毕业设计（论文）-槽轮的工艺设计及数控加工编程（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计（论文） 题题 目：目：槽轮的工艺设计及数控加工设计 学学 院：院： 专专 业：业： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2016 年年 3 月月 26 日日 I 摘要 文章的主要内容为槽轮的工艺设计与数控加工工艺设计,并在零件的手工编 程中用到了 G01 直线插补命令、G02/G03 圆弧插补指令；G81 钻孔；M98 调用子程 序指令等。本篇毕业设计主要针对数控机床的加工及编程的介绍，对槽轮进行工 艺性分析，包括加工工艺的选择和制定，还包括各零件的程序的手工编制。 本次设计的题目是槽轮的工艺设计与数控加工工艺设计，重点在于对槽轮加 工的工艺性和力学性能分析，对槽轮的加工工艺规程进行合理分析，对槽轮进行 加工工艺的规程设计，包括了槽轮的数控铣削加工和数控车削加工，并且介绍了 数控加工工艺及数控编程。 关键词：槽轮；编程；工艺；数控加工 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract This paper mainly introduces the current situation and development prospe ct of automotive beauty decoration industry, car beauty industry is experiencing a hitherto unknown development opportunity, there are good prospects for deve lopment. But due to the current situation of enterprise development disorder, n ot standardized, quality of personnel is low, which seriously restrict the develo pment of the industry. Through the professional knowledge of the designer to master the relevanti nformation on the Internet, as well as the current situation at home and abroad, the design scheme, after a detailed investigation, this graduation design is to design a set of practical multifunctional baby chair.This design is begins with t he argument, introduces in detail the scheme analysis, design process and calcu lating process. Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture; III 目目 录录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 制造工业的重要性 . 2 1.2 数控机床的介绍 . 1 1.3 数控编程的介绍 . 2 2 零件结构工艺分析 . 3 2.1 零件的分析 . 4 2.1.1 零件的作用 . 6 2.1.2 零件的尺寸工艺分析 . 8 2.2 零件的主要技术要求 . 10 2.2.1 内孔的精度及位置精度 . 11 2.2.2 其他要求 . 11 2.3 时间定额计算及生产安排 . 11 3 工艺规程设计 . 12 3.1 选择定位基准 . 13 3.2 选择加工设备和工艺设备 . 14 3.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 . 16 4 数控加工工艺设计 . 18 4.1 数控编程的定义及分类 . 21 4.1.1 数控编程的定义 . 22 4.1.2 数控编程的分类 . 23 4.1.3 编程方法的选择 . 24 4.2 编程原点的确定 . 26 4.3 零件造型及加工 . 27 4.4 槽轮的仿真加工 . 28 4.5 加工程序清单 . 30 结论 . 31 IV 致谢 . 32 参考文献 . 33 1 1 绪论 1.1 制造工业的重要性 机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、 国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。 从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽 车、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。减速 器也是有些设备中所不可缺少的，我们应该了解减速器的机械制造工艺过程才能把产品 制造出来。 1.2 数控机床的介绍 数字控制（Numerical Control,简称 NC）技术是近代发展起来的一种用数字化信息 进行控制的自动控制技术，在机床领域具体指的是用数字化信号对机床运动及加工过程 进行控制的一种方法。定义中的“机床”不仅指金属切削机床，还包括其他各类机床， 如线切割机床，三坐标测量机等。 数控系统（NC System）是指采用数字控制技术的控制系统。这种控制系统，能自 动阅读输入载体上预先给定的数字值和指令，并将其译码，处理，从而自动的控制机床 进给运动进行零件加工。装备了数控系统的机床称为数控机床。 数控机床（NC Machine Tools）又称 CNC 机床，数字化信息实现机床控制的机电一 体化产品。它能利用数字化信息（指令，代码）对机床的进给运动和加工过程进行控制， 即把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的启动和停止，主轴变速，刀具的选择， 工件的夹紧松开，冷却电动机的开关等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息 送入数控装置，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他执行元件，使 机床自动加工出所需要的工件。 与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点： 加工精度高，质量稳定，现在一般的数控机床的精度都能达到 0.001mm 能完成普通机床难以完成的加工或根本不能加工的复杂零件的加工。 生产效率高，数控机床的主轴转速，进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切 削参数，可充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅加工过程稳定，而且能保证 加工效果的高精度。而且不需要在加工过程中进行测量检查，就能连续的完成整个加工 2 过程，减少辅助动作时间和停机时间 有利于制造技术向综合自动化方向发展。数控机床是机械加工自动化的基础设备之 一，当今以数控机床为基础建立起来的 FMC,FMS,CIMS 等综合自动化系统使机械制造 的集成化，自动化和智能化得以逐步实现。 功能丰富。CNC 系统不仅能控制机床的运动，而且还对机床进行全面的监控，自 诊断报警，通信管理等。减少人工劳动强度，改善劳动条件，实现一人多机操作。 