毕业设计（论文）-轴承盖的加工工艺与编程.doc

苏州市职业大学机电工程系毕业设计说明书（论文）第一章 绪论1.前言20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有子管数控系统的数控床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。工件在加工中心上经一次装夹后，数字 控制系统能控制机床按不同加工工序，自动选择及更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给速度和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，依次完成工件多个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右(普通机床仅为1520%)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右(普通机床仅为1520%)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。加工中心与数控机床：与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(cnc)、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。 但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。品种：有新型的立、卧五轴联动加工中心，可用于航空、航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维cad/cam对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批量零件加工的高速加工中心，生产效率高且具备柔性化。性能：普遍采用了万转以上的电主轴，最高可达610万转；直线电机的应用使机床加速度达到了3-5g；执行iso/vdi检测标准，促使制造商提高加工中心的双向定位精度。功能：糅合了激光加工的复合功能，结构上适合于组成模块式制造单元（fmc）和柔性生产线（fms），并具有机电、通讯一体化功能。第二章 零件分析与加工加工图2-1零件，材料fcd600图2-1 加工零件简图2.1零件图工艺性分析2.1.1零件结构功用分析轴承盖是一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但两个通孔的精度要求较高，此外还有两面要求加工，但是对精度要求不是很高。定位孔的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此定位孔的加工是非常关键和重要的。2.1.2零件技术条件分析零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是轴承盖类典型的零件，结构比较典型。具体尺寸，公差如上图所示。一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。2.1.3 零件的工艺分析（1）零件图工艺分析其加工有几组加工。底面、侧面、半圆孔、底面通孔。1)以底面为主要加工的表面，有底面的铣加工，其导轨面的粗糙度要求是2)以侧面为加工的表面，有侧面的铣加工，其端面的粗糙度要求是3)以半圆孔为加工的表面，有半圆孔的精镗加工，其半圆孔的粗糙度要求是4)以底面通孔为加工的表面，有通孔的钻加工，其通孔的粗糙度要求是2.2 毛坯选择2.2.1毛坯类型毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。轴承盖为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：1)铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。2)铸造圆角要适当，不得有尖角。3)铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。4)加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。5)铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。毛坯形状、尺寸确定的要求设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：1)各加工面的几何形状应尽量简单。2)工艺基准以设计基准相一致。3)便于装夹、加工和检查。4)结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。图2-2 零件毛坯简图因为铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件，所以该零件采用铸件，毛坯如下： 图2-3 毛坯铸件（材料fcd600）2.2.2加工余量的设计加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响。余量过大会浪费原材料及机械加工的工时，增加机床、刀具及能源的消耗；余量过小则不能消除上工序留下的各种误差、表面缺陷和本工序的装夹误差，容易造成废品。确定加工余量的方法有计算法、查表法和经验法三种。1)计算法：如果对影响加工余量的因素比较清楚，则采用计算法确定加工余量比较准确。要弄清影响余量的因素，须具备一定的测量手段，掌握必要的统计分析资料。在掌握了各种误差因素大小的条件下，才能比较准确地计算加工余量。