浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計

1、?？飘厴I(yè)設(shè)計論文論文題目：突臺孔類零件數(shù)控加工工藝分析與制造 作者姓名 鄒進(jìn)明 指導(dǎo)教師 趙燕偉 所在院系 成教學(xué)院 專業(yè)班級 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 提交日期 _ 2009-5-30 突臺孔類零件數(shù)控加工工藝分析與制造論摘 要 此課題是型面銑削與孔的加工，分析編排加工工藝，編程與加工。數(shù)控加工柔性好，自動化程度高，特別適宜加工輪廓形狀復(fù)雜的曲線，曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的復(fù)雜箱體，棱體零件，在多品種、小批量生產(chǎn)情況下，使用數(shù)控機(jī)床加工能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。      數(shù)控加工工藝問題的處理與普通加工基本相同，但又有其特點(diǎn)。因此，在設(shè)計零件的數(shù)控加工工藝時

2、，既要遵循普通加工工藝的基本原則和方法，又要考慮數(shù)控加工本身的特點(diǎn)和零件編程要求本次課題內(nèi)容介紹了數(shù)控加工的特點(diǎn)、對突臺孔類零件數(shù)控加工加工工藝分析以及數(shù)控編程的一般步驟。并利用CAXA制造工程師軟件完成零件的三維造型，進(jìn)行加工軌跡設(shè)計，實(shí)現(xiàn)加工仿真。利用宇龍仿真軟件完成仿真加工。利用CAD/CAM軟件及G代碼指令進(jìn)行手工編程。關(guān)鍵詞：編程 ，加工工藝，數(shù)控機(jī)床目 錄（三號黑體居中）摘 要I第1章緒論11.1數(shù)控加工的特點(diǎn)11.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史11.3數(shù)控加工2第2章加工分析32.1分析零件圖32.2設(shè)備的選擇3 機(jī)床的選擇3 夾具的選擇42.3基準(zhǔn)的選擇5 粗基準(zhǔn)的選擇5 精基準(zhǔn)的選擇5

3、粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用62.4刀具和冷卻液的選擇6 刀具的選擇6 冷卻液的選擇72.5切削用量的選擇8 確定主軸轉(zhuǎn)速8 切削進(jìn)給速度的選擇9 背吃刀量9第3章圖表103.1加工圖103.2CAXA實(shí)體造型10致謝13參考文獻(xiàn)14附錄I第1章 緒論1.1 數(shù)控加工的特點(diǎn)數(shù)控加工，也稱之為NC（Numerical Control）加工，是以數(shù)值與符號構(gòu)成的信息，控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)控加工經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展已成為應(yīng)用于當(dāng)代各個制造領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)。數(shù)控加工的最大特征有兩點(diǎn)：一是可以極大地提高精度，包括加工質(zhì)量精度及加工時間誤差精度；二是加工質(zhì)量的重復(fù)性，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量的一致

4、。也就是說加工零件的質(zhì)量及加工時間是由數(shù)控程序決定而不是由機(jī)床操作人員決定的。數(shù)控加工具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1） 提高生產(chǎn)效率；（2） 不需熟練的機(jī)床操作人員；（3） 提高加工精度并且保持加工質(zhì)量；（4） 可以減少工裝卡具；（5） 可以減少各工序間的周轉(zhuǎn)，原來需要用多道工序完成的工件，數(shù)控加工一次裝夾完成加工，縮短加工周期，提高生產(chǎn)效率；（6） 容易進(jìn)行加工過程管理；（7） 可以減少檢查工作量；（8） 可以降低廢、次品率；（9） 便于設(shè)計變更，加工設(shè)定柔性；（19） 容易實(shí)現(xiàn)操作過程的自動化，一個人可以操作多臺機(jī)床；（11） 操作容易，極大減輕體力勞動強(qiáng)度隨著制造設(shè)備的數(shù)控化率不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)

5、在我國得到日益廣泛的使用，在模具行業(yè)，掌握數(shù)控技術(shù)與否及加工過程中的數(shù)控化率的高低已成為企業(yè)是否具有競爭力的象征。數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于計算機(jī)輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）系統(tǒng)的質(zhì)量。1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史20世紀(jì)40年代末，美國開始研究數(shù)控機(jī)床，1952年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室成功研制出第一臺數(shù)控銑床，并于1957年投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究的發(fā)展。我國于是1958年開始研制

6、數(shù)控機(jī)床，成功試制出配有電子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。數(shù)控機(jī)床種類繁多，模具制造常用數(shù)控加工機(jī)床有：數(shù)控銑床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控磨床和數(shù)控車床。數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動機(jī)床，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件（工作

