毕业设计（论文）-V型槽皮带轮设计.doc

毕业论文（设计）V型槽皮带轮设计专 业： 机械制造与自动化 学 号：摘要：数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光电机技术等于一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床成为数控（CN）机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。MasterCAM是一套以图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件，以便将刀具路劲文件（NCI）转换成相应的CNC控制器上所使用数控加工程序（NC）代码。如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。本论文主要介绍了MasterCAM一些绘制图形基本功能的使用，运用MasterCAM编制数控程序，还介绍了MasterCAM的一些功能和特点及应用。MasterCAM是款强大的CADCAM软件，是集设计与制造于一体。编制数控程序在数控仿真软件里面进行模拟加工，完善加工工艺，刀具路劲，完成皮带轮零件的数控加工工艺与编程设计 关键词：数控技术；MasterCAM；CADCAM 目 录第一章 概述1 1.1 数控技术简介1 1.1.1 数控技术是制造业的重要基础1 1.1.2 数控技术的发展趋势1 1.1.3 中国数控的出路2 1.2 MasterCAM介绍3 1.3 MasterCAM的主要功能41.3.1 三维设计系统41.3.2 铣床2D加工系统51.3.3 铣床2.5D加工系统51.3.4 铣床3D加工系统51.3.5 车铣复合系统51.3.6 线切割、激光加工系统5第二章 绘制零件图6 2.1 零件图6 2.2 利用CAXA绘制零件图6 2.3 利用UG NX7.0绘制三维图 11第三章 工艺分析15I 3.1 数控车削加工工艺基础153.1.1 加工顺序的安排原则153.1.2 刀具参数选项卡15 3.2 零件的几何特征、作用及工艺分析16 3.3 加工工序17 3.4 各工序刀具及切削参数选择30 3.5 专用夹具设计37第四章 刀具路径创建40 4.1 车削端面加工404.1.1 车削端面参数404.1.2 车削端面刀具路径42 4.2 钻孔加工434.2.1 钻孔参数434.2.2 钻孔刀具路径44 4.3 外形车削454.3.1 加工78外形参数454.3.2 加工78外形路径454.3.3 加工V型槽参数464.3.4 加工V型槽路径47 4.4 插键槽加工484.4.1 粗加工键槽48II4.4.2 精加工键槽48第五章 验证与生成程序49 5.1 实体验证49 5.2 程序的自动生成49 5.3 人工编程 50结论55附录56参考文献63致谢64III第一章 概 述 1.1 数控技术简介 1.1.1 数控技术是制造业的重要基础飞装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国家经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和间断工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于市场什么。而在于这样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此，专家们预言：机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性话、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物资手段；是国防现代化的重要战略物资；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。根据国家经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。 1.1.2 数控技术的发展趋势早期的数控系统采用穿孔纸带传送加工程序，由专用数控装置读入加工代码、进行识别、储存和计算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。70年代中期小型计算机出现由于其较低的价格，高超的数据处理和输入输出功能，使它迅速应用到数控机床的控制系统中，出现所谓计算机数控（CNC）和直接数控（DNC）系统。九十年代以来，计算机技术的发展日新月异，通用计算机从8位机，已发展到奔腾时代。其速度和功能已比当年的8位机快了几百倍。使得在通用微机上以软件方式可以实现各种数控功能，数控技术发生了深刻变化。