底盘零件的加工.doc

毕业设计（论文）标 题： 底盘零件的加工 学生姓名： 彭鑫 系 部： 机械工程系 专 业： 数控 班 级： 0601 指导教师： 罗昊 企业专家： 张林 叶政武 株洲职业技术学院教务处制目录摘要11零件加工工艺分析2 1.1零件的分析2 1.2毛坯的分析3 1.3加工余量的确定3 1.4定位基准的选择42数控加工工艺方案的制定52.1加工工序的划分42.2加工顺序的确定43设备的选择53.1机床的选择63.2刀具的选择63.3夹具的选择74冷却液的选择75切削用量的确定8 5.1确定背吃刀量8 5.2确定主轴转速9 5.3确定进给速度116工艺文件12 6.1工艺过程卡12 6.1工序卡片137确定走刀路线197.1外轮廓的走刀路线19 7.2平面的走到路线19 7.3凹槽的走刀路线20 7.4孔的走刀路线208零件加工过程21 8.1建立G54坐标系12 8.2建立刀补21 8.3零件加工229加工结果分析22 9.1结果分析22 9.2原因分析23附录24总结28致谢29参考文献30III摘要本设计从铣削加工的角度来考虑，属于平面类零件，适合数控铣削的主要加工对象。从成本角度考虑，成本适中，适合数控加工。通过数控工艺分析与加工,巩固了自己以前所学过的专业基础知识,并理论联系实际,提高了我的动手能力和对分析解决问题能力,为今后工作打下坚实基础。关键词：铣削、钻孔、铣槽底盘零件1零件加工工艺分析1.1零件的分析图1-1底盘零件图从整体上分析该工件，其中有平面加工、轮廓加工、凹槽、凸台及钻孔等。由于形状比较复杂，精度要求高，所以从精度上考虑，定位比较关键。为了保证加工精度，经分析采用一次定位加工完成，按照基准面先行、先主后次、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次加工。1.2毛坯分析根据零件材料、性能以及学校现有的设备要求选择零件的材料为铝件，留34mm的余量。并根据情况尽量使各个表面上的余量均匀。由于零件图样尺寸为110mm90mm25mm，所以选择毛坯尺寸为115mm95mm30mm。图2-2毛坯余量简图1.3加工余量的确定根据精度要求，该图的尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算，正确规定加工余量的数值，是制定工艺规程的重要任务之一。一般最小加工余量的大小决定于下列因素（1）表面粗糙度（Ra）；（2）表面缺陷层深度（Ta）；（3）空间偏差（a）；（4）表面几何形状误差；（5）装夹误差（Zj）。在具体确定工序的加工余量时，应根据下列条件选择大小：（1）对最后的工序，加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；（2）考虑加工方法、设备的刚性以及零件可能发生的变形；（3）考虑零件热处理时引起的变形；（4）考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。1.4定位基准的选择定位基准是工件在定位时所依据的基准。首先以一个毛坯件的一个平面为粗基准，铣削3mm的夹持面，再以夹持面为精基准来加工零件。因为数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以我选择平口虎钳，它可以满足这些条件。图2-3 定位基准的选择2数控加工工艺方案的制定2.1加工工序的划分加工质量要求较高的零件，采用加工中心时，应尽量分粗、精加工两个阶段进行。一般情况下，在加工中心上完成的精加工零件，大部分在普通机床上先安排粗加工。在具有良好冷却系统的加工中心上，对于毛坯质量高、加工余量较小、加工精度要求不高或新产品试制等单件或生产批量很小的零件，也可把粗、精加工合并进行，可在加工中心上一次或两次装夹完成全部粗、精加工工序。对刚性较差的零件，可采取相应的工艺措施，如粗加工后，在加工过程中安排暂停指令，让操作者将压板稍微松开，使零件弹性变形恢复，然后用较小的夹紧力夹紧零件，再进行精加工。2.2加工顺序的确定根据零件图样，制定以下加工顺序方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，且又能保证质量）下面分析两套加工顺序方案进行比较。方案一： 铣3mm的夹持面翻面夹持粗铣上平面精铣上平面粗铣外轮廓精铣外轮廓粗铣凹槽精铣凹槽粗铣底盘凸台精铣底盘凸台钻12孔钻16孔。方案二：铣3mm的夹持面翻面夹持粗铣上平面粗铣外轮廓粗铣凹槽粗铣底盘凸台粗钻12孔粗铣16孔精铣上平面精铣外轮廓精铣凹槽精铣底盘凸台精钻12精钻16孔。在以上两种方案中，我选择方案一进行加工，原因如下： （1）在方案一中将外轮廓铣削放在开始，可以减少换刀的次数，从而提高了加工的效率、减少了加工所用的时间。