7、臺、轉(zhuǎn)臺、滑板等）的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動；機(jī)床傳動系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)（能進(jìn)行重復(fù)加工）、自動換刀（可交換指定的刀具）、傳動間隙補(bǔ)償（補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差）等等。1.3 數(shù)控加工數(shù)控加工是將待加工零件進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，數(shù)控機(jī)床按數(shù)字量控制刀具和零件的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)零件加工的過程。被加工零件采用線架、曲面、實(shí)體等幾何體來表示，CAM系統(tǒng)在零件幾何體基礎(chǔ)上生成刀具軌跡，經(jīng)過后處理生成加工代碼，將加工代碼通過傳輸介質(zhì)傳給數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床按數(shù)字量控制刀具運(yùn)動

8、，完成零件加工。其過程如下圖所示：【零件信息】【CAD系統(tǒng)造型】【CAM系統(tǒng)生成加工代碼】【數(shù)控機(jī)床】【零件】（1）零件數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：系統(tǒng)自設(shè)計和造型功能或通過數(shù)據(jù)接口傳入CAD數(shù)據(jù)，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在實(shí)際的數(shù)控加工中，零件數(shù)據(jù)不僅僅來自圖紙，特別在廣泛采用Internet網(wǎng)的今天，零件數(shù)據(jù)往往通過測量或通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)确绞降玫健＃?）確定粗加工、半精加工和精加工方案。（3）生成各加工步驟的刀具軌跡。（4）刀具軌跡仿真。（5）后期處理輸出加工代碼。（6）輸出數(shù)控加工工藝技術(shù)文件。（7）傳給機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工。第2章 加工分析2.1 分析零件圖圖2.1如圖2.1所示毛

9、坯材料為45鋼，主要結(jié)構(gòu)是根據(jù)分析此圖形的尺寸比較復(fù)雜，帶有臺階孔，突臺，曲面該零件的毛胚尺寸為該零件材料為45鋼，毛坯為54×54×36mm而零件的實(shí)際尺寸為48×48×30mm余量較為充足，考慮到加工效率，接刀痕跡，走倒的重疊量，綜上分析確定粗精銑平面用80的平面銑刀，外輪廓用20的立銑刀，8和10的孔精度較高分粗精加工先加工到7.5和9.5再用89的機(jī)用鉸刀加工到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。臺階用20的立銑刀加工開粗，再用20刀精銑。刀具材料硬質(zhì)合金。2.2 設(shè)備的選擇2.2.1 機(jī)床的選擇根據(jù)分析此圖形的尺寸比較復(fù)雜，帶有臺階孔，突臺，曲面，所以采用CAX繪制圖形

10、，再利用加工中心(VB610 FANUC21i)系統(tǒng)加工，由于加工時需要九把刀（20立銑刀、10立銑刀，16中心鉆，7 .5麻花鉆，9.5麻花鉆，8機(jī)用鉸刀，10機(jī)用鉸刀，80面銑刀）進(jìn)行加工。2.2.2 夾具的選擇確定裝夾方案時，要根據(jù)已選定的加工表面和定位基準(zhǔn)來確定工件的定位與夾持方式，并選擇合理的夾具。夾緊機(jī)構(gòu)和其它元件不得影響進(jìn)給，加工部位要敞開，要求夾持工件后夾具等一些組件不能與刀具運(yùn)動發(fā)生干涉。必須保證最小的夾緊變形，工件加工時切削力大，需要的夾緊力也大，但不能把工件夾變形。因此，必須慎重考慮夾具的支撐點(diǎn)、定位點(diǎn)和夾緊點(diǎn)。夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，對形狀簡單的單件小批量生產(chǎn)的零件可以選用

11、通用夾具。夾具應(yīng)便于與機(jī)床工作臺及工件定位表面間的定位元件連接。由于該零件材料是45鋼一般不會產(chǎn)生夾緊變形，零件尺寸小、結(jié)構(gòu)和形狀比較簡單，不需要用專用夾具，所以只需要用平口虎鉗和一輔助裝夾的墊塊、墊片。最終選擇夾具確定裝夾方案時，要根據(jù)已選定的加工表面和定位基準(zhǔn)來確定工件的定位與夾持方式，并選擇合理的夾具。夾緊機(jī)構(gòu)和其它元件不得影響進(jìn)給，加工部位要敞開，要求夾持工件后夾具等一些組件不能與刀具運(yùn)動發(fā)生干涉。必須保證最小的夾緊變形，工件加工時切削力大，需要的夾緊力也大，但不能把工件夾變形。因此，必須慎重考慮夾具的支撐點(diǎn)、定位點(diǎn)和夾緊點(diǎn)。夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，對形狀簡單的單件中小批量生產(chǎn)的零件可以選

