箱体类零件的毕业设计论文.doc

毕业论文(设计)任务书题目 数控轴类零件加工工艺设计学生姓名： 春燕 学号 0956133144 班 级： 09数控631 专 业： 数控 指导教师： 葛天林 2011 年 12 月 22 前言随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈,产品更新速度越来越快,复杂形状的零件越来越多,精度要求越来越高,多品种、小批量生产的比重明显增加,激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高速高质量加工要求。本课题来源于生产，是对所学知识的应用，它包括了三年所学的全部知识，在数控专业上具有代表性，而且提高了综合运用各方面知识的能力。程序的编制到程序的调试，零件的加工运用到了所学的AutoCAD、Solidworks、数控车、数控铣、数控加工中心、零件的工艺分析、工艺路线等一系列的内容。这将所学到的理论知识充分运用到了实际加工中，切实做到了理论与实践的有机结合。本论文主要讲的是注塑机固定模板支撑块的数控加工工艺设计及编程，包括毛坯材料的选择，工艺路线的制定，基准的选择，加工设备的选择，刀具及切削参数的设定，还有程序的编制等。通过此次毕业设计，能够把理论和实践相结合，对支撑块的加工有个了解。关键词：数控；加工；工艺；编程第1章引 言1.1数控技术的发展及趋势机床数控系统，即计算机数字控制(CNC)系统是在传统的硬件数控(NC)的基础上发展起来的。它主要由硬件和软件两大部分组成。通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。CNC系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零件。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称NC系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称CNC系统。数控加工技术是什么呢？简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。而且和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：加工效率高。 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。 加工精度高。 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 劳动强度低。 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。 适应能力强。 数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：高精高速高效化速度柔性化多轴化软硬件开放化实时智能化21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。1.2数控车削加工工艺分析的主要内容选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。分配数控加工中的容差。处理数控机床上部分工艺指令。总之，数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。第二章的技术分析2.1对图纸分析2.2分析零件的作用箱体类零件是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。该零件为车床主轴箱零件，具有承载传递和改变力的功能，主要用于支承和固定轴系部件，并保证传动零件的啮合精度，使箱内零件具有良好的润滑和密封。箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。2.3分析箱体的主要加工面（1）主要孔2.5H7，78H12，75H8，16H7，44.5H12，42J6，9H2，44.8H9，72H7.（2）主要平面箱体的底平面，（3）其他加工主要连接孔、螺孔、销钉孔以及一些特别的凸台面等。孔通常在镗床上镗削，加工连接孔、螺孔在钻床上进行，主要平面通常在铣床上铣削，支承孔端面可以在镗（锪）孔同一次安装中加工出来。主轴箱箱体的机械加工过程取决于精度要求、批量大小、结构特点、尺寸重量、大小等因素。此处还应考虑车间的条件，中间有无热处理工序。由图11可知，主轴箱箱体整个加工工艺过程分为两大阶段，先铸造出主轴箱箱体毛坯零件。第一阶段主要完成底平面的加工，为全面加工做准备。第二阶段为箱体上加工重要孔及其端面，第二阶段加工完成后，为了保证轴承孔加工精度，应安排钳工工序清除毛边、倒角等。2.4主轴箱箱体加工的主要技术要求箱体的主要加工部位有：轴承支承孔、轴孔、端面、底座（装配基面）、上平面、螺纹孔、凸台面等。对这些加工部位的技术要求有：1、轴承支撑孔72H7的内孔表面的粗糙度值达3.2。2、箱体的前后左右平面的表面粗糙度值都是RZ16m.3、75内孔表面与72H7内孔表面的同轴度公差为0.052.5毛坯种类的确定常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素： （1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。 （2）依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较复杂的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。 （3）依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。 （4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。又因该零件为箱体类，且外型尺寸较大，材料为HT200，硬度190HBS，箱体壁厚8根据机械制造工艺基础表7-1得=220。因此，采用砂型铸造毛坯（适用于形状复杂的毛坯，良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和铸造性能）。