2)查表法：此法主要以根据工厂的生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际加工情况对数据加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，在生产上应用较广泛。3)经验法：由一些有经验的工程技术人员或工人，根据经验确定加工余量的大小。由经验法确定的加工余量往往偏大，这主要是因为主观上怕出废品的缘故，这种方法在模具生产中广泛采用。轴承盖毛坯的选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。根据精度要求，该图的尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算，因为轴承盖的年产量是30000件，查资料可知是大批量生产。由于是大批量生产，所以尽可能减少加工余量，根据以上要求，螺栓面、c面、45斜面采用精加工，即留有余量为0，因轴承孔后序要精加工，所以留余量0.10.2mm，f面要求较高，既需要粗加工，又要精加工，留有余量0.1mm。2.2.3毛坯技术要求确定拔模斜度：根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。确定分型面：由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。毛坯的热处理方式：为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。2.3 机床的选用所选机床应适用于多品种中、大批量生产的零件，加工该零件选用台中精机产的中心机，改机床加工精度高，加工质量稳定，自动化程度高，生产效率高，对各种复杂曲线的凸轮、孔、样板弧形糟等零件的加工效能尤为显著；该机床高速性能好，工作稳定可靠，定位精度和重复精度较高，不需要模具就能确保零件的加工精度，减少辅助时间，提高劳动生产率。加工中心，简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工 图2-4 导轨油管序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。所选机床需要良好的润滑支持，图2-4为导轨油传送设备。图2-5 加工中心 在加工之前要检查机床的三点组合气压和主轴气压，如图2-6和2-7所示。按照加工零件的尺寸及工艺要求，先编成零件的加工程控，最后完成各种几何形状的加工。数控机床的技术参数，反映了机床的性能及加工范围。 图2-6 三点组合气压 图2-7 主轴气压表1 加工中心的主要技术参数名称参数行程x轴mm1020y轴mm600z轴mm560主轴中心线至立柱面mm600主轴端面至工作台面距离mm150-710工作台工作台尺寸mm1100*510t型槽mm5*18*100允许负载mm750主轴主轴锥孔bt40主轴电机kw11/15主轴转速rpm8000进给快速进给速率m/min24/24/20进给轴电机kw2.5/2.5/2.5切削进行速度m/min7.5x/y轴滚珠丝杠mm40*p12z轴滚珠丝杠mm/min40*p10刀库刀具最大长度mm250刀具最大重量kg7刀库容量24换刀时间sec.3.5拉钉角deg.90(opt.45)刀具选择方法随机输入电源kva30最小/最大气压kg/cm25.5-6.5冷却液容量l280数控系统fanuc-0imate-md2.4 工件的装夹定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证轴承盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从轴承盖零件图分析可知，选择侧面三孔作为轴承盖加工粗基准。从轴承盖零件图分析可知，它的底平面与侧面三孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，所以侧面和正面各需要一个支撑点，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。 图2-8 夹具正视图 图2-9 夹具俯视图2.5 零件的加工工艺路线由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于轴承盖来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由上面的一些技术条件分析得知：轴承盖的尺寸精度，形状机关度以及位置机精度要求都很高，就给加工带来了困难，必须重视。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法，再选择前面各工序的加工方法。图2-10 零件示意图一图2-11 零件示意图二因此所设计的加工路线如下，立铣刀铣螺栓面，45斜面和d面，粗加工f面，轴承孔面铣刀铣f基准面，c基准面对面钻刀钻孔d、e铰刀铰孔d、e槽刀切槽4.74成型刀铣c基准面成型刀加工轴承面边倒角2.6刀具的选用加工中心对刀具的基本要求主要体现在以下几方面：1）良好的切削性能：能承受高速切削和强力切削并且性能稳定；2）较高的精度：刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度；3）配备完善的工具系统：满足多刀连续加工的要求。根据毛坯和零件分析，加工此零件需要立铣刀，面铣刀，钻头，槽刀，成型刀。铣螺栓面，45斜面和d面，粗加工f面，轴承孔，刀具直径应20，故采用50三刃盘刀；钻孔d、e，铰孔d、e采用15.0 * 16.5 复合钻刀；切槽4.74，因为槽所在圆直径是80，所以选用80 * 4.74 槽刀；铣c基准面，因为c基准面在下面，所以采用80 * 16tx的成型刀；加工轴承面边倒角，采用28*25*c45tx的成型刀。 立铣刀 三刃盘铣刀 复合钻头 槽刀 80成型刀 成型刀图2-12 所选刀具2.7切削用量的确定数控铣削加工的切削用量包括：切削速度、进给速度背吃刀量或侧吃刀量。