1.3 数控编程的介绍 数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行 控制。在数控机床加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工 艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后然后把全部工艺过程以及其他辅助 功能（主轴的正转与反转、切削液的开关、变速。换刀等）按运动顺序，用规定的指令 代码及程序格式编制成数控加工程序， 经过调试后记录在控制介质 （或称程序载体） 上； 最后输入到数控机床的数控装置中， 以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。 因此， 把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全部过程为零件加工程序的编制。 手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工完成的。对于几何形状不 太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工 编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛的应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加 工中。但是工件轮廓复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等平面，或工件加工程序较长 时，使用手工编程将十分繁琐、费时，而且容易出错，常会出现手工编程工作跟不上数 控机床的加工情况，影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。 APT 软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理， 以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进 行外（有些自动编程系统能确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、 编写程序单、制作数控介质、程序检验等各项工作均有计算机自动完成。编程人员只需 要根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自 动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程， 及时修改，将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。 CAM 软件是将加工零件以图形的形式输入计算机，有计算机自动进行数值计算、 前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形成加工程序输入数控 3 机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算繁琐、手工编程困难、或手工无法编出的 程序都能够实现。 2 零件结构工艺分析 本文首先对槽轮进行分析， 通过对槽轮进行研究和分析， 描述了它的毛坯制造形式、 机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等 相关内容。为了提高劳动生产率，与指导老协商后，感觉用数控编程比较合适。 在这次毕业设计中， 根据课题所给的零件图、 技术要求， 通过查阅相关资料和书籍， 了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了 夹具设计，整个设计得指导思想“简便、效率高、非常经济”。 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 题目给出的零件是槽轮，槽轮主要是作为机械结构零件来使用的，一个设备是通过 各种不同零件组成的，其中包括各种机构，例如传动机构、执行机构，以及一些其他结 构，故槽轮零件的加工精度和表面光洁度直接影响着装配的精度和机械设备的使用性 能，可以说，一个加工精度高的槽轮与加工精度的低的槽轮相比，其传动效果很明显。 所以研究和制定槽轮零件的数控加工工艺规程和编程就尤为重要。图 1，2 分别为槽轮 零件三维图纸和 CAD 图纸。 4 图 1 槽轮三维图 图 2 槽轮零件图 5 2.1.2 零件的尺寸标注分析 零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许 有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既 要满足设计要求，又要便于加工、测量。 关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、 重复尺寸等等。 该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。 2.2零件的主要技术要求 由以上分析可知，该槽轮的主要加工表面是外端面和槽以及孔系。因此，对于槽轮 来说，加工过程中的主要问题是保证孔保证孔系的加工精度容易，处理好孔和平面 之间的相互关系。 2.2.1 内孔的精度及位置精度内孔的精度及位置精度 槽轮的主要加工面为 03 . 0 01 . 0 25+ + 内孔的数控铣削加工， 03 . 0 01 . 0 25+ + 内孔的数控车削加工， 其表面粗糙度要求分别为mRa6 . 1、mRa8 . 0。 2.2.2 其它要求其它要求 槽轮加工方案，应该选择能够满足较为复杂类零件平面加工的加工设备，例如数控 机床。除了从加工精度和加工效率方面考虑外，也要适当考虑经济因素。依据零件图我 们确定槽轮的加工工艺及加工路线，对于关键工序，我们应该在数控铣床上面进行加工 比较合适。 2.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 假设该零件年产量为30万件。设每天的产量为1300件。根据相关标准，当零件的 加工批量为中小批量的时候，时间定额的计算公式为： Ntkttt zzfjd /%)1)(+= （大量生产时 0/Ntzz ） 故，相对于大批量生产，其计算公式如下： %)1)(kttt fjd += 其中： d t 单件时间定额 j t 基本时间（机动时间） 6 f t 辅助时间。 k一些除了加工工件以外时间的总和。 工序：粗、精铣结合面 机动时间 j t ： min73. 1= j t 辅助时间 f t ：参照机械加工工艺手册表2.5.43，取工步辅助时间为 min6 . 0 。 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 min1 . 0 。则 min7 . 01 . 06 . 0=+= f t k：根据相关计算切削时间的资料有，13=k 单间时间定额 d t ： min14. 1min24. 2%)131)(25. 073. 1 (%)1)(f+=+=kttt fjd 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， min14. 1min12. 1 2 24. 2 2 p= d d t t 即能满足生产要求。 （1）、铣削宽度的选择 查机械制造工艺设计简明手册表3.127有 半精铣 1 e a = 2 这里取 1.5 e a = （2）、铣削每齿给量的选择 查机械制造工艺设计手册表328有 0.3 f a = （3）、铣削深度的选择 查机械制造工艺设计手册表329有 0.5 p a = （4）、铣削速度的选择 查相关计算切削时间的资料有 7 0.6/36/minvm sm= 所以： 10001000 36 192 /min 3.14 60 v nr d = （5） 计算切削时间 查相关计算切削时间的资料表1.415 可知： ()() 12 1 2 . .0.3 16 192921.6 1595 1312 25 1580 z z m mf pp L T f fa z n Llll laDa l L = = = += =+= = = 所以， 1595 1.73min 921.6 z m L T f = （6）计算铣削力 相关计算切削时间的资料有 ： 0.830.650.83 0 9.81 zzefp FCF aada z = 式中： 0 30 1.5 0.3 60 z e f CF a a d = = = = 16 0.5 p z a = = 所以， 0.830.650.83 0 9.81 zzefp FCF aada z = =93n。 8 3 工艺规程设计 3.1 选择定位基准 槽轮胡加工工序较为简单，主要粗基准选择毛坯的左右端面，精基准选择已经铣 削好的左右端面。 3.2 制定工艺路线 本次设计的零件是槽轮，根据先面后孔原则，本次先以内孔定位加工槽轮的各个 面，然后再是孔。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面， 再粗加工孔系。对于槽轮加工，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应 先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中样安排不易于保证孔和端面相互垂直。加 工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件 内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于mg200。 根据以上分析，现将槽轮的工艺路线制定如下： 9 3.3 选择加工设备和工艺设备 由图样分析，该图样需要数控车削，铣削上下左右几个端面，车外圆 ，钻孔，铰 孔，铣凸轮槽等，在这里我们在铣轮廓时选用外圆车刀，沟槽车刀，钻头，丝攻等等。 而钻削加工时我们可以选用麻花钻头，量具可选用 0-150mm 为 75-100mm 的测量游标卡 尺，外径千分尺，游标深度卡尺、 塞规等。 3.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 (1)毛坯种类的选择 由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用锻造作为毛坯的制作形式，从而 提高劳动生产率，降低成本。 (2)确定毛坯的加工余量 根据毛坯制造方法采用的锻造，查取机械制造工艺设计简明手册表 2.2.5， “槽 轮”零件材料采用锻造。材料为 20Cr，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。 10 4 数控车加工工艺设计 4.1 数控编程的定义及分类 4.1.1 数控编程的定义 编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进 给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松 开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。 4.1.2 数控编程的分类 数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。 手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代 码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或 几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。 自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程 序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。 4.1.3 编程方法的选择 该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成，坐标点尺寸计算方便，故采用手工 编程的方式编制其加工程序。 4.2 编程原点的确定 该槽轮均为规则的回转型零件，其坐标原点可设在两端面中心上，这样方便编程坐 标的计算。其坐标原点如图 3.2 所示。 11 3.2 编程原点 4.3 零件造型及加工 UG 制造工程师是在 Windows 环境下运行 CAD/CAM 一体化的数控加工编程软件。 软件 集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成、 加工工艺单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。 实体曲面结合 3.3.1 方便的特征实体造型 采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来描述，简单而准确。通 常的特征包括孔、槽、型腔、凸台、圆柱体、球体、管子等，UG 制造工程师 可以方便 地建立和管理这些特征信息。 12 先进的 “精确特征实体造型” 技术完全抛弃了传统的体素拼合和交并差的繁琐方式， 使整个设计过程直观，简单。 实体模型的生成可以用增料方式，通过拉伸，旋转，导动，放样或加厚曲面来实现； 也可以通过减料方式，从实体中减掉实体或用曲面裁剪来实现。还可以用等半径过渡， 变半径过渡，倒角，打孔，增加拔摸斜度和抽壳等高级特征功能来实现。 3.3.2 强大的 NURBS 自由曲面造型 UG 制造工程师继承和发展了前一代版本的曲面造型功能。 从线框到曲面， 提供了丰 富的建模手段，可通过列表数据，数学模型，字体文件及各种测量数据生成样条曲线； 通过扫描，放样，拉伸，导动，等距，边界，网格等多种形式生成复杂曲面；并可对曲 面进行任意裁剪，过渡，延伸，缝合，拼接，相交，变形等，建立任意复杂的零件模型。 通过曲面模型生成的真实感图，可直观显示设计结果。 3.3.3 灵活的曲面实体复合造型模式 利用这一模式，可实现曲面裁剪实体，曲面生成实体曲面约束实体等混合操作，是 用户设计产品和模具的有利工具。UG 制造工程师 快速高效的加工功能涵盖了从 2 轴到 3 轴的数控铣削加工功能。UG 制造工程师 将 CAD 模型与 CAM 加工技术无缝集成，可直 接对曲面，实体模型进行一致的加工操作。支持先进实用的轨迹参数化和批处理功能， 明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通过的后置处理 可向任何数控系统输出加工代码。 3.3.4 2 轴到 3 轴的数控加工功能 2 轴到 2.5 轴加工方式:可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令,而无需建立 其三维模型:提供轮廓加工和区域加工功能,加工区域内允许有任意形状和数量的岛.可 分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度,自动进行分层加工。 3 轴加工方式： 多样化的加工方 式可以安排从粗加工，半精加工到精加工的加工工艺路线 3.3.5 支持高速加工 支持高速切削工艺，提高产品精度，降低代码