端盖零件的工艺分析与数控加工

1、XXXXXX大学数控方向综合课程设计说明书设计题目： 端盖零件数控加工 工艺设计 学号： 07202315635 设计者： jack walk 完成时间： 2012 年 6 月 27 日课程设计任务书1本课程设计课题应达到的目的：（1）综合应用本专业所学课程的理论和实际生产知识，对典型零件进行工艺分析，初步培养学生的工艺方案的制定能力， （2）使学生掌握零件加工所用加工设备的选用。（3）使学生掌握在零件加工中不同设备中所用刀具以及刀具参数的合理选用。（4）树立正确的工艺设计路线编制的思想。2本课程设计课题任务的内容：1、设计要求：（1）对端盖零件的工艺分析（包括零件结构特点、结构工艺性、关键表

2、面的技术要求的分析），编制工艺路线；（2）对零件进行三维造型设计；（3）设计加工工序，确定切削用量；（4）编制加工工序过程卡片和加工工艺过程；（5）编制数控加工程序；（6）编写设计说明书。2、设计要求：（1）独立完成设计要求的各项任务；（2）利用CAD/CAM等相关软件造型该零件的3D设计和2D设计以及数控程序的编制； （3）手工编制数控程序；（4）设计思路清楚，内容完整。设计说明书要求设计说明书是全部设计计算的整理和总结，是学生对课程设计的总结，是图样设计的理论依据，而且是审核设计的技术文件之一。每个学生毕业后都要接触实际的技术工作，都要会写技术报告、可行性论证报告、产品说明书等文件。因此学

3、生在校期间应受到这方面的训练，掌握这一必须的基本技能。编写设计说明书的内容包括：1.封面及题目2.设计任务书（包括设计条件和要求）3.设计说明书正文4.设计小结（说明课程设计的体会，本设计的优缺点及改进意见等）5.列出主要参考文献并编号（标注编号、作者、书名、出版地、出版者、出版年月）6.附件（主要零件图）目录1.序 言12.零件图工艺分析12.1加工内容22.2加工要求22.2各结构的加工方法23.数控机床的选择24.加工工序确定35.确定装夹方案36.刀具与切削用量的选择57.加工程序68.小结13参 考 文 献14 1. 序言数控加工是机械制造中的先进的加工技术是一种高效率，高精度与高柔

4、性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺掌握的水平是制约手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。2. 零件图工艺分析通过零件图工艺分析，确定零件的加工内容、加工要求，初步确定各个加工

5、结构的加工方法。 图1 端盖零件图2.1加工内容该零件主要由平面，孔系及外轮廓组成，如图2所示。取加工毛坯为长方块件，尺寸为170mm×110mm×50mm，加工内容包括40H7mm的内孔；阶梯孔13mm和22mm；A,B,C三个平面；60mm外圆轮廓；安装底板的菱形并用圆角过度的外轮廓。 图2 端盖零件实体图2.2加工要求零件主要加工要求为：40H7的内孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，为Ra1.6m。其他一般加工要求为：阶梯孔13mm和22mm只标注了基本尺寸，可按自由尺寸公差等级IT11-IT12处理，表面粗糙度要求不高，为Ra12.5m；平面与轮廓表面粗糙度要

6、求Ra6.3m。2.3各结构的加工方法由于40H7mm的内孔等加工要求较高，拟选择钻中心孔钻孔粗镗（或扩孔）半精镗精镗的方案。阶梯孔13mm和22mm可选择钻孔锪孔方案。A、C两个平面可用面铣刀粗铣精铣的方法。B面和60mm外援轮廓可用立铣刀粗铣精铣同时加工出。菱形并圆角过度的外轮廓也可用立铣刀粗铣精铣加工出。3. 数控机床的选择零件加工的机床选择XK5034型数控立式升降台铣床，机床的数控系统为FANUC 0-MD;主轴电机容量4.0KW；主轴变频调速范围100-4000r/min；工作台面积（长×宽）1120mm×250mm；工作台纵向行程760mm；主轴套筒行程120

7、mm；升降台垂直行程（手动）400mm；定位精度±0.03mm/300mm；重复定位精度±0.015mm；工作台允许最大承载256kg。选用的机床能够满足该零件的加工。4. 加工顺序的确定按照基面先行、先面后孔、先粗后精的原则确定加工顺序。由图1可见，零件的高度Z向基准是C面，长、宽方向的基准是40H7mm的内孔的中心轴线。从工艺的角度来看，C面也是加工零件各结构的基准定位面，因此，在对各个加工内容加工的先后顺序的排列中，无疑第一个要加工的面是C面，且C面的加工与其他结构的加工不可以放在同一个工序。40H7mm的内孔的中心轴线又是底板的菱形并圆角过渡的外轮廓的基准，因此它的