PC机上的丰富软件资源、友好的人机界面，是其他数控系统所无法比拟的。基于微机的开放式数控系统已成为世界数控技术的发展潮流，以PC机为平台的数控技术的应用范围迅速扩大。随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝着高新能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。但最重要的发展趋势就是采用“PC+运动控制器”的开放式数控系统，它不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。美国将其称为新一代的工业控制器，日本称其将带来第三次工业革命。 1.1.3 中国数控的出路纵观目前我国的数控市场，我国数控产品在性能、外观、可靠性方面与国外产品有一定差距，特别是国外企业有雄厚的资金，加上外国企业为占领中国市场，对我国能够生产的数控系统压价销售，而对我国未能生产的数控系统，不仅高价而且附加许多限制。在国外数控企业采用技术封锁和低价倾销的双重策略下，中国数控产业经历里坎坷的历程，我国曾花巨资引进西门子和FANUC的技术，并希望在此基础上吸收消化，开发我国自己的数控技术。如北京密云所引进了FANUC的数控系统，可是，FANUC卖给我们的都是即将过时的落后技术。我国引进后，尚未来得及吸收消化和批量生产，FANUC即宣布停止生产该系统的生产，并将性能价格比更好、质量更高、体积更小的数控系统推向中国市场。这种总是跟在别人后面走的做法，必然受人约制，永远落在后面。中国数控出路何在？随着计算机技术日新月异的发展，基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。在传统数控技术方面,我国处于相对落后的状态，开放式数控为我国数控产业的发展提供良好的契机，加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用，我国的数控产业才有发展壮大可能，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地。福州大学机械工程及自动化学院坚持以加速用信息化带动工业化，促进制造业结构调整和优化升级，建设四川高水平的先进准备为宗旨，围绕制造业企业信息化、制造数字化、控制智能化和装备现代化的发展趋势及需求，大力加强开放式数控技术的研发和开发力争为我省适应经济全球化与信息化的挑战提供先进制造技术和装备。 1.2 MasterCAM介绍MasterCAM软件是美国CNC Software，INC所研制开发的CAD/CAM系统，是最经济有效的全方位的软件系统。包括美国在内的各工业大国皆一致采用本系统，作为设计、加工制造的标准。MasterCAM为全球PC级CAM，全球销售量第一名，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统，以美国和加拿大教育单位来说，共计有2500多所高中、专科大学院校使用此来作为机械制造及NC程序制作，在中国大陆及台湾，其业界及教育单位亦有领先地位。它有一下特点：1、MasterCAM除了可产生NC程序外，本身也具有CAD功能（2D、3D/图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件（Drawing Exchange File）、CADL文件（CADkey Advanced Design Language）及IGES文件（Initial Graphic Exchange Specification）等转换到MasterCAM中，再生成数控加工程序。2、MasterCAM是一套以图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件，以便将刀具路径文件（NCI）转换成相应的CNC控制器上所使用的数控加工程序（NC）代码。如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。3、MasterCAM能预先依据使用者定义的刀具、进给量、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可以从NC加工程序（NC）代码转换成刀具路径图。4、MasterCAM系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规划尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。5、提供RS-232C接口通讯功能及DNC功能。 1.3 MasterCAM的主要功能 1.3.1 三维设计系统完整的曲线功能：可设计、编辑复杂的二维、三维空间曲线。还能生成方程曲线。尺寸标注、注释等也很方便。