基于CAPP的XZ25.50箱体零件及专用夹具设计

    这次我毕业设计的课题就是基于CAPP的箱体加工工艺及专用夹具设计。先针对箱体零件的特点设计工艺规程，再设计专用夹具，最后对箱体零件进行分类编码。
    CAPP是通过向计算机输入被加工零件的原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程。计算机辅助工艺规划常是联结计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的桥梁。
    在制造业信息化环境中，工艺设计是生产技术准备工作的第一步，工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，是生产中的关键工作。工艺知识是制造企业中重要的知识资源之一，是使产品设计变为成品的整个制造过程中的基础资源，它对保证产品质量以及提高企业经济技术效益具有十分重要的作用。
    夹具的快速设计与制造，己经成为产品快速变换和制造系统新建成或重构后运行的瓶颈，严重地影响制造系统的设计建造周期、系统生产率、质量和成本。专用夹具的使用，一方面缩短了工序时间，降低了加工成本；另一方面，夹具本身的设计制造工时、材料消耗等又增加了工件的成本。因此，在何种生产条件下使用哪种类型的夹具才是经济合理的，也就是夹具的经济性，一直都是夹具结构发展和设计的一个主要问题。
关键词:CAPP；工艺设计；专用夹具
Abstract
This my Graduation Design is based on the CAPP XZ25.50 box of technological procedure and Special fixture design. First direcated against the peculiarity of the parts case design technological procedure,and design the special fixture, finally classification coding parts box.
CAPP, through the importation of computer parts were processing the raw data, processing conditions and processing requirements, carried out automatically by computer coding, programming optimized output until the end of the process of order card process. Computer-aided process planning is often linked computer-aided design (CAD) and computer-aided manufacturing (CAM) as a bridge.
The manufacturing industry becoming an information based society environment, the process planning produces is the first step in the technology preparatory work, the process planning is carries on the work clothes design to make and to decide the components processing method with processes the route the main basis, it produces, guarantee product quality, the enhancement labor productivity to the organization, reduces the cost, reduces the production cycle and the improvement work condition and so on all has the direct influence, is in the production key work. The craft knowledge is makes in the enterprise one of important knowledge resources, is causes the product design to become the end product in the entire manufacture process foundation resources, it to guaranteed the product quality as well as enhances the enterprise economical technology benefit to have the extremely vital role.
The fast design and the manufacture, oneself after becomes the product fast transformation and the manufacture system completes the bottleneck newly which or the heavy construction moves, seriously affects manufacture system the design construction cycle, the system productivity, the quality and the cost. Unit clamp use, on the one hand reduced the working procedure time, reduced the processing cost; On the other hand, the jig itself design manufacture man-hour, the material consumption and so on increased the work piece cost. Therefore, which kind of type uses under what kind of working condition the jig is the economy reasonable, also is the jig efficiency, continuously all is the jig structure development and a design main question.
