板块类零件机械加工工艺规程设计.doc

岳阳职业技术学院毕业设计（论文）岳阳职业技术学院毕 业 设 计（2011届）题 目 板块类零件机械加工工艺规程设计 系（院） 机电工程系 专 业 数控技术 班 级 数控高职（3）08-1 学 号 200823053152 学生姓名 黄 朝 指导教师 付 琼 芳 （副教授） 上交日期 2010-6-20 目 录 前 言 1 摘 要 2 英文摘要 3第1章 数控加工工艺设计 31.1 内环零件图 31.2 内环零件数控加工工艺分析与设计41.2.1零件工艺性分析41.2.2确定毛坯41.2.3定位基准的选择41.2.4切削用量的确定41.2.5 加工路线的确定51.2.6 夹具的选择与装夹方案的确定51.2.7 加工设备的选用51.2.8 刀具的选择6第2章 编制数控加工程序与操作步骤72.1车端面7 2.2 钻中心孔72.3 钻孔72.4 镗孔72.5 车外表面82.6 镗孔82.7 长度加工82.8 切内孔槽92.9 车外表面92.10 切外槽112.11 倒孔的孔边角11第3章 零件数控加工仿真123.1 仿真加工的意义123.2 杯轴零件数控加工仿真过程124.致谢词175.参考文献18前 言毕业设计是本专业教学工作的重要组成部分和教学过程中的重要的实践性环节。毕业设计的目的是：通过设计，培养我们综合运用所学的基础理论知识，专业理论知识和专业课的知识与技能，去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，培养我们建立正确的工艺设计思维，学会查找工具书，掌握数控工艺设计的一般程序、规范和方法。本次毕业设计选择的课题为轴类零件数控车削和板块类零件的数控铣削加工工艺设计及其数控加工程序编制。毕业设计的主要内容包括： 零件图的工艺分析：包括尺寸标注，精度，形位公差，技术要求等分析。 加工难点分析：对机床精度要求较高的表面进行分析，确定加工方法。 确定加工方法：根据确定加工顺序的原则来确定。 选择定位基准，确定装夹方案：包括夹具、粗精基准的选择，装夹方法。 数控加工工艺路线设计：包括工序、工步的划分，走刀路线等。 选择合适的数控刀具和适当的切削用量 数控加工工艺文件编制：包括刀具卡片，工序卡片，加工程序卡片的编制。这次毕业设计让我们对机械制图的基本知识有了进一步的了解，同时也为我们从事绘图工作奠定了一个良好的基础。并锻炼了自己的动手能力，达到了学以致用的目的。他是一次专业技能的重要训练和知识水平的一次全面体验，是学生毕业资格认定的重要依据，同时也为我们将来走向工作岗位奠定了必要的理论基础和实践经验。摘 要在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。 关键词 工序，工艺，工步，加工余量，定位方案，夹紧力5岳阳职业技术学院毕业设计（论文）ABSTRACTEnable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.Keywords： The process, worker one, workers step , the surplus of processing, orient the scheme , clamp strength板块类零件机械加工工艺规程设计第一节 零件图工艺分析一、普通铣床上铣削顺序安排用平口钳装夹，在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削 1铣基准面1：平口钳固定钳口与铣床主轴轴线垂直安装，以面2为粗基准，靠向固定钳口，两钳口与工件间垫铜皮装夹工件。2铣面2：以面1为精基准靠向固定钳口，在活动钳口与工件间置圆棒装夹。3铣面3：仍以面1为精基准靠向固定钳口，用相同方法装夹。4铣面4：以面1为基准靠向平口钳钳体导轨面上的平行垫铁，面3靠向固定钳口装夹。5铣面5：调整平口钳，使固定钳口与铣床主轴轴线平行安装，以面1为基准靠向固定钳口，用90角尺校正工件面2与平口钳钳体导轨面垂直，装夹工件。