复杂零件的加工毕业设计

毕业设计说明书 设计课题：复杂零件的加工目 录绪论 第一章 典型轴数控加工毕业设计 典型轴零件图 1.零件总体分析 1.1零件图样分析 1.2零件毛坯图2.零件工艺分析 2.1零件加工分析2.2确定零件加工方案3.确定数控加工内容4.数控加工工艺分析 4.1数控工序主要加工内容4.2机床选择4.3确定装夹方案 4.4刀具的选择 4.5编程原点的确定 4.6确定加工顺序4.7数控加工工艺卡4.8数学处理5.程序编制及说明6.程序校验 6.1仿真6.2预演6.3 首件试切7.机床操作7.1机床操作安全知识7.2工件装夹与找正 7.3对刀7.4试切及加工第二章 腔体数控加工毕业设计平面槽形凸轮零件图1.零件图工艺分析2.选择设备3.装夹方案的确定4.确定加工顺序及进给路线5.刀具的选择6.切削用量的选择7.填写数控加工工艺卡8. 程序编制及说明9. 程序校验10. 机床操作 设计总结参考文献绪 论随着现代科学技术的发展，数控技术在机械制造领域日益普及与提高，各种类型的数控机床在生产中得到越来越广泛的应用，现代机械产品日趋精密复杂，发展现代数控机床是当前制造业技术改造、技术更新的必由之路。 数控技术是现代机械系统、机器人、FMS、CIAMS、CADCAM等高新技术的基础，是采用计算机控制机械系统实现高度自动化的桥梁，是典型的机电一体化高新技术。随着数控技术的普及和广泛应用，机械制造业对数控技术应用人才的要求也越来越高。本次毕业设计主要目的为：1、培养学生综合运用已学过的专业课的理论知识，独立地分析和拟定三个零件的合理的工艺路线，初步具备设计三个中等复杂程度零件的工艺规程的能力并加工实物。2、培养学生熟悉和应用各种手册、图表、设计表格、各种标准等技术资料，特别是对企业的技术资料、工艺文件有一定的了解，以便能掌握从事工艺工作的方法和步骤。3、进一步培养学生的机械制图、分析计算、结构设计、编写技术文件等的基本技能。4、对零件进行工艺分析，绘制零件图和毛坯图，数控加工工艺过程，等，填写数控加工工序卡片，编制数控加工程序进行实物加工撰写设计说明书。第一章 典型轴类零件加工典型轴零件图1.零件总体分析1.1零件图样分析该零件表面由圆柱、槽、螺纹及孔等表面组成，其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求，全部取其基本尺寸。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。通过上述分析，可采用以下几点工艺措施：）选择设备，在卧式数控车床上加工零件，可以将所有加工全部完成，以体现数控加工的工序集中特点。根据被加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6136A数控车床。该图样上没有标注公差精度，说明精度不是很高，故编程时全部取其基本尺寸即可，而公差精度由机床和加工过程中操作等来保证，着重要把握螺纹加工、车槽和圆弧加工过程中不要发生干涉，圆弧和圆柱联接处不要发生干涉。2） 毛坯选50mm100mm的棒料。2.零件工艺分析2.1零件加工分析2.1.1 零件装夹（夹具的选择）从零件图可以看出，该零件必须进行两次装夹来加工。第一次装夹用三爪自定心卡盘定心夹紧，夹持右端，加工左端。第二次装夹用三爪自定心卡盘定心夹紧，夹持左端已加工42mm的圆柱部位，加工左端。该典型轴属于短轴类零件，刚性较好，所以只要装夹稳固，便可以使用较大的切削用量。2.1.2工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，它包括零件整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等的工艺性，其涉及面很广，具有综合性。在不同的生产类型和生产条件下，同一种零件制造的可行性和经济性可能不同，所以，在对零件进行工艺性分析时，必须根据具体生产类型和生产条件，全面、具体、综合地分析。在制订数控加工工艺规程时，主要进行零件的切削加工工艺分析，它主要涉及如下几点：1） 工件应便于在机床或夹具上装夹，并尽量减少装夹次数。2） 刀具易于接近加工部位，便于进刀、退刀、越程和测量。3） 便于观察切削情况。4) 减少刀具调整和走刀次数。5) 减少加工面积及空行程，提高生产率。6) 采用标准刀具，尽可能减少刀具种类。7) 减少工件和刀具的受力变形。8)改善加工条件，便于加工，必要时应便于采用多刀、多件加工。9）适宜的定位8准，且定位基准至加工面的标注尺寸应便于测量。综上所述，根据加工工艺分析，从图样要求看出，该零件加工内容为圆柱面、凸半圆弧、螺纹等，并且都集中在外表面上。