毕业设计（论文）-弹性联轴节外定位套的工艺设计与数控加工.doc

常州信息职业技术学院 毕业设计（论文）报告弹性联轴节外定位套的工艺设计与数控加工摘要本文对数控加工的背景及其意义做了简单的介绍,对零件加工工艺的概述,及数控加工工艺的基本特点,外定位套的工艺分析和选料、设计,并根据图样确定加工方法，分析锡青铜的加工性能，根据加工工艺手册对零件的夹具、刀具的选择，从而进一步分析最适合零件的加工设备，介绍数控车床的基本参数，最后编写零件的加工路线、填写加工工序卡片，及编程。本设计是对弹性联轴节的外定位套进行工艺设计和对该零件的加工方法的研究，不仅巩固了之前学的机械制造，数控编程还让我们对实际生活中设计有了进一步的了解,对我们今后的工作有了很大的帮助.关键词：数控加工；工艺设计；加工方法；编程Outside the location set of flexible coupling design and the technology of CNC machiningAbstract: In this paper, CNC machining background and significance of a brief introduction to the process outlined in parts, and CNC machining processes the basic characteristics of the process outside the location set of analysis and selection of materials, design and processing methods to determine the basis of drawings , analysis of the processing performance of tin bronze, according to the manual processing of parts of the fixture, tool selection, and thus further analysis of the most suitable parts of the processing equipment, introduced the basic parameters of CNC lathes, machining to prepare the final line, fill in the card processing and programming.The design is a flexible coupling to the outer positioning process design kits and the parts of the processing methods of research, not only prior to the consolidation of the school of mechanical manufacturing, numerical control programming also give us real-life design has been further understanding of our future work with the great helpKeyword: CNC Machining; process design; processing methods; Programming第一章 前 言1.1 课题背景及其意义随着电子、信息等高新技术的不断发展和市场需求个性化与多样化，科学技术领域中以机械制造技术为先导的先进制造技术正在以前所未有的速度向前发展。当前先进制造技术的发展有以下特点：1.1.1.信息技术、制造技术与自动化技术紧密结合随着信息技术向制造技术的注入和融合，促进制造技术的不断发展，它使制造技术的技术含量提高，使传统制造技术发生质的变化，促进加工制造的精密化、快速化；自动化技术的柔性化、智能化；整个制造过程的网络化、全球化。相继出现的各种先进制造模式，如CIMS、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造等，均以信息技术的发展为支撑。1.1.2.计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程分析（CAD/CAM/CAE）制造信息的数字化，将实现CAD/CAM/CAE的一体化，使产品向无图纸制造方向发展。在发达国家的大型企业中，已广泛使用CAD/CAM,实现100%数字化设计。将数字化技术注入产品设计开发，提高企业产品自主开发能力和产品档次，同时也提高企业对市场的应变能力和快速响应能力。通过局域网实现企业内部并行工程，通过Internet建立跨地区的虚拟企业，实现资源共享，优化配置，也使制造业向互联网辅助制造方向发展。1.1.3.加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展（1）超精密加工技术。（2）超高速切削。（3）新一代制造装备的发展。 1.1.4.工艺研究由“经验”走向“定量分析”先进制造技术的一个重要发展趋势是通过计算机技术和模拟技术的应用，使工艺研究由“经验”走向“定量分析”，加工工艺由技艺发展为工程科学。 1.2外定位套加工的意义 通过对外定位套的加工，从中能提高我的思维方面的能力，加工设计的能力。工艺设计是联接产品设计和制造的桥梁，是企业生产活动的枢纽。然而随着科技的发展，计算机辅助工艺设计不仅从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题，而且提高工艺过程设计的质量，实现工艺过程设计的优化和标准化。这次的设计既复习之前大学期间所学的知识，又巩固自己的学识，深化了课题的内容，理解更深层次的设计。