6铣面6：以面1为基准靠向固定钳口，面5靠向平口钳钳体导轨面装夹工件。二、 数控机床上加工分析1零件图的分析如设计课题2所示,该工件材料为45锻件,切削性能较好.毛坯选择160mm120mm40mm,已完成下表面及周边侧面的加工（在普通车床上）。锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸件高，所以凡是一些重要的机械零件都应当采锻钢件。该零件分为上表面的铣削、凸台轮廓外轮廓加工、挖槽加工和孔的加工。（1） .上表面的加工要求保证长度38.50-0.039（2） 凸台轮廓外轮廓加工部分由四段R5的圆弧、一段R20的圆弧、一段R25的圆弧、一段R10的圆弧和三段直线构成，厚度为1000.0022mm。尺寸精度要求较高，表面粗糙度要求为Ra1.6mm，在铣床上需通过粗精加工来保证。（3） 挖槽加工轮廓有一处是需要铣掉一个封闭区域内的材料，内轮廓边界转角处的半径为R10。另一处是需要铣掉一个半通槽区域内的材料，宽度为16mm。零件中心的封闭槽挖槽时，刀具垂直下刀不可避免的首先要碰到工件材料，由于圆柱形立铣刀垂直切削时受力情况不好一般可选用双刃的键槽铣刀，并注意下刀方式，可选择斜向下刀或螺旋形下刀，以改善下刀切削时刀具的受力情况。在敞开边界区域内挖槽加工时，既可选择键槽铣刀，也可选择圆柱形立铣刀，切出选择在工件实体外边界的切向延长线上，如下图所示对于挖槽的编程和加工要选择合适的刀具直径，刀具直径太小将影响加工效率，刀具直径太大可能使某些转角处难于切削，通常，刀具半径r小于等于0.R（R为型腔转角圆弧半径）（4） 孔加工分析孔加工特点是，刀具的刀心在XY平面内定位到孔的中心，然后在Z方向做一定的切削运动。根据实际选用刀具和编程指令不同可实现钻孔、铰孔、镗孔等加工形式。一般对精度要求不高、孔径较小的孔可以用钻头一次加工完成，较大的孔可以先钻孔在扩孔或用镗刀进行镗孔，也可用铣刀按轮廓加工的方法铣出相应的孔。通常孔径D小于等于20mm的采用钻扩铰。孔径在20mm80mm之间或位置精度要求较高的孔，采用钻扩镗或钻铣镗。设计课题中有一个直径为3800。021mm通孔、一个直径为1200.021mm通孔和一个直径为1500.018mm的沉孔。孔的表面粗糙度要求为Ra1.6um，孔中心位置尺寸有一定要求。钻孔时由于孔深尺寸较大，采用深孔钻削循环指令编程，以使刀具在钻削过程中适当退刀以利于排屑。通常，用麻花钻钻头，孔的尺寸经济精度可达IT12IT11，孔的表面粗糙度Ra值可达12.56.3um.铰孔是应用较普遍的孔精加工方法之一，尺寸经济精度可达IT9IT7，表面粗糙度Ra值可达1.60.4um。在铣床上镗孔，孔径尺寸经济精度可达IT9IT7，表面粗糙度Ra值可达3208um.孔距精度可控制在0.05左右。（5） 精度及技术要求分析设计课题图样上位置精度要求有一处平行度0.02A可在一次装夹中加工来保证。表面粗糙度要求较高的为Ra1.6um,其余的为Ra3.2um。2.选择加工机床用数控加工中心较合适。第二节 工件定位与装夹一、 工件定位合理选择定位基准对保证加工精度,提高生产效率有着重要的作用。确定零件的定位基准,应遵循以下原则：（1） 尽量使定位基准与设计基准重合。（2） 保证零件在一次装夹中完成尽可能多的加工内容。（3） 工件坐标原点的确定工件坐标原点的确定主要应考虑编程和测量。确定定位基准时，不必与其原点重合，但应考虑坐标原点能否通过定位基准得到准确的测量，即得到准确的集合关系，同时兼顾到测量方法。 设计课题2中的工件坐标系原点选在工件上表面的左下角，与编程原点重合，便于计算和编程。二、 工件的装夹与夹具为了保证数控加工的精度，提高生产效率，一般要求夹具具有结构紧凑、简单，夹紧动作迅速、准确，操作方便、省力、安全，并有足够的刚性。经分析，设计课题2中，以已加工过的底面和侧面作为定位基准，其中底面为主定位面，采用等高垫铁在平口虎钳上装夹定位或直接将工件毛坯放在工作台上，用等高垫铁将工件托起，再用百分表找正工件两侧面进行安装定位，在虎钳上夹紧前后两侧面。