毕业设计（论文）-基于UG铝合金缸体零件的仿形加工设计（全套图纸）.pdf

本科毕业设计（论文） 题题 目：目：基于 UG 铝合金缸体零件的仿形加工设计 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 2 月月 25 日日 I 摘要 文章的主要内容为基于 UG 铝合金缸体零件的仿形加工设计,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，对铝合金缸 体进行工艺性分析，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。 本次设计的题目是基于 UG 铝合金缸体零件的仿形加工设计，重点在于对铝合 金缸体加工的工艺性和力学性能分析，对铝合金缸体的加工工艺规程进行合理分 析，对铝合金缸体进行加工工艺的规程设计，包括了铝合金缸体的数控铣削加工， 并且介绍了数控加工工艺及数控编程。 关键词：铝合金缸体；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 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 . 10 2.2.2 其他要求 . 11 2.3 时间定额计算及生产安排 . 12 3 工艺规程设计 . 13 3.1 选择定位基准 . 14 3.2 选择加工设备和工艺设备 . 15 3.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 . 15 4 数控加工工艺设计 . 15 4.1 数控编程的定义及分类 . 16 4.1.1 数控编程的定义 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.2 数控编程的分类 . 20 4.1.3 编程方法的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 编程原点的确定 . 24 4.3 零件造型及加工 . 26 4.4 铝合金缸体的仿真加工 . 26 4.5 加工程序清单 . 27 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 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。 2 零件结构工艺分析 本文首先对铝合金缸体进行分析，通过对铝合金缸体进行研究和分析，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 题目给出的零件是铝合金缸体，铝合金缸体轴承、轴、齿轮的安装载体来使用的， 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，故铝合金缸体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，一个加工精度高的铝合金缸体与加工精度的低的铝合 金缸体相比，其传动效果很明显。所以研究和制定铝合金缸体零件的数控加工工艺规程 和编程就尤为重要。图 1、图 2 分别为铝合金缸体的三维图纸和 CAD 图纸。 2 图 1 铝合金缸体三维图 图 2 铝合金缸体零件图 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、 3 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，该铝合金缸体的主要加工表面是外轮廊和孔系。因此，对于铝合 金缸体来说，加工过程中的主要问题是保证孔系的加工精度比保证轴系的加工精度要容 易，处理好孔和平面之间的的相对关系。 2.2.1 内孔的精度及位置精度内孔的精度及位置精度 铝合金缸体的主要加工面为上、下轮廊的铣削加工， 015 . 0 0 5 .372 + + 、 2 . 0 6 . 0 8 .36 + 通孔的 数控车削加工，其表面粗糙度要求分别为mRa8 . 0。4- 18 . 0 0 5 . 11 + + 通孔的钻、铰削加工， 其表面粗糙度为mRa8 . 0。 2.2.2 其它要求其它要求 铝合金缸体加工方案，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 件图我们确定铝合金缸体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） 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、精铣外轮廊 4 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 0.6/36/minvm sm= 所以： 10001000 36 192 /min 3.14 60 v nr d = （5） 计算切削时间 5 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。 3 工艺规程设计 3.1 选择定位基准 铝合金缸体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 本次设计的零件是铝合金缸体，根据先面后孔原则，本次先以内孔定位加工铝合 金缸体的各个面，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 6 粗加工平面，再粗加工孔系。对于滚刀支架加工，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， 但在实际生产中这样安排不利于保证孔和平 面的相互垂直度。