两件套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： XD02两件套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： 2013031050103 同组学生： 刘浩 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1、概述111.1 任务描述111.2 设计目的、意义121.3 国内外发展现状122 加工工艺分析152.1 零件功能分析152.2 计算生产纲领、确定生产类型162.3 材料性能分析162.4 制件工艺性分析163 零件坯料设计163.1 毛坯材料及要求163.2 毛坯尺寸设计163.3 毛坯下料设计174 拟订工艺方案174.1 表面加工方案的选择174.2 制订工艺路线174.2.1 工艺路线方案拟定174.2.2 工艺路线方案比较分析194.3 粗、精加工基准的选择204.4 加工阶段装备选择214.5 加工阶段的切削参数设计21实物产品图22产品检验报告22后 记23致 谢25附录: 机械加工工艺过程卡片和机械加工工艺卡片26摘 要本设计包括了数控编程技术及计算机辅助软件的模板加工，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。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 概 述1.1 任务描述设计中根据数控加工应用的特点、专业培养目标和学习要求确定内容安排，力求通过课程的学习，使我们系统掌握数控加工的基本理论知识和常用工艺方法，重点掌握数控编程的方法与技巧，了解先进数控加工技术及发展趋势，具有分析数控加工结构工艺性、提高合理设计数控加工的能力，培养我们具有较强的从事数控加工工艺技术工作和组织数控加工生产管理工作的能力。通过本次数控加工，我们能够较全面地掌握数控加工工艺知识；注重培养我们全面的数控加工的能力，不但掌握数控设备的结构，还要灵活操作使用数控设备。通过学习，能制定出合理的数控加工工艺规程，而且结合数控编程课程学习，能够自己制定加工工艺、自己编制程序、自己动手执行工艺过程并加工出合格的零件。内容包括：数控加工工艺设计（包括：零件图形的工艺分析、工艺卡片的制作、数控刀具选择）手动编程及后处理，中批量生产典型零件数控加工工艺。课题来源生产实际，是零件的数控加工工艺设计与程序编制题，具有一定的加工难度，工作量适中，工艺过程较为典型，重点考查学生对数控工艺的理解能力、数控编程能力。该课题符合数控技术专业的主要人才培养目标-“培养能熟练操作数控机床，编制数控加工工艺，编制数控加工程序的技能型高级人才”。1.2 设计目的、意义 目的在于考查学生对数控工艺的理解能力、数控编程能力。该课题符合数控技术专业的主要人才培养目标-“培养能熟练操作数控机床，编制数控加工程序的技能型高级人才。意义在于综合实训实践项目为轴类零件的加工及工艺分析，用所学理论知识和实际操作知识，在工作中分析问题、解决实际问题的能力同时达到对我们基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。加强对在加工机械零件时的零件工艺分析、加工精度、刀具机床的选用、刀具补偿，工件的定位与装夹的分析等。同时提高我们编写技术文件、编写数控程序、仿真数控机床操作的独立工作能力。1.3 国内外发展现状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。1国外具有世界影响力的机床公司有很多，在此重点介绍以下几家。(1) CNC613240数控车床配备西门子(SINUMERIK 801)系统和交流伺服单元，采用自动刀架及手压式润滑系统。该机床床身导轨采用超音频淬火工艺，最大工件回转直径为400 mill，耐磨性强，精度保持性好；主轴系统结构先进，回转精度高，抗振性好，主轴转速范围1001 600 rmin，具有运行平稳、工作可靠、精度高、功能丰富、操作方便、应用范围广等特点，能自动完成开深槽、坯料去除、螺纹车削、深孔、弹性攻丝等，都可以通过固定的车削循环以及丰富的编程指令集来实现。适合于多品种、中小批量产品的加工。(2) 法道VMC4020C机床是由上海法道机床有限公司严格按照美国法道公司的技术标准在国内组装生产。其具有168 kW(225 hp)强大的主轴电动机在全转速范围内提供稳定的扭矩输出。主轴采用无齿轮双速电子调速系统，更宽的调速范围提供更好的运行特性。主轴转速最高可达到7 500 rrain。采用获得专利的刀柄拉杆机构，确保刀具在强力切削中的锁紧。无论是切削钢件还是铝件，都保证其有充分的动力，既可重切削又可高速切削。