2.6毛坯的形状毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，有时还要考虑下列问题： （1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。毛坯的尺寸等于零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加工余量。 （2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以做成一坯多件。 （3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。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。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。 箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。2.7毛坯的材料热处理箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。毛坯未进入机械加工车间之前，为消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。2.8箱体加工工艺分析2.9加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： （1）粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11-IT12。粗糙度为Ra80-100m。 （2）半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9-IT10。表面粗糙度为Ra10-1.25m （3）精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度，尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后，可防止或减少工件精加工表面损伤.精加工应采用高精度的机床小的切削用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6-IT7，表面粗糙度为Ra10-1.25m. （4）光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5-IT6，表面粗糙度为Ra1.25-0.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.0工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 （1）工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。 （2）工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。根据本零件的加工要求为批量生产，则应工序集中。3.1加工顺序的安排零件的加工过程通常包括机械加工工序，热处理工序，以及辅助工序。在安排加工顺序时常遵循以下原则：1、机械加工工序安排 （1）先粗后精，先粗加工，其次半精加工，最后安排 精加工和光整加工。 （2）先加工基准面后加工其它面。首先以粗基准定位加工出精基准，然后以精基准定位加工其它表面。箱体、底座、支架类零件，其上的平面较大，用平面定位比较稳定可靠，因此一般都是先加工平面，在加工孔，称之为“先面后孔”原则。 （3）先主后次。先安排主要的表面的加工。主要表面指装配基准面，工作表面等。2、热处理工序的安排热处理工序在工艺路线中的安排主要取决于热处理的目的。有以下几种情况： （1）退火与正火通常安排在粗加工之前。他们的主要目的是改善材料的切削加工性能和消除内应力。 （2）调质一般安排在粗加工之后，半精加工之前进行。调质使零件获的较好的综合机械性能也可使金属组织细化致密，为以后淬火和 氮化减少变形作预备处理。 （3）时效处理。一般铸件通常安排在粗加工之后。高精度复杂铸件应在半精加工之前后各安排一次。刚性差的精密零件应在粗加工、半精加工、精加工多次安排时效处理。时效处理的目的是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力，稳定零件精度。 （4）淬火。分整体淬火，表面淬火和渗碳淬火。一般安排在精加工与半精加工之间进行。表面淬火之前常要进行调质及正火处理。淬火的目的是为了使零件获得高的硬度和耐磨性。 （5）氮化。安排在精细磨之前。氮化前还需要安排调质处理，淡化能提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。 （6）发蓝。表面镀层等表面处理。应安排在工艺过程之后。3.2辅助工序的安排检验工序是重要的辅助工序，除每道工序操作者自检外，还应在下列加工阶段，专门安排检验工序。 （1）粗加工阶段结束之后； （2）重要的工序的前后； （3）工件从一个车间转到另一个车间时； （4）工件全部加工完毕后。辅助工序还有去毛刺、清洗、涂防锈油、油漆等，应分别安排于工艺过程所需之处。第三章 箱体的数控加工3.1机床的选择卧式镗床 T4163C单柱坐标镗床3.2工序90 （1）选择机床 本工序要求达到表面粗糙度为0.8um，需要四次镗削才能完成，选用T4163C （2）选择镗刀及其参数 根据机械加工工艺设计手册选用YG6硬质合金镗刀。粗镗：切削深度ap：ap=8mm确定进给量：f=0.8mm/r切削速度：根据切削手册取 v=40m/min半精镗：切削深度ap：ap=8mm确定进给量：f=0.6mm/r切削速度：根据切削手册取 v=60m/min3.3工序卡片3.4夹具的设计 以上是夹具图3.4.1工件在本道工序的工艺分析该工序是进行I，II的精镗加工，由于两轴孔的对底面都有平行度要求，而且两孔分布在两侧，可以用回转工作台进行调头镗削加工，分布在两侧的两孔对各自中心线都有同轴度要求，I轴孔与2面的距离是7级精度要求，而II轴孔与I轴孔的距离是6级精度要求，所以，在设计夹具过程中必须考虑到这些。3.4.2确定夹具的结构方案1.确定定位方案，设计定位元件该夹具设计的是一个孔的精镗的夹具，夹具定位中应该限制5个自由度。