异形轴数控加工工艺设计

毕业设计题目：异形轴零件的数控编程与仿真加工系 部 专 业 名 称 班 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 2016年3月10日摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。异形轴零件加工工艺规程设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及工艺尺寸的确定及工时计算及数控编程与仿真四部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量，最后对零件进行数控程序的编制，并且利用仿真软件熟悉对机床设备的操作，加工出零件。关键词：数控技术、制造技术、加工工艺、数控编程目 录摘 要1第一章： 绪 论4第二章： 零件图纸分析52.1 零件图52.2 零件图分析5第三章： 工艺规程设计73.1 毛坯选择7 3.11毛坯的选择方法7 3.12毛坯的确定73.2定位基准的选择73.3 夹具的选择8 3.31夹具的选择原则8 3.33确定合理的装夹方式83.4 机床的选择93.5 工具、量具的选择103.6加工顺序的安排103.7切削液的选择11第四章：切削用量计算及工时定额的计算124.1粗车左端外圆124.2精车左端外圆134.3粗车右端外圆144.4精车右端15第五章： 工艺文件的制作175.1 工艺工序卡175.2 工序卡17第六章： 零件程序编制22第七章：程序的仿真加工266.1仿真软件的简介266.2仿真加工过程26总 结29致 谢30参考文献3130 第一章： 绪 论 自1990年代以来,随着国际计算技术的发展突飞猛进,数控技术应用领域的最新技术,如计算机,控制理论成就,复合朝着高速度、高精化、智能、高灵活性和信息网络等。整个数控加工技术发展的方向CIMS(计算机集成制造系统)。 为了充分体现在学校里学了三年的知识,根据数控专业学生需要掌握的典型部分的要求,突出了数控加工的特点,和零件加工的可制造性的特点,可以提高设计水平和动手能力,现在可以根据部分图纸制定出合理的数控工艺设计,数学处理程序,可以使用设备,执行过程的过程中,制定合理的部分。在整个设计过程中,我掌握了合理选择加工夹具,刀具,材料,以及如何选择刀具和一系列问题,本毕业设计有助于巩固我们学习专业知识还可以提高我们各方面的能力。 数控加工是先进制造技术的代表,在模具、汽车等行业。特别是近年来随着中国国民经济的快速发展,企业对熟练工人的需求变得越来越迫切,导致严重缺乏人才。现代高科技企业急需大量的坚实的理论基础和较强的数控技术应用能力熟练的人才。我们学校为了满足社会对人才的需求,数控设备也在不断更新,目的是为了培养更多更强的技术人才。 毕业设计我选择的话题是异形轴数控加工工艺设计与数控编程和加工过程分析。这是一个组合的这三年我学会了知识。如CAD绘图、数控编程技术,数控加工,公差配合和测量技术,机械设计基础,等知识的应用。这个设计从零件图的设计,零件图的分析和加工工艺路线制定,进行了详细的说明。第二章： 零件图纸分析2.1 零件图2.2 零件图分析在对零件进行加工前，要对零件图纸进行认真分析。明确零件的几何形状、尺寸和技术要求，以确保零件在加工后能达到规定的技术要求。对于一张零件图的分析，就是要了解零件的各项技术要求和装配质量要求。因此，要从以下几点开始分析：（1）尺寸精度零件主要的加工精度属于IT7级以下加工精度，IT7级精度要求较高，如尺寸35及48精度要求较高，在加工过程中需要通过粗加工精加工逐步获得优良的加工表面，IT8级以下，在加工中精度相对来说比较容易保证，图纸中一些未标注公差的尺寸，如总长105、长度90、长度40mm等未标注尺寸公差，在加工中可以按照GB/T1804-m中所规定的公差带进行加工，零件的加工难点在与非圆曲线的加工，在加工过程中需要采用宏程序编程，工艺上综合考虑装夹及刀具问题。（2）表面粗糙度的要求 由于零件表面工作部位不同，可以对不同的工作表面，选择不同的表面粗糙度。零件整体的便面粗糙度要求较高，2处粗糙度要求Ra1.6，其余按照Ra3.2处理，Ra1.6粗糙度精度要求较高，在加工中需要使用车床精车外圆，从而满足零件对粗糙度的要求。