转向臂零件数控加工工艺、加工仿真论文

南昌航空大学科技学院学士论文转向臂零件数控加工工艺、加工仿真摘要：本文介绍了转向臂零件加工工艺的基本类型及工艺规程，并重点对工艺过程和数控仿真加工过程进行了分析探讨。本文主要利用三维软件来设计仿真加工的全部过程。本文设计的转向臂，在工农业中的应用非常广泛。通过分析其在锤上模锻的变形过程，应用金属塑性变形基本原理，制定了转向臂的成形工艺。在设计过程中，根据转向臂零件的各种参数，分析了其由坯料变为成形锻件的变形过程，制定出了较为合理的工艺流程；由转向臂锻件的制坯过程，设计出了较为经济，使用方便，较为合理的加工过程。关键词：工艺设计 模具设计Steering arms parts CNC processing technology, machining simulationStudent name:Li Chen Class:0781053Supervisor:Abstract：This text introduced the basic type and the craft rules distance of the hot Forging craft, laying equal stress on to order to model principle and transform process to carry on an analytical study to the hammer mold Forging. This paper mainly using three-dimensional software to design simulation processing of all process.This text design of change direction arm, very extensive in the application in the work agriculture.Pass analytical it the mold Forging transforms process on the hammer, applying the metals to transform basic principle, drawing up to change direction arm of take shape a craft, and complete to change direction arm of the Forging mold design.During the period of design, according to change direction various parameter of the arm spare parts, analyze it is anticipate by the metals to change in to take shape the Forging piece to transform process, draw up more reasonable craft process;From change direction the arm Forging piece system process, design more economic, use convenience, more reasonable molding tool.Keyword:Craft design The molding tool designSignature of supervisor:目录摘要- 1 -Abstract- 2 - 1 绪论- 5 -1.1 高速切削- 5 -1.2 高精度控制- 5 -1.3 高柔性化- 5 -1.4高一体化- 6 -1.5 网络化- 6 -1.6智能化- 6 -2 生产类型的确定- 6 -2.1 零件的作用- 6 -2.2 零件的工艺分析- 7 -2.21 以16mm孔的中心线加工表面- 7 -2.22 以9.3mm孔的中心线加工表面- 7 -3选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图- 7 -3.1求最大轮廓尺寸- 7 -3.2 选取公差等级CT- 7 -3.3求铸件尺寸公差- 7 -3.4求机械加工余量等级- 8 -3.5求RMA（要求的机械加工余量）- 8 -3.6求毛坯基本尺寸- 8 -4 工艺路线拟定- 9 -4.1定位基准的选择- 9 -4.2拟定加工方法和加工方案- 9 -4.21工艺路线- 9 -4.22确定工艺过程方案- 10 -5 选择加工设备及刀具、夹具、量具- 11 -5.1选择加工设备与工艺设备- 11 -5.11选择机床，根据不同的工序选择机床- 11 -5.12选择夹具- 12 -5.13选择刀具，根据不同的工序选择刀具- 12 -5.14选择量具- 12 -5.2 确定工序尺寸- 12 -5.21面的加工（所有面）- 12 -5.22孔的加工- 13 -6 确定切削用量及基本时间- 13 -6.1 