3234 盤形零件數(shù)控編程方法研究
3234 盤形零件數(shù)控編程方法研究,零件,數(shù)控,編程,方法,法子,研究,鉆研
XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文)題目：盤形零件數(shù)控編程方法研究系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)： 1230203 學(xué) 生： XXXX 學(xué) 號(hào)： 123020323 指導(dǎo)教師： XXXX 2011 年 05 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系別 機(jī)電信息系 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 1230203 姓名 XXXX 學(xué)號(hào) 123020323 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 盤形零件數(shù)控編程方法研究 2.題目背景和意義：CAD/CAM 技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成成分,它的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM 技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。盤形零件是一種典型的復(fù)雜外形零件，往往具有回轉(zhuǎn)的外形表面和內(nèi)孔。研究盤形零件的數(shù)控編程方法對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。 3.設(shè)計(jì)(論文) 的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： （1）典型盤形零件結(jié)構(gòu)分析 （2）制定盤形零件工藝路線 （3）針對(duì)盤形零件粗、精加工制定加工方案 （4）針對(duì)盤形零件數(shù)控編程 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 第 1 周－第 3 周：查閱資料，完成基礎(chǔ)知識(shí)的積累和開題報(bào)告。 第 4 周－第 7 周：典型盤形零件結(jié)構(gòu)分析。 第 7 周－第 10 周： 制定盤形零件工藝路線、加工方案。 第 11 周－第 14 周：針對(duì)盤形零件數(shù)控編程 第 15 周－第 16 周：完成畢業(yè)論文。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 不少于 15000 字 ① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)） *或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 無 ② 圖紙（幅面和張數(shù)） *： A0 圖紙 1 張機(jī)床夾具裝配圖 ③ 其他要求： 參考文獻(xiàn)不少于 15 篇（其中文期刊文獻(xiàn)不少于 5 篇，外文文獻(xiàn)不少于 3 篇，其中一篇外文文獻(xiàn)原文作為翻譯對(duì)象完成不少于 1000 詞的英文翻譯） 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日學(xué)生簽名： 年 月 日系主任審批： 年 月 日說明：1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入附件冊，一份教師自留。 2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。I盤形零件數(shù)控編程方法研究摘 要本課題研究盤形零件數(shù)控編程方法，首先通過對(duì)零件的分析，了解工件的結(jié)構(gòu)形式，了解具體的技術(shù)要求，從而對(duì)工件各組成表面選擇合適的加工方法，再擬定較為合理的工藝規(guī)程，充分體現(xiàn)質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。盤形零件的加工體現(xiàn)在對(duì)材料的選擇、刀具的選擇、工裝夾具、定位元件、基準(zhǔn)的選擇、定位方式、對(duì)刀、工藝路線擬定、程序的編制、數(shù)控車、數(shù)控銑等。本論文說明了機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點(diǎn)、數(shù)控刀具的要求與特點(diǎn)、數(shù)控刀具的材料、選擇數(shù)控刀具時(shí)應(yīng)考慮的因素、工件的安裝、定位誤差的概念和產(chǎn)生的原因、數(shù)控車床的主要加工對(duì)象、數(shù)控車床的坐標(biāo)系、零件圖形的數(shù)據(jù)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定、工步的安排、切削參數(shù)的選擇、數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象等。全面審核投入生產(chǎn)制造中，其中盤形零件數(shù)控加工工藝分析、裝夾、基準(zhǔn)的選擇、工藝路線的擬定、程序的編制既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，在整個(gè)機(jī)械加工過程中，夾具除了夾緊、固定被加工零件外，還要求保證加工零件的位置精度、提高加工生產(chǎn)率，本課題在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，深入生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；工夾刀具；機(jī)械加工工藝；數(shù)控編程；機(jī)床夾具IIThe research of Disk-shaped parts programmingAbstractThe subject is disk-shaped parts programming. Firstly, the essay analyzes the parts and knows about structure and specific requirements in technology. Secondly, it chooses a reasonable way of the surface of all kinds of workpiece. Thirdly, it designs a more reasonable process panning which can show the united of quality, product rate and economy.The process of disk-shaped parts shows the following aspects: the choice of material and tools, fixture, positioning components, the choice of foundation, the way to position, the design of knife and routing, NC, CNC milling. The dissertation