机械系数控技术专业毕业设计论文

1、中等职业学校专业骨干教师国家级培训数控技术应用专业结业论文 河南邓州市职教中心 李晓静内容提要:此次设计是基于华中数控系统的XH714D 加工中心的板类零件编程与加工。设计借助了现阶段所学的专业知识,认真分析了该零件在数控加工中的相关工艺过程。加工内容包括了铣削凸台平面、凸台轮廓、型腔;钻、铰通孔、攻螺纹等。一 零件分析1.1 零件材料分析由零件图可知:零件材料为45#钢,为优质碳素结构钢。含碳量在0.420.50%之间,属于高强度中碳钢。具有良好的综合力学性能,切削性能良好。1.2 零件结构分析该零件为一个小型的板类零件,其毛坯尺寸为124×104×44mm 。零件由带圆

2、角的矩形凸台、带圆槽的凸台、五边形凸台,带圆角的型腔、通孔和两个螺纹孔组成。其上的五边形凸台为内接正五边形。1.3 零件精度分析由图纸可知零件的各尺寸精度要求均较高。零件毛坯留有一定的余量,凸台及凸台轮廓、型腔、通孔、螺纹孔等的精度要求较高,其中高精度要求的加工内容为:带圆角的矩形凸台轮廓、带圆槽的凸台上表面、型腔、通孔,均为7级精度要求;螺纹孔为6级精度要求。二 加工方案平面、平面轮廓在镗铣类数控机床上的加工方法是铣削。经粗铣的平面,尺寸精度可达IT12IT14级(指两平面之间的尺寸,表面粗糙度Ra 值可达m 505.12。经粗、精铣的平面,尺寸精度可达IT7IT9级,表面粗糙度Ra 值可达

3、m 2.36.1。孔加工方法比较多,有钻、扩、铰、镗等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削加工。孔的加工方式与其所能达到的精度有很紧密的联系。为提高孔的位置精度,在钻孔工步前需要安排锪平端面和打中心孔工步。对螺纹加工,要根据孔径大小采取不同的处理方式,一般情况下,直径在M6M20mm之间的螺纹,通常采用攻螺纹的方法加工;M6mm以下,M20mm以上的螺纹只在加工中心上完成底孔加工,攻丝可通过其他手段进行。该凸模零件由于是中小批量生产,从经济、时效等方面考虑铣六方在普通铣床上完成加工,余下的平面及凸台轮廓、通孔、螺纹孔在XH714D立式加工中心上加工完成。该零件的机械加工工艺详见表2-1: 三

4、确定数控加工内容数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高等特点。数控机床适于加工的内容有:(1工件上的曲线轮廓表面,特别是由数学表达式给出的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓。(2给出数学模型的空间曲面或通过测量数据建立的空间曲面。(3形状复杂,尺寸烦多,曲线与检测困难的地方。(4能在一次装夹中顺带铣出来的简单表面或形状(5用通用铣床加工难以观察、测量和控制进给内、外凹槽。(6采用数控铣削能成倍提高生产率,大大减轻体力劳动的一般加工内容。由该零件的加工方案可知,零件需要下料、铣、钻孔、攻螺纹等工序的加工,零件第一次粗铣铣六方,加工内容较为简单,普通机床就可以保证其精度。并且加工过程

5、中需要多次装夹,为了节约成本,提高加工效率,选择在普通铣床上加工完成。粗铣主要是去除较大余量,并为数控铣削准备精确定位基准。各凸台、孔距的精度要求较高,圆弧等的加工在普通机床上不易控制,其精度也难以保证。而这些工序的加工又只需单工位加工即可完成,故考虑在数控铣床或数控加工中心上进行加工。分析零件的数控加工内容及过程,知加工中所需刀具在10把左右,为了减少换刀时间,提高加工效率,确定第3工序在数控加工中心上加工。四 数控工序加工工艺设计设计数控加工工艺实际就是设计各工序的加工工步,主要从精度和效率两方面考虑。4.1 数控加工工序加工内容精度分析本工序的工序图如图4-1-1所示:由零件的加工方案可

6、知:本工序加工内 容中精度要求较高的有:带圆角的矩形凸台的长为mm 035.00100+(取100.018±0.017mm ,宽为mm 03.0080+(取80.015±0.015mm ,深为mm 03.020±。带圆槽的凸台宽度为70±0.02mm ,深为mm 02.010±两型腔的长、宽均为mm 018.0015+(取15.009±0.009mm ,深mm 01.003+(取3.005±0.005mm 。通孔为mm H 712。螺纹孔为Hmm M 610-右旋螺纹孔,孔深为mm 20,孔距分别为mm 02.050

