大空间旋转喷头零件的数控加工工艺设计、编程与加工（全套图纸） .pdf

毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目 大空间旋转喷头零件的数控加工工艺设计、 编程与加工 1 摘要（中文）摘要（中文） 随着科学技术的发展，自动喷水灭火系统的发展也是越来越快，而自动喷水灭火随着科学技术的发展，自动喷水灭火系统的发展也是越来越快，而自动喷水灭火 系统的发展究其实质而言就是喷头的发展。所以此次毕业设计我们主要研究旋转型消系统的发展究其实质而言就是喷头的发展。所以此次毕业设计我们主要研究旋转型消 防喷头的制造工艺设计与数控加工。防喷头的制造工艺设计与数控加工。 大空间旋转喷头是一种应用于大空间领域的新型喷水灭火产品。它是利用水流在大空间旋转喷头是一种应用于大空间领域的新型喷水灭火产品。它是利用水流在 喷头内产生的扭力，带动喷头自动旋转，从而把水流均匀分散在保护范围内。它喷头内产生的扭力，带动喷头自动旋转，从而把水流均匀分散在保护范围内。它可可与与 大空间大空间智能探测器配合使智能探测器配合使用，用，组成组成大空间大空间智能智能喷水灭火系统，实喷水灭火系统，实现现自动灭火自动灭火功能；功能；也也 可可与其它大空间与其它大空间探测器配合使探测器配合使用，实用，实现现灭火灭火功能功能。大空间旋转喷头。大空间旋转喷头各组成零件各组成零件的加工的加工 质质量对洒量对洒水的范围水的范围起起着着及及其其关键关键的的作作用，用，尤尤其是喷头其是喷头上、下体上、下体中中曲面曲面的加工。的加工。 摘要（英文摘要（英文) 全套图纸全套图纸，加，加 153893706 abstract with the development of science and technology, automatic sprinkler system development is more and more quickly, and the development of the automatic sprinkler system of its essence are concerned, is the development of the shower nozzle. so the graduation design we mainly study) fire 2 sprinkler head spin manufacturing process design and numerical control processing. large space rotating nozzle is a kind of applied to large space new sprinkler products. it is to use the water within the shower nozzle of torque, drive automatically rotating nozzle, and take the water equably dispersed in the protection range. it can and large space probe used together with intelligent, large space of intelligent sprinkler system, realize the automatic fire extinguishing function; also with other large space detector cooperates to use, realize the fire fighting function. large space rotating nozzle each composition parts processing quality to the scope of the water plays and key role, especially in the shower nozzle surface processing, nakedness. key words : fire extinguishing ， sprayer ， numerical control ， machining 目录目录 摘要（中文）摘要（中文） - 1 - 摘要（摘要（英英文文) - 1 - 第第一一章章 前前言言 . - 3 - 第二章第二章 毕业设计毕业设计任务书概述任务书概述 . - 4 - 2.1 毕业设计的主要内容 . - 4 - 2.2 毕业设计的目的 . - 6 - 2.3 毕业设计的要求 . - 6 - 第三章第三章 喷头喷头进进水水管管的数控加工的数控加工 . - 7 - 3.1 喷头进水管的零件图 . - 7 - 3.2、零件工艺分析： - 8 - 3 3.3、零件毛坯选择： - 8 - 3.4、零件加工要求 - 9 - 3.5、零件加工方案 . - 9 - 3.6、零件加工工艺卡 - 15 - 3.7、数控加工程序 - 16 - 第四章第四章 毕业设计心得毕业设计心得 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 参考文献参考文献 错误！未定义书签错误！未定义书签。 