工艺夹具毕业设计90武汉职业技术学院铝合金仪表上盖与底座零件的数控加工工艺设计

1 武汉职业技术学院 机电工程学院 设计论文 课题名称： 铝合金仪表上盖与底座零件的数控加工 工 艺设计 及切削条件的探索 底座设计与加工 专 业： 数控技术与应用 班 级： 02302 班 设 计 者： 张 海 波 合 作 者： 设计时间： 2004 年 12 月 18 日 指导教师： 詹华西 王军 2004 年 12月 18 日 2 目 录 1. 设计任务书 1 2. 产品图及 设计任务分析 2 2.1产品图 2.2 设计任务分析 3. 仪表底座零件 3D 模型的构 建 3.1 3D 模型 构建的思路 3.2 3D 模型构建的过程 3.3 底座的 3D 模型图 4. 仪表底座 零件 的刀路设计 4.1 底座 的 加工 工艺分析 4.2 底座 的刀路设计 4.3 底座的数控 加工工艺卡片 5. 底座 零件加工的 NC程序 （部分） 6. 毕业设计小结 3 1 设计任务书 设 计 任 务 书 专业： 班级： 学号： 姓名： . 一、设计题目： 铝合金仪表上盖与底座零件的数控加工工艺及切削条件的探索 二、主要内容： 1、 编制生产类型为小批生产的铝合金仪表上盖与底座零件的数控加工工艺。 （ 1） 熟悉零件图纸，分析其加工工艺性。 （ 2） 拟定合理的加工工艺，分析其装夹定位要求。 （ 3） 选择各工序所用的设备、刀具、量具以及有关辅助工具。 （ 4） 编制数控加工工艺文件（加工工艺卡和刀具配置卡、检验卡）。 2、 利用自动编程软件编制铝合金仪表上盖与底座零件的数控加工程序。 （ 1） 绘制其 CAD 图形，构建 3D 模型。 （ 2） 正确选择加工方式进行刀路设计，合 理的选用加工工艺参数。 （ 3） 利用仿真软件验证刀路，对不合理的刀路进行改进。 3、 试切削加工铝合金仪表上盖与底座零件，对切削参数进行调试探索。 （ 1） 利用自动编程软件生成 NC 加工程序，在加工中心上进行试切削加工。 （ 2） 改变切削条件，观察加工状况，探索合理高效的加工参数，修改刀路方式以优化加工。 4、撰写毕业设计论文。 三 、考核及评分标准 ： 1、 工艺设计占 20 2、 刀路设计占 25 3、 试切削加工占 15 4、 设计论文占 20% 5、 答辩占 15 6、 其他占 5 四 、设计时间和学分： 6 周、 6 学分。 指导教师： 教研室主任： . 年 月 日 4 2 产品图及设计任务分析 2 1 产品图 1:1未标注公差的尺寸，均按GB/T1804-m级公差签名日期数量更改单号批准标准化更改标记设计工艺审核镀涂比例标记第张等级共张重量幅面A2描图制图媒体编号 底图总号签名日期格式(1)旧底图总号12.52:1接电池接电台图 1 底座 产品图 5 2.2 设计任务分析 如图所示该产品为某种仪表零件，其形状像一个盒子 ，它由上盖和底座两部分组合而成。现需要加工的 是该仪表的上盖、底座的正面和反面，一共分为四大加工步骤。本次 设计的任务就是绘制其零件的 CAD图形，构建 3D 模型图，然后正确的设计出加工工艺的刀艺路径，并予以实作加工。 3.仪表底座零件 3D模型的构建 3.1 构建 3D模型的思路 利用现有的资源，把从已经绘制好的仪表的 CAD 零件图形调到MasterCam 中来，所选择的 底座 CAD 零件图形必须能够最好的反映该零件图形（底座）的形状，本次 设计底座是该三视图中的主视图。然后利用 MasterCam 软件对选择好的视图进行 3D模型的构建。 其具体的方法是在 MasterCam中调出主要视图，在主功能菜单中选用实体挤出串连（串连的图素必须是一个封闭的线框）执行（产生主体、切割主体）。比喻，我们在调用主视图后，所得到的图形只是一个平面，通过上述的 步骤加工后就可以得到一个三维实体框架图形，我们的目的是得到一个 3D 的实体模型图，因此，我们还需要对此框架图进行进一步的加工与修改。在加工的过程中所涉及到加工的内容的知识面非常广，有平面、曲面、孔（不规则的圆孔）、槽等。所以，在对某些部位加工的时候还必然要用到实体里拉伸、举伸、倒圆角、打断等命令，以及转换中的平移、镜像、单体偏置等等众多相关的指令和命令。万变不离其宗，总的来说，我们所要得到的 3D 实体模型图（底座）都是在 CAD制图基础上的演变：选用主要视图，运用 MasterCam软件的功能指令、命令来绘制和创建 底座的 3D实体模型图。 3.2 构建 底座 3D模型的 过程 1）先绘制一矩形外框，挤出拉伸为实体 ，如图 2 所示。 