工序号02、03、04- 13 -6.2工序号05- 16 -6.3工序号06- 16 -6.4工序号07- 17 -6.5工序号08- 19 -6.6工序号09- 19 -6.7工序号10- 21 -6.8工序号11- 22 -7 UG数控加工仿真- 24 -7.1 创建坐标系- 24-7.2 铣外形，铣刀- 24 -7.3 铣上端面，创建坐标系，刀轨，粗铣- 26 -7.4 铣两侧端面，建坐标系，刀轨，粗铣- 27 -7.5 铣下端面，建立坐标系，刀轨，粗铣- 29 -7.6 铣26端面 坐标，刀轨- 30 -7.7铣铣20mm圆柱B、C面- 30 -7.8选15.85mm的麻花钻，粗钻15.85mm的孔，选16mm的麻花钻，精铰16mm的孔- 33 -7.9选8.5mm的麻花钻,钻8.5的孔- 35 -7.10 选9.3mm的麻花钻，钻9.3的孔- 35 -7.11选17mm的锪钻，刮平16mm的孔两侧端面，入体1mm- 36 -7.12铣上端面，创建坐标系，刀轨，精铣- 36 -7.13铣两侧端面，建坐标系，刀轨，精铣- 37 -7.14铣下端面，建立坐标系，刀轨，精铣- 39 -心得体会- 41 -参考文献- 42 -致谢 - 42 - 1 绪论现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。 1.1 高速切削 受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。 高主轴转速可减少切削力，减小切削深度，有利于克服机床振动，传入零件中的热量大大减低，排屑加快，热变形减小，加工精度和表面质量得到显著改善。因此，经高速加工的工件一般不需要精加工。 1.2 高精度控制 高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。 提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到0.1 m，并进入了亚微米级，不久超精度加工将进入纳米时代。(加工精度达0.01 m) 1.3 高柔性化 柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。 数控系统在21世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途。具体是指具有开放性体系结构，通过重构和编辑，视需要系统的组成可大可小；功能可专用也可通用，功能价格比可调；可以集成用户的技术经验，形成专家系统。 1.4高一体化 CNC系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。 1.5 网络化 实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。建立分布式网络化制造系统，可便于形成“全球制造”。 1.6智能化 21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要求等。 2 生产类型的确定2.1 零件的作用据资料所示，该转向臂的作用和方向盘、转向拉杆一起配合使用，从而达到控制转向轮的转向角度。2.2 零件的工艺分析由零件图可知：16、9.3的孔中心线是主要的设计基准和加工基准。该零件的主要加工面可分为两组：2.21 以16mm孔的中心线加工表面 这一组加工表面包括：铣26mm单侧端面、钻16mm的孔、倒角145、钻8.5mm的孔。2.22 以9.3mm孔的中心线加工表面 这一组加工表面包括：铣20mm两端面、钻9.3mm的孔、锪16mm的沉头。概括：由于16、9.3的孔中心线位置精度不高，又16mm内孔的精度比9.3mm内孔的精度较高。所以由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。3选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图根据零件材料确定毛坯为长方体铝合金,中批量生产。按机械制造技术课程设计指导可确定：3.1求最大轮廓尺寸 长133.5mm、宽48.9mm、高49.15mm 故最大轮廓尺寸为133.5mm。3.2 选取公差等级CT 铸造方法按机械造型、铸件材料按可锻铸铁，得CT范围812级。取为10级。3.3求铸件尺寸公差 根据加工表面的基本尺寸和逐渐公差等级CT=10级，公差带相对于基本尺寸对称分布。3.4求机械加工余量等级 机械加工余量等级范围为EG，取为F级。3.5求RMA（要求的机械加工余量） 对所有加工表面取同一个数值，最大轮廓尺寸为133.5mm，机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1.5mm。3.6求毛坯基本尺寸依零件图可知：16、9.3、8.5孔径较小，铸成实心。 