涡轮箱数控加工工艺及数控程序设计论文

毕业设计（论文）中文摘要 本次毕业设计的题目是 轮箱数控加工工艺及数控程序设计。 在制定工装图中，首先考虑 将工件安全、稳固地安装在工作台上，使工件在加工的过程中保持固定的位置不变，然后查阅相关资料，设计夹具，再通过制图形。 根据其工艺规程的编制步骤，分成侧重点各不相同的若干个任务 ， 即零件图的结构特点、零件的加工工艺分析、相应的切削加工方式、机床结构及选用、刀具种类以及机床专用夹具的设计等 。 本次设计的主要任务就是完成对 轮箱零件数控加工工艺进行设计，还有就是编写数控加工程序。在这次设计中运用了大量的机械知识，翻阅了许多专业书籍。 关键词： 涡轮箱 工装机构 加工工艺 编程 目录 1 引言 1 械制造业的发展趋势 1 控机床的发展 1 述 涡轮箱 2 研 究课题的目的、作用、内容 2 2 涡轮箱 机械加工工艺设计 3 件图分析 3 料的选择 4 坯尺寸的确定 5 准的选择 6 用的加工设备 6 定工艺方案 10 定数控加工流程 11 定进给路线 15 制数控加工工序卡片 16 3 工装夹具设计 17 紧方案分析 18 定夹具的类型及绘制夹具图 19 4 编制数控加工程序 21 立坐标系 21 控加工程序清单 22 5 零件成品图 20 结论 32 致谢 32 参考文献 33 附录 A 零件图纸 附录 B 毛坯图纸 附录 C 机械加工工艺过程卡片 附录 D 数控加工工序卡片 附录 E 数控加工刀具卡片 1 引言 机械制造业的发展趋势 如今数控机床已经深入机械制造业中，起到了不可代替的作用。极大的缩小了零件加工辅助工时和零件加工切削工时，大大地节约了成本。 21世纪初机械制造业的重要特征表现在它的全球化、网络化、虚拟化以及环保协调的绿色制造等，人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且 要从烦琐的计算分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动。智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。 数控机床的发展 从第一台数控机床的问世以来的 50 多年中，随着微电子技术、自动控制技术和精密测量技术等的发展，数控技术得到了迅速的发展，先后经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路及小型计算机和微处理机或微型计算机等五代数控系统。 前三代数控系统属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）系统，一般称为控。 20 世纪 70 年代初期，计算机技术的迅速发展使 得小型计算机的价格急剧下降，从而出现了以小型计算机代替专用硬件控制计算机的第四代数控系统。这种系统不仅具有更好的经济性，而且许多功能可用编制的专用程序实现，并可将专用程序存储在小型计算机中，构成控制软件。这种数控系统称为 计算机数控系统。 20 世纪 70 年代中期，以为处理机为核心的数控系统 为软接线（软件）数控系统。目前， 统早已经淘汰，现代数控系统均采用 前通常仍将现代数控系统称为 现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化，高可靠性、多功能、复 合化、智能化和结构开放。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放是结构的智能化，全功能通用数控装置。近几年推出的以 32 位微处理器为和姓的 统是实现上述目标的产品，如德国西门子推出的 40D 系统、美国辛辛那提的 统、日本发那科公司的 10 系统等。 简述涡轮箱 轮箱 概述 涡轮箱是一种箱体类零件，箱体零件是机器或部件的基础零件，它把有关零件联结成一个整体，使这些零件保持正确的相对位置，彼此能协调地工作。因此，箱体零件的制造精度将直接影响 机器或部件的装配质量，进而影响机器的使用性能和寿命。因而箱体一般具有较高的技术要求。 轮箱的作用 涡轮箱 的主要作用是容纳、支撑轴和齿轮 ，存储气体、液体等 ，并与 涡轮箱箱 盖连接， 箱 体的主要结构形状即由其功能来确定。如：将该机体做成中空的箱体，是为了容纳齿轮和存储润滑油； 箱 体下部的 螺纹 孔是更换润滑油的放油孔；箱 体 底 部带有销孔 或小孔 ， 便于定位加工，通常为一面两销定位 ；底板上的四个沉孔是为了安装、固定 箱 体； 箱 体上带有凸缘的 四个 大的圆孔，是为了支撑轴和滚动轴承 ； 凸缘 周边 圆角、倒角等 一方面便于铸造，另一方面增 大机械结构强度 ；凸缘前端的小螺孔，是为了连接密封端盖 。 