下模板的机械加工工艺设计与数控程序编制和加工

职业技术学院毕业设计说明书 题 目： TD08下模板的机械加工工艺设计与数控程序编制和加工 院 系： 专 业： 数控技术 班 级： 13数控301班 学生姓名： 学 号： 201303030209 同组学生： 无 指导教师： 胡毅光 企业指导教师： 罗军 完成日期： 2016 年 5 月 20 日 目 录摘 要31 引言51.1 任务描述51.2 设计目的、意义61.3 国内外发展现状62.1 零件功能分析72.2 计算生产纲领、确定生产类型82.3 材料性能分析82.4 制件工艺性分析83 零件坯料设计93.1 毛坯材料及要求93.2 毛坯尺寸设计93.3毛坯下料设计104.1 表面加工方案的选择114.2 制订工艺路线114.2.1 工艺路线方案拟定114.2.2 工艺路线方案比较分析124.3 粗、精加工基准的选择134.3加工阶段装备选择144.4 加工阶段的工序尺寸设计16300.1164.5 加工中心加工切削用量的选择174.6加工阶段的切削参数设计176 结 论19附 图22附一：零件图22附二：毛坯图24摘 要本设计包括了数控编程技术及计算机辅助软件的装配加工，计算机辅助软件的产生与应用对数控技术的发展起到了很大的推动作用。随着数控技术的不但发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT/、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主题。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争力。而对于数控加工，无论手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。并在加工过程中掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。 本设计根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，加工效率，简化工序等方面的优势。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图，编制式自动编制程序，输入仿真系统加工出零件。记录操作，完成设计。关健词：工艺分析 加工方案 进给路线 数控编程 装配 仿真加工 ABSTRACTThis design including the technique of numerical control programming and computer aided software template processing, production and application of computer aided software for the development of numerical control technology has played a great role in promoting. With not only the development and application of numerical control technology to expand, in the field of nc machining technology to the national economy and peoples livelihood some important industry (IT /, automobile, light industry, medical, etc.) is playing a more and more important role in the development, because the efficiency, quality is the theme of advanced manufacturing technology. High speed, high precision machining technology can greatly improve efficiency, improve product quality and grade, and shorten the production cycle and improve the market competitiveness. For the numerical control processing, whether manual programming or automatic programming, before will be made on the processing of parts process analysis, drafting processing program, select the appropriate cutting tools, cutting parameter is determined, to some process problems (such as the cutting point, processing route, etc.) also need some treatment. And master the methods of control accuracy in the process, can produce qualified products. Key words: process analysis of processing scheme of feed line Numerical control programming of assembly simulation 1 引言1.1 任务描述在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得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，并能指导实际生产。1.2 设计目的、意义1、选题的依据：符合本专业人才培养方向和目标“数控机床编程与操作”、“数控加工工艺编制”。选题的意义：本课题包涵典型零件的数控铣的加工工艺编制、数控加工程序编程、实际数控机床操作，对毕业后将要从事的专业对口的工作有实际指导意义。能够锻炼学生的专业综合能力。1.3 国内外发展现状国内数控加工技术现状及发展趋势：现已能生产小型仪表机床、重型机床，各种精密的、高度自动化的、高效率的机床。机床性能正在逐渐提高，有些机床性能已接近世界先进水平。（2）目前生产的数控系统（以数控机床为主）大部分以PC机作为控制核心，使得我国生产的数控系统在硬件系统方面、软件系统方面都有不同程度的提升，增强了市场竞争力。