，然后將工件放在專用夾具上，用弧形壓板壓住加工寬12H11mm鍵槽和R3的油槽，

9、并且保證鍵槽12H11mm對70.8h6mm外圓軸線的對稱度公差0.10mm，平行度公差0.08mm。最終在磨床上進行精密磨削。該零件的要求精度要高，因此要設計一個專用夾具，以保證零件在加工過程中能夠達到所規定的要求。通過上述分析，采納以下幾點工藝措施。（1） 對圖樣上帶公差的尺寸，因公差值較小，故編程時不必取平均值，而取基本尺寸即可。（2） 左右端面均為多個尺寸的設計基準，相應工序加工前，應當先將左右端面車出來。（3） 內孔尺寸較小，加工左端莫氏4號錐孔及右端內孔時需掉頭裝夾。2.2 擬定工藝路途鍛造-熱處理(正火)-車削加工零件右端鉆孔-車削加工零件右端鉆通孔-熱處理（調質處理）-半精車左

10、右兩端面、內孔及錐孔-精車左右兩端面、內孔及錐孔-劃線-在數控銑床上運用專用夾具銑鍵槽和油槽-熱處理（高頻淬火）-磨削圓柱面、內孔表面及莫氏4號錐孔。3 數控加工工藝分析 3.1 數控加工內容的確定（1） 在調質處理前進行粗加工，調質處理后進行半精加工和精加工。（2） 應將粗、精加工分開，以削減切削應力對加工精度的影響。（3） 莫氏4號錐孔和右端40mm、25mm孔。應在進行凋質處理前鉆通，這樣有利于加熱和內部組織的轉變，使工件內孔得到較好的處理。依據工藝規程銑雙槽之前，其他表面均已加工好本工序的加工要求是：（1）鍵槽寬12H11由鍵槽銑刀保證。槽兩側對稱平面對70.8h6軸線的對稱度0.10

11、mm，平行度0.08mm。槽深限制尺寸64.8mm，槽長60±0.4mm。（2）油槽半徑R3,由圓弧銑刀保證，其圓心應在70.8的圓柱面上。油槽長170mm。（3）雙槽的對稱平面在同一平面內。由于相同定位、夾緊方式加工或用同一把刀具加工的工序，為了以削減重復定位次數、換刀次數、保持連續加工和削減勞動力的原則，所以該零件的外圓、內孔可以由數控車床和加工中心來加工完成。3.2 數控加工設備的選用 3.2.1 車削選取數控機床型號為是CAK6136 性能特點是配置無級調速主軸、電子手輪、自動潤滑系統、伺服驅動。（1） 床身上最大工件回轉直徑(mm) 360 （2） 刀架上最大工件回轉直徑（

12、非排刀架）(mm) 180（3） 最大工件長度(mm) 750/1000 400(軸類)（4） 最大加工長度(mm) 620/870 300(軸類)（5） 套筒錐孔錐度 莫氏4號3.2.2 銑削選取數控機床型號為是XK714（1） 性能特點是X，Y坐標采納直線滾動導軌，摩擦系數小；Z坐標導軌（2） 采納鑄鐵貼塑滑動導軌，摩擦系數小；保證了機床運動敏捷，剛性好。（3） 精密滾珠絲杠和AC伺服電機直聯傳動。主軸轉速有兩種供選配，切削功率大，可以進行鏜削、銑削、鉆削等加工。采納半封閉罩以及擋屑板防護，快速便利，可依據客戶要求采納全封閉防護罩。其數控系統是FANUC。3.3 加工工序的制訂工序1：下料

13、 75*350mm的熱軋圓鋼工序2： 熱處理正火。工序3：車端面、鉆中心孔、車全部外圓、車階臺孔加工4#莫氏錐孔、倒角工序4：（1）粗銑鍵槽、 粗銑油槽,留加工余量1（2）半精銑鍵槽、 油 槽留加工余量0.6（3）精銑鍵槽、 油槽至圖樣要求,留磨量0.3工序5： 整體淬火45-48HRC加高溫回火工序6： 粗磨外圓、內孔、鍵槽4#莫氏錐孔,留磨量0.4，(1)粗磨 70.8h6到70.18,到兩端面,保證總長342±0.1mm(2)粗磨右端4025到尺寸，保證總長（3）掉頭裝夾，粗磨4#莫工序7：半精磨外圓、全部內孔、4#莫氏錐孔,留磨量0.2工序8：精磨至圖紙要求，保證車床尾座上頂

