LT-2齿轮油泵泵体的数控加工工艺编制及编程仿真

第第页绪论数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。因此我们要掌握好数控加工工艺与设计。数控加工工艺与设计的内容包括选择适合的机床、刀具、夹具、走刀路线及切削用量等，还要有合理的加工方法、工艺参数等。毕业设计是我们教育教学计划的重要组成部分，是加强理论与实际相结合的实践性教学环节，是各专业的必修课程，本毕业设计内容主要是详叙如何对轴类进行工艺分析，大致包含了零件的分析、毛坯、工艺规程设计及加工程序的编制，另外还分了毕业设计小结、参考文献等版块。几年多来通过对数控专业的学习和一段时间的实习，对数控机床和编程和操作有一定程度的了解和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来锻炼自己，检验自己的掌握程度。这次设计就达到了这样的目的，使自己更了解数控机床，对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼。由于本人能力有限，缺少相关知识和经验，敬请各位老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位老师表示我虔诚和衷心的感谢！第1章零件图纸分析与建模分析1.1零件图的审查1.1.1结构工艺性分析图1-1零件图1-1所示的工件,题目给出的零件是齿轮油泵泵体。齿轮油泵泵体的主要作用是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证部件与发动机正确安装。因此齿轮油泵泵体零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。本次设计的零件主要有螺纹孔、圆孔、端面组成，加工部分较多，属于较复杂零件；零件结构合理，能进行数控加工。1.1.2表面粗糙度分析零件两个φ40内孔表面粗糙度均为Ra3.2，φ14内孔表面粗糙度为Ra3.2um，φ19内孔表面粗糙度要求为Ra12.5um，泵体大端面表面粗糙度为Ra3.2um。该零件所有表面要求均可以在数控铣床上加工出来，经济性良好。1.2基于UG的零件三维实体建模通过零件图1-1分析可知本零件无三维曲面建模，在UG中都可以通过画草图拉伸操作完成建模；本零件的建模难点在于侧面凸台位置方向的确定，由于其形状较于简单，因此在建模过程中应该注意分析定位的尺寸和几何位置关系。具体建模过程如下所示。1.2.1通过草图命令绘制草图打开UGNX并进入建模模块，在菜单栏选择插入命令中选择草图命令，弹出草图创建框，直接点击确定进入绘图界面。如图1-2所示图1-2建立基准平面进入草图后利用草图工具绘制出零件所有线条并标出必要定位尺寸，并点击完成草图。绘完如图1-3所示图1-3绘制草图1.2.2通过拉伸命令建立特征选择“成型特征”工具条中的拉伸命令图标，弹出对话框，先选中要拉伸的外形的线条，然后在对话框中的结束-距离框里输上40mm，然后点击确定。完成如图1-4所示。图1-4拉伸块1.2.3通过拉伸命令建立凹槽特征选择“成型特征”工具条中的拉伸命令图标，在弹出的拉伸对话框中选择“选择步骤”中的草绘图标，并选择方块的上表面平面为草绘平面，绘制图形并做几何尺寸约束如图1-5。完成草图，设置拉伸参数，在拉伸参数的的设置中，要注意拉伸的方向，且一定要把拉伸参数中的布尔设置为求差；完成拉伸后效果如图1-6所示。图1-5绘制草图图1-6拉伸求差操作1.2.4创建孔特征（1）点击孔的命令，选择上表面圆弧的圆心点后，选择为沉头孔，垂直于面，形状和尺寸设置参数布尔方式选择求差，如图1-7，点击确定，可在图中看到效果图。图1-7创建孔1.2.5创建下表面特征（1）选择“成型特征”工具条中的拉伸命令图标，在弹出的拉伸对话框中选择“选择步骤”中的草绘图标，并选择方块的下表面平面为草绘平面，绘制图形并做几何尺寸约束如图1-8。完成草图，设置拉伸参数，在拉伸参数的的设置中，要注意拉伸的方向，且一定要把拉伸参数中的布尔设置为求和；完成拉伸后效果如图1-9所示。图1-8绘制草图图1-9拉伸求和1.2.6创建前特征（1）选择“成型特征”工具条中的拉伸命令图标，在弹出的拉伸对话框中选择“选择步骤”中的草绘图标，并选择方块的下表面平面为草绘平面，绘制图形并做几何尺寸约束如图1-10。完成草图，设置拉伸参数，在拉伸参数的的设置中，要注意拉伸的方向，且一定要把拉伸参数中的布尔设置为求和；完成拉伸后效果如图1-11所示。图1-10绘制草图图1-11拉伸求和再次选择“成型特征”工具条中的回转命令图标，在弹出的拉伸对话框中选择“选择步骤”中的草绘图标，并选择方块的下表面平面为草绘平面，绘制图形并做几何尺寸约束如图1-12。完成草图，设置参数，在回转参数的的设置中，要注意矢量轴的选择，且一定要把参数中的布尔设置为求和；完成拉伸后效果如图1-13所示。图1-12绘制草图图1-13回转(3)在经过草绘的绘制、多次拉伸、边倒圆等功能的操作创建后。我们完成了最终三维图的绘制，如图1-14。图1-14零件三维图