3） 形位公差要求 形状公差包括形状公差和位置公差。任何机械零件都是由点,线,面,这些点,线,面被称为元素。零件加工后的实际元素相对于理想总是有错误,包括形状误差和位置误差形位公差包括形状公差和位置公差。4） 其他技术要求零件图纸中经常会出现一些其他技术要求，例如零件图纸中说明了材料热处理的情况、未注的倒角及圆角情况，还说明了未注尺寸公差按照GB/T1804-m执行，在安排加工工艺时务必注意保证此类技术参数。第三章： 工艺规程设计3.1 毛坯选择3.11毛坯的选择方法毛坯是根据零件所需要的形状以及一些尺寸制成的然后供生产加工的材料。毛坯的选择要考虑很多的因素：1、零件的生产类型，本设计零件主要是以成批生产为主；2、零件的结构形状与尺寸，本设计零件结构比较简易，尺寸清楚，属于中小型零件。3、零件的材料工艺性和力学性能要求，即零件的铸造和锻造性能，本设计零件是采用45#铸钢为材料，3.12毛坯的确定由题目要求得知工件材料为45号钢。调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性。毛坯选用圆钢，综合零件加工过程分析，绘制毛坯零件简图，如下：3.2定位基准的选择定位基准是零件在定位时所依据的基准。它的选择原则是：尽量选择在零件上的设计基准作为定位基准；一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工。定位基准，是在加工中确定工件位置所用的基准。它分为粗基准和精基准。选择粗基准应掌握以下五个基本原则：（1）保证工件加工表面与不加工表面的相互位置精度，选择不加工表面作为粗基准；（2）保证重要表面的余量均匀；（3）选择余量最小的表面未粗基准；（4）选择平整光洁的表面作为粗基准；（5）不重复使用粗基准。对于数控加工中精基准的选择对于工件加工所得的精度及加工质量也尤为重要。选择精基准也应掌握以下五个基本原则：（1）基准重合原则；（2）基准统一原则；（3）自为基准原则；（4）互为基准原则；（5）保证工件定位准确、加紧可靠、操作方便的原则。异形轴零件首次加工使用毛坯外圆作为加工基准，加工出34外圆台阶后掉头装夹，以直径34外圆为精基准加工出另一端，符合基准选择原则，有利与保证加工精度，减少产品报废率。3.3 夹具的选择3.31夹具的选择原则 由于数控加工需要计算机的参与，因此对夹具也提出了相应的要求，主要体现在两个方面：第一，要能保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向之间保持相对的固定；第二，零件与机床坐标系之间的尺寸关系必须确保正确。根据待加工零件毛坯料的结构状态，结合数控机床的安装以及性能要求，我们所选择的夹具必须要能够确保加工的质量以及加工的需要。3.33确定合理的装夹方式 依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。配合件也是轴类零件，并且是单件下小批量生产的零件，为此可以考虑选用通用夹具；而对于夹紧棒料，该零件属于棒料类零件，形状结构非常简单、尺寸较小，为了便于零件的加工，所以选择三爪自定心卡盘完成加工就可以了。3.4 机床的选择在对机床的选择中，要考虑避免浪费，而且要能达到零件的加工要求，也要考虑到加工的方便。当然也要根据加工内容来选择。通过分析为配合件套零件选择机床为CK-6132A普通型数控机床，数控系统是FANUC 0i。其该数控机床CK-6132A的主要参数见表3-1 5：表3-1 机床主要参数项 目技术参数床身上最大件回转直径320 mm拖板上最大件直径160 mm最大工件长度100 / 3000 mm主轴转速范围70-2000 rpm主轴通孔直径38 mm主轴内孔锥度MT5主轴外端锥体锥度D4刀架刀位数4车刀刀杆最大尺寸18x18尾座套筒内孔锥度MT3尾座套筒最大移动距离100mm主电机功率2.2kw车床外形尺寸（长宽高）1800/20509501680mm3.5 工具、量具的选择加工零件图所选用加工工具、量具见表3-2。