圆盘类零件的机械加工工艺分析和mastercam软件的运用说明书

设计题目 圆盘类零件的机设计题目 圆盘类零件的机 械加工工艺分析及数控加工械加工工艺分析及数控加工 程序编程说明书程序编程说明书 2012 年年 6 月月 16 日日 目录目录 一零件的工艺分析 1 1 1 零件的作用 2 1 2 零件图分析 3 1 3 零件的材料分析 4 二 定位基准的选择 5 2 1 车床加工基准 与定位 6 2 2 钻床加工基准 7 2 3 加工中心的基准与定位 8 2 4 夹紧方案 9 三 加工工艺路线的拟定 10 3 1 制定零件机械加工工艺路线 12 3 2 制定加工路线 13 3 3 加工阶段的划分 14 3 4 以下是对该零件的简要部位进行加工阶段的划分 15 3 5 加工顺序的安排 16 3 6 零件加工的过程 17 3 7 工序的安排 18 四 设备及工艺装备的选择 19 4 1 机床的选用 20 4 2 工艺装备的选择 21 五 加工余量和加工尺寸的确定 5 1 切削用量的确定 六普通车床加工工序卡片 七机械加工工艺卡 八绘制数控加工程序 8 1 Mastercam 介绍 8 2 绘制加工模型 8 3 设定走刀路线 8 4 设定加工参数 九 程序模拟仿真加工 十 专周设计设计总结 设计目的设计目的 1 能熟练运用专业课中学到的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识 正确解决一个零件在数控机床上加工的定位 夹紧 工艺路线的安排工艺装备 配置 保证零件的加工质量 2 通过课程设计全面掌握 数控技术 的课程内容 主要掌握 数控加工工艺与装配 数控编程 以及制图软件的应用 并在数控机床操作和使用中 有更深刻具体的认识 3 要求运用课程中所学的数控加工程序编制的理论和方法 对较为复杂的零件进行数控加工的工艺过程设计 使用 mastercam 软件绘图 加工 生成刀 路 最后导出程序 然后使用仿真系统加工 一零件的工艺分析一零件的工艺分析 1 1 零件的作用零件的作用 主要起连接 其直径为 85 公差等级为 9 的圆与一种轴配合属于过盈 是过盈配合的配合表面 直径为 95 公差等级为 7 的圆也与另一工件产生配合来连接 在一起 并用 M4 的螺纹孔固定在一起使其在工作时不产生脱落 直径为 195 公差等级为 9 的圆也与其他的工件产生配合 并用直径为 12 偏差等级为 7 的孔来 进行配合使其工件工作时不发生相对转动 1 2 零件图分析零件图分析 1 从零件的尺寸及轮廓来看 轴向尺寸 L 远小于径向尺寸 D 且最大外圆直径比最小内孔直径大得多 属于盘套类零件 主要轮廓由孔 圆弧曲面 凸台 外 圆面等组成 2 绝大部分尺寸公差为中等等级 10 个 16 及 12 孔的孔尺寸精度为 7 级 2 个 M4 螺纹孔尺寸精度较高为 6 级 表面粗糙度值最高为 3 2 属于中等精度 加工 3 工件周边 R53 的圆弧分布有较高的角度公差要求 外延为 300 的圆盘面厚度较薄仅为 6 5mm 圆盘上 U 型凸台结构壁厚也较薄 加工时需特别注意 4 85 孔的轴线与 95 圆柱凸台端面有 0 04mm 的垂直度要求 95 外圆面的轴线与 85 孔轴线有 0 08mm 的同轴度要求 195 外圆面与 85 孔轴 线有 0 11mm 的同轴度要求 1 3 零件的材料分析零件的材料分析 44 查资料得 零件的材料为优质碳素结构钢 这类钢因有害杂质较少 其强度 塑性 韧性均比碳素结构 钢好 主要用于制造较重要的机械零件 其牌号是以钢中平均碳质量分数的万倍来表示的 该材料的牌号为 的具有较高的强度 加工性良好 冷变形时塑 性中等 焊接性差 焊接前须预热 焊接后应热处理 多在正火和调质状态下使用 用于制造轴 曲柄 活塞杆等 为 的具有强度较高 塑性和韧性尚好 