五角星配合件数控工艺分析与加工.doc

毕业设计（论文）标 题：五角星配合件数控工艺分析与加工学生姓名： 汪钦文 系 部： 机械工程系 专 业： 数 控 班 级： 高 数 控 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 1、五角星配合件的工艺分析 1.1 零件的分析 1.2 毛坯分析 1.3 加工余量的确定 1.4 定位基准的选择 2、五角星配合件的加工工艺过程设计 2.1 加工顺序的确定 2.2 五角星凸模加工方案 2.3 主轴转速的确定 2.4 冷却液的选择 2.5 给速度的确定 2.6 背吃刀量的确定 2.7 凸模凹模外轮廓走刀路线 2.8 凸和凹模凸台凹底的走刀路线 2.9 凸和凹模孔的加工路线 3、 机床刀具及夹具的选择3.1 机床选择 3.2 选择刀具 3.3 夹具的选择 4、 设计计算说明书 结论 参考文献 附录 后记 摘要 随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。 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。从成本角度考虑，成本适中，适合数控加工。通过五角星配合件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、钻孔加工 五角星型零件加工1. 零件加工工艺的分析1. 1零件的分析 1-1、1-2所示轮廓加工、五角星凸、凹模加工及钻孔等。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. 凸模1-1 凹模1-2 五角星配合件1. 2毛坯分析 根据零件运用领域为机械固定、控制旋转等。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钢件45#，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 凹模1-2 配合件1-3图样尺寸为90mm90mm25mm，所以选择毛坯尺寸为95mm95mm30mm。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；（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。定位基准的选择1-4 2. 五角星配合件的加工工艺过程设计2. 1加工顺序的确定根据零件图样，制定以下工艺方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，又能保证质量）下面分析这套工艺方案。方案：铣夹持面粗铣上平面精铣上平面粗铣外轮廓精铣外轮廓粗铣凸台半精铣凸台精铣凸台铣孔翻面铣掉夹持面 方案的加工顺序是粗精铣上平面和外轮廓后对剩余部粗铣后就开始精加工。由于粗精加工同一个部位都是用的同一把刀，所以选择方案，这有利于提高生产效率，也是最佳方案。2.2 五角星凸模加工方案2.2.1 上表面加工方案因下表面的精度要求不高，所以以底面作为基准，粗、精加工上平面以底面作为基准先粗铣外轮廓尺寸精度可达IT7级IT8级，表面粗糙度可达12.5m50m。再精铣外轮廓，精度可达IT7级IT8级，表面粗糙度可达1.63.2m。因此采用粗、精铣顺序。2.2.2 凸台加工方案 根据图形尺寸要求及其加工精度可知：凸台的精度要求很高，公差尺寸要求为5mm,上偏差为0mm,下偏差为0.02mm，所以可以采用粗加工半精加工精加工方案完成，以满足加工要求。2.2.3 孔的加工方案 孔的尺寸精度为10mm，没有公差的要求。所以可以直接钻孔加工，进给速度需慢一些。3. 3五角星凹模加工方案2.3.1上表面和外轮廓加工方案 凹模上表面和外轮廓加工方案与凸模的加工方案大致一样。2.3.2凹槽加工方案 凹槽的深度要求为10mm，其上偏差为0.01mm,下偏差为0.01mm，表面粗糙度为Ra1.6mm，其精度要求很高。因此采用粗加工半精加工精加工方案完成，以满足加工要求。凹槽的圆弧半径为3mm，所以在选择加工刀具时应选用半径为3或小于3mm的铣刀。2.3.3孔的加工方案凹模孔的加工方案与凸模的加工方案大致一样 2.4 冷却液的选择 为了刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件，使用切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形。减少切削与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦，现有冷却液分为：水溶液、乳化液和切削油三大类。根据零件材料和刀具材料分析，该加工适合采用乳化液效果较好。 2.5 主轴转速的确定结合零件图分析，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KVC650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)4000kg主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取n= 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 10的立铣刀为例说明其计算过程。D=10mm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 =150m/min 精铣时 =200m/min 代入公式中： = = =4777r/min =6369.4r/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=4777 r/min =6369 r/min同理计算20立铣刀：取 =2389r/min = 3185 r/min2.6进给速度的确定粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。曲面轮廓的精加工的每齿进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出机床的额定功率。粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要爱温度的限制。通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定，如果降低耐用度，允许的速度就可以提高。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： =4777 r/min =6369 r/min 将它们代入式子计算。 粗铣时：F=0.0634777 =860mm/min 精铣时：F=0.0336369 =573mm/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2.7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取工件材料铝钢刀具直径（mm）刀曹数转速（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）52500050010001001260.05250.052023450470690841300.07260.062.8凸模凹模外轮廓走刀路线凸模、凹模外轮廓走刀路线2-12.9凸模凸台的走刀路线2-2 凹模走刀路线2-3凹模孔的加工路线2-4程序的编写O0001（粗铣、精铣凸模铣平面、外轮廓主程序）N10 G54G90G21G40G69G00X100Y100Z50;N20 M30S800T01;N30 G00X-60Y-50;N40 G01Z-1F100;N50 M98P4 0002;N60 G00Z50;N70 X-45Y-6;N80 G01Z-1F100;N90 M98P5 0003;N100 G00Z50;N110 X100Y100;N120 M30;O0002（凸模铣平面子程序）N10 G91G01Y15F100;N20 X120;N30 Y15;N40 X-120;N50 M99;O0003（凸模铣外轮廓子程序）N10 G91G01Z-5F100;N20 G41G90G01Y45D01;N30 X45;N40 