shows the main design content in mechanic process, the difference and features of technology and programming of Digital-controlled Processing and normal-controlled Processing, the requirements, features and materials of the Numercial Control Cutter, the factors, the design of workpiece ,the concept and reason of positioning error when choosing the Numercial Control Cutter, the coordinates of NC, the choice of cutting parameters. In all the process, the analysis of disk-shaped parts clapping, the choice of foundation is the important and difficult point.The design of fixture is an important part in the design of process equipment. In the whole process, fixture needs to be assured the location accuracy besides clamping. This subject absorbs the advanced technology both from china and foreign countries.Key Words: CNC machine tools; machine process; NC programming; fixtureIII主要符號(hào)表主偏角rk前角0?0 后角?背吃到量p主軸轉(zhuǎn)速sn切削工時(shí)mt每齒進(jìn)給量f?銑削寬度ea銑刀齒數(shù)Z切削速度?準(zhǔn)備功能指令G修正系數(shù)vK刀具耐用度T刀尖圓弧半徑??輔助功能指令M表面粗糙度aRIVi目 錄1 緒論 ....................................................................................................................................11.1 概述 ...................................................................................................................................11.2 國內(nèi)外技術(shù)狀況及發(fā)展前景 ...........................................................................................11.2.1 數(shù)控編程技術(shù)概況.....................................................................................................11.2.2 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展.................................................................................................31.2 本文主要研究內(nèi)容 ...........................................................................................................31.3 論文的主要研究內(nèi)容 .......................................................................................................42 盤形零件的工藝分析....................................................................................................52.1 盤形零件的外形分析 .......................................................................................................52.2 盤形零件的工藝分析 .......................................................................................................62.2.1 復(fù)雜盤形零件毛胚的選擇.........................................................................................62.2.2 盤形零件加工方法的選擇.........................................................................................73 盤形零件加工方案和加工余量的確定 ...................................................................93.1 盤形零件加工方案 ...........................................................................................................93.2 盤形零件加工余量的確定 .............................................................................................114 切削用量與基本工時(shí)的確定....................................................................................134.1 盤形零件切削用量及基本工時(shí) .....................................................................................134.1.1 工序 1：粗車端面 D................................................................................................134.1.2 工序 2：粗銑端面 A、內(nèi)槽 F ................................................................................144.1.3 工序 3：粗、半精鏜內(nèi)孔 E ....................................................................................154.1.4 