本研究课题的目的、作用、内容 的 通过毕业设计，能利用 构造出零件的工装夹具图，利用 建零件三维立体模型。能较好的编写出零件的机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、填写数控加工刀具卡片并编制相应数控加工刀具路径和程序，而且做出相应的说明。 用 通过本课题的完成，使学生熟悉零件工装机构设计及数控程序设计的过程及方法，学会独立分析解决问题、查找参考资料的方法、编写 毕业设计 说明书。 容 本次毕业设计主要包括涡轮箱的工装图、机械加工工艺流程、工艺设计和机床夹具设计、加工参数的选择等。 可以细化的分为零件的工艺分析、零件工艺方案设计、数控机床的选用，包括进给路线、加工余量、切削用量等内容。最终完成零件的 机械加工工艺过程卡片、 机械加工工序卡片、 数控加工刀具卡片、 工件的定位和夹紧方案草图以及数 控加工进给路线图。 2 涡轮箱机械加工工艺设计 零件图分析 我设计的零件为涡轮箱。具体外形及尺寸详见附 录 A零件图纸。 该涡轮箱为箱体类零件，结构形状较为复杂，主要加工任务是铣平 面和加工孔，大部分适合数控镗铣加工的一种典型零件。我们根据加工部位粗糙度要求来制定加工方法。查资料，得表 2内孔的加工方案及经济精度，供选择加工方法时参考。 表 2孔加工方案 序号 加工方案 经济精度级 表面粗糙度 m） 适用范围 1 粗镗 12 淬火钢外的各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔 2 粗镗 半精镗 9 粗镗 半精镗 精镗 8 粗镗 半精镗 磨孔 8 要用于 淬火钢，也用于未淬火钢，但不宜用于有色金属 5 粗镗 半精镗 粗磨精磨 7 面表 2 表 2加工内容分析 平面 加工内容 加工方法 底面 320 200 底平面，粗糙度 284 13通孔， 粗糙度 32孔 ， 粗糙度 、精铣底平面；钻、铰 2 8 4 13通孔；反锪 4 32孔 顶面 240 200顶面，粗糙度 顶面 240 431侧壁，粗糙度 侧壁，粗糙度 80通孔， 90阶梯孔带 壁粗糙度 梯面粗糙度 、精铣 240 431；铣 80通孔， 、精镗 90阶梯孔 62通孔， 粗糙度 105凸台面，粗糙度 6 粗、精铣 105凸台面；粗、精镗 62通孔；钻、攻 6 240 326 侧壁，粗糙度 65 通孔，粗糙度 75阶梯 孔带 角，侧壁粗糙度 梯面粗糙度 粗、精铣 240 326 侧壁；镗 65 通孔；粗、精镗 75阶梯 孔带 、绞、攻 125 凸台面，粗糙度 6 85通孔，、精铣 125凸台面；粗、精镗 85通孔；钻 、攻 6 材料的选择 表 2灰铸铁的性能与应用 轮箱的材料为灰铸铁。灰铸铁 抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。 性能及用途如表 2 牌号 灰铸铁 指的是最低抗拉强度为 200灰铸铁。较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。 灰铸铁一般运用于 机械制造中较为重要的铸件，如：汽 缸、齿轮、机座 、金属切削机床 床身及床面等 。 汽车、拖拉机的气缸体、气缸盖、活塞、刹车轮、联轴器盘以及汽油机和柴油机的活塞环 。 承受 体、阀体以及要求有一定耐腐蚀能力的泵壳、容器 。 圆周速度 大于 12 20m/ 条件的零件 。 需经表面淬火的零件 。 毛坯尺寸的确定 毛坯是工艺技术人员应高度重视的问题。零件加工过程中工序的内容或工序数目、材料消耗、热处理方法、零件制造费用等都与毛坯的材料、制造方法，毛坯的误差与余量有关。 查机械加工余量手册，取部分截 图如表 2到毛坯余量。详细尺寸见附录 B毛坯图纸。 表 2与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量 基准面的选择 基准是用来确定工件上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。基准面的选择是工艺规程中的重要工作之一，基准面的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，在加工工艺过程中会问题百出，甚至会造成零件的成批报废，使生产无法正常进行。 基准的选择 用没有经过切削加工的表面作定位基准的称为粗基准，其选择原则是： （ 1）选与加工表 面有较高相对位置要求的不加工表面作粗基准。 （ 2）粗基准的选择必须使重要表面有足够且均匀的加工余量。 （ 3）用作粗基准的毛坯面应该平整、光洁、能使定位稳定，夹紧可靠。 （ 4）粗基准在同 尺寸方向上， 一般情况下只能使用一次。 