剐性攻丝在1501 500 rmin高速下可保证螺矩和深度精度，且不须额外配备攻丝夹头。床身采用整体铸造，内部遍布网状加强筋结构。重型铸铁的矩型导轨提供更大的接触面，实现最佳的减振性能和刚性。伺服电动机采用世界名品BALDO电动机，高达16 900 N的轴推力，有着高的安全可靠性。机床全部采用直径达到40 mm的日本精工滚珠丝杠，在低速下提供工作台的高速移动，延长丝杠寿命，允许长时间重载运行。工作台的承载能力可达到1 700 kg。加高的z轴立柱，有着长达711mm的垂直行程。主轴端面到工作台面距离可达102813 nun。可容纳21把刀具的全封闭刀库，最大刀具直径(邻位无刀具)可达到152 mill，刀具最大重量可达68 kg。(3) 德马吉(DMG)公司生产的CTX 310 ECO通用车床其主轴驱动在无级可调情况下，转速可达5 000rmin，输出功率为ll kW，扭矩为112 NIll，可为书51200 mm直径范围的高要求车削操作提供最佳的前提条件。在此，主轴上的直接测量系统与可供选择的法那科或西门子提供的高端CNC控制器相结合，提供最高的定位精度。 此外，在标准配置中就已拥有德马吉的创新产品1个带有12个刀位的VDI 30刀塔，其中的6个刀位可以选配动力刀具并配置C轴。除此之外，用于轴加工的可编程移动的尾座也包含在标准配置中；标准配置中还包括在所有轴上用于保证工艺稳定性及工件加工精度的直线滚动导轨。每根轴均配有数字驱动装置，它使x轴的快移速度可达到24 mmin，Z轴的快移速度可达到30 mmin。 在操控方面，无论是CTX 310 ECO还是CTX 510ECO，都采用西门子和发那科的高科技三维CNC数控系统，同时还提供最大可达15英寸的彩色LCD操作显示器，标准键盘和电子控制手轮。除了在任何情况下都极具说服力的硬件配置，CTX 310 ECO和CTX510 ECO外，还有若干在现场信息领域内支持操作人员对车床进行舒适操控的软件，其中包括整合在西门子控制系统中的ShopTum图形化编程软件以及法那科控制系统中的Manual Guide i图形化编程软件。ECO系列产品在操控方面的其他过人之处在于强大的刀具管理以及直观的图形界面设置，还具有强大的图形界面故障诊断功能。 国内数控技术发展现状(1)华中“世纪星”数控系统在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统。特别是在多轴(9轴)联动、三维图形显示、动态仿真、大容量程序内存、双向螺距补偿、汉字界面、网络功能、开放体系结构、哪彩色脚糕LWO豁f貉-。 ，一平昂-朋洲Repons综述薄形显示器等配置方面，已达到国外高档系统(如FANUC18、SIMENSE一840)的水平。众所周知，国外的高档数控系统价格非常昂贵，如意大利Fidia仿形数控系统价格为60一70万元人民币，英国的雷尼绍仿形测头价格高达28万元人民币；德国Walter的数控工具磨床，仅一种刀具的编程软件即需l万美元。而华中数控与菲地亚相同档次的仿形数控系统价格约仅为其13。此外，若进口五轴联动以上的数控系统，还受到西方政府的管制，要对最终用户和最终用途进行调查，限制其使用，若认为与军事工业有关，则不予批准。即使我国民用工业能购进口这类设备，其价格也非常昂贵，仅一套CNC单元价格高达20多万元人民币，而华中数控五轴CNC，价格约为其14。另外开放式、网络化已成为当今数控系统发展的主要趋势。华中“世纪星”系列数控系统包括世纪星HNC一18i、HNC一19i、HNC一2I和HNC一22四个系列产品，均采用工业微机(IPC)作为硬件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用PC软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破。通过工业PC的先进技术和低成本保证数控系统的高性价比和可靠性。并充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等技术，使数控系统可以伴随PC技术的发展而发展，从而长期保持技术上的优势。(2)广州数控生产的GSK983M系统是中高档数控系统产品，该系统最多可实现5轴4联动，可实现高速高精闭环加工，最高移动速度达24 mmim，精度达。可实现12种固定循环，空间螺旋线插补，刀补C，螺补，用户宏AB，比例缩放，坐标系旋转等等功能；内嵌式PMC，192128个I0点，5 000步容量，梯图编程，大大方便和简化机床强电设计并可由用户自行二次开发。可实现DNC加工，程序及参数传输功能，极大方便于加工程序备份保存和机床调整。图形显示，中英文菜单，后台编辑；配备104英寸TFT液晶显示器。具有低价格、高性能、高可靠性，等等优点，较适合用于铣床和小型加工中心。