其次，通过本次设计，我学会了分析生产零件的图纸及技术要求，如何进行工艺分析、确定工艺方案、编制加工工艺及数控编程的基本过程，从而提高我们独立分析问题和解决问题的能力，让我更有信心面对今后艰辛的就业之路。第二章 零件加工工艺分析2.1 零件加工工艺分析 外定位套的结构特点：根据对图样的分析，此零件为套类零件，它主要加工外圆面及内孔，主要保证零件的内、外圆尺寸精度及内、外圆的同轴度、台阶与轴线的垂直度，几个配合表面粗糙要求为3.2m，外圆和内圆尺寸精度高，内孔倒角为60度，外圆倒角为45度。最大内孔须要用拉床拉出16个槽，均匀分布(如图2-1)，总图及零件图见附录1。图2-1 外定位套2.1.1、表面粗糙度要求 表面粗糙度要求是保证零件表面微观精度的重要要求。对于切削加工，它是合理选择机床、刀具及切削用量的重要依据。此外定位套的要求为：采用锡青铜ZQSn-5-5-5材料的铸件，最高表面粗糙度为3.2m,145+00.04mm与155+0.00.305mm的同轴度公差为0.015mm。24的右端面与145+0.004mm的内孔表面垂直度为0.02mm。其余表面粗糙度为12.5。2.1.2、尺寸公差要求 分析零件图样上的尺寸公差要求,以确定控制其尺寸精度的加工工艺,如刀具类型及其几何角度的选择及确定切削用量等。在该项分析过程中，还可以同时进行一些编程尺寸的简单换算。如将标注有公差要求的尺寸取其中值（即最大极限尺寸与最小极限尺寸的平均值）作为编程的尺寸依据等。也就是要细致的观察全图即找精度要求较高的尺寸如绿色标记的尺寸如155+0.00.305mm。 如图这个尺寸要求是比较高的，要想保证这个尺寸精度必须先以外圆作为基准，那么如何保证呢？首先要先用四爪卡盘夹紧外圆，粗车端面和外圆，保证尺寸165，再用切槽刀切宽度为1.5，深度为1的槽，然后用镗刀慢慢加工到147左右，用拉床拉16个槽，槽长17，精加工外圆，精镗内孔，换头加紧另一端，车右端面，再车30度倒角。这样零件的大致样子就出来了，要完成它还需要用千分尺把握好尺寸精度，然后去毛刺，完全退火等处理。2.1.3、形状和位置公差要求图样上给定的形状和位置公差是保证零件几何精度的重要要求。分析此项要求，便于确定其定位基准和检验基准，并尽量使它们与设计基准一致，还可以根据加工需要进行一些技术性处理，以有效地控制其形状和位置误差。 在数控机床切削加工中，零件的形状和位置误差，除装夹定位误差外，主要是受机床主体机械运动副的精度影响，一般不能通过工艺处理环节给予解决。因此，在加工前了解其机械运动副的精度状况是十分必要的。其次，在分析完一些尺寸精度要求高的尺寸后，必须要分析哪些部分需要加工，要看客户图纸上一些具有光洁度要求的地方在图中我已标出红色标记的地方即是要加工的地方。这一个环节非常的重要，它是确定我们加工的重要依据，并且要确保做到一个地方不能漏，如若少给一个地方或多给一个地方直接影响我们加工的路线、机床的选择等将会有一系列重要的影响。还有我们也不能忽视那些没有加公差的尺寸。2.1.4、其他要求包括被加工零件的材料和毛坯（或半成品）状况、件数及热处理等方面。在工艺分析及处理过程中，这些要求往往容易被忽视，从而影响到编程的效果。这些要求不仅是选择刀具、机床、零件的装夹与定位及确定切削用量的重要依据，同时将对加工效益产生重要影响。2.1.5、加工可行性分析 此零件是套类零件，结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。零件结构工艺性好还是差对其工艺过程的影响非常大，不同结构的两个零件尽管都能满足使用性能要求，但是它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。因此，采用数控加工时，必须注意零件设计的合理性，必要时，还应在基本不改变零件性能的前提下，对零件的结构形状及尺寸进行修改，具体可以参照以下几点。（1） 尽量工序集中，以充分发挥数控机床的特长，提高精度和效率。（2） 采用标准刀具、减少刀具规格与种类。（3） 减少机床调整，缩短辅助时间。（4） 利于减少编程工作量。（5） 利于减少加工劳动量。（6） 利于保证定位刚度和道具刚度，以提高加工精度。2.2确定加工方法加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。但是，每一种表面都有多种加工方法所能达到的加工精度和表面粗糙度，都是在一定范围内的。加工精度提得越高，表面粗糙度值减小得越小，则所耗费的时间与成本也会越大。2.2.1、加工方法的选择 （1）所选择的加工方法能否达到零件精度的要求。 （2）零件材料的加工性能如何。淬火钢的精加工要用磨削，有色金属宜采用切削加工方法，不宜采用磨削加工。 （3）生产率对加工方法有无特殊要求。为满足大批量生产的需要，内孔通常多采用拉床拉削加工法加工，应避免盲目采用高效加工方法和专用设备造成经济损失。 （4）现有加工设备的工艺能力和加工经济精度如何。2.3 拟定加工路线机械加工工艺路线的拟订是制定工艺过程的总体布局，其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程中工序数目和各工序内容。拟定过程中应首先确定各次加工的定位基准和装夹方法。然后再将所需的辅助、热处理等工序插入相应顺序中，得到机械加工工艺路线。2.3.1 毛坯的选择及毛坯尺寸 正确选择毛坯类型有着重要的技术经济意义。选择不同的毛坯，不仅影响着毛坯本身的制造，而且对零件机械加工的工序数目、设备、工具消耗、物流、能耗都有很大影响。1. 毛坯的种类: 铸件、锻件、型材、焊接件。2. 毛坯的选择原则： 在选择毛坯时应考虑以下因素：（1） 零件的材料及机械性能。（2） 零件的结构形状与外形尺寸。（3） 生产纲领大小。（4） 现有生产条件。（5） 充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能。如图2-1所示，外定位套的毛坯为167mm32mm,材料为铸造锡青铜ZQSn-5-5-5。2.3.2加工阶段的划分1.当零件的加工精度要求较高时，往往不可能用一道工序来完成所有加工，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。