7、7;,mm 02.040±。带圆角的矩形凸台对工件对称中心线对称度要求为0.04mm ;对上道工序加工的基准面平行度要求为0.03mm 。带圆槽的凸台上表面对零件底面的平行度要求为mm 03.0。带圆角的矩形凸台轮廓表面粗糙度为m Ra 6.1,其余表面和侧面的粗糙度均为m Ra 2.3。未注公差的须按GB1804-2000标准中的中等公差等级加工。4.2 数控工序加工工步设计及各工步走刀路线图根据全部加工表面按先粗,半精,再精加工分开进行;在一次定位装夹中,尽可能完成所有能够加工的表面的原则,以及对所要加工零件加工内容的分析,确定如下加工顺序:(1粗铣各凸台及凸台轮廓;其走刀路线如

8、表4-2-2至表4-2-4所示:(2精铣各凸台及凸台轮廓;其走刀路线如表4-2-5至表4-2-7所示:(3粗、精铣两型腔;其走刀路线如表4-2-8、表4-2-9所示:(4钻中心孔;其走刀路线如表4-2-10所示:(5钻12H7通孔;其走刀路线如表4-2-11所示:(6粗扩12H7通孔; 其走刀路线如表4-2-11所示:(7粗铰12H7通孔;其走刀路线如表4-2-11所示:(8精铰12H7通孔;其走刀路线如表4-2-11所示:(9钻螺纹底孔;其走刀路线如表4-2-12所示:(10攻螺纹;其走刀路线如表4-2-12所示:具体的工步内容及工步顺序见表4-2-1数控加工工序卡片。 走刀路线可分为孔加工

9、进给路线和铣削加工进给路线。在安排孔的加工走刀路线时,在保证孔的加工精度和表面粗糙度要求的同时,应寻求最短路线;在安排轮廓铣削加工的进给路线时,应尽量沿着轮廓的切线方向切入切出。结合该零件的材料,为提高表面精度,粗铣时可采用逆铣,精铣时采用顺铣。该零件的数控加工走刀路线如表4-2-2至表4-2-12所示: 表4-2-6 精铣带圆槽凸台走刀路线图 表4-2-8 粗铣型腔走刀路线图 表4-2-10 钻各孔中心孔走刀路线图 表4-2-12 攻螺纹孔走刀路线图 4.3 数控工序工艺系统选择此零件为中小批量加工。故其毛坯可以在普通机床上完成粗加工,其余内容在数控机床上加工。在普通机床上加工毛坯时,首先确

10、定一个加工基准面,以保证在加工时平行度的要求,为在数控机床上的加工准备好定位基准面。根据零件尺寸和加工精度的要求,综合分析现有机床可知XH714D立式数控加工中心适合于此工件的加工。XH714D立式数控加工中心的主要技术参数如表4-4-1: 根据数控加工内容,所需刀具有立铣刀、键槽铣刀、中心钻、麻花钻、铰刀、机用丝锥等,其规格依据加工尺寸选择。粗铣时铣刀直径应选小一些,以减少切削力矩,但也不能太小,以免影响加工效率;精铣时铣刀直径应选大一些,以减少接刀痕迹。考虑到两次走刀间的重叠量及减少刀具种类,结合该零件加工实际,确定粗、精铣凸台及其轮廓的刀具直径都选为mm 16。其他刀具根据孔径尺寸确定。

11、常用的刀具材料有:高速钢、硬质合金、工具钢、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。而生产中常用的刀具材料主要是高速钢和硬质合金两类。考虑到该工序无需高速切削,为节约成本,选择使用高速钢刀具。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714型加工中心主轴锥孔为ISO40,适用刀柄为BT40(日本标准JISB6339,故刀柄柄部选择BT40型式。具体刀具见表4-4-2。表4-4-2 数控加工刀具卡片 4.4 切削用量的选择合理选择切削用量的原则是:粗加工时,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。从刀具耐用度出发,切削用量的选