（2）在加工时，本着先面后孔、先主后次、先粗后精、基准先行的原则方案二换刀次数多，加工工时较长，严重影响加工效率，方案一能达到加工要求。故选择方案一进行加工。由于本零件的加工余量较小，故粗、精加工在同一台加工中心上完成，但粗、精加工划分成两道工序分别完成。3 设备的选择3.1选择机床结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆、圆弧、孔及槽等构成，加工工序复杂。并为减换刀和对刀时间，保证良好精度要求。结合我院机床的实际，采用加工中心进行加工。加工中心KVC650B见图4-1主要参数见表4-1。图3-1 kvc650B机床表3-1机床主要参数表工作台面尺寸（长宽）4051307（mm）主轴锥孔/刀柄形式24ISO40 / BT40（MAS403）工作台最大纵向行程650mm主配控制系统FANUC 0iMate-MC工作台最大横向行程450mm换刀时间（s）6.5s主轴箱垂向行程500mm主轴转速范围606000( r/min)工作台T型槽（槽数-宽度间距）5-1660mm快速移动速度10000（mm/min）主电动机功率5.5/7.5（kw）进给速度5800（mm/min）脉冲当量（mm/脉冲）0.001工作台最大承载(kg)700kg机床外形尺寸(长宽高)(mm)2540mm2520mm2710mm机床重量(kg)4000kg3.2刀具的选择数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐性好等要求。切削用刀具材料应具备的性能如表4-2所示：表3-2 刀具材料应具备的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度（常温及高温状态）耐磨损性化学稳定性良好耐氧化性耐扩散性高韧性（抗弯强度）耐崩刃性耐破损性低亲和性耐溶着、凝着（粘刀）性高耐热性耐塑性变形性磨削成形性良好刀具制造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好微小切削可能对刀具的基本要求：（1）铣刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；（2）铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。刀具选择见表4-3所示。表3-3数控加工刀具卡片产品名称或代号零件图号零件名称程序编号工序号刀具号刀具名称刀柄型号刀具备注直径/mm长度/mm补偿值/mm1T01立铣刀D20102T02键槽铣刀D12256编制 彭鑫审核罗老师 3.3夹具的选择在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。此时，主要考虑以下几点：（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；（2）必须保证最小的夹紧变形；（3）装卸方便，辅助时间应尽量短；（4）对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；（5）夹具结构应力求简单；（6）夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。 该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高。所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。附虎钳夹具，如图4-2，具体虎钳参数见表4-4图 3-2平口虎钳夹具表3-4 平口钳夹具参数产品名称型号钳口宽度（毫米）钳口高度（毫米）钳口最大张开度（毫米）定位键宽度（毫米）外形尺寸长宽高（毫米）平口虎钳Q1216016050125184642762084 冷却液选择由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。大量的切削热被工件吸收9%30%、切屑吸收50%80%、刀具吸收4%10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有52%传入麻花钻。由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。通过查询资料知道常用的冷却液主要有以下三种 表4-1 常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑从工件材料考虑，切削铝时不得使用水溶液，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。