椭圆凸台的工艺分析与加工-机械工程及自动化毕业论文

成人教育成人教育毕 业 论 文毕 业 论 文 论论 文文 题题 目 目 椭圆凸台的工艺分析与加工椭圆凸台的工艺分析与加工 专专 业业 名名 称 称 机械机械工程工程及及自动化自动化 学学 生生 姓姓 名 名 龚龚 丽丽 指导教师姓名 指导教师姓名 张张超锋超锋 指导教师职称 指导教师职称 教教 授授 院院 系系 点 点 日 期 年 月 日 摘摘 要要 随着科学技术的发展 数控技术已经广泛运用于工业控制的各个领域 尤其在机械制造业中应用十分广泛 而中国作为一个制造业的大国 掌握先 进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的 数控技术是指用数字 文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机 械设备动作控制的技术 它所控制的通常是位置 角度 速度等机械量和与 机械能量流向有关的开关量 数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据 运算的出现 1908 年 穿孔的金属薄片互换式数据载体问世 19 世纪末 以 纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明 1938 年 香农在美国麻省 理工学院进行了数据快速运算和传输 奠定了现代计算机 包括计算机数字 控制系统的基础 数控技术是与机床控制密切结合发展起来的 1952 年 第 一台数控机床问世 成为世界机械工业史上一件划时代的事件 推动了自动 化的发展 现在 数控技术也叫计算机数控技术 目前它是采用计算机实现数字 程序控制的技术 这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的 控制功能 由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置 使输 入数据的存贮 处理 运算 逻辑判断等各种控制机能的实现 均可通过计 算机软件来完成 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变 化 使制造业成为工业化的象征 而且随着数控技术的不断发展和应用领域 的扩大 他对国计民生的一些重要行业 IT 汽车 轻工 医疗等 的发展 起着越来越重要的作用 本文开篇主要介绍了数控技术的现状 紧接着对椭圆凸台零件进行工艺 分析 再确定其加工工艺路线 加工设备及其工艺在装备的选择 最后编制 出该零件的相关工艺卡片及编制零件的数控加工程序 最终对本文做出总结 关键词关键词 数控编程 数控技术 数控加工 工艺技术 铣床 加工工艺 目录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 课题研究的背景与意义 1 1 2 数控加工的发展与现状 1 1 3 课题研究的内容 2 第二章第二章 椭圆凸台的工艺分析椭圆凸台的工艺分析 3 2 1 零件的工艺分析 3 2 1 1 零件结构的工艺分析 3 2 1 2 零件的技术要求分析 3 2 2 毛坯的选择 4 2 2 1 机械加工中常用毛坯的种类 4 2 2 2 零件的材料 5 2 2 3 毛坯的选择技术 5 2 2 4 毛坯选择的原则 6 2 2 5 毛坯形状与尺寸的确定 6 2 3 定位基准的选择 7 2 4 工艺路线的拟定 8 2 5 工序的划分 8 2 5 1 加工顺序的安排 8 2 5 2 制定加工工艺 8 第三章第三章 椭圆凸台的数控加工椭圆凸台的数控加工 11 3 1 加工顺序 11 3 2 工艺装备的选择 11 3 2 1 机床的选择 11 3 2 2 工件的装夹 12 3 2 3 刀具及其切削参数的选择 12 3 2 4 量具的选择 13 3 3 填写工序文件 14 3 4 粗精加工的方法 15 3 5 确定切削余量 15 3 6 表面加工方法的选择 16 第四章第四章 数控加工编程数控加工编程 17 4 1 数控编程的分类 17 4 2 编程方法的选择 17 4 3 编程原点的确定及数值计算 17 4 3 1 编程原点的确定 17 4 3 2 编程数值计算 18 4 3 3 刀具轨迹 18 4 3 4 加工程序清单 20 结结 论论 21 参考文献参考文献 22 致致 谢谢 23 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 课题研究的背景与意义 数控技术是当今世界制造业中的先进技术之一 它涉及到计算机辅助 设计和制造技术 计算机模拟及仿真加工技术 机床仿真及后置处理 机械 加工工艺 装夹定位技术与夹具设计与制造技术 金属切削理论 以及毛坯 制造技术等多方面的关键技术 数控技术的发展具有良好的社会和经济效益 对国家整个制造业的技术进步 提高制造业的市场竞争力有着重要的意义 数控技术是用数字或数字信号构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的 一门技术 简称数控即 