其加工稳定性在国产系统中占有一定的优势，该系统已被国内绝大多数机床厂家认可。(3)北京航天数控系统有限公司最新推出的CASNUC2100E数控系统是一个将PCI04板嵌入到控制系统中的一体化的车、铣床闭环数控系统。该系统是将控制系统、显示面板、操作面板集于一体，结构紧凑，易于安装；彩色LCD显示，具有功能全面、性能可靠、连接简单、性价比高等优点。CASNUC 2100E数控系统适用于车床、铣床、钻床、磨床等4轴以下的机械设备控制。 (4)凯奇数控开发的NC一110系统采用开放式结构，模块化设计，嵌入式PC机可跟踪PC机的技术发展，不断丰富系统的功能，保持系统的高处理速度。该系统经过广泛的国际、国内合作，能为用户提供最佳的软硬件配置方案和合理的性能价格比。系统可进行多过程控制，大容量程序存储，内藏PLC控制器，提供充足的IO点。系统采用一体化设计，使用维修方便，并经过严格的国内外电磁兼容性和环境试验、检测，具有高可靠性。3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影向我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定。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车削工艺分析图： 图2-1零件图2.2 计算生产纲领、确定生产类型生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件在计划期为一年的生产纲领N可按下算： N=Qn(1+a%)(1+b%)式中Q产品的年生产纲领（台/年） N每台产品中该零件的数量（件/台） A备品的百分数 B废品的百分数。 Q=20 N=100 A=5 B=3 由上式可得：N=2163结论：该产品年产量为2163件，查表可知该产品小批量生产。2.3 材料性能分析 45钢 抗拉强度600MPa、屈服强度355MPa、热轧硬度229HBS、退火硬度197HBS因含硫、磷等有害杂质较少，因而质量较高，其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢好，综合力学性能较好，只要用于制造较重要的机械零件。 45钢调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。 结论：该材料适合机械加工，需要特殊加工手段。2.4 制件工艺性分析 零件加工的简单，但加工精度高。 零件的形状为圆柱体，适合三爪卡盘。 零件加工过程中切削较大，所以刀具车削是进给量要小，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900.03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 毛坯材料及要求毛坯材料选用45钢，需要热处理温度：正火850，淬火840，回火600。45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62)为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58)，45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺3.2 毛坯尺寸设计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。3.3该零件加工采用图3.1所示的毛坯下方插入毛坯草图和毛坯实体图。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、锻件质量较高，工件组织致密，力学性能高 2、除自由锻以外，其余锻压加工生产率高，自由锻适合单件小批量生产，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100mmX60mm，来数车零件两端的两个面至100mm60mm的零件图原尺寸。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）方案一工序号加工工序工序1零件一平端面至尺寸95mm工序2车右端面20、24、30、40面工序3车槽17工序4车20的螺纹工序5左端面钻车20孔工序6车左端面56工序7车46、24内孔工序8零件二平左端面工序9车左端面34、45的面工序10左端面钻16的孔工序11车左端面内孔24工序12平右端面34mm至尺寸工序13车右端面内螺纹M20mm表4-2 工艺路线方案一（2）方案二表4-3 工艺路线方案二工序号加工工序工序1零件一平左端面工序2左端面钻车20孔工序3车左端面56工序4车46、24内孔工序5平端面至尺寸95mm工序6车右端面20、24、30、40面工序7车槽17工序8车20的螺纹工序9零件二平左端面工序10车左端面34、45的面工序11左端面钻16的孔工序12车左端面内孔24工序13平右端面34mm至尺寸工序14车右端面内螺纹M20mm4.2.2 工艺路线方案比较分析 工艺路线一优点在于刀具车削是从上往下铣削加工路线明了，缺点在于时间要长。