盤類零件的加工工藝分析與仿真

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福州職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計 設計題目 盤類零件的加工工藝分析與仿真 系 別 年級專業(yè) 學 號 姓 名 指導教師 職 稱 年 月 日 1 福州職業(yè)技術(shù)學院機械工程系畢業(yè)設計任務書 系 別 機械工程系 指導教師 陳小梅 職 稱 講師 學 生 姓 名 余寧 專業(yè)（班級） 12 數(shù)控技術(shù) 2 設 計 題 目 盤類零件的加工工藝分析與仿真 設計內(nèi)容 和目標 內(nèi)容：完成零件的三維建模、仿真加工、程序的編寫及加工工藝規(guī)程的設計。 目標： 1、培養(yǎng)學生查閱資料、自學的能力， 強化學生對基本知識和基本技能的理解和掌握 。 2、掌握數(shù)控技術(shù)相關(guān)知識及程序編程原則。 3、 培養(yǎng)學生 應用所學的知識來 分析問題 、 解決問題 的 能力 ，并提高其綜合設計能力。 設計要求 1、 完成 各零件的三維建模； 2、 完成零件的加工工藝設計 ； 3、 生成零件加工的程序代碼及編制零件的加工程序； 4、 完成 零件的加仿真工 ； 進度安排 2014 年 11 月 12 日 — 2014 年 12 月 11 日 完成資料的收集和確定設計的初步方案 2014 年 12 月 12 日 — 2015 年 1 月 1 日 完成各零件的三維建模 2015 年 1 月 2 日 — 2015 年 2 月 16 日 完成零件加工程序的編制、仿真加工等 2015 年 2 月 17 日 — 2015 年 3 月 12 日 編寫設計說明書初稿 2015 年 3 月 13 日 — 2015 年 3 月 25 日 整理畢業(yè)設計說明書并定稿 教研室審核 簽名： 年 月 日 系審核 簽名： 年 月 日 2 目錄 [內(nèi)容摘要 ] .................................................... 3 [關(guān)鍵詞 ] ....................................................... 3 一、數(shù)控銑削加工 ................................................ 3 二、典型零件的工藝分析 .......................................... 4 （一）零件結(jié)構(gòu)分析 .......................................... 4 1、零件二維圖 ............................................ 4 2、零件三維建模圖 ........................................ 4 （二）零件的基準的選擇 ...................................... 5 1、 粗基準的選擇 .......................................... 5 2、精基準的選擇 .......................................... 5 （三）毛坯和材料 的選擇 ...................................... 6 （四）加工路線的設計 ........................................ 6 （五）刀具選擇 .............................................. 6 （六）切削用量選擇 .......................................... 7 （七）擬定數(shù)控切削加工工序卡 ................................ 8 （八）工序設計 .............................................. 8 三、程序編制 .................................................... 9 （一）確定編程原點 .......................................... 9 （二）編輯程序 .............................................. 9 1、大內(nèi)槽程序 ............................................ 9 2、小內(nèi)槽程序 ........................................... 15 四、仿真加工 ................................................... 16 總結(jié) ........................................................... 18 參考文獻 ....................................................... 19 3 盤類零件的加工工藝分析與仿真 [內(nèi)容摘要 ] 數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的工作母機，是實現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石是保證高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。 本 文 介紹了數(shù)控加工的特點、加工工藝分析以及數(shù)控編程的一般步驟。并通過一 個具體 的實例詳細 地 介紹了數(shù)控加工工藝的分析方法 ，制定了工藝卡片，編制了程序代碼，最后仿真加工了該零件。 [關(guān)鍵詞 ] 數(shù)控銑 工藝分析 程序編制 仿真加工 一 、 數(shù)控銑 削加工 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè) 中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)（ 1T）與制造技術(shù)（ 合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的 捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。 