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，现将铝合金缸体的工艺路线制定如下： 7 3.3 选择加工设备和工艺设备 由图样分析，该图样需要铣削该铝合金缸体的外轮廊，铣削中间的粗铣 015 . 0 0 5 .372 + + 、 2 . 0 6 . 0 8 .36 + 通孔，钻、铰孔等，在这里我们在铣轮廓时选用端面车刀，沟槽 铣刀，锥柄麻花钻头，机用铰刀等等。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，因此我们采用铸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金属型铸造， 查取 机械制造工艺设计简明手册 表 2.2.5， “铝合金缸体”零件材料采用铸造。材料为AQPS016，生产类型为大批量生产，采用铸 造毛坯。 8 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 该铝合金缸体均为规则的板状零件，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。 9 图 3.2 编程原点的确定 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。 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。 10 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，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。 3.3.6 参数化轨迹编辑和轨迹批处理 UG 制造工程师的“轨迹再生成”功能可实现参数化轨迹编辑。只需选中已有的数控 加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。 UG 制造工程师 可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大 批加工轨迹参数事先定义， 而在某一集中时间批量生成。 这样， 合理地优化了工作时间。 3.3.7 加工工艺控制 UG 制造工程师 提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人 11 员的经验的到充分的利用。 3.3.8 加工轨迹仿真 UG 制造工程师 提供了轨迹仿真手段以检验数控代码的正确性。可以通过实体真实 感仿真如实地模拟加工过程，展示加工零件的任意截面，显示加工轨迹。 3.3.9 通用后置处理 UG 制造工程师 提供的后置处理器无需生成中间文件就可直接输出 G 代码控制指 令。系统不仅可以提供常见的数控系统后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置 处理格式。 3.3.10 丰富流行的数据接口 UG 制造工程师是一个开放的设计/加工工具，具有丰富的数据接口，它包括直接读 取三维 CAD 软件如 CATIA，Pro/E 的数据接口；基于曲面的 DXF 和 IGES 标准图形接口； 基于实体的 STEP 标准数据接口；基于 Parasolid 几何核心的 X_T,X_B 格式文件；面向 快速成型设备的 STL 以及面向 Internet 和虚拟现实的 VRML （虚拟现实标记语言） 接口。 这些保证了与目前流行的 CAD 软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域与合 作伙伴实现虚拟产品的开发和生产。 4.4 铝合金缸体的仿真加工 通过制造工程师软件，对铝合金缸体进行三维实体建模，得出建模后的图形如下： 零件 1 12 4.4.1 粗铣铸件上下伦廊 1、刀具轨迹 13 2、加工参数 14 15 16 4.4.2 粗铣、半精铣 83X51.6 深 2mm 沟槽 17 2、加工参数 18 4.4.3 铣 015 . 0 0 5 .372 + + 、 2 . 0 6 . 0 8 .36 + 通孔 1、刀具轨迹 19 2、加工参数 20 21 4.5 加工程序清单 程序程序 解释说明解释说明 O0001 程序号 T0101（90外圆车刀） 换 1 号刀 M03 S500 主轴正转，转速 500 M08 切削液开 G00 X54 Z2 快速运动至循环起点 G71 U2 R2 建立 G71 车削循环 G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F120 设定起终程序段，精车余量 N100 G00 X22.4 径向进刀 G01 Z0 F100 靠近工件 X26.4 Z-2 F80 倒角 N200 W-7 粗铣外轮廊 G00 Z-75 快速运动至下一切削点 G71 U2 R2 建立 G71 车削循环 G71 P300 Q400 U0.2 W0.2 F120 设定起终程序段，精车余量 N300 G00 X42.5 快速进刀 G01 Z-78 F100 切削进刀 X51.99 Z-105 铣外轮廊 N400 Z-106 退刀 G00 X100 径向退刀 Z100 轴向退刀 T0202（84外圆车刀） 换 2 号刀 M03 S800 主轴正转，转速 800 G00 X54 Z2 快速运动至循环起点 G00 X29 Z2 快速运动至循环起点 G76 P010060 Q100 R100 粗铣 015 . 0 0 5 .372 + + G76 X24.4 Z-17 P1200 Q500 F2 设定参数 G00 X100 Z100 快速运动至换刀点 M05 主轴停止 M09 切削液关 N10 G92 X70 Z10 （设立坐标系，定义对刀点的位置） N20 G00 U-70 W-10 （从编程规划起点，移到工件前端面中心 22 处） N3