工序 4：粗車外輪廓................................................................................................165 盤形零件精加工部分的數(shù)控編程 ..........................................................................185.1 數(shù)控編程 .........................................................................................................................185.2 數(shù)控加工程序 .................................................................................................................215.2.1 車左端面...................................................................................................................215.2.2 銑右端面及內(nèi)槽.......................................................................................................225.2.3 從右至左半精車外輪廓...........................................................................................236 車床專用夾具設(shè)計(jì) ......................................................................................................24ii6.1 設(shè)計(jì)要求 .........................................................................................................................246.2 夾具設(shè)計(jì) .........................................................................................................................246.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇.......................................................................................................246.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算...........................................................................................246.3 定位誤差分析 .................................................................................................................256.4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 .........................................................................................267 結(jié)論 ..................................................................................................................................29參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................30致 謝.....................................................................................................................................32畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 .................................................................................33畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 ......................................................................................34附錄 1 機(jī)械加工工藝過程卡片附錄 1 機(jī)械加工工序卡片1 緒論11 緒論1.1 概述畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們在大學(xué)學(xué)完了全部的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及全部專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的鏈接，一次全面系統(tǒng)性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在我們的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中占有十分重要的地位。畢業(yè)設(shè)計(jì)做的好也是對(duì)自己能力的提升與肯定。就我個(gè)人而言，我希望通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己的未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、研究問題、解決問題的能力，為以后進(jìn)入工作崗位準(zhǔn)備條件，為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。1.2 國內(nèi)外技術(shù)狀況及發(fā)展前景1.2.1 數(shù)控編程技術(shù)概況隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控（NC）系統(tǒng)有了較大的發(fā)展，從硬件數(shù)控發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computer Numerical Control,CNC） 。