平面凸台零件的加工工艺分析.doc

哈尔滨应用职业技术学院 毕 业 设 计标 题： 平面凸台零件的加工工艺分析 学生姓名： 姜 元 文 系 部： 机械工程系 专 业： 数控技术 指导教师： 王 海 燕 起止时间： 目录 第一章 零件加工工艺规程 1.1零件图样工艺分析的分析5 1.2毛坯的选择和加工余量的确定6 1.3选择数控机床 夹量具7 1.4零件的定位基准和装夹方案9 1.5确定切削用量9 1.6刀具选择10 第二章 工艺卡片 第三章 零件加工程序 第四章 零件加工模拟仿真 4.1Mastercam的简介19 4.2模拟仿真19 参考文献 致谢摘 要数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。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，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。关键词：数控技术，数控加工，工艺分析Abstract CNC technology is the use of numbers, words and symbols of the digital command to achieve one or more mechanical equipment, motion control technology. It is usually controlled by the location, angle, speed, volume and other machinery and mechanical energy flow on the switch. CNC production depends on the data carrier and the emergence of binary data operations. 1908, perforated sheet metal interchangeable data carriers come out; 19th century, the paper as the data carrier and an accessible control system was invented; 1938, Shannon in the Massachusetts Institute of Technology for fast computing and data transmission, laid the modern computer, including computer-based digital control system. CNC machine tool control technology is closely integrated with the development up. In 1952, the first CNC machine tools come out, the worlds machinery industry in the history of an epoch-making event to promote the development of automation. Now, digital technology, also known as computer numerical control technology, now it is the use of digital process control computer technology. This technique of using a computer control program according to pre-stored on the device to perform control functions. As a result of the computer replace the original hardware logic circuit with numerical control device, the input data storage, processing, calculation, logic and other control functions to achieve, can be by CNC technology not only to traditional manufacturing industries has brought a revolutionary change in the manufacturing sector as a symbol of industrialization, and with the continuous development of digital technology and expansion of application fields, he was the national economy and some important industries (IT, automotive , light industry, medical, etc.) plays an increasingly important role in development. Keywords: CNC technology, CNC machining, process analysis第1章 零件加工工艺规程制定1.1 零件工艺分析1.1.1零件图图1.1 零件图图1.2零件成型图1.1.2对零件进行工艺分析1零件分析如图1.1所示零件由平面、凸台、槽、台阶、孔等组成。 