工艺笔设计以及加工工艺 毕业设计

前言本设计主要是针对华中数控车加工一只工艺笔展开，主要内容有工艺笔的主要设计思想，加工工艺的设计理念，刀具、工具、钻头的选用。本设计的工艺笔在实用性方面具有笔芯通用、轻巧耐用方便携带。在外观方面，采用了一体式设计，当没有使用的时候完全可以当一件工艺品摆放，外部线条优美，众所周知，金属制品都比较光滑，所以在手握住的地方添加了防滑的花纹，使“工艺笔”在保证使用体验的情况下还能有很好的漂亮的外观；另外就是本设计的第二大板块，加工工艺的设计与数控程序设计，众所周知，一个产设计的的难度不在于他的外观，而在于设计的这个产品是否可以被加工出来，本设计在考虑到外观的同时，另外考虑了加工的便捷性，同样的，在考虑加工工艺时，还考虑了产品的批量生产的问题，以及尽量不使用定制刀具、钻头。

工艺笔设计以及加工工艺工艺笔设计分析确定工艺笔外形笔盖外形设计笔盖主要起到一个在不使用笔的时候保护笔芯的笔尖不受伤害的一个作用，所以要保证笔盖不会轻易掉落，在这之外还要保证一个密封性，确保笔的油墨不会泄露，基于这些特点，我在笔的连接处设计了一小段螺纹，在保证密封性的情况下还保证笔盖不会在轻易掉落。内孔的尺寸在设计中考虑到，在书写的时候笔可以套在笔身的上，这样就预防了笔帽的丢失问题。在设计的时候考虑到笔芯的替换与笔帽的开合都使用到了螺纹链接的方式，所以在设计中，考虑到用户的体验，所以两组螺纹的旋向是不相同的。设计图如下：笔尖设计分析笔尖是笔当中很重要导入一环，在书写时，人手主要握住的地方就是笔头处，所以这一段我的设计理念就是选择合适的笔头尺寸，并且在有金属质感的条件下保证一定的防滑性和防汗性。 所以在设计头花费了大功夫的，尺寸、外形、防滑，每一点都需要考虑；防滑性方面，我设计了两道防滑纹，长度为21mm，我称之为“导汗槽”在防滑的特性下，还保证了防止手汗的情况。内孔尺寸是根据现在市面上常见的中性笔笔芯而定制的，适配性很高。设计图如下：笔身设计分析笔身是笔中最大最长的部分，考虑到加工时刚性和成本的问题，不宜把轮廓设计的太复杂，在保证外观美观的情况下，还要确保加工的成品率以及成本（时间）。设计图如下：外形渲染展示在老师的指导下和几位同学们的探讨下，终于确定了我的最终设计图，现在展示3维渲染图。首先是各个部分的渲染图展示笔盖：笔尖：笔身：下来就是工艺笔整体的一个展示：工艺笔加工工艺分析加工工艺分析笔盖加工工艺分析笔盖形状分析 由图可知，笔盖是由一∅11mm外直径和一∅9mm内孔组成，其中，还有一M10×0.5普通细牙螺纹，总体结构比较简洁，没有过多的复杂形状。加工难度为薄壁零件，在设计工艺时需注意工件刚性问题，防止震刀。笔盖工艺分析 加工顺序如下： 首先，工件不要全部安装进去，先进行钻孔与螺纹的加工， 其次，车削M10×0.5外螺纹，设定转速。 笔帽中内螺纹属于非标螺纹，M10×0.5mm，所以其顶径与底径需要计算，将参数螺纹大径、螺距代入公式底径,大径,将参数代入公式，得与。 随后，使用30°外圆刀车削工件表面外轮廓，为保证工件的表面光洁度和减少加工时长，使用粗精加工混合使用，在粗加工时，设定转速，精加工转速设定为。 最后，使用切断把工件切下来，设定转速。 加工工艺表如下表：工序一序号工序刀具工序内容工序简图设备1车装夹∅15mm外圆3外圆刀平端面4∅8.8mm钻头钻孔∅8.8mm，长45mm5∅9mm钻头铰孔∅9mm，长45mm6内螺纹刀车削内轮廓，螺纹避空7内螺纹刀车削内螺纹M10×0.5mm工序二序号工序刀具工序内容工序简图设备1车装夹∅15mm外圆2外圆刀车削外轮廓，保证长度55mm7切断刀切断笔尖加工工艺分析笔尖形状分析 由图可知，笔尖是由外轮廓、外螺纹、外花纹、内孔组成，考虑到形状特殊，必须要使用掉头加工。笔尖工艺分析 首先，加工时先加工外轮廓，保证外轮廓的总体长度，分别进行精粗加工两道工序，设定转速，精加工转速设定为。 随后加工表面螺纹M10×0.5mm，再加工表面花纹，由于表面花纹是属于大螺距螺纹，所以加工表面花纹时要注意机床转速不能太高，螺纹加工时设定转速，花纹加工设定转速， 使用∅2.3mm钻头，钻孔∅2.3mm长度10mm的孔，。 