CNC 與 NC 系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，CNC機(jī)床采用專用的或通用的計(jì)算機(jī)控制，系統(tǒng)軟件常駐內(nèi)存中，零件加工程序可以輸入到內(nèi)存中 [1]。只要改變計(jì)算機(jī)的控制軟件，就能實(shí)現(xiàn)一種新的控制方式，從而加工出一種新的工件。數(shù)控編程技術(shù)已經(jīng)涉及制造工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)幾何、微分幾何、人工智能等眾多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，它所追求的目標(biāo)是如何有效的獲得滿足各種零件加工要求的高質(zhì)量數(shù)控加工程序，以便充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能、獲得更高的加工效率與加工質(zhì)量。數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析加工要求并進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，以確定加工方案，選擇合適的機(jī)床、刀具、夾具，確定合理的走刀路線及切削用量等；建立工件的幾何模型、計(jì)算加工過程中刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡或機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡；按照數(shù)控系統(tǒng)可接受的程序格式，生成零件加工程序，然后對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證和修改，直到得到合格的加工程序 [2]。所謂數(shù)控編程，就是將零件的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移與方向以及其它輔助動(dòng)作（換刀、冷卻、加緊等） ，按運(yùn)動(dòng)順序和所用數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編制加工程序單（相當(dāng)于普通機(jī)床的工藝過程卡） ，再將程序單中的全部內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上（如穿孔帶，磁帶等）然后輸給數(shù)控裝置，從而指揮數(shù)控機(jī)床加工 [3]。這種從零件圖紙到制成控制介質(zhì)的過程稱為數(shù)控加工的程序編制。在數(shù)控電子技術(shù)的快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，至今已經(jīng)歷了手工編程、 語言自動(dòng)編程和圖形交互式自動(dòng)編程三個(gè)發(fā)1 緒論2展階段 [4]。數(shù)控編程的一般過程如下圖所示：西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3圖 1.1 程序編制全過程對(duì)于幾何形狀不太復(fù)雜的簡單零件，計(jì)算簡單,加工程序不多，采用手工編程較容易實(shí)現(xiàn)，手工編程就是如圖 1.1 所示程序編制的全過程。但對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件，用手工編程就有一定困難，出錯(cuò)的概率增大，有的甚至無法編出程序，因此必須用自動(dòng)編程的方法編制程序 [5]。語言自動(dòng)編程與手工編程相比，提高編程效率數(shù)倍乃至數(shù)十倍，但它必須對(duì)要加工的每一個(gè)幾何體作精確的描述和定義，而某些復(fù)雜的幾何圖形幾乎難以用語言來精確描述，在三維加工領(lǐng)域更是這樣。特別是當(dāng)今 CAD 技術(shù)的蓬勃發(fā)展更襯托出這種編程方法的不適應(yīng)性，于是 20 世紀(jì) 80 年代后期就進(jìn)入了基于圖形的圖形交互式自動(dòng)編程階段 [6]。圖形化編程所需要的零件圖在 CAD /CAM 系統(tǒng)中由 CAD 軟件產(chǎn)生，數(shù)控編程者可利用 CAD軟件進(jìn)行建模，構(gòu)建出零件幾何形狀，然后對(duì)零件圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案，利用軟件的計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)功能,完成工藝方案的制訂、切削用量的選擇、刀具及其參數(shù)的設(shè)定，指定被加工部位和參考面，程序就自動(dòng)計(jì)算出刀具的加工路徑并生成刀位軌跡文件，還可模擬加工狀態(tài)，顯示刀具路徑和刀具形狀以檢驗(yàn)走刀軌跡，如有錯(cuò)誤，可立即修正。利用后處理功能可生成指定數(shù)控系統(tǒng)用的數(shù)控加工程序。因此我們把這種自動(dòng)編程方式稱為圖形交互式自動(dòng)編程，圖形編程方式大大減小了編程出錯(cuò)率，提高了編程效率和可靠性 [7]。數(shù)控加工技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用 ,如數(shù)控銑削、鏜削、車削、線切割、電火花加工等。數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達(dá)到預(yù)期的加工效果，編制高質(zhì)量的數(shù)控程序是必不可少的，因?yàn)閿?shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息 [8]。對(duì)于簡單的零件，通常采用手工編程的方法；對(duì)于復(fù)雜的零件，往往需要借助于 CAM 軟件編制加工程序，以縮短編程人員的編程時(shí)間，提高程序的正確性和安全性 ,降低生產(chǎn)成本 ,提高工作效率[9]。零件圖 機(jī)床加工確定工藝過程數(shù)值計(jì)算編寫程序單分析零件圖紙制備控制介質(zhì)程 首序 件檢 試驗(yàn) 切西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）41.2.2 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展CAD/CAM 技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成成分,它的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM 技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一 [10]。目前，應(yīng)用較為廣泛的數(shù)控編程系統(tǒng)有 APT-Ⅳ/SS、CADAM 、CATIA 、EUKLID 、UG、INTERGRAPH、Pro/Engineering、MasterCAM 等，這些系統(tǒng)的數(shù)控編程都比較強(qiáng)，各有特色。國內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)等開發(fā)的圖形編程系統(tǒng)如 NPU/GNCP 和 InterCAM 也具有 2.5D 零件加工和雕塑曲面多軸加工等功能，達(dá)到了實(shí)用化程度 [11]。 