Keywords   CAPP  Process Design  Special Fixtur
目录
1绪论 1
2 零件加工工艺规程 3
2.1概述 3
2.2零件的作用 3
2.3 零件的工艺分析 3
2.4确定工艺方案的原则及注意问题 3
2.4.1粗、精加工分开原则 3
2.4.2工序集中与分散的原则 4
2.4.3制定工艺方案应注意的其它问题 5
2.5工艺规程的设计 5
2.5.1确定毛坯材料及尺寸 5
2.5.2定位基准的选择 5
2.5.3制定工艺路线 6
2.6工序尺寸的基本要求 7
2.7 确定切削用量和基本工时 8
2.8 切削用量的选择依据 22
2.8.1铣削 22
2.8.2钻孔 22
2.8.3扩孔和铰孔 23
2.8.机床精度及机床参数 23
2.9 各种加工工艺和加工方法 24
2.9.1平面加工工艺 24
2.9.3螺纹加工工艺 24
2.10常用工艺主要工序能达到的精度和表面粗糙度 24
2.10.1平面加工 24
2.10.2螺纹孔加工 25
3 专用夹具的设计 26
3.1 对铣床夹具体的要求 26
3.2 夹具体的毛坯结构 26
3.3夹具元件的选择与设计 26
3.4 专用夹具的设计步骤 27
3.5 绘制夹具总装配图 27
3.6 标注夹具总装配图上个部分尺寸和技术要求。 28
3.7 夹具公差配合的制订 28
3.7.1 制订夹具公差与技术条件的依据 28
3.7.2 制定夹具公差和技术条件的基本原则 28
3.8夹具公差的制订 29
3.9 夹具技术条件的制订 29
3.10夹具设计部分的计算 29
3.10.1基准的选择 29
3.10.2切削夹紧力的计算 29
3.10.3定位误差的分析 30
4 零件编码系统 33
4.1零件编码系统的概念 33
4.2零件分类编码系统的要求 34
4.3零件分类编码系统的设计和选择 34
4.4零件的分类成组技术 34
4.4.1编码分类法 34
4.4.2生产流程分析法 35
总结 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
1、绪论
    CAPP(Computer Aided Process Planning，中文意思是计算机辅助工艺规划)是通过向计算机输入被加工零件的原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程。这项工作需要有丰富生产经验的工程师进行复杂的规划，并借助计算机图形学、工程数据库以及专家系统等计算机科学技术来实现的。计算机辅助工艺规划常是联结计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的桥梁。
    在集成化的CAD/CAPP/CAM系统中，由于设计时在公共数据库中所建立的产品模型不仅仅包含了几何数据，也记录了有关工艺需要的数据，以供计算机辅助工艺规划利用。计算机辅助工艺规划的设计结果也存回公共数据库中供CAM的数控编程。集成化的作用不仅仅在于节省了人工传递信息和数据，更有利于产品生产的整体考虑。从公共数据库中，设计工程师可以获得并考察他所设计产品的加工信息，制造工程师可以从中清楚地知道产品的设计需求。全面地考察这些信息，可以使产品生产获得更大的效益。
    计算机辅助工艺规划（CAPP-computer aided process planning)利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件，瞎一过程称为计算机辅助工艺规划。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。
    计算机辅助工艺规划通常多被译为计算机辅助工艺过程设计。国际生产工程研究会（CIRP）提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称，CAPP一 词强调了工艺过程自动设计。实际上国外常风的一些 ，如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。
    由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接，上与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing)相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。
计算机辅助工艺规划的内容主要有：
①产品零件信息输入；②毛坯选择及毛坯图生成；③定位夹紧方案选择；④加工方法选择；⑤加工顺序安排；⑥加工设备和工艺装备确定；⑦工艺参数计算；⑧工艺信息（文件）输出。