尺寸的精度、表面粗糙度要求不算高，但是在达到加工要求且不浪费材料和工时的情况下尽量做好每一步。2.2确定零件加工方案由于典型轴加工内容为圆柱、圆弧、螺纹等，是常见的车削结构，精度和表面粗糙度要求不高，但由于有圆弧、槽等，在普通卧式车床上加工质量稳定性较难控制，所以选择数控车床。按照加工原则，应先粗后精、先近后远、互为基准、先面后螺丝、先面后槽，尽量地使工序集中，减少装夹次数、换刀次数，缩短加工时间。 工件坐标系：该零件加工时需调头，每次调头后加工，工件坐标系原点均定于工件右端面的中心。 装夹刀加工顺序的处理：毛坯为50mm100mm的棒料，按先内后外的原则进行处理。第一步：夹紧右端面，伸出长度85mm 先加工右端面1) 车端面2) 车外圆48mm80mm 3) 切槽4) 车螺纹5) 切断第二步：调头装夹，夹持已加工过的40mm的部分。1) 车端面2) 车外圆48mm15mm 倒角C1.5第三步：检验。按图样要求检查各部。第四步：入库。涂油入库。3.确定数控加工内容数控加工一般采用工序集中原则，本次设计的螺纹端既可以放在数控车床上也可以用于普通车床上加工，视车间各机床岗位任务量调整来确定。本次设计是将工艺过程卡中的三次装夹内容均确定为数控车削加工工序，从而进行数控加工设计。4数控加工工艺分析4.1数控工序主要加工内容4.1.1主要加工内容1）螺纹及其倒角加工。2）圆弧加工。4.1.2主要加工精度精度不是很高，最小的表面粗糙度为Ra1.6m,故公差精度和表面粗糙度由机床和加工过程中操作等来保证。4.1.3数控加工切削用量的选择在卧式数控车床CJK6136A上用三爪自定心卡盘定心夹紧进行三次装夹来加工。 背吃刀量。 ap=0.25mm 主轴转速 查1表5-2 取切削速度 Vc=120m/min 主轴转速=900r/min 车螺纹、主轴转速取n=320r/min 进给量 取进给量f=0.1mm/r 由公式计算得，进给速度vf=90mm/min 车螺纹的进给量 f=2mm/r4.2机床选择由于加工内容为圆柱、圆弧、螺纹等，车削加工便可全部完成。按精度将该零件加工分成粗车、精车两工步，虽然精度和表面粗糙度要求不高，但是由于有圆弧、螺纹和槽，在普通卧式车床上操作较困难，且质量稳定性受人为因素影响大，精度不易保证。故选择数控车床。根据典型轴的结构、规格、精度等，所以选择对卧式数控车床CJK6136A。4.3确定装夹方案典型轴的加工内容为回转体的回转面，根据半圆弧、螺纹和槽等加工要求，该工件采用回转体通常的定位基准回转中心线，利用三爪自定心卡盘就能实现工件加工时的定位夹紧需要。考虑到螺纹加工和车槽质量，车槽加工时因其刚性减弱而增加跳动，故具体装夹方案如下：第一次装夹用三爪自定心卡盘定心夹紧，夹持左端棒料，加工右端。 第二次装夹用三爪自定心卡盘定心夹紧，夹持右端没有螺纹的34mm的圆柱部位，加工左端。4.4刀具的选择1）外圆精车刀，主偏角Kr=900，副偏角Kr=300的硬质合金车刀。2）外切槽刀20x20，刃宽3.83）450外螺纹车刀。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表2-1），以便编程和操作管理。表2-1 数控加工刀具卡片产品名称或代号车床零件名称典型轴零件图号001序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01900外圆车刀1车端面及粗车和车外轮廓右偏刀2T02刃宽3.8 mm外切槽刀1切宽5mm槽3T0345外螺纹车刀1车螺纹4T04麻花钻1钻孔5T05内孔镗刀1镗孔编制审核批准曾军华第1页4.5编程原点的确定将编程原点选在设计基准并以其为定位基准，这样不但可避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算，而且容易找正对刀，对刀误差小，编程方便。根据典型轴的零件分析，该零件为回转体，而且该零件的设计基准和定位基准重合。为了编程及对刀操作方便，将编程原点选在工件端面的中心点。4.6确定加工顺序1）第一次装夹车端面、粗车外圆，从右到左加工到48mm圆弧的最高点, 单边留0.25mm精车余量。2）第二次调头装夹，夹持已加工过的尺寸34mm的部分。车端面、精车外圆，从右到左加工到48mm圆弧的最高点, 单边留0.25mm精车余量，与前一车削的刀痕相接。 共切2处，第一处宽6mm5mm、第二处宽6mm4mm的槽达到图纸要求。车螺纹达到图纸要求。 47数控加工工艺卡片 综合前面分析的各项内容，并将其填入表2-2所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。