A面属单侧加工，由式（5-1）得 R=F+RMA+CT/2=32+1.5+2.8/2=34.9mm B、C面属两侧加工，由式（5-2）得 R=F+2RMA+CT/2=26+21.5+2.6/2=30.3mm 根据数据可得：转向臂铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表（3-1）表（3-1）项目A面B、C面16孔9.3孔8.5孔公差等级CT1010加工面基本尺寸3226铸件尺寸公差2.82.6机械加工余量等级FFRMA1.51.5毛坯基本尺寸34.930.30004 工艺路线拟定 4.1定位基准的选择 粗基准：为保证工件重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。为互为基准，以20mm端面为粗基准。即B、C面。精基准：精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使两孔互为基准，选16的孔作为精基准。4.2拟定加工方法和加工方案4.21工艺路线：1、粗铣上端面2、铣两侧端面3、粗铣下端面4、铣16mm孔的端面，即26mm圆柱A面5、铣9.3mm孔的两端面，即20mm圆柱B、C面6、钻、精铰孔16mm，倒角1457、钻8.5mm孔8、钻9.3mm孔9、刮平B、C面16mm，两端入体1mm4.22确定工艺过程方案见下表（4-1）表（4-1）工序号工序内容简要说明01正货处理145204HBS改善材料加工性能02粗铣上端面03粗铣两侧面04粗铣下端面05铣26mm圆柱A面先加工面06铣20mm圆柱B、C面07钻、精铰孔16mm，倒角145后加工孔08钻孔8.5mm09钻孔9.3mm10刮平B、C面16mm，两端入体1mm11精铣上端面精铣20mm圆柱B、C面精铣下端面12去毛刺13终检5 选择加工设备及刀具、夹具、量具由于生产类型为中小批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成.5.1选择加工设备与工艺设备5.11选择机床，根据不同的工序选择机床工序号02：铣上端面。因为工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。工序号03：铣两侧面。因为工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。工序号04：铣下端面。因为工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。工序号05：铣20mm圆柱B、C面。因为互为基准，工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。工序号06：铣26mm圆柱A面。因为工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。工序号07：钻、精铰孔16mm，倒角145。选用Z535立式钻床。 工序号08、06：钻孔8.5mm、9.3mm。由于内孔的粗糙度、精度要求不高，可以一次性钻通孔达到加工要求。故选Z525立式钻床。 工序号09：刮平B、C面16mm，两端入体1mm。粗糙度要求不高，宜采用Z525立式钻床。5.12选择夹具本零件除粗铣及钻孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。5.13选择刀具，根据不同的工序选择刀具、铣刀：根据资料选择硬质合金端面铣刀。铣刀直径：d=80mm,齿数Z=10mm。、钻、精铰孔16mm，倒角145。选用麻花钻等专用刀具。、刮平面16mm，选用专用锪刀。5.14选择量具本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件的表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：、选择加工面的量具根据资料：用分度值为0.02mm的三用游标长尺测量，测量范围0mm150mm，公称规格为1500.02。、选择加工孔的量具根据资料：由于孔的加工精度要求不同，分别有IT7-IT8、IT12-IT13、大于IT13。所以选择分度值0.01mm，测量范围分别为25mm50mm、25mm50mm、5mm30mm的内径千分尺。5.2 确定工序尺寸5.21面的加工（所有面）、上端面：根据加工长度为127mm，经粗加工后的加工余量为1.0mm，再加工的量为1.0mm即可。、两侧面；根据加工长度为133mm，经粗加工后的加工余量为1.0mm，再加工的量为1.0mm即可。、下端面：根据加工长度为127mm，经粗加工后的加工余量为1.0mm，再加工的量为1.0mm即可。、A面：根据加工长度为34.9mm，毛坯余量为2.9mm。单侧加工的量为1.9mm。经粗加工后的加工余量为1.0mm，再加工的量为1.0mm即可。、B、C面：根据加工长度为30.3mm，毛坯余量为4.3mm。两侧加工的量为1.65mm。经粗加工后的加工余量为1.0mm，两侧再加工的量为0.5mm即可。