工艺夹具毕业设计42基于CAXA制造工程师管座斜长槽零件的数控加工VIP

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 题目：基于 CAXA制造工程 师 管座斜长槽 零件的 数控加工 学 号： 9041416 姓 名： 冯莉 专 业： 机电一体化 指导教师： 闫 巧枝 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 I 摘 要 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（ Numerical Control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。 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。 数控技术是发展数控机床和先进制造技术的最关键技术，是制造业实现自动化、 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 II 柔性化、集成化的基础，应用数控技术是提高制造业的产品质量和劳动生产率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。 关键词： 计算机辅助设计和 制造技术 机械加工工艺 毛坯制造 数控加工 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 III 目 录 摘 要 . I 第一章 绪 论 1.1 数控机床概述 . (1) 1.2 数控加工编程的基本概念 . (3) 1.3 数控加工工艺及特点 . (5) 1.4 数控技术发展趋势 . (6) 第二章 系统功能及总体结构 2.1 数控加工工艺与分析 . (8) 2.2 加工方法的选择与加工方案的确定 . (12) 2.3 工序与工步划分 . (13) 2.4 零件安装与夹具的选择 . (14) 2.5 刀具选择与切 削用量的确定 . (15) 2.6 对刀点与换刀点的确定 . (17) 2.7 加工路线的确定 . (19) 2.8 复杂零件 的加工 . (20) 2.9 实体造型 及程序 . (22) 小结 . (30) 第三章 结论与展望 3.1 本文总结 . (31) 3.2 将来展望 . (32) 致 谢 . (33) 参考文献 . (34) 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 1 第一章 绪 论 1.1 数控机床概述 数控机床：是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作 和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。 数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成，如图所示。 自从第一台数控铣床诞生后，数控加工技术在全世界各国得到迅速发展，对现代机械制造加工技术的发展起到重大推动作用。数控加工技术不仅涉及数控加工设备，还涉及数控加工工艺、工装和加工过程的自动控制等。 在目前生产中，数控加工设备的种类很多，不仅有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控冲床、电加工机床，车铣教工中心、镗铣加工中心、齿轮加工中心，还有各种柔性制造单元等等。从数控系统控制的轴数上看，不仅有简单的二轴控制、 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 2 三轴控制、四轴、五轴控制，在高档数控系统中已经可以控制在几十个轴以上的运动状态。 数控加工技术的广泛应用突显在航空航天技术、汽车制造、模具制造、轮船制造、电子制造等各个制造行业中，和我们日常工作、生活密切相关。 数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中 广泛应用在航空航天技术、汽车制造、模具制造、轮船制造、电子制造等各个制造行业中，和我们日常工作、生活密切相关。 概括起来，数控机床的加工有以下几方面的优点： 1）精度高，质量稳定。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的， 一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控机床工作台的移动当量普遍达到了 0.01 0.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，高 档数控机床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。数控机床的加工精度由过去的 0.01 mm提高到 0.005mm甚至更高。定位精度九十年代初中期已达到 0.002mm 0.005mm。此外，数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度 和热稳定性。通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。 2）生产效率高。零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此数控机床每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控机床结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。 3）适应性强。 适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序后就能 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 3 实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的。这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和迅速发展的主要原因。 数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，节省了零件安装调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时 间。在加工中心机床上加工时，一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为显著。 4）能实现复杂的运动。普通机床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面；而数控机床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适应于复杂异形零件的加工。 5）良好的经济效益。数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一般不需制 作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。 6）有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。 1.2 数控加工编程的基本概念 1.2.1 数控编程 所谓数控编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。 