NC 数控技术综合运用了微电子 计算机 自动控制 精密检测 机械设计和机械制造等技术的最新成果 通过程序来实现设备运 动过程和先后顺序的自动控制 位移和相对坐标的自动控制 速度 转速及 各种辅助功能的自动控制 数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统 而数控机床则是采用 数控系统进行自动控制的机床 其操作命令以数字或数字代码即指令的形式 来描述 其工作过程按照指令的控制程序自动进行 所谓数控加工 主要是 指用记录在媒体上的数字信息对机床实施控制 使它自动地执行规定的加工 任务 数控加工可以保证产品达到较高的加工精度和稳定的加工质量 操作 过程容易实现自动化 生产率高 生产准备周期短 可以大量节省专用工艺 装备 适应产品快速更新换代的需要 大大缩短产品的研制周期 数控加工 与计算机辅助设计紧密结合在一起 可以直接从产品的数字定义产生加工指 令 保证零件具有精确的尺寸及准确的相互位置精度 保证产品具有高质量 的互换性 产品最后用三坐标测量机检验 可以严格控制零件的形状和尺寸 精度 当零件形状越复杂 加工精度要求越高 设计更改越频繁 生产批量 越小的情况下 数控加工的优越性就越容易得到发挥 数控加工系统在现代 机械产品中占有举足轻重的地位 得到了广泛的应用 数控技术是制造业实 现自动化 柔性化 集成化的基础 是发展数控机床和先进制造技术的最关 键技术 应用数控技术是提高劳动生产率和制造业的产品质量必不可少的重 要手段 数控机床作为数控技术实施的重要装备 成为提高加工产品质量 提高加工效率的有效保证和关键 1 2 数控加工的发展与现状 随着电子技术的发展 1946 年世界上第一台电子计算机问世 由此掀开 了信息自动化的新篇章 1948 年 美国帕森斯公司接受美国空军委托 研制 直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备 由于样板形状复杂多样 精度要求高 一般加工设备难以适应 于是提出采用数字脉冲控制机床的设 想 1949 年 该公司与美国麻省理工学院 MIT 开始共同研究 并于 1952 年试制成功第一台三坐标数控铣床 当时的数控装置采用电子管元件 1959 年 数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板 出现带自动换刀装置的数控 机床 称为加工中心 MC Machining Center 使数控装置进入了第二代 2 1965 年 出现了第三代的集成电路数控装置 不仅体积小 功率消耗少 且 可靠性提高 价格进一步下降 促进了数控机床品种和产量的发展 60 年 代末 先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统 简称 DNC 又称群控系统 采用小型计算机控制的计算机数控系统 简称 CNC 使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代 1974 年 研制成功使 用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置 简称 MNC 这是第五代 数控系统 20 世纪 80 年代初 随着计算机软 硬件技术的发展 出现了能 进行人机对话式自动编制程序的数控装置 数控装置愈趋小型化 可以直接 安装在机床上 数控机床的自动化程度进一步提高 具有自动监控刀具破损 和自动检测工件等功能 进入 20 世纪 90 年代以来 数控技术呈突飞猛进之势 正朝着高速化 高精化 复合化 智能化 高柔性化 信息网络化及 CIMS 方向发展 与传统 加工相比 数控机床的加工工艺与通用机床加工工艺在方法与内容上有许多 相似之处 但在数控机床上加工凸轮板比在通用机床上加工凸轮板的工艺要 复杂的多 并且在控制方式上也有所不同 出现了 PC CNC 智能数控系统 即 以 PC 机为控制系统的硬件部分 在 PC 机上安装 NC 软件系统 此种方式系统 维护方便 易于实现网络化制造 在数控加工前 要将机床的运动过程 凸 轮板的工艺过程 刀具的形状 切削用量和走刀路线等都编入程序 这就要 求程序设计人员具有多方面的知识基础 合格的程序员首先是一个合格的工 艺人员 否则无法做到全面周到的考虑凸轮板加工的全过程 以及正确 合 理地编制凸轮板的加工程序 1 3 课题研究的内容 本课题研究了各种毛坯 以及每种毛坯是用什么材料做成的 椭圆凸台 在加工过程中要用到哪些工艺 机床 刀具 选择刀具和工艺相对应的刀具 切削用量和进给量 在加工过程中需要使用到得量具 对此零件进行加工时 的工艺步骤是怎样的 需要对零件的工艺 所以用到的机床 刀具 切削用 量 进给量等进行分析 阐述为什么会选择这样的工艺 机床 刀具 切削 用量和进给量 对于一个凸轮板来说 并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成 而往往只是其中一部分加工内容适合数控加工 这就需要对凸轮板图进行仔 细的工艺分析 选择那些最合适 最需要进行数控加工的内容和工序 