5.22孔的加工、16mm的孔毛坯为实心，孔内粗糙度要求介于IT7-IT8之间。 钻孔：15mm 2Z=0.95mm 精铰：16mm、8.5mm的孔毛坯为实心，孔内粗糙度要求介于IT12-IT13之间。钻孔8.5mm即可。、9.3mm的孔 毛坯为实心，孔内粗糙度要求大于IT13。 钻孔9.3mm即可。6 确定切削用量及基本时间6.1 工序号02、03、04： 本工序为铣零件的上端面面，两侧面和下端面。直接切出零件的外部轮廓形状。以知工件材料为铝合金，选择硬质合金镶齿套式端面铣刀。铣刀直径：d=80mm,齿数Z=10mm，Kr=60。且已知铣削宽度a=127。铣削深度a=3.0mm，选用机床X62卧式铣床。、确定每齿进给量f上下端面计算：根据已知资料所知：X62卧式铣床功率为7.5KW。硬质合金牌号YG8的每齿进给量为0.20.29mm/z。取f=0.2、选择铣刀磨损标准及耐用度铣刀后刀面的最大磨损量为1.5mm。铣刀直径d=80mm、耐用度T=180 min、确定切削速度Vc和每齿进给量f根据资料所知：取f=0.20mm/z 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=3.0mm、T=180 minC=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0则由公式算得Vc=173.930 m/minnc=173.931000/3.1480=692.4 r/min根据X62卧式铣床的主轴转速n=750r/min=12.5r/s V=3.148012.5/1000=3.14 m/s 工作台每分钟进给量为f=0.201060=120 mm/min 选f=118 mm/min 则实际的每齿进给量f=118/1060=0.197 mm/z、检查机床功率 根据资料所知：f=0.197mm、c=491、 x=1.0、y=0.75、u=1.1、Z=10、a=26mm、a=2.9mm、d=80mm、n=750 r/min、q=1.3、w=0.2、K=1.0 计算F=135.5 N P=135.53.14/1000=0.425 KW 7.5 KW可知机床功率能够满足要求、基本时间 (d对称铣削) T=(l+l+l)/ f Kr=60 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=2.9mm、T=180 minC=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0则由公式算得Vc=194.379 m/minnc=194.3791000/3.1480=773.80 r/min根据X62卧式铣床的主轴转速n=750r/min=12.5r/s V=3.148012.5/1000=3.14 m/s 工作台每分钟进给量为f=0.201060=120 mm/min 选f=118 mm/min 则实际的每齿进给量f=118/1060=0.197 mm/z、检查机床功率 根据资料所知：f=0.197mm、c=491、 x=1.0、y=0.75、u=1.1、Z=10、a=20mm、a=2.15mm、d=30mm、n=750 r/min、q=1.3、w=0.2、K=1.0 计算F=75.4 N P=75.43.14/1000=0.237 KW 7.5 KW可知机床功率能够满足要求、基本时间（两端加工） d对称铣削 T=2(l+l+l)/ f Kr=60 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=2.9mm、T=180 minC=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0则由公式算得Vc=173.930 m/minnc=173.931000/3.1480=692.4 r/min根据X62卧式铣床的主轴转速n=750r/min=12.5r/s V=3.148012.5/1000=3.14 m/s 工作台每分钟进给量为f=0.201060=120 mm/min 选f=118 mm/min 则实际的每齿进给量f=118/1060=0.197 mm/z、检查机床功率 根据资料所知：f=0.197mm、c=491、 x=1.0、y=0.75、u=1.1、Z=10、a=26mm、a=2.9mm、d=80mm、n=750 r/min、q=1.3、w=0.2、K=1.0 计算F=135.5 N P=135.53.14/1000=0.425 KW 7.5 KW可知机床功率能够满足要求、基本时间 d对称铣削 T=(l+l+l)/ f Kr=60 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=2.9mm、T=180 minC=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0则由公式算得Vc=194.379 