盘形零件数控编程方法研究.doc

XXXX 大学大学 本科毕业设计本科毕业设计 论文论文 题目题目 盘形零件数控编程方法研究盘形零件数控编程方法研究 系系 别 别 机电信息系 专专 业 业 机械设计制造及其自动化 班班 级 级 1230203 学学 生 生 XXXX 学学 号 号 123020323 指导教师 指导教师 XXXX 2011 年 05 月 毕业设计 论文 任务书 系别 机电信息系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 1230203 姓名 XXXX 学号 123020323 1 毕业设计 论文 题目 盘形零件数控编程方法研究 2 题目背景和意义 CAD CAM 技术是先进制造技术的重要组成成分 它的发展和应用使传统的产品 设计 制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化 CAD CAM 技术已成为衡量一个国家科技现 代化和工业现代化水平的重要标志之一 盘形零件是一种典型的复杂外形零件 往往具有回转的外 形表面和内孔 研究盘形零件的数控编程方法对实际生产有指导意义 3 设计 论文 的主要内容 理工科含技术指标 1 典型盘形零件结构分析 2 制定盘形零件工艺路线 3 针对盘形零件粗 精加工制定加工方案 4 针对盘形零件数控编程 4 设计的基本要求及进度安排 含起始时间 设计地点 第 1 周 第 3 周 查阅资料 完成基础知识的积累和开题报告 第 4 周 第 7 周 典型盘形零件结构分析 第 7 周 第 10 周 制定盘形零件工艺路线 加工方案 第 11 周 第 14 周 针对盘形零件数控编程 第 15 周 第 16 周 完成毕业论文 5 毕业设计 论文 的工作量要求 不少于 15000 字 实验 时数 或实习 天数 无 图纸 幅面和张数 A0 图纸 1 张机床夹具装配图 其他要求 参考文献不少于 15 篇 其中文期刊文献不少于 5 篇 外文文献不少于 3 篇 其 中一篇外文文献原文作为翻译对象完成不少于 1000 词的英文翻译 指导教师签名 年 月 日 学生签名 年 月 日 系主任审批 年 月 日 说明 1 本表一式二份 一份由学生装订入附件册 一份教师自留 2 带 项可根据学科特点选填 I 盘形零件数控编程方法研究盘形零件数控编程方法研究 摘摘 要要 本课题研究盘形零件数控编程方法 首先通过对零件的分析 了解工件的结构形 式 了解具体的技术要求 从而对工件各组成表面选择合适的加工方法 再拟定较为 合理的工艺规程 充分体现质量 生产率和经济性的统一 盘形零件的加工体现在对材料的选择 刀具的选择 工装夹具 定位元件 基准 的选择 定位方式 对刀 工艺路线拟定 程序的编制 数控车 数控铣等 本论文 说明了机械加工工艺设计的主要内容 数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点 数控刀具的要求与特点 数控刀具的材料 选择数控刀具时应考虑的因素 工件的安 装 定位误差的概念和产生的原因 数控车床的主要加工对象 数控车床的坐标系 零件图形的数据处理及编程尺寸设定值的确定 工步的安排 切削参数的选择 数控 铣床的主要加工对象等 全面审核投入生产制造中 其中盘形零件数控加工工艺分析 装夹 基准的选择 工艺路线的拟定 程序的编制既是重点又是难点 机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分 在整个机械加工过程中 夹具除了夹紧 固定被加工零件外 还要求保证加工零件的位置精度 提高加工生产 率 本课题在设计的过程当中 深入生产实际 进行调查研究 吸取国内外先进技术 关键词 关键词 数控机床 工夹刀具 机械加工工艺 数控编程 机床夹具 II The research of Disk shaped parts programming Abstract The subject is disk shaped parts programming Firstly the essay analyzes the parts and knows about structure and specific requirements in technology Secondly it chooses a reasonable way of the surface of all kinds of workpiece Thirdly it designs a more reasonable process panning which can show the united of quality product rate and economy The process of disk shaped parts shows the following aspects the choice of material and tools fixture positioning components the choice of foundation the way to position the design of knife and routing NC CNC milling The dissertation shows the main design content in mechanic process the difference and features of technology and programming of Digital controlled Processing and normal controlled Processing the requirements