用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件 以及对心部强度要求不高的表面淬火零件 如曲轴 传动轴 齿轮 蜗杆 键 销等 水 淬时有形成裂纹的倾向 形状复杂的零件应在热水或油中淬火 两种材料都要求加工的时候调质处理 所以我们的这个零件也要求了调质处理 二定位基准的选择二定位基准的选择 2 1 车床加工基准车床加工基准 与定位与定位 在普通机床上的定位 以直径 95 的圆柱的端面为定位基准 加工直径 85 的孔 以直径 85 的孔为定位基准加工直径 95 的外圆柱面和直径 195 的外圆柱面 加工直径 195 的那面的部位在普通机床上进行加工 以外轮廓定位 三爪卡盘夹紧 2 2 钻床加工基准钻床加工基准 在钻床加工的孔有尺寸精度 采用三爪卡盘来定位夹紧 2 3 加工中心的基准与定位加工中心的基准与定位 加工中心加工时 利用加工出的盲孔底端的一个平面作为一个定位面 限制三个自由度 已经加工好的中心圆和一个小圆共同限制三个自由度 这样的 定位属于完全定位 其中中心圆的定位元件是短圆柱销 小圆的定位元件是削边销 夹紧时采用开口垫圈和螺母 方便装夹 拆卸 夹紧时垫圈 螺母刚好 压在工件上表面的一个小凸台上 这两个定位元件设计为两个轴 轴上最大的圆用于轴在夹具体上的定位 轴一上相应的凸圆都相应地在夹具体和工件上起着定位作用 为减少生产时间 应 更多地考虑使用标准件 标准件最大的开口垫圈是 M36 的 所以轴上两头的螺纹为 M36 轴一与夹具体的夹紧采用标准件平垫圈和相应的螺母 轴二与夹具体的 连接情况与轴一类似 安装轴二时 应注意削边销的位置 避免出现过定位 另外为了让轴更好地装入夹具体 同时也方便工件在轴上的装夹 所以在每个接 触的地方都加工有退刀槽 加工中心的夹具定位元件与夹具体连接时其配合关系是过渡配合 与工件的配合关系是间隙配合 方便拆卸 2 4 夹紧方案夹紧方案 由压板 开口垫圈和压紧螺母拧紧 夹具设计简单 安装可靠 且便于操作 开口垫片的设计取夹方便 可提高工作效率 三加工工艺路线的拟定三加工工艺路线的拟定 3 1 制定零件机械加工工艺路线制定零件机械加工工艺路线 表面的加工方法 根据零件的技术要求确定分为锻造外形 锻压是对坯料施加外力 使其产生塑性变形 改变尺寸 形状及改善性能 用以制造机械零件 或毛坯的成形加工方法 它是锻造和冲压的总称 锻压不仅是零件成形的一种加工方法 还是一种改善材料组织性能的一种加工方法 与铸造比较 具有强度 高 晶粒细 冲击韧性好等优点 与由棒料直接切削加工相比 可节约金属 降低成本 如采用扎制 挤压和冲压等加工方法 还可提高生存率 因此在机械 制造叶业中 许多重要零件 如轴类 齿轮 连杆 切削刀具等 都是采用锻造的方法成形的 所以此次的零件毛坯也用锻压 该零件的圆比较多比较适应 于车削加工并且若不先加工孔 铣削是就没有定位基准 就不好进行铣削加工 并且车床加工所花费的成本是比较低的 对加工的刀具损伤比较小 所以我们 用车床来车削外圆和镗内孔 零件的外形轮廓比较复杂 并且其凹槽有比较多 可以用铣床来铣 但是有要钻孔需要换刀所以我们采用加工中心来铣削轮廓 根据表面粗糙度要求车削分为粗加工和半精加工 铣削也可分为粗加工和精加工 3 2 制定加工路线制定加工路线 零件的机械加工的工艺路线是指零件生产过程中 由毛坯到成品所经过的工序先后顺序 在拟定工艺路线时 除了首先考虑定位基准的选择外 还应当考虑各表面加工方法的选择 工序集中与分散的程度 加工阶段的划分和工序先后顺序的安 排等问题 直径为 85mm 的内孔 由表面粗糙度知道其工艺路线粗镗 精镗 直径为 95mm 的外圆和端面 由表面粗糙度得知其工艺路线粗车 精车 直径为 195mm 的外圆和端面 由表面粗糙度得知其工艺路线粗车 精车 3 3 加工阶段的划分加工阶段的划分 粗加工阶段 主要任务是切除各表面上的大部分余量 使毛坯的形状和尺寸上接近零件的成品 