虎钳用T形螺栓固定于铣床工作台上。第三节 加工工序与工步的划分 加工方法的选择原则：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，由于获得同一级精度和表面粗糙度的方法很多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸、大小、热处理要求等全面考虑。一般小尺寸的孔采用较孔，孔径较大时则应选择镗孔。此外还应考虑生产效率和经济性要求。 由于加工设计课题零件时，仅需一次装夹即可完成所有加工内容，因此确定工序为一道，在按平面铣削、挖槽、钻孔等分粗、精加工来划分工步。 在安排加工顺序时应遵循：先面后孔、先集基准后其他、先主后次、粗精分开等原则。（1） 粗铣顶面（2） 去周边余料粗加工（3） 粗铣凸台轮廓（4） 粗铣中心菱形封闭槽（5） 粗铣右下角半通槽（6） 用2mm中心钻打12mm、38 mm的中心孔（7） 扩12mm、38mm的通孔至11mm（8） 铰12mm的通孔至11.8（9） 铣15mm的沉孔至14.8（10） 扩38mm的孔至36mm（11） 粗镗38mm的通孔至37.8mm（12） 精铣顶面（13） 去周边余料精加工（14） 精铣凸台轮廓（15） 精铣中心菱形封闭槽（16） 精铣右下角半通槽（17） 铰12mm的通孔至尺寸（18） 铣15mm的沉孔至尺寸（19） 精镗38mm的通孔至尺寸（20） 去毛刺,检验第四节 刀具选择铣刀的几何参数对铣削金属的变形、铣削力、切削温度和铣刀的磨损都有显著的影响。并由此影响加工质量、铣刀的使用寿命和生产效率。为了充分发挥铣刀的切削性能，除了正确选择铣刀的材料外，还应根据具体铣削条件,合理地选择铣刀的几何参教。刀具材料:高速钢强度高，韧性好，具有良好的工艺，刀具具有较好的切削性能。硬质合金韧性差，能承受冲击和振动能力差。刀刃不易磨得非常锐利，切削性能差，加工工艺性较差。 一、 铣刀直径的选择原则铣刀直径大，散热条件好，铣刀刚性好，所允许的铣削速度和切削量大，但铣刀直径大时，铣削时铣刀的切入长度增加，工作时间长，铣削力矩大，刀具材料消耗也大。一般面铣刀的直径应比宽大20%50%，立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机车额定功率范围以内。二、铣刀齿数的选择 铣刀有粗齿和细齿之分，粗齿铣刀的刀齿强度高，容屑空间大，到铣削时同时参与切削的齿数少，因而工作平稳性差，振动大，适宜用于粗铣；细齿铣刀在铣削时同时参与切削的齿数多，每齿进给量fz小，铣削平稳，适宜精车。刀具准备：1号刀150硬质合金面铣刀6齿2号刀40硬质合金面铣刀6齿3号刀30高速钢立铣刀6齿4号刀18键槽铣刀5号刀12键槽铣刀6号刀2中心钻7号刀11麻花钻8号刀11.8铰刀9号刀36麻花钻10号刀37.8镗刀11号刀12铰刀12号刀38镗刀 第五节 铣削用量的选择一、 选择铣削用量的原则选择铣削用量的原则是在保证加工质量、降低加工成本和提高生产效率的前题下，使铣削宽度（或铣削深度）、进给量、铣削速度的乘积最大，这时的工时最少。粗铣时按铣削铣削宽度（或铣削深度）、进给量、铣削速度的次序，选择和确定铣削用量。精铣时为了保证加工精度和表面粗糙度要求，工件的切削层宽度应尽量在一次铣出；切削层深度一般在0.5mm左右，再根据表面粗糙度要求选择合适的每齿进给量；最后根据铣刀的耐用度确定铣削速度。1. 铣削层深度的选择端铣时的铣削深度ap、圆周铣削时的铣削宽度ae即是被切金属层的深度。当精度要求较高或加工表面的粗糙度Ra植小于6.3um时，应分粗、精加工。粗铣时应留精铣余量0.52.0mm。2. 进给量的选择进给量有三种表示和度量方式：每转进给量f(mm/r)每齿进给量fz(mm/z)进给速度vf(mm/min)。三种进给量的关系为：fz=fn=fzzn(其中n为主轴转速,z为铣刀齿数)粗铣时，限制进给量提高的主要因素是铣削力。