features and materials of the Numercial Control Cutter the factors the design of workpiece the concept and reason of positioning error when choosing the Numercial Control Cutter the coordinates of NC the choice of cutting parameters In all the process the analysis of disk shaped parts clapping the choice of foundation is the important and difficult point The design of fixture is an important part in the design of process equipment In the whole process fixture needs to be assured the location accuracy besides clamping This subject absorbs the advanced technology both from china and foreign countries Key Words CNC machine tools machine process NC programming fixture III 主要符号表主要符号表 主偏角 r k 前角 0 0 后角 背吃到量 p 主轴转速 s n 切削工时 m t 每齿进给量 f 铣削宽度 e a 铣刀齿数 Z 切削速度 准备功能指令 G 修正系数 v K 刀具耐用度 T 刀尖圆弧半径 辅助功能指令 M 表面粗糙度 a R IV i 目目 录录 1 绪论绪论 1 1 1 概述 1 1 2 国内外技术状况及发展前景 1 1 2 1 数控编程技术概况 1 1 2 2 数控编程技术的发展 3 1 2 本文主要研究内容 3 1 3 论文的主要研究内容 4 2 盘形零件的工艺分析盘形零件的工艺分析 5 2 1 盘形零件的外形分析 5 2 2 盘形零件的工艺分析 6 2 2 1 复杂盘形零件毛胚的选择 6 2 2 2 盘形零件加工方法的选择 7 3 盘形零件加工方案和加工余量的确定盘形零件加工方案和加工余量的确定 9 3 1 盘形零件加工方案 9 3 2 盘形零件加工余量的确定 11 4 切削用量与基本工时的确定切削用量与基本工时的确定 13 4 1 盘形零件切削用量及基本工时 13 4 1 1 工序 1 粗车端面 D 13 4 1 2 工序 2 粗铣端面 A 内槽 F 14 4 1 3 工序 3 粗 半精镗内孔 E 15 4 1 4 工序 4 粗车外轮廓 16 5 盘形零件精加工部分的数控编程盘形零件精加工部分的数控编程 18 5 1 数控编程 18 5 2 数控加工程序 21 5 2 1 车左端面 21 5 2 2 铣右端面及内槽 22 5 2 3 从右至左半精车外轮廓 23 6 车床专用夹具设计车床专用夹具设计 24 ii 6 1 设计要求 24 6 2 夹具设计 24 6 2 1 定位基准的选择 24 6 2 2 切削力及夹紧力的计算 24 6 3 定位误差分析 25 6 4 夹具设计及操作的简要说明 26 7 结论结论 29 参考文献参考文献 30 致致 谢谢 32 毕业设计 论文 知识产权声明毕业设计 论文 知识产权声明 33 毕业设计 论文 独创性声明毕业设计 论文 独创性声明 34 附录附录 1 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片 附录附录 1 机械加工工序卡片机械加工工序卡片 1 绪论 1 1 绪论绪论 1 1 概述概述 毕业设计是我们在大学学完了全部的基础课 技术基础课以及全部专业课之后进 行的 这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的链接 一次全面系统性的复习 也是一次理论联系实际的训练 因此 它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地 位 毕业设计做的好也是对自己能力的提升与肯定 就我个人而言 我希望通过这次毕业设计对自己的未来将从事的工作进行一次适 应性训练 从中锻炼自己分析问题 研究问题 解决问题的能力 为以后进入工作岗 位准备条件 为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础 1 2 国内外技术状况及发展前景国内外技术状况及发展前景 1 2 1 数控编程技术概况数控编程技术概况 随着电子技术的发展 数控 NC 系统有了较大的发展 从硬件数控发展成计算 机数控 Computer Numerical Control CNC CNC 与 NC 系统的主要区别在于 CNC 机床采用专用的或通用的计算机控制 系统软件常驻内存中 零件加工程序可以输入 到内存中 1 只要改变计算机的控制软件 就能实现一种新的控制方式 从而加工出一 种新的工件 数控编程技术已经涉及制造工艺 计算机技术 数学 计算机几何 微 分几何 人工智能等众多学科领域知识 它所追求的目标是如何有效的获得满足各种 零件加工要求的高质量数控加工程序 以便充分发挥数控机床的性能 获得更高的加 工效率与加工质量 数控编程的主要内容包括 分析加工要求并进行工艺设计 以确 定加工方案 选择合适的机床 刀具 夹具 确定合理的走刀路线及切削用量等 建 立工件的几何模型 计算加工过程中刀具相对工件的运动轨迹或机床运动轨迹 