强大的曲面功能：采用NURBS、PARAMETRICS等数学模型，有十多种生成曲面方法。还具有曲面修剪、曲面间等（变）半径倒圆角、导角、曲面偏置、延伸的编辑功能。崭新的实体功能：以PARASOLID为核心，倒圆角、抽壳、布尔运算、延伸、修剪等功能都很强。可靠的数据交换功能，可转换的格式包括：IGES SAT（ACIS SOLIDS）、DXF、CADL、VDA、STL、DWG、ASCII。并可读取Parasolid、 HPGL、 CATIA 、PRO/E、STEP等格式的数据文件。 1.3.2 铣床2D加工系统完整三维设计系统。外形铣削：外形可以是空间的任意曲线。型腔加工：加工方式多达8种以上。提供清角及残料加工功能。可斜线及螺旋式入刀、退刀。容许斜壁机不同高度、斜度的岛屿，可面铣岛屿。实体加工：在实体上自动确定加工外形参数。钻孔、镗孔、螺纹加工。可定义刀具库、材料库等。对刀具路径作图形编辑，可对NC、NCI作修改、平移、旋转、放大、缩小等编辑。可做身体切削模拟，支持4轴加工。可用各种CNC控制器，DNC传输。 1.3.3 铣床2.5D加工系统完整三维绘图系统。 完整的铣床2D加工系统。刀具路径可投影至斜面、圆锥面、球面及圆筒面。 单一曲面的粗、精加工。直面曲面、扫描曲面、旋转面加工方法。 具有程序过滤（Filter）功能。 1.3.4 铣床3D加工系统完整三维设计系统。 完整的铣床2D、2.5D加工系统。多重曲面的粗加工及精加工。 等高线加工。环绕等距加工。 平行时加工。放射状加工。 插拉刀方式加工。投影加工。 沿面加工。 1.3.5 车铣复合系统 完整三维设计系统。 精车、粗车、螺纹加工。径向切槽加工。 钻孔、镗孔。C轴加工。 可产生切削循环指令。可自定义刀具库及材料库。 自动计算刀具补正、过切侦测。1.3.6 线切割、激光加工系统完整三维绘图系统。 24轴上下异性加工。自动、半自动图形对应能力。 自动清角功能。无屑加工。 支持各种CNC控制器。第二章 绘制零件图 2.1 零件图本次毕业设计是根据下图进行绘制：图2-1 零件图2.2 利用CAXA绘制零件图 打开文件菜单中的新文件命令 图2-2 操作图1 选择EB图形文件机械常用竖A4图2-3 操作图2 得到一张空白的A4标准图图2-4 操作图3点击文字参数图2-5 操作图4选择参数图2-6 操作图5得到图纸的需要的字体图2-7 操作图6通过左边工具栏在图纸上作图，图2-8 操作图7通过上端工具栏标注各种数据图2-9 操作图9最终得到完整的零件图图2-10 操作图102.3利用UG NX7.0绘制三维图 点击新建，选择模型，创建：图2-11 操作图11点击绘制草图（同时选择基准面）图2-12 操作图12完成草图后点击回转得到图形图2-13 操作图13打孔通孔24图2-14 操作图14打沉头孔32 深2.5图2-15 操作图15 利用腔体功能开出键槽图2-16 操作图16按要求倒出斜角图2-17 操作图17最终完成三维图图2-18 操作图18第3章 工艺分析 3.1 数控铣削加工工艺基础 3.1.1 加工顺序的安排原则1.基准先行工件上的工艺基准面，一般在工艺过程一开始就粗、精加工。然后以加工出的基准定位，在进行工件的加工。2.先粗后精车削加工按照粗车精车的顺序进行，最终达到图样要求。粗加工应以最高的效率切除表面的大部分余量，为半精加工提供定位基准和均匀适当的加工余量。半精加工为主要表面精加工做好准备，即打到一定的精度、表面粗糙度值和加工余量。精加工后，应使各表面达到图样规定的要求。3.先面后孔平面加工简单方便，根据工件定位的基本原理，平面轮廓大而平整，所以以平面定位比较稳定可靠。以加工好的平面为基准加工孔，这样不仅可以保证孔的加工余量较为均匀，而且为孔的加工提供稳定可靠的精基准；另一方面，先加工平面，切出了工件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，可减少因毛胚凹凸不平而使钻孔时钻头引偏和防止扩、铰孔时刀具崩刀；同时，加工中便于对刀和调整。4、先主后次主要表现先安排加工，一些次要表面因加工面小，和主轴表面有相对位置要求，可穿插在主要表面加工工序之间进行，但要安排在主要表面最后精加工之前，以免影响主要表面的加工质量。3.1.2 刀具参数选项卡在该选项卡选取一把刀，设置进给率、主轴速度和其他一般刀具路径参数，该选项卡在大多数铣削和刨削刀具路径是相同的。1.刀具显示窗。显示一把现在加工群组使用的刀具，当刀具显示窗有各种操作的刀具，单击某刀具，就是当前操作用的刀具，在邮件菜单列表中单击新建刀具，可从刀库中增加刀具。2.进给率。设置进给率（英寸/每分钟或毫米/每分钟），是指刀具在工件上移动的速度，二维加工（除钻削），进给率是在X和Y方向移动（平行于刀具平面），当刀具接触工件材料后，使用G1、G2码命令的进给率移动。3.刀具号码。