再使用切断刀，切断工件加工时设定转速。 随后掉头，使用外圆车刀加工加工M8×0.5螺纹的大径外圆。 使用∅3.4mm钻头，钻孔∅3.4mm，长48mm，。 使用∅6mm钻头，钻孔∅6mm，长39mm，。 再使用M8×0.5的螺纹板牙加工出螺纹。 加工工艺表如下表：序号工序刀具工序内容工序简图设备1车装夹∅15mm外圆2外圆刀平端面3∅2.3mm钻头钻孔∅2.3mm长度为10mm4外圆刀车削外轮廓，保证长度52mm5螺纹刀车削M10×0.5外螺纹6螺纹刀车削花纹7切断刀切断序号工序刀具工序内容工序简图设备1车装夹∅9mm花纹面2外圆刀车削端面，保证长度52mm3外圆刀车削∅8mm外径5∅3.4mm钻头钻孔∅3.4mm，长48mm8∅6mm钻头钻孔∅6mm，长39mm9M8板牙套丝M8笔身加工工艺分析笔身形状分析 笔身由内孔和外轮廓组成，内孔中还有内螺纹，内螺纹采用丝锥攻丝的工艺，笔身工艺分析 首先加工时先加工外轮廓，外轮廓的证外轮廓的总体长度，分别进行精粗加工两道工序，设定转速，精加工转速设定为。 随后再加工内孔，使用∅5mm钻头，钻孔∅5mm，长81.5mm，。 使用∅8mm钻头，钻孔∅8mm，长81.5mm，，由于钻孔深度过深，所以采用G83钻孔循环指令，每次钻孔后进行退刀，第一保证了麻花钻头的排屑，第二保证麻花钻头不会因为堵屑而导致的的偏心。 然后使用丝锥经行攻丝。 加工工艺表如下表：序号工序刀具工序内容工序简图设备1车装夹∅11mm外圆2外圆刀平端面3∅8mm钻头钻孔∅8mm，长8mm4∅5mm钻头钻孔∅5mm，长81.5mm5M8丝锥攻丝M8 序号工序刀具工序内容工序简图设备1车装夹∅15mm外圆，打中心孔，加顶针2外圆刀车削外轮廓，保证长度88mm3切断刀切断 加工工艺分析笔盖加工设备及刀具、工具选择 刀具： 30°外圆车刀、小型60°内螺纹车刀、∅8.8mm麻花钻头、∅9mm铰孔刀； 工具： 刀架扳手、卡盘扳手等。笔尖加工设备及刀具、工具选择 刀具： 30°外圆车刀、60°外螺纹车刀、∅6mm麻花钻头、∅3.4mm麻花钻头、D2.3mm麻花钻头； 工具： 刀架扳手、卡盘扳手等。笔身加工设备及刀具、工具选择 刀具： 30°外圆车刀、∅5mm麻花钻头、∅7.8mm麻花钻头、∅8mm铰孔刀、M8丝锥； 工具： 刀架扳手、卡盘扳手、丝锥扳手等确定装夹方式 所有零件均采用三角卡盘装夹。螺纹加工工艺 本设计中，有一组螺纹加工程序笔盖程序O0001G00X100Z100快速定位T0101外螺纹刀M03S600设置转速G00X14Z2机床快速定位G01X13Z1G71U0.5R1P1Q2X0.3Z0.3F60外轮廓加工N1G01X11Z-20G03X9Z-55R613N2G01X20G00X100Z100T0202中心钻M03S800G00X0G01Z2G01Z-2F30G01Z2G00Z100T0303∅8.8钻头M03S350G00X0G00Z6G83Z-47.2K6R5F30循环钻孔加工G01Z6G00Z100T0303∅9铰刀M03S800G00X0G00Z6G01Z-47.2F30G01Z6G00Z100T0404内螺纹刀G00X10G00Z2G01Z-2F30加工螺纹避空槽G01X9.2Z-10F30G01X8Z-10G82X9.2Z2F0.5内螺纹加工G82X9.4Z2F0.5内螺纹加工G82X9.6Z2F0.5内螺纹加工G82X9.8Z2F0.5内螺纹加工G82X10Z2F0.5内螺纹加工G82X10.2Z2F0.5内螺纹加工G82X10.2Z2F0.5内螺纹加工G01Z2F30G00X100Z100M30程序停止笔尖程序第一段工序O0002G00X100Z100快速定位T0101外螺纹刀M03S600设置转速G00X14Z2快速定位G01X13Z1G71U0.5R1P1Q2X0.3Z0.3F60外轮廓加工N1G01X4Z0X9Z-9.38Z-36X9.9Z-36.5Z-38.5X9Z-39Z-42X11N2Z-52G00X100Z100T0202外螺纹刀M03S350G00X12Z-15G82X