按照 数控系统可接受的程序格式 生成零件加工程序 然后对其进行验证和修改 直到得 到合格的加工程序 2 所谓数控编程 就是将零件的工艺过程 工艺参数 刀具位移与方向以及其它辅 助动作 换刀 冷却 加紧等 按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格 式编制加工程序单 相当于普通机床的工艺过程卡 再将程序单中的全部内容记录在 控制介质上 如穿孔带 磁带等 然后输给数控装置 从而指挥数控机床加工 3 这种 从零件图纸到制成控制介质的过程称为数控加工的程序编制 在数控电子技术的快速 发展的基础上 至今已经历了手工编程 语言自动编程和图形交互式自动编程三个发 1 绪论 2 展阶段 4 数控编程的一般过程如下图所示 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 3 图 1 1 程序编制全过程 对于几何形状不太复杂的简单零件 计算简单 加工程序不多 采用手工编程较容 易实现 手工编程就是如图 1 1 所示程序编制的全过程 但对于形状复杂的零件 特别 是具有非圆曲线 列表曲线及曲面的零件 用手工编程就有一定困难 出错的概率增 大 有的甚至无法编出程序 因此必须用自动编程的方法编制程序 5 语言自动编程与 手工编程相比 提高编程效率数倍乃至数十倍 但它必须对要加工的每一个几何体作 精确的描述和定义 而某些复杂的几何图形几乎难以用语言来精确描述 在三维加工 领域更是这样 特别是当今 CAD 技术的蓬勃发展更衬托出这种编程方法的不适应性 于是 20 世纪 80 年代后期就进入了基于图形的图形交互式自动编程阶段 6 图形化编 程所需要的零件图在 CAD CAM 系统中由 CAD 软件产生 数控编程者可利用 CAD 软件进行建模 构建出零件几何形状 然后对零件图样进行工艺分析 确定加工方案 利用软件的计算机辅助制造 CAM 功能 完成工艺方案的制订 切削用量的选择 刀具 及其参数的设定 指定被加工部位和参考面 程序就自动计算出刀具的加工路径并生 成刀位轨迹文件 还可模拟加工状态 显示刀具路径和刀具形状以检验走刀轨迹 如 有错误 可立即修正 利用后处理功能可生成指定数控系统用的数控加工程序 因此 我们把这种自动编程方式称为图形交互式自动编程 图形编程方式大大减小了编程出 错率 提高了编程效率和可靠性 7 数控加工技术已得到广泛应用 如数控铣削 镗削 车削 线切割 电火花加工等 数控设备为精密复杂零件的加工提供了基本条件 但要达到预期的加工效果 编制高 质量的数控程序是必不可少的 因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程 而且还 包括刀具的形状和尺寸 切削用量 走刀路径等工艺信息 8 对于简单的零件 通常采 用手工编程的方法 对于复杂的零件 往往需要借助于 CAM 软件编制加工程序 以 缩短编程人员的编程时间 提高程序的正确性和安全性 降低生产成本 提高工作效率 9 零件图 机床 加工 确 定 工 艺 过 程 数 值 计 算 编 写 程 序 单 分 析 零 件 图 纸 制 备 控 制 介 质 程 首 序 件 检 试 验 切 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 4 1 2 2 数控编程技术的发展数控编程技术的发展 CAD CAM 技术是先进制造技术的重要组成成分 它的发展和应用使传统的产品设 计 制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化 CAD CAM 技术已成为衡量一个 国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一 10 目前 应用较为广泛的数控编 程系统有 APT SS CADAM CATIA EUKLID UG INTERGRAPH Pro Engineering MasterC AM 等 这些系统的数控编程都比较强 各有特色 国内西北工业大学 华中理工大 学等开发的图形编程系统如 NPU GNCP 和 InterCAM 也具有 2 5D 零件加工和雕塑曲面 多轴加工等功能 达到了实用化程度 11 1946 年在美国诞生了世界上第一台电子计算机 1952 年 计算机技术应用到了机 床上 在麻省理工学院 M IT 诞生了第一台数控机床 从此 数控机床的发展日新 月异 到今天已经经历了两个阶段和六代 1952 1970 年为数控 NC 阶段 这阶段 划分为三代 即第一代电子管 1965 年 12 自 1970 年起 小型计算机用于数控系 统 数控技术进入计算机数控 CNC 阶段 这是第四代数控 1974 年进入第五代数 控 其特征为微处理器用于数控 前五代虽然解决了许多制度问题 但均属于封闭式结构的数控系统 随着现代制 造技术的发展 对数控系统提出了越来越高的要求 新型的数控系统应能运用于各种 计算机软硬件平台上 并提出统一风格的用户交互环境 以便用户的操作 维护和更 新换代 13 还应能在普及型个人计算机的操作系统上 简便地应用系统所配置的软件 模块和硬件运动控制插件卡 机床制造商和用户能够方便的进行软件开发 追加功能 和实现功能的个性化 使 CNC 系统具有 PC 的高手分析能力 大容量存储功能 各种 软件的支撑 图文显示的优势以及联网的灵活性 显然 封闭式结构的 CNC 系统根本 无法满足这些要求 14 在这种情况下 基于 PC 的第六代数控系统 开放式数控系统 便应运而生 1 2 本文主要研究内容本文主要研究内容 盘型零件是机械加工中常见的典型零件之一 它的应用范围很广 通过对盘型零 件的数控编程研究可以基本掌握数控加工工艺的基础知识 