表3-2 工具、量具的选择序号名称规格精度/mm数量1游标卡尺0150mm0.0212内径千分尺0150mm0.0113外径千分尺2550mm0.0114计算器函数计算器15其他辅助工具标注垫铁若干、油石等其他车工常用工具3.6加工顺序的安排切削加工工序的安排原则：1基面先行原则 作为精基准的表面，应该优先加工。用作定位基准的表面越精确，装夹定位误差就越小，所以零件的加工过程，应该先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。2先粗后精原则 零件加工表面的加工顺序一般是按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序进行，这样才能提高加工表面的加工精度，减少表面粗糙度。3先主后次原则 零件上工作面及装配的精度要求较高的表面，属于主要表面，应该先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺钉孔和光孔等表面，精度要求的较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后，最终精 加工之前加工。4先面后孔原则 对于箱体类的零件，一般先加工面，再加工孔。如此安排加工顺序，一方面是为了用加工过的平面做定位，稳定可靠；另一方面是为了在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度。3.7切削液的选择切削液,切削液,冷却剂)是一种利用金属切削过程中,用于润滑和冷却刀具和加工件的工业用液体,切削液由多种科学超级功能添加剂复合兼容性,同时有良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能,脱脂清洗、防腐、容易稀释特性。克服传统皂乳液容易腐烂的在夏天,冬天困难的稀释,防锈效果差,没有坏的影响在车床上油漆,适用于黑色金属切削和磨削,属于最先进的研磨产品。切削液的指标比油皂化,它具有良好的冷却、清洗、防锈、等,无毒,无味,没有侵蚀人类的身体,不腐蚀设备和不污染环境通过查表,列出了常用的三种切削液如下表6-1：表6-1 常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、复合油润滑从工件材料上看，45钢不适于用水溶液，而从经济成本角度来参考，乳化液较切削油而言，成本较低，但同样能满足刀具和加工的需求。故，综合上述条件考虑，我最终选择的切削液为：乳化液。它在加工过程中的主要作用是：冷却、润滑和清洗。切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到较高的表面质量和精度，可采用10%-20%的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。出于毛坯材料和刀具材料的考虑该零件的加工选用乳化液。第四章：切削用量计算及工时定额的计算工时定额目前主要是通过生产实践验证根据积累的统计数据来确定(参考手册),作为持续改进的过程中,还需要修改相应的工时定额。由于切削用量的规定,工时定额可以通过计算部分,一些统计数据。计算的每一个程序块的时候,还必须计算每个工序的时间,为了最大化机床的生产效率,实现更高的生产率,保证完成生产任务。具体计算方法的第一个部分年度生产计划所需的时间： =60/Nmin式中，T年基本工时，单位为h； N零件的年生产纲领，单位为件/年； -设备负荷率，一般取0.75-0.85。将每个工序的单件计算时间Tc与Td进行比较。对于Tc大于Td的工序，可通过下列方法缩短Tc，以达到平衡工序单件时间的目的。若Tc大于Td在一倍以内，可采用该刀具，适当提高切削用量，采用高效加工方法缩短工作进程等措施来缩短Tc。若Tc大于Td两倍以上，则可采用增加顺序加工工序或增加平行加工工序的方法来成倍地提高生产率，缩短Tc。对于Tc小于Td的工序，因其生产率较高，则可采用一般的通用机床及工艺装备，来降低成本。下面以工序1、工序2中加工为例来说明时间定额的计算方法。基本时间的计算。