该零件属于平面凸台零件，结构形状对称，尺寸标注齐全，结构要素清晰，工艺性好。零件为铝合金材料，毛胚料为33513511mm的板料，尺寸精度符合图纸要求。对零件要求如下： A 先加工两边的外形32722， 耳朵的外形。保证1mm的厚度。 B 铣出平面，把四个台阶留出来，保证8mm的厚度，台阶尺寸留下。 C 用键槽刀铣出13740mm的两个键槽，保证公差要求。因零件下的厚度为1mm，压住会发生变形，进行热处理，需要校正。 D 钻出4，3的孔，保证粗糙度。2零件精度要求 零件精度要求是零件工艺性分析的重要内容。通过分析，明确零件的加工要求，为后续加工方法的选择、装夹方式的确定，刀具及切削用量的选择提供依据。 此零件为铝合金材料，精度要求高，应根据用途和尺寸要求来合理加工零件，来达到精度要求。1.2 毛胚的选择和加工余量的确定 在选择毛胚应遵循的原则是：在保证毛胚质量的前提下，力求选择高效。低成本，制造周期短的毛胚生产方法。首先由设计人员提出毛胚材料和加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量、生产成本、并考虑交货期限及现有可利用的设备，人员和技术水平等选定合适的毛胚生产方法。 加工余量指毛胚尺寸与零件尺寸之差。加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响，余量过大会浪费原材料及机械加工时增加机床、刀具及能源的消耗，余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差，表面缺陷和本工序的装夹误差，易造成废品。因此，应根据影响余量的因素合理确定加工余量，零件加工一般要经多道工序，总加工余量就是每个中间工序加工余量的总和。（1） 尽可能采用最小的加工余量的总和，以求缩短加工时间，降低零件的加工费用。（2） 应有足够的加工余量，特别是最后工序，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。（3） 决定加工余量时，应考虑到零件在热处理后的变形，负责可能出现次品，造成浪费。（4） 决定加工余量时，应考虑被加工零件的大小。零件越大，由切削力、内应力引起的变形会越大，因此加工余量也相应大些。（5） 数控加工余量不宜过大，特别是粗加工时，其加工余量不宜太大，否则数控机床高效、高精度的特点难以实现。对于加工余量过大的毛坯，可在普通机床上先安排粗加工工序。1.3设备、夹具及量具的选择1.3.1设备的选择数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别. 如图1.3所示，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几数控铣床大部分组成： 1、主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋2、进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。3、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 4、辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。5、机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床基础。 图1.3 数控立式铣床 FANUC数控系统标准面板 工作台尺寸（mm）3001000主轴中心至立柱距离（mm）420X轴行程（mm）600工作台最大承重（kg）300Y轴行程（mm）350最小设定单位（mm）0.001Z轴行程（mm）450重复定位精度（mm）0.005主轴转速rpm2006000定位精度（mm）0.01刀柄型式BT40主电机（kw）3进给速度（mm/min）08000机床外形尺寸（mm）210020502200T形槽宽（mm）14机床重量（kg）1850T形槽间距（mm）80表11 数控立式铣床主要参数1.3.2选择夹具 铣床夹具中使用最普遍的是机械夹紧机构，这类机构大多数是利用机械摩擦的原理夹紧工件的。如平口虎钳、压板、螺旋机构。该零件为铝制板料材质，选用压板比较合适，定位时用力不易过大，以防变形。如图2.4。 （1） 为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。 （2） 为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。 （3） 夹具的刚性与稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。 图1.4 零件用压板的装夹1.4 零件的定位基准和装夹方案 工件的定位是指通过工件上的定位基准和夹具上的定位元件、工作表面之间的配合或接触实现的。在选择工件的定位基准时，应以减少装夹次数为原则，尽量做到在一定安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来，此零件选用工件底面为定位基准，两侧面为长度方向的定位基准。装夹一次后，应把待加工的面、凸台全部加工出来，来减小加工次数，减小误差。该零件只能用压板来装夹，零件应多次装夹才能完成，（1）毛坯方在工作台上，用压板在一侧压住，找正定位，分别把另三个面加工出来，再压到另一侧，把剩下的那一侧加工出来。 （2）把零件下面垫两个相同的垫铁，保证平衡，把零件放上去，用四个压板把工件的角压住，压角的下面要有垫铁，防止压板把工件压变形。找正工件，加工上面的凸台、槽，现把327828mm的面加工出来，留下上面的凸台，再把中间的两个通槽13740mm加工出来，精确尺寸。把中间的两个长凸台上的长槽加工出来，选用合理的刀具加工，保证尺寸。 （3）用钻头把4-4MM孔加工出来。 (4) 变换装夹方式，把零件侧立起来，加工两个侧面的孔保证尺寸。1.5 确定切削用量15.1切削用量的选择 零件加工时，对同一加工过程选择不同的切削用量会产生不同的切削效果。切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括背吃刀量、主轴转速或切削速度和进给量。（1）背吃刀量：在“铣床夹具零件材料的允许条件下，尽量选取较大切削深度，以减少走刀次数。如该零件，粗铣外轮廓的深度一次加工到位，厚度为11mm，留余量0.30.5mm。零件尺寸要求精度的地方，应留出余量，不要一步到位。（2）主轴转速; 主轴转速应根据零件上被加工部位的直径、零件和刀具材料及机床的性能来确定，主轴转速可按下式计算： n=1000v/d （1-1） 式中（1-1） n主轴转速，r/min； v切削速度，m/min； d零件待加工表面的直径，mm; (3) 进给量f 进给量指工件每转一周，刀沿进给方向移动的距离（mm/r）.粗车一般取0.30.8mm/r,精车一般取0.10.3mm/r.1.5.2进给速度： 外轮廓采用10的立铣刀，粗加工留0.5mm的精铣余量，零件的凸台327838mm , 键槽 29522.5mm的尺寸都应留出0.30.5mm的余量。粗加工时主轴转速为s=1400r/min、进给量f=0.5mm/r,精加工主轴转速为s=1600r/min、进给速度F=0.2mm/r。1.6刀具选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。 键槽铣刀（1） 立铣刀（2） 麻花钻（3） 键槽铣刀（4）刀具工艺卡零件名称卫星星上电源箱底板铣削加工设备名称数控铣床材料名称及号铝Z104序号刀具编号刀具名称加工内容刀具参数刀具直径材料1T1立铣刀铣削外轮廓327108mm 4022mm10硬质合金2T2立铣刀铣零件上的平面327 83mm 留台阶2957 16硬质合金3T3立铣刀加工外轮廓，精铣尺寸8硬质合金4T4键槽铣刀铣中间的两个通槽1374011mm16高速钢5T5键槽铣刀铣两个长槽29522.5mm2高速钢6T6钻头钻耳朵上的4个孔4mm4高速钢7T7钻头钻侧面的5个孔3mm3高速钢表12 刀具卡片13 设备名称 数控铣床 零件名称 电源箱底板铣削加工材料 铝Z104毛坯3313511mm 工艺卡片夹具压板 零件号 A4 工序号 工艺内容刀号1钻3的孔 深为5mm孔的中心在一条线上，保证尺寸。T7编制董冲审核吴跃文时间 2010年4月第2章 工艺卡片2-1零件孔的工卡片设备名称 数控铣床 零件名称 电源箱底板铣削加工材料 铝Z104 毛坯3313511mm 工艺卡片夹具压板 零件号 A4 工序号 工艺内容刀号 1 铣74mm，厚为2mm,键槽。保证圆弧铣出，精确尺寸。 T5 2用麻花钻加工33mm的孔，深为5mm，角度为118，保证加工精度。 T7编制董冲审核吴跃文时间 2010年4月表22 零件侧面槽的加工卡片 第3章 零件加工程序25 O 0001T1 M6; G54 G90 X0 Y60 S800 M03G43 H1 Z50；G0 Z2;G41 G1 X-2 Y60 D1 F100;Z-12;XO;Y117.5;X20;Y122;G02 X25 Y127 R5;G01 X55;G02 X60 Y122 R5;G01 Y117.5;X327;Y60;G0 Z50;X0 Y105;Z-10;G01 X17;Y118;X0;G0 Z2;X61 Y119;G01 Z-10;Y104;X327;Y118;X61;G0 Z2;X0 Y105;Z-10;G01 X17;G03 X20 Y108 R3;G01 Y117.5;G02 X25 Y127 R5;G01 X55;G02 X60 Y122 R5;G01 Y108;G03 X63 Y105 R3;G01 X327;G00 Z2;X16 Y105;G01 Z-6 F200;X64;Y122;X17;Y127;X63;G40 G0 Z50;M01;M28 Y0;换位装夹T1 M06;G54 G90 X0 Y0 S800 M03;G43 H1 Z50;G0 Z2;G41 G1 X328 Y107 D1 F200;G1 Z-12;G1 X327 Y105;Y9.5;X60;Y5;G02 X55 Y0 R5;GO1 X25;G02 X20 Y5 R5;G01 Y9.5; X0; Y60;G0 Z2;X327 Y2;G01 Z-10;X62;Y10;X327;G00 Z2; X24 Y9;G01 Z-10; Y18; X0; Y0;G00 Z2; X327 Y22;G01 Z-10 F200; X63;G03 X60 Y19 R3;G01 Y5;G02 X55 Y0 R5;G01 X25;G02 X20 Y5 R5;G01 Y19;G03 X17 Y22 R3;G01 X0;G00 Z2; X64 Y21;G01 Z-6; Y22; X17; Y5;X63;Y0;X20;G40 G0 Z50;MO5;G28 Y0;T2 M06;G54 G90 X0 Y0 S800 M03;G43 H2 Z50;G0 Z2;G41 G1 X15 Y21 D1 F200;Z-3;Y107;X315;G0 