附录附录 中英文翻译中英文翻译 错误！未定义书签错误！未定义书签。 数控技术发展趋势 错误！未定义书签错误！未定义书签。 nc technology development trends . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 第第一一章章 前前言言 毕业课题设计能够让我们对以前所学专业知识进行了一次全 面的、系统的、规范的实践总结。通过将所学到的知识运用到实 际零件的加工中去，以巩固我们已经学过的知识，加深对机械加 工的相关知识理解，培养自己在机械加工过程中独立分析、解决 问题的能力。 本次设计的内容为消防喷头的工艺分析与数控加工。 通过对该零件的工艺分析，我认识到该零件必须具备怎样的 结构要求和技术要求。要满足其结构和技术要求，我们在生产中 4 又应该怎样生产和加工以保证该要求。通过制定工艺规程，我们 认识到怎样才能生产出合格的零件产品。 本设计说明书着重介绍了零件的生产工艺过程，工艺的分 析，工艺路线的确定，加工设备的选择，定位基准和夹具的选 择，加工方法选择，填写工艺文件等。 整份说明书要求内容丰富，简明扼要，清晰易懂，并附有图 纸说明。 由于能力有限，经验不足，设计中还有许多问题和不足之 处，请老师给予批评指正。 第二章第二章 毕业设计任务书概述毕业设计任务书概述 2.1 毕业设计的主要内容 随着社会的进步和国民经济的不断增长，火灾发生的频率和 对人类的生命财产造成的损失也就越来越大。为此，人类在防治 火灾上进行了各种各样的研究，从最初的穿孔管布水方式到现在 的自动喷水灭火系统，灭火的效果也越来越好，尤其是自动喷水 灭火系统的使用，大大提高了灭火的效率，也就从一定意义上降 低了人们的生命财产损失。 5 而旋转喷头的出现，大大提高了灭火效率。因为火灾发生 时，旋转喷头能够直接感应，并通过一系列电气自动控制，快速 作出反应，喷水灭火。由于旋转喷头的水底直径大、流量大、响 应快速的特点，其被人们广泛使用。它也在保护人们财产方面发 挥着不可替代的作用。 该旋转型消防喷头主要由四部分组成：喷头上体、喷头下 体、喷头上盖和喷头进水管，另外还有卡簧，m4、m5 内六角螺钉 和直径 4mm 的滚珠等一些标准件构成。其主要零件图和消防喷头 的结构图如下所示。 加工部分主要是喷头上体、喷头下体、喷头进水管和喷头上 盖的数控加工。以零件图为设计先导，综合应用机械设计相关专 业课程知识，以及结合生产实践分析，解决工程实际问题，其中 6 包括零件图样分析，材料的选择，热处理加工表面分析，加工精 度、表面粗糙分析，结构工艺分析，加工工序过程卡片、刀具卡 片的填写，毛坯图、零件图的绘制等，最终完成零件加工的所有 需考虑及计算方面的内容。 2.2 毕业设计的目的 通过本课题的设计对以前所学专业知识进行一次全面的、系 统的、规范的实践总结，同时培养和扩展学生独立分析、解决实 际问题的能力，为进入社会打下一个良好的基础。 2.3 毕业设计的要求 （1）以求实的科学态度对所学知识系统化、综合化运用。 （2）设计中做到可行性、可靠性、经济性、先进性的统 一。 （3）独立思考，尽可能自己解决设计中出现的问题。 （4）正确查阅手册、国家标准、教材等相关资料。 （5）制图规范、图面整洁、文字工整。 （6）说明书能够简明扼要地说明设计思想、约束条件、计 算结果、经济效果、确定依据等。论证要有必要的简图、表格、 计算公式，所引用公式、参数要注明来源，另外语句要求通顺。 7 在设计过程中，若遇到自己难以解决的问题，要及时向他人 请教或大家共同讨论，以得出正确的设计方案，切不可得过且 过，按照错误的思路设计下去。以认真务实的态度对待此次毕业 设计。 第三章第三章 喷头进水管的数控加工喷头进水管的数控加工 3.1 喷头进水管的零件图 8 3.2、零件工艺分析： 分析零件图可知，该零件是一个轴类零件，由外圆柱面、内 孔、外部管螺纹、倒角、锥度、六方等组成。其加工主要在数控 车床上完成，由于需要在外圆柱面上进行六方的加工，这需要在 四轴加工中心上完成。 3.3、零件毛坯选择： 1、材料制成零件必须满足使用性能的要求，才能保证在工 作中的安全可靠、经久耐用，因此必须分析零件的工作条件、受 力状况，分析零件失去工作效能的主要因素，确定零件的使用性 能要求，进而确定材料应具备的主要性能，再根据主要性能去选 择材料。 2、选择材料时，还应尽量降低零件的成本，选材的原则是 在满足零件的使用性能要求的前提下，尽量使材料的加工工艺和 经济性成本降低。 9 3、由于该零件为消防喷头，要长期和水进行接触，因此要 选择不易生锈的材料，且该零件在工作时要承受不小的压力，因 此应具有较高的强度。因此，我们选择 304 不锈钢。其毛坯为管 料，毛坯尺寸为 60mmx60mm ，内孔尺寸为 20mm 。 3.4、零件加工要求 零件主要加工要求为： - 0.25 0.35- 48的外圆柱面和 40 - 0.25 0.35- 内孔的尺寸公差均 为 - 0.25 0.35- ，尺寸要求比较高，其它尺寸要求一般，表面粗糙度要求 也不高。 3.5、零件加工方案 (1)零件卡具选择： 数控车床上的常用夹具有：三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖 类、心轴类以及卡环类装夹。 