12、用通用夾具。夾具應(yīng)便于與機(jī)床工作臺及工件定位表面間的定位元件連接。由于該零件材料是45鋼一般不會產(chǎn)生夾緊變形，零件尺寸小、結(jié)構(gòu)和形狀比較簡單，不需要用專用夾具，所以只需要用平口虎鉗和一輔助裝夾的墊塊、墊片。最終選擇夾具如圖2.2.1所示2.3 基準(zhǔn)的選擇2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)時，主要考慮兩個問題：一是保證加工面與不加工面之間的相互位置精度要；二是合理分配各加工面的加工余量。2.3.2 精基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)有粗精基準(zhǔn)之分，在選擇粗基準(zhǔn)時主要考慮兩個問題：一是保證加工面與不加工面的相對位置精度要求；二是合理分配各加工表面的加工余量。具體原則如下：對于同時具有加工表面和不加工表面的零件，

13、為保證不加工表面和加工表面的位置精度，應(yīng)選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。對于具有較多加工表面的工件選擇粗基準(zhǔn)時，應(yīng)考慮合理分配各表面的加工余量（保證各表面都有足夠的余量和選擇重要表面作為粗基準(zhǔn)）。2.3.3 粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用選擇粗基準(zhǔn)的平面應(yīng)平整，沒有冒口或飛邊等缺陷，以便定位可靠粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)從保證零件加工精度出發(fā)，同時考慮裝夾方便夾具結(jié)構(gòu)簡單。選擇精基準(zhǔn)的原則考慮如下：基準(zhǔn)重合原則；基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；自為基準(zhǔn)原則；互為基準(zhǔn)原則；精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證工件定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、操作方便。定位基準(zhǔn)是工件再定位時所依據(jù)的基準(zhǔn)，首先以毛胚的一個平面為粗基準(zhǔn)，銑削4mm的夾持面，在以夾持面為精基準(zhǔn)來加工零件，零件

14、加工完畢，在以加工后的上平面為精基準(zhǔn)來銑下底面。2.4 刀具和冷卻液的選擇2.4.1 刀具的選擇根據(jù)數(shù)控加工中心的特點(diǎn)，對數(shù)控刀具提出如下要求：1）刀具應(yīng)具有高的剛性：因?yàn)樵跀?shù)控加工中心上加工時無輔助裝置支撐刀具，刀具的長度在滿足使用要求的前提下盡可能的短。2）重復(fù)定位精度高，同一把刀具多次裝入主軸錐空時，刀具的位置應(yīng)重復(fù)不變。3）刀具相對與主軸的一個固定點(diǎn)的軸向和徑向位置應(yīng)能準(zhǔn)確調(diào)整即刀具必須能夠以快速簡單的方法準(zhǔn)確地預(yù)調(diào)到一個固定的幾何尺寸。根據(jù)不同的加工內(nèi)容，則需要不同規(guī)格的刀具來進(jìn)行加工，該零件材料為45鋼，毛坯為54×54×36mm而零件的實(shí)際尺寸為48×

15、;48×30mm余量較為充足，考慮到加工效率，接刀痕跡，走倒的重疊量，綜上分析確定粗精銑平面用80的平面銑刀，外輪廓用20的立銑刀，8和10的孔精度較高分粗精加工先加工到7.5和9.5再用89的機(jī)用鉸刀加工到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。臺階用20的立銑刀加工開粗，再用20刀精銑。刀具材料硬質(zhì)合金。2.4.2 冷卻液的選擇為了降低刀具和工件的溫度，不僅要減少切削熱的產(chǎn)生，而且要改善散熱條件使用切削液可以有效地降低溫度還可以防止切削層金屬的變形、減少切削與刀具前面的磨擦和工件與刀具的摩擦，被切削層金屬的變形、切屑與刀具前面的摩擦和工件與刀具后面的摩擦要產(chǎn)生大量的熱切削熱。大量的切削熱被工件吸收9%30%、