14、尖套和頂尖的協作間隙0.01-0.015,精磨錐度孔莫氏4號工序9：去毛刺清理工序10：防銹 檢驗合格后入庫。3.4 加工工步制訂工序3的工步（1） 夾75mm外圓,車75mm兩端面，保證尺寸342±0.1m留加工余（2） 粗車外圓70.8h6mm,留加工余量5mm, 長度車至尺寸,倒角（3） 半精車外圓70.8h6mm, 留加工余量0.2-0.3mm,長度車至尺寸,留加工余量0.8（4） 鉆兩端B型中心孔（5） 鉆通孔18mm（6） 擴鉆孔24mm,保證尺寸239mm（7） 精鉸孔至25mm（8） 擴孔39mm,保證尺寸60±0.4（9） 精鉸孔至40mm（10） 倒角2

15、.5*45（11） 精車外圓70.8h6mm, 留磨量0.8（12） 夾外圓70.8h6mm粗車內錐孔（13） 粗磨錐孔,留磨量0.3,裝錐堵（14） 倒角2.5×453.5 進給路途確定在數控機床加工過程中，進給路途的確定是特別重要的。所謂進給路途就是數控機床在加工過程中刀具中心的移動路途。確定進給路途，就是確定刀具的移動路途。進給路途不但包括了工步的內容，而且也反映出工步的依次。進給路途也是編程的依據之一。加工路途的確定首先必需保持被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數值計算簡潔、走刀路途盡量短、效率較高等。它和工件的加工精度和粗糙度干脆相關。此零件由于兩孔加工要求一樣，因此

16、，孔可以用數控加工來完成。 零件的加工路途同樣分為兩個部分，頂尖套外圓的粗加工進給路途和零件的槽、孔等部位可以用干脆進刀法。切削進給路途短，可有效地提高生產效率，降低刀具損耗等。在支配粗加工或半精加工的切削進給路途時，應同時兼顧到被加工零件的剛性及加工的工藝性等要求。3.6 刀具的選擇 在數控機床上所運用的刀具應具有以下特點：刀具有很高的切削效率；數控刀具有很高的精度和重復定位精度，要求刀具有很高的牢靠性和耐用度，實現刀具尺寸的預調和速度換刀，具有一個比較完善的工具系統，建立刀具的管理系統，應有刀具在線監控以及尺寸補償的系統。正90度外圓車刀(刀尖半徑0.4)、32麻花鉆、鏜孔刀、立銑刀、M1

17、2螺紋刀。刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應依據機床的加工實力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整便利，剛性好，耐用度和精度高。在滿意加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。選取刀具時，要使刀具的尺寸和被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常采納立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀。此零件毛胚材料是鑄鐵，可選用硬質合金刀具來完成對零件的加工。具體資料可以查看數控加工刀具卡。3.7 切削用量的確定在切削加工過程中的切削速度、進給量和背吃刀量(切削深度)是完成切削工作具備的三

18、要素,總稱為切削用量三要素： 切削速度vc、 進給量 、背吃刀量(切削深度)ap。 （1）切削速度在進行切削加工時，刀具切削刃上的某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度(m/s或m/min)，用Vc表示。 主運動為旋轉運動時: (3.1) (2.1)1m/s 或 m/min主運動為往復運動時:(3.2) (2.1)1m/s 或 m/min式中 d工件或刀具上某一點的回轉直徑（mm) n工件或刀具的轉速（r/s或r/min)（2）進給速度、進給量和每齒進給量進給速度vf是單位時間的進給量(3.3) (2.1)1(3.3) (2.1)1mm/s或mm/min 進給量是工件或刀具每回轉一周時

19、兩者沿進給運動方向的相對位移，單位是mm/r（毫米/轉）。 對于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進行工作時，還應規定每一個刀齒的進給量fz，即后一個刀齒相對于前一個刀齒的進給量，單位是mm/z(毫米/齒)。（3）背吃刀量對于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。外圓柱表面車削的深度可用下式計算： (3.4) (2.1)1 mm對于鉆孔工作   (3.5) (2.1)1         ap=dm/2  mm  