表2-2 数控加工工艺卡片单位江西应用工程职业学院产品名称或代号零件名称材料零件图号车床典型轴45钢001工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间001O001三爪自定心卡盘001CJK6136A数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格/ mm主轴转速/r.min-1进给速度/mm.min-1背吃刀量/ mm备注1车右端面T0120mm20mm500手动2车外圆T0120mm20mm500800.25自动3 切槽T0220mm20mm400手动4倒角T0120mm20mm500800.25自动5螺纹T0320mm20mm35080025自动6掉头装夹已加工的部分7车外圆48mm15mmT0120mm20mm70060025自动8钻孔T0420mm20mm500500.25自动9镗孔T0520mm20mm 50050 0.25 自动编制审核 批准曾军华共1页第1页4.8 数学处理4.8.1 确定编程坐标1）确定工件坐标原点。将编程坐标原点分别定在工件两个端面的中心点上。2）确定换刀点。换刀点的设置必须保证换刀转动安全，不至于碰到工件或尾座，故将其设在Z坐标为离编程坐标原点100m处，X坐标为车床主轴轴线100 mm处。3）确定对刀点。将对刀点设在工件端面的最外轮廓点。5. 程序编制及说明 13O0123 T0101 M03 S600 G0 X50 Z1 G71 U2 R1 P10 Q20 X0.5 F100N10 G0 X0 Z1 G1 Z0 G03 X20 Z-10 R10 F100 G01 X20 Z-15 X27 X30 W-1.5 Z-30 G02 X34 W-2 R2 G01 X34 Z-45 X38 X42 Z-55 Z-65 G03 X48 W-3 R3 Z-65 G03 X48 W-3 R3N20 G01 Z-80 G0 X100 Z100 M05 T0202 M03 S400 G0 X31 Z-28.8 G1 X25 Z-28.8F30 G0 X31 Z-30 G1 X25 Z-30 G0 X50 G0 X35 Z-43.8 G1 X30 Z-43.8 G0 X39 Z-45 G1 X30 Z-45 G0 X100 Z100 M05 T0303 M03 S400 G0 X31 Z-14 G82 X29.2 Z-25 F1.5 X28.6 Z-25 F1.5 X28.2 Z-25 F1.5 X28.04 Z-25 F1.5 G0 X100 Z100 M05 T0202 M03 S350 G0 X49 Z-88.8 G1 X0 G0 X100 Z100 M05 M30 O0124 T0101 M03 S600 G71 U2 R1 P10 Q20 X0.5 F100N10 G0 X55 Z1 G1 Z0 G1 X42 Z0 X45 Z-1.5 Z-10N20 X48 G0 X100 Z100 M05 M306程序校验6.1 仿真仿真加工是对已有的加工轨迹进行加工过程模拟，以检查加工轨迹的正确性。对系统生成的加工轨迹，仿真时的加工参数就是轨迹中记录的参数。从外部反读进来的刀具轨迹，仿真时加工参数需要再次核定。6.2 预演程序输入后，将机械运动主轴运动及M、S、T等辅助功能锁定，以自动循环模式让数控机床静态下执行程序，通过观察机床坐标位置数据和报警显示，判断程序是否有语法、格式或数据错误。6.3 首件试切1）通过首件试切，检测工件的尺寸和表面粗糙度等要求，校验各程序段及参数设置的正确性。2）通过车削过程，检验工件加工余量的分配、粗车路线是否合理及校验粗车各程序段的参数。3）零件首件检验。用游标卡尺，千分尺检验各外径和长度尺寸，用R规和百分表（千分表）检验圆弧形状精度，用螺纹环规或三针测量法检查螺纹。4）零件首件检验合格后，程序投入生产使用。7.机床操作7.1机床操作安全知识数控车床的正常使用必须满足如下条件：1）温度条件。数控车床的环境温度应低于300C，相对湿度应不得超过80。一般来说，数控电动箱内部设有排风扇和冷风机，以保持电子元件，特别是中央处理器工作温度恒定或在小范围内变化。2）电源要求。电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。否则会直接影响数控系统的正常工作。如果电源电压波动大、波动频繁，应及时设置稳压电源。3）按数控车床操作说明书的要求使用车床。用户在使用车床时，不允许随意改变控制系统设定的参数。不允许随意更换机床附件。7.2 工件装夹与找正1）安装工件时，应保证工件所有待加工面加工方便，同时考虑机床主轴与刀架间的最小距离和刀具的装夹长度，确保在行程范围内完成零件的全部加工内容。