因此选择涡轮箱底平面为粗基准比较合理，如果选择机体的侧壁为粗基准，则结合面的表面粗糙度与几何精度都不好保证。 基准的选择 由精基准选择原则： （ 1）基准重合原则 （ 2）基准不变原则 （ 3）互为基准，反复加工原则。 综上所述可选箱体的 C、 D 面为粗基准，加工底平面，如第十二页图 2平面为精基准，加工每个面及孔，这样较为合理。如第十三页图 2 选用的加工设备 式铣床的选用 加工 底平面、 2 84 13 通孔、 4 32孔 、 240 200顶 时，选用 图 2 图 2万能升降台铣床（ 列产品操作方便，性能可靠。可用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽等。如果使用适当铣床附件，可加工齿轮、凸轮、孤形槽及螺旋面等特殊形状的零件，配置万能铣头、 圆工作台、分度头等铣床附件，可进一步扩大机床使用范围。 机床刚性好，能承载重负荷切削。机床主轴电机功率高，变速范围广，充分发挥刀具效能，高速切削。易磨损铸件采用钒钛耐磨铸铁，重要部位采用优质合金钢，稳定耐用。机床有完善的润滑系统，可根据用户需要可配置数显装置。 式加工中心的选用 加工侧壁及其上的孔时，由于箱体呈正立，加工面为竖立面，优先选用卧式加工中心，考虑到环保性能，选择 图 2 2 2 （ 1） 本机床为定柱式卧 式加工中心，适用于箱体、壳体、支架等零件的多工序加工。 （ 2） 定柱式结构 数控等分工作台，最小分度 1 ，液压夹紧，适合重切削 气液转换升降平衡装置 X 向超重载滚柱式直线导轨； Y 向矩形硬轨 表 2标准配置 选择配置 0i 控系统 自动排屑器 高刚性、精密主轴单元 电柜空调器 40把链式刀库 数控连续分度工作台 (适合重切削 ) 表 2项 目 单位 技术参数 30 30 80 主轴端面至工作台中心距离 0轴中心至工作台面距离 00速移动 (X/Y/Z) mm/0000 切削进给速度 mm/转工作台尺寸 00 500 回转工作台最大承重 00 回转工作台 槽数宽度间 22 125 图 2 距 ) 主轴最高转速 r/2000 主轴 电机功率 1/15 主轴鼻端锥度 库容量 把 40 刀库类型 链式 最大刀具直径 170 刀具最大长度 50 刀具最大重量 2 数控回转工作台定位精度 5 数控回转工作台重复定位精度 2 机床重量 1100 外形尺寸 100 2803 4875 数控加工刀具， 详细说明见附表 E数控加工刀具卡片。 表 2加工内容与所用刀具对照表 加工内容 刀具编号 刀具名称 粗铣 160面铣刀 粗铣 160面铣刀 粗铣 160面铣刀 粗铣 160面铣刀 精铣 160面铣刀 精铣 160面铣刀 精铣 160面铣刀 精铣 160面铣刀 粗镗 0 通孔，至图纸要求 80镗孔刀 粗镗 D 面上 90阶梯孔带 角， 89镗孔刀 粗镗 62通孔，单边留 量 61镗孔刀 镗 5通孔，至图纸要求 65镗孔刀 粗镗 C 面上 75阶梯孔带 角， 74镗孔刀 粗镗 85通孔，单边留 量 84镗孔刀 精镗 90阶梯孔带 图纸要求 90孔刀 精镗 2通孔，至图纸要求 62孔刀 精镗 5阶 梯孔带 图纸要求 75孔刀 精镗 5通孔，至图纸要求 85孔刀 在 5螺纹底孔，深 2512 5麻花钻 在 5螺纹底孔，深 2512 5麻花钻 攻 纹孔至图纸要求 6攻 纹孔至图纸要求 6在 2螺纹底孔，深 3614 12麻花钻 攻 14 用丝锥 确定工艺方案 对于数控镗铣床加工来说以下两种原则适用较多 : （ 1）按所使用的刀具划分工序 采用这种方式可提高镗铣床加工的生产效率。在本次设计中，加工部位多不相同，所以刀具多，加工方法只有用多刀多工位，或单刀多工位。 （ 2）按粗精加工划分工序 采用这种方式可保持数控铣削加工的精度。应先切除整个零件的大部分余量，再将表面精铣一遍，一保证加工精度和表面粗糙度的要求。 本次设计划分工序分几个步骤，以下是相关说明 。详细说明见附录 C机械加工工艺过程卡片。 （ 3）按照机床划分 将相对非重要部分在普通铣床上加工，重要部分在数控卧式加工中心上完成，符合经济原则。 数控镗铣床上零件安装方法与普通铣床一样，要尽量选择已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到一次装夹中能把零件上的所有要加工的表面加工出来。零件定位基准应尽量与设计基准重合，以减少误差对尺寸精度的影响。 确定数控加工流程 随着以上的工艺分析等工作的完成，工序也随之确定，详见附录 D数控加工工艺卡片。以下是加工工序及附图。 工基 准面 以工件的两侧面定位，加工底平面，使其成为后续加工的安装基准。这里用台虎钳装夹，侧壁加垫块定位。台虎钳规格如图 2 2 图 2台虎钳图示 表 2台虎钳规格 经过时效处理后 ,粗、精铣底平面，钻、绞 2 8 4 13通孔，反锪孔 4 32沉头孔。