因此关键问题是提高生产率 半精加工阶段 完成次要表面的加工 并为主要表面的精加工做准备 精加工阶段 保证各主要表面达到图样的要求 其主要问题是如何保证加工质量 3 4 以下是对该零件的简要部位进行加工阶段的划分 以下是对该零件的简要部位进行加工阶段的划分 零件中直径 85mm 的内孔 其表面有粗糙度为 3 2 的要求 将其加工阶段划分为粗镗和半精镗 直径 95mm 的外圆柱面 其表面有粗糙度 3 2 的要求 将其加工阶段划分为粗车和半精车 其他平面和圆柱面 其中表面粗糙度为 3 2 的加工阶段分为粗铣和精铣 表面粗糙度为 12 5 的表面的加工直接粗铣 3 5 加工顺序的安排加工顺序的安排 a 先粗后精的原则 先安排粗加工 中间安排半精加工 最后安排精加工 b 先主后次的原则 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工 后安排如键槽 紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工 由于次要表面加工工作余量小 又常 与主要表面有位置精度要求 所以一般放在主要表面的半精加工之后 精加工之前进行进行 C 先面后孔的原则 对于箱体 支架 连杆 底座等零件 先加工用作定位的平面和孔的端面 然后再加工孔 这样可使工件定位夹紧可靠 利于保证孔与平面的位置精度 减小刀具的磨损 同时也给孔加工带来方便 d 基面先行的原则 用作精基准的表面 要首先加工出来 所以第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工 然后再以精基面定位加工其他表面 3 6 零件加工的过程零件加工的过程 零件先在普通机床上加工基面 B 12H7 孔和 85 孔 然后在数控机床上加工轮廓 台阶面和孔 加工轮廓 台阶面和孔的走刀路线 走刀路线包括平面 内进给走刀和深度进给走刀两部分的路线 平面内的进给走刀 对外轮廓是从切线方向切入 对内轮廓是从过渡圆弧切入 在数控铣床上加工时 首先要选定进刀点 由于该零件的毛坯是一个圆盘型的铸件 所以进刀点可以选在毛坯的切线上 刀具根据工件轮廓来回铣削 分 层铣削逐渐加深到铣削深度 当刀具达到切削深度的时候 刀具就在 XY 平面内运动 铣削零件的轮廓 分层铣削到指定深度 留取 0 5mm 的的加工余量 在 精加工的时候铣削掉 在保证加工平面表面粗糙度要求的同时 还要考虑保证轮廓表面有较高的表面质量 采用顺铣的铣削方式 即从进刀点开始 对外轮廓按顺时针方向铣削 对内轮廓按逆时针方向铣削 对孔进行加工的时候 应注意先钻中心孔 方便定位 再进行钻孔 钻孔完毕后 取下零件 进行调质处理 要求 HRC22 28 热处理完成后 重新装夹 工件准备件准备进行精加工 精加工和粗加工不同的地方在于刀具半径 进给速度 背吃刀量和进给量的不同 精加工只进行一次切削 切削量就是粗加工剩 余的加工余量 3 7 工序的安排工序的安排 由于零件的生产纲领是中 小批生产所以采用工序集中来加工 工序集中可以采用高效的机床和工艺装备 生产效率高 减少设备数量以及操作工人人数和 占地面积 节省人力 物力 减少安装次数 利于保证表面间的位置精度 结合以上原因工序集中是最好的选择 四四 设备及工艺装备的选择设备及工艺装备的选择 4 1 机床的选用机床的选用 确定了工序集中或工序分数的原则后 基本上也就确定了设备的类型 采用工序集中 就应该选用高效自动加工设备 并且机床的精度要与工件的精度相 适应 应该机床的精度要高于工件的精度 机床的规格要与工件的外形相适应 工件的外圆形状并不复杂 从经济的角度来应选择普通车床 工件的轮廓加工 大多都集中在一个平面上 采用立式加工中心户卧式加工中心都可以 但是立式加工中心比卧式加工中心所花费的成本要低一些 工件的基本外形轮廓采用锻 压来制造 锻压与铸造比较 具有强度高 晶粒细 