4.1粗车左端外圆1) 加工条件工件材料：45#钢加工要求：粗车零件左端，车19长40机床：数车CK6140刀具：90度外圆车刀量具：卡尺 2) 计算切削用量 已知毛坯被加工长度为22 mm，最大加工余量为Zmax=26mm,可一次切削，切削深度ap=2mm确定进给量f：根据工艺手册），表2.475,确定fz=0.2mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=100m/min 3) 计算工时 当nw=1000r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fznz=0.2800=160(mm/min)行程为l+l1+l2=286+50+20=356mm 故机动工时为： tm =356160=2.22min=133.6s辅助时间为： tf=0.15tm=0.15133.6=20s其他时间计算： tb+tx=6%(133.6+20)=9.2s故工序5的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =133.6+20+9.2=162.8s 4.2精车左端外圆1）加工条件工件材料：45#钢加工要求：粗车零件左端，车19长40机床：数车CK6140刀具：90度外圆车刀量具：卡尺 2）计算切削用量 已知毛坯被加工长度为22 mm，最大加工余量为Zmax=0.3mm,可一次切削，切削深度ap=0.3mm确定进给量f：根据工艺手册），表2.475,确定fz=0.08mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=150m/min 3）计算工时 当nw=1000r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fznz=0.081200=96(mm/min)行程为l+l1+l2=22+5+2=29mm 故机动工时为： tm =2996=0.3min=18s辅助时间为： tf=0.15tm=0.1518=2.7s其他时间计算： tb+tx=6%(18+2.7)=1.24s故工序5的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =18+2.7+1.24=22s 4.3粗车右端外圆1）加工条件： 工件材料：45#钢加工要求：粗车零件左端，车20长22机床：数车CK6140刀具：外圆车刀量具：卡尺 2）计算切削用量 已知毛坯被加工长度为80 mm，最大加工余量为Zmax=30mm,可一次切削，切削深度ap=2mm确定进给量f：根据工艺手册），表2.475,确定fz=0.2mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=100/min 3）计算工时 当nw=1000r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fznz=0.21000=200(mm/min)行程为l+l1+l2=1200+75+30=1305mm 故机动工时为： tm =1305200=6.5min=393s辅助时间为： tf=0.15tm=0.15393=59s其他时间计算： tb+tx=6%(393+59)=27s故工序5的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =393+59+27=480s 4.4精车右端1）加工条件： 工件材料：45#钢加工要求：粗车零件左端，车20长22机床：数车CK6140刀具：外圆车刀量具：卡尺 2）计算切削用量 已知毛坯被加工长度为80 mm，最大加工余量为Zmax=0.3mm,可一次切削，切削深度ap=0.3mm确定进给量f：根据工艺手册），表2.475,确定fz=0.08mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=150/min 3）计算工时 当nw=1000r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fznz=0.081500=120(mm/min)行程为l+l1+l2=80+5+3=88mm 故机动工时为： tm =88120=0.73min=44s辅助时间为： tf=0.15tm=0.1544=6.6s其他时间计算： tb+tx=6%(44+6.6)=3s故工序5的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =44+6.6+3=53.6s 第五章： 工艺文件的制作5.1 工艺工序卡对零件的加工制定重要工艺过程，如表5-1是车削异形轴的加工工艺工序卡和表7-2是车削件异形轴的加工工艺工序卡。