因此，通常可将零件的加工过程划分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工4个阶段。（1） 精加工阶段。精加工阶段的主要任务是去除各表面的大部分余量。因此，在这个阶段中的主要问题是如何提高生产率。（2） 半精加工阶段。半精加工的主要任务是达到一定的精度要求，留有一定的精加工余量，并为主要表面的精加工作准备。（3） 精加工阶段。精加工阶段的任务是达到零件的全部技术要求（主要是保证表面的加工质量）。在这个阶段中，加工余量比较小，主要问题是如何保证质量。（4） 光整加工阶段。其主要目的是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。一般不用来提高位置精度。2.划分加工阶段的好处有以下几个方面：（1） 有利于保证价格质量。（2） 可以合理地使用设备。（3） 便于安排热处理工序。（4） 便于及时发现毛坯的缺陷。2.3.3基准的选择基准就是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。在制定工艺流程时，必须正确地选择定位基准，在加工过程中，选择哪些点、线、面作为基准，是直接影响工作表面间相互位置精度的重要因素之一。1.选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。选择原则为：（1）为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；（2） 合理分配各加工表面的余量 （3）尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。 （4） 粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。2.选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。其选择原则如下：(1) 基准重合原则 即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。(2) 基准统一原则 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。(3) 自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。(4) 互为基准原则 当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。(5) 便于装夹原则 所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。在此我们来分析一下外定位套的零件图的基准：图以尺寸24的右端面，外定位套的中心作为基准。以右端面作基准是用来测量与其有关的一些尺寸如24、29等尺寸的长度，这些尺寸都是以24的右端面为定位基准的。外定位套的中心作为各个外圆，内孔的基准。2.3.4夹具和安装的选择2.3.4.1.夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点： （1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具，同时要求夹具的结构简单。 （2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。 （3）在数控机床上使用的夹具，要能够安装准确，能保证工件和机床坐标系的相对位置和尺寸，力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。 （4）尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数表面的加工，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，达到充分提高数控机床效率的目的。 根据以上分析选择用车床上的四爪卡盘夹紧工件。2.3.4.2.工件的安装在数控机床上加工零件时，为保证工件的加工精度和加工质量，必须使工件位于机床上的正确位置，也就是通常所说的“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.工件在机床上的装夹方法：（1）用找正法装夹工件（2）用夹具装夹工件用找正法装夹工件的方法： 把工件直接放在机床工作台上或放在四爪卡盘、机用虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧；先按加工要求进行加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进行找正实现装夹。 2.特点：这类装夹方法劳动强度大、生产效率低、要求工人技术等级高； 定位精度较低，由于常常需要增加划线工序，所以增加了生产成本；只需使用通用性很好的机床附件和工具，因此能适用于加工各种不同零件的各种表面，特别适合于单件、小批量生产。3.工件的装夹原则：在数控机床上工件安装的原则与普通机床相同，也要合理地选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点： 力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。 尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位和装夹后就能加工出全部待加工表面。 避免采用占机调整式方案，以充分发挥数控机床的效能2.3.5加工设备的选择 因为此工件结构简单，零件回转直径为165mm，材料为锡青铜，可以用数控车床进行加工，所以选择型号为CK6140车床，性能特点及技术参数如下：（一）、性能特点：本车床采用优质床身，配FANUC oi-MC数控系统，全数字交流伺服电机驱动，整机采用全防护一体化结构，外形美观，性能稳定可靠、功能丰富，主要适用于复杂形状的零件或精度要求很高的零件加工。