20、上兩式中 dm已加工表面直徑（mm）dw 待加工表面直徑（mm）4 銑床夾具設計41 定位分析若先銑鍵槽（工位）后銑油槽（工位），按加工要求，工位應限制除x旋轉自由度外的五個自由度，而工位應限制六個自由度。 于是大批生產，為了提高生產率，可在臥式銑床主軸上安裝兩把直徑相等的圓盤銑刀，同時對兩個工件銑鍵槽和油槽，機床每進給一次，即能得到一對雙槽均已加工好的工件。為此，有所示兩種定位方案。（a）頂尖套筒銑雙槽定位方案1（b）頂尖套筒銑雙槽定位方案2圖4.1 定位方案方案1  工件以70.8h6外圓面在兩個相互垂直的平面上定位，端面加圓柱支承銷（圖4.11a）  方案2

21、 方案2  工件以70.8h6外圓面為定位基準，定位元件選取雙V形塊,端面加圓柱銷（限制一個移動自由度），但為了保證雙槽的對稱平面在同一平面內，第II位還須要增設一個定位銷12協作在已銑好的鍵槽內，以限制工件x旋轉自由度。由于鍵槽和油槽的長度不等，要同時進給完畢，需將兩個圓柱支撐銷13、14后錯開112mm（圖4.2）。圖4.2 兩圓柱銷錯開的位置示意圖 比較以上兩種方案，方案1加工尺寸64.8mm的D=0，按2使對稱度的D=0，由于尺寸64.8為自由公差，加工要求低，而對稱度公差較小，故選用方按2較牢靠，從承受切削力角度來看也如此。 圖4.3 定位元件V形塊42 夾緊方案

22、及夾緊裝置的設計  依據夾緊力方向和作用點確定的原則，要使工件在雙V形塊上同時夾緊，必需設計弧形壓板，其弧形的曲率半徑R應大于工件外徑之半（如取R為40mm），使夾緊時壓板和工件外圓面為一段短窄的圓弧面接觸。另外，若工件定位基面和V形快接觸處的法線為P，則夾緊點和工件軸心的連線和鉛錘方向的夾角必需小于45°，負責夾緊就不穩定，小則越穩定牢靠。由于頂尖套較長，須在工件全長上設計兩快塊壓板在兩處同時夾緊的夾緊裝置。4.3 導向對刀方案及夾具總體設計 對刀方案鍵槽銑刀需在兩個方向對刀，故采納直角對刀塊配以5mm塞尺對好銑刀位置后，再按125±0.03距離調整圓弧銑刀的位

23、置。由于兩銑刀的直徑相等，油槽R3深度由工位V形塊定位高度T和工位V形塊的定位高度T之差確定，T-T=3mm，假如考慮V形塊的制造便利，兩個工位的V形塊定位高度也可制造的相等（即T=T）， 但此時要保證油槽深度就要采納兩把直徑相等6mm的圓盤銑刀來加工了。    設計V形塊的定位高度T對刀塊的兩工作面必需和V形塊的定位心軸線平行。圖4.4 直角對刀塊 夾具體及其在機床的安裝當進行夾具整體結構設計時，在滿意銑切加工要求的前提下應盡量使各種裝置地緊湊些；為了提高銑床夾具在機床上安裝的穩固性，應盡量降低夾具的重心，并防止變形和振動，依據有關標準設計耳座；夾具體的高寬比應限制在H/

24、B11.25范圍內 4.4 夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求  夾具總圖上的尺寸公差和技術要求 見夾具裝配圖，為直線送進式雙工位銑雙槽夾具總圖，圖中必需標注一下尺寸：  （1）夾具最大輪廓尺寸為584mm*240mm*230mm。  （2）影響工件定位精度的尺寸和公差為V形塊1的定位高度64±0.02mm和61±0.02mm；兩圓柱支撐銷的距離112±0.1mm；定位銷12和工件加工的鍵槽協作尺寸12h11。  （3）各主要元件的位置精度有：工位的雙V形塊心軸線對夾具底面A的平心度0.05mm；工位和工位的兩組雙V