盘型零件加工编制的过程 编程语言和典型零件加工程序的一般编写方法 数控加工编程功能模块功能包括图形 几何造型 刀具轨迹设计 刀具轨迹编辑 加工仿真等 仿真系统具备对数控机床操作全过程和加工运行环境仿真的功能 通过仿真软件 的模拟可以明确的分析出加工方案的错误和不足之处以避免在实际生产中由于错误方 案导致成本的提高和材料的浪费 15 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 5 1 3 论文的主要研究内容论文的主要研究内容 本文共分为六章 各章的安排及内容如下 第一章 绪论 本章从四个方面介绍了与课题有关的内容 第一节说明了论文的背景和意义 第 二节阐述了数控编程技术的国内外技术状况及发展前景 第三节介绍了课题研究的主 要内容及开展的工作 第四节提出论文的主要内容 第二章 盘形零件的工艺分析 分析所加工的复杂盘形零件的外形特点 分析零件的机械加工工艺 研究出零件 最适合的一种机械加工工艺方案 然后确定出盘形零件的工艺和工装夹具的确定 第三章 盘形零件加工方案和加工余量的确定 选择合适的加工方法 刀具等 在普通机床上对零件外形的和尺寸精度进行的粗 加工 为实现盘形零件各个表面对粗糙度的要求 与尺寸精度要求在数控机床上实现 对零件的最终精加工 第四章 切削用量与基本工时的确定 通过查阅机床切削手册与切削用量手册确定个加工工步的切削用量 切削所需的 基本工时以及机床主轴转速等 第五章 盘形零件精加工部分的数控编程 针对盘形零件精加工部分的数控技术要求 选择合适的数控机床 刀具以及数控 指令对盘形零件进行数控编程 第六章 车床专用夹具体设计 设计夹具体的装配图 针对设计内容进行相关计算 2 盘形零件的工艺分析 6 2 盘形零件的工艺分析盘形零件的工艺分析 题目所给定的盘形零件是机械加工中常见的典型零件之一 它的应用范围很广 通过对盘形零件的数控编程方法的研究可以基本掌握数控加工工艺的基础知识和盘形 零件工艺路线的制定 编程语言和典型零件加工程序的一般编写方法 16 下面分节说 明盘形零件的工艺特点 2 1 盘形零件的外形分析盘形零件的外形分析 端盖零件带有回转面和内孔 外部有环形结构 圆弧和倒角 其中内孔的表面精 度要求较高为 1 6 其余各处表面精度均为 3 2 为了更好的分析复杂腔槽零件的外形特 点 该零件的各个方位三维实体图如下给出 a 盘形零件主视图 b 盘形零件左视图 图 2 1 盘形零件三维结构视图 图 2 2 盘形零件二维机构视图 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 7 2 2 盘形零件的工艺分析盘形零件的工艺分析 2 2 1 复杂盘形零件毛胚的选择复杂盘形零件毛胚的选择 确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT150 考虑到零件在工作过程中的受力情况 结构复杂且具有一定 的强度 刚度 抗振性及良好的切削加工性 因此采用铸件 17 铸件毛坯内残余较大 的内应力 所以加工前均应进行去应力退火 由于该零件采用大批量生产而且轮廓尺 寸不大因此采用金属型机器铸造 这对于提高生产率保证加工质量也是有利的 灰铸 铁 HT150 由 实用机械加工工艺手册 表 4 71 可得力学性能见表 2 1 表 2 1 铸件的力学性能 牌号 铸件壁厚最小抗拉强度硬度铸件硬度范围金相组织 HT150 2 5 10 10 20 20 30 30 50 175 145 130 120 H175150 200铁素体 珠光体 灰铸铁的一般工作条件 承受中等载荷的零件 摩擦面间的单位面积压力不大于 490KPa 毛坯的热处理 灰铸铁 HT150 中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中 由于片状石 墨对基本的割裂作用大 引起应力集中也大 因此 使石墨片得到细化 并改善石墨 片的分布 可提高铸铁的性能 可采用石墨化退火 来消除铸铁表层和壁厚较薄的部 位可能出现的白口组织 有大量的渗碳体出现 以便于切削加工 毛坯图样如下 a 毛坯零件主视图 b 毛坯零件左视图 图 2 3 毛坯零件三维结构视图 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 8 图 2 4 毛坯零件二维结构视图 2 2 2 盘形零件加工方法的选择盘形零件加工方法的选择 该盘形零件 从它的外形特征和加工精度考虑 应分为粗加工和精加工两个阶段 来加工 零件的中间部分是腔槽类零件的主要体现 应粗加工加工出外形 再用精加 工来达到其表面粗糙度的要求 18 中间部分是内槽与通孔 从经济效益方面和加工难易程度方面考虑 选择在普通 铣床上加工 左右两侧部分 有不规则圆弧与倒角此次设计的主要内容是对盘形零件 的精加工部分进行数控编程设计 以达到零件的精度要求 基面的选择是工艺规程设 计中的重要工作之一 基面选择得正确 合理可以保证加工质量 提高生产率 否则 就会使加工工艺过程问题百出 严重的还会造成零件的大批量报废 使生产无法进行 19 粗基准的选择 对于本零件来说可以毛坯零件的内孔轴线作基准 用三爪自定心 卡盘对工件进行定位加紧 限制工件的六个自由度达到完全定位 精基准的选择 精基准的选择主要应该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 对于此零件采取基准重合的原则进行加工 所以 不存在基准不重合出现的误差 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点 应当是使零件的几何形状 尺寸精度及 位置精度等技术要求能得到合理的保证 