第2章加工工艺分析2.1零件加工内容分析通过零件图工艺分析，确定零件的加工内容、加工要求，初步确定各个加工结构的加工方法。2.1.1零件的形状及主要加工表面的尺寸该零件由过凹槽、凸台、孔、圆角这几部分组成，零件的加工内容包括：下端面、2-φ11孔、上端面及内孔、M6螺纹孔、φ14内孔、φ19内孔等。2.1.2零件各结构的加工方法考虑零件的各项精度要求与其表面质量，所以遵循先粗后精、先面后孔的加工方法对零件进行加工。粗加工时，应以保证加工效率为主，因此轮廓的粗加工使用大直径刀具，采用逆铣的加工方法。精加工主要用于保证各项精度要求。精加工轮廓时，为了保证其加工精度，精加工采用顺铣的加工方法。2.2毛坯分析毛坯是加工的对象，对毛坯进行分析对比零件与毛坯，分析所提供毛坯加工余量是否能够进行加工。常用的毛坯种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。(1)铸件：适用于形状复杂的毛坯。薄壁零件不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法。(2)锻件：适用于零件强度较高、形状较简单的零件。(3)型材：热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工。(4)焊接件：对于大件来说，焊接件简单、方便，特别是单件小批生产可大大缩短生产周期；但焊接后变形大，需经时效处理。(5)冷压件：适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸零件的大批量生产。综上所述,零件结构比较复杂，所以毛坯种类选择铸件。材料为HT200。2.3机床的选择由于机床工艺范围、技术规格、加工精度、生产率及自动化程度各不相同。为了正确地为每一道工序选择机床，除了充分了解机床的性能外，尚需考虑以下几点：(1)机床的类型应与工序划分的原则相适应。数控机床适用于工序集中的单件小批量生产；对于大批量生产，则应选择高效自动化机床和多刀、多轴机床；工序较分散则应选择结构简单的专用机床。(2)机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。即小工件用小规格机床加工，大工件用大规格的机床加工。(3)机床的精度与工序要求的加工精度相适应。粗加工工序，应选用精度低的机床；精度要求高的精加工工序，应选用精度高的机床；但机床精度不能过低，也不能过高；机床精度过低，不能保证加工精度；机床精度过高，会增加零件制造成本。应根据零件加工精度要求合理选择机床。采用发那科系统的数控铣床进行铣削加工。VDM-55立式数控机床(如图2-1)其主要机床参数如表2-1。图2-1数控铣床表2-1VDM-55数控铣床参数表2.4加工顺序的确定切削加工工序通常按以下原则安排顺序：基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、先近后远加工，减少空行程时间、内外交叉。(1)尽量使工件的装夹次数、工件台转动次数、刀具更换次数及所有空行程空行程时间减至最少，提高加工精度和生产率；(2)先内后外原则，即先进行内型内腔加工，后进行外形加工；(3)为了及时发现毛坯的内在缺陷，精度要求较高的主要表面的粗加工一般应安排在次要表面粗加工之前，大表面加工时因内应力和热变形对工件影响较大，一般也需先加工；(4)在同一次安装中进行的多个工步，应先安排对工件刚性破坏较小的工步；(5)为了提高机床的使用效率，在保证加工质量的前提下，可将粗加工和半精加工合为一道工序；(6)加工中容易损伤的表面（如螺纹等），应放在加工路线的后面。根据以上规则我所安排的加工工序为：加工工艺路线安排如下：工序序号工序名称工序内容10下料铸造20铣人工时效处理30铣加工下端面、φ11孔40铣加工前端大端面及内孔、M6、φ14孔50铣加工外圆、螺纹、内孔60钻加工左边侧壁上的孔、螺纹孔70钻加工右边侧壁上的孔、螺纹孔80清理去毛刺、清洗90检验检验入库2.5刀具的选择据被加工工件的加工结构、工件的材料的热处理状态、切削性能以及加工余量，选择刚性好、耐用度高、刀具类型和几何参数适当的刀具，是充分发挥数控机床的生产率和获得满意加工质量的前提。本次加工中所使用的都是立铣刀。对零件图的分析，在用平面铣对上表面进行铣削的时候,拟用面铣刀进行往复铣削。为使铣刀工作时有合理的切入切出角，所以可选用较大的面铣刀，因此采用Φ80的硬质合金平底铣刀，一次下刀进行平面铣削加工。此次加工部分部件相对毛坯而言比较小，为了提高效率和缩短加工时间采用较大铣刀，所以选用了Φ20的硬质合金平底铣刀铣削轮廓。在本次所采用的刀具为铣床上的刀具，刀具明细表见表2-2。表2-2刀具选用表产品名称零件名称序号刀具号刀具名称规格/mm加工内容备注1T01Φ20立铣刀端面、内外轮廓硬质合金2T02Φ11麻花钻孔高速钢3T03Φ5麻花钻孔高速钢4T04M6丝锥孔高速钢5T05Φ13.8麻花钻孔高速钢6T06Φ14铰刀孔高速钢7T07Φ19麻花钻孔高速钢8T08Φ14麻花钻孔高速钢9T09G1/4丝锥孔高速钢10T10Φ9麻花钻孔高速钢编制审核批准2.6切削用量的选择原则粗切削用量：“三要素”是指刀具在切削过程中的运动参数。“三要素”是指：切削速度，进给量，背吃刀量。选择切削用量时考虑的因素：（1）切削加工生产率在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。（2）刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。（3）加工表面粗糙度精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。