5 切削用量的确定当编程人员必须确定每道工序的切削用量并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度充分发挥刀具切削性能保证合理的刀具耐用度。并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产率降低成本。5.1背吃刀量的确定背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.20.5mm。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量的选择可参考下表6-3所示：表5-3切削用量的选取工件材料铝合金钢刀具直径（mm）刀槽数转速（r/min）进给速度(mm/min)转速（r/min）进给速度(mm/min)切削速度（m/min）每齿进给量（mm/齿）切削速度（m/min）每齿进给量（mm/齿）6210001005000500250.051260.05202820823450470260.051300.075.2确定主轴转速主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取n= （6-1）其中Vc-切削速度D-工件或刀具的直径（mm）由于每把刀计算方式相同，现选取20的立铣刀为例说明其计算过程。D=20mm根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表6-1选取。表5-1 铣削时切削速度工件材料硬度/HBS切削速度/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251842661502253251236541203254256213675铸铁19021366615019026091845901603204.5102130铝70120100200200400黄铜53562050100180从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑： 取粗铣时 =15/min 精铣时 =200in 代入6-1式中： = = =2388.5r/min =3184.7r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取 取=2389 r/min =3185 r/min同理计算12立铣刀：取 =2000r/min = 3000r/min5.3进给速度切削进给速度F时切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为 F=ZN (6-2)每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高，越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀，可参考表6-2选取表5-2 铣刀每齿进给量工件材料每齿进给量/（mm/z）粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30铝0.060.200.100.250.050.100.020.05综合选取：粗铣=0.06 mm/z 精铣=0.03mm/z 铣刀齿数z=3上面计算出： =2389 r/min =3185 r/min 将它们代入式子6-2计算。 粗铣时：F=0.0632389 =430mm/min 精铣时：F=0.0333185 =287mm/min切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。6数控加工工艺过程卡片表6-1底盘工艺过程卡零件名称零件材料毛坯种类毛坯硬度毛重/kg净重/kg底盘铝合金热轧件1工序号工序名称设备名称及型号夹具进给量(mm/r)主轴转速切削速度冷却液1粗-精铣上平面数控加工中心平口虎钳0.4mm/r3000r/min300m/min乳化液2粗-精铣轮廓数控加工中心平口虎钳0.4mm/r3000r/min300m/min乳化液3粗铣凹槽数控加工中心平口虎钳0.2mm/r3000r/min200m/min乳化液4精铣凹槽数控加工中心平口虎钳0.2mm/r2000r/min100m/min乳化液5铣12的盲孔数控加工中心平口虎钳0.05mm/r800r/min40m/min乳化液6铣16的盲孔数控加工中心平口虎钳0.05mm/r800r/min40m/mi乳化液7检查7编制彭鑫审核罗老师表6-2 