6 2）绘制内腔轮廓，再挤出切割已有实体，如图 3 所示。 3） 在各小凸台的顶面高度层上绘制封闭轮廓的凸台截面形状，然后选取这些轮廓，挤出凸缘，按最大拉伸高度进行设定，同时选择修整到指定的平面（内腔的下底面）。如图 4 所示。 4） 在底腔低 0.5mm处绘制槽形，再挤出切割得到浅槽，如图 5 所示。 5）在不同高度层面上绘制蜂鸣器槽的两个整圆，向上挤出拉 伸 切割实体，如图 6 所示。 图 2 图 3 7 图 4 图 5 图 6 8 6）绘制内腔两大凸台的底部、顶部的两个整圆形状，然后 分别 采用举升构建实体的方法，得到如图 7 所示的实体形状。 7）在两大凸台顶面处绘制孔形轮廓，用挤出切割的方法切割已有实体。 8）在顶面高度层上绘制密封沟槽的轮廓形状，向下挤出得到沟槽。 3.3 底座的 3D 模型图 图 7 图 8 9 4.仪表底座的刀路设计 4.1 底座 的 加工 工艺分析 该底座零件只需要进行正、反面的加工即可。 由于腔体壁厚较小，如果先进行正面加工，那么在加工反面时装夹变形较大，加工尺寸精度无法控制。因此，应先进行反面形 状的加工，再翻过来进行正面加工。为保证尺寸精度，要求加工对刀时使用同一定位基准。 另外，正、反面各有两处锥形曲面，需要进行 3D刀路定义。 也可以采用 2D 挖槽或外形带锥度的铣削。 4.2 底座的刀路设计 1） .底座反面 加工 底座反面的刀路设计如下： （ 1） 用直径 1.5的中心钻点孔 ， F=150mm/min， S=1800r/min。 （ 2）用 7.8 的钻头 为底座反面的圆台孔作 引孔 。 F=150mm/min，S=2800r/min。 采用深孔啄钻方式。 （ 3）用 5 的平刀加工 底座反面的圆台孔。 利用引孔作下刀位。 环状等距式挖槽方式， F=300mm/min， S=3000r/min。每层切深 2mm。 （ 4）再用 5 的平刀加工轮廓四周的螺钉座槽形。 采用开放式轮廓挖槽的方法， F=300mm/min， S=3000r/min。分层切削，每层切深 2mm，最后深度轮廓精修。 （ 5） 分别用 8mm的平刀铣削底面铭牌槽和圆台的扩孔槽，一把刀具做粗切，留少量余量，再用一把刀具做精修。 F=800mm/min，S=2500r/min。 （ 6）用 1mm 的平刀对所有需要清角的地方进行残料加工。 10 F=200mm/min， S=5000r/min。 （ 7）最后用 6R3的球刀对圆台曲面进行等高切削加工。 2） .底座正面 加工 底座正面发刀路设计步骤内容如下： .用直径 17 的 钻头钻削出底座正面的中心位置孔 ；然后用直径16的平刀，采用平行环切的切削方式进行挖槽 粗 加工； F=2000mm/min，S=2500r/min，每层切深 1mm。 （ 2） 接着用直径 8 的合金平刀进行第二次挖槽 精 加工，在保证加工质量的前提下，刀具的吃刀深度符合零件所需的尺寸要求，并在此基础上进行精修加工。 F=1500mm/min， S=2500r/min。 由于内腔内有高低不等的小凸台，在进行挖槽刀路定义时，要将这些凸台作为岛屿进行避开，我们在绘制这些凸台轮廓时就将它们绘制在相应的高度层上，刀路定义时用使用岛屿深度挖槽的方法。 精修时由于槽内大部分余料已经被挖去，因此精修时不需要再在 Z向分层。考虑到刀具从 16 到 8，变化较大，可先进行残料加工后再精修 ，或在 XY 方向作分次切削。 （ 3） 曲面加工。采用等 高 外形铣削的方式加工两个凸起的圆台，所选用的刀具为 5 的合金球刀，以主轴为 2000r/min 转速作圆台轮廓的曲面加工，圆台顶部距离底座的底部的总 高度是 7mm；然后，用直径 4的平刀从圆台的顶部下刀，打通孔，得到外大圆台的顶部与内小圆台的顶部的高度尺寸为 2.5 mm。 （ 4） 槽底的加工。选用直径 5 的平刀进行槽底两个部位（带岛屿的浅槽和一个圆阶梯槽）的铣削。 （ 5） 点孔。用直径 1.5 的中心钻头在底座正面的相应的位置打点孔，备以后加工螺纹作孔的基准定位。 11 密封沟 槽加工。用直径为 1 的合金平刀，以主轴 4000r/min 的速度加工底座正面的 密封沟 槽， 分层切削，每层切 深度大约 0.1mm。 加工工艺分析： 1.分析其装 夹定位。 加工铝合金仪表上盖和底座，首先要优化选择加工上盖（底座）正面或反面，因为这样有利于避免由于在加工实体工件时所产生的切削力、切削热量使工件产生变形，从而影响了该工件的实际 加工质量要求，同时也牵涉到后面 的走刀 的内容 。 