（二）、技术参数：1、床身上最大回转直径： 410mm2、床鞍上最大回转直径： 220mm3、最大加工长度： 1000mm4、主轴通孔直径： 52mm5、主轴锥度： 莫氏6#6、主轴转速： 202000rpm(变频)7、主轴功率： 5.5Kw8、最小设定单位： 0.001mm9、快速移动速度： 8000mm/min10、切削速度： 4000mm/min11、定位精度 0.015mm12、重复定位精度 0.008mm13、尾架套筒锥度： 莫氏4#14、机床重量： 2200Kg2.3.6工艺路线根据以上工艺分析，特拟定如下工艺路线:铸造喷丸检查时效处理去浇冒口车床加工检查打孔检查拉槽-检查入库第三章 数控加工工序设计3.1刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据车床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具。车刀一般应按照以下原则来选用：（1）按被加工工件材料性质来选择刀片材料 通常被加工工件材料有钢材、不锈钢、铸铁、铝及有色金属、耐热优质合金钢、淬硬材料等类型，在选用硬质合金或涂层硬质合金刀片时，应按照被加工工件材料的类型来确定刀片材料牌号。（2）按工件加工的要求选择刀具类型和尺寸 通常在数控车床上车削外轮廓、螺纹、槽等几何元素，在加工时应根据加工元素来选用刀具类型和尺寸。如在选择外圆车刀时，除确定主偏角以外，还要选择合适的副偏角以避免刀片与工件外轮廓发生干涉；在选择内孔车刀时，刀杆直径不能大于预钻孔直径；在选择切槽刀时，刀片宽度不能大于槽的宽度，同时，刀片过宽也容易产生振动；在选择螺纹车刀时，刀片的螺距规格应与被加工螺纹的螺距一致。（3）按加工阶段选择刀片槽型 工件加工通常分为粗、半精和精加工阶段，不同的加工阶段应选用不同的刀片槽型。粗加工刀片的槽型结构降低切削阻力，刀刃坚韧耐冲击；半精加工刀片的槽型结构便于断屑；精加工刀片的槽型结构使切削轻快，切屑控制好，可获得优良的加工表面质量。（4）按工作负荷选择夹紧方式 加工时工作负荷常分为轻、中、重等类型，刀片夹紧方式应根据工作载荷大小来确定。通常杠杆压紧式用于轻载或中载场合；复合压紧式用于重载场合；螺钉压紧式用于加工铝及有色金属等场合。 在数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。 根据以上选择原则，本加工采用成都英格数控刀具有限公司的车刀，1.外圆车刀T1:MDQNR/L 1616H11，2.内孔车刀T2:S10K-SDQCR/L 07,3. 外切槽刀 T3:TC16T3L110。3.2切削用量的选择与计算 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。切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。1、外圆车刀粗车时转速及进给量的计算： 主轴转速S=1000v/d=1000*250/3.14*167=476r/min=500r/min进给量F。指刀具在进给方向上相对于工件的移动量，单位是mm/r（对于车削、镗削等）或mm行程（对于刨削、磨削等）。则 F=S*f=381*0.5=190.5mm/min=200mm/min（f为主轴转一周时刀具的进给量。）背吃刀量ap。指在垂直于主运动方向和进给方向所组成的切削平面上测量的道具与工件的接触长度的投影，单位是mm。对于切削外圆，背吃刀量是已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，一般粗加工的背吃刀量为1-3mm,精加工的背吃刀量为0.1mm-0.3mm。精车时转速及进给量的计算：S=1000*500/3.14*167=1000r/min F=S*f=953*0.2=200mm/min2、内孔车刀粗车时的转速及进给量的计算：S=1000*250/3.14*167=500r/min F=S*f=476*0.4=200mm/min 精车时转速及进给量的计算：S=1000*550/3.14*167=1000r/min F=S*f=1048*0.2=200mm/min3、切槽刀粗车时的转速及进给量的计算：S=1000*200/3.14*167=400r/min F=S*f=381*0.4=150mm/min 精车时的转速及进给量计算：S=1000*500/3.14*167=1000r/min F=S*f=953*0.2=200mm/min3.3零件的数控加工路线 1、夹紧工件右端粗车左端面及外圆。2、切槽，3. 粗镗内孔。4、精车外圆。5、精镗内孔。5、换头车右端面，车外圆，倒内角。3.4填写加工工序卡片根据以上工艺归纳编写工艺卡片见附录2。第四章 编制零件的加工程序以下为加工左端外圆及内孔的编程：O1111G54G90G98G21M03 S500T0101（外圆车刀）G00 X170.0 Z2.0G71 U1.0 R0.5G71 P10 Q11 U0.3 W0.0 F200N10 G00 X140.0G01 Z0.0G01 X153.0G01 X155.0 Z-1.0G01 Z-24.0N11 G01 X168.0G00 X100.0 Z100.0M05M03 S1000GOO X170.0 Z2.0G70 P10 Q11 F200G00 X100.0 Z100.0M05T0202（内孔车刀）M03 S500G00 X130.0Z2G71 U1.0 R0.5G71 P20 Q30 U0.3 W0.0F200N20 G01 X145.0G01 Z0.0G01 Z-30N30 G01 X138 G01 X100.0 Z100.0M05M03 S1000G00 X10.0 Z5.0G70 P20