在生产纲领已确定的为大批量生产的条件下 可以采用万能机床配以专用工件夹具 并尽量使工序集中来提高生产率 20 除此以外 还应考虑经济效果 以便降低生产成本 加工阶段按照加工性质和作用的不同 工艺 过程分为两个阶段 粗加工阶段 粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属 为以后及精加工创造较 好的条件 粗加工时能及早发现毛坯的缺陷 予以报废或修补 以免浪费工时 粗加 工可采用功率大 刚性好 精度低的机床 选用大的切前用量 以提高生产率 粗加 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 9 工时 切削力大 切削热量多 所需夹紧力大 时得工件产生的内应力和变形大 所 以加工精度低 粗糙度大 一般粗加工登记为 IT11 IT12 粗糙度为 Ra80 100um 半精加工阶段 半精加工阶段切除剩余的少量加工余量 主要目的是保证零件的 形状位置精度 尺寸精度及表面粗糙度 使各主要表面达到图纸要求 另外精加工工 序安排在最后 可防止或减少工件精加工表面损伤 半精加工应采用高精度的机床小 的切削用量 工序变形小 有利于提高加工精度 半精加工精度一般为 IT8 IT9 表 面粗糙度为 Ra3 2 1 6um 3 盘形零件加工方案和加工余量的确定 10 3 盘形零件加工方案和加工余量的确定盘形零件加工方案和加工余量的确定 3 1 盘形零件加工方案盘形零件加工方案 盘形零件的加工方案是保证能够达到零件所需尺寸精度 位置精度以及形状精度 的基础上所进行的一项优化处理 选择最适合的一种方案使得在加工中保证零件加工 中的优质 高产 低消耗 21 典型的表面加工方案如下表 表 3 1 典型表面加工方案 外圆表面加工经济精度级表面粗粗糙度 Ra um适用范围 粗车 半精车IT8 IT106 3 3 2淬火钢以外的各种金属 内孔加工 粗镗 半精镗IT8 IT93 2 1 6 淬火钢以外各种材料 平面加工 粗车 半精车IT96 3 3 2端面 粗铣 精铣IT8 IT96 3 1 6一般不淬硬平面 根据以上参考及零件加工精度的要求及零件的毛坯尺寸与最终尺寸现设计以下三种方 案 图 3 1 铸件毛坯图 图 3 2 零件图 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 11 工艺路线方案一 表 3 2 工艺路线方案一 工序 1粗车端面 A 工序 2粗 半精镗内孔 E 工序 3粗车端面 D 工序 4以 E 为基准粗车外轮廓 工序 5粗铣 F 的内槽 工序 6调质 工序 7半精车端面 A 工序 8半精车端面 D 工序 9精铣内槽 F 工序 10半精车外轮廓 工序 11检验 工艺路线方案二 表 3 3 工艺路线方案二 工序 1粗镗内孔 E 工序 2粗车端面 A 工序 3粗车端面 D 工序 4粗车外轮廓 工序 5粗车内槽 F 工序 6调质处理 工序 7半精镗内孔 E 工序 8半精车端面 A 工序 9半精车端面 D 工序 10半精车外轮廓 工序 11精铣 F 内槽 工序 12检验 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 12 工艺路线方案三 表 3 4 工艺路线方案三 工序 1粗车端面 D 工序 2粗铣端面 A 内槽 F 工序 3粗 半精镗内孔 E 工序 4以内孔 E 为基准粗车外轮廓 工序 5调质处理 工序 6半精车端面 D 工序 7精铣端面 A 内槽 F 工序 8半精车外轮廓 工序 9检验 工艺方案优劣点的比较分析 上述三个方案的特点在于 方案一是先加工端面与内孔 然后以此为基准加工其 它部分 方案二是先加工孔 然后以孔为基准加工外轮廓 以及端面 方案三是以轴 线为中心先加工端面 然后以端面定位加工孔 以孔为基准加工外轮廓 以上三个方 案中 前两道方案无形中增加了加工工序 且经常变换加工基准导致误差增加 成本 增加 加工效率降低而方案三采用互为基准的原则既降低了加工工时 还提高了产品 的加工质量 因此选用第三种方案进行加工 22 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 3 2 盘形零件加工余量的确定盘形零件加工余量的确定 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 表 3 5 机械加工余量 外圆表面 100 2Z 8mm 84mm 外圆2Z 6mm 30mm 内孔2Z 4mm 70mm 内槽2Z 6mm 外圆长度 302Z 3mm 端盖 零件材料 HT150 生产内型为大批量生产 可采用金属型铸造毛坯 设计 毛坯形状尺寸还应考虑到 a 各加工面的几何形状应尽量简单各加工面的几何形状应尽量简单 b 工艺基准以设计基准想一致工艺基准以设计基准想一致 c 便于装夹 加工和检查便于装夹 加工和检查 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 13 e 结构要素统一 尽量使用普通设备和标准刀具进行加工结构要素统一 尽量使用普通设备和标准刀具进行加工 根据原始资料及加工工艺 分别确定各加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯 尺寸如下 查 机械设计制造工艺简明手册 其余量规定为 2 5 3 5 现取已能满足加 工要求 4 切削用量与基本工时的确定 14 4 切削用量与基本工时的确定切削用量与基本工时的确定 4 1 盘形零件切削用量及基本工时盘形零件切削用量及基本工时 4 1 1 工序工序 1 粗车端面 粗车端面 D 本工序采用计算法确定切削用量 加工条件 工件材料 