在NC加工程序中程序中显示刀号，刀具路径管理器在刀具图像后显示刀号，Mastercan用2作为刀具的起始号，在刀具号码文本框自动输入刀号。4.主轴转速。确定主轴每分钟的旋转速度，Mastercam根据加工群组属性计算一个缺省值，但是不要该值，按经验输入一个值。5.刀长补正。刀号位置可使用后处理器，在控制器中去选取长度补正寄存器。控制定义如何使Mastercam计算缺省选项在此显示，输入一个不同值去代替。6.刀径补正。在刀号位置可使用后处理器，在控制器中去选取直径补正寄存器。控制定义如何使Mastercam计算缺省选项在此显示，输入一个不同值去代替。 3.2 零件的几何特征、作用及工艺分析 本次论文零件由平面、轮廓、槽、孔组成，其几何形状为三维图形，零件外轮廓粗略为圆柱型。零件未标注处表面粗糙度为6.3，采取粗-精加工锐边需倒钝，未注倒角为145，孔内表面粗糙度为1.6，两端面表面粗糙度为3.2，键槽表面粗糙度为3.2.皮带轮是回转类零件，主要用于和别的零件进行装配。所以皮带轮要有一定的配合精度以及表面接触强度，还有要有足够的刚度和耐磨性，以满足使用要求。该零件是轴类零件，形状不太复杂，尺寸精度要求比较高。零件的主要技术要求分析如下：(1)78 的外圆和24 的内孔,都有很高的尺寸精度要求,主要是为了和其装配件很好的装配。(2)在24 的内孔插键槽有一定的对称度要求。 (3)在78 的外圆上车V 形带,要注意他们的相互位置。3.3 加工工序一、确定毛坯的制造形式零件的材料为HT200.考虑到皮带轮在工作过程中会受到一定的载荷,因此选择铸件,以使金属纤维不被切断,保证零件工作可靠.由于零件的轮廓尺寸不大,故可采用铸造成型,这对于提高生产率,保证加工质量也是有利的。注： HT200（指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁）适用范围为抗拉强度和塑性低，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。化学成分：C:3.13.5% Si:1.82.1%Mn:0.70.9% P0.15%S0.12%机械性能：b 200Mpa二、基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。（一）粗基准的选择对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。按照有关粗基准的选择原则（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工的表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现在应为都要加工就要结合加工工艺来确定粗基准，现取157的外圆作为粗基准，利用三爪卡盘装夹。利用不完全定位来加工工件。（二）精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。三、工艺路线的制定制定工艺路线的相互发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度要求等技术能得到合理的保证.在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此以外,还应考虑经济效益,以便降低生产成本。（一）.工艺路线方案一:工序1: 车端面,打中心孔, 车78的外圆表面，倒角。工序2: 调头车另一端面,打中心孔,工序3: 修研两端中心孔。工序4: 钻中心孔。工序5: 扩中心孔。 工序6：铰中心孔工序7: 插键槽。工序8: 粗精车V形带。工序9：终检。工序10：入库。（二）.工艺路线方案二： 工序1：铣端面，打中心孔。 工序2：掉头铣另一端面，打中心孔。 工序3：车78的外圆，掉头车78的外圆。工序5：钻中心孔、中心孔、铰中心孔。工序6: 插键槽。工序8: 粗精车V形带。工序9：终检。工序10：入库. （三）.工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是在车床上用三爪卡盘装夹，车一端面在打中细孔，然后用顶尖顶住来车外圆再掉头加工另一端，以此为基准来完成后面的工序。方案二则与之不同，是先铣削好两个端面，打中心孔，以此为基准来加工余下的工序。经比较可见，先加工好一端面和它所在端的外圆，以此为基准来加工后面的工序，这是的位置和尺寸精度较易保证，并且定位也较方便。在加工螺纹和铣凹槽的时候，方案一中的工序6、7、8，虽然只是在加工的先后顺序不同，这样的话可能会造成钻孔时的让刀。故决定将方案二中的工序5、6、7移入方案一。具体工艺过程如下：工序1: 车端面,打中心孔, 车78的外圆表面，倒角。工序2: 调头车另一端面,打中心孔,工序3: 修研两端中心孔。工序4: 钻底孔。工序5: 扩底孔。 