各夹具的特点及应用： a、三爪卡盘定心好，但是夹紧力小，属于通用夹具，其优 点是自动对中好。主要适宜装夹规则的回转类零件，如外圆、三 角、六角等。 b、四爪卡盘定心差，但是夹紧力大，需要多次调整找正。其缺 点主要是自动对中性差。主要应用于非圆类零件 c、顶尖类径向定位好，主要用于细长轴类零件。其分为活顶尖 和死顶尖。 10 d、心轴装夹主要装夹薄壁套筒类零件。 e、卡环类装夹，主要装夹精度高的轴类零件，如套类零件且薄 壁。 卡具使用目的：卡具使用目的：由于使用夹具工件能迅速而准确地安装于夹 具中的确定位置，夹具定位安装于机床的确定位置，因此，使用 夹具加工时，能使工件迅速而准确地处于加工位置，这就是夹具 在生产中得到广泛应用的主要原因。 一般来说，使用夹具的目的可以归纳为如下四个方面： 1) 稳定地保证工件的加工质量，减少废品。据资料介绍， 发动机缸体上曲轴轴颈的几个轴瓦孔的同轴度，若提高 0.01mm， 降低发动机的耗油量就很可观。因此，近年来，各国都十分重视 对夹具设计制造精度的研究。 2) 使用夹具可以提高生产率，此外生产中大量专用夹具的 采用还为生产过程的机械化和自动化创造了前提，为机械手和机 器人的使用提供了条件。 3) 使用夹具可以扩大机床的工艺范围。 4) 使用夹具可以改善操作者的劳动条件。 夹具的选择 由于此次产品加工属于单件加工，并且零件是圆柱回转体零 件所以选用三爪卡盘装夹。但考虑到加工中的一些工序的加工方 便和满足零件的精度要求，还有为了便于在四轴加工中心上加工 六方，因此我们自制了一个工装夹具-心轴。 （2）机床选择： 11 考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车 削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。根据 加工零件的外形和材料等条件，选用 ck160 数控机床。 机床基本参数：零件加工的机床选择 ck160 数控车床，30斜床 身，适应中小零件及长轴加工，配自动排屑装置，系统采用 fanuc 0i 系统。机床型号：ck160 加工范围最大旋转直径 350 ，最大加工直径 160mm，最大加工长度 400mm，转速范围 200- 5000r/min，主电机功率 5.5kw，刀具夹持方式为砖塔，刀架刀具 数量 8；x 轴行程 160mm，快速移动 16m/min，伺服电机功率 1.2kw；z 轴行程 450mm，快速移动 20m/min，伺服电机功率 1.2kw。选用的机床能够满足零件的加工。 （3）定位基准选择 定位基准分为粗基准和精基准。 精基准选择： 选择精基准应考虑如何保证加工精度和装卡可靠方便，一般 遵循以下原则:基准重合原则；基准统一原则；互为基准原 则；自为基准原则；准确可靠原则。 粗基准选择 12 粗基准选择应遵循以下原则:为了保证重要加工表面加工余 量均匀，应选择重要加工表面作为粗基准；为了保证非加工 表面与加工表面之间的相对位置精度要求，应选择非加工表 面作为粗基准；如果零件上同时具有多个非加工表面时，应 选择与加工面位置精度要求最高的非加工表面为粗基准；有 多个表面需要一次加工时，应选择精度要求较高，或者加工 余量最小的表面做为粗基准；粗基准在同一尺寸方向上通常 只允许使用一次；选择粗基准的表面应平整光洁，有一定面 积，无飞边、浇口、冒口，以保证定位稳定、夹紧可靠。 根据工件的外形，采用工件的左端面和毛坯外圆作为定位基 准。 （4）零件加工切削液选择 由于在切削过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前 面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热-切削热。 切削热被工件吸收 9%30%，切屑吸收 50%80%，刀具吸收 4%10%，其余又周围介质传出。 由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量， 工件和刀具产生变形最终影响加工精度。如果大量的切削热传入 刀具，容易使刀具损坏-造成“烧刀”的现象。为了提高加工 零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须 13 使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象 和零件精度的要求。 在生产过程中我们常使用水溶液、乳化液、切削油来冷 却、润滑、清洗。从毛坯材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化 液作为冷却液，其冷却效果很好。并且乳化液还具有冷却、润 滑、防锈的作用，价格便宜，应用广泛。所以，喷头进水管的加 工时冷却液我选择乳化液。 （5）零件加工刀具选择 不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖 强度越大，反之亦然。在机床刚性、功率允许的条件下，大余 量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片。反之，在机床刚性和功率 小、小余量、精加工应选用刀尖角较小的刀片。 刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面粗 糙度和加工精度，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径的 80。通 常对于小余量、小进给量车削加工应选用小的刀尖圆弧半径，反 之，应选用大的刀尖圆弧半径。 产品名称或代号 零件 名称 典型轴 零件图号 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 备注 14 1 t01 硬质合金 93 度外圆车刀 1 粗、精车外圆 2 t02 硬质合金 95 度内孔车刀 1 粗、精车内孔 左偏 刀 3 t03 硬质合金 45 度端面车刀 1 粗精车端面 4 t04 55 度硬质合金外螺纹车刀 1 车螺纹 5 t05 8 立铣刀 1 铣六方 （6）切削用量的选择 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以 指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进 给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切 削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发 挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性 能，最大限度提高生产率，降低成本。 切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合 实际经验确定， 该零件的切削用量如下表： 表 3-3 切削用量选择 (7)工步划分和加工余量选择 该零件在数控车床上分三次用三爪卡盘装卡加工。 第一次装卡加工工序为： 主轴转速 s/(r/min) 进给量 f/(mm/r) 背吃刀量 ap/mm 粗车外圆 1000 0.1 1.5 精车外圆 1000 0.05 0.2 车螺纹 1000 1.5 0.2 15 车端面 粗车 570.1 外圆，留 0.2 加工余量 粗车内锥孔留 0.2 加工余量 精车内锥孔至尺寸 第二次装卡加工工序为： 车端面，保证总长度 56 外圆 57 粗加工，留 0.2 精加工余量 内锥孔粗加工，留 0.2 毫米精加工余量 内锥孔精加工至尺寸 第三次装夹加工工序：(使用专用夹具) 外轮廓粗加工，留 0.2 余量 精加工外轮廓 加工管螺纹 在四轴加工中心上的加工工序： 粗、精加工六方至尺寸要求 3.6、零件加工工艺卡 综上所述，进水管的加工工序卡拟定如下： 工序号 工步内容 刀具号 刀具规 格 主轴转速 /(rmin -1) 进给速度 /(mmin-1) 被吃刀量/ 1 车端面 t03 45外圆 车刀 1000 100 1 2 粗车 570.1外圆 t01 93外圆 车刀 1000 100 1 3 粗车内锥孔 t02 95内孔 车刀 1000 100 1 16 4 精车内锥孔 t02 95内孔 车刀 1000 60 0.2 5 调头，车端面 t03 45外圆 车刀 1000 100 1 6 粗车 570.1外圆 t01 93外圆 车刀 1000 100 1 7 粗车内锥孔 t02 95内孔 车刀 1000 100 1 8 精车内锥孔 t02 95内孔 车刀 1000 60 0.2 9 使用专用夹具，粗车 外轮廓 t01 93外圆 车刀 1000 100 0.5 10 精车外轮廓 t01 93外圆 车刀 1000 60 0.2 11 加工管螺纹 t04 55外螺 纹刀 1000 80 2.309 12 在四轴加工中心上加 工六方 t05 8立铣 刀 1000 200 0.5 3.7、数控加工程序 数控编程方法有手工编程和自动编程两种。对于几何形状 复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程 序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。手工编程是 指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序 到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位 加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序 段不多，编程易于实现的场合等。 零件加工坐标原点设置如下图：零件加工坐标原点设置如下图： 17 第一次装夹加工程序单 o1 g21； t0303； s1000m03； g0x100.z150.； g0x65.z3.； g94x18.z0.f100.； g0x100.z150.； t0101； g0x62.z3.； g90x59.z- 20. f100.； x58; g0x100.z150.； t0202； g0x20.z3.； g71u1.r1.p1q2x- 1.z0f100s1000； n1g1x39.7f60.； x22.z- 35.； z- 40.； x20.； 程序号 端面车刀 快速到换刀点 车端面 换 1 号刀外圆车刀 车外圆至 z=-20 点 换 2 号刀内孔车刀 粗精车深度为 35