HT150 铸件 加工要求 粗车 D 端面 机床 CA6140 卧式车床刀具 刀片材料为 YT15 刀杆尺 寸为 16mm 25mm 主偏角 kr 900 前角 r0 150 后角 0 80 r 0 5mm 刀具图如下 图 4 1 端面车刀具图 计算切削用量 粗车端面 D 确定端面最大加工余量 已知毛坯长度方向的加工余量为 3 ap 2 6mm 计算 长 度加工公差按 IT12 级取 0 25mm 入体方向 确定进给量 f 根据切削用量 简明手册 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 余留 0 4 的精加工余量 ap 2 6mm 以及工件直径为 100mm 时 f 0 8 1 2mm r 按 ca6140 车床说明书取 f 0 81mm r 计算切削速度 按 切 削手册 表 1 27 切削速度的计算公式为 寿命选 T60min v y p m K faT C Vc v v x v 4 1 式中 242 0 15 0 35 0 2 因为 0 8 工件直径 初始直径 0 95 所以 v C v X v ym v K 0 84 所以 c V53 99min 84 0 81 0 6 260 242 35 0 15 0 2 0 mmin m 4 2 确定机床主轴转速 min 5 293min 108 53 991000 1000 rr d v n w s c 4 切削用量与基本工时的确定 15 4 3 按机床说明书与相近的机床转速为 现选取所以 min 5 293 rmin 320rmin 320r min 53 108mV 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 16 计算切削工时 按工艺手册取 1 2mm 2 0 mml22 2 64108 ll 4 4 所以 tm min24 0 2min 8 0250 222 21 i fn lll w 4 5 表 4 1 CA6140 卧式车床的主要技术参数 技术规格型号 CA6140 最大加工直径在床身上 在刀架上 400 210 棒料直径 mm48 最大加工长度 mm750 1000 1500 2000 主轴孔径 mm 主电动机功率 kw 48 7 5 刀架进给量 mm r 1纵向 横向 0 028 6 33 0 014 3 16 4 1 2 工序工序 2 粗铣端面 粗铣端面 A 内槽 内槽 F 粗铣每齿进给量 af 0 06 0 12 高速钢立铣刀 d0 20mm Z 5 切削速度 60 4 321 1 0 smK ZaaaT dC V v x x e x f x mm Z v p v 4 6 式中 d 0为铣刀直径 Cv Zv x1 x2 x3 x4为系数 m 为指数 ap为背吃刀量 af为 每齿进给量 ae为铣削宽度 Z 为铣刀齿数 修正系数 Kv取值为 粗铣 Kv 1 0 精铣 Kv 0 8 T 为刀具耐用度 耐用度与刀具材料有关 查表有 T 3 6 103s Kv 1 0 Z 5 Cv 25 Zv 0 7 m 0 25 x1 0 3 x2 0 2 x3 0 5 x4 0 3 所以切削速度 4 7 min 506 20 8 311000 d 1000 min m 8 31 m 530 12 4103 660 2025 0 30 50 20 30 25 0 7 30 25 1 r V n sV w s 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 17 现选用 X52 立式铣床 根据机床说明书取 nw 475r min 故实际切削速度为 4 8 min 29 8m 1000 47520 1000 wwn d V 当 nw 475r min 时 工作台的每分钟进给量为 fm fm fzZnw 0 1 5 506 253mm min 查机床说明书选取 235mm min 的进给量 故选用此进给量 切削工时 由于是粗铣 故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件 利用作图法可以得出铣 刀的行程 l l1 l2 22 34 6 56 6mm min 22 0 253 6 56 m Z 4 9 表 4 2 X53K 立式铣床的主要技术参数 技术规格型号 X53K 主轴端面至工作台面距离 mm30 500 主轴中心线至床身垂直导轨面距离 mm450 主轴孔径 mm29 32 50 45 30 1500 85 立铣头最大回转角度 0 主轴转速 r min 1 主轴轴向移动量 mm 工作台尺寸 mm1600 400 工作台 最大行 程 mm 横向 纵向 升降 315 300 900 880 385 365 主电动机功率 kw10 槽数 个3 宽度 mm18 工作台 T 形槽 槽距 mm 90 4 1 3 工序工序 3 粗 半精镗内孔 粗 半精镗内孔 E 粗糖孔至 29 8 单边余量为 Z 1 9mm 可以一次镗去全部余量 ap 1 9mm 进给量 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 18 f 0 1mm r 根据手册 确定金刚镗床切削速度为 100m min 则 nw 1062min r 303 14 1001000 D 1000 v 4 10 由于金刚镗床的主轴转速为无极调速 故以上转速即为加工时使用的转速 切削工时 l 22 8mm l1 3mm l2 4mm 所以 t min26 0 min 0 11062 43 8 22 21 fn lll w 4 11 半精镗孔至 30 单边余量 Z 0 1mm 可以一次性镗削去除全部余量 ap 0 1mm 