在考 虑选择内容时 应结合本企业设备的实际 立足解决难题 攻克关键问题和 提高生产效率 充分发挥数控机床的优势 在选择时一般可按下列顺序考虑 1 通用机床无法加工的内容可作为优先选择内容 2 通用机床难加工 质量难以保证的内容应作为重点选择内容 3 通用机床加工效率低 工人手工操作劳动强度大的内容 可在数控 机床尚存在的富裕加工能力时选择 3 第二章第二章 椭圆凸台的工艺分析椭圆凸台的工艺分析 图图 1 1 1 1 零件图零件图 2 1 零件的工艺分析 如图 1 1 所示为椭圆凸台的零件图 图中若有不清晰之处请看附图 该 零件的生产批量为单件小批量生产 2 1 1 零件结构的工艺分析 该零件的结构主要由外型轮廓 型腔 槽 通孔及螺纹孔等组成 这些 部位的加工在普通机床上很难完成其加工 因此选择在数控机床上加工 这 样不仅能够加工所有部位 并能提高加工效率 2 1 2 零件的技术要求分析 零件的技术要求主要包括尺寸精度 形状精度 位置精度 表面粗糙度 要求等 这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值 进行 4 零件技术要求分析 主要是分析这些技术要求的合理性 以及实现的可能性 重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求 为制定合理的加工方案做 好准备 同时通过分析以确定技术要求是否过于严格 因为过高的精度和过 小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂 加工难度大 增加不必要的成 本 从图 1 1 分析得知 该零件的尺寸精度有 厚度 12 05 0 的精度等级为 IT11 级 尺寸 50 05 0 的精度等级为 IT10 级 尺寸 75 05 0 的精度等级为 IT9 10 级 其余未注公差等级按 IT12 进行加工 形状精度按 GB1184 80 控 制 表面粗糙度要求有 台阶轮廓 椭圆内壁的表面粗糙度均为 Ra1 6um 其余表面粗糙度为 Ra6 3um 2 2 毛坯的选择 毛坯的选择是凸轮板设计中的重要一环 合理选择毛坯的类型 会使凸 轮板的制造工艺简单 生产率高 质量稳定 成本降低 为能合理选择毛坯 需要了解和掌握各种毛坯的特点 适用范围及选用原则 2 2 1 机械加工中常用毛坯的种类 毛坯的种类很多 同一种毛坯又有多种制造方法 机械制造中常用的毛 坯有以下几种 1 铸件 形状复杂的零件毛坯 宜采用铸造方法制造 目前铸件大多用砂型铸 造 它又分为木模手工造型和金属模机器造型 木模手工造型铸件精度低 加工表面余量大 生产率低 适用于单件小批生产或大型零件的铸造 金属 模机器造型生产率高 铸件精度高 但设备费用高 铸件的重量也受到限制 适用于大批量生产的中小铸件 其次 少量质量要求较高的小型铸件可采用 特种铸造 如压力铸造 离心制造和熔模铸造等 2 锻件 机械强度要求高的钢制件 一般要用锻件毛坯 锻件有自由锻造锻件和模锻 件两种 自由锻造锻件可用手工锻打 小型毛坯 机械锤锻 中型毛 坯 或压力机压锻 大型毛坯 等方法获得 这种锻件的精度低 生产率不 高 加工余量较大 而且零件的结构必须简单 适用于单件和小批生产 以 及制造大型锻件 模锻件的精度和表面质量都比自由锻件好 而且锻件的形状也可较为复杂 因而能减少机械加工余量 模锻的生产率比自由锻高得多 但需要特殊的设 备和锻模 故适用于批量较大的中小型锻件 3 型材 型材按截面形状可分为 圆钢 方钢 六角钢 扁钢 角钢 槽钢及其它 特殊截面的型材 型材有热轧和冷拉两类 热轧的型材精度低 但价格便宜 5 用于一般零件的毛坯 冷拉的型材尺寸较小 精度高 易于实现自动送料 但价格较高 多用于批量较大的生产 适用于自动机床加工 4 焊接件 焊接件是用焊接方法而获得的结合件 焊接件的优点是制造简单 周期短 节省材料 缺点是抗振性差 变形大 需经时效处理后才能进行机械加工 除此之外 还有冲压件 冷挤压件 粉末冶金等其它毛坯 2 2 2 零件的材料 机械加工中常用的材料有 1 45 钢 优质碳素结构钢 是最常用中碳调质钢 性能 综合性能良好 淬透性低 水淬时易生裂纹 小型件宜 采用调质处理 大型件宜采用正火处理 应用 主要用于制造强度高的运动件 2 QT42 10 性能 为铁素体型球墨铸铁 韧性和塑性较高 低温时 韧性 向脆性转变 但低温冲击值较高 且有一定的抗温度急 性变和耐蚀性 应用 在农机中用于铧犁 犁柱 差速器壳等 通用机械中用 作阀体 高低压气缸等 还可用于输电线路的钢帽等 该零件的材料为 LY12 LY12 是旧牌号 新牌号是 2A12 这是一种高强 度硬铝 可进行热处理强化 在退火和刚淬火状态下塑性中等 点焊焊接性 良好 用气焊和氩弧焊时有形成晶间裂纹的倾向 合金在淬火和冷作硬化后 其可切削性能尚好 退火后可切削性低 抗蚀性不高 常采用阳极氧化处理 与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力 LY12 为铝 铜 镁系中 的典型硬铝合金 其成份比较合理 综合性能较好 很多国家都生产这个合 