2.7切削用量的选择切削用量的合理选择直接影响到零件的表面质量以及加工效率，因此切削用量的选择是数控加工工艺编制过程中不可缺少的一部分，根据经验及查表确定该零件在数控加工过程中的切削用量进行计算。（1）Φ20立铣刀，取粗加工背吃刀量ap=0.5mm，粗加工选择进给量初步确定f=0.5mm/r。切削速度由文献查得取=70m/min。计算主轴转速s==m/min=1114r/min取s=1200r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=600㎜/min（2）Φ11麻花钻，取加工背吃刀量ap=0.2mm，加工选择进给量初步确定f=0.1mm/r。切削速度由文献查得取=25m/min。计算主轴转速s==m/min=723r/min取s=800r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=80㎜/min。（3）Φ5麻花钻，取加工背吃刀量ap=0.2mm，加工选择进给量初步确定f=0.05mm/r。切削速度由文献查得取=20m/min。计算主轴转速s==m/min=1273r/min取s=1300r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=65㎜/min。（4）M6丝攻，根基实际加工经验主轴转速取s=160r/min。进给速度取160㎜/min。（5）Φ13.8麻花钻，取加工背吃刀量ap=0.2mm，精加工选择进给量初步确定f=0.1mm/r。切削速度由文献查得取=30m/min。计算主轴转速s==m/min=692r/min取s=700r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=70㎜/min。Φ14铰刀，根基实际加工经验主轴转速取s=800r/min。进给速度取50㎜/min。（7）Φ19麻花钻，取加工背吃刀量ap=0.2mm，精加工选择进给量初步确定f=0.1mm/r。切削速度由文献查得取=30m/min。计算主轴转速s==m/min=502r/min取s=500r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=50㎜/min。（8）Φ14麻花钻，取加工背吃刀量ap=0.2mm，精加工选择进给量初步确定f=0.1mm/r。切削速度由文献查得取=30m/min。计算主轴转速s==m/min=682r/min取s=680r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=68㎜/min。（9）Φ9麻花钻，取加工背吃刀量ap=0.2mm，加工选择进给量初步确定f=0.05mm/r。切削速度由文献查得取=25m/min。计算主轴转速s==m/min=884r/min取s=900r/min。计算进给速度计算进给速度F=Sf=45㎜/min。第3章基于UG的编程3.1数控编程的定义及分类3.1.1数控编程的定义编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。3.1.2数控编程的分类数控编程主要分为手工编程与自动编程。（1）手工编程整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。（2）自动编程用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。3.2编程原点的确定编程原点选择原则（1）编程原点是零件的设计基础和工艺基准尽量重合，避免产生误差及不必要的尺寸换算。（2）容易找正、对刀且对刀误差小。（3）编程方便。（4）对称零件的编程原点应选在零件的对称中心。（5）在毛胚上的编程原点应容易准确的确定，且加工余量均匀。为了方便加工时的操作，选择原点在XY的交点上，Z向为工件表面。3.3数控加工程序代码的编写在建好模之后就是加工了，加工就是对零件图的几何元素进行数据定义，根据工艺规程输入各种参数，如：切削深度、每次切深、加工余量、刀具参数、起刀点、退刀点等各种切削用量和参数。图3.2加工页面选择创建刀具，弹出对话框（图3.3）选中，输入刀具体名称（图3.3）。点击选择进入对话框，输入刀具参数（图3.3）刀具直径为20，长度为75mm，刀刃为2。后面的刀具也以此方法创建。图3.3对话框图3.3刀具参数2.选择创建几何体，弹出对话框（图3.5）。选中，输入几何体名称。点击确定，进入对话框（图3.6），设置安全距离为10mm，点击选择自动判断选择工件上表面，建立工件坐标系。（图3.7）图3.5几何体对话框图3.6指定MCS图3.7建立工件坐标系3.