Z2;X315 Y21;G01 Z-3 F200;Y36;X0;Y46;X315;Y75;X0;Y83;X315;G40 G0 Z50;M01;T3 M06;G55 G90 G0 X0 Y0 S1000 M03;G43 H3 Z50;G00 Z2;G41 G1 X16 Y37.5 D1 F250;Z-3;Y44.5;X311;Y37.5;X16;G0 Z2;X16 Y84.5;G01 Z-3 F200;Y91.5;X311;Y84.5;X16;G00 Z2;X328 Y72;G01 Z-3;X320.5;Y100;X329;Y22;X320.5;Y56;X328;G40 G0 Z50;M01;T4 M06;G55 G90 X0 Y0 S800 M03;G43 H4 Z50;G00 Z2;G41 G1 X20 Y65 D1 F200;G1 Z-12;G03 X16.5 Y60 R5;G01 Y54.5;G03 X26.5 Y44.5 R10;G01 X152.5;G03 X153.5 Y54.5 R10;G01 Y74.5;G03 X152.5 Y84.5 R10;G01 X26.5;G03 X16.5 Y74.5 R10;G01 Y58;G00 Z2; X175 Y60;G01 Z-12 F200;G03 X173.5 Y57 R3;G01 Y54.5;G03 X183.5 Y44.5 R10;G01 X300.5G03 X310.5 Y54.5 R10;G01 Y74.5;G03 X300.5 Y84.5 R10;G01 X183.5;G03 X173.5 Y74.5 R10;G01 Y55;G40 G0 Z50;M01;T5 M06;G55 G90 G0 X15 Y87 S2000 M03;G43 H5 Z50;G00 Z2;G41 X15 Y87 D1 F200;G01 Z-2.5;X312 F100;G0 Y42;G01 X15 F100;G40 G0 Z50;M01;T6 M06;G56 G90 G0 X25 Y5 S1500 M03;G43 H6 Z50;G98 G83 Z-12 R2 Q5 F100;X55 Y5;X25 Y122;X55 Y122;G80 G0 Z50;M05;G28 Y0;T7 M06;G56 G90 G0 X-7 Y29 S1000 M03;G43 H7 Z50;G00 Z2;G98 G83 Z-5 R2 Q2 F200;X-7 Y74.5;Y63.5;Y82;Y98;G80 G0 Z50;M05G28 X0 Y0;M30;第4章 零件加工模拟仿真4.1 Mastercam的简介Mastercam 是美国CNC Software公司开发的CADCAM一体化软件，包括美国在内的各工业大国都采用该软件作为设计，加工制造的标准，在CAM全球市场份额上Mastercam X雄踞榜首。Mastercam X在IMTS 2004年展会上正式推出，软件核心经过重新设计后，能与Microsoft公司的Windows技术更加紧密地结合，使程序运行更加流畅，设计效率更加高效。目前，Mastercam X以优良的性价比、常规的硬件要求、灵活的操作方式、稳定的运行效果及易学易用的操作方法等特点，成为世界上应用最广泛、最优秀的软件之一，也是我国应用最广泛、最有代表性的CADCAM软件之一。它主要应用于机械、电子、汽车和航空等行业的模具制造。4.2模拟仿真（1） 首先，打开 Mastercam 软件档案档案转换Autodesk读取弹出个请指定欲读取之档名找到在AutoCAD中保存的DXF文件打开确定是回主功能菜单转换平移所有的图素执行两点间原点确定返回主功能菜单刀具路径工作设定原点显示素材确定回主功能菜单刀具路径工件设定Y135、X235、Z11显示素材确定。（2） 挖槽铣削， 接上述中挖槽串联选择要加工的外形轮廓执行从刀库中选择11平刀确定设定进给率500、下刀速率500、提刀速率1000、主轴转速1200等参数挖槽参数设定（如图4-1）设置参考高度50、进给下刀位置2、工件表面0、深度-3、加工方向顺铣粗修/精修参数（如图42）平行环切选择只在最后深度才执行一次精修确定操作管理刀具路径模拟手动控制（S）或者实体验证加工。如图4-3、4-4、4-5、4-6所示。图41 零件挖槽设置参数图42 零件粗修/精修 参数43侧面走刀路线图44 零件侧面加工成形零件图45 正面走刀路线图46 零件最终加工效果图参考文献1. 张梦欣 高级车工工艺与技能训练 中国劳动社会保障出版社；2. 张梦欣 金属切削原理与刀具 中国劳动社会保障出版社；3. 陈于萍 高晓康 互换性与测量技术 高等教育出版社。4. 周 玮 数控编程 中国劳动社会保障出版社5. 吕永智 公差配合与技术测量 机械工业出版社6. 冯秋官 机械制图与计算机绘图 机械工业出版社7. 邓文英 宋力宏 金属工艺学 高等教育出版社致谢本毕业设计在我的导师吴跃文的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，吴老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。帮助我解决了不少困难，为了我的毕业设计，你给了我许多资料，不断给我鼓气督促我。做的不对的地方你耐心的给我指正和解决。在此，我向你表示深情的谢意。 在此，我还要感谢在一起度过三年生活的各位同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑， 从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!