冲击韧性好等优点 与由棒料直接切削加工相比 可节约金属 降低成本 具有较高的经济效益 选择的 机床应与现有的加工设备相适应 考虑以上的条件 机床应该选择普通车床和立式数控加工中心 4 2 工艺装备的选择工艺装备的选择 1 夹具的选择 1 车床上使用夹具 三爪卡盘或者四爪卡盘 芯轴 压板 螺钉 2 铣床上夹具 根据此零件 我们设计出 500 310 30 的夹具 为保证配合 在平面上有一 85 的凸台 在凸台有一螺柱 用于安装垫圈和螺母夹紧毛 坯 在另一边有一圆柱削边销 从而利用 一面两孔 定位原则将毛坯夹紧安装 2 刀具 1 镗刀选择 60 镗刀 粗镗 85 内孔 85 镗刀 精镗 85 内孔 2 钻头 扩孔刀及铰刀选择 3 中心钻 3 麻花钻 11 麻花钻 15 麻花钻 30 麻花钻 3 3H6 铰刀 12H7 铰孔刀 16 铰孔刀 3 其他刀具或工具 锉刀 M4 丝锥 4 加工中心刀具 铣轮廓时考虑到有 20 的内轮廓铣削 所以选用的铣刀直径应该比 20 小 铣刀刃长应大于工件 22 5mm 的高度 因此选 15 的铣刀 钻孔时直接采用 16 的钻头 选用的钻头长度应大于加工孔深度的 8mm 3 量具的选择 长度测量器具 游标卡尺 形位误差测量器具 百分表 岩石平板 表面质量测量器具 表面粗糙度比较样块 螺纹质量测量器具 锥度锁紧式螺纹塞规 五五加工余量和加工尺寸的确定加工余量和加工尺寸的确定 5 1 切削用量的确定切削用量的确定 切削用量是切削加工过程中切削速度 进给量和背吃刀量的总称 切削用量的大小对切削力 切削功率 刀具的磨损 加工质量和加工成本均有显著的影 响 在选择时应在保证加工质量和刀具耐用度前提下 充分发挥机床性能和刀具切削性能 使切削效率最高 加工成本最低 1 切削用量的选择原则 粗加工切削用量的选择原则 首先选取尽可能大的背吃刀量 其次要根据机床的动力和刚性的限制条件等 选取尽可能大的进给量 最后根据刀具耐用度 确定最佳的切削速度 精加工切削用量的选择原则 首先根据粗加工的余量确定背吃刀量 其次根据已加工表面的粗糙度要求 选取较小的进给量 最后在保证刀具耐用度的前 提下尽可能选用较高的切削速度 5 2 加工余量的确定加工余量的确定 加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度 余量有总加工余量和工序余量之分 由毛坯转变成零件的过程中在某加工表面上切除金属层的总厚度 称 之为该表面的总加工余量 一般情况下 总加工余量不是一次切除 而是分在各个工序中逐渐切除 故每道工序所切除的金属层厚度称之为该工序加工余量 工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差 毛坯是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差 车床加工部分 直径为 85mm 的内孔 由表面粗糙度知道其工艺路线粗镗 精镗 由查 简明机械制造工艺手册表 5 54 表法知道毛坯直径为 80mm 查表 简 明机械制造工艺手册表 5 130 得第一次粗镗余量为 80mm 第二次粗镗余量为 83mm 精镗余量为 84 3mm 工件的公差等级为 H11 0 22 总得粗镗余量 毛坯余量 精加工余量 4 3mm 直径为 95mm 的外圆和端面 由表面粗糙度得知其工艺路线粗车 精车 由查 简明机械制造工艺手册表 5 54 表得知毛坯直径为 100mm 端面余量为 4mm 查表 简明机械制造工艺手册表 5 120 得精车余量为 1 1mm 粗加工余量 毛坯余量 精加工余量 3 9mm 其粗车外圆的公差为 0 46mm 查表 简明机械制造工艺 手册表 5 125 得精车端面的加工余量为 0 7mm 粗加工余量 毛坯余量 精加工余量 3 3mm 粗加工外圆尺寸为 98 9mm 精加工外圆尺寸为 