精铣时，限制进给量提高的主要因素是加工表面粗糙度，进给量越大，表面粗糙度值也越大，为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面残留面积的高度，一般采用较小的进给量。3. 铣削速度的选择在铣削深度ap、铣削宽度ae、进给量f确定后，最后选择铣削速度vc。铣削速度vc是在保证加工质量和铣刀耐用度的前提下确定的。粗铣时，由于金属切除量大，产生热量多，切削温度高，为了保证合理的铣刀耐用度，铣削速度要比精铣时低一些。二、切削用量的计算公式：n=1000vc/d vf= fzzn 铣上顶面：查表得铣削速度vc=100180m/min，每齿进给量fz=0.050.2mm/z，铣削深度0.51.0mm。 （附表12数控铣削加工技术）取n=1000150/3.14150320n/min vf= 280mm/min 铣凸台轮廓：查表得铣削速度vc=20 m/min，每齿进给量fz=0.15 mm/z。 （附表12数控铣削加工技术）粗：n=100020/3.1430210r/min vf= 60.15210190mm/min精：vc=20(1+30%)=26 m/min n=100026/3.1430270r/min vf= 60.15270240mm/min粗加工每层最大切深5 mm 铣中心菱形封闭槽：查表得铣削速度vc=20 m/min，进给量f=0.2 mm/r。粗：n=100020/3.1418210r/min vf= 0.221042mm/min精：vc=20(1+30%)=26 m/min n=100026/3.1418460r/min vf= 4600.292mm/mi 铣右下角半通槽：查表得铣削速度vc=20 m/min，进给量f=0.08 mm/r。粗：n=100020/3.1418320r/min vf= 3200.0826mm/min精：vc=20(1+30%)=26 m/min n=100026/3.1412700r/min vf= 7000.0856mm/min 打12mm、38 mm的中心孔:取n=1000r/min vf= 100mm/min 钻12mm、38mm的通孔至11mm：查表得铣削速度vc=20 m/min，进给量f=0.15 mm/r。 （附表1数控铣削加工技术）n=100020/3.1411600r/min vf= 6000.1590mm/min 铰12mm的通孔：查表得铣削速度vc=1020 m/min，进给量f=0.120.20mm/r。 （附表5数控铣削加工技术）n=100020/3.1412530r/min vf= 5300.2106mm/min 钻38mm的孔至36mm：查表得铣削速度vc=1020 m/min，进给量f=0.300.4 mm/r。 （附表5数控铣削加工技术）n=100020/3.1436180r/min vf= 1800.470mm/min 粗镗38mm的通孔：查表得铣削速度vc=30 m/min，进给量f=0.4 mm/r。（表9数控铣削加工技术）n=100030/3.1437.8250r/min vf= 2500.4100mm/min 精镗38mm的通孔：查表得铣削速度vc=120m/min，进给量f=0.12 m/min。 （表9数控铣削加工技术）n=1000120/3.14381000r/min vf= 10000.12120mm/min注：本设计课题中，凸台轮廓、中心菱形封闭槽和右下角半通槽的粗精加工都是使用同一把刀，可以用同一程序，通过改变半径补偿来实现第六节 数控加工工艺卡片厂名数控加工工艺卡片产品名称材料零件图号45锻件工序号程序编号夹具编号使用设备车间FANUC立式加工中心工步号工步内容刀具号刀具规格（mm）刀具长度补偿号刀具半径补偿号主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)切深(mm)1粗铣顶面T0101150面铣刀H01S240F30012去周边余料粗加工T020240面铣刀H02D02S200F2803粗铣凸台轮廓T030330立铣刀H03D03S210F1904粗铣中心菱形封闭槽T040418键槽铣刀H04D04S210F455粗铣右下角半通槽T050512键槽铣刀H05D05S320F306用2mm中心钻打12mm、38 