數(shù)控銑或手動銑是用來加工棱柱形零件的機加工工藝。有一個旋轉(zhuǎn)的圓柱形刀頭和 多個出屑槽的銑刀通常稱為端銑刀或立銑刀，可沿不同的軸運動，用來加工狹長 空、溝槽、外輪廓等。進行銑削加工的機床稱為銑床，數(shù)控銑床通常是指數(shù)控加工中心。 銑削加工包括手動銑和數(shù)控銑，銑削加工在機加工車間進行。 數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎上發(fā)展起來的 ,兩者的加工工藝基本相同 ,結(jié)構(gòu)也有些相似 ,但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動加工機床 ,所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有很大區(qū)別 ， 數(shù)控 銑削加工除了具有普通 銑床 加工的特點外，還有如下特點： 1、零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等； 2、能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學模型描述的復雜曲線零件以及 三維空間 曲面類零件； 4 3、能加工一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件； 4、 加工 精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，數(shù)控裝置的脈沖當量一般為 精度的數(shù)控系統(tǒng)可達 m，另外 ，數(shù)控加工還避免了操作人員的操作失誤； 5、生產(chǎn)自動化程度高，可以減輕操作者的勞動強度。有利于生產(chǎn)管理自動化； 6、生產(chǎn) 效率 高，數(shù)控銑床一般不需要使用專用夾具等專用工藝設備，在更換工件時只需調(diào)用存儲于數(shù)控裝置中的加工程序、裝夾工具和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，因而大大縮短了生產(chǎn)周期。其次，數(shù)控銑床具有銑床、鏜床、鉆床的功能，使 工序高度集中，大大提高了生產(chǎn)效率。另外，數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度都是無級變速的，因此有利于選擇最佳切削用量； 二、典型 零件 的 工藝分析 （ 一 ） 零件結(jié)構(gòu) 分析 1、零件二維圖 本文所分析的零件如圖 1所示。 該零件圖主要由平面、 槽 及外輪廓組成。此零件包括圓槽、方槽、圓孔、曲面， 遵循先主后次，先難后易，先外后內(nèi)，先面后孔等加工原則，且按照加工要求平面輪廓常采用的加工方法有數(shù)控輪廓銑加工。選擇以上方法完全可以保證尺寸、形狀精度和表面粗糙度要求。 圖 1 零件二維圖 2、零件三維建模圖 5 圖 2 零件三維圖 （二）零件的基準的選擇 1、 粗基準的選擇 粗基準選擇應當滿足以下要求： ① 粗基準的選擇應以加工表面為粗基準。目的 是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 ② 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。 ③ 應選擇加工余量最小的表面作為粗基準?？梢员ＷC該面有足夠的加工余量。 ④ 應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。 ⑤ 粗基準應避免重復使用，因為粗基準的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。 為了滿足上述要求，基準選擇 以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面作為粗基準，先以后鋼板彈簧吊耳大外圓端面互為基準加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。 2、 精基準的選擇 6 精基準的選擇主要考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應當進行尺寸換算。 （三） 毛坯和材料的選擇 毛坯是根據(jù)圖紙而確定大小，根據(jù)本設計圖紙選擇毛坯大小為 220 選材不當是材料方面導致失效的主要原因。問題出在材料上，但責任在設計者身上。最常見的情況是，設計者僅根據(jù) 材料的常規(guī)性能指標作出決定，而這些指標根本不能反映材料對所發(fā)生的那種類型失效的抗力。另一種情況是，盡管預先對零件的失效形式有較準確的估計，并提出了相應的性能指標作為選材的依據(jù)，但由于考慮到其它因素（如經(jīng)濟性、加工性能等），使得所選材料的性能數(shù)據(jù)不合要求，因而導致了失效。材料本身的缺陷也是導致零件失效的一個重要原因，常見的缺陷是夾雜物過多，過大，雜質(zhì)元素太多，或者有夾層、折疊等宏觀缺陷。所以材料為 45#鋼。 （四） 加工路線的設計 由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，應盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還應 降低生產(chǎn)成本。為此，設計了兩套工藝路線，分別如表 1和表 2所示。 表 1： 工藝路線方案一 工序 1 粗加工定位基準面（底面） 工序 2 粗、精加工上表面 工序 3 外輪廓銑削 工序 4 終檢 表 2 工藝路線方案二 工序 1 粗加工定位基準面（底面） 工序 2 粗、精加工上表面 工序 3 外輪廓銑削 工序 4 終檢 按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原則確定加工順序，我選擇第 2種。 （五） 刀具選擇 刀具的選擇是數(shù)控加工中重要的工藝內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時， 選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。 與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高，不僅要求精度高、剛度高、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加 7 工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。 選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀，銑削平面時應選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀，對一些主體型面和斜角輪廓形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工常采 用球頭銑刀，但加工曲面較低平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而采用環(huán)形銑刀。 表 3 本設計中刀具的選擇 序號 刀具編號 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 刀尖半徑 /注 1 1251 銑削上下表面 2 16硬質(zhì)合金立銑刀 1 銑削外輪廓 3 12硬質(zhì)合金立銑刀 1 鐵銷槽 （六） 切削用量選擇 切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、切削深度或?qū)挾取⑦M給速度（進給量）等。切削用量的大小對切削力、切削速率、刀具 磨損、加工質(zhì)量和加工成本均有顯著影響。對于不同的加工方法，需選擇不同的切削用量，并應編入程序單內(nèi)。 合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工或精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。 該零件材料切削性能較好，銑削平面、外輪廓面時，留 加工余量，其次一刀完成粗銑。 確定主軸轉(zhuǎn)速時，先查切削用量手冊，硬質(zhì)合金銑刀加工鑄（ 190的切削速度為 45 v=70m/后根據(jù)銑刀直徑計算主軸轉(zhuǎn)速，并填入工序卡中（若機床為有級調(diào)速，應選擇與計算結(jié)果接近的轉(zhuǎn)速）。 N=1000v/定進給率時，根據(jù)銑刀赤數(shù)、主軸轉(zhuǎn)速和切削用量手冊中給的每齒進給量，計算進給速度并填入工序卡片中。 8 N=吃刀量的選擇應根據(jù)加工余量確定。粗加工時，一次進給應盡可能切除全部余量。在中等功率的機床上，背吃刀量可達 8精加工時，背吃刀量取為 加工時背吃刀量取為 （七） 擬定數(shù)控切削加工工序卡 把零件加工順序、所采用的刀具和切削用量等參數(shù)編入表 3 所示的加工工序卡中以指導編程和加工操作 表 5 數(shù)控加工工序卡 單位名稱 福州 職業(yè)技術(shù)學院 產(chǎn)品名稱代號 零件名稱 零件圖號 數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設計 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 平口虎鉗和一面兩銷 控中心 工步號 工步內(nèi)容 刀具號 /具規(guī)格 /軸轉(zhuǎn)速 /給速度/吃刀量 /注 01 粗銑定位基準面（底面） 125 180 40 3 手動 02 粗銑上表面 125 180 40 3 手動 03 精銑上表面 125 180 25 動 04 ￠12硬質(zhì)合金立銑刀 12 200 40 2 手動 05 ￠12硬質(zhì)合金立銑刀 12 500 30 動 06 粗銑外輪廓 16 900 40 2 手動 07 精銑外輪廓 16 900 25 動 （八）工序設計 1、 選一個 220 2、 粗銑定位基準面（底面），采用平口鉗 裝夾，用 ￠125面端銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為 180r/給速度 40 mm/吃刀量 2 3、 粗銑上表面，將初銑的底面反過來，進行粗銑上表面，用 ￠125軸轉(zhuǎn)速為 180r/給速度 40 mm/吃刀量 2 4、 精銑上表面，用 ￠125軸轉(zhuǎn)速為 180r/給速度 25 mm/9 背吃刀量 0.5 5、 銑削 大槽 ， ￠12硬質(zhì)合金立銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為 600r/給速度 40mm/吃刀量 1 6、 銑削 小槽 ， ￠12硬質(zhì)合金立銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為 600 r/ 7、 粗銑外輪廓，用 ￠12平面立銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為 800r/銑時的橫向進給率為 100mm/向進給率為 50mm/背吃刀量 1 8、 精銑刀外輪廓，用 ￠12面立銑刀，，主軸轉(zhuǎn)速為 1000r/給速度 40 mm/吃刀量 5 次銑到位。 三、程序編制 （一） 確定編程原點 銑床上編程坐標原點的位置是任意的，他是編程人員在編制程序時根據(jù)零件 的特點來選定的，為了變成方便，一般要根據(jù)工件形狀和標注尺寸的基準以及計算最方便的原則來確定的工件上某一點為坐標原點，具體選擇注意如下幾點： 1、 編程坐標原點應選在零件圖的尺寸基準上，這樣便于坐標值的計算，并減少計算錯誤。 2、 編程坐標原點應盡量選在精度較高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。 3、 對稱的零件，編程坐標原點應設在對稱中心上；不對稱的零件，編程坐標原點應設在外輪廓的某一角上。 4、 本設計選擇 ￠12 圓的圓心處為工件編程 X、 Z 軸原點坐標在工件上 表面。 （二） 編輯程序 1、 大內(nèi)槽程序 %12 54 3000 9. 1 2000 17 1 2 1 2 20. 10 3 0. 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 11 3 1 9. 0 1 1000 2000 2 1 2 1 2 20. 3 0. 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 12 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 3 1 0 6. 1 2000 2 1 2 1 2 20. 3 0. 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 13 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 3 1 6. 0 1 1000 2000 2 1 2 1 2 20. 3 0. 1 14 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 3 1 15 0 05 30 % 2、小內(nèi)槽程序 %12 54 3000 9. 1 17 2000 3 2 1 0 7. 1 2 2000 3 2 1 0 5. 1 2 2000 3 2 1 0 3. 1 2 2000 3 2 1 0 2. 1 2 2000 16 3 2 1 0 05 30 % 四、仿真加工 先設定好毛坯，然后選擇刀具與參數(shù)如下圖所示： 圖 3加工刀具 與參數(shù) 設定之一 圖 4加工刀具 與參數(shù) 設定之二 17 圖 5 加工刀具 與參數(shù) 設定之三 圖 6 大內(nèi)槽刀具加工軌跡 18 圖 7 小 內(nèi)槽刀具加工軌跡 然后輸入生成的程序，啟動程序可以得到如下仿真加工圖： 圖 8 精加工 刀具加工軌跡 仿真加工完成的圖形如下圖所示。 圖 9 最終得到仿真加工零件圖 總結(jié) 通過這次畢業(yè) 設計我對這兩年半所學的知識有了系統(tǒng)的回顧，我認真復習了當時所學的知識從畫圖到編程，從仿真到實際操作到完成這份設計，我查閱大量資料，反復試驗學習。了解了數(shù)控的發(fā)展歷程及進程，數(shù)控技術(shù)正向著高速高精高效化、柔性化、實時智能化、可視化、插補和補償方式多樣化、集成化、模塊化、網(wǎng)絡化等方向發(fā)展，并 19 在制造業(yè)起著越來越重要的作用，顯示著數(shù)控技術(shù)這一行業(yè)的強大生命力及其廣闊的發(fā)展空間；掌握了數(shù)控加工工藝的設計分析，了解其加工過程著重分析零件的加工路線、刀具選用、切削用量等部分；熟悉制圖與編程，熟悉 制圖軟件的使用，并進行實體仿真。同時在老師的悉心指導和嚴格要求下，使我很好地掌握和運用專業(yè)知識，順利完成我的畢業(yè)設計。在此，我要感謝老師的指引和教導，我會在以后的人生道路上，仍然堅持不斷學習不斷進取的決心，保持敢于面對困難的心態(tài)，以適應日新月異的社會。 參考文獻 [1]數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設計指導 吳青松 北京：北京理工大學社 [2]數(shù)控加工工藝 李文星主編 京理工大學出版社 [3]數(shù)控加工技術(shù)基礎 曉主編 子工業(yè)出版社 [4]模具數(shù)控加工技術(shù) 大連：理工大學出版社 [5]數(shù)控編程 輝主編 京理工大學出版社 [6]機械 用技術(shù) 北京：冶金工業(yè)出版社 [7]機械制造（ 2008 版） 北京：機械工業(yè)出版社， 2008. [8] 數(shù)控技術(shù)原理及應用 北京：國防工業(yè)出版社 [9] 共差配和與量測實訓 建華主編 京理工大學出版社 20 指 導 過 程 記 錄 次數(shù) 指 導 意 見 第 一 次 布置畢業(yè)設計題目，對零件圖比較復雜的部分給予指導。補充有關(guān)數(shù)控技術(shù)的內(nèi)容，比如數(shù)控加工的原則、刀具路線如何確定等。指導如何撰寫畢業(yè)設計論文，講述了相關(guān)論文的格式要求、一些有代表性的論題以及閱讀資料的重要性。 2014 年 11 月 12 日 第 二 次 對零件圖進行分析，針對 數(shù)控銑削加工的工藝參數(shù)設定進行了輔導，并解決在 設計過程中的問題。比如，對數(shù)控零件的加工工藝設計、仿真加工等提出修改意見。 2014 年 12月 15 日 第 三 次 對提交的論文提綱進行修改。論文的結(jié)構(gòu) 安排不科學，總體上比較凌亂， 內(nèi)容 也不夠完整，對仿真部分敘述不夠，可以適當?shù)亟貓D放在論文中 。另外，論文格式錯誤較多，標題等設置沒按照要求來排版。 2015 年 1 月 23 日 第 四 次 論文內(nèi)容已基本符合要求，修訂了論文中的格式問題，比如目錄的生成、頁腳的設置 、頁面的設置 等。除此之外，論文所用語言 也不夠 清晰。 2015 年 3 月 15 日 指導教師定稿意見 該畢業(yè)論文基本完成任務書里面的要求，格式正確，條理比較清楚，同意定稿。 指導教師（簽名）： 年 月 日 21 畢 業(yè) 設 計 評 審 表 指導教師 評 語 該生在文中本 文 介紹了數(shù)控加工的特點、加工工藝分析以及數(shù)控編程的一般步驟。并通過一 個具體 的實例詳細 地 介紹了數(shù)控加工工藝的分析方法 ，制定了工藝卡片，編制了程序代碼，最后仿真加工了該零件。 基本完成了設計任務書上的要求。在此過程中，該生能夠認真分析零件，利用所學知識，將整個零件完整仿真加工出來，另外， 該生 能夠查閱相關(guān)的 資料，收集 了 關(guān)于 數(shù)控工藝方面 的資料 。 在設計過程中各方面的能力都有所提高。 文章篇幅符合學院規(guī)定，內(nèi)容 較 完整，層次結(jié)構(gòu) 安排合理 ， 語言通順清晰， 格式符合規(guī)范要求 。 成績評定等級： 指導教師 (簽名 ): 年 月 日 教研室 初審意見 簽名： 年 月 日 系復審意見 (蓋章 ): 年 月 日 教務處 終審意見 (蓋章 ): 年 月 日