进行计算机辅助工艺计划的方法有：①检索式；②派生式(variant)，亦称变异式、修订式、样件式等；③生成式(generative)，亦称创成式；④综合式等。 
    1976年美国的国际计算机辅助制造公司CAM-I(Computer-Alded Manufacturing-International,Inc)所推出的CAPP系统最著名、应用最广泛，在发展历史上具有里程碑意义。此后，世界上有众多CAPP系统问世，上海同济大学在1982年开发出我国第一个CAPP系统，即TOJICAP系统。计算机辅助工艺规划可以大大减轻工艺工程师的繁重劳动、提高工艺设计质量、缩短生产准备周期、提高生产率、减少制造成本等，无论是对单件小批多品种生产还是对大批量生产都有重要意义。
当前，计算机辅助工艺规划正在向集成化、智能化、柔性化方向发展，对柔性CAPP（非线性CAPP、可选CAPP）、动态CAPP（闭环CAPP 、实时CAPP）、分布式CAPP、可重构CAPP、集成环境下CAPP、并行工程环境下 CAPP以及智能CAPP等系统进行了研究和开发。
2、零件加工工艺规程
2.1 概述
    机体的加工工序路线复杂，具体分为铣、镗、钻、铰、扩、攻丝等，加工的原则一般按照先粗后精、先面后孔、基准先行等原则。
    零件的表面上分布有大小不一的孔，这些孔对位置尺寸精度要求都较高，因此，加工时以平面定位准确可靠，可减少定位误差，提高加工精度。所以把平面加工好非常重要。根据零件的特点，在组合机床上用铣削方法加工平面，只有使机床结构简单、刚性好、加工精度高，这样才能保证零件的精度。为此，可以采用铣削头安装在工作台上移动铣削的布局形式。组合机床上，加工平面可达到1000mm长度以内偏差为0.02~0.05mm,到定位基面的距离一般在5000mm内，尺寸公差可以保证在0.05mm以内。
2.2 零件的作用
    题目所给的零件是变速箱的壳体。它是各类机器中重要的基础件之一，它支撑和包容着各种传动零件，保证其运动和动力进给驱动和分配，彼此按照一定的传动关系进行协调的运动。因此，必须使众多的轴套及齿轮等零件保持正确的相互位置关系，所以箱体零件加工质量的好坏，对整台机器的精度，性能和寿命都有直接的影响。
2.3 零件的工艺分析
    零件类箱体的加工顺序均为先加工面，后加工孔；先粗后精，先主后次的原则。箱体孔的精度要求高，加工难度也较大。从结构工艺特点来看，它是一个薄壁壳体腔形零件，形状复杂，铸造困难，刚度差，易变形，加工精度要求高。它的外表面有多个联接平面需要加工，支承孔系分布在前后端面上，为了更好的满足加工要求，特别加工出了四个定位平面为辅助基准，除支承孔外，在各联接面上还有一系列螺纹孔。本次加工是以三孔定位夹紧铣接合面，再以接合面和两销定位加工其他部位，可以起到互补的作用，这样能使孔的加工提高稳定可靠的精基准，加工余量均匀。
2.4 确定工艺方案的原则及注意问题
2.4.1粗、精加工分开原则
    必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。不要不分具体情况而一律粗、精加工分开或粗、精加工工序合并的做法。一般在大批大量的生产中，确定工艺流程宜粗、精工序分开进行，其优点是：
(1)工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求高的零件，更需如此安排；
(2)可避免粗加工振动对加工精度、表面粗糙度的影响；
(3)有利于精加工机床保持持久的精度；
(4)使机床结构简单，便于维修、调整。
    但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。当工件生产批量不大时，由于机床负荷率低，则经济性不好。因此，在能够保证加工精度的情况下，有时也采取粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案，但必须采取措施，尽量减少由此而带来的不利影响。例如使大量切除余量和铸造黑皮的第一道工序与最后一道精加工工序不能同时进行。在工件需要两次安装时，应使粗、精加工工序所用夹具具有大小不同的夹紧力；若工件一次安装，也应使粗、精加工工序分别具有不同的夹紧力。
2.4.2 工序集中与分散的原则
    组合机床是基于工序集中的工艺原则发展起来的，即运用多种不同刀具，采用多面、多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而有效地提高生产率，取得更好的技术经济效果。
    但也应当看到，工序集中程度的提高也会带来下述一些问题：