进给量 f 0 1mm r v 100m min 所以 min 1062r 303 14 1001000 D 1000 V nw 4 12 切削工时 t 0 26min 表 4 3 T68 镗床主要技术参数 技术规格型号 T68 镗床 主轴直径85mm 主轴最大许用扭转力矩100 公斤 米 主轴最大行程600mm 工作台可承受最大重量200 公斤 主轴心线距工作面最大距离800mm 最小 30mm 主轴每转时进给量范围0 05 16mm 主轴功率6 5 8kw 4 1 4 工序工序 4 粗车外轮廓 粗车外轮廓 图 4 2 外轮廓车 刀具图 a 粗车外圆粗车外圆 C 取 ap 2 8 分两次切割 f 0 51mm 根据切削手册表 1 6 Ra 6 3um 刀尖圆弧半径为 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 19 r 1 0mm 切削速度 v vvp m v c k fyxaT C V 4 13 式中 Cv 242 T 60 m 0 2 yv 0 35 kv 1 所以 m min 1 115 0 512 860 242 0 350 152 0 Vc 4 14 n min 384min 963 14 115 710001000 rr d v 4 15 按机床说明书取 n 400 则此时 V 120 6 切削工时 T 2 21 nf lll 4 16 式中 l 10 4 l1 4 l2 0 所以 Z 0 07min b 粗车外圆粗车外圆 B 取 ap 1 8 分两次进行车削 f 0 51 Ra 0 63um 刀尖圆弧 r 1 0mm 切削速度 4 17 23 67m min1 1 0 511 860 242 0 350 152 0 c V n min 365min 0813 14 67 23110001000 rr d v 4 18 按机床说明书取 n 400r min 则此时 v 135 68m min 切削工时 T 2 21 nf lll 4 19 式中 l 22 6 l1 4 l2 0 所以 t 0 13min c 粗车外圆粗车外圆 90 取 ap 2 5 分两次车削 f 0 51 切削速度 v vvp m v c k fyxaT C V 17 7m min1 1 0 512 560 242 0 350 152 0 4 20 所以 n min 9 371min 8 1003 14 7 11710001000 rr d v 4 21 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 20 按机床说明书取 n 400 则此时 V 126 6m min 切削工时 t 2 21 nf lll 0 055min2 51 0 400 44 7 4 22 5 盘形零件精加工部分的数控编程 21 5 盘形零件精加工部分的数控编程盘形零件精加工部分的数控编程 5 1 数控编程数控编程 随着科学技术的飞速发展 社会对机械产品的结构 性能 精度 效率和品种的 要求越来越高 单件与中小批量产品的比重越来越大 目前已占到 70 以上 传统 的通用 专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量 高效率 多样化加工的要 求 因而 以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术 将机械技术 现代控制技 术 传感检测技术 信息处理技术 网络通信技术和成组技术等有机地结合在一起 使机器制造行业的生产方式和机器制造技术发生了深刻的 革命性的变化 23 当今机床行业的计算机数控化已成为技术进步的大趋势 数控机床是电子信息技 术和传统机械加工技术结合的产物 它集现代精密机械 计算机 通讯 液压气动 光电等多学科技术为一体 具有高效率 高精度 高自动化和高柔性的特点 是当代 机械制造业的主流装备 数控机床大大提高了机械加工的性能 可以精确加工传统机 床无法处理的复杂零件 有效提高了加工质量和效率 实现了柔性自动化 相对于 传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化 并向智慧化 集成化方向发展 所以 可以毫不夸张地说 计算机 数控技术 是现代先进制造技术的基础和核心 24 数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用 美国的数控机床已占机床总数的 80 以上 是因为它有效地解决了复杂 精密 小批多变的零件加工问题 能满足 高质量 高效益和多品种 小批量的柔性生产方式的要求 适应各种机械产品迅速更 新换代的需要 经济效益显著 代表着当今机械加工技术的趋势与潮流 也是现代机 械制造企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求 25 在数控机床发展过程中 值得一提的是数控加工中心的出现 这是一种具有自动 换刀装置的数控机床 它能实现一次装夹并进行多任务序加工 这种机床在刀库中装 有钻头 丝锥 铰刀 镗刀等刀具 通过程序指令自动选择刀具 并利用机械手将刀 具装在主轴上 这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间 数控加工中心现在已经成 为数控机床中一个非常重要的品种 不仅有立式 卧式等镗铣类加工中心用于箱体类 零件的加工 还有车削加工中心用于回转体零件加工以及磨削加工中心等 这些高性 能 高精度 高自动化的数控机床就组成了完整的数控机床家族 数控机床的发展趋势 a 向高速度 高精度发展向高速度 高精度发展 b 可靠性的提高可靠性的提高 c 实现长时间 