为了与数控系统的内部程 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 4 序（系统软件）及自动编程用的零件源程序相区别，把从外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序。 数控机床所使用的程序是按照一定的格式并以代码的形式编制的。数控系统的种类繁多，它们使用的数控程序的语言规则和格式也不尽相同，编制程序时应该严格按照机床编程手册中的规定进行。编制程序时，编程人员应对图样规定的技术要求、零件的几何形状、尺寸精度要求等内容进行分析，确定加工方法和加工路线；进行数学计算，获得刀具轨迹数据；然后按数控机床规定的代码和程序格式，将被加工工件的尺寸、刀具 运动中心轨迹、切削参数以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、切削液开关等）信息编制成加工程序，并输入数控系统，由数控系统控制机床自动地进行加工。理想的数控程序不仅应该保证能加工出符合图纸要求的合格工件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、高效地工作。 1.2.2数控加工程序编制的方法 数控编程大体经过了机器语言编程、高级语言编程、代码格式编程和人机对话编程与动态仿真这样几个阶段。在上个世纪 70 年代，美国电子工业协会（ EIA）和国际标准化组织（ ISO）先后对数控机床坐标轴和 运动方向、数控程序编程的代码、字符和程序段格式等制定了若干标准和规范（我国按照 ISO标准也制定了相应的国家标准和部颁标准），从而出现了用代码和标示符号，按照严格的格式书写的数控加工源程序代码格式编程程序。这种编写源程序技术的重大进步，意义极为深远。在这种编程方式出现后，凡是数控系统不论档次高低，均具有编程功能。因为编程过程的大为简化，使得机床操作者只要查阅、细读系统说明书就有能力编程。从而使数控机床走向大范围、广领域的应用。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 5 1.3 数控加工工艺及特点 机械加工工艺过程是指用材料去除 方法改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为达到设计要求的过程。数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有许多相同之处，遵 循的原则基本一致。也有许多不同，最大的不同表现在切削刀具轨迹的控制方式上。同时由于数控机床本身自动化程度较高，设备费用较高，因此数控机床加工相应形成了自己的特点： 1）数控加工的工艺内容设计十分具体 在使用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排，刀具的几何形状，走刀路线及切削用量等，在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无须工艺人员 在设计工艺规程时进行过多的规定。而在数控机床加工时，上述这些具体工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须考虑的内容，而且还必须做出正确的选择并编入加工程序中。 2）数控加工的工艺设计非常严密 数控机床虽然自动化程度较高，但自适应性差。它不能像通用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较灵活的适时的进行人为的调整。即使现代数控机床在自适应调整方面作出了不少努力与改进，但其自由程度也不大。比如，数控机床加工螺纹孔时，它不知道孔中是否已经挤满了切屑，是否需要退一下刀，或先清理一下切屑再进刀。所以，在数控加工的工艺设 计中，必须注意加工过程中的每一个细节，计算和编程时，都要力求正确无误。 3）数控加工的操作程序化相当严格 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 6 由于数控加工自动化程度高、可多轴联动，便于工序集中安排。但数控机床价格昂贵，操作技术要求高，所加工的对象也都是一些形状比较复杂、价值也比较高的零件，稍有不慎损坏了零件或损坏了机床、刀具，都会造成较大损失。因此对数控机床加工操作的基本步骤的程序化要求相当严格。从工艺设计编写程序校验程序零件加工的每一步都不能忽视，其中程序校验更是重要的一环。在实际工作中，由于一个小数点或一个符号的差错而酿成重大机床事 故和质量事故的例子也屡见不鲜。 4）数控加工机床的合理应用 根据数控加工的特点，正确选择加工方法和加工对象，充分发挥数控机床加工的优点，取得良好的经济效益是我们在进行工艺设计中必须考虑的一个重要问题。数控加工工艺的应用有很大的灵活性，对同一个加工内容，可能有多种工艺方案，必须针对具体问题进行具体分析。一方面，选择加工方法和对象时要考虑到数控机床与系统的性能指标，能够实现加工且能保证加工精度、满足技术质量要求；另一方面，有时还要在基本不改变工件原有性能的前提下，对其形状、尺寸、结构等做一些必要的、适应数控机床 加工的修改。 一种零件的加工工艺过程并不是固定不变的，零件加工过程要满足零件图样的技术要求，同时又受到加工批量、设备条件、工艺水平等因素的制约。从生产水平发展和数控加工技术水平提高的角度上来看，数控加工工艺的设计工作也是在不断提高和改进。 1.4 数控技术发展趋势 中国机床工具工业协会数控系统分会有关专家认为，数控技术将出现如下发展趋势。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 7 1） 高精度、高速度 尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也不断变化。目前正在向着精度和速度的极限发展，其中进给速度 已到达每分钟几十米乃至数百米。 2） 智能化 智能化是为了提高生产的自动化程度。智能化不仅贯穿在生产加工的全过程（如智能编程、智能数据库、智能监控），还要贯穿在产品的售后服务和维修中。即不仅在控制机床加工时数控系统是智能的，就是在系统出了故障，诊断、维修也都是智能的，对操作维修人员的要求降至最低。 2） 软硬件的进一步开放 数控系统在出厂时并没有完全决定其使用场合和控制加工的对象，更没有决定要加工的工艺，而是由用户根据自己的需要对软件进行再开发，以满足用户的特殊需要。数控系统生产商不应制约用户的生产工艺和使用范 围。 4） PC NC 正在被更多的数控系统生产商采用。它不仅有开放的特点，而且结构简单、可靠性高。但是作为发展方向似乎并未被普遍认同，且将来向着超精密和超高速的极限发展对动态实时检测和动态实时误差补偿要求很高时，它未必就是发展方向。不过，目前作为一个发展分支还是一种趋势。 5） 网络化 便于远距离操作和监控，也便于远程诊断故障和进行调整，不仅利于数控系统生产厂对其产品的监控和维修，也适于大规模现代化生产的无人化车间，实行网络 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 8 管理，还适于在操作人员不宜到现场的环境（如对环境要求很高的超精密加工和对人体有害的环境 ）中工作 。 第二章 系统功能及总体结构 2.1 数控加工工艺与分析 零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人 力、物力等资源的浪费。全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。 在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅 要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度。 