铣夹持面工序卡单位数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料株洲职业技术学院底盘铝车间使用设备数控加工室数控加工中心工艺序号工艺名称1铣夹持面工步号工步内容夹具量具及检具刀具主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量备注1铣3mm夹持面平口虎钳游标卡尺20立铣刀30003002编制彭鑫审核罗老师表6-3 铣外轮廓工序卡单位数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料株洲职业技术学院底盘铝车间使用设备数控加工室数控加工中心工艺序号工艺名称2铣外轮廓工步号工步内容夹具量具及检具刀具主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量备注1铣外轮廓平口虎钳游标卡尺20立铣刀30003002编制彭鑫审核罗老师表6-4 铣底盘位孔工序卡单位数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料株洲职业技术学院底盘铝车间使用设备数控加工室数控加工中心工艺序号工艺名称3铣4x12孔工步号工步内容夹具量具及检具刀具主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量备注1铣4x12孔平口虎钳游标卡尺12键槽铣刀30003002编制彭鑫审核罗老师表6-5铣孔工序卡单位数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料株洲职业技术学院底盘铝车间使用设备数控加工室数控加工中心工艺序号工艺名称4铣4x16扩孔工步号工步内容夹具量具及检具刀具主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量备注1铣4x16的盲孔平口虎钳游标卡尺12键槽铣刀30003002编制彭鑫审核罗老师表6-6铣槽工序卡单位数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料株洲职业技术学院底盘铝车间使用设备数控加工室数控加工中心工艺序号工艺名称5铣槽工步号工步内容夹具量具及检具刀具主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量备注1粗铣槽平口虎钳游标卡尺20立铣刀30002002精铣槽平口虎钳游标卡尺20立铣刀30002002编制彭鑫审核罗老师表6-6铣槽工序卡单位数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料株洲职业技术学院底盘铝车间使用设备数控加工室数控加工中心工艺序号工艺名称6铣槽工步号工步内容夹具量具及检具刀具主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量备注1粗铣槽平口虎钳游标卡尺20立铣刀30002002精铣槽平口虎钳游标卡尺20立铣刀30002002编制彭鑫审核罗老师7 确定走刀路线7.1外轮廓的走刀路线图8.1外轮廓走刀路线图7.2凹槽的走刀路线图8.2凹槽走刀路线图7.3 凹槽的走刀路线图8.3凹槽走刀路线图7.4 孔的走刀路线图8.4孔走刀路线图8 零件加工过程通过加工工艺分析以及程序编写，开始对机床工艺参数进行设定，加工出零件，根据毕业设计要求，采用编程方式是手工编程，再将编写正确的程序输入数控加工中心，进行零件加工；首先还要对机床工艺参数进行设定，包括设G54坐标、刀偏（刀补）等。8.1建立G54坐标系在数控加工KVC650上建立G54坐标系，其操作步骤如下： 打开电源开关和加工中心上的电源开关和开机按钮，做好加工前的准备工作，把机床设置回原点先选用平面度较好的面为基准面加工出而以夹持面为基准把毛坯件装在虎钳上，在控制面板上选择主轴，转动手轮按钮，把手轮旋转钮对在X上，用手轮将刀具移动在左侧下需要接近工件时打小移动速度慢慢的用刀去接触毛坯的边沿，直到有少量铝削出现为止，这时在控制面板上点击“编辑”进入“POS”界面相对操作起源输入X按INPUT将X轴置零，在将刀具提起移动到工件的右侧下刀，使用相同的方法，计算当前屏幕上X轴坐标的一半，在进入“offset setting” 坐标系G54输入计算的到的X值按“测量”这样就完成了工件在X轴坐标系的设定。用同样的方法完成对Y轴的设定，即完成了G54坐标系的设定。8.2刀补的建立在程序中，刀具路径是指刀具中心的运动路径，在实际加工中我们会遇到不同的刀具，即使是相同的种类的刀具也有型号的差别，比如说刀具半径，刀具长度等。