型腔零件数控仿形加工毕业论文

- 1 -型腔零件数控仿形加工- 2 -摘 要本课题是在学习了加工中心之后，对一型腔类零件进行测量和研究。通过查表得出此零件的公差精度和等级。用 UG-CAD 软件建模并绘出工程图，分析零件的加工工艺。通过对测量的实践，使得我对 UG 数控仿形和加工使用的越来越顺手。通过测量实践，能更好的对型腔类零件进行研究。最后运用 UG/CAD 软件建模、绘图，对工件进行工艺分析。从实践过程中，把理论和测量相结合，使自己更能熟悉 UG/CAD 的使用，并且为以后的工作奠定基础。关键词：材料选择，刀具选用，加工方案，工艺分析，UG 造型与仿形加工- 1 -目 录引 言1一、型腔零件的尺寸精度设计2（一） 、零件特点2（二） 、材料的选择2（三） 、精度设计2二、型腔零件的数控加工3（一） 、加工设备简介3（二） 、零件装夹方式的选择3（三） 、刀具的选择3（四） 、切削用量的确定及加工方法3（五） 、加工工序卡片3三、UG 造型与仿形加工4（一） 、UGCAD 造型4（二） 、UGCAM 仿形加工4(三)、程序编制4四、总结5五、谢辞6六、参考文献7七、附录附录一：公差等级表8附录二：程序段9- 1 -引 言本文对如何选择合适的切削用量以及工件的定位装夹，加工的顺序，典型零件为例，与数控加工特点相结合，分别进行工艺方案的分析、机床选择、刀具加工路线的确定和数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程设计的过程中，需要通过分析，确定最佳工艺方案，使零件的加工成本最低，合理使用定位夹紧的方式，使得零件的加工方便，定位精准，刚性好，合理选择刀具以及切削参数，使零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高，刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并且能指导实际生产。- 1 -一、型腔零件的尺寸精度设计（一）零件特点由于该零件的力学性能要求较高，所以选择45钢。45钢既有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性，价格便宜，加工难度简单并且能够保证零件的各方面要求。该零件的毛坯尺寸可以定为160 X 120 X 40（长X 宽 X 高） 。1. 型腔零件的零件图，见图1-1所示。图1-1 零件图2.零件的三维实体图，见图1-2所示。图1-2 三维实体图 （二）材料的选择选择毛坯的形状、尺寸的要求是：减少“肥头大耳” ，尽量少屑或者无屑加工。因此，毛坯形状要求接近成品的形状，减少机械加工的劳动量。但是也会有一下四种的情况。1.使用锻件的时候，铸造毛坯会因锻模时的欠压量和允许错模量不相等，铸造- 2 -的时候也会因为砂型的误差、收缩量以及金属液体的流动性差不能够充满型腔等因素造成余量不等，此外，锻造、铸造以后，毛坯的扰曲和扭曲变形量的不一致也会造成加工余量的不充分、不稳定，所以，除了板料以外，不论锻件、铸件还是型材，只要是准备采用数控加工，它的加工表面均要有较充分的余量。2.尺寸小或者薄的零件，为了便于装夹并且减少夹头，可以将多个工件连接在一起，通过一个毛坯制出。3.两个相关零件装配后形成同一的工作表面，为了保证加工质量并且使加工方便，常常把两件合为一个整体的毛坯，加工到一定阶段后再次切开。4.对于不方便装夹的毛坯，可以考虑在毛坯上另外增加装夹余量或者工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。（三）精度设计此零件的毛坯尺寸可以定为160 X 120 X 40（长X 宽 X 高） 。经过查读教科书中的公差等级表得出此型腔类零件的公差等级。并且得出具体的上、下偏差。公差等级表见最后的附录一。二、型腔零件的数控加工（一）加工设备的简介数控加工中心是由机械设备、数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化的机床。目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一便是数控加工中心。它综合加工的能力较强，工件一次装夹以后便能够完成较多的加工内容并且加工精度较高。中等加工难度的批量工件来说，它的效率是普通设备的 510 倍，特别是它能够完成许多普通设备所不能够完成的加工，对形状比较复杂，精度要求高的单件加工或者中小批量多品种生产更为适用。图2-1 加工中心设备数控加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它能够把铣削、镗削、钻削、攻螺纹以及切削螺纹等功能集中在一台设备上，使它具有多种的工艺手段。加工中心设置有刀库。刀库中存放着不同数量的各种刀具或者检具。加工过程中由程序自动选刀或换刀。这便是它相比较数控铣床、数控镗床的主要区别。- 3 -特别是对必需采用工装和专机设备来保证产品质量和效率的工件。这会大量节省新产品的研制和改型换代的时间及费用，使企业具有较强的竞争能力。