1946 年在美國誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。1952 年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在麻省理工學(xué)院（M IT）誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，到今天已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代：1952-1970 年為數(shù)控（NC ）階段，這階段劃分為三代，即第一代電子管（1965 年） [12]。自 1970 年起，小型計(jì)算機(jī)用于數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控技術(shù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段，這是第四代數(shù)控；1974 年進(jìn)入第五代數(shù)控，其特征為微處理器用于數(shù)控。前五代雖然解決了許多制度問題，但均屬于封閉式結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出了越來越高的要求。新型的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能運(yùn)用于各種計(jì)算機(jī)軟硬件平臺(tái)上，并提出統(tǒng)一風(fēng)格的用戶交互環(huán)境，以便用戶的操作、維護(hù)和更新?lián)Q代 [13]。還應(yīng)能在普及型個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)上，簡便地應(yīng)用系統(tǒng)所配置的軟件模塊和硬件運(yùn)動(dòng)控制插件卡；機(jī)床制造商和用戶能夠方便的進(jìn)行軟件開發(fā)，追加功能和實(shí)現(xiàn)功能的個(gè)性化，使 CNC 系統(tǒng)具有 PC 的高手分析能力，大容量存儲(chǔ)功能，各種軟件的支撐，圖文顯示的優(yōu)勢以及聯(lián)網(wǎng)的靈活性，顯然，封閉式結(jié)構(gòu)的 CNC 系統(tǒng)根本無法滿足這些要求 [14]。在這種情況下，基于 PC 的第六代數(shù)控系統(tǒng) —開放式數(shù)控系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。1.2 本文主要研究內(nèi)容盤型零件是機(jī)械加工中常見的典型零件之一，它的應(yīng)用范圍很廣。通過對(duì)盤型零件的數(shù)控編程研究可以基本掌握數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)，盤型零件加工編制的過程、編程語言和典型零件加工程序的一般編寫方法。數(shù)控加工編程功能模塊功能包括圖形幾何造型、刀具軌跡設(shè)計(jì)、刀具軌跡編輯、加工仿真等。仿真系統(tǒng)具備對(duì)數(shù)控機(jī)床操作全過程和加工運(yùn)行環(huán)境仿真的功能，通過仿真軟件的模擬可以明確的分析出加工方案的錯(cuò)誤和不足之處以避免在實(shí)際生產(chǎn)中由于錯(cuò)誤方案導(dǎo)致成本的提高和材料的浪費(fèi) [15]。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）51.3 論文的主要研究內(nèi)容本文共分為六章，各章的安排及內(nèi)容如下：第一章 緒論本章從四個(gè)方面介紹了與課題有關(guān)的內(nèi)容。第一節(jié)說明了論文的背景和意義。第二節(jié)闡述了數(shù)控編程技術(shù)的國內(nèi)外技術(shù)狀況及發(fā)展前景。第三節(jié)介紹了課題研究的主要內(nèi)容及開展的工作。第四節(jié)提出論文的主要內(nèi)容。第二章 盤形零件的工藝分析分析所加工的復(fù)雜盤形零件的外形特點(diǎn)，分析零件的機(jī)械加工工藝，研究出零件最適合的一種機(jī)械加工工藝方案，然后確定出盤形零件的工藝和工裝夾具的確定。第三章 盤形零件加工方案和加工余量的確定選擇合適的加工方法、刀具等，在普通機(jī)床上對(duì)零件外形的和尺寸精度進(jìn)行的粗加工，為實(shí)現(xiàn)盤形零件各個(gè)表面對(duì)粗糙度的要求，與尺寸精度要求在數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的最終精加工。第四章 切削用量與基本工時(shí)的確定通過查閱機(jī)床切削手冊與切削用量手冊確定個(gè)加工工步的切削用量，切削所需的基本工時(shí)以及機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速等。第五章 盤形零件精加工部分的數(shù)控編程針對(duì)盤形零件精加工部分的數(shù)控技術(shù)要求，選擇合適的數(shù)控機(jī)床、刀具以及數(shù)控指令對(duì)盤形零件進(jìn)行數(shù)控編程。第六章 車床專用夾具體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)夾具體的裝配圖，針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。2 盤形零件的工藝分析62 盤形零件的工藝分析題目所給定的盤形零件是機(jī)械加工中常見的典型零件之一，它的應(yīng)用范圍很廣。通過對(duì)盤形零件的數(shù)控編程方法的研究可以基本掌握數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)和盤形零件工藝路線的制定、編程語言和典型零件加工程序的一般編寫方法 [16]。下面分節(jié)說明盤形零件的工藝特點(diǎn)。2.1 盤形零件的外形分析端蓋零件帶有回轉(zhuǎn)面和內(nèi)孔，外部有環(huán)形結(jié)構(gòu)、圓弧和倒角，其中內(nèi)孔的表面精度要求較高為 1.6 其余各處表面精度均為 3.2。為了更好的分析復(fù)雜腔槽零件的外形特點(diǎn)，該零件的各個(gè)方位三維實(shí)體圖如下給出：（a） 盤形零件主視圖 （b） 盤形零件左視圖圖 2.1 盤形零件三維結(jié)構(gòu)視圖圖 2.2 盤形零件二維機(jī)構(gòu)視圖西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）72.2 盤形零件的工藝分析 2.2.1 復(fù)雜盤形零件毛胚的選擇確定毛坯的制造形式零件材料為 HT150，考慮到零件在工作過程中的受力情況，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有一定的強(qiáng)度、剛度、抗振性及良好的切削加工性，因此采用鑄件 [17]。鑄件毛坯內(nèi)殘余較大的內(nèi)應(yīng)力，所以加工前均應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，由于該零件采用大批量生產(chǎn)而且輪廓尺寸不大因此采用金屬型機(jī)器鑄造。這對(duì)于提高生產(chǎn)率保證加工質(zhì)量也是有利的?