表5-1 车削件加工工艺工序卡片机械加工工艺工序卡片产品型号零件图号图2-1产品名称异形轴零件零件名称异形轴零件材料牌号45毛坯种类圆钢毛坯外形尺寸55*180工序号工序名称工步内容设备工艺装备10备料60*115圆钢锯床20调质处理26-31HRC30数控车1加工左端外圆及内孔数控车三爪卡盘40数控车2加工右端外圆数控车三爪卡盘50去毛刺去除毛刺三爪卡盘110检验测量各部分尺寸、形状精度检测游标卡尺编制审核2014.11共一页第一页5.2 工序卡 工序卡是一种生产工序卡。它是根据零件加工的每个过程。其内容包括:每个详细的操作过程中,操作方法和要求等。适用于所有部分大规模生产和大规模生产的重要部分。在小批量生产,一些特殊的重要的工序也需要一个工序卡。加工工序卡是根据程序的加工过程建立了卡。它显示了每个工序的零件详细需求,用于具体指导工人操作流程文件。在卡片上画流程图,每个工作表明,该流程步骤、工艺参数、操作要求,设备和工艺设备的内容。常用于大型批量生产零件。镇江市高等专科学校毕业设计（论文）的第五章： 零件程序编制 每一个被加工零件的零件程序的生成都与该零件的加工息息相关。所加工零件的加工质量的高低也与零件程序的生成密切相关。下面是该零件的加工程序。异形轴：O0002 T0101 车外圆S1000M03 主轴正转M8 冷却液开G99 冷却液开G00X62Z2 冷却液开G71U1R1 G71粗车循环G71P1Q2U0.3W0.2F0.1 N1G1X32 循环起点X34W-1 倒角Z-14 直线插补X40W-8车锥度X53.13 直线插补X48W-5车倒角Z-30直线插补X55.97W-2.26 车倒角G3X57W-3.48R2 车圆弧G1X48W-2.26 直线插补N2W-5 循环结束G70P1Q2 G70精车循环G0Z300 快速退回M5 主轴停转M9 冷却液停止M1 选择性停止T0202 切槽S500M03 主轴正转M8 冷却液开G99 每转进给方式G00X57Z3 快速定位至安全平面Z-48 定位至切削点G1X42F0.05 切槽G0X57 退刀G0Z300 退回安全平面M5 主轴停转M9 冷却液停止M1 选择性停止T0303 车内孔M03S100 主轴正转M8 冷却液开G99 每转进给G0X28Z2 快速定位G1Z0F0.2 切削至平面X26W-1F0.1 倒角Z-35 直线插补G0X25Z300 快速退刀M5 主轴停止M9 冷却液关M1 选择性停T0303车螺纹S300M03主轴正转M8 冷却液开G99 每转进给方式G00X25Z5 快速定位至安全平面G92X26.7Z-30F2 车螺纹循环X27.2 X27.7 X28 X28.2 X28.2 G0Z300 退回安全平面M5 主轴停转M9 冷却液停止M30 程序结束返回开头 T0101 S1000M03 主轴正转M8 冷却液开G99 每转进给方式G00X55Z5 快速定位G71U1R1 G71粗车循环G71P1Q2U0.3W0.2F0.1 N1G0X0 循环起点G3X6.93Z-6R4 车圆弧G1X30W-9 车锥度X35.11W-1.28 倒角G3X35.43W-1.69R1 车圆弧G1X30W-2 倒角G2X30W-20R30 车圆弧G1X38.4直线插补X40.4W-1 倒角W-5 直线插补X52.53W-2.33 车锥度N2G3X52.53W-1.75R1 循环终点G70P1Q2 G70精车循环G0X200Z300 快速退回M5主轴停转M9 冷却液停止M30 程序结束第六章：程序的仿真加工6.1仿真软件的简介数控加工仿真软件目前的国内市场有很多，做的出色的主要由宇龙仿真系统和斯沃数控仿真系统，这些优秀的数控仿真系统都拥有发那科(FANUC)、西门子(SINUMERIK)、三菱(MITSUBISHI)、广州数控(GSK)、华中世纪星(HNC)、北京凯恩帝(KND)、大连大森(DASEN)、南京华兴(WA) 数控车铣及加工中心等28个系统，64个控制面板。