金 是硬铝中用量最大的 该合金的特点是 强度高 有一定的耐热性 可 用作 150 C 以下的工作零件 温度高于 125 C 2024 合金的强度比 7075 铝合金的还高 热状态 退火和新淬火状态下成形性能都比较好 热处理强 化效果显著 但热处理工艺要求严格 抗蚀性较差 但用纯铝包覆可以得到 有效保护 焊接时易产生裂纹 但采用特殊工艺可以焊接 也可以铆接 广泛 用于飞机结构 铆钉 卡车轮毂 螺旋桨元件及其他种种结构件 2 2 3 毛坯的选择技术 在选择毛坯时应考虑下列因素 一 零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯 制造技术 用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的 降低来补偿 如铸件采用金属模机器造型或精密铸造 锻件采用模锻 精锻 选用冷拉和冷轧型材 单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造 技术 6 二 零件材料的技术性 例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造 毛坯 钢质零件当形状不复杂 力学性能要求又不太高时 可选用型材 重 要的钢质零件 为保证其力学性能 应选择锻造件毛坯 三 零件的结构形状和尺寸 形状复杂的毛坯 一般采用铸造技术制 造 薄壁零件不宜用砂型铸造 一般用途的阶梯轴 如各段直径相差不大 可选用圆棒料 如各段直径相差较大 为减少材料消耗和机械加工的劳动量 则宜采用锻造毛坯 尺寸大的零件一般选择自由锻造 中小型零件可考虑选 择模锻件 四 现有的生产条件 选择毛坯时 还要考虑本厂的毛坯制造水平 设备条件以及外协的可能性和经济性等 2 2 4 毛坯选择的原则 选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度 毛坯 的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用 而且对零件的加工质量 加工方法 生产率及生产成本都有很大的影响 因此 选择毛坯要从毛坯的制造和机械 加工两方面综合考虑 以求得最佳的技术经济效果 在选择毛坯时应考虑下 列因素 1 零件材料及力学性能要求 例如材料为铸铁的零件 应选择铸造毛 坯 对于重要的钢制零件 为获得良好的力学性能 应选用锻件毛坯 形状 较简单及力学性能不太高时 可用型材毛坯 有色金属零件常用型材或铸造 毛坯 2 零件的结构形状与大小 轴类零件毛坯 如直径和台阶相差不大 可用棒料 如各台阶尺寸相差较大 则宜选用锻件 大型零件毛坯多用砂型 铸造或自由锻 中小型零件可用模锻件或特种铸造件 3 生产类型 大批大量生产时 应选用毛坯精度和生产率均较高的毛 坯制造方法 和精密如模锻 金属型机器造型铸造和精密铸造 单件小批生 产时 可采用木模手工造型铸造或自由锻造 4 现有生产条件 选择毛坯时 必须考虑现有生产条件 如现有毛坯制 造的水平和设备情况 外协的可能性及经济性等 5 充分利用新工艺 新材料 为节约材料和能源 提高机械加工生产 率 应充分考虑应用新工艺 新技术和新材料 如精铸 精锻 冷轧 冷挤 压和粉末冶金等在机械中的应用日益广泛 这些方法可以大大减少机械加工 量 节约材料 大大提高了经济效益 2 2 5 毛坯形状与尺寸的确定 毛坯的选择是凸轮板设计中的重要一环 合理选择毛坯的类型 会使凸 轮板的制造工艺简单 生产率高 质量稳定 成本降低 为能合理选择毛坯 需要了解和掌握各种毛坯的特点 适用范围及选用原则 毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状 结构 尺寸及加工余量 7 等因素确定的 并尽量与零件相接近 以达到减少机械加工的劳动量 力求 达到少或无切削加工 但是 由于现有毛坯制造技术及成本的限制 以及产 品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高 所以 毛坯的某些表面仍需 留有一定的加工余量 以便通过机械加工达到零件的技术要求 毛坯尺寸与 零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量 铸件公称尺寸所允许的最大尺寸和最 小尺寸之差称为铸件尺寸公差 毛坯余量与毛坯的尺寸 部位及形状有关 如铸造毛坯的加工余量 是由铸件最大尺寸 公称尺寸 两相对加工表面的 最大距离或基准面到加工面的距离 毛坯浇注时的位置 顶面 底面 侧面 铸孔的尺寸等因素确定的 对于单件小批生产 铸件上直径小 30mm 和铸 钢件上直径小于 60mm 的孔可以不铸出 而对于锻件 若用自由锻 当孔 径小于 30mm 或长径比大于 3 的孔可以不锻出 对于锻件应考虑锻造圆 角和模锻斜度 带孔的模锻件不能直接锻出通孔 应留冲孔连皮等 毛坯的形状和尺寸的确定 除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上 之外 有时还要考虑到毛坯的制造 