；诣T鐵（HT150） ，由《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》表 4-71，可得力學(xué)性能見表 2.1：表 2.1 鑄件的力學(xué)性能牌號(hào) 鑄件壁厚 最小抗拉強(qiáng)度 硬度 鑄件硬度范圍 金相組織HT150 2.5-1010-2020-3030-50175145130120H175 150-200 鐵素體+珠光體灰鑄鐵的一般工作條件：承受中等載荷的零件，摩擦面間的單位面積壓力不大于 490KPa。毛坯的熱處理灰鑄鐵（HT150）中的碳全部或大部分以片狀石墨方式存在鑄鐵中，由于片狀石墨對(duì)基本的割裂作用大，引起應(yīng)力集中也大；因此，使石墨片得到細(xì)化，并改善石墨片的分布，可提高鑄鐵的性能?？刹捎檬嘶?，來消除鑄鐵表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織（有大量的滲碳體出現(xiàn)） ，以便于切削加工。毛坯圖樣如下：（a）毛坯零件主視圖 （b）毛坯零件左視圖圖 2.3 毛坯零件三維結(jié)構(gòu)視圖西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖 2.4 毛坯零件二維結(jié)構(gòu)視圖2.2.2 盤形零件加工方法的選擇該盤形零件，從它的外形特征和加工精度考慮，應(yīng)分為粗加工和精加工兩個(gè)階段來加工。零件的中間部分是腔槽類零件的主要體現(xiàn)，應(yīng)粗加工加工出外形，再用精加工來達(dá)到其表面粗糙度的要求 [18]。中間部分是內(nèi)槽與通孔，從經(jīng)濟(jì)效益方面和加工難易程度方面考慮，選擇在普通銑床上加工，左右兩側(cè)部分，有不規(guī)則圓弧與倒角此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)盤形零件的精加工部分進(jìn)行數(shù)控編程設(shè)計(jì)，以達(dá)到零件的精度要求?；娴倪x擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇得正確、合理可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，否則就會(huì)使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會(huì)造成零件的大批量報(bào)廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行[19]。粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于本零件來說可以毛坯零件的內(nèi)孔軸線作基準(zhǔn)，用三爪自定心卡盤對(duì)工件進(jìn)行定位加緊，限制工件的六個(gè)自由度達(dá)到完全定位。精基準(zhǔn)的選擇。精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。對(duì)于此零件采取基準(zhǔn)重合的原則進(jìn)行加工，所以不存在基準(zhǔn)不重合出現(xiàn)的誤差。制定工藝路線。制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的為大批量生產(chǎn)的條件下，可以采用萬能機(jī)床配以專用工件夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率 [20]。除此以外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便降低生產(chǎn)成本。加工階段按照加工性質(zhì)和作用的不同，工藝過程分為兩個(gè)階段：粗加工階段。粗加工的目的是切去絕大部分多余的金屬，為以后及精加工創(chuàng)造較好的條件，粗加工時(shí)能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報(bào)廢或修補(bǔ)，以免浪費(fèi)工時(shí)。粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機(jī)床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9工時(shí)，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，時(shí)得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精度低，粗糙度大。一般粗加工登記為 IT11～I(xiàn)T12 ，粗糙度為 Ra80～100um 。半精加工階段。半精加工階段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保證零件的形狀位置精度，尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面達(dá)到圖紙要求，另外精加工工序安排在最后，可防止或減少工件精加工表面損傷。半精加工應(yīng)采用高精度的機(jī)床小的切削用量，工序變形小，有利于提高加工精度，半精加工精度一般為 IT8～I(xiàn)T9 ，表面粗糙度為 Ra3.2～1.6um。3 盤形零件加工方案和加工余量的確定103 盤形零件加工方案和加工余量的確定3.1 盤形零件加工方案盤形零件的加工方案是保證能夠達(dá)到零件所需尺寸精度、位置精度以及形狀精度的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的一項(xiàng)優(yōu)化處理，選擇最適合的一種方案使得在加工中保證零件加工中的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗 [21]。典型的表面加工方案如下表表 3.1 典型表面加工方案外圓表面加工 經(jīng)濟(jì)精度級(jí) 表面粗粗糙度 Ra/um 適用范圍粗車-半精車 IT8-IT10 6.3～3.2 淬火鋼以外的各種金屬內(nèi)孔加工粗鏜-半精鏜 IT8-IT9 3.2～1.6 淬火鋼以外各種材料平面加工粗車-半精車 IT9 6.3～3.2 端面粗銑-精銑 IT8-IT9 6.3～1.6 一般不淬硬平面根據(jù)以上參考及零件加工精度的要求及零件的毛坯尺寸與最終尺寸現(xiàn)設(shè)計(jì)以下三種方案：圖 3.1 鑄件毛坯圖 圖 3.2 零件圖西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11工藝路線方案一：表 3.2 工藝路線方案一工序 1 粗車端面 A工序 2 粗、半精鏜內(nèi)孔 E工序 3 粗車端面 D工序 4 以 E 為基準(zhǔn)粗車外輪廓工序 5 粗銑 F 的內(nèi)槽工序 6 調(diào)質(zhì)工序 7 半精車端面 A工序 8 半精車端面 D工序 9 精銑內(nèi)槽 F工序 10 半精車外輪廓工序 11 檢驗(yàn)工藝路線方案二：表 3.3 工藝路線方案二工序 1 粗鏜內(nèi)孔 E工序 2 粗車端面 A工序 3 粗車端面 D工序 4 粗車外輪廓工序 5 粗車內(nèi)槽 F工序 6 調(diào)質(zhì)處理工序 7 半精鏜內(nèi)孔 E工序 8 半精車端面 A工序 9 半精車端面 D工序 10 半精車外輪廓工序 11 精銑 F 內(nèi)槽工序 12 檢驗(yàn)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12工藝路線方案三：表 3.4 工藝路線方案三工序 1 粗車端面 D工序 2 粗銑端面 A、內(nèi)槽 F工序 3 粗、半精鏜內(nèi)孔 E工序 4 以內(nèi)孔 E 為基準(zhǔn)粗車外輪廓工序 5 調(diào)質(zhì)處理工序 6 半精車端面 D工序 7 精銑端面 A、內(nèi)槽 F工序 8 半精車外輪廓工序 9 檢驗(yàn)工藝方案優(yōu)劣點(diǎn)的比較分析：上述三個(gè)方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工端面與內(nèi)孔，然后以此為基準(zhǔn)加工其它部分。