从刀具耐用角度出发，数控铣削切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。（1）背吃刀量ap （端铣）或侧吃刀量ae（圆周铣）的选择在工件表面粗糙度值要求为12.525um时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，则粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。在工件表面粗糙度值要求为3.212.5um时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.51.0mm余量，在半精铣是切除。在工件表面粗糙度值要求为0.83.2um时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.52mm；精铣是圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm，面铣刀背吃刀量取0.51mm。（2）进给量f与进给速度vf的选择铣削加工的进给量f（mm/r）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给方向的相对位移量；进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为vf=nf（n为铣刀转速，r/min）。进给量通过选取每齿进给量fz，根据公式f=zfz（z为铣刀齿数）计算。fz可参考表2选取。表2 铣刀每齿进给量fz工件材料fz（mm）粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30（3）切削速度vc铣削的切削速度与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，与铣刀直径成正比。铣削加工的切削速度可参考表3选取。表3 铣削加工的切削速度vc工件材料硬度/hbsvc（m/min）高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251824661502253251236541203254256213675铸铁19021366615019026091845902603204.5102130切削速度 vc=dn/1000（m/min）式中 d切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，mm。 n工件或刀具的转速，r/min。结合上面的计算公式，确定每道工序刀具的切削用量如下；20立铣刀背吃刀量ap为1.5mm；进给量f=zfz=30.15=0.45mm/r，根据表3选取vc=62.8m/min根据公式 vc=dn/1000 得 n=62.81000/（3.1420）=1000r/min根据公式 vf=nf得 vf=10000.45=450mm/min80三刃盘刀背吃刀量ap为1.5mm；进给量f=zfz=30.3=0.9mm/r，n=2500r/min，vf=nf得 vf=10000.9=900mm/min15.0 16.5复合钻刀，切削用量如下：被吃刀量ap为2.25mm；查刀具资料选取vc=51.81m/min；进给量fn=0.2mm/r；n=1000 r/min；vf=200mm/min机用铰刀切削用量参考下表工件材料铸铁钢及合金钢 切削用量铰刀直径/mmvc(m/min)f(mm/r)vc(m/min)f(mm/r)610260.30.51.250.30.41015260.511.250.40.51525260.81.51.250.50.617.945铰刀切削用量如下：选取vc=4.5m/min；f=0.5mm/r；n=1210r/min；vf=600mm/min80 * 4.74 槽刀切削用量如下：n=600r/min；vf=495mm/min80 * 16tx成型刀切削用量如下：n=400r/min；vf=700mm/min28*25*c45tx成型刀切削用量如下：n=2000r/min；vf=1000mm/min2.8 确定检测方法该零件尺寸的检测方法如下表表4 零件检测标准检查项目规格测定工具代号外观（台阶/飞边/振动痕迹）不可有（台阶/飞边/振动痕迹）目视b面轮廓度0.025三次元面平行度/0.1f三次元加工到毛坯141.80.4卡规圆弧直径86.10。1比较规倒角度40.25比较规倒角角度451轮廓度仪铰孔直径17.950.025电子量仪沟槽宽4.740.05比较规沟槽位置7.270.05塞规加工面光泽情况不可有异常光泽目视2.9 编制加工工艺卡片1.数控加工刀具卡表5 刀具选择产品名称或代号零件名称端盖图号序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面刀具直径备注1t2320立铣刀1铣螺栓面，45斜面和d面，粗加工f面202t0150三刃盘刀1铣f基准面，c基准面对面503t1315.0 * 16.5 复合钻刀1钻孔d、e16.54t2217.945铰刀1铰孔d、e17.9455t980 * 4.74 槽刀1切槽4.74806t1280 * 16tx成型刀1铣c基准面807t1028*25*c45tx1加工轴承面边倒角2.零件的工艺卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号数控铣削加工实例轴承盖工序号程序编号夹具名称使用设备车间o0066专用夹具fanuc加工中心工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mm/min1液压锁紧2铣螺栓面，45斜面和d面，粗加工f面t2320立铣刀10004503铣f基准面，c基准面对面t0150三刃盘刀25009004钻孔d、et1315.0 * 16.5 复合钻刀1000200,2705铰孔d、et2217.945铰刀12106006切槽4.74t980 * 4.74 槽刀6004957铣c基准面t1280 * 16tx成型刀4007008加工轴承面边倒角t1028*25*c45tx200010009倒圆孔角倒角器5005010去毛刺表6 数控加工工艺卡片2.10编制加工程序（一）程序：坐标- 18 -原点：a=0时，选86圆的圆心处为工件编程x、y轴原点坐标，z轴原点坐标在精铣后的工件上表面 (换刀点选在坐标系的x=0，y=0，z=250mm处，初始平面设在z=100mm的位置)。