95mm 直径为 195mm 的外圆和端面 由表面粗糙度得知其工艺路线粗车 精车 由查 简明机械制造工艺手册表 5 54 表得知毛坯直径为 205mm 端面加工余量为 4mm 查表得 简明机械制造工艺手册表 5 120 精车余量为 1 3mm 粗加工余量 毛坯余量 精加工余量 8 7mm 其粗车外圆的公差为 0 6mm 查表 简明机械制造 工艺手册表 5 125 得精车端面的加工余量为 0 8mm 粗车端面的余量 毛坯余量 精加工余量 3 2mm 粗加工尺寸为 196 3mm 精加工尺寸为 195mm 5 3 切削用量的确定切削用量的确定 背吃刀量的选择根据加工余量确定的 切削加工一般分为粗加工 半精加工 精加工几道工序 各工序有不同的选择方法 在车床上我根据零件的表面粗糙 度划分了两个工序 粗加工和半精加工 粗加工时 再允许的条件下 尽量一次切除该工序的全部余量 中等功率机床 背吃刀量可达 8 10mm 但对于加工 余量大 一次走刀会造成机床功率或刀具强度不够 或加工余量不均匀 引起震动 或刀具受冲击严重出现打刀的几种情况 需要采用多次走刀 半精加工 被吃刀量一般为 0 5 2mm 直径为 85mm 的内孔 粗加工的余量为 4 3mm 加工余量不大粗加工可以一次走刀 背吃刀量 4 3mm 查表 简明机械制造工艺手册表 5 111 得进给量 0 3 1 mm r 切削速度为 40 60 m min 由于是悬伸镗削 切削速度为 40 m min 精加工的余量为 1 7mm 精加工可以分一次走刀完成 则其背吃刀量为 1 7mm 查表 简明机械制造工艺手册表 5 111 得进给量为 0 2 0 8 mm r 切削速度为 80 120 m min 由于是悬伸镗削故切削速度为 80 m min 直径为 95mm 的外圆和端面 粗加工外圆余量为 3 9mm 加工余量不大 粗加工可以一次完成 背吃刀量 3 9mm 查 简明机械制造工艺手册表 5 98 表得 进给量为 0 6 mm r 切削速度为 134 m min 精加工的余量为 1 1mm 精加工可以分一次走刀完成 则其背吃刀量为 1 1mm 查 简明机械制造工艺手册表 5 100 表得进给量为 0 2 0 3 mm r 切削速度为 50 80 m min 都可以 直径为 195mm 的外圆和端面 粗加工外圆余量为 8 7mm 加工余量太大 粗加工分三次加工完成 第一次的背吃刀量 4 5mm 第二次的背吃刀量 2 9mm 第三次的背吃刀量为 1 3mm 查 简明机械制造工艺手册表 5 98 表得进给量为 0 6 mm r 切削速度为 134 m min 精加工余量为 1 3mm 查 简明 机械制造工艺手册表 5 100 表得进给量为 0 2 0 3 mm r 切削速度为 50 80 m min 都可以 六 普通车床加工工序卡片普通车床加工工序卡片 产品名称或代号零件名称零件图号单位名称 盘类零件01 工序号程序编号夹具名称使用设备车间 04三爪卡盘和心轴普通车床 工步号工步内容刀具号刀具规格 mm 主轴转速 r min 进给速度 m min 背吃刀量 mm 备注 1粗车端面 B1硬质合金 90 的车 刀 320803 3自动 2半精车端面 B1硬质合金 90 的车 刀 3201100 7自动 3粗车 95 外圆1硬质合金 90 的车 刀 3201343 9自动 4精车 95 外圆1硬质合金 90 的车 刀 400601 1自动 5粗镗 85 内孔220 20320404 2自动 6半精镗 85 内孔220 20400801 7自动 7粗车 195 端面1硬质合金 90 的车 刀 320803 2自动 8半精车 195 端面1硬质合金 90 的车 刀 3201100 8自动 9粗车 195 外圆1硬质合金 90 的车 刀 3201344 5 2 9 1 3自动 10半精车 195 外圆1硬质合金 90 的车 