mm的中心孔T06062中心钻H06S1000F1002.57扩12mm、38mm的通孔至11mmT070711麻花钻H07S550F908铰12mm的通孔至11.8T080811.8铰刀H08S500F1009铣15mm的沉孔至14.8T050512键槽铣刀H05S320F6010扩38mm的孔至36mmT090936麻花钻H09S180F701.811粗镗38mm的通孔至37.8mmT101037.8镗刀H10S250F10012精铣顶面T0101面铣刀H01S320F3000.513去周边余料精加工T020240面铣刀H02D02S300F28014精铣凸台轮廓T030330立铣刀H03D06S270F24015精铣中心菱形封闭槽T040418键槽铣刀H04D07S460F10016精铣右下角半通槽T050512键槽铣刀H05D08S700F6017铰12mm的通孔至尺寸T111112铰刀H11S530F1100.218铣15mm的沉孔至尺寸T050512键槽铣刀H05S700F300.219精镗38mm的通孔至尺寸T121238镗刀H12S900F1200.220检测、校核第七节 加工程序去边角余料加工子程序序号 程序内容 程序说明O2002 子程序名N5 G00 G41 X0 Y98.03 D01； 建立刀具半径补偿N10 G01 G90 Z-5； Z向增量下刀，切深5mmN15 X15.0 Y120.0；N20 X51.33；N25 X0 Y47.0；N30 Y0；N35 X160.0；N40 Y47.0； N50 X145.0；N55 X160.0 Y98.03；N60 G00 G40 ； 取消刀具半径补偿N65 M99； 子程序结束凸槽轮廓加工子程序序号 程序内容 程序说明O2003 子程序名N5 G91 G01 Z-5； Z向增量下刀，切深5mmN10 G90 X15 Y25；N15 X71.81 Y106.13；N20 G02 X88.19 Y106.13 R10；N25 G01 X130.95 Y45.07；N30 G02 X130.48 Y38.76 R5；N35 G03 X125.40 Y29.0 R25.0；N40 G02 X120.51 Y25.0 R5.0；N45 G01 X39.49 Y25.0；N50 GO2 X34.6 Y29.0 R5.0；N55 G03 X29.52 Y38.76 R20.0；N60 G02 X29.05 Y45.07 R5.0；N65 G03 X-3.72 Y68 R20.0； 圆弧切出至工件外N70 M99； 子程序结束菱形槽轮廓加工子程序序号 程序内容 程序说明O2004 子程序名N5 G91 G01 Z-5； Z向增量下刀，切深5mmN10 G90 X91.876 Y56；N15 G03 X100.07 Y71.74 R10.0； 圆弧切入至工件轮廓上N20 G01 X88.19 Y88.7；N25 G03 X71.81 Y88.7 R10.0；N30 G01 X59.09 Y71.74； N35 G03 X59.09 Y60.26 R10.0；N40 G01 X71.81 Y43.3；N45 G03 X88.19 Y43.3 R10；N50 G01 X100.07 Y60.26；N55 G03 X91.876 Y76 R10； 圆弧切出至工件外N60 G40 G01 X80 Y66； 取消刀具半径补偿N65 M99； 子程序结束铣半通槽加工子程序序号 程序内容 程序说明O2005 子程序名N5 G91 G01 Z-5； Z向增量下刀，切深5mmN10 G90 X180.0 Y24.0； 切线方向切入N15 X154.0；N20 G03 X145.0 Y8.0 R8.0；N25 G01 X180.0； 