12、择方法是:先选取背吃刀量或侧吃刀量,其次确定进给速度,最后确定切削速度。背吃刀量和侧吃刀量的确定主要根据机床、夹具、刀具、工件的刚度和被加工零件的精度要求来决定。由此原则,再结合该工序所要保证的表面粗糙度要求,确定粗铣时的背吃刀量或侧吃刀量取35mm ;半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5mm ;精铣时背吃刀量或侧吃刀量取0.5mm.(1切削进给速度F 是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位为m in /mm 。zn f F z =式中:F 切削进给速度,单位为m in /mm ;z f 铣刀每齿进给量,单位为z mm /;n 铣刀的转速,单位为m in /r ;z 铣刀齿数,单

13、位为齿。 (2主轴转速(铣削dv n c1000=式中:c v 切削速度,单位为m in /m ;d 铣刀直径,单位为mm ;n 主轴转速,单位为m in /r 。(3孔加工时主轴转速dv S c1000=式中:c v 切削速度,单位为m in /m ;d 切削刃选定点处所处对应的工件或刀具的回转直径,单位为mm ;S 工件或刀具的转速,单位为m in /r 。(4进给速度的计算Sf F =式中:F 进给速度,单位为mm/min f 进给量,单位为mm/rS 工件或刀具的转速,单位为m in /r 。(5攻螺纹时主轴转速k PS -1200式中:P 工件螺纹的螺距或导程,mm ;k 保险系数,

14、一般取80;S 主轴转速,m in /r 。(6攻螺纹时的进给速度攻螺纹时的进给量的选择决定于螺纹的导程,由于使用了带有浮动功能的攻螺纹夹头,攻螺纹时进给速度可略小于理论计算值,即PS F 式中:P 加工螺纹的导程,mm ;S 加工螺纹时主轴转速,m in /r 。综上所述,则:(116.的立铣刀粗加工 Vc=35m/min z f =0.15z mm / z=3S=dVc1000=697r/min zn f F z =0.15×3×697=314mm/min(216.的立铣刀精加工 Vc=35m/min z f =0.04z mm / z=3S=dVc1000=697r/

15、minzn f F z =0.04×3×697=84mm/min(36键槽铣刀粗加工 Vc=20m/min z f =0.12z mm / z=2S=dVc1000=1062r/min zn f F z =0.12×2×1062=254.9mm/min(46键槽铣刀精加工 Vc=20m/min z f =0.05z mm / z=2S=dVc1000=1062r/min zn f F z =0.12×2×1062=106.2mm/min(53的中心钻 Vc=10mm/min f=0.08mm/rS=dVc1000=1061r/min

16、F=Sf=1061×0.08=85mm/min(611的钻头 Vc=25mm/min f=0.2mm/rS=dVc1000=724r/min F=Sf=724x0.2=145mm/min(711.85铰刀 Vc=5mm/min f=0.8 mm/rS=dVc1000=135r/min F=Sf=0.8x135=108mm/min(811.95铰刀 Vc=5mm/min f=0.8 mm/rS=dVc1000=133r/min F=Sf=0.8x133=106mm/min(912的钻头 Vc=20mm/min f=0.15mmS=dVc1000=530r/min F=Sf=0.15x5

17、30=79.5mm/min(108.5的钻头 Vc=20mm/min f=0.15mmS=dVc(11M10-6H 丝锥Vc=4mm/min P=1.5mmk PS -1200min /720805.11200r S =-=PS F m in /10807205.1mm F =通过对各种夹具和零件加工过程的分析可知,该零件形状较简单、尺寸较小,在普通铣床上加工后的尺寸为120×100×40(mm 。由于是小批量生产,结合加工中心常用的夹具种类,综合考虑零件加工的生产准备时间和经济性要求,确定此零件在数控加工中心上加工时选用随机床附带的机用虎钳进行装夹。其装夹示意图如图4-4

18、-1所示: 装夹说明:因为工序中的带圆角矩形凸台轮廓和上道工序加工的B 面有平行度要求,故选择不需在本道工序加工的B 面为主要定位基准面与虎钳固定钳口贴合,工件顶面高于钳口2025mm 装夹。本装夹方案虽为过定位装夹方案,但能够提高工件的刚度,使工件在加工过程中更加稳定。在实际加工零件的质量控制中,检测是一个非常重要的环节。其中检测量具是必不可少的,检测直接影响着零件的合格与否。选择测量器具的主要依据是被测量对象的数量、材质、公差值的大小及外形、部位、尺寸大小等几何形状特点等,在确保测量精度的前提下,考虑具体的生产环境,测量工艺过程的可行性和经济性,所选测量器具或测量仪器的精度应与被测工件的加工精度相适应。因为是小