2）夹具的安装必须保证刀具运动有足够的空间，夹具不能和各工步刀具轨迹发生干涉。3）夹紧点数量及夹紧位置不能影响零件的刚性。7.3对刀7.3.1对刀点的确定安装工件时，工件在卡盘上的安装长度位置是任意的，因此在工件正确安装后都要进行对刀操作。对刀的目的就是寻找工件在机床坐标系中的位置，工件在机床坐标系中的位置又是通过工件上某一特定点在机床坐标系中的位置来反映，对刀点选择在工件上对刀操作方便的位置。7.3.2对刀注意事项1）根据加工要求，手动试切正确对刀，控制对刀误差。2）注意移动方向，避免撞车。3）对刀数据一定要存入与程序对应的存储地址，防止调用错误。4）工件坐标的建立。原则上讲，工件坐标系的设定是任意的，可以在毛坯的任何位置，也可以设置在毛坯的外面。坐标原点及坐标方向的选择应便于编程，同时还要考虑图样尺寸和标注习惯等。本次设计三次装夹工件的坐标原点都设在工件端面中心点上，这样便于编程和对刀。7.4试切及加工程序检验正确后进行零件加工，其步骤为：1）打开机床主电源和空气开关，按下操作面板上的电源开关，显示屏上出现X、Z坐标值，确认。2）回零。3）手动数据输入。4）输入程序。5）寻找程序。6) 编辑程序。7）设定补偿值。8）检查程序。9）实际切削。第二章 腔体数控加工毕业设计1、零件图工艺分析 该腔体的材料为45#钢，尺寸为160mm100mm30mm。因毛胚尺寸与零件实际尺寸相差较大，所以将毛胚4个侧面铣削为100mm80mm。从工序集中和便于定位两个方面考虑，全部孔在加工中心加工，将顶面作为主要定位基准。2、选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选用立式铣加工中心XH714G或VMC0641。3、 装夹方案的确定该腔体零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，所以可选通用平口钳，从腔体底面和两个侧面定位，用平口钳钳口从侧面夹紧。 4、确定加工顺序及进给路线加工顺序按由粗后精、先主后次、先基准后其他、先面后孔的原则确定。因此，1）外轮廓的加工方案选择该腔体外轮廓面的表面粗糙度要求为Ra3.2，可选择“粗铣精铣”方案；2）孔加工方案的选择孔表面的加工方案很大程度上取决于内孔表面的尺寸精度和表面粗糙度。对精度较高、表面粗糙度值较小的表面，一般不能一次加工到规定的尺寸，而要划分加工阶段逐步进行。该零件加工310时的加工方案选择为“钻孔-精铰”的方案。5、刀具的选择零件上下平面采用端面铣刀（在我院用平底铣刀）加工，根据背吃刀量选择端面铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入、切出角；并且铣刀应尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减少相邻两次进给之间的接刀痕迹。外轮廓采用立铣刀加工，铣刀直径可以适当增大，以提高加工精度和效率，取20mm的平底铣刀。根据零件的结构特点，铣削凸轮槽形内外轮廓面时，铣刀直径受槽宽限制，取10mm键槽铣刀加工，粗加工选用10mm高速钢键槽铣刀，精加工选用10mm硬质合金键槽铣刀, 铣刀底圆角R0.5mm。将所选定的刀具及其加工表面和刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表4-1），以便编程和操作管理。表4-1 腔体零件数控加工刀具卡片产品名称或代号自动车床零件名称凸轮零件图号003序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T0120平底刀1铣削侧面和顶面2T0210键槽铣刀1铣槽3T033中心钻1点钻4T049.7 麻花钻1钻9.7通孔5T0610铰刀110铰孔编制审核批准曾军华共1页第1页6、切削用量的选择该零件材料切削性能较好，铣削上、下平面及外轮廓时，留0.5mm精加工余量；凸轮槽形内外轮廓面粗加工时, 留0.1mm精铣余量；加工310通孔。选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，然后计算主轴转速与进给速度。7、填写数控加工工艺卡片综合前面分析的各项内容，并将其填入，详见表4-2所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。