（3）目前已能生产100多种数控机床，并研制出六轴五联动的数控系统，可应用于更加复杂型面的加工。国产数控机床的分辨率已经提高到0.001mm。系统的可靠性也大大提升，这是由于我国生产数控系统均采用模块化设计，且电路板中广泛采用超大规模集成电路，保证了系统的整体可靠性。国外数控加工技术现状及发展趋势：目前国外数控系统技术发展的总体趋势如下：新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展。驱动装置向交流、数字化方向发展。增强通信功能，向网络化发展。数控系统在控制性能上向智能化发展。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。2 加工工艺分析2.1 零件功能分析零件材料处理为：45钢，下面对该零件进行数控铣削工艺分析图： 图1.1零件图2.2 计算生产纲领、确定生产类型确定生产类型设计题目给定的零件是下模板，设该零件材料为锻件，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择锻造。依据设计要求Q5000台/年，n=1件/台，结合生产实际，备品率a和废品率b分别取10%和1%代入公式得该工件的生产纲领N=5000*1*(1+8%+1%)=5022件/年2.3 材料性能分析是强度较高的一种中碳优质钢，因淬透性差，一般以正火状态使用，机械性能要求较高时，采用调质处理。冷变形塑性中等，退火和正火的切削加工性比调质的好。用于制造强度要求较高的零件2.4 制件工艺性分析零件加工的简单，但加工精度高。 零件的形状为长方体，适合虎钳装夹。 零件加工过程中切削较大，所以刀具铣削是进给量要小，遇到倒圆角、孔、槽时，要注意安全。 零件因为精度较高，所以要求保证图1-1中1000.2、1500.2、1200.03、30.05、700.05、300.1的尺寸精度。结论：这个零件的各个特征将主要采用半精加工加工方法，材料性能是否适合加工零件，注意保证重要尺寸。3 零件坯料设计3.1 毛坯材料及要求零件材料为锻件，锻件材料的性能，是强度较高的一种中碳优质钢，因淬透性差，一般以正火状态使用，机械性能要求较高时，采用调质处理。冷变形塑性中等，退火和正火的切削加工性比调质的好；其次，观察零件图知，本设计零件尺寸并不大，而且其形状也不复杂，属于简单零件，除了几个需要加工的表面以外，零件的其他表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得，若要使其他不进行加工的表面达到较为理想的表面精度，可选择锻造的方法；再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产，可选择锻模造型的锻造方法，较大的生产批量可以分散单件的锻造费用。因此，综上所述，本零件的毛坯种类以锻模的方法获得。3.2 毛坯尺寸设计该零件材料为模锻件，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择锻造。考虑到年产量为5000件，属大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，采用锻模造型。毛坯尺寸设计从可行性和经济性的角度看，毛坯实际尺寸不能大于零件图尺寸6mm，当然这时候就要初步考虑怎么加工了，因为要留加工余量和装夹余量。该零件加工采用图3.1所示的毛坯，下方插入毛坯草图。图1.2毛坯草图3.3 毛坯下料设计根据零件图的要求，所用的毛坯用锻件成型。锻件有如下几点好处：1、锻件质量高，工件组织致密，力学性能高。2、除自由锻造以外，其余锻压加工生产率高，模锻适合大批量生产，灵活性大。3、节约金属材料。结论：该零件毛坯通过锻造手段获得。 4 拟订工艺方案4.1 表面加工方案的选择 根据毛坯原尺寸15410434mm，来普铣零件上下左右前后六个面至15010030mm的零件图原尺寸。根据零件图，有这几个精度尺寸需要保证：1000.2、1500.2、300.1。加工顺序为先上后下、先左后右、先铣前再铣后，加工中要用90度角尺来确定零件长方体的角度。4.2 制订工艺路线4.2.1 工艺路线方案拟定制定两种以上加工工艺路线方案（1） 方案一表4-2 工艺路线方案一工序号加工工序工序1普铣基准面A尺寸至1500.2mm工序2粗铣基准面B尺寸至1000.2mm工序3粗铣上底面、下底面尺寸至300.1mm工序4粗铣内槽至尺寸14494mm、圆柱40工序5精铣铣内槽至尺寸143.9893.98mm、圆柱39.98工序6粗铣内轮廓至尺寸14494mm工序7精铣内轮廓至尺寸143.9893.98mm工序8钻4个中心孔工序9钻6孔、钻12的通孔工序10绞18的承孔工序11钳工去毛刺工序12抽检（2）方案二表4-3 工艺路线方案二工序号加工工序工序1普铣基准面A尺寸至1500.2mm工序2粗铣基准面B尺寸至1000.2mm工序3粗铣上底面、下底面尺寸至300.1mm工序4粗铣内轮廓至尺寸14494mm工序5精铣内轮廓至尺寸143.9893.98mm工序6粗铣内槽至尺寸14494、圆柱40工序7精铣铣内槽至尺寸143.9893.98mm、圆柱39.98工序8钻4个中心孔工序9钻6孔、钻12的通孔工序10绞18的承孔工序11钳工去毛刺工序12抽检4.2.2 工艺路线方案比较分析工艺路线二优点在于刀具铣削是从上往下铣削加工路线明了，缺点在于时间要长。工艺路线一有点在于铣削时间短，缺点在于铣削量大，精度难以保证，综上所述：我选工艺路线二作为加工路线。表4-4 工艺过程卡（单位）机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号1产品名称零件名称下模板材料45毛坯种类锻件毛坯尺寸15410434备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时工序铣1）粗铣四周Ra6.3，尺寸达图纸要求150100mm2）粗铣上、下底面面Ra3.2，厚度达30mm机加工车间铣XH714200虎钳工序数控铣粗、精铣内轮廓Ra3.2，厚度达图纸要求10-0.05mm数控加工车间加工中心XH714200虎钳工序数控铣粗、精铣内槽面Ra3.2，厚度达25mm数控加工车间加工中心XH714200虎钳工序数控铣钻6、钻12孔数控加工车间加工中心XH714200虎钳工序数控铣绞18的承孔数控加工车间加工中心XH714200虎钳工序钳工毛刺，清洗钳工房锉锉子200虎钳工序终检。编制审核批准共*页第*页4.3 粗、精加工基准的选择1、基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。