机械加工及热处理等技术因素的影响 在这种情况下 毛坯的形状可能与工件的形状有所不同 例如 为了加工时 安装方便 有的铸件毛坯需要铸出必要的技术凸台 技术凸台在零件加工后 一般应切去 又如车床开合螺母外壳 它由两个零件合成一个铸件 待加工 到一定阶段后再切开 以保证加工质量和加工方便 根据该零件的技术要求 确定该零件的毛坯为 77mm 52mm 13mm 其毛 坯图如图 2 1 所示 图图 2 1 2 1 毛坯图毛坯图 2 3 定位基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一 基准选择的正确与合理 可以使加工质量得到保证 生产率得到提高 否则 不但使加工工艺过程中 的问题百出 更有甚者 还会造成零件大批报废 使生产无法正常进行 1 粗基准选择 粗基准选择应为后续加工提供精基准 保证加工面与不 8 加工面之间的位置要求或合理分配各加工面的余量 两者矛盾 对该零件应 以要求与余量均匀的重要表面为粗基准 故该零件选择未加工的零件上下表 面中的一面为粗基准加工上侧面 2 精基准选择 应该主要考虑如何保证加工精度和装夹方便 为消除基 准不重合误差 应该以设计基准为精基准 该零件选择两长侧面为精基准 2 4 工艺路线的拟定 拟订工艺路线的内容除选择定位基准外 还要选择各加工表面的加工方 法 安排工序的先后顺序 确定加工设备 工艺装备等 工艺路线的的拟定 要考虑使工件的几何形状精度 尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保 证 成批生产还应考虑采用组合机床 专用夹具 工序集中 以提高效率 还应考虑加工的经济性 2 5 工序的划分 2 5 1 加工顺序的安排 加工顺序的安排应按照先粗后精 先面后孔 基面先行等原则进行 根据该 凸轮板的结构 确定其加工顺序为 1 下料 制造毛坯 2 热处理 正火 3 以上下表面中的一面定位 另一面压紧 铣外轮廓 保证尺寸 75 0 05mm 50 0 05mm 4 以上下表面中的一面定位 夹零件外轮廓 铣另一平面 保证表面粗 糙度 Ra3 2um 5 以铣好的平面定位 夹零件外轮廓 铣另一面 台阶外型轮廓 椭圆 槽 型腔 通孔 螺纹 6 去毛刺 7 热处理 调制处理 HRC50 55 8 检验 9 入库 分析以上工艺内容 基本合理 可按照此顺序加工该零件 2 5 2 制定加工工艺 1 铣平面 技术要求 铣削平面以上下表面中的一面定位 另一面压紧 铣外轮廓 保证尺寸 75 0 05mm 50 0 05mm 9 加工工艺 1 用平口钳夹紧工件 2 刀具 20 立铣刀 16 面铣刀 3 切削参数 16 面铣刀 转速 600 进给 200 20 立铣刀 转速 1800 进给 150 4 铣削出外轮廓 2 铣削工件外轮廓 R10 留出工件高度 8 加工工艺 1 调整立铣刀高度 2 刀具 10 立铣刀 3 切削参数 10 立铣刀 转速 2000 进给 100 4 铣削出外轮廓 3 铣削轮廓 加工工艺 1 对刀外形铣削 2 刀具 8 立铣刀 3 切削参数 8 立铣刀 转速 1800 进给 150 4 铣削出轮廓 4 铣削内椭圆 10 加工工艺 1 椭圆内铣削 2 刀具 10 立铣刀 3 切削参数 10 立铣刀 转速 2000 进给 150 4 铣削出内椭圆 5 铣削十字腔 加工工艺 1 粗精铣削十字腔 2 刀具 8mm 立铣刀 6mm 立铣刀 3 切削参数 8mm 立铣刀 转速 1500 进给 150 6mm 立铣刀转速 1500 进给 200 4 粗精铣削出十字腔 6 钻中心孔 钻 2 5 孔及 4 M6 螺纹底孔 攻 4 M6 螺纹 钻 10mm 通 孔 11 加工工艺 1 钻孔 攻螺纹以及通孔 2 刀具 2mm 中心钻 5mm 麻花钻 10mm 麻花钻 3 切削参数 2mm 中心钻 转速 1200 进给 120 5mm 麻花钻 转速 1500 进给 100 10mm 麻花钻 转速 850 进给 150 丝锥 转速 200 进给 200 5 钻孔以及螺纹孔 第三章第三章 椭圆凸台的数控加工椭圆凸台的数控加工 3 1 加工顺序 加工前 1 选择毛坯 铸件 2 时效处理 3 参照图纸确定加工位置 4 选择机床 5 确定装夹工具 加工 1 铣平面用面铣刀铣削 2 面铣刀用 20 立铣刀 3 粗铣椭圆槽 4 铣螺纹处开口槽 5 精铣椭圆槽 6 钻中心孔 7 钻 2 5 孔及 4 M6 螺纹底孔 8 倒螺纹孔口角 9 攻 4 M6 螺纹 10 钻 10mm 通孔 11 粗铣十字型腔 12 精铣十字型腔 该零件的机械加工工艺卡片请参见附录该零件的机械加工工艺卡片请参见附录 A A 3 2 工艺装备的选择 3 2 1 机床的选择 12 由于该零件属于单件小批量生产 因此不用考虑生产效率等问题 只要 在能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可 但为了减少 人为的换刀量 根据现有的数控机床 确定选择由云南 CY 集团有限公司生产 的 CY VMC850 系列数控立式加工中心 其主要技术参数如下 系统配置 