连续性自动加工实现长时间 连续性自动加工 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 22 d 采用自动程序编制技术采用自动程序编制技术 e 具有更高的通讯功能具有更高的通讯功能 数控加工当中最重要的是加工工序的制定 理想的加工程序不仅应保证加工出符 合图样的合格工件 同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥 数控 机床是一种高效率的自动化设备 它的效率高于普通机床的 2 3 倍 所以 要充分发 挥数控机床的这一特点 必须熟练掌握其性能 特点 使用操作方法 同时还必须在 编程之前正确地确定加工方案 忧郁生产规模的差异 对于同一零件的加工方案是有所不同的 应根据具体条件 选择经济 合理的工艺方案 加工工序划分 在数控机床上加工零件 工序可以比较集中 一次装夹应尽可能完成全 部工序 与普通机床加工相比 加工工序划分有其自己的特点 常用的工序划分原则 有以下两种 26 1 保证精度的原则保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中 常常粗 精加工在一次装夹下完成 为减少热变 形和切削力变形对工件的形状 位置精度 尺寸精度和表面粗糙度的影响 应将粗 精加工分开进行 对轴类或盘类零件 将各处先粗加工 留少量余量精加工 来保证 表面质量要求 同时 对一些箱体工件 为保证孔的加工精度 应先加工表面而后加 工孔 2 提高生产效率的原则提高生产效率的原则 数控加工中 为减少换刀次数 节省换刀时间 应将需用同一把刀加工的加工部 位全部完成后 再换另一把刀来加工其它部位 同时应尽量减少空行程 用同一把刀 加工工件的多个部位时 应以最短的路线到达各加工部位 确定数控加工机床选用日本的 FANUC 数控系统 其中刀具的选择与加工顺序的 拟定如下 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 23 图 5 1 车左端面刀具轨迹 图 5 2 车外轮廓刀具轨迹 a 铣削加工主视图 b 铣削加工侧视图 图 5 3 铣端面及内槽刀具轨迹 零件图分析 该零件是粗加工后的基础上进行半成品的精加工其中直径为 30 的内孔已经精加 工过 该零件由外圆柱面 圆弧面 内孔 内槽 倒角等构成 其它的端面与外圆面 均需要进行数控编程加工 27 确定装夹方案 根据毛坯和零件图可知该零件比较规则 精车左端面利用三爪卡盘夹紧工件 精 铣右端面和内槽时以左端面为基准 利用半圆孔定位座对工件进行装夹 加工外圆轮 廓时在直径为 30 的内孔中插入斜楔利用液压装置驱动夹紧 确定加工顺序与走刀路线 确定工件坐标系 在车左端面的时候以右端面中心作为工件坐标原点 以径向向上为 X 轴 轴向远 离工件的方向为 Z 轴 如图 5 1 在铣削加工过程中 以右端面中心为坐标原点 以 径向向里为 X 轴 轴向远离工件的方向为 Z 轴 并采用右手坐标系确定 Y 轴 如图 5 3 在车外轮廓的过程中以径向向上为 X 轴以轴向向右为 Z 轴 如图 5 2 确定加工顺序 半精车左端面 精铣右端面 内槽 从右至左半精车车外轮廓 选择刀具与切 削用量 根据加工方案与工件材料 采用的数控加工刀具见刀具卡片 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 24 表 5 1 数控加工刀具卡片 刀具 号 刀具规格 名称 数 量 加工内容主轴转速 r min 1 进给速度 mm r 1 设备名称数控系统 T01900外圆偏 刀 2车左端面 及外轮廓 6500 3数控车床FANUC 0i T02 10 键槽 铣 1铣右端面 及内槽 80080数控铣床FANUC0i B 根据刀具材料 工件材料和加工精度 并结合实际中的切削经验确定切削用量见 数控加工工序卡 表 5 2 和加工程序 表 5 3 至表 5 5 表 5 2 数控加工工序卡 零件名称端盖数量102011 年 3 月 工序名称工艺要求刀具号工作者 1数控车半精车左端面T01 工步工步内容 1精铣右端面T022数控铣 2精铣内槽T02 3数控车从左至右半精车端盖外轮廓及圆弧 倒角T01 4检验 5 2 数控加工程序数控加工程序 5 2 1 车左端面车左端面 表 5 3 车左端面数控程序 设备数控车床系统FANUC 0i 程序注释 O0001 N00001 G50 X120 Z50 N00002 S620 M03 T0101 N00003 G00 Z0 M08 N00004 G01 X0 F0 3 N00005 G00 X120 Z50 T0100 N00006 M05 M09 N00007 M02 程序名 工件坐标系设定 设置起刀点 主轴正转 转速 620 调用 1 号刀 1 号刀补 快速点定位到 X0 Y0 Z30 切削液开 直线插补 加工端面 经给量 0 3 快速定位回到起点 取消刀补 主轴停止 切削液关 程序结束 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 论文 25 5 2 2 铣右端面及内槽铣右端面及内槽 表 5 4 铣右端面及内槽数控程序 设备数控车床系统FANUC 0i B 程序注释 O0001 N00001 G54 N00002 G00 Z20 S800 M03 N00003 G00 X 35 Y0 Z0 M08 N00004 G03 X35 Y0 I 35 J0 F80 N00005 G01 X40 N00006 G03 X40 Y0 I 40 J0 N00007 G01 X45 N00008 G03 X45 Y0 I 45 J0 N00009 G00 Z20 N