表3-2 腔体零件数控加工工艺卡片单位江西应用工程职业学院产品名称或代号零件名称材料零件图号自动车床凸轮HT200003工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间001O001三爪自定心卡盘、螺旋压板机构和一面两销自制夹具003XH714G或VMC0641数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格/ mm主轴转速/r.min-1进给速度/mm.min-1背吃刀量/ mm备注1铣工件四个侧面T0120180402手动2工件铣上表面T0120180250.5自动3工件铣下表面T0120180250.5自动4粗铣工件外轮廓T0120180402自动5精铣外轮廓T0120180250.5自动6粗铣槽T02107004004自动7精铣槽T0210700250.5自动8钻所有孔的中心孔T0331000201.5自动9钻310的通孔T049.7300409.8自动10铰310的通孔T0510300405.8自动编制审核批准曾军华共1页第1页8. 程序编制及说明O0123G80 G40 G49G90 G54 G0 x-70 y-60T01 M06M03 S600G43 G0 z10 H01G1 z0 F100M98 P20124G0 z100M05T02 M06G54 G90 G0 x0 y-30M03 S500G43 G0 z10 H02G41 x21 y-18 D02 F100G01 x21 y0G01 z-3G03 x21 y0 I-21 J0 F100G03 x0 y21 R21G01 x0 y12G03 x0 y12 I0 J-12G03 x-12 y0 R12G40 G1 x10 y0G0 z100G49M05T02 M06G54 G90 G0 x40 y20M03 S500G43 G0 z10 H02G41 D02 G01 x23 y20G01 x23 y0G01 z0M98 P20125G01 z10G0 z100G49 G40 x0 y0M05T03 M06G54 G90 G0 x13 y-7.5M03 S800G43 G0 z10 H03G99 G81 x13 y-7.5 z-4.5 R5 F100 x0 y15 x-13 y-7.5G0 z100G49 G80M05T04 M06G90 G54 G0 x13 y-7.5G43 G0 z10 H04M03 S500G98 G83 x13 y-7.5 z-26 R2 Q4 F100 x0 y15 x-13 y-7.5G0 z100G49 G80M05T05 M06G90 G54 G0 x13 y-7.5G43 G0 z10 H05M03 S150G98 G82 x13 y-7.5 z-26 R-2 P3000 F100 x0 Y15 x-13 y7.5G0 z100G49 G80M05M30O0124G91 G01 z-3.25 F100G90 G41 G01 x-46.76 y-45 D01 X-36.2 y15 x-31.5 y15G03 x-19.2 y19.2 R20 F100G01 x7 y39.4G02 x37.6 y-13.7 R40G01 x10 y-35G01 x-60 y-35G40 G01 x-70 y-60M99O01205G91 G01 z-3.25 F30G90 G03 x37 y0 R7 F80G03 x18.5 y32 R37 x11.5 y19.9 R7G02 x23 y0 R23M999. 程序校验10. 机床操作毕 业 设 计 总 结我们在此次毕业设计中碰到了很多的困难，例如：在确定工艺方案时，我们对选择哪种方案产生了分歧，最后经查阅相关资料、请教老师并综合考虑才决定本次设计的加工方案。 通过这次的毕业设计我学到了很多东西，例如：制订加工工艺，根据计算的切削用量编制加工程序等。本次毕业设计使我对零件数控加工的过程有了深刻地了解。此次毕业设计综合运用了我之前所学的知识，如：“机械制图”、“金属工艺学”、“数控加工工艺”、“数控机床结构”、“数控编程与操作”等。此次毕业设计的整个过程为：分析零件图、制订零件加工总体方案、拟订工艺过程、选定数控加工内容、数控工艺分析、编制数控加工工艺、选择机床、选择装夹方案、选择刀具、选择切削用量、编写程序等。本次毕业设计的重点在于分析零件图、编制数控加工工艺、编写程序等。难点在实际加工。通过毕业设计，我发现自己存在很多不足，在以后的学习当中我会努力去充实和完善自己。最后，感谢老师在指导过程中给予的大力支持和帮助。参考文献1宋志良,黄国兵,陈虎.机械制图M.北京：理工大学出版社，2009.2丁德全,金属工艺学M.北京：机械工业出版社，20093苏建修,杜家熙.数控加工工艺M.北京：机械工业出版社，2010.4魏杰.数控机床结构M.北京：化学工业出版社，2009.5许春香.数控编程与操作M. 北京：清华大学出版社，2010.