本次毕业设计的加工该仪表的加工顺序为： 上盖正面检验上盖反面（完成）检验 底座反面检验底座正面（完成）检验 2.合理的选择加工工艺路线。 对于该铝合金仪表来讲，它在不同的平面内有不同的加工的内容。 例如，本次加工的内容有：孔、槽 平面、 曲面、圆柱等等。 因此，在还未进行刀路路径定义之前要熟悉和读懂零件的三视图，分析各个加工内容所要用到的加工方式 。一般而言，在满足零件尺寸和零件质量的前提下，应从简单的着手，由简单到复杂，确立较为理想的加工工艺路线的方案。 3.合理的设置和选择刀具参数。 在实际的加工中，应多方面的考虑加工中的刀具参数。包括刀具的型号、进给量、切削速度、定义主轴转速、退刀速度、切削余量 、精加工量、精加工次数以及切削的方式等等。只有这样做我们才能够保证加工出来后零件的质量在要求误差的范围之内。 4 3 底座零件的数控加工工艺 卡片 （正、反面加工） 12 产品代号 数控加工工艺卡片 零（部）件代号 零（部）件名称 工序名称 工序号 铝合金底座 底座反面加工 1 材料名称 材料牌号 铝合金 LY12 机床名称 机床型号 加工中心 XH713A 夹具名称 夹具编号 钳台 备注 工步 工作内容 刀具 量具 主轴转速 N （ r/min） 切削深度 进给速度 F （ mm/min） 自检频次 1 点中心、钻孔 1.5 中心钻、 7.8 钻头 0200 游标卡尺 1800 -12 150 全检 2 挖圆台槽、外框槽 5 平刀 3000 -18 300 3 槽形粗切 8平刀 2500 -10 800 4 槽形精修 8 平刀 2500 -10 800 5 曲面等高精加工 6 球刀 2000 -8 800 6 残料清角补加工 1平 刀 5000 -8 200 图表 1 13 产品代号 数控加工工艺卡片 零（部）件代号 零（部）件名称 工序名称 工序号 铝合金底座 底座正面加工 2 材料名称 材料牌号 铝合金 LY12 机床名称 机床型号 加工中心 XH713A 夹具名称 夹具编号 钳台 备注 工步 工作内容 刀具 量具 主轴转速 N （ r/min） 切削深度 进给速度 F （ mm/min） 自检频次 1 钻孔 17 钻头 0200 游标卡尺 1800 150 全检 2 挖槽 粗切 （岛屿深度挖槽） 16平刀 3000 0 300 3 槽形 精修 8平刀 2500 -28 800 4 岛台外 形精修 8 平刀 2500 -24 800 5 曲面等高精加工 6 球刀 2000 -25 800 6 密封沟槽加工 1平 刀 5000 -1.4 200 图表 2 14 5.底座零件加工的 NC程序（部分） 底座反面加工的加工程序如下： T0T0M6 G91G28Z0 G28X0Y0 G0G17G40G49G80G90 ( 5. CENTER DRILL TOOL - 7 DIA. OFF. - 7 LEN. - 7 DIA. - 1.5) T7T0M6 G0G90G54X-50.Y44.615S3000M3 点中心程序 G43H7Z20.M8 G98G81Z-1.5R3.F150. Y-67.385 X50. Y44.615 X34.Y14.Z-2.5 X-21.Y72.5 G80 M5 G91G28Z0.M9 G28X0.Y0. M01 (TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 7.8) T1T0M6 G0G90G54X-21.Y72.5S1800M3 钻引孔程序 G43H1Z20.M8 G98G81Z-10.R3.F150. X34.Y14. G80 M5 G91G28Z0.M9 G28X0.Y0. M01 ( 1. FLAT ENDMILL TOOL - 2 DIA. OFF. - 2 LEN. - 2 DIA. - 5.) T2T0M6 G0G90G54X-21.Y72.5S3500M3 挖槽程序 G43H2Z20.M8 Z3. G1Z-2.F400. X-20.587F300. X-20.481Y72.617 X-20.344Y72.811 15 X-20.148Y73.167 X-19.836Y73.925 G2Y71.075R1.84 G1X-22.164 G2Y73.925R1.84 G1X-19.836 Z3.F10000. G0Z20. X-21.Y72.5 Z3. G1Z-4.F400. X-20.587F300. X-20.481Y72.617 X-20.344Y72.811 X-20.148Y73.167 