工序6：铰底孔达到24工序7: 插键槽。工序8: 粗精车V形带。工序9：终检。工序10：入库。以上方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能的加工手段之后，发现仍有问题，因此，最后的加工路线确定如下：工序1: 车端面,打中心孔, 车78的外圆表面，倒角。工序2: 调头车另一端面,打中心孔,工序3: 修研两端中心孔。工序4: 钻底孔。工序5: 扩底孔。 工序6：铰底孔.工序7: 插键槽。工序8: 粗精车V形带。工序9：终检。工序10：入库。以上工艺过程详见附表机械加工工艺过程卡片和附表机械加工工序卡片。四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“皮带轮”零件材料为HT200，生产类型为大批生产，可采用在锻锤上合模铸造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.外圆表面（78） 查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.2-14，其中铸件重量为2kg，铸件复杂形状系数为S1，铸件材质系数取M1，铸件轮廓尺寸（直径方向）80120mm，其余量值现取2.0mm。2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差查工艺手册表2.2-25，其中铸件重量为2kg，铸件复杂形状系数为S1，铸件材质系数取M1，铸件轮廓尺寸（直径方向）3080mm，故长度方向偏差为（+0.8；-0.4）mm.长度方向的余量查工艺手册表2.2-25，其余量值规定为1.72.2mm,现取2.0mm。毛坯为直径84mm长43mm的圆柱体五、确定切削用量及基本工时工序 1：车端面, 打中心孔,车78 的外圆表面，倒角。本工序采用计算法确定切削用量。1. 加工条件工件材料：HT200，正火，铸造。加工要求：粗车78端面及78 的外圆，78 的端面和外圆表面的粗糙度值为Ra6.3。机床：数控车床SK100（机械加工工艺师手册表8-20）。表3-1 数控车床产品名称型号最大工件直径最大工件长度（mm）最大加工直径（刀架上）/mm最大加工长度/mm主轴转速/（r/min）表面粗糙度 /m电动机功率/(kW)重量/t外形尺寸/mm(长宽高)数控车床SK100100350200350250 10001.65.53189013801700刀具：刀片材料为 YT15，刀杆尺寸为 16mmX25mm,kr=90,o=15,o=8,r=0.5mm2.切削用量计算(1)车78 端面。1）确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2+1.2 考虑7的铸造拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=7mm,故实际端面余量可按Zmax=7mm 考虑，分三次加工，ap=3mm 计。2）确定进给量f:根据机械制造工艺与机床夹具课程设计指导当刀杆尺寸为16mmX25mm,ap3mm，以及工件直径为84mm 时F=0.50.7mm/r按SK100 车床说明书取f=0.51mm/r3)计算切削速度：按切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册）表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。Vc=(Cv*kv)/(Tm*axp*fy) (3-1)式中，Cv=242,Xv=0.15,yv=0.35,m=0.2 kv 见 切削手册表 .，即kMv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kBv=0.97所以vc=(2421.440.81.040.810.97)/(600.2 30.15 0.510.35)m/min =108.8m/min4）确定机床主轴转速：ns=1000Vc/（dw） （3-2） =1000108.6/（84）=412r/min 式中Vc切削速度（m/min） dw 工件直径（mm）按机床说明书，与 412r/min 相近的机床转速为 400r/min 及 450r/min。现选取nw=450r/min。所以实际切削速度V=114.45m/min。5）计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取l=42mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=(l+l1+l2+l3)*i/（nwf） （3-3） =2(42+2)/（4500.51）=0.383min=23s 式中 nw机床转速（r/min） f进给量（mm/r）(2)车78 外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。