FANUC 工作台面积 mm 460 950 500 1050 行程 X Y Z mm 800 500 550 主轴锥孔 BT40 主功率 KW 7 5 11 主轴变速系统转速 rpm 50 6000 伺服 机床结构 台湾主轴 全防护 贴塑滑轨 电柜空调 备注 16 把斗笠式刀库 20 把圆盘式刀库 机床重量 吨 6 3 2 2 工件的装夹 在选择夹具的时候有两个基本的要求 一是 要保证夹具的坐标方向与 机床的坐标方向相对的固定 二是 要协调零件和机床坐标系的尺寸关系 当零件加工批量不大时 应尽量采用组合夹具 可调试夹具及其它通用 夹具 来缩短生产准备时间 节省生产费用 在成批量生产时 采用专用夹 具 来提高效率 在选择夹具时还要保证零件的装卸要快速 方便 可靠 夹具上各部件应不妨碍机床对零件各表面的加工 根据工艺方案 确定该零件的工序 选用组合夹具装夹 工序 选 用平口虎钳装夹 3 2 3 刀具及其切削参数的选泽 刀具寿命与切削用量有密切的关系 在制定切削用量时 应首先选择合 理的刀具寿命 而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定 一般分最高生 产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种 前者根据单件工时最少的目标确定 后者根据工序成本最低的目标确定 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据道具复杂程度 制造和磨刀成本来 选择 复杂和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些 对于机夹可转位刀 具 由于换到时间短 为了充分发挥其切削性能 提高生产效率 刀具寿命 可选的低些 一般取 15 30min 对于装刀 换刀和调刀比较复杂的多刀机床 组合机床与自动化加工刀具 刀具寿命应选的高些 尤其保证刀具可靠性 车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时 该工序的刀具 寿命要选的低些 当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时 刀具寿 命也应选的低些 大件精加工时 为保证至少完成一次走刀 避免切削时中 途换刀 刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来定 13 刀具的选择是数控加工工艺中的主要内容之一 不仅影响机床的加工效 率 而且直接影响加工的质量 数控机床在选用刀具时 通常要考虑机床的 加工能力 工序内容 工件材料等因素 数控机床对刀具的要求比普通机床 要高 除了要求较好的刚性和尺寸稳定性 较长的寿命 良好的切削性能外 还要求安装调整方便 选择刀具时 还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面 尺寸和形状相适应 即选择的刀具的几何形状应依据加工曲面的具体情况而 定 1 刀具选择的基本要求 刀具的刚性要好 为提高生产效率而采用大切削用量时 需要刚性好的 刀具 刚性差的刀具在大切削用量时很容易断刀 要保证被加工表面的形状 精度 用刚性差的刀具在大切削力的作用下 会产生变形而形成让刀 使加 工的型面出现斜面 当被加工的零件表面的加工的余量不一样的时候 若采 用刚性好的刀具就可以不必换刀 从而减少了换刀次数 刀具的耐用度要高 由于数控铣床靠程序来控制精度 刀具如果磨损很 快 则被加工零件的尺寸精度和型面精度就很难保证 故要用耐用度高的刀 具 同时 刀具参数 几何角度 排屑性能等因素也要综合的考虑 2 数控加工刀具材料 高速钢 又称白钢 它含有 W Cr Mo V Co 等元素 它不仅可以用 来制造钻头 铣刀 还可以用量制造齿轮刀具 成形铣刀等复杂刀具 但由 于其允许的切削速度较低 50m min 所以大多用于数控机床的低速加工 硬质合金 硬质合金是有硬度和熔点都很高的碳化物 WC TiC 等 用 co mo ni 做粘结剂制成的粉末冶金产品 在中速和大切削中发挥出优良的切 削性能 常用的硬质合金有钨钴合金 钨钛合金等 陶瓷材料 陶瓷是含有金属氧化物和氮化物的无机非金属材料 陶瓷材 料具有高硬度 高强度 耐磨性好 化学性能稳定性好 摩擦因素低 价格 低廉等优点 立方氮化硼 CBN CBN 是人工合成的高硬度材料 其硬度和耐磨性仅 次于金刚石 有极好的高温硬度 与陶瓷材料相比 其耐热性和化学稳定性 稍差 但冲击韧度和抗破坏性能较好 聚晶金刚石 PCD PCD 作为最硬的刀具材料 硬度很高 具有很好的 耐磨性 它能够以高硬度和高精度加工软的有色金属材料 但它对冲击敏感 容易破裂 而且对黑色金属中的铁的亲和力强 容易引起化学反应 一般只 能用于加工非铁零件 3 2 4 量具的选择 该零件精度要求不高 又该零件属于大批量生产 因此尽可能的选择通 用量具 在这里选择游标卡尺进行测量 如图 2 2 所示 14 图图 2 2 2 2 游标卡尺游标卡尺 3 3 填写工序文件 工艺文件包括机械加工工艺过程卡片的填写 