芯轴套类部件造型设计与数控加工工艺设计

本科毕业设计（论文） 题 目：芯轴套类部件造型设计与数控加工工艺设计 英文题目：The design and NC machining process design of core shaft parts 学 院：_ 专 业：_姓 名：_学 号：_指导教师：_2015年12月5日 毕业设计（论文）独创性声明该毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解青岛滨海学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留送交毕业设计（论文）的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计（论文）。保密的毕业设计（论文）在解密后遵守此规定。作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘要 文章的主要内容为芯轴套类部件造型设计与数控加工工艺设计,并在零件的手工编程中用到了G01 直线插补命令、G02/G03圆弧插补指令；G81钻孔；M98调用子程序指令等。本篇毕业设计主要针对数控机床的加工及编程的介绍，对芯轴套类部件进行工艺性分析，包括加工工艺的选择和制定，还包括各零件的程序的手工编制。本次设计的题目是芯轴套类部件造型设计与数控加工工艺设计，重点在于对芯轴套类部件加工的工艺性和力学性能分析，对芯轴套类部件的加工工艺规程进行合理分析，对芯轴套类部件进行加工工艺的规程设计，包括了芯轴套类部件的数控铣削加工和数控车削加工，并且介绍了数控加工工艺及数控编程。关键词：芯轴套类部件；编程；工艺；数控加工 AbstractThis paper mainly introduces the current situation and development prospect of automotive beauty decoration industry, car beauty industry is experiencinga hitherto unknown development opportunity, there are good prospects for development. But due to the current situation of enterprise development disorder, not standardized, quality of personnel is low, which seriously restrict the development of the industry. Through the professional knowledge of the designer to master the relevantinformation on the Internet, as well as the current situation at home and abroad, the design scheme, after a detailed investigation, this graduation design is to design a set of practical multifunctional baby chair.This design is begins with the argument, introduces in detail the scheme analysis, design process and calculating process.Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 录 摘 要I AbstractII 1 绪论1 1.1制造工业的重要性2 2 零件结构工艺分析3 2.1零件的分析4 2.1.1零件的作用6 2.1.2零件的尺寸工艺分析8 2.2零件的主要技术要求10 2.2.1内孔的精度及位置精度12 2.2.2其他要求15 2.3时间定额计算及生产安排16 3 工艺规程设计18 3.1选择定位基准20 3.2选择加工设备和工艺设备20 3.3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定21 4 数控加工工艺设计22 4.1 数控编程的定义及分类24 4.1.1数控编程的定义25 4.1.2数控编程的分类27 4.1.3编程方法的选择28 4.2 编程原点的确定30 4.3 零件造型及加工32 4.4 芯轴套类部件的仿真加工35 4.5 加工程序清单37 结论38 致谢39 参考文献401 绪论1.1 制造工业的重要性机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。减速器也是有些设备中所不可缺少的，我们应该了解减速器的机械制造工艺过程才能把产品制造出来。2 零件结构工艺分析本文首先对芯轴套类部件进行分析，通过对芯轴套类部件进行研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，与指导老协商后，感觉用数控编程比较合适。在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了夹具设计，整个设计得指导思想“简便、效率高、非常经济”。