方案二是先加工孔，然后以孔為基準(zhǔn)加工外輪廓、以及端面。方案三是以軸線為中心先加工端面，然后以端面定位加工孔，以孔為基準(zhǔn)加工外輪廓。以上三個(gè)方案中，前兩道方案無形中增加了加工工序，且經(jīng)常變換加工基準(zhǔn)導(dǎo)致誤差增加、成本增加，加工效率降低而方案三采用互為基準(zhǔn)的原則既降低了加工工時(shí)，還提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。因此選用第三種方案進(jìn)行加工 [22]。以上工藝過程詳見附表機(jī)械加工工藝過程卡片和附表機(jī)械加工工序卡片。3.2 盤形零件加工余量的確定機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定表 3.5 機(jī)械加工余量外圓表面（φ100） 2Z=8mmφ84mm 外圓 2Z=6mmφ30mm 內(nèi)孔 2Z=4mmφ70mm 內(nèi)槽 2Z=6mm外圓長度 30 2Z=3mm“端蓋”零件材料 HT150，生產(chǎn)內(nèi)型為大批量生產(chǎn)，可采用金屬型鑄造毛坯，設(shè)計(jì)毛坯形狀尺寸還應(yīng)考慮到：a. 各加工面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單b. 工藝基準(zhǔn)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)想一致c. 便于裝夾、加工和檢查西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13e. 結(jié)構(gòu)要素統(tǒng)一，盡量使用普通設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行加工根據(jù)原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：查《機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝簡明手冊》其余量規(guī)定為 2.5～3.5 現(xiàn)取已能滿足加工要求。4 切削用量與基本工時(shí)的確定144 切削用量與基本工時(shí)的確定4.1 盤形零件切削用量及基本工時(shí)4.1.1 工序 1：粗車端面 D 本工序采用計(jì)算法確定切削用量 加工條件 工件材料： HT150 鑄件加工要求：粗車 D 端面 機(jī)床：CA6140 臥式車床刀具:刀片材料為 YT15，刀桿尺寸為 16mm×25mm,主偏角 kr=900，前角 r0=150，后角 а0=80,rξ=0.5mm 刀具圖如下：圖 4.1 端面車刀具圖計(jì)算切削用量 粗車端面 D確定端面最大加工余量，已知毛坯長度方向的加工余量為 3，a p=2.6mm 計(jì)算，長度加工公差按 IT12 級(jí)取-0.25mm （入體方向）確定進(jìn)給量 f：根據(jù)切削用量《簡明手冊》當(dāng)?shù)稐U尺寸為 16mm×25mm，余留 0.4 的精加工余量，a p≤2.6mm,以及工件直徑為100mm 時(shí) f=0.8～1.2mm/r, 按 ca6140 車床說明書取 f=0.81mm/r 計(jì)算切削速度：按《切削手冊》表 1.27 切削速度的計(jì)算公式為（壽命選 T60min）vypmKfaTCVcvx*?（4.1）式中 =242， =0.15， =0.35, =0.2 因?yàn)?0.8＜工件直徑/ 初始直徑＜0.95 所以 vCvXv vK=0.84所以 = cV53.9min/84.01.6.2043550. ??? in/（4.2）確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：in/5.293in/108*53.91rrdvnwsc ???4 切削用量與基本工時(shí)的確定15（4.3）按機(jī)床說明書與 相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為 ,現(xiàn)選取 所以 min/5.293r min/320rin/320rin/3.108V?西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16計(jì)算切削工時(shí)：按工藝手冊?。? 1=2mm 2=0 ml264108??ll（4.4） 所以 tm= in4.0i8.2501???ifnlw（4.5）表 4.1 CA6140 臥式車床的主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)規(guī)格 型號(hào) CA6140最大加工直徑 在床身上在刀架上400210棒料直徑/mm 48最大加工長度/mm 750 1000 1500 2000主軸孔徑/mm主電動(dòng)機(jī)功率/kw487.5刀架進(jìn)給量/mm.r -1 縱向橫向0.028～6.330.014～3.164.1.2 工序 2：粗銑端面 A、內(nèi)槽 F粗銑每齒進(jìn)給量 af=0.06~0.12 高速鋼立銑刀，d 0=20mm,Z=5 切削速度 )/(*60432110smKZaTCVvxefxmvpv??（4.6）式中 d 0 為銑刀直徑；C v、Z v、x 1、x 2、x 3、x 4 為系數(shù)； m 為指數(shù) ap 為背吃刀量；a f 為每齒進(jìn)給量；a e 為銑削寬度；Z 為銑刀齒數(shù)，修正系數(shù) Kv 取值為：粗銑 Kv=1.0；精銑Kv=0.8，T 為刀具耐用度，耐用度與刀具材料有關(guān)。查表有：T=3.6×10 3s Kv=1.0 Z=5 Cv=25 Zv=0.7 m=0.25 x1=0.3 x2=0.2 x3=0.5 x4=0.3所以切削速度（4.7min/5062*8.31d10min/8.31/53.14.60..02.3.7.25- rVn sws ??? ???）