加工中心设备型号：SIEMENS 数控立铣铣床加工中心，见图 2-1 所示。（二）装夹方式选择在数控机床上加工零件的时候，为了保证工件的加工精度与加工质量，必须让工件位于机床上正确的位置，这就是通常所说的“定位” ，然后将它固定也就是通常所说的“夹紧” 。工件在机床上定位与夹紧的过程称为工件的装夹过程。1.数控车床常用装夹方式车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具，列如车床的三爪卡盘、四抓卡盘、弹簧卡套和通用心轴等；专用夹具是专门为加工某一特定工件的某一工序而设计的夹具。按夹具元件组合的特点，可分为不能重新组合的夹具和能重新组合的夹具。后者称为组合卡具。 数控车床的通用夹具与普通车床的通用夹具相同。2.确定合理的装夹方式SIEMENS数控立铣铣床加工中心的装夹方式：平口钳一次性装夹。（三）刀具的选择1.选择数控刀具的原则目前广泛应用的数控刀具材料主要有金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具等。刀具材料总牌号多，其性能相差很大。数控加工用刀具材料必须根据所加工的工件和加工性质来选择。刀具材料的选用应与加工对象合理匹配，切削刀具材料与加工对象的匹配，主要指二者的力学性能、物理性能和化学性能相匹配，以获得最长的刀具寿命和最大的切削加工生产率。2.数控车削用刀具的选择合适的刀具和参数的选择，对金属切削的加工，能够起到事半功倍的效果。刀具材料选用硬质合金。钻头与铰刀选择高速钢。且切削的速度比高速钢高410 倍，但是冲击韧性和抗拉强度远远比高速钢差。铣刀种类繁多，在使用的时候需根据加工部位，表面粗糙度和精度等来选择，根据图形的精度和加工部位来看，所选用的刀具如下：32 的立铣刀，用在平面粗、精加工，外轮廓粗加工。20 的立铣刀，用在内外轮廓、腔槽半精加工。8 的球头刀（球头直径 2） ，用在圆弧面加工。8 的整体硬质合金立铣刀，用在内外轮廓精加工，26 孔。- 4 -11.8、12 的钻头来钻 11.8 ，12 的孔。(四）确定切削用量和加工方法1.在一定的切削条件下，合理选择切削的用量是能够提高切削效率，保证刀具耐用度及加工质量的主要手段。2.影响机械加工的切削用量：(1）对加工质量的影响。(2）切削速度的影响。(3）进给速度的影响。(4) 背吃刀量的影响。（5）对刀具使用寿命的影响。（6）对生产效率的影响。3.加工的方法在数控加工中，刀具刀位点相比较于工件运动轨迹称作进给路线。进给路线不仅包括切削加工时候的境界路线，还有刀具到位、对刀、退刀及换刀等一系列过程的刀具运动路线。进给路线不仅反映了几个重要内容，也说明了加工顺序。确定进给路线。主要是确定粗加工及空行程的进给路线，因为精加工进给的路线基本上是按照零件的轮廓进行的。在确定的时候还需要注意一些问题：（1）工件刚性破坏小的路线的选择，来减少加工变形对加工精度的影响。（2）寻求最短进给路线，来提高加工效率。（3）切入与切出路线应该考虑外延，保证加工的表面质量。（4）完工时最后一刀应该一次走刀，连续加工，以免产生刀痕等缺陷。此外，确定进给路线的时候，需要考虑工件的形状和刚度、 加工余量的大小、机床和刀具刚度等情况，确定是一次进给，还是多次进给来完成加工，确定刀具切入与切出的方向以及在铣削加工中采用顺铣还是逆铣等铣削方式。4.加工方案的确定该零件的进给路线如下：（1）第一步是铣端面：铣上端面及外轮廓至尺寸（用32的立铣刀） 。（2）第二步是半精铣：半精铣外轮廓，单边留余量0.3mm 粗细内腔槽，单边留余量2mm（用20的立铣刀） 。（3）第三步是精铣：铣外轮廓至尺寸高速精铣内腔槽至尺寸（用8的合金立铣刀） 。（4）第四步是铣球面：铣球面（用8的球头刀） 。（5）第五步是铣孔:2-26孔（用8的合金立铣刀） 。- 5 -（6）第六步是钻孔：12的孔11.8孔（用8的合金立铣刀） 。（五）加工工序卡片1.型腔零件的加工工序卡，见表2-1。表 2-1 加工工序卡片零件名称 型腔零件 零件图号工厂 数控加工工序卡片高速轴 45 钢工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间10 三爪卡盘 立式加工中心工步号工步内容 刀具号刀具规矩/mm主轴转速/rmin-1进给速度/mmmin-1背吃刀量/mm备注1 外轮廓粗加工 T01 32 300 70 2.02 内外轮廓、腔槽半精加工 T02 20 600 70 1.03 精铣圆弧面 T03 8 球头 1000 50 0.54 内外轮廓精加工 T04 8 硬质合金立铣刀1000 50 0.25 精铣 26 孔 T04 8 硬质合金立铣刀1000 50 0.。26 钻 11.8 孔 T05 11.8 钻头800 70 0.257 钻 12 孔 T06 12 钻头 800 70 0.25三、UG 造型与仿形加工（一）UG CAD 造型1.首先进入 UG 界面，先创建一个文件名，因为文件不允许出现中文，因为建成中文名以后 UG 就打不开了。命名文件为