零件工艺性分析 也是数控规划的第一步，在此基础上 ， 方可确定零件数控加工所需 的 数控机床 、加工刀具 、 工艺装备 、切削用量 、 数控加工 工艺路线，从而获得最佳的加工工艺方案 ， 最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求。 (一 )零件图样上 尺寸数据的给出应符合编程方便的原则 1零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样就会给工序安排与数控加工带来许多 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 9 不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的分散标注法改为同一 基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。 2构成零件轮廓的几何元素的条件应充分 在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。如圆弧与直线，圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时，变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下 。 3、 管座零件的毛坯 管座零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件、铸件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大零 件，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。该管座斜长槽零件造型简单，可以先铸造出大体形状，在用铣床加工斜长槽。可省时、省力、节省时间、降低成本。 管座零件的材料 本工件材质为 HT200 1、灰铸铁的组织和性能特点 灰铸铁的组织有 3种： 铁素体灰铸铁、铁素体 +珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁。 灰铸铁的性能： 1）机械性能较差 :强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近。 2）其它性能 :耐磨性好、减震性好 、缺口敏 感性小、铸造性能和切削加工性能良好 。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 10 灰铸铁与碳钢机械性能的比较 性能指标 抗拉强度 b (N/mm2) 延伸率 (%) 冲击韧性 k(J/cm2) 硬度 (HBS) 铸造碳钢 400650 1025 2060 160230 灰铸铁 100350 00.5 05 148298 2、灰铸铁的牌号与用途 HT200 表示灰铸铁， b 200N/mm2（壁厚增加，强度降低） 牌号 基体组织 用途 HT100 铁素体 低负荷和不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。 HT150 铁素体 +珠光体 受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。 HT200 珠光体 受较大负荷的重要件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。 HT200 为珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，铸造性能较好，但脆性较大，需进行人工时效处理。大量用于不受冲击载荷的零部件，如承受压力的发动机缸体、缸盖、离合器壳及制动鼓等。也用于中等压力的油缸、泵体、阀体以及经表面淬火的零件 打开 。 3 、铸造工艺 铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。 铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分， 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 11 并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合 金。 金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。 不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。砂型铸造中用 来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。 造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车 间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热芯盒机等。 铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件 ，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。 因此本设计采用砂型铸造既经济又成型容易。 4、铸造后的加工 铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这 种工作的设备有抛丸机、浇口 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 12 冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时 ，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。 本设计铸造成型后要进行时效处理，以满足加工工艺要求。 (二 )零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点 应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的 准确性，应采用统一的基准定位。 零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，要设置工艺孔作为定位基准孔 (如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔 )。若无法制出工艺孔时，最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。 此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。 2.2 加工方法的选择与加工方案的确定 (一 )加工方法的选择 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同 一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，实际情况。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。 因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 13 (二 )加工方案确定的原则 管座 零件上 的槽是 比较 精密 的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。 确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。 