m/minnc=194.3791000/3.1480=773.80 r/min根据X62卧式铣床的主轴转速n=750r/min=12.5r/s V=3.148012.5/1000=3.14 m/s 工作台每分钟进给量为f=0.201060=120 mm/min 选f=118 mm/min 则实际的每齿进给量f=118/1060=0.197 mm/z、检查机床功率 根据资料所知：f=0.197mm、c=491、 x=1.0、y=0.75、u=1.1、Z=10、a=20mm、a=2.15mm、d=30mm、n=750 r/min、q=1.3、w=0.2、K=1.0 计算F=75.4 N P=75.43.14/1000=0.237 KW 7.5 KW可知机床功率能够满足要求、基本时间（两端加工） d对称铣削 T=2(l+l+l)/ f Kr=60 0.18mm/z、 Z=2、 d=80mm、a=26mm、a=1.0mm、T=180 minC=849、q=0.22、x=0.61、y=0.85、u=0.78、p=0、m=0.88、k=1.0则由公式算得Vc=5884.56 m/minnc=5884.561000/3.142=2785 r/min根据X62卧式铣床的主轴转速n=3000r/min=50r/s V=3.144050/1000=6.28 m/s 工作台每分钟进给量为f=0.40260=48 mm/min 选f=12 mm/min 则实际的每齿进给量f=12/260=0.1mm/z、基本时间 d对称铣削 T=(l+l+l)/ f Kr=60 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=2.9mm、T=180 minC=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0则由公式算得Vc=6125.26 m/minnc=6125.261000/3.142=2845 r/min根据X62卧式铣床的主轴转速n=3000r/min=50r/s V=3.144050/1000=6.28 m/s 工作台每分钟进给量为f=0.40260=48 mm/min 选f=12 mm/min 则实际的每齿进给量f=12/260=0.1 mm/z、基本时间（两端加工） d对称铣削 T=2(l+l+l)/ f Kr=6090 且式中l=20mm、f=48 mm/min T=2133/48=5.1 min=301s 每端走刀2次：T=2301=602s7 UG数控加工仿真7.1 创建坐标系7.2 铣外形，铣刀7.3 铣上端面，创建坐标系，刀轨，粗铣7.4 铣两侧端面，建坐标系，刀轨，粗铣7.5 铣下端面，建立坐标系，刀轨，粗铣7.6 铣26端面 坐标，刀轨7.7铣铣20mm圆柱B、C面7.8选15.85mm的麻花钻，粗钻15.85mm的孔，选16mm的麻花钻，精铰16mm的孔，倒角1457.9选8.5mm的麻花钻,钻8.5的孔7.10 选9.3mm的麻花钻，钻9.3的孔7.11选17mm的锪钻，刮平16mm的孔两侧端面，入体1mm7.12铣上端面，创建坐标系，刀轨，精铣7.13铣两侧端面，建坐标系，刀轨，精铣、7.14铣下端面，建立坐标系，刀轨，精铣零件加工成型部分加工程序截图如下：心得体会通过这次课程设计，我有了很大的收获学到了很多的东西，本次毕业设计是我们学完了大学的全部基础课，专业基础课后进行的这是我们即将离开学院走上工作岗位之前对所学各课进行的一次全面的、深入的、综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，是我们在走上工作岗位之前一次极好的学习机会，因此它在望没的四年大学生活中占有积极重要的地位。 就我个人而言，我通过本次毕业设计对自己在大学中所学的知识进行一次良好的回顾，并在此基础上有所提高，对自己将来从事的工作进行一次适应性的训练，从而锻炼自己发现问题、思考问题解决问题的能力，并培养认真、严谨的专业精神，为以后参加国家的工业化建设打下一个良好的基础，为早日实现国家的大爷现代化贡献一份力量。 由于个人的能力有限，设计尚有诸多不足之处恳请老师大力支持，在次不胜感谢。参考文献1 张冶，洪雪. Unigraphics NX三维工程设计与渲染教程.北京：清华大学出版社，2004.2 曾向阳，谢国明. UG NX基础及应用教程（建模、装配、制图）. 北京：电子工业出版社， 2003.3 王红兵.UG NX数控编程实用教程.北京：清华大学出版社，2004.4宋晓华等.基于UG参数化的产品优化设计，CAD/CAM与制造业信息化，2003.45 L.Qiang. A Distributive and Collaborative Concurrent Product Design System Through the. WWW/Internet. Advanced Manufacturing Technology(2001)17.6机械制造技术课程设计指导北京理工大学出版社，2009.8- 42 -