X-19.836Y73.925 G2Y71.075R1.84 G1X-22.164 G2Y73.925R1.84 G1X-19.836 Z3.F10000. G0Z20. X-21.Y72.5 Z3. G1Z-6.F400. X-20.587F300. X-20.481Y72.617 X-20.344Y72.811 X-20.148Y73.167 X-19.836Y73.925 G2Y71.075R1.84 G1X-22.164 G2Y73.925R1.84 G1X-19.836 Z3.F10000. G0Z20. X-21.Y72.5 Z3. G1Z-8.F400. X-20.587F300. X-20.481Y72.617 16 X-20.344Y72.811 X-20.148Y73.167 X-19.836Y73.925 G2Y71.075R1.84 G1X-22.164 G2Y73.925R1.84 G1X-19.836 Z3.F10000. G0Z20. X34.Y14. Z3. G1Z-2.F400. X34.249Y13.977F300. X34.173Y13.96 X34.249Y13.977 X34.212Y14.194 X34.Y14.5 Y17.29 G2Y10.71R3.29 X31.21Y12.256R3.29 G1Y15.744 G2X34.Y17.29R3.29 G1Z3.F10000. G0Z20. Y14. Z3. G1Z-4.F400. X34.249Y13.977F300. X34.173Y13.96 X34.249Y13.977 X34.212Y14.194 X34.Y14.5 Y17.29 G2Y10.71R3.29 X31.21Y12.256R3.29 G1Y15.744 G2X34.Y17.29R3.29 G1Z3.F10000. G0Z20. Y14. Z3. 17 G1Z-6.F400. X34.249Y13.977F300. X34.173Y13.96 X34.249Y13.977 X34.212Y14.194 X34.Y14.5 Y17.29 G2Y10.71R3.29 X31.21Y12.256R3.29 G1Y15.744 G2X34.Y17.29R3.29 G1Z3.F10000. G0Z20. Y14. Z3. G1Z-8.F400. X34.249Y13.977F300. X34.173Y13.96 X34.249Y13.977 X34.212Y14.194 X34.Y14.5 Y17.29 G2Y10.71R3.29 X31.21Y12.256R3.29 G1Y15.744 G2X34.Y17.29R3.29 G1Z3.F10000. Z3.F10000. 。 。 G0Z20. X16.9 Z3. G1Z-18.F500. Y89.5F300. G3X17.1R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. 18 X-17.1 Z3. G1Z-2.95F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. X-17.1 Z3. G1Z-5.9F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. X-17.1 Z3. G1Z-8.85F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. X-17.1 Z3. G1Z-11.8F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. X-17.1 Z3. G1Z-14.75F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. X-17.1 19 Z3. G1Z-17.7F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. X-17.1 Z3. G1Z-18.F500. Y89.5F300. G3X-16.9R.1 G1Y96.385 Z3.F10000. G0Z20. M5 G91G28Z0.M9 G28X0.Y0. M30 % 20 6 设计小结 编制铝合金仪表底座的数控加工工艺，首先要熟悉零件图纸，运用 MasterCAM 软件初步 绘制底座的 3D模型图，分析其加工工