8、加工应在底板的菱形外轮廓加工前，加工中考虑到装夹的问题，40H7mm的内孔和底板的菱形外轮廓也不便在同一次装夹中加工。按数控加工应尽量集中工序加工的原则，可把40H7mm的内孔、阶梯孔13mm和22mm，A、B两个平面，60mm外圆轮廓在一次装夹中加工出来。这样按装夹次数为划分工序的依据，则该零件的加工主要分3个工序，并且次序是：加工C面；加工A、B两个平面和40H7mm的内孔；阶梯孔13mm和22mm；加工底板的菱形外轮廓。在加工40H7mm的内孔、阶梯孔13mm和22mm，及A、B两个平面的工序中，根据先面后孔的原则，又宜将A、B两个平面及60mm外圆轮廓的加工放在孔加工之前，且A面加工在

9、前。至此零件的加工顺序基本确定，总结如下。一次装夹：加工C面二次装夹：加工A面加工B面及60mm外圆轮廓加工40H7mm的内孔、阶梯孔13mm和22mm。第三次装夹：加工底板的菱形外轮廓。5. 确定装夹方案根据零件的结构特点，第一次装夹加工C面，选用平口钳夹紧。第二次装夹加工A面，加工B面及60mm外圆轮廓，加工40H7mm的内孔、阶梯孔13mm和22mm也选用平口钳夹紧。但应注意的是，工件宜高出钳口25mm以上，下面用垫块，垫块的位置要适当，应避开钻通孔加工时的钻头伸出的位置，如图3所示。 图3 工件在平口钳装夹加工铣削底板的菱形外轮廓时，采用典型的一面两孔定位方式，即以底面、40H7mm和

10、一个13mm孔定位，用螺纹压紧的方法夹紧工件。测量工件零点偏置时，应以40H7mm已加工孔面位测量面，用主轴上装百分表找40H7mm的孔心的机床X、Y机械坐标值作为工件X、Y向的零点偏置。装夹方式如图4所示。 图4 外轮廓铣削装夹方式1-开口垫片；2-压紧螺母；3-螺纹圆柱销；4-带螺纹削边销5-辅助压紧螺母；6-垫片；7-工件；8-垫块6. 刀具与切削用量选择该零件孔系加工的刀具与切削用量的选择参考表1。表1 孔系加工刀具与切削用量的选择参考值工序号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/（r·min-1）进给速度/（m·min-1）背吃刀量/mm1粗铣定位基准面（底面）T

11、0116018030042精铣定位基面T011601801500.23粗铣上表面T0116018030054精铣上表面T011601801500.55粗铣60外圆及其台阶面T026336014056精铣60外圆及其台阶面T0263360800.57钻3个中心孔T03320008038钻40H7底孔T043820040199粗镗40H7内孔表面T0525×25400600.810精镗40H7内孔表面T0625×25500300.211钻2-13通孔T0713500706.5122-22锪孔T0822×铣外轮廓T0263360140814精铣外

12、轮廓T02633608022平面铣削上下表面时，表面宽度100mm，拟用面铣刀单次平面铣削，为使铣刀工作时有合理的切入切出角，面铣刀直径尺寸的选择最理想的宽度应为材料宽度的1.3-1.6倍，因此用160mm的硬质合金面铣刀，齿数10，一次走刀完成粗铣，设定粗铣后留精加工余量为0.5mm。加工60mm外圆及其台阶面和外轮廓面时，考虑60mm外圆及其台阶面同时加工完成，且加工的总余量较大，拟选用60mm，四个齿的7:24的锥柄螺旋齿硬质合金立铣刀加工，它具有高效切削性能。因为表面粗糙度要求是Ra6.3m，因此粗精加工用一把刀完成，设定粗铣后留精加工余量为0.5m。粗加工时选Vc=75m/min，f

13、z=0.1mm，则S=318×75÷63360，f=0.1×4×360140（mm/min），精加工时f取80mm/min。底板的菱形外轮廓加工时，铣刀直径不受轮廓最小曲率半径限制，考虑到减少道具数，还选用63mm硬质合金立铣刀加工。（毛坯长方形底板上菱形外轮廓之外四个角可预先在普通机床上去除。）7. 加工程序40H7mm圆的圆心处为工件编程X,Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在工件上表面。主要操作步骤与加工程序如下。1）粗精铣定位基准面C（地面），采用平口钳装夹，用160mm平面端铣刀，主轴转速180r/min，起刀点坐标为（180，-20，-4），粗精加工

14、程序为：N10 G21;N20 G17 G40 G94 G49 G80;N30 G9 0G54 G00 X180 Y-20 S180 M03;N40 G43 Z20 H01;N50 G01 Z-4 F800 M08; N60 X-180 F300;N70 Z-5;N80 X180 F150;N90 G00 Z20 M09;N100 G49 G28 Z20;N110 M30;2)粗精铣A表面加工程序：程序与上面的程序相同。N10 G21;N20 G17 G40 G94 G49 G80;N30 G9 0G54 G00 X180 Y-20 S180 M03;N40 G43 Z20 H01;N50 G