不同的刀具写出的程序就不一样，更麻烦的是在刀具磨损后必须修改加工程序，这样会给加工带来很大的不便，为了解决这样的问题我们可以使用刀具自动补偿功能，运用这种功能，在编程时就不需要考虑刀具的具体尺寸，只要在程序中加如有关补偿的指令，并在数控系统中输入相关的数据，当程序在执行到该指令时刀具中心的运动路径会自动根据所给的数据做相应的修正，这样就可以保证不同尺寸刀具长度补偿值是当前刀具和标准刀具的长度差，标准刀的长度补偿值为零。通过试切法可以获得刀具的长度补偿值。先在机床坐标系中，用标准刀对刀也就是标准刀的刀位点碰工件的零点，设置工件坐标系，再在工件坐标系中用当前刀对刀，记录此时动态坐标Z，当前的长度补偿值为Z。8.3零件加工在G54坐标系建立好了以后，就可以开始正式加工了。首先为了保证程序毫无差错，一般都先用以经输入的程序对腊模进行加工，即使程序有错也不会浪费毛坯件，也便于及时加以修改。这样确定所有程序的路线、加工工艺都正确无误后，便可用铝件对毛坯进行机械加工。首先，选择毛坯件上较平滑的一个平面为粗基准。再次，就是进行对刀，并以第一把刀为基准到进行其他刀具对刀、测刀补。点击控制面板上的“PROG” 输入要加工的程序名称“进行轨迹仿真”“自动”“循环启动”“开冷却液”完成一系列的操作后，数控机床对工件进行自动加工了。9 加工结果分析检验名称检验项目零件图要求检测方法实际尺寸是否合格底盘零件1长度1100.07mm游标卡尺110.07合格2宽度900.07mm游标卡尺90.06合格3高度250.042mm游标卡尺25.02合格4孔12游标卡尺12合格5扩孔16游标卡尺16.2合格6平面粗糙度Ra1.6m目测7轮廓粗糙度Ra6.3m目测9.2原因分析零件的表面粗糙度明显达不到要求，其原因主要有：刀具的选择、切削用量的确定、下刀点的选择、装夹的误差等。刀具的选择，主要体现在加工凸台时选用的刀具过小，行距选择过大，使零件的粗糙度没有达到要求。切削用量，主要体现在加工圆弧时，有过切和超程现象。下刀点，主要体现在加工键槽时，下刀点选择没有考虑到零件的实际轮廓。装夹，主要表现在平行度和尺寸的保证。另外，机床进行加工时，在没有周期性力的作用下，刀具与工件也可能产生强烈的相对振动。振动时，将产生动态切削力，并在工件的加工表面上残留下明显的有规律的振纹，这种现象的振动属于自激振动。此外，在加工时要求机床主轴具有一定的回转运动精度。即加工过程中主轴回转中心相对刀具或者工件的精度，当主轴回转时，实际回转轴线其位置总是在变动的，也就是说，存在着回转误差主轴的回转误差可分为三种形式：轴向窜动、径向圆跳动角度摆角、主轴回转误差对加工精度的影响，切削加工过程中的机床主轴回转误差使得刀具和工件间的相对位置不断改变，影响着成形运动的准确性，在工件上引起加工误差。附录主程序O004N10 G54G94G90G00X0Y0Z50N20 M03S1500N30 M06T1(铣上外轮廓子程序)N40 G00X-65Y-55N50 Z2N60 M98P140005(调用5号程序铣外轮廓）N70 G00Z2N80 X-49Y-29N90 M98 P60006(调用6号铣上外轮廓）N100 M06T2H02（换12的立铣刀）N110 G00Z2N120 X-49Y-9N130 M98P50001（调用1号子程序铣左边槽）N140 G00Z2N150 G51X-1Y1N160 M98P50001（调用1号子程序铣右边槽）N170 G00X-19Y39N180 M98P50002（调用2号子程序铣上边槽）N190 G00Z2N200 G91X0Y-1N210 M98P50002（调用2号子程序铣下边槽）N220 G00Z2N230 X-24Y-8.869N240 M98P40003（调用3号子程序铣中间槽）N250 M06T1（换18的立铣刀）N260 G00X39Y29N270 Z5N280 G83X39Y29Z-3P1000Q2R5（钻孔）N290 X39Y-29（钻孔）N300 X-39Y-29（钻孔）N310 X-39Y29（钻孔）N320 M06T02H02（换12立铣刀）N330 G83X39Y29Z-15P1000Q2R5N340 X39Y-29N350 X-39Y-29N360 X-39Y29N370 G80G00Z50N380 X0Y0N390 M30铣左右槽子程序O0001N10 G91G01Z-2F80N20 G90G01X-40Y-9F200N30 Y9N40 X-40N50 X-49Y-9N60 M30铣上下槽子程序O0002N10 G91G01Z-2F80N20 G90G01X-19F200N30 Y31N40 X19N50 X-19Y39N60 M30铣中间槽子程序O0003N10 G91G01Z-2F80N20 G90G01X24F200N30 Y3.313N40 X-24N50 Y3.313N60 X24N70 Y8.869N80 x-24N90 Y