Y-45;N50 X-65;N60 G40X-45Y-60;N70 M99;O0004（五角星凸模外形）N10 G91Z-2;N20 G43G01X-25Y-25;N30 G01X-25.88Y-8.86;N40 G03X-18.05Y-2.15R6F150;N50 G01X-31.8Y7.85;N60 G03X-30.35Y12.37R2.5F150;N70 G01X-13.34Y12.37;N80 G03X-7.63Y16.51R6F150;N90 G01X-2.37Y32;N100 G03C2Y32T2.5G150;N110 G01C12.37Y7.63;N120 G03X13.33Y12.37R6F150;N130 G01X30.15Y12.61;N140 G03X31.81Y7.82R2.5;N150 G01X18.15Y-2.15;N160 G03X15.88Y-8.86R6F150;N170 G01X21.13Y-25.03;N180 G03X17.28Y-27.83R2.5F150;N190 G01X-17.28Y-7.83;N200 G03X-3.53Y17.83R6F150;N210 G01X-17.28Y-27.86;N220 G03X-21.13Y-25.03R2.5F150;N230 G40G01X-25Y-20;N240 M99;O0005（粗铣、精铣五角星凹模主程序）N10 G90G54G80G69;N20 G00X0Y0Z100F200;N30 S1500T01;N40 G00Z10;N50 G51X0Y0P2000;N60 M98P5 0004;N70 G51X0Y0P1000;N80 M98P5 0004;N90 G50;N100 G00Z100;N110 S1500T02;N120 G00Z10;N130 G51X0Y0P1000;N140 GM98P0004;N150 G51X0Y0P2000;N160 M98P0004;N170 G51X0Y0F1000;N175 M98P0004;N180 G00Z100;N185 S500;N190 G00Z10;N200 G81X-35Y-35Z-15R5F50;N210 Y35;N220 X35Y-35;N230 Y35;N240 G80;N250 G00Z100;N230 M30M05;O0006（粗铣、精铣五角星凹模主程序）N10 G91G69G80G49G40;N20 G00X0Y0Z100;N30 S1500T01;N40 G00Z10;N50 G51X0Y0P200;N60 M98 P0004;N70 G51X0Y0P400;N80 M98P0004;N90 G51X0Y0P600;N100 M98P0004;N110 G51X0Y0P800;N120 M98P0004;N130 G51X0Y0P1000;N140 M98P0004;N150 G00Z100;N160 G00Z20;N170 G73X-35Y-35Z-25F50R5P2Q3N180 Y35;N190 X35Y-35;N200 G00Z100;N210 M30M05;零件加工过程工艺卡凹模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配合件凹模钢热轧件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粗铣凹模数控加工中心平口虎钳0.2mm/r3000r/min200m/min乳化液4精铣凹模数控加工中心平口虎钳0.2mm/r2000r/min100m/min乳化液5铣4X10孔数控加工中心平口虎钳0.05mm/r800r/min40m/ min乳化液6清铣7检查凸模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配合件凸模钢热轧件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粗铣凸台数控加工中心平口虎钳0.2mm/r3000r/min200m/min乳化液4精铣凸台数控加工中心平口虎钳0.2mm/r2000r/min100m/min乳化液5铣4X10孔数控加工中心平口虎钳0.05mm/r800r/min40m/min乳化液6清铣7检查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五角星配合件铁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五角星配合件铁 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铣五角星凸台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五角星配合件铁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铣五角星凸台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粗铣五角星凸台平口虎 钳游标卡尺20立铣刀300020022精铣五角星凸台平口虎 钳游标卡尺20 立铣刀20001000.5铣五角星凹台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五角星配合件铁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铣五角星凹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粗铣五角星凹槽平口虎钳游标卡尺5键槽铣刀300020022精铣五角星凹槽平口虎钳游标卡尺5键槽铣刀20001000.52. 机床刀具及夹具的选择3.1 加工中心刀库分类与形式结合零件图分析，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KVC650刀具材料应具备的性能3-1机床选择刀具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）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。切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，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。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D202T02键槽铣刀D5202.5编制审核批准3. 2夹具的选择 机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 除虎钳、卡盘、分度头和回转工作台之类，还有一个更普遍的叫刀柄，一般说来，刀具夹具这个词同时出现时，大多这个夹具指的就是刀柄 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。 使用注意事项：（1） 夹紧工件时要松紧适当，只能用手板紧手柄，不得借助其他工具加力。（2）强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。（3） 不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业。（4） 对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈 3-2平口虎钳平口虎钳平口虎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Q121601605012518464276208加工结果分析五角星配合零件质量检验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心型零件1长度900.07mm游标卡尺90.08合格2宽度900.07mm游标卡尺90.08合格3高度250.042mm游标卡尺25.05合格4通孔10mm游标卡尺10合格5配合间隙0.5mm工具0.6mm合格6上平面粗糙度Ra1.6m工具7轮廓粗糙度Ra6.3m工具8凸台粗糙度Ra