如图 2 图 2加工基准 底平面为基准， 2 8销孔定位加工顶面、沉孔 这一组加工表面包括：尺寸为 240图 2 图 2以底平面为基准加工顶面 底平面为基准， 2 8销孔定位加工侧壁 粗糙度达到 卧式加工中心掉头粗、精铣平面。如图 2 图 2以底平面为基准加工侧壁 底平面为基准， 2 8销孔定位加工螺纹孔、镗孔 钻孔，攻丝 12 、精镗各孔达到尺寸要求。如图 2 图 2以底平面为基准加工侧面孔 确定进给路线 走刀路线包括刀具的运动轨迹和各种刀具的使用顺序，是预先编制在加工程序中。合理的走刀路线，正确的刀具 使用顺序对于提高加工效率，保证加工质量是十分重要的。 刀路线的选择 （ 1）最短的切削进给路线 切削进给路线为最短，可有效地提高生产效率，降低刀具的损耗等，在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要故顾此失彼。 （ 2）大余量毛坯的阶梯切削进给路线 根据数控车床加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向进刀顺序，顺工件毛坯轮廓进给路线。 （ 3）完成轮廓的连续切削进给路线 在安排可以以刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的完工轮 廓应由最后一刀连续加工完成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以 免由切削力突然变化而造成的弹性变形，致使光滑连接的轮廓上产生表面划伤，形状突变或滞留伤痕等缺陷。 根据以上原则，确定了走刀路线，下面就以 刀路线如图2 其他平面加工走刀路线类似，再次不予列出。 图 2 编制数控加工工序卡片 切削用量计算 以 90孔为例 ,计算如下 : 查 机械加工切削数据手册 ,得镗孔的切削用量 ,如表 2 （ 1） 粗镗 90孔至 89 毛坯为 80,所用刀具为粗镗刀，刀具直径 89。因为加工量大，背吃刀量为 根据 机械加工切削数据手册 查得，每转进给量为 此，因为表面粗糙度要求较低，取 因此 f=0.5 mm/r。高速钢粗镗刀切削速度为 2025m/此取 20m/ 根据公式 n=1000v/ n=整得 n=80r/ 进给速度 F=f n=80=40mm/ （ 2）精镗 90孔至要求 精镗刀，刀具直径 90为加工量小，背吃刀量为 根据 机械加工切削数据手册 查得，每转进给量为 此因为表面粗糙度为 f=速钢精镗刀切削速度 为 70 90m/此取80m/ 根据公式 n=1000v/ n=整得 n=280r/ 进给速度 F=f n=280=42mm/ 其他切削用量见附录 D数控加工工序卡片。 3 工装夹具设计 在现代化生产中，工具（工艺装备）的作用是非常重要的，所谓“工欲善其7 表 2镗孔切削用量 事，必先利其器”，就只这个道理。鉴于此，本次毕业设计的一个重要任务就是设计一套用来加工该涡轮箱的组合夹具。 在机械制造工业中，为了达到保证的产品质量、改善劳动条件，提高劳动生产率及降低 成本的目的，在工艺过程中，除机床等设备外，还大量使用各种工艺装备。它包括夹具、模具、刀具、辅助工具及测量工具等。因此广义的说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。不同的夹具，其结构形式、工作情况、设计原则都不相同，本次夹具设计主要根据国家夹具设计标准制定，如 2203 所谓机床夹具就是机床上所使用一种辅助设备，用它来准确的确定工件与刀具相对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置（以后简称夹具）。 经过与指导教师的交流，决定设计一套组合夹具，利用零件底平面和销孔即一面两销定位，用压板和螺钉夹紧。操作方便装夹，成本低。 夹紧方案分析 定位的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不 变 的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。 涡轮箱主要结构是箱体，表面形状多数为平面，可以利用大平面限制 3个自由度。利用零件上沉孔夹紧，即 紧箱体。具体装夹方式如图 3 工件在夹具中定位时，只有满足两个要求，定位方案才是可行的。一是需要限制的自由度，必须都得到恰当的限制，这 样可以保证工件被加工的精度要求。二是保证必要的定位精度和稳定性，定位精度直接影响工件被加工的精度，所以这点是不可被忽视的。确定地位方法后，选择定位元件，继而才可以进行定位误差的分析和计算。 