2.3 工序与工步的划 分 (一 ) 工序的划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。一般工序划分有以下几种方式： （二 )工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心 为例来说明工步划分的原则： 1)管座零件 同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。 2)按刀具划分工步。 机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 14 总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。 2.4 零件的安装与夹具的选择 (一 )定位安装的基本原则 ： 在确定装夹方案时，只需根据以选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。 夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞 开。要求夹持工件后夹具等一些组件等不能与刀具运动轨迹发生干涉。 必须保证最小的夹紧变形。工件在加工时，切削力大，需要的夹紧力也大，但又不能把工件夹压变形。因此，必须慎重选择夹具的支撑点、定位点和夹紧点。如果采用相应措施仍不能控制零件变形，只能将粗、精加工分开，或者粗、精加工采用不同的夹紧力 装卸方便，辅助时间尽量短。由于加工中心加工效率高，装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大，所以要求配套夹具在使用中也要装卸快且方便。 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。 1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。 2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3)避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 (二 )选择夹具的基本原则 ： 夹具结构应力求简单。由于零件在加工中心上，加工大都采用工序集中的原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，夹具的标准化、通用化和 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 15 自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响。因此，对批量小的零件应优先选用组合夹具。对形状简单的单件小批量生产的零件，可选用通用夹具，如三爪卡盘、台钳。只 有对批量较大，且周期性投产，加工精度要求较高的关键工序才设计专用夹具，以保证加工精度和提高装夹效率。 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下四点： 1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。 2)在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。 4)夹具上各零部件应不妨碍机 床对零件各表面的加工，即夹具要开敞其定位、夹紧机 构 元件不能影响加工中的走刀 (如产生碰撞等 )。 根据管座斜长槽的三维立体图可以看出，该零件结构简单，形状规则，所以应以低面为加工基面，放在工作台上，压紧，防止铣削时因松动引起震动，影响尺寸精度。 2.5 刀具的选择与切削用量的确定 (一 )刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 16 与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时 ，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。 (二 )切削用量的确定 削用 切 量包括主轴转速 (切削速度 )、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择 切削用量三要素： 1、 主轴转速 n 由切削速度 Vc 和切削直径 Dc 决定， n=切削速度 Vc 由刀具和工件材料决定， Dc为刀具直径； 2、 切削速度 Vc m/min， Vc=提 高 Vc值也是提高生产率的一个有效措施，但 Vc与刀具耐用度的关系比较密切，随着 Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故 Vc的选择主要取决于刀具耐用度； 3、 进给量 Vf 是指机床工作台的进给速度，根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择，加大 Vf 也可以提高生产效率，但是刀具的耐用度会降低，加工表面粗糙度要求低时， Vf可选择得大一些。当加工精度表面粗糙度要高时，进给量数值应选小一些，一般在 20mm/min范围内选取。在数控编程 中， 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 17 还应考虑在不同情况下选择不同的进给速度。如在初始切削进刀时，特别是 Z 轴下刀时 ，因为进行端铣，受力较大，同时考虑安全问题，所以应以相对较慢的速度进给。另外在 Z 轴方向的进给是由高往低走时，产生端切削，可以设置不同的速度进给。在切削过程中，有时平面侧向进刀，可能产生全刀刃切削，即刀具的周边部要切削，切削条件相对较恶劣，可以设置较低的进给速度。 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，一般在 100 200mm/min范围内选取； 在切断，加工深孔或用高速钢刀具加工时，应选择较低的进给速度，一般在20 50mm/min 范围内选取； 当加工精度、表面粗糙度要求高时 ，进给速度应选小一些，一般在 2050mm/min范围内选取； 刀具空行程时，特别是选距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。 不同的切削用量，并应编入程序单内。 合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。 2.6 对刀点与换刀点的确定 在编程时，应正确地选择 “对刀点 ”和 “换刀点 ”的位置。 “对刀点 ”就是在数控机床上加 工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为 “程序起点 ”或 “起刀点 ”。 对刀点的选择原则是： 1.便于用数字处理和简化程序编制； 2.在机床上找正容易，加工中便于检查； 3.引起的加工误差小。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 18 对刀点可选在工件上，也可选在工件外面 (如选在夹具上或机床上 )但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。 为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使 “刀位点 ”与 “对刀点 ”重合。工厂常用的找正方法是将千 分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使 “刀位点 ”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓 “刀位点 ”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。 