（）西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17現(xiàn)選用 X52 立式銑床，根據(jù)機(jī)床說明書取 nw=475r/min 故實(shí)際切削速度為：(4.8)min/29.810475????wndV當(dāng) nw=475r/min 時(shí)， ，工作臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量為 fm fm=fzZnw=0.1×5×506=253mm/min查機(jī)床說明書選取 235mm/min 的進(jìn)給量，故選用此進(jìn)給量切削工時(shí)：由于是粗銑，故整個(gè)銑刀刀盤不必銑過整個(gè)工件，利用作圖法可以得出銑刀的行程：l=l 1+l2 =22+34.6=56.6mmmin 2.0536?mZ（4.9） 表 4.2 X53K 立式銑床的主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)規(guī)格 型號(hào) X53K主軸端面至工作臺(tái)面距離/mm 30～500主軸中心線至床身垂直導(dǎo)軌面距離/mm 450主軸孔徑/mm 2932～50±4530～150085立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度/（ 0）主軸轉(zhuǎn)速/r.min -1主軸軸向移動(dòng)量/mm工作臺(tái)尺寸/mm 1600×400工作臺(tái)最大行程/mm橫向縱向升降315/300900/880385/365主電動(dòng)機(jī)功率/kw 10槽數(shù)/個(gè) 3寬度/mm 18工作臺(tái) T 形槽槽距/mm 904.1.3 工序 3：粗、半精鏜內(nèi)孔 E粗糖孔至 φ29.8，單邊余量為 Z=1.9mm,可以一次鏜去全部余量 ap=1.9mm,進(jìn)給量西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18f=0.1mm/r,根據(jù)手冊，確定金剛鏜床切削速度為 100m/min 則nw= 1062min/r3.140D????v（4.10）由于金剛鏜床的主軸轉(zhuǎn)速為無極調(diào)速，故以上轉(zhuǎn)速即為加工時(shí)使用的轉(zhuǎn)速。切削工時(shí)：l=22.8mm l1=3mm l2=4mm 所以：t= in26.0i.106243821 ?????fnlw（4.11）半精鏜孔至 φ30，單邊余量 Z=0.1mm，可以一次性鏜削去除全部余量 ap=0.1mm,進(jìn)給量 f=0.1mm/r v=100m/min,所以 min/1062r3.4D10????Vnw（4.12）切削工時(shí) t=0.26min 表 4.3 T68 鏜床主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)規(guī)格 型號(hào) T68 鏜床主軸直徑 85mm主軸最大許用扭轉(zhuǎn)力矩 100 公斤/米主軸最大行程 600mm工作臺(tái)可承受最大重量 200 公斤主軸心線距工作面最大距離 800mm/最小 30mm主軸每轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)給量范圍 0.05～16mm主軸功率 6.5/8kw4.1.4 工序 4：粗車外輪廓圖 4.2 外輪廓車 刀具圖a. 粗車外圓 C取 ap=2.8 分兩次切割 f=0.51mm 根據(jù)切削手冊表 1.6，Ra=6.3um,刀尖圓弧半徑為西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19rξ=1.0mm,切削速度 vvpmckfyxaTCV*?（4.13）式中 Cv=242,T=60,m=0.2,yv=0.35,kv=1 所以m/min 1＝5.0.52.860431. ???Vc（4.14）n= min/84i/96.4.71rrdv??（4.15）按機(jī)床說明書取 n=400 則此時(shí) V=120.6 切削工時(shí) T= 21??nfl（4.16）式中 l=10.4,l1=4,l2=0,所以 Z=0.07minb. 粗車外圓 B 取 ap=1.8 分兩次進(jìn)行車削，f=0.51 R a=0.63um 刀尖圓弧 rξ=1.0mm 切削速度 （4.17） 23.67m/in1＝0.51.86432.0???cVn= in/36508.4rrdv???（4.18）按機(jī)床說明書取 n=400r/min 則此時(shí) v=135.68m/min,切削工時(shí) T= 21??nfl（4.19）式中 l=22.6,l1=4,l2=0 所以 t=0.13minc. 粗車外圓 φ90取 ap=2.5 分兩次車削 f=0.51 切削速度= vvpmckfyxaTCV*? 17.m/in＝0.52.60431. ??（4.20）所以 n= in/9.7in/8.13.4710rrd??（4.21）西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20按機(jī)床說明書取 n=400 則此時(shí) V=126.6m/min 切削工時(shí)t= = 21??nfl 0.5min21.407???（4.22）5 盤形零件精加工部分的數(shù)控編程215 盤形零件精加工部分的數(shù)控編程5.1 數(shù)控編程隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產(chǎn)品的比重越來越大（目前已占到 70%以上），傳統(tǒng)的通用、 專用機(jī)床和工藝裝備已經(jīng)不能很好地適應(yīng)高質(zhì)量、高效率、多樣化加工的要求，因而，以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)，將機(jī)械技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和成組技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，使機(jī)器制造行業(yè)的生產(chǎn)方式和機(jī)器制造技術(shù)發(fā)生了深刻的、革命性的變化 [23]。當(dāng)今機(jī)床行業(yè)的計(jì)算機(jī)數(shù)控化已成為技術(shù)進(jìn)步的大趨勢。數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓氣動(dòng)、光電等多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控機(jī)床大大提高了機(jī)械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機(jī)床無法處理的復(fù)雜零件）。有效提高了加工質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化（相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的大批量生產(chǎn)的剛性自動(dòng)化），并向智慧化、集成化方向發(fā)展。所以，可以毫不夸張地說，（計(jì)算機(jī)）數(shù)控技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心 [24]。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用（美國的數(shù)控機(jī)床已占機(jī)床總數(shù)的80% 以上），是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足高質(zhì)量、高效益和多品種、小批量的柔性生產(chǎn)方式的要求，適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，代表著當(dāng)今機(jī)械加工技術(shù)的趨勢與潮流，也是現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)在市場競爭激烈的條件下生存與發(fā)展的必然要求 [25]。
收藏