工件的定位方案应是符合六点定位原则，六点定位就是限制工件的空间六个自由度，即分别为 X、 Y、 绕此三坐标轴转动的方向。工件被加工过程中，就工件被加工的形状与被加工工件的结构而定。 对夹紧机构的 有 如下 四个 基本要求： 1)夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全。 2)夹紧动作迅速， 操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量 。 3)夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 4)结构力求简单，便于制造和维修。 确定夹具的类型及绘制夹具图 于定位的定位销 短定位销可限制 2个自由度，即平面上另个方向的移动。用一个圆柱销和一个菱形销组合可限制 3个自由度。一个大平面限制 3个自由度，将它们组合就可限制 6个自由度，即完全定位。 圆柱销图示如图 3菱形销图示 如图 3位销尺寸标准如表 3 图 3圆柱销图示 图 3菱形销图示 夹示意图 下面是利用零件上沉孔夹紧，即 紧箱体，零件数控加工装夹示意图。如图 3 （ a） 表 3菱形销 尺寸标准 （ b） 图 3装夹示意图 4 编制数控加工程序 立坐标系 为了便于加工，首先建立坐标系。根据零件四壁都加工，所以每个侧壁建立一个坐标系。 加工 在 90孔中心 建立 标系。 加工 在 62孔中心 建立 标系。 加工 在 75孔中心 建立 标系。 加工 在 85孔中心 建立 标系。 例如 加工 在 90孔中心 建立 图 4 图 4建立 编制数控程序，所用系统为 0镗孔时可用固定循环指令。 控加工程序清单 主程序 98 换刀 第二把刀准备 00 3 03 粗铣 01 01 165 150 150 00 98 90 00 0 160 粗铣 01 137 100 1 90 56 3 03 粗铣 01 01 165 150 75 00 98 270 00 0 160 粗铣 01 01 147 100 00 0 200 精铣 01 147 100 1 90 56 2 03 精铣 01 01 165 150 75 00 98 90 00 0 200 精铣 01 01 137 100 1 90 54 2 03 精铣 01 01 165 150 150 00 98 03 54 0 40 03 粗镗 D 平面 80通 孔程序 02 85 注释 Z=（ 54+下同 100 98 04 00 00 35 03 粗镗 90阶梯孔 程序 03 85 （ 34+00 80 3 98 90 00 0 52 03 粗镗 F 平面 上 62通 孔程序 04 85 （ 30+00 80 3 98 180 00 0 50 03 粗镗 C 平面 上 65通 孔程序 05 85 （ 34+ 100 98 07 00 0 42 03 粗镗 C 平面 上 75阶梯 孔程序 06 85 （ 16+00 80 3 1 90 57 0 75 粗镗 E 平面 上 85通 孔程序 07 85 （ 34+ 100 98 09 00 0 45 03 精镗 E 面上 85通孔 程序 08 65 5 （ 34+ 100 3 98 180 00 0 45 03 精镗 C 面上 75阶 梯孔 程序 09 65 5 （ 34+ 100 3 98 90 00 0 37 03 精镗 F 面上 62通孔 程序 10 65 5 （ 34+ 100 3 98 0 00 0 37 03 精镗 D 面上 90阶梯孔 程序 11 65 5 （ 34+ 100 3 98 90 00 0 360 03 在 5螺纹底孔 程序 12 81 (25+2; 100; 1 00 0 360 03 在 5螺纹底孔 程序 12 81 (22+2; 100; 3 90 57 53 40 攻 序 13 84 (22+2; 100; 3 1 00 0 40 03 攻 序 13 84 (25+ 2; 100; 3 98 180 00 0 170 03 在 2螺纹底孔 程序 14 81 (36+100; 3 90 55 60 03 攻 序 15 84 (28+100; 3; 子程序 工作台分度宏程序 90 40 80 99； 初始化 91 0;在 止与刀具干涉 #2;工作台转位分度数用变量 #2表示，非数控轴，只有绝对值编程 99;宏程序结束 加工子程序 16 150; #2 210; #3 270; #4 330; #5 30; #6 15; 99; 刀子程序 90 40 80 09 始化 91 0;在 工件最远防干涉 91 0;在 工件最远防干涉 刀 程序 结束 类似于 00 #1 Z#4; Z#18; #26; #4; 类似于 00 #1 Z#4; Z