以及机械加工工序卡片的 填写 1 工艺文件的校核 技术科专责工程师在接到工艺任务书后 按产品图纸技术要求和生产规 模编制工艺文件 文件应符合 工艺文件的完整性 要求 凡属正式的工艺 文件 除编制者外 至少经过其他一位专业技术人员的校对或审核 参与校核的工艺人员应具有相同的专业工程师以上专业技术职务资格 2 工艺文件的会签 凡涉及特殊工序的工艺文件 必须经过相关专业工程师会签方能生效 精铸分厂 钢结构分厂自行编制的特殊工序工艺文件也必须经过产品专 责工艺师会签 3 工艺文件的批准 一般工艺文件由技术科长批准 在技术科长缺席时 可由技术科长指定 专人对工艺文件进行审批 工艺方案 重大工艺试验项目由总工程师召集有关方面进行评审后 由 总工程师批准 技术改造 工艺装备制造成本在 500 元以上 由技术科科长上报生产副 厂长进行审批 4 工艺文件的更改 1 工艺文件的更改原则 工艺文件的更改不得降低产品的加工质量和生产效率 不得增加绝对成 本 工艺更改应及时 慎重 保持相对稳定 要求 发现差错必须及时更改 重大的工艺更改 应通过工艺试验确认后进行 2 工艺更改依据 设计更改 原有工艺出现差错 遗漏或存在缺陷 15 新技术 新工艺的引进和应用 纠正与预防措施 3 4 粗精加工的方法 1 改变刀补值适应尺寸精度的变化 在凸轮板的自动加工过程中 刀具的磨损 重磨损甚至更换经常发生 应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损 重磨或更换时重新修改程序的 工作 在凸轮板加工过程中 刀具由于磨损而使其半径变小 若造成工件误 差超出其工件公差 则不能满足加工要求 假设原来设置的刀补值为 r 经 过一段时间的加工后 刀具半径的减小量为 此时 只能修改该刀具的刀 补值 由原来的 r 改为 r 而不必改变原有的程序即可满足加工要求 同 样 当刀具重磨后亦可照此处理 当需要更换刀具时可以用新刀具的半径值 作为刀补值代替原有程序中的刀补值进行加工 由此可见 正是由于刀补值 的变化适应了刀具的变化 在不改变原有程序的情况下 可满足其加工要求 由此 编程人员还可在未知实际使用刀具尺寸的情况下 先假设一定刀具尺 寸来进行编程 实际加工时 对于半径补偿可用实际刀具半径代替假设刀具 半径 2 改变刀补值实现凸轮板的粗 精加工 刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途 如果人为地使刀具中心与工 件轮廓偏置值不是一个刀具半径 而是某一给定值 则可以用来处理粗 精 加工问题 在粗加工时 可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径 补偿值输入 而在精加工时只输入刀具实际半径值 这样可使粗 精加工采 用同一个程序 其补偿方法为 设精加工余量为 刀具半径为 r 首先 人工输入刀具偏置值为 r 即可完成粗加工到图示点划线的位置 在精加 工时 输入刀具的半径值 r 即可完成最终的轮廓精加工 为保证尺寸精度 精加工时采取时时测量的方法进行改变刀具半径 然后精加工 这种方法在 竞赛和实际生产中广为使用 3 5 确定切削余量 合理的选择切削用量 对零件的表面质量 精度 加工效率影响很大 切削用量包括主轴的转速 背吃刀量 进给量 合理选择切削用量的原则 粗加工时 一般以提高效率为主 并考虑经 济性和加工成本 半精加工和精加工时 应该在保证加工质量的前提下 兼 顾切削效率 经济性 加工成本 背吃刀量 选择背吃刀量的主要依据是机床 夹具 刀具和工件的刚度 在刚度允许的情况下 尽量选择较大的背吃刀量来减少进给次数 提高生产 效率 但在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大 或余量不均匀时 粗加工要 分几次进给 并且应该把第一 二次进给的背吃刀量尽量取得大一些 在加 工铸 锻件时应该尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度 以保护刀尖 16 主轴转速 主轴转速主要根据允许的切削速度选取 而刀具的切削速度 主要根据已经选定的背吃刀量 进给量 刀具的耐用度来 工件材料的强度 和硬度以及切削加工性来选取 而切削速度与主轴转速的关系如下公式所示 w c d v n 1000 式中 w d 切削刃选定点处所对应的工件或刀具的最大回转直径 单位为 mm n 主轴转速 单位为 r min c v 切削速度 单位为 m min 进给量 mm min 或 mm r 进给量的选取主要根据零件的加工精度和表 面的粗糙度以及刀具 工件材料性质来选取 当零件的加工精度 表面粗糙 度要求高时 进给量应该取小值 最大进给量受机床刚度和进给系统的性能 限制 并与脉冲当量有关 综上所述 本题中的切削用来请参照附录数控刀具卡片附录综上所述 本题中的切削用来请参照附录数控刀具卡片附录 B B 3 6 表面加工方法的选择 一般的凸轮板都是由若干个典型表面组成的 选择凸轮板的加工方法和 加工方案 实质上是选择典型表面的加工方法和加工方案 数控铣削加工中 