具有网络版和单机版模式，可以在微机上仿真各种数控设备的编程，操作，是广大高校机械类学生和国内外大中型企业数控操作人员的良师益友。 其中,斯沃数控仿真软件,结合机床制造商实际加工制造经验和培训的学院和大学教学发展的第一个自动数控仿真软件免费下载更新。通过该软件可以使学生和工人操作,实现体能训练的目标操作,可以大大减少设备的昂贵的投资.6.2仿真加工过程1) 进入斯沃仿真软件，选择法拉克系统，车床界面如图所示：2)图6-13) 机床回零以后，设置工件毛坯，可以调整工件的安装位置，应根据工艺卡片选择合适的毛坯大小及形状。第四章 零件的数控编程与仿真的图6-24) 输入程序号，此处必须是一个空白的程序号，然后点击自动，选择文件找到我们在的数控程序，点击打开程序，输入到软件，进行仿真。图6-35) 在刀具库按照工艺流程选取刀具，将刀具添加到刀架，在这里我们将刀具长度设置为相同，方便以后对刀数据的采集。图6-46) 点击机床设置按钮，选取快速定位，然后打开机床刀具形状补偿，设置刀具原点，输入测量值，也可以采用试切法进行对刀，依照此法将刀具库中刀具输入相应的刀具形状补偿值。图6-57) 检查程序有无语法错误，点击自动循环按钮，加工各零部件，以下是各零部件加工出的样例。图6-6总 结经过长时间的整理和修改到现在毕业设计基本完成。毕业设计的完成是一个长期的过程，需要不断的进行精心设计零件，精心修改，不断地去研究各方面的文献，并且利用自己所学的知识，认真总结完成毕业设计。历经了这么久的努力，终于完成了毕业设计。通过这次的毕业设计，我拥有了无数难忘的感动和收获，让我系统地巩固了大学三年所学习的课程，对自己也是一次很好的测验。通过毕业设计的制作也让我更加了解了我院的FANUC 0i系统车床等数控机床。开始设计零件，分析零件的加工工艺，选择机床，选择刀具，选择毛坯，最终到编制出程序。在这个过程中我都学会了很多的知识。这次从零件的设计完成结果来看，虽然还是存在着一些问题，但是自己的很多方面还是得到了提高。通过这次对零件进行设计及编制其说明书，增加了不少专业方面的知识，切实做到了将理论联系到实际中，也只有理论与实际巧妙的结合在一起，才能达到规定的各项性能指标。对于程序的编制是一个重要内容，只有合理的编制程序，制定出走刀路线，才能在最短的时间内加工出满足要求的零件。通过这次的毕业设计，使我对以前的所学知识进行了一次比较全面的复习，从中学到了不少课本以外的知识，也积累了一些加工的经验和技巧。但在整个零件的加工和毕业设计的完成都还存在着一定的不足，还恳请老师批评和指正。总之用一句话来形容就是：即起到了温习旧知识的作用，又起到了开拓新思维的作用。这为自己以后走向社会、走向工作岗位奠定了一定基础。致 谢 这次毕业设计指导和技术分析,得到很多人的帮助。首先要感谢我的导师,在毕业设计的过程中,给了我精心的指导,并解释了各种专业的要点,提出了一些有价值的经验。也多亏了老师,是他们教导我的毕业设计的许多有用的知识,感谢学院实验室和图书馆提供设备条件和实验网站,给我们这么好的机会和大力支持。同时还要感谢同学们无私的帮助。最后,当然,也由于他工作繁忙参加毕业答辩的评审老师。参考文献1钱可强.机械制图.北京：高等教育出版社，2011.52 艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，2008.83 顾京.数控加工编程与操作.北京：高等教育出版社，2008.64 赵宏立.机械加工工艺与装备.北京：人民邮电出版社，2009.25 徐茂功.公差配合与技术测量.北京：机械工业出版社，2012.126 王甫茂，李正峰.机械制造基础.北京：科学出版社，20117教务处.毕业论文（设计）指导手册.M.宜宾:宜宾职业技术学院印刷厂，2010.48陈立德.机械设计基础课程设计.北京：高等教育出版社，2012.12