1）被吃刀量：单边余量Z=2mm，可一次切除。2）进给量：根据切削手册表1.4，选用f=0.5mm/r。3）计算切削速度：见切削手册表1.27 由式（3-1）得：Vc=(Cv*kv)/(Tm*axp*fy) =(2421.440.80.810.97)/(600.2 20.15 0.510.35)=110.18m/min4) 确定主轴转速：由式（3-2）得：ns=1000 Vc/（dw） =1000110.18/（84）=417.52r/min按机床选取n=450r/min。所以实际切削速度为V=dn/1000=84450/1000m/min=118.75m/min5)检验机床功率：主切削力Fc 按切削手册表1.29 所示工时计算 Fc= （3-4）式中，=2795，=1.0, =0.75, =-0.15 =(b/650) =(600/650)0.75=0.94, k =0.89所以Fc=279520.50.75118.75-0.150.940.89N= 1358.2N切削是消耗功率Pc为Pc= Fc*Vc/（6104）kW （3-5）=1358.2118.75/（6104）kW=2.688kW由 sk100机床说明书可知，sk100主电动机功率为5.5 kW,当主轴转速为450r/min时，主 轴传递的最大功率为4.5kW，所 以机床功率足够，可以正常加工。6）校验机床进给系统强度：已知主切削力 Fc=1358.2，径向切削力 Fp按,切削手册表1.29 所示公式计算Fp=C ap f v k （3-6）式中，C =1940，x =0.9, y =0.6 n=-0.3k =(b/650) =(600/650)1.35=0.897, k =0.5所以，Fp=1940X2 0.9 X0.5 0.6 X114.45 -0.3 X0.897X0.5N=258.4N而轴向切削力 Ff =C ap f v k式中，C =2880，x =1.0, y =0.5, n =-0.4k =(b/650)= (600/650) 1 =0.923,k =1.17于是轴向切削力Ff=2880X2X0.5 0.5 X114.45 -0.4 X0.923X1.17N=601.7N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为F= Ff+(Fc+ Fp) （3-7）=601.7+0.1X(1318.9+258.4)N=759.43N而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N（ 见 切削手册表 1.30），故机床进给系统可正常工作。7） 切削工时：由式（3-3）得t =(l+l1+l2)/nf 式中， l=42, l1=4, l2=0,所以t=(l+l1+l2)/（nf）=（42+4+0)/（4500.5）min=0.204min=12.3s不难看出,以后在SK100车床上加工此皮带轮.只要在主轴转速不变、进 给量f0.5mm 和被吃刀量ap3mm 的情况下,机床进给系统都可正常工作、电机功率都足够.工序2：车调头车另一端面, 打中心孔,车78 和32 的外圆，倒角。1.加工条件加工要求：粗车78 及78和32 的外圆，32的外端面和外圆表面的粗糙度值为R3.2 而78 外圆面的粗糙度值为R6.3机床：SK100数控车床刀具：刀片材料为 YT15，刀杆尺寸为 16mmX25mm,kr=90,o=15,o=8,r=0.5mm2.切削用量计算(1)车78 端面。1）确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2 +1.2 考虑7的铸造拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=5.9mm,故实际端面余量可按Zmax=5.9mm 考虑，分三次加工，ap=3mm 计。2）确定进给量f: 选用和工序1 车端面相同的进给量即f=0.51mm/r3) 计算切削速度: 选用和工序1 相同的主轴转速即n=450r/min,故实际速度为:V=dn/1000 （3-8） =39450/1000 =55.1m/min式中d工件直径（mm） n主轴转速（r/min）4）计算切削工时：按工艺手册，取l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 由式（3-3）得tm=(l+l1+l2+l3)*i/（n*f） =2(19.5+2)/4500.51=0.188min=11.28s(2)车32 外圆.1) 确定加工余量:l=(84-32)/2=262）确定进给量f: 选用和工序1 车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r3) 计算切削速度: 选用和工序 1 相同的主轴转速即 n=450r/min,故实际速度有式（3-8）得:V=dn/1000 =84450/1000 =114.45m/min4) 计算切削工时：按工艺手册，取l=(84-32)/2=26mm,l1=2mm,l2=0,l3=0由式（3-3）得：tm=(l+l1+l2+l3)*i/（n*f） =2(26+2)/（4500.51）=0.196min=11.76s(3) 车78 的外圆面,同时应校验机床功率及进给机构强度。