8.5Z-36C10F21加工花纹G00X12Z-36G82X8.5Z-15C10F21加工花纹G00X12Z-40G82X9.5Z-35F0.5加工外螺纹G82X9.3Z-35F0.5加工外螺纹G82X9.2Z-35F0.5加工外螺纹G82X9.1Z-35F0.5加工外螺纹G82X9.0Z-35F0.5加工外螺纹G82X9.0Z-35F0.5加工外螺纹G00X100Z100M30程序停止第二段工序O0003G00X100Z100快速定位T0101外螺纹刀M03S600设置转速G00X14Z2快速定位G01X13Z1G71U0.5R1P1Q2X0.3Z0.3F60外轮廓加工N1G01X7.8N2Z-8G00X100Z100T0202中心钻M03S800G00X0G00Z2G01Z-2F30G01Z2G00Z200T0303钻头∅2.3M03S350G00X0Z2G83Z-52K10R1F20G01Z2G00X100Z200T0404钻头∅4M03S350G00X0Z2G83Z-49K10R1F20G01Z2G00X100Z200T0505钻头∅6M03S350G00X0Z2G83Z-40K10R1F20G01Z2G00X100Z200M30笔身程序第一段工序O0004G00X100Z100快速定位T0101外螺纹刀M03S600设置转速G00X14Z2快速定位G01X13Z1G71U0.5R1P1Q2X0.3Z0.3F60外轮廓加工N1G01X11Z-30G02X9.5Z-78R1684.14G02X8Z-88R94.12N2Z-88G00X100Z100第二段工序TO5O5切断刀刀宽为3mmM03S600设置转速G00Z-91快速定位G00X15快速定位G01X0F10切断工件GOOX100X轴退刀G00Z100Z轴退刀M30程序停止O0005T0202钻头D5M03S350G00X0X轴快速定位Z2Z轴快速定位G83Z-81.5K15R1F20G01Z2G00X100Z100T0303钻头D7.8M03S350G00X0X轴快速定位Z2Z轴快速定位G83Z-8K3R1F20G01Z2G00X100Z100T0404钻头D8M03S350G00X0X轴快速定位Z2Z轴快速定位G83Z-8K3R1F20G01Z2G00X100Z100M30零件仿真加工设定仿真参数设定刀具本设计总共需要使用刀具4把，钻头7把；具体参数设置如下图：35°外圆车刀仿真参数设置60°外螺纹车刀仿真参数设置60°内螺纹车刀仿真参数设置3mm切槽刀仿真参数设置∅8.8钻头仿真参数设置D9mm铰刀仿真参数设置D6mm钻头仿真参数设置D3.4mm钻头仿真参数设置D2.3mm钻头仿真参数设置∅7.8mm钻头仿真参数设置∅8mm铰刀仿真参数设计M8丝锥仿真参数设置设定毛胚毛胚的设定参数如下：毛胚仿真参数设置笔盖加工笔尖加工工序一工序二笔身加工工序一工序二总结 在本次的毕设中，深刻的体会到了自己的很多不足之处，在生产中，发现自己对于机器的使用不是很熟练，对于刀具的安装、以及数控机床的对刀，还有程序不熟练；在设计中，发现了自己对于二维和三维软件的使用还不是很熟练，对于机械制图标准问题模棱两可，对于公差与配合的掌握有所欠缺；在设计加工程序的时候，很多时候没有考虑到刀具的碰撞、工件的可加工性、切削速度、切削时机床转速等等问题。 但是好在，在老师的指导下我一一地解决了这些的问题，现在毕设完成了，从中学到了很多的东西，将来到了工作岗位上的时候，我会依然保持着这样的学习态度，不断的学习新的技术，不断的完善自己。 本设计主要是对于回转体的加工研究，其中小螺纹部分是本次设计的难点，主要在于薄壁零件加工、小孔内螺纹加工，对于这些问题，在本次设计中均得到了一一的解决，掌握里小孔加工盲孔、内螺纹等技术。 本设计是我开始学习到数控加工技术起就想做的一个产品，这段时间，在本设计上，进行了完善。主要完善的地方有：尽量减少加工成本；不断优化笔的舒适性；使笔的各个部件与市面上的笔芯可以通用；最后，谢谢老师的孜孜教诲。

参考资料[1]何瑛.浅析数控机床加工的仿真技术及应用[J].2022(22).