2、粗基准的选择原则为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度，则应以不加工表面为粗基准。若工件上有很多歌不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽量选光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准一般只在头道工序中使用一次，应精良避免重复使用。3、精基面的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。粗、精加工基准如图下：4.3 加工阶段装备选择机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。1.机床的选择原则机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；机床的精度应与工序要求的精度相适应；机床的功率应与工序要求的功率相适应；机床的生产率应与工件的生产类型相适应；还应与现有的设备条件相适应。2.夹具的选择本零件的生产类型为大批量生产，为提高生产效率，所用的夹具应为专用夹具。3.刀具的选择刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用符合刀具和其他专用刀具。4.量具的选择量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。在单件小批量生产中应采用通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。查机械制造工艺设计简明手册所选择的加工工艺装备如下表所示工序号机床设备刀具量具工序铸游标卡尺工序检游标卡尺工序热处理游标卡尺工序铣XH714硬质合金端铣刀游标卡尺工序铣XH714硬质合金端铣刀游标卡尺工序铣XH714硬质合金端铣刀卡尺、塞规工序钻XH714直柄麻花钻游标卡尺工序绞XH714硬质合金端绞刀游标卡尺工序钳游标卡尺工序检游标卡尺、塞规、内径千分尺表4-5 装备选择工序工序内容设备名称及型号夹具名称及型号刀具名称及型号工具名称及型号量具名称及型号备注工序1普铣基准面A虎钳 63平面铣刀扳手游标卡尺、90度直尺、深度尺工序2粗铣基准面B虎钳63平面铣刀扳手游标卡尺、90度直尺、深度尺工序3粗铣上底面、下底面虎钳63平面铣刀扳手游标卡尺、深度尺工序4粗铣内轮廓虎钳10平面铣刀扳手游标卡尺、深度尺工序5精铣内轮廓虎钳10平面铣刀扳手游标卡尺、深度尺工序6粗铣内槽虎钳16平面铣刀扳手游标卡尺、深度尺工序7精铣内槽虎钳16平面铣刀扳手游标卡尺、深度尺工序8钻中心孔虎钳10中心钻扳手工序9钻孔虎钳612钻头游标卡尺、工序10绞孔虎钳10平面铣刀游标卡尺、4.4 加工阶段的工序尺寸设计表4-6 工序尺寸计算工序名称余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度普铣基准面A0.41500.2150149.806.3粗铣基准面B0.41000.210099.86.3粗铣上底面、下底面0.2300.13039.93.2精铣内槽0.11440.05、940.05144、94143.95、93.953.2钻孔0.1H60.0365.971.64.5 加工中心加工切削用量的选择1）切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量（切削深度）、进给量（进给速度）。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。a）切削深度ap（）ap是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸， 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。由于零件精度要求不高，从“切削用量简明手册”可查得，可以一次净加工余量，即ap等于加工余量，即粗铣时ap=0.5mm。b）切削速度c（m/min），c是指铣刀旋转时的切削速度n=1000c/d0由此公式可算得粗铣外轮廓时 n=800r/min,精铣内外轮廓时n=1600r/min，钻孔时n=600r/min。c）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r） 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在2050mm/min5范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。4.6加工阶段的切削参数设计表4-7 切削参数工序余量设备刀具主轴转速n切削速度V切削深度ap进给量f工时工序1普铣基准面A 63平面铣刀100010040.5工序2粗铣基准面B63平面铣刀100010040.5工序3粗铣上底面、下底面63平面铣刀100010040.5工序4粗铣内轮廓10平面铣刀1000100100.2工序5精铣内轮廓10平面铣刀10001000.40.2工序6粗铣内槽16平面铣刀1000100150.2工序7精铣内槽16平面铣刀10001000.40.2工序8钻中心孔10中心钻1000100工序9钻孔612钻头1000100255工序10绞孔10平面铣刀100010050.26 结 论毕业设计到此已经告一段落了，通过这个产品从自动编程到数控加工的全过程，我对Mastercam X2自动生成程序有了更为深刻的理解。其中，在工艺编辑上采用了螺旋下刀，分层铣削。在本次设计中使我的已经遗忘各种技能进行以此综合的熟练，。虽然本次设计我努力的去做，但还有一些做得不好的地方。一本次设计我的各种技能还不是很扎实，如AUTOCAD,WORD等一些在计算机应用方面做得不是很好。二对零件的各种处理不是把握的不是很准，究其原因是我对零件了解的不够全面，对热处理等方面学习的不够深入。三本次设计最大的障碍时，在进行工序设计时对各种部件的选用不是很好，既要局部适合，又要对全局适应使我很难选择，我以后一定会在这方进行努力。通过数控工艺分析过程，从分析零件图、工件到选择毛坯、装夹方式、刀具等，这些都是以前所学知识的汇总，同时也知道自己还有很多没掌握的知识，因为有的内容是我查阅了大量的书籍才得到的，所以在许多方面还得努力。在数控程序的生成的过程中，怎样用Mastercam X2自动生成程序进行仿真加工然后进行实体加工，这些都是我以前不怎么熟悉应用的，经过这次的毕业设计，我对此有了深一步的认识，对