窗体底端2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用题目给出的零件是芯轴套类部件，芯轴套类部件主要是作为机械结构零件来使用的，一个设备是通过各种不同零件组成的，其中包括各种机构，例如传动机构、执行机构，以及一些其他结构，故芯轴套类部件零件的加工精度和表面光洁度直接影响着装配的精度和机械设备的使用性能，可以说，一个加工精度高的芯轴套类部件与加工精度的低的芯轴套类部件相比，其传动效果很明显。所以研究和制定芯轴套类部件零件的数控加工工艺规程和编程就尤为重要。图1，2，3，4分别为芯轴套类部件零件三维图纸肯CAD图纸。 图1 芯轴套类部件零件1零件图图2 芯轴套类部件零件2零件图图3 芯轴套类部件零件3零件图图4 芯轴套类部件零件4零件图2.1.2 零件的尺寸标注分析零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。2.2零件的主要技术要求由以上分析可知，该芯轴套类部件的主要加工表面是外端面和孔系。因此，对于芯轴套类部件来说，加工过程中的主要问题是保证孔，处理好孔和平面。2.2.1内孔的精度及位置精度零件1的主要加工面为内孔的数控车削加工，其表面粗糙度要求分别为。零件2的主要加工工序为外圆面的数控车削加工，其表面粗糙度要求分别为。零件3的主要加工面为内孔的数控车削加工，其表面粗糙度要求分别为。零件4的主要加工面为内孔的数控车削加工，其表面粗糙度要求分别为。2.2.2其它要求芯轴套类部件加工方案，应该选择能够满足较为复杂类零件平面加工的加工设备，例如数控机床。除了从加工精度和加工效率方面考虑外，也要适当考虑经济因素。依据零件图我们确定芯轴套类部件的加工工艺及加工路线，对于关键工序，我们应该在数控铣床上面进行加工比较合适。2.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 假设该零件年产量为30万件。设每天的产量为1300件。根据相关标准，当零件的加工批量为中小批量的时候，时间定额的计算公式为： （大量生产时）故，相对于大批量生产，其计算公式如下： 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。 一些除了加工工件以外时间的总和。工序：粗、精铣结合面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.43，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据相关计算切削时间的资料有，单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求。（1）、铣削宽度的选择查机械制造工艺设计简明手册表3.127有半精铣 这里取（2）、铣削每齿给量的选择查机械制造工艺设计手册表328有 （3）、铣削深度的选择查机械制造工艺设计手册表329有 （4）、铣削速度的选择 查相关计算切削时间的资料有 所以：（5） 计算切削时间 查相关计算切削时间的资料表1.415 可知： 所以，（6）计算铣削力 相关计算切削时间的资料有 ：式中：所以，=93n。3 工艺规程设计3.1 选择定位基准 芯轴套类部件胡加工工序较为简单，主要粗基准选择毛坯的左右端面，精基准选择已经铣削好的左右端面。3.2 制定工艺路线 本次设计的零件是芯轴套类部件，根据先面后孔原则，本次先以内孔定位加工芯轴套类部件的各个面，然后再是孔。后续工序安排应当遵则。先粗加面，再粗加工孔。对于滚刀支架加工，需要精加面。按上述原则亦应工孔系，但在实际生产中互垂直。加工工后，将工件清净。清洗后用压净。保证零件于。根据以上分析，现将芯轴套类部件的工艺路线制定如下：3.3 选择加工设备和工艺设备 由图样分析，该图样需要数控车削，铣削上下左右几个端面，车外圆 ，钻孔，攻牙，车退刀槽等，在这里我们在铣轮廓时选用外圆车刀，沟槽车刀，钻头，丝攻等等。而钻削加工时我们可以选用麻花钻头，量具可选用0-150mm为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺、 塞规等。3.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 (1)毛坯种类的选择 由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用锻造作为毛坯的制作形式，从而提高劳动生产率，降低成本。 (2)确定毛坯的加工余量根据毛坯制造方法采用的砂型锻造，查取机械制造工艺设计简明手册表2.2.5，“芯轴套类部件”零件材料采用锻造。材料为45，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。4 数控车加工工艺设计4.1 数控编程的定义及分类4.1.1数控编程的定义 编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。4.1.2数控编程的分类 数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。