选择创建几何体，弹出对话框（图3.8）。选中，输入几何体名称。点击确定，进入对话框（图3.9）图3.8工件几何体对话框图3.9毛坯对话框点击指定部件，进入对话框，选择几何体，选中要加工的零件（图3.10）。点击指定毛坯，进入对话框（图3.11）选中几何体，毛坯创建完成。图3.10指定毛坯图3.11毛坯选择3.点击按钮出现选择第二个面铣削mill-planar进入设置切削参数，选择需要的铣刀。刀轨的设置选择跟随部件的铣切削方式，刀具平面直径为百分之75每刀深度为1mm，切削方式为层优先。如下图（图3.12）。图3.12切削参数设定图3.13切削参数设定对切削参数进行设定,选择顺铣,层优先的模式。链接方式选择优化，开放刀路中，选择变换切削方向。这样可以减少加工刀路，节约加工时间。图3.13非切削移动设定进刀方式选择螺旋方式，直径为刀具的百分之九十，斜坡角为15°高度为3mm，高度起点为前一层。开放式刀路为线性，长度为刀具直径百分之五十。高度为3mm。退刀方式为与进到相同。图3.15进给率和速度根据查表得，主轴转速为1200，切削进给为600，点击确定即可。用自动化编程软件UG在计算机上进行刀具位置轨迹计算，选取控制元素和岛屿等，计算机生成刀位文件。动态显示刀具轨迹，刀路轨迹可进行编修。零件刀路轨迹如下图。图3.16粗加工刀路轨迹在粗加工完成后，我们依据上述所讲的们进行精加工，得到如下刀路图。图3.16钻加工刀路轨迹图3.17前大端面及孔加工刀路轨迹图3.18精加工刀路轨迹图3.19钻螺纹加工刀路轨迹图3.20钻孔加工刀路轨迹图3.21铣前端面加工刀路轨迹图3.22钻孔加工刀路轨迹图3.23钻孔加工刀路轨迹3.4数控加工仿真选中程序，点击确定刀轨，选择2D动态，点击开始仿真。出现如下效果，仿真效验刀路是否正确合理。如下图仿真加工图3.24仿真加工图3.25仿真加工图3.26仿真加工图3.27仿真加工3.5程序的后处理点击文件按钮,后选择需要的系统后处理文件，设定文件名字，点击确定即可生成G代码。如下图。图3.28程序后处理%N0010G40G17G90G70N0020G91G28Z0.0:0030T00M06N0040G0G90X-2.815Y.7913S0M03N0050G43Z.5512H00N0060Z.2362N0070G1Z.1181F9.8M08N0080X-2.4213N0090X-.4528N0100Y.2638N0110X-2.4213N0120Y-.2638N0130X-.4528N0140Y-.7913N0150X-2.4213N0160X-2.815N0170Z.2362N0180G0Z.5512N0190Y.7913N0200Z.1969N0210G1Z.0787N0220X-2.4213N0230X-.4528N0240Y.2638N0250X-2.4213N0260Y-.2638N0270X-.4528N0280Y-.7913N0290X-2.4213N0300X-2.815N0310Z.1969N0320G0Z.5512N0330X.0591Y.7913N0340Z.2362N0350G1Z.1181N0360X.4528N0370X2.4213N0380Y.2638N0390X.4528N0400Y-.2638N0410X2.4213N0420Y-.7913N0430X.4528N0440X.0591N0450Z.2362N0460G0Z.5512N0470Y.7913N0480Z.1969N0490G1Z.0787N0500X.4528N0510X2.4213N0520Y.2638N0530X.4528N0540Y-.2638N0550X2.4213N0560Y-.7913N0570X.4528N0580X.0591N0590Z.1969N0600G0Z.5512N0610M02%以上为部分加工程序，详细程序见附件。总结本毕业设计是我们在走上各工作岗位之前对大学所学课程的一次深入综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，这次毕业设计是对我们三年的大学学习一次考验。通过本次毕业设计，得到了以下各方面的锻炼：(1)能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排等问题，保证零件的加工质量。(2)提高了结构设计的能力。通过对加工工艺的分析，使我能够根据被加工零件的加工要求，分析它的高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的工艺路线。(3)学会了使用手册及图表资料。了解了与本设计有关的各种资料的名称、出处、并能够做到熟练运用。就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺的规程，并学会了使用和查阅各种设计资料、手册和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺分析问题，巩固和加深了所学到的各门专业知识。并在设计过程中，请教了很多具有多年加工经验的专业教师。学到了很多课堂上不能学到的东西。在本次设计过程中，由于对零件加工所用到的设备的