25、形快的距離尺寸125±0.03mm；其心軸線間的平行度0.03mm，對定向鍵側面B的平行度0.03mm。對刀塊的位置尺寸11±0.015mm及24.4±0.015mm及塞尺厚度尺寸5h6。圖4.5 夾具裝配圖 4.5 工序精度分析  由于本工序中，鍵槽兩側面對70.8h6軸線的對稱度和平行度要求較高，故應進行工序精度分析，其它加工要求可省略。 （1）鍵槽側面對70.8h6軸線的對稱度精度定位誤差D。對稱度的工序基準是70.8軸線，定位基準也是該軸線，故B=0。又因V形塊的對中性，Y=0。于是D=0。對刀誤差T。對稱度的對刀誤差等于塞尺厚度的公差

26、，因5h6=5（-00.009）mm，故T=0.009mm。夾具制造誤差Z。影響對稱度的Z有：工位的V形塊心軸軸線對定向鍵側面B的平行度0.03mm；對刀塊水平位置尺寸11±0.015mm公差0.03mm。故Z=0.03mm+0.03mm=0.06mm。加工方法誤差取G=0.1×1/3 =0.033mm。（2）鍵槽側面B對70.8h6軸線的平行度誤差分析如下：定位誤差D。由于同組雙V形塊一般都在裝配后一起磨平V形面，它們的相互位置誤差微小，可看作為一長V形塊，故D=0。安裝誤差A。和上面分析相同。對刀誤差T。由于平行度不受塞尺厚度的影響，故T=0。夾具制造誤差Z。影響平行度

27、的制造誤差是工位的V形塊心軸軸線和定向鍵側面B的平行度0.03mm，故Z=0.03mm。加工方法誤差取G=0.08×1/3=0.027mm。5 仿真加工和課題制作現代仿真技術的發展趨勢就是面對對象，將面 向對象技術引人數控加工過程仿真系統的探討和開發中，必將提高數控加工過程仿真系統探討的質量，促進數控加工過程仿真系統的應用和發展。設計出 一個正確的仿真對象是整個仿真系統實現的基礎。在分析了數控機床的結構和功能特性后，指出數控機床是由相對獨立的數量較為固定的不同功能的模塊組成，這些模塊在組成數控機床的過程中，不僅存在幾何位置的約束關系，而且存在著選用上的排斥關系。由此，提出了一種面對對

28、象的數控機床定 義方法，并在此基礎上建立了數控機床類庫，文中還建立了數控加工過程仿真系統的整體結構。以下是本論文的仿真加工程序：夾住左端加工外圓 O0001;T0101;M03 S800;GOO X76. Z5.;G71 P10 Q20U0.5 W0 F0.2;N10 G01 X50.8 F0.1;G01 X70.8 Z-5.;G01 Z-180.;N20 G01 X76.;G00 Z10.;M05;M00;T0101;M03 S1000;GOO X76. Z5.;G70 P10 Q20;G00 Z100.;M05;M30;零件內孔加工O0002；T0202；M03 S500；G00 X26.

29、 Z5.;G71 U1 R0.5;G71 P10 Q20 U-0.5 W0.05 F0.1;N10 G01 X60 F0.05;G01 X40. Z-5.;G01 Z-60.;G01 X25.;G01 Z-236.5;G01 X20.Z-239.;N20 G01 X18.;G00 Z10.;M05;M00;T0202;M03 S600;G00 X20. Z5.;G70 P10 Q20;G00 Z100;M05;M30;夾住右端加工莫氏4號O0003；T0303；M03 S500；G00 X26. Z2.5.;G71 U1 R0.5;G71 P10 Q20 U-0.5 W0.05 F0.1;N10 G01 X41.202 F0.05;G01 X31.202. Z-2.5.;G01 X20. Z-103.;N20 G01 X18.;G00 Z10.;M05;M00;T0303;M03 S600;G00 X26. Z2.5.;G70 P10 Q20;G00 Z100;M05;M30;6 結論通過合理的分析頂尖套，利用已有的理論學問，設計出此零件的夾具，可以發覺運用該夾具加工該零件，有效的保證了