花瓣形凸台零件毕业设计付图纸.docx

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花瓣形凸台零件毕业设计付图纸

花瓣凸台四方型腔铣削加工

摘要

随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实只是数控技术的竞争。

本次毕业课题设计通过对花瓣凸台四方型腔模型零件进行结构分析，需要对其进行编程、钻孔、铣削等数控加工，能较好地满足了实际精度要求，提高了加工质量和设计效率。

合适的工艺规程可以加工出符合精度要求的合格零件。

依据整体功能确定各部位的结构并进行设计造型。

从结构上分析零件，制定加工所需的工艺规程，从毛坯的确定到设计工艺路线，根据所需选择适当的机床、刀具、相应的夹具、加工程序的编制和零件的检验。

文中程序的编制采用CAXA软件自动编程与手动编程相结合的方法生成。

关键词:

零件的分析；工艺；数控加工；数控编程

Four-petalBosscavitymilling

Abstract

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyandincreasinglyfierceeconomiccompetition,mechanicalproducts,updatesfasterandfaster,CNCmachiningtechnologyastherepresentativeoftheadvancedproductiveforces,inthefieldofmachineryandrelatedindustriesplayanimportantroleinmachinerymanufacturingcompetition,Infact,onlyanumericalcontroltechnologycompetition.Thegraduateprogramdesignthroughthefour-cavitymodelofpetalBosspartsforstructuralanalysis,needtobeprogrammed,drilling,milling,CNCmachining,etc.,canbettermeettheactualaccuracyrequirements,improvetheprocessingqualityanddesignefficiency.Suitableprocessordercanbeprocessedoutoflinewithrequiredaccuracyofthequalifiedparts.Determinetheoverallfunctionbasedonthevariouspartsofthestructureanddesignmodeling.Fromthestructuralanalysisofpartsandprocessesrequiredtodevelopprocessingprocedures,fromtheroughdeterminationofthedesignprocessroute,accordingtotherequiredselecttheappropriatemachinetools,cuttingtools,thecorrespondingfixture,processingproceduresforthepreparationandpartstesting.Proceduresforthepreparationofthispaper,usingCAXASoftwareAutomaticprogrammingandmanualprogrammingmethodofcombininggeneration.

Keywords:

Partoftheanalysis;process;CNCmachining;NCProgramming

1绪论

数控技术也叫计算机数控技术，它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

随着我国制造业的发展，数控加工的需求也在增加，它的总的发展趋势是：

高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。

这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

目前我国的数控加工技术已广泛应用于机械加工制造业中，如数控铣削、镗削、车削、线切割、电火花加工等，其中数控铣削是复杂多变零件的主要加工方法。

该零件就是典型的用数控铣削加工的零件，该模型综合了运用了我三年所学的专业知识。

巩固和扩展了自己所学的基本理论和专业知识，培养了正确的设计和研究思想，大大提高了自己的动手能力。

对本专业也有了更深刻的认识，更好的做到了实践与理论的统一。

2零件加工工艺分析

在数控铣削加工中，对零件图进行工艺分析的主要内容包括零件结构工艺性分析、选择数控铣削的加工内容、零件毛坯的工艺性分析和加工方案分析。

2.1零件图形分析

图2-1花瓣凸台四方型腔模型

2.1.1图形分析

（1）分析零件图是否完整、正确，零件的视图是否正确、清楚，尺寸、公差、表面粗糙度及有关技术要求是否齐全、明确。

从上图可以看出该零件图的尺寸符

合了这一要求。

（2）分析零件的技术要求，包括尺寸精度、形位公差、表面粗糙度及热处理是否合理。

过高的要求会增加加工难度，提高成本；过低的技术要求会影响工作性能，两者都是不允许的。

上图的精度为IT9级，技术要求和尺寸精度都能满足加工要求。

（3）该零件图上的