刀 400601 3自动 七七 机械加工工艺卡机械加工工艺卡 厂名成都工业学院机械加工工艺卡片 车间实训基地 产品名称零件号零件名称 材料牌号45零件毛重 kg 盘类零件的机械加工工艺分析及数控加工程序编制 毛坯种类锻造零件净重 kg 毛坯尺寸311 40材料定额 kg 毛坯可制件数中 小批每台产品零件数 工 序 号 安 装 号 工 步 号 工 序 内 容 机床设备名 称及编号 夹具名称及 编号 切削工具名 称及编号 量具名称及 编号 辅助工具名称 及编号 每件 时间定额 分 准备及结束单 件 1锻造01 2涂防锈漆 3时效处理 1粗车端面 B游标卡尺 2半精车端面 B千分尺 3粗车 95 外圆游标卡尺 4精车 95 外圆 外圆车刀 千分尺 5粗镗 85 内孔镗刀游标卡尺 1 6半精镗 85 内孔 三爪卡盘 镗刀千分尺 1粗车 195 端面游标卡尺 2半精车 195 端面千分尺 3粗车 195 外圆游标卡尺 4 2 4半精车 195 外圆 车床 02 心轴和顶尖外圆车刀 千分尺 1打 3 5 中心孔 5 的中心 钻 2钻 2 3 的底孔 3 的钻头 3钻 10 的底孔 10 的钻头 1 4粗绞 12 的孔 5 5精绞 12 的孔 钻床 03三爪卡盘 铰刀 5钻 20 的盲孔 20 的钻头 21钻 2 6 的盲孔 6 的钻头 6调质处理 1铣削零件的外形轮廓 15 的立铣 刀 游标卡尺和 千分尺 2精铣凹槽的表面 15 的立铣 刀 3铣凸台 15 的立铣 刀 71 4钻 16 的孔 立式加工中 心 04 自制夹具 16 的钻头 8手动攻丝钳工台丝锥 1 钳工倒角 9 2 钳工去毛刺 钳工台 10检验 更改标记数量通知单号签名日期更改标记数量通知单号签名日期签 名日期 第 页 八八 绘绘制数控加工程序制数控加工程序 8 1 Mastercam 介绍介绍 Mastercam 是美国 CNC Software Inc 公司开发的基于 PC 平台的 CAD CAM 软件 它集二维绘图 三维实体造型 曲面设计 体素拼合 数控编程 刀具路径 摸拟及真实感摸拟等到功能于一身 它具有方便直观的几何造型 Mastercam 提供了设计零件外形所需的理想环境 其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线 曲面零件 mastercam 具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能 其可靠刀具路径效验功能使Mastercam 可模拟零件加工的整个过程 模拟中不 但能显示刀具和夹具 还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉 碰撞情况 真实反映加工过程中的实际情况 不愧为一优秀的CAD CAM 软件 同时 Mastercam 对系统运行环境要求较低 使用户无论是在造型设计 CNC 铣床 CNC 车床或 CNC 线切割等加工操作中 都能获得最佳 效果 8 2 绘制加工模型绘制加工模型 在绘制加工模型前要熟悉常用的指令画圆 直线 倒圆 打断 连接等等 在后面的加工中可以了解到 相同的加工轮廓在 Mastercam 系统中默认的走刀 路线顺序是最先画图画出的外形轮廓 再是按照复制的顺序加工相应的轮廓 这就要求在建立模型时就要选好加工的下刀点 所以在建立这个模型时 相同的 外形轮廓都先画最下方的那个 然后再通过 Rotate 旋转指令完成上表面的轮廓 在建立模型时所有轮廓都需要 Join 这个指令将其连接 否则在后面的确定加工路线时系统只会走一条边的内容 在使用 Break 指令后都需要将节点 连接一下 另外有时在执行剪切命令后会在连接处断开一个小口子 这时需要修剪延伸 Trim 系统会自动地补充连接处的断口 8 3 设定走刀路线设定走刀路线 加工中心要求的是工作效率 所以应尽量减少