1）被吃刀量：单边余量Z=1.8mm，可一次切除。2）进给量：选用和工序1 车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。3）确定主轴转速：选用和工序1 相同的主轴转速即n=450r/min4) 计算切削速度： 由式（3-8）得V=dn/1000 =39450/1000 =55.1m/min5） 切削工时：由式（3-3）得t =(l+l1+l2)/（n*f）式中， l=85, l1=4, l2=0,所以t =(l+l1+l2)/（n*f）=（85+4+0)/450X0.5min=0.396min=23.76s工序3: 一、 修研两端中心孔。 二、 精车78 的外圆表面并切槽,同时应校验机床功率及进给机构强度。（1）精车78 的外圆表面1）被吃刀量：单边余量Z=0.19mm，可一次切除。2）进给量：选用和工序1 车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。3）确定主轴转速：选用和工序1 相同的主轴转速即n=450r/min4）计算切削速度： 由式（3-8）得V=dn/1000 =35.4450/1000 =50m/min5） 切削工时：由式（3-3）得t =(l+l1+l2)/（n*f）式中， l=85, l1=4, l2=0,所以t =(l+l1+l2)/（n*f）=（85+4+0)/（4500.5）min=0.396min=23.76s（2）切52.5 的槽1）被吃刀量：单边余量Z=1.01mm，可一次切除。2）进给量：选用和工序1 车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。3）确定主轴转速：选用和工序1 相同的主轴转速即n=450r/min4）计算切削速度： 由式（3-8）得V=dn/1000=52.5450/1000=74.22m/min5）切削工时： 由式（3-3）得t =(l+l1+l2)/nf式中， l=1, l1=12.75, l2=0,所以t = (l+l1+l2)/nf=（1+12.75+0)/4500.5=0.061min=3.7s工序4: 钻、扩、铰孔24机床选择：表3-2 数控钻床名称型号最大钻孔直径/mm主轴端至底座面距离/mm主轴轴线至立柱表面距离/mm主轴转速/ (r/mim)主轴行程/mm主电动机重量/t外形尺寸/mm长宽高ZKJ5140B4058033531.514002503.02.31.5158811702564钻孔21mm：选刀：选告诉麻花钻头，直径d0=21mm，钻头形状为双锥修磨横刃，=30.选择切削用量 决定进给量f： 当刚的强度800 MPa时，d0=21时，f=0.350.43 由于l/d=43/21=2.05，故应乘孔的修正系数K=0.95，则F=（0.350.43）0.95=0.330.41 mm/r 根据机床说明选择f=0.36 mm/r 由于是加工通孔，为避免孔即将钻穿时钻头折断，故宜在即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给 由表2.19查出钻孔时的轴向力，当f=0.36mm/r，d021mm时，轴向力Ft=6090 N 轴向修正系数为1，故Ft=6090 N 机床允许最大轴向力为Fmax=8830 N，FtFmax故： F=0.36可采用决定钻头磨钝标准及寿命 由表2.12 当d0=21mm时， 钻头后刀面最大磨损量取0.6 mm寿命T=45min 决定切削速度 查表得： F=0.36 mm/r，d0=21mm时，Vb=17m/min切削速v=Vb*Kv （3-9）=17*1.0*1.0*1.0*0.85=14.4 m/min n=1000v/（d0）=100014.4/（21）=229 r/min式中d0工件直径（mm） n主轴转速（r/min） Vb切削速（m/min）即： f=0.36mm/r,n=229 r/min,Vb=17m/min计算工时： 由式（3-3）得 tm=L/（nf） L=l+y+ l=43mm入切量及超切量有表2.29查出 y+=10 mm故 tm=L/（nf） =53/（229*0.36） =0.64min=38.6s扩23mm孔利用23mm钻头对21mm孔进行扩孔 F=（1.21.8）f钻 =（1.21.8）0.650.75 =0.5850.87 mm/r 选f=0.57 mm/r,v=() V钻=()12=64 m/min, 取v=6n=1000v/(d0) =10006/（21）=90.95实际切削速由式（3-8）得 V= dwnw/1000 =2390/1000 =4.9工时由式（3-3）得： t1=L/(fnw) =53/（900.57）=1.03 min3. 