15、01 Z-4 F800 M08; N60 X-180 F300;N70 Z-5;N80 X180 F150;N90 G00 Z20 M09;N100 G49 G28 Z20;N110 M30;3）用63mm平面端铣刀，粗铣60mm外圆及其台阶面的程序。粗铣程序，在XY向粗铣62mm外圆，则留精加工余量为单边1mm。从Z0分层切削到Z-17.5，Z向留0.5的精加工余量，若分层次数为4次，则每次Z向进刀17.5÷4=4.375mm，每层切削程序用子程序编制，主程序则需要调用子程序4次。粗加工子程序的切削进刀路线如图5所示，X,Y向是从外圆的法向引入和切出。主程序和子程序的编写如下：O0

16、001;N10 G21N20 G17 G40 G80;N30 G90 G54 G00 X0 Y-100 S360 M03;N40 G43 Z3 H01 M08;N50 G01 Z0 F200;N60 M98 P0002 L4;N70 G90 G00 Z25;N80 M98 P0003;N90 G90 G00 Z25 M09;N100 G49 G28 Z25 M05;N110 M30;O0002N10 G91 G01 Z-4.375 D01 F140;N20 G90 G42 G01 Y-31;N30 G03 J31;N40 G00 G40 Y-90;N50 M99;O0003;N10 G00 X

17、-120 Y-35 Z-18;N20 G01 G41 X-30 F80;N30 G01 Y0;N40 G03 I30;N50 G01 Y30;N60 G40 Y90;如图6所示为60mm精加工子程序进刀落线。 图5 60粗加工子程序进刀路线图6 60精加工子程序进刀路线4）用63mm硬质合金立铣刀加工底板的菱形外轮廓的程序。菱形外轮廓之外四个角可预先在普通机床上去除，这样粗铣程序XY向铣外轮廓时，XY向走刀一周即可，留精加工余量为单边1mm。单边余量1mm可通过增大半径补偿值的方法，即如实测半径为31.5mm，取32.5mm作为粗加工的半径补偿值，则轮廓就留下了1mm的余量，粗加工的半径补偿值

18、32.5mm存在D22补偿地址。从Z-18分层切削到Z-42，总深24mm，若分层次数为3次，则每次Z向进刀8mm，每层切削程序用子程序编制，主程序则需要调用子程序3次。子程序的切削进刀路线如图7所示。 图7 菱形外轮廓粗加工子程序进刀路线以下为粗铣外轮廓加工程序:O0010;N10 G21 G90 G94 G40 G49 G17;N20 G91 G28 Z0;N30 G90 G94;N40 G00 X-120 Y0N50 G43 Z-15 H01N60 S360 M03;N70 G01 Z-18 F140;N80 M98 P110 L3;N90 G91 G28 Z0;N100 M05;N11

19、0 M30;O0011N10 G91 G01 Z-8 F50;N20 G90 G41 G01 X-80 YO D22;N30 G02 X-69.245 Y18.045 R20;N40 G01 X-18.865 R30;N50 G02 X18.865 R30;N60 G01 X69.245 Y18.045;N70 G02 Y-18.045 R20;N80 G01 X18.865 Y-46.6;N90 G02 X-18.865 R30;N100 G01 X-69.245 Y-18.245;N110 G02 X-80 Y0 R20;N120 G40 G01 X-120;N130 M99;5)精铣外轮

20、廓，也用63mm立铣刀，主轴转速为360r/min，进给速度为80mm/min，在Z轴方向不分层，一次铣削到位。与粗加工的法向引入、切出的进刀路线不同的是精加工引入，切出得进刀路线是从轮廓的切线方向引入和切出。如图8所示的菱形外轮廓精加工时引入、切出的进刀路线，其他的程序段的编写与粗加工子程序的编写相似。 图8 菱形外轮廓精加工引入、切出的进刀路线O0020;N10 G21 G90 G94 G40 G49 G17;N20 G91 G28 Z0;N30 G90 G94;N40 G00 X-120 Y0N50 G43 Z-15 H01N60 S360 M03;N70 G01 Z-18 F80;N8

21、0 M98 P210 L1;N90 G91 G28 Z0;N100 M05;N110 M30;O0021N10 G91 G01 Z-24 F80;N20 G90 G41 G01 X-80 YO D22;N30 G02 X-69.245 Y18.045 R20;N40 G01 X-18.865 R30;N50 G02 X18.865 R30;N60 G01 X69.245 Y18.045;N70 G02 Y-18.045 R20;N80 G01 X18.865 Y-46.6;N90 G02 X-18.865 R30;N100 G01 X-69.245 Y-18.245;N110 G02 X-80 Y0 R20;N120 G40 G01 X-120;N130 M99;8. 小结通过这次的课程设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。结论总结如下： （1）对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是其中的