切线方向切N30 M99； 子程序结束加工主程序序号 程序内容 程序说O2001 主程序名N5 G17 G90 G40 G80 G49 G21； G代码初始状态N10 T01；粗铣顶面N15 M06 T02； 主轴换上T01号刀N20 G90 G54 G00 X-80.0 Y60.0； 工件坐标系设定N25 M03 S240； 主轴正转N30 G43 Z100.0 H01； 刀具长度补偿，至安全高度N35 Z0.5； 切入下刀N40 G01 X240.0 F280； 切削N45 G00 Z100.0 M05； 退刀，主轴停止N50 G91 G28 Z0； Z轴回参考点N55 G49； 取消刀具长度补偿去边角余料粗加工 N60 M06 T03； 主轴换上T02号刀N65 G90 G54 G00 X0 Y0； 工件坐标系设N70 M03 S300； 主轴正转N75 G43 Z100.0 H02； 刀具长度补偿，至安全高度N80 G00 Z0 F280； Z向子程序调用点N85 M98 P22002； 调用O2002号子程序N90 G00 Z100.0 M05； 退刀，主轴停止N95 G91 G28 Z0； Z轴回参考点N100 G49； 取消刀具长度补偿粗铣凸台轮廓N105 M06 T04； 主轴换上T03号刀N110 G90 G54 G00 X0 Y0； 工件坐标系设定N115 M03 S210； 主轴正转N120 G43 Z100.0 H03； 刀具长度补偿，至安全高度N125 G00 G41 X15.0 Y25.0 D02 F100； 建立刀具半径补偿N130 G01 Z0； Z向子程序调用点N135 M98 P22003； 调用2次O2002号子程序N140 G00 G40 X0 Y0； 取消刀具半径补偿N145 Z100.0 M05； 退刀，主轴停止N150 G91 G28 Z0； Z轴回参考点N155 G49； 取消刀具长度补偿粗铣菱形槽N160 M06 T05； 主轴换上T04号刀N165 G90 G54 G00 X0 Y0； 工件坐标系设定N170 M03 S210； 主轴正转N175 G43 Z100.0 H04； 刀具长度补偿，至安全高度N180 G00 G41 X80.0 Y66.0 D04； 建立刀具半径补偿N185 G01 Z0 F45； Z向子程序调用点N190 M98 P22004； 调用2次O2002号子程序N195 G00 Z100.0 M05； 退刀，主轴停止N200 G91 G28 Z0； Z轴回参考点N205 G49； 取消刀具长度补偿粗铣半通槽 N210 M06 T06； 主轴换上T05号刀N215 G90 G54 G00 X0 Y0； 工件坐标系设定N220 M03 S320； 主轴正转N225 G43 Z100 H05； 刀具长度补偿，至安全高度N230 G00 G41 X180.0 Y24.0 D06； 建立刀具半径补偿N235 G01 Z0 F30； Z向子程序调用点N240 M98 P22005； 调用2次O2002号子程序N245 G00 Z100.0 M05； 退刀，主轴停止N250 G91 G28 Z0； Z轴回参考点N255 G40 G49； 取消刀具长度补偿钻中心孔N260 M06 T07； 主轴换上T06号刀N265 G90 G54 G00 X25.0 Y80.0； 工件坐标系设定N270 M03 S1000； 主轴正转N275 G43 Z100 H06； 刀具长度补偿，至安全高度N280 G99 G81 X25.0 Y80.0 Z-5.0 R10.0 F100； 钻孔循环，刀具返回R点N285 G98X135.0 Y80.0； 钻孔循环，刀具返回起始点N290 G80 G91 G28 Z0； 取消循环，Z轴回参考点N295 G49； 取消刀具长度钻12、38的孔至11.8 N300 M06 T08； 主轴换上T07号刀N305 G90 G54 G00 X25.0 Y80.0； 工件坐标系设定N310 M03