工艺路线二有点在于车削时间短，缺点在于铣削量大，精度难以保证。 所以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10数车零件一车左端面（56内孔46、24）机加工车间车削CYNC-400P三爪卡盘20数车零件一右端面（20、24、30、40）数控加工车间 车削CYNC-400P三爪卡盘30数车零件一右端面车槽17车20的螺纹数控加工车间车削CYNC-400P三爪卡盘40数车零件二平左端面（34、45)数控加工车间车削CYNC-400P三爪卡盘50数车零件二平左端面(内孔24数控加工车间车削CYNC-400P三爪卡盘60数车零件二平左端面内螺纹M20mm数控加工车间车削CYNC-400P三爪卡盘编制审核批准共*页第*页4.3 粗、精加工基准的选择选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准。根据零件图我选择基准统一原则 准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。这样做可以简化工艺规程的制订工作，减少夹具设计、制造工作量和成本，缩短生产准备周期；由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。例如加工轴类零件时，采用两中心孔定位加工各外圆表面，就符合基准统一原则。箱体零件采用一面两孔定位，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及一端面为定位基准，均属于基准统一原则。 粗、精加工基准如图下：4.4 加工阶段装备选择 表4-5 装备选择刀号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1CA6140三爪卡盘 35外圆刀游标卡尺、千分尺2CA6140三爪卡盘4mm槽刀游标卡尺、千分尺3CA6140三爪卡盘60度螺纹刀游标卡尺、千分尺4CA6140三爪卡盘95度内孔刀游标卡尺、千分尺4.5 加工阶段的切削参数设计表4-7 切削参数刀号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10.8CA6140 35外圆刀10000.250.10.520.8CA61404mm槽刀10000.20.10.53CA614060度螺纹刀10000.20.1240.8CA614095内孔刀5000.20.10.5实物产品图产品检验报告零件名称技术要求测量工具测量结果是否合格备注两件套950.0.3100150mm千分尺95合格46+0.03100150mm千分尺46.01合格24-0.033100150mm千分尺23.999合格40-0.02050mm千分尺39.99合格34-0.0450100mm千分尺33.98合格24+0.0250100mm千分尺24.01合格后 记毕业设计到此已经告一段落了，通过这个产品从编程到数控加工的全过程，我对编程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。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，怎样用编程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，对其操作也有了进一步的熟练。我觉得毕业设计是我们在大学的最大收获，是一笔不小的财富。因为设计的路程并不轻松，我们每跨一步都会遇到难题，这就需要独立思考、或向老师请教、与同学讨论，那么在这过程中我们则是受益匪浅的，同时也检查出了自己知识上的漏洞。我知道人生路上需要不停的学习、追求知识，那我们才能成功。参考文献1 赵长明 刘万菊.数控加工工艺及设备M. 北京：“高等教育出版社”2003年10月第一版2 顾京.数控加工编程及操作M.北京“高等教育出版社”2003年9月第一版3艾兴.切削用量简明手册M. 北京“ 机械工业出版社”2001年4月出版4徐灏.机械设计手册M. 北京“机械工业出版社” 2003年2月出版 5倪森寿.机械制造工艺与装备M. 北京“化学工业出版社”2003年1月第1版6丁德.全金属工艺学M. 北京“机械工业出版社”20