a=-90时，选e孔圆心为x、y轴原点坐标，z轴原点坐标在精铣后的f面上(换刀点选在坐标系的x=0，y=0，z=250mm处，初始平面设在z=100mm的位置)。长度刀具补偿值和半径刀具补偿值为系统预设)图2-13工件坐标原点（a=0）图2-14 工件坐标原点（a=-90）编写程序如下：o9001 (m6);g80 m9;g91 g30 z0. m19;g40 g49;h00 d00;t#20;t#4120 m06;h99 d99;m99;%o0066 (4932261);g90 g10 l2 p3 x-304.110 y-331.441 z-474.600 a0.;g90 g10 l2 p4 x-359.620 y-148.280 z-563.140 a0.;m54;m11;m98 p1066;g91 g28 z50. y0. m9;m22;m30;%o1066 (4932261066);t9523 m6;n1 (d20*70*130zx);g90 g00 g56 g43 h23 x-78.0 y-13.0 z100. a0. m13 s1000 t1;g00 z-50.;m10;g17;g01 g42 y-0.25 d23 f450;g1 x-43.15;y0.;g2 x43.15 y0. r43.15;g01 y-0.35;g1 x73.;g00 z30.;x77.0 y76.90;z-50.0;g01 x39.0 z-52. f450;g00 z30.;x-21.5;z-50.0;g01 x-68.00 y76.90 z-52.;g01 x-42.3 y9.5;g00 z100. m11;t9501 m6;n2;g90 g0 g57 g43 h1 x0. a-90. y43.9 z100. m13 s2500 t13;g00 z0. m10;g01 y-3.5 f900;g0 x112. y-43.9 z5.;g0 z0.;g1 y3.5;t9513 m6;n3 (d15*50*d17.3std);g90 g00 g57 g43 h13 x112.000 y0. z2.0 m13 s1000 t22;g01 z-5. f200;g01 z-55. f270;g00 z0.5;z-50.;g01 z-57.0 f200;g01 z-85.5 f270;g04 p100;g00 z5.;x1.0 y1.0;g01 x0. y0.;g01 z-5. f200;g01 z-55. f270;g00 z0.5;z-50.0;g01 z-57.0 f150;g01 z-85.5 f270;g04 p100;g00 z5.;t9522 m6;n4 (17.945jd);g90 g00 g57 g43 h22 x0. y0. z2. m13 s1210 t9;g0 z-15.;g01 z-25.3 f600;g04 p100;g00 z2.;x112.000 y0.;g0 z-15.;g01 z-25.25;g04 p100;g00 z100. m11;g90 g00 g56 g43 h22 x55. y70. z100. a0.;g00 z0. m10;g01 z-4.60 f330;g00 z50.;t9509 m6;n5 (d80*4.74tx);g90 g0 g56 g43 h9 x7.25 y-20.0 z50.0 m13 s600 t12;z-23.92;g01 g42 d9 x7.25 y32.45 f495;g02 x46.85 y-7.7 r40.;g00 g40 x7.25 y-60.;t9512 m6;n6 (d84*16tx);g90 g00 g56 g43 h12 x0. y-70. z-50.000 m13 s400 t10;g00 x0. y-9.0;g01 x26.0 y0. f700;g03 x-26.0 y0. r26.0;g00 x0. y-9.0 z-52.5;g00 z-50.18;s800;g01 x26.0 y0. f400;g03 x-26.0 y0. r26.0;g01 y-50.0;g00 x0. y-50.0 z-52.5;g00 y-70.0;t9510 m6;n7 (28*25*c45cxd);g90 g00 g56 g43 h10 x0. y0. z-45.85 m13 s2000 t23;g00 x-22.0;g01 x-29.25 f1000;g02 x29.25 y0. r29.25;g00 x-22.0 y0.;g00 z-40.3;s2000;g01 x-28.75 f800;g02 x28.75 y0. r28.75;g00 x0. y-50.0 m19;m99;%结 论完成情况：数控毕业设计是我们在学完了数控专业课程后进行的。这是进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节，也是在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，和一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习中占有重要的地位。所得收获：就我个人而言，我通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，锻炼了我的绘图能力。巩固了机械制图、数控