4.1.3编程方法的选择 该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成，坐标点尺寸计算方便，故采用手工编程的方式编制其加工程序。4.2编程原点的确定该芯轴套类部件均为规则的回转型零件，其坐标原点可设在两端面中心上，这样方便编程坐标的计算。其坐标原点如图3.2所示。 零件1编程原点 零件2编程原点 零件3编程原点 零件4编程原点4.3 零件造型及加工 UG制造工程师是在Windows环境下运行CAD/CAM一体化的数控加工编程软件。软件集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成、加工工艺单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。实体曲面结合3.3.1 方便的特征实体造型 采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来描述，简单而准确。通常的特征包括孔、槽、型腔、凸台、圆柱体、球体、管子等，UG制造工程师 可以方便地建立和管理这些特征信息。 先进的“精确特征实体造型”技术完全抛弃了传统的体素拼合和交并差的繁琐方式，使整个设计过程直观，简单。 实体模型的生成可以用增料方式，通过拉伸，旋转，导动，放样或加厚曲面来实现；也可以通过减料方式，从实体中减掉实体或用曲面裁剪来实现。还可以用等半径过渡，变半径过渡，倒角，打孔，增加拔摸斜度和抽壳等高级特征功能来实现。3.3.2 强大的NURBS自由曲面造型 UG制造工程师继承和发展了前一代版本的曲面造型功能。从线框到曲面，提供了丰富的建模手段，可通过列表数据，数学模型，字体文件及各种测量数据生成样条曲线；通过扫描，放样，拉伸，导动，等距，边界，网格等多种形式生成复杂曲面；并可对曲面进行任意裁剪，过渡，延伸，缝合，拼接，相交，变形等，建立任意复杂的零件模型。通过曲面模型生成的真实感图，可直观显示设计结果。3.3.3 灵活的曲面实体复合造型模式 利用这一模式，可实现曲面裁剪实体，曲面生成实体曲面约束实体等混合操作，是用户设计产品和模具的有利工具。UG制造工程师 快速高效的加工功能涵盖了从2轴到3轴的数控铣削加工功能。UG制造工程师 将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，可直接对曲面，实体模型进行一致的加工操作。支持先进实用的轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通过的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。3.3.4 2轴到3轴的数控加工功能 2轴到2.5轴加工方式:可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令,而无需建立其三维模型:提供轮廓加工和区域加工功能,加工区域内允许有任意形状和数量的岛.可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度,自动进行分层加工。3轴加工方式：多样化的加工方式可以安排从粗加工，半精加工到精加工的加工工艺路线3.3.5 支持高速加工 支持高速切削工艺，提高产品精度，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。3.3.6 参数化轨迹编辑和轨迹批处理 UG制造工程师的“轨迹再生成”功能可实现参数化轨迹编辑。只需选中已有的数控加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。UG制造工程师 可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大批加工轨迹参数事先定义，而在某一集中时间批量生成。这样，合理地优化了工作时间。3.3.7 加工工艺控制 UG制造工程师 提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人员的经验的到充分的利用。3.3.8 加工轨迹仿真 UG制造工程师 提供了轨迹仿真手段以检验数控代码的正确性。可以通过实体真实感仿真如实地模拟加工过程，展示加工零件的任意截面，显示加工轨迹。3.3.9 通用后置处理 UG制造工程师 提供的后置处理器无需生成中间文件就可直接输出G代码控制指令。系统不仅可以提供常见的数控系统后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。3.3.10 丰富流行的数据接口 UG制造工程师是一个开放的设计/加工工具，具有丰富的数据接口，它包括直接读取三维CAD软件如CATIA，Pro/E的数据接口；基于曲面的DXF和IGES标准图形接口；基于实体的STEP标准数据接口；基于Parasolid几何核心的X_T,X_B格式文件；面向快速成型设备的STL以及面向Internet和虚拟现实的VRML（虚拟现实标记语言）接口。这些保证了与目前流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域与合作伙伴实现虚拟产品的开发和生产。