该到工序的设计基准是E面，E面可以考虑作为零件的主要定位平面，可以限制三个自由度, 在F面上加一个导向定位块，总共限制了5个自由度。在夹具设计过程中，考虑到如果夹具体直接和工件接触会造成夹具体的磨损，避免夹具体与零件间磨损后，更换夹具体的麻烦，所以在夹具体上设计支承板，当磨损过渡后，可以直接更换支承板。支承板的选择，根据工件尺寸要求及夹具设计结构要求，查机床夹具设计手册，选用支承板（GB223680）的支承板两块。2.夹紧方案的选择该零件的生产纲领是中批量生产，生产量不是太大，并且夹紧面是平面，因此, 可以直接考虑手动夹紧装置，可以使用夹紧螺杆。根据机床夹具设计手册中移动压板（GB217580），选择螺纹公称直径为M8的移动宽头压板。3.定位精度分析与计算夹具在以E面定位，I轴孔的工序基准也为E面，工件以面定位时，由于定位副很容易制造的很精确，可视=0，由于E面是己加工过的精基准，=0。而加工II轴孔的加工尺寸76.20.1mm的基准是I轴孔，两者不重合，所以存在基准不重合误差。工序基准和定位基准之间的联系尺寸是135.20.02mm，所以基准不重合度误差=0.04mm。因为是以平面定位，不考虑定位副的制造误差，=0，所以=0.040.25mm/r时，后角=5 8在此取为6主偏角和副偏角的选择：根据合理主偏角的选择原则，在此可取=50；根据合理副偏角的选择原则，在不引起振动的情况下可选取较小的数值，可取为=5 15在此取为10；刃倾角的选择：根据合理刃倾角的选择原则，加工一般钢料和灰铸铁，精镗取=0 5，在此取为0。其设计刀具如图5-1所示图5-1 刀具角度图3.6切削参数的确定第四章 数控加工过程4.1在加工过程中出现哪些问题是怎样控制的？(1) 数控加工中心回零不准.答：首先要确定机床回零方式，是有限位开关的还是无限位开关的。如果是没有限位开关的，那肯定是绝对编码器电机，这种方式下的原点是记录在系统内部，到位精度纯靠传动部分的精度控制，两种可能性，一个是丝杠的定位精度不好，再一个就是电机联轴器松动。如果是有限位开关的，情况比较复杂，如果是需要限位开关挡块确定原点位置，如相对编码器电机开机第一次回零，这时候机床的原点位置理论上说应该很稳定，如果位置有明显差异，最大的可能性是限位开关挡块松动不稳定。当然如果挡块很稳定，却发现回零后再将机床移动到之前设定的点时偏差较大，那还是传动部分精度问题。有限位开关，但是相对编码器电机开机第一次回零以外的回零，以及绝对编码器回零的情况下，依然与无限位开关时情况相同。（2）数控加工中心Z轴可动，X，Y不能动，出现过卡刀现象答：XY不能动，之前又出现过卡刀的话，那应该是刀臂手没到位才会出现这样的情况，应该检查下刀库的中间有三个指示灯，要灯亮最中间那个，XY才可以动，刀臂才算到位。（3）挖槽和车内孔出现问题答：最主要的是因孔小或者孔深而产生铁屑堵住或发震 挖槽时铁屑堵住的话就采用车一两个毫米退一次刀用气枪清理一下 车孔发震的话就采用尽量减短刀伸出的长度 之后还不行的话就降低转速来解决 有时候刀不锋利 精加工余量少也是发震的主要原因。（4）加工的面不平，有翻边答：可以用钳工去毛刺，或者可以加快速度也可以去除翻边。4.2加工过程中的注意事项（1）禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷来清理；（2）禁止用手或其他任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部件；（3）禁止加工过程中量活、变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床；（4）车床运转中，操作者不得离开岗位，机床发现异常现象应立即停车；（5）经常检查轴承温度，过高时应找有关人员进行检查；（6）在加工过程中，不允许打开机床防护门；（7）严格遵守岗位责任制，机床由专人使用，他人使用须经本人同意；（8）工件伸出车床100mm以外时，须在伸出位置设防护物；（9）学生必须在操作步骤完全清楚时进行操作，遇到问题立即向教师询问，禁止在不知道规程的情况下进行尝试性操作，操作中如机床出现异常，必须立即向指导教师报告。（10）手动原点回归时，注意机床各轴位置要距离原点-100mm以上，机床原点回归顺序为：首先+X轴，其次+Z轴。（11）使用手轮或快速移动方式移动各轴位置时，一定要看清机床X、Z轴各方向“+、”号标牌后再移动。移动时先慢转手轮观察机床移动方向无误后可加快移动速度。（12）学生编完程序或将程序输入机床后，须先进行图形模拟，准确无误后再进行机床试运行，并且刀具应离开工件端面200mm以上。（13）程序运行注意事项：（1）对刀应准确无误，刀具补偿号应与程序调用刀具号符合。（2）检查机床各功能按键的位置是否正确。（3）光标要放在主程序头。（4）加注适量冷却液。（5）站立位置应适合，启动程序时，右手作按停止按钮准备，程序在运行手不能离开停止按钮，如有紧急情况立即按下停止按钮。（14）加工过程中认真观察切削及冷却状况，确保机床、刀具的正常运行及工件的质量。并关闭防护门以免铁屑、润滑油飞出。（15）在程序运行中须暂停测量工件尺寸时，要待机床完全停止、主轴停转后方可进行测量，以免发生人身事故。（16）关机时，要等主轴停转3分钟后方可关机。（17）未经许可，禁止打开电器箱。（18）各手动润滑点，必须按说明书要求润滑。（19）修改程序的钥匙，在程序调整完后，要立即拔出，以免无意改动程序。（20）机床若数天不使用，则每隔一天应对NC及CRT部分通电2-3小时。第五章 总结经过三年的大学学习，我们对机械方面的知识有了一定的认识和掌握，在即将告别大学学习的时刻很有必要对大学三年的学习有个综合的检验，而这种检验不仅能考察我们对基础和专业知识的掌握的牢固程度，更重要的是经过这次设计，我们对对各门学科知识的交叉认识加强，对设计过程有了大体的了解，对于今后我们的学习和工作有着十分重要的意义！本次设计是三年中综合性最强的一次设计，较以前的课程设计。这次设计超出了一门或是几门课程的限制，要运用到大学三年学过的几乎所有专业课程。从利用现代设计理论的思想进行分析和总体设计，到具体设计过程中的受力分析、强度校核、材料选取、机械运动原理分析、零件尺寸确定，再到手工制图和利用 AutoCAD制图每一个细节过程都反映了对专业知识的应用。因此，这次设计尤其的重要！在本次的设计中，在葛天林老师的带领下我完成了整个设计过程，在制图和设计计算方面我和老师共同定论，一同商讨。尤其是在老师的殷切的帮助