零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值；为对刀点在机床坐标系中的坐标值为 (X0， Y0)。当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是 X2、 Y2；当按增量值编程时，对刀点 与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是 X2、 Y2，不重合时，则为 (X1 十 X2)、 Y1+ Y2)。 对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值 (X0， Y0)来校核。 所谓 “机床原点 ”是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。 加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓 “换刀点 ”是佰刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点 (如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的 )，也可以是任意的一点 (如车床 )。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及 其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 19 2.7 加工路线的确定 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： 1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。 2)使数值计算简单，以减少编程工作量。 3)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。 度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。 铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表面 质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 20 2.8 复杂零件 的加工 1）零件图工艺分析 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 21 该零件加工表面有圆柱面、圆锥面、斜槽等组成 除 8个斜长槽及 8XR12、 5外，其余加工已完成，只加工 8个斜长槽及 8XR12、 5窝。 槽精 度要求较高；大部分的表面粗糙度为 Ra=6.3mm，零件材料为铸铁 HT200，切削性能好，调质处理。 1）选择毛坯已经铸造出具体形状的 零件，只用加工出 槽 2）划分工序 用一台数控铣床完成粗、精加工只需一道工序。 3) 确定加工顺序 加工顺序为先粗车后精车，留 0.25mm 的余量；工步顺序按照 环形的原则进行。 4）确定进给路线 铣削加工中的进给路线包括平面铣削加工分 内轨迹的加工进给和深度进给。在两轴联动或两轴以上联动的数控铣床上进行加工，对于内轨迹的加工进给，如果零件的轨迹是外轮廓曲线，则从零件外轮廓的切线方 向切入；如果零件的轨迹是内轮廓曲线，则以过度圆弧切入零件内轮廓轨迹曲线；对于零件加工深度进给用两种方法：一种方法是在 XZ（或 YZ）平面内来回往复铣削逐渐进给到要求的深度位置，另一种方法是先加工一工艺孔，然后从工艺孔的上方进给到要求的深度位置。数控两次切削进行加工 管座斜长槽的加工可直接从上表面进行加工，槽是一个直径为 25 圆心在 240 上的半圆型 5）零件装夹与夹具选择 根据管座的三维立体图可以看出，该零件除八个斜长槽外，其余的加工已完成，所以应以底面为加工基面 ，平放在工作台上，压紧，防止切削时因松动引起震动影响尺寸精度。 6）选择刀具 刀具的选择是数控铣削加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床加工效率而且直接影响零件的加工质量。在编程时选择刀具通常考虑机床的加工能力，工序内容，被加工零件的材料等因素。数控加工刀具的材料要求采用新型优质刀具材料，一般原则先尽可能选择硬质合金，精密加工时还可选择性能更好的、更耐磨的陶瓷 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 22 立方氮化硼和金刚石刀具并优选刀具参数属一般材料。 粗车选用 25 的硬质合金球形铣刀，副偏角不能太小，以防止与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验 。 2.9 实体造型 及程序 （ 1）管座斜长槽的加工轨迹路线 （ 2）加工参数表 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 23 1)区域曲面加工参数表 2)切削用量 参数表 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 24 3)进退刀方式 参数表 4)铣刀参数表 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 25 (3)程序 % (001.cut,2007.5.12,21:23:19.625) N10G90G54G00Z200.000 N12S1000M03 N14X-7.393Y-189.571Z200.000 N16Z100.000 N18G01Z109.070F100 N20X-7.383Y-120.208Z195.483F200 N22Y-120.013Z195.711 N24Y-119.701Z195.938 N26X-7.310Y-119.174Z195.728 N28X-7.247Y-118.720Z195.746 N30X-7.184Y-118.326Z195.896 N32X-7.082Y-118.003Z195.855 N34X-6.830Y-117.207Z196.072 N36X-6.559Y-116.702Z196.087 N38X-6.132Y-115.903Z196.328 N40X-5.794Y-115.491Z196.357 N42X-5.215Y-114.785Z196.550 N44X-4.747Y-114.401Z196.573 N46X-4.097Y-113.868Z196.717 N48X-3.435Y-113.514Z196.730 N50X-2.822Y-113.186Z196.832 N52X-2.015Y-112.942Z196.829 N54X-1.439Y-112.767Z196.899 N56X0.000Y-112.625Z196.918 N58X1.439Y-112.767Z196.900 N60X2.053Y-112.953Z196.828 N62X2.822Y-113.186Z196.833 N64X3.484Y-113.540Z196.727 N66X4.097Y-113.868Z196.717 N68X4.747Y-114.401Z196.572 N70X5.215Y-114.785Z196.550 N72X6.132Y-115.903Z196.328 N74X6.601Y-116.780Z196.072 N76X6.936Y-117.544Z195.937 N78X7.025Y-117.822Z195.868 N80X7.135Y-118.169Z195.863 N82X7.214Y-118.4