4.4 芯轴套类部件的仿真加工通过制造工程师软件，对芯轴套类部件进行三维实体建模，得出建模后的图形分别如下： 零件1零件2零件3零件44.4.1 零件1的车削加工1、 刀具轨迹 2、 加工参数 4.4.2 零件2的车削加工 2、 加工参数4.4.3 零件3的铣削加工1、刀具轨迹 2、 加工参数 4.4.4 零件4的铣削加工 2、 加工参数 4.5 加工程序清单1、车零件1深6内孔程序解释说明O0001程序号T0101（90外圆车刀）换1号刀M03 S500主轴正转，转速500M08切削液开G00 X60 Z2快速运动至切削起点G90 X58 Z-112 F120粗车内孔至23mm X57 Z0粗车外圆至21mmG00 X100 Z100快速运动至换刀位置T0202（84外圆车刀）换2号刀M03 S800主轴正转，转速800G00 X55.99 Z2快速运动至切削起点G01 Z-112 F80精车内孔至mmX56 退刀G00 X100 Z100快速运动至换刀位置T0303（6mm槽刀）换3号槽刀M03 S350主轴正转，转速350G00 X56 Z44快速运动至切削位置G01 X28 F30切槽G00 X100径向退刀Z100轴向退刀T0404（70外圆车刀）换4号刀M03 S500主轴正转，转速500G00 X56 Z-71快速运动至循环起点G73 U8.5 W0.5 R7建立G73外圆车削循环G73 P100 Q200 U0.2 W0.2 F100设定起终程序段、精加工余量N100 G01 X34.7 F120径向进刀 Z-72轴向进刀 G03 X44.592 Z-101.31 R25车外圆台阶面 G02 X52 Z-111 R7车右边台阶面N200 G01 X53退刀M03 S750主轴正转，转速750G70 P100 Q200精车圆弧面G00 X100 Z100快速运动至换刀位置M05主轴停止M09切削液关M30程序结束2、精车零件2外圆长69.3程序解释说明O0002程序号T0101（90外圆车刀）换1号刀M03 S500主轴正转，转速500M08切削液开G00 X54 Z2快速运动至循环起点G71 U2 R2 建立G71车削循环G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F120设定起终程序段，精车余量N100 G00 X22.4径向进刀 G01 Z0 F100靠近工件 X26.4 Z-2 F80倒角N200 W-7粗车外圆至21G00 Z-75快速运动至下一切削点G71 U2 R2建立G71车削循环G71 P300 Q400 U0.2 W0.2 F120设定起终程序段，精车余量N300 G00 X42.5快速进刀 G01 Z-78 F100切削进刀 X51.99 Z-105车锥面N400 Z-106退刀G00 X100径向退刀Z100轴向退刀T0202（84外圆车刀）换2号刀M03 S800主轴正转，转速800G00 X54 Z2快速运动至循环起点G00 X29 Z2快速运动至循环起点G76 P010060 Q100 R100精车外圆至G76 X24.4 Z-17 P1200 Q500 F2设定参数G00 X100 Z100快速运动至换刀点M05主轴停止M09切削液关M30程序结束3、粗车、精车台阶外圆至尺寸程序解释说明O0003程序号T0101（90外圆车刀）换1号刀M03 S500主轴正转，转速500M08切削液开G00 X54 Z2快速运动至循环起点G71 U1 R1建立G71车削循环G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120设定起终程序段，精加工余量N100 G00 X0快速进刀 G01 Z0 F80靠近工件 X33平端面 X35 Z-1倒角 Z-15车外圆至21 G02 X45 Z-20 R5倒圆角 G01 X47.99平端面 X51.99 W-2倒角N200 X54退刀G00 X100 Z100快速运动至换刀点T0202（60镗刀）换2号刀M03 S400主轴正转，转速400M08切削液开G00 X19.8 Z2快速运动切削起点M03 S800主轴正转，转速800G00 X54 Z2快速运动至循环起点G70 P100 Q200精车外圆至G00 X100 Z100快速运动至换刀位置M05主轴停止M09切削液关M30程序结束4、 粗车、精车内孔至尺寸T0202（84外圆车刀）换1号刀M03 S800主轴正转，转速800G00 X54 Z2快速运动至循环起点G70 P100 Q200粗车内孔至21G00 X51.99 Z-75快速运动至下一个循环起点G70 P300 Q400粗车内孔至G00 X100 Z100快速运动至换刀位置T0303（2.5mm槽刀）换3号刀M03 S400主轴正转，转速400G00 X54 Z-99快速运动至第一个切槽点G01 X36 F30切第一个槽第一刀X54 F100退刀W0.49运动至第二刀起刀点X36 F30切第一个槽第二刀X54 F100退刀G00 X52 Z-92快速运动至第二个切槽点G01 X36 F30切第二个槽第一刀X52 F100退刀W0.49运动至第二刀起刀点X36 F30切第二个槽第二刀X52 F100退刀结 论 通过本次毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是芯轴套类部件造型设计与数控加工工艺设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过