16、切屑吸收50%80%、刀具吸收4%10%、其余有周圍介質(zhì)傳出，而在鉆削時切削熱有52%傳入麻花鉆。現(xiàn)有冷卻液分為：水溶液、乳化液和切削油三大類。1）由于熱長冷縮的原理，工件和刀具吸收了一部分的熱量，工件和刀具產(chǎn)生變形最終影響加工精度。2）如果大量的切削熱傳入刀具，容易使刀具損壞造成“燒刀”的現(xiàn)象為了提高加零件的刀具精度和刀具的耐用度及使用壽命，在切削加工過程中必須使用冷卻液對工件和刀具進(jìn)行冷卻，以避免造成“燒刀”的現(xiàn)象和零件精度的影響。通過查詢資料選擇常用的冷卻液，根據(jù)表進(jìn)行選擇。表2.4.2常用冷卻液冷卻液名稱主要成份主要作用水溶液水、防銹添加劑冷卻乳化液水、油、乳化劑冷卻、潤滑、清洗切削油

17、礦物油、動植物油、極壓添加劑或油性潤滑從工件材料考慮，切削鋁時不得使用水溶液，考慮到冷卻液作用和價格，選擇乳化液可以滿足要求。從刀具材料考慮，高速鋼刀具一般采用乳化液作為冷卻液，其冷卻效果很好。綜合以上的分析，采用潤石合成金屬加工液（Corlan9y355）效果很好。它的主要作用：冷卻、潤滑、清洗而且還有一定的防銹作用。2.5 切削用量的選擇合理的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，但也應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本，半精加工和精加工時應(yīng)在保證質(zhì)量的前提條件下兼顧切削效率，經(jīng)濟(jì)性和加工成本。2.5.1 確定主軸轉(zhuǎn)速主軸根據(jù)允許的切削速度Vc(m/min)選擇N=1000Vc/D 其中

18、：N-主軸轉(zhuǎn)速Vc切削速度(m/min)由刀具壽命來確定切削速度，常選為（100-200）m/minD-工件或刀具的直徑(mm)根據(jù)上述工式得：粗加工立銑刀主軸轉(zhuǎn)速1000 r/min，精加工立銑刀1500 r/min粗加工面銑刀主軸轉(zhuǎn)速450 r/min，精加工面銑刀600 r/min2.5.2 切削進(jìn)給速度的選擇進(jìn)給速度 F是切削時單位時間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移，是根據(jù)工件的加工精度和表面粗造度的要求，以及刀具和工件材料進(jìn)行選擇，最大進(jìn)給速度受到機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能制約，不同的機(jī)床和系統(tǒng)，最大進(jìn)給速度不同，當(dāng)加工精度和表面粗造度質(zhì)量要求高時，進(jìn)給速度應(yīng)選小一些，通常在（2050

19、）m/min范圍內(nèi)選取。在輪廓加工中，在接近拐角處應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給量，以克服由于慣性或工藝系統(tǒng)變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現(xiàn)象。切削進(jìn)給速度與銑刀的轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)Z及每齒進(jìn)給量fz的關(guān)系為：F=fzZn                 根據(jù)公式可以看出：每齒進(jìn)給量fz的選取主要取決于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。當(dāng)工件材料的強(qiáng)度和硬度越高，fz越小；反之則越大。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進(jìn)給量高于同內(nèi)高速鋼銑刀。

20、工件表面粗糙度值越小，fz就越小。根據(jù)上述工式得：粗加工進(jìn)給量500m/min，精加工300 m/min2.5.3 背吃刀量由機(jī)床，夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)的剛度確定，在系統(tǒng)剛度允許的情況下，盡量選取背吃刀量等于加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。為了保證加工表面質(zhì)量可留少量精加工余量，一般留0.20.5 mm。對于質(zhì)量要求較高的工件，可以減少加工余量以便最后進(jìn)行精加工。第3章 圖表3.1 加工圖3.2 CAXA實(shí)體造型圖3.2零件實(shí)體上面零件實(shí)體圖下面圖3.2 A工序加工裝夾實(shí)體圖圖3.4B工序裝夾實(shí)體圖致謝本畢業(yè)的選題、設(shè)計內(nèi)容、及設(shè)計的形成是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)論文的完成過程中傾注了老師大量的心血，因此，在論文完成之際，特向我尊敬的老師表示衷心的感謝。 設(shè)計期間，我非常感謝老師，在論文的設(shè)計過程中，他教會了我許多加工實(shí)際操作方面的知識和加工工藝方面CAXA造型的知識。 在我畢業(yè)設(shè)計的過程中，老師也給我講解了一些工藝上的問題和要注意的事項(xiàng)，讓我在做論文時思路更加清晰，在設(shè)計過程中我還得到了老師的認(rèn)真指導(dǎo)，也非常感謝。 通過此次設(shè)計使我掌握了科學(xué)研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎(chǔ)，在以后的日子我將會繼續(xù)保持這份做學(xué)問的