铰孔达到精度要求 Ra1.6 3.4 各工序刀具及切削参数选择由于在数控机床上要加工多种工件，并完成工件上多道工序的加工，因此需要使用的刀具品种、规格和数量就较多。要加工不同工件所需刀具更多，因品种规格繁多而将造成很大困难。为了减少刀具的品种规格，有必要发展柔性制造系统和加工中心使用的工具系统。工具系统一般为模块化组合结构，在一个通用的刀柄上可以装多种不同的刀具，使数控加工中的刀具品种规格大大减 少，同时也便于刀具的管理。 图3-1 车削加工中心上加工工件时选用的刀具 数控车削加工用工具系统的构成和结构，与机床刀架的形式、刀具类型及刀具是否需要动力驱动等因素有关。数控车床常采用立式或卧式转塔刀架作为刀库，刀库容量一般为48把刀具，常按加工工艺顺序布置，由程序控制实现自动换刀。其特点是结构简单，换刀快速，每次换刀仅需l2s。（一）车刀和刀片的种类：由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同，车刀的种类也异常繁多。根据刀片与刀体材料的异同，车刀主要可分为整体式与机械夹固式两大类。1、整体式车刀 用工具钢制成。这种车刀的优点是结构简单，经济，刚性较好。缺点是刀片材料强度较低，刃口易磨损，可靠性差，不太适合用于数控加工。另外，刃口磨损后需要操作者手工刃磨后方可继续使用，对操作者技术要求较高。根据工件加工表面以及用途不同，整体式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。图3-2 车刀的种类1切断刀 290左偏刀 390右偏刀 4弯头车刀 5直头车刀 6成形车刀 7宽刃精车刀 8外螺纹车刀 9端面车刀 10内螺纹车刀 11内槽车刀 12通孔车刀 13盲孔车刀2、机夹可转位车刀 为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时应尽量采用机夹刀和机夹可转位刀片。（1）刀片材质的选择 车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质，主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等。（2）刀片尺寸的选择 刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L，有效切削刃长度与背吃刀量p和车刀的主偏角Kr有关，使用时可查阅有关刀具手册选取,如图所示。（3）刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。机械夹固式可转位车刀由刀杆l、刀片2、刀垫3以及夹紧元件4组成。刀片材料用硬质合金制造，每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用，刀杆材料一般用中碳钢制造，为了提高刀杆的刚性也可用硬质合金制造（例如7倍长径比镗刀杆），机械夹固式可转位车刀刀杆可反复使用。图3-3 机械夹固式可转位车刀的组成1刀杆 2刀片 3刀垫 4夹紧元件硬质合金刀片是机夹可转位车刀的一个最重要组成元件，大致形状有：三角形、正方形、五边形、六边形、圆形以及菱形等，图示为常见的几种刀片形状及角度。（二）孔加工刀具的类型孔加工刀具分为钻孔刀具、扩孔刀具、镗孔刀具和铰孔刀具四大类。钻孔刀具类型有：普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻等，钻孔刀具通常用于没有孔的地方钻孔，孔的质量相当于粗加工质量。扩孔刀具、镗孔刀具通常用于有孔之后的孔粗加工和精加工，铰孔刀具通常用于孔的精加工。直径特别大的孔（例如80mm以上），因没有相应尺寸的钻头，不可能一次性钻出来，只能先钻一个小孔，然后用扩孔刀具、镗孔刀具将孔逐步扩大。总之，应根据工件材料、加工尺寸及加工质量要求等合理选用孔加工刀具。1.麻花钻在工件上钻孔，大多是采用普通麻花钻。麻花钻的材料有高速钢和硬质合金两种。麻花钻的切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。两个螺旋糟是切屑流经的表面，为前刀面；与工件过渡表面（即孔底）相对的端