最常见的典型表面是平面 槽 型腔 孔等等 下面针对该凸轮板的加工表 面 确定其表面加工方法 1 上下两平面的加工方法 由于该凸轮板较薄 故在装夹时所加持的面积较小 故在铣上下两平面 时需要切削少点的背吃刀量 根据该凸轮板的毛坯尺寸 故给其上下两平面 分别进行两次铣削 每次的背吃刀量为 2mm 2 凸轮及凸台的加工方法 其凸轮及凸台的尺寸精度较高 需要采用粗 精加工的方法 在粗加工 时采用逆铣的方式加工 精铣时采用顺铣的方式加工 3 2 10 孔的加工方法 改孔的加工精度较高 采用普通的钻削加工无法保证其加工精度 故在 钻削完毕后需要再进行铰削 在钻削时给铰削加工所留的余量不应过大 以 免使得精度无法达到要求 4 25 孔的加工方法 由于孔较大 如果采用与 2 10 孔的加工方法 则需要较大的钻头 然 而采用大钻头钻出的孔的表面质量一般都比较差 故不采用此法 而是先 钻 20 的孔 留取较大的余量 然后进行粗镗孔 留取单边 0 25mm 的余量进 行精镗 17 第四第四章章 数控加工编程数控加工编程 4 1 数控编程的分类 数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种 1 手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工 作 当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时 都可以采用手工编程的方 法 手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式 即使在自动编程高速发展的 将来 手工编程的重要地位也不可取代 仍是自动编程的基础 在先进的自 动编程方法中 许多重要的经验都来源于手工编程 并不断丰富和推动自动 编程的发展 2 自动编程 自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统 由计算机来自动 生成零件加工程序的过程 编程人员只需根据加工对象及工艺要求 借助数 控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能 对加工过程与要求进行较简便的描述 而由编程系统自动计算出加工运动轨 迹 并输出零件数控加工程序 由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图 形及进给轨迹 所以能及时地检查程序是否有错 并进行修改 得到正确的 程序 综合考虑该零件的外形 确定该零件的编程方法为 对于台阶轮廓选用 自动编程 其余部分均从选用手工编程 4 2 编程方法的选择 编程一般分为手工编程和自动编程两种 程序的输入和检验都是有人工 完成的 特点 对于加工形状简单的凸轮板 计算比较简单 程序不是很多 采用手工编程较容易完成 而且经济 及时 因此在点位加工及直线与圆弧 组成大的轮廓加工中 手工编程仍广泛应用 但对于形状复杂的凸轮板 特 别是具有非圆曲线 列表曲面的凸轮板 用手工编程就有一定的难度 出错 的几率增大 有的无法编程序 自动编程 用计算机编制数控加工程序的过程 特点 有计算机自动识 别图形编程 编程准确 不易出错 安排走刀路线合理 从而使加工更加准 确 根据该凸轮板的结构形状 确定该凸轮板采用自动编程与手工编程同时 进行 对于凸轮板的椭圆凸台及凸轮轮廓加工程序选用自动编程 其余加工 表面均采用手工编程 4 3 编程原点的确定及数值计算 4 3 1 编程原点的确定 铣床上编程坐标原点的位置是任意的 它是编程人员在编制程序时根据 18 凸轮板的特点来选定的 为了变成方便 一般要根据工件形状和标注尺寸的 基准以及计算最方便的原则来确定的工件上某一点为坐标原点 具体选择注 意如下几点 1 编程坐标原点应选在凸轮板图的尺寸基准上 这样便于坐标值的计 算 并减少计算错误 2 编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面 以提高被加工凸轮板 的加工精度 3 对称的凸轮板 编程坐标原点应设在对称中心上 不对称的凸轮板 编程坐标原点应设在外轮廓的某一角上 4 Z 轴方向的零点一般设在工件表面 该凸轮板为板类凸轮板 其结构形状规则 其编程原点可设置在其对称中心 上 Z 轴方向的零点设置在工件的上表面 其示意图如图 5 1 所示 从零件图 1 1 中可以得知该零件属于规则型板型零件 所以可以将编程 原点设置在零件的几何对称中心上 如图 3 1 所示 图图 3 1 3 1 编程原点编程原点 4 3 2 编程数值计算 该零件的台阶外型尺寸较复杂 需要通过机械制图软件进行捕捉 由于 该部分选择的是自动编程加工 因此各交点的坐标不用计算了 零件的其他 尺寸均为规则性尺寸 均可一目了然 故本节不作详细的介绍了 具体的尺 寸 请根据程序清单及零件图纸进行查阅 4 3 3 刀具轨迹 首先运用 MasterCAM X3 绘制出零件的三维实体图 如图 3 2 所示 19 图图 3 2 3 2 零件三维实体图零件三维实体图 单击菜单栏中的 机床类型 选择默认的铣床