(1)工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机床大而笨重，调整使用不便，可靠性降低，反而影响生产率的提高；
(2)工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精度。
因此，提高工序集中程度时，应注意：
①适当考虑单一工序。即把相同工艺内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加工；
②相互间有位置精度要求的工序应集中在同一台机床或同一工位上加工；
③大量的钻、镗工序最好分开，不要集中在同一个主轴箱完成。这是因为：钻孔与镗孔直径往往相差很大，主轴转速也就相差很大，导致主轴箱的传动链复杂和设计困难。同时，大量钻孔会产生很大的轴向力，有可能使工件变形而影响镗孔精度；而且，精镗孔振动较大又会影响钻孔，甚至会造成小钻头的损坏或折断。另外，由于铰孔为低速大进给量切削，而镗孔为高速小进给量切削，所以二者也不宜放在同一主轴箱上进行，以有利于切削用量的合理选择和简化主轴箱的传动结构；
④确定工序集中时，必须充分考虑零件是否会因刚性不足而在较大的切削力、夹紧力下变形对加工精度带来不利影响；
⑤工序集中时，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构及设置导向的需要。主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便，加工精度、工作可靠性、生产率降低的不良后果。
2.4.3 制定工艺方案应注意的其它问题
(1)镗孔组合机床，应注意精加工后孔的表面是否允许留下螺旋或直线退刀痕迹。如果不允许留下螺旋刀痕，则应在加工终了时，使主轴（刀具）停止转动并周向定位，利用夹具的让刀机构，将工件已加工表面移离刀尖一段距离后退刀。在生产率允许的情况下，也可使刀具以工进速度退回，这样不仅不会留下刀痕，且有利于提高加工精度；
(2)钻阶梯孔，应先钻大孔后钻小孔，这不仅可缩短钻小孔的深度，而且使小钻头减少了折断的可能性；
(3)互相结合的两个零件，钻孔应从结合面钻起，以更好的保证孔的位置精度，有利于两零件的装配；
(4)端面一般采用铣削加工。当加工孔口较大端面时，不应采取简单的端面刮削工艺，因为这样会因轴向切削力大而导致振动影响加工精度。当端面对孔有严格的垂直度要求时，应采取镗孔车端面的方法，同时加工端面和孔。对于工件内部的端面，则可采用径向进刀的方法加工；
(5)在制定加工一个零件的几台或成套机床或流水线、自动线工艺过程方案时，应尽可能使精加工工序集中在所有粗加工工序之后，以有利于稳定保证加工精度。
2.5 工艺规程的设计
2.5.1确定毛坯材料及尺寸
    XZ25.50变速箱箱体为HT200（灰铸铁），壁厚为2.5~10mm，抗拉强度为220Na。箱体属于铸件，由于零件年产量大，已达到大批生产的水平，所以加工余量要控制在最合理的位置。初步设计为：箱体属壳体，HT（灰铁），等级8-10级，零件基本尺寸在250~630mm内，铸铁机械加工余量为6mm，铸件机械加工余量等级为０～８级。铸件的基本尺寸长485mm,宽310mm,高400mm,铸件毛坯所留余量：顶面及孔4.5mm,底面及侧面3.5mm（〈〈机械制造工艺手册〉〉P40表1-49）,所以铸件的毛坯尺寸应为长485+4.5 2,宽310+3.5 2,高400+4.5 2 
2.5.2定位基准的选择
（1）粗基准的选择：
    箱体精度等级要求较高的加工尺寸为孔的加工，为了保证重要孔的精度，故以孔Φ150和Φ130的轴线为粗基准粗精铣上平面。
（2）精基准的选择：
    加工两工艺孔，与精铣后的上平面（接合面）组成“一面两孔”作为后续的加工基准。
2.5.3制定工艺路线
工序1 铸造
工序2 清砂
工序3 时效
工序4 涂漆
工序5 粗铣上盖接合面
工序6 精铣上盖接合面
工序7 在上盖接合面上钻铰定位孔
工序8 钻两定位孔（工艺用）
工序9 粗铣前端面
工序10 粗铣后端面
工序11 铣两侧窗口面
工序12 铣两侧凸台面
工序13 铣取力侧面窗口面
工序14 铣倒档轴孔内端面
工序15 上盖接合面钻孔
工序16 前后端面三面钻孔
工序17 左侧面两面钻孔
工序18 铰孔（均螺纹时）
工序19 锪沉头孔
工序20 粗镗前后端面轴承孔
工序21 扩倒档轴孔
工序22 上盖接合面攻丝（三面攻）
工序23 前后端面攻丝（三面攻）
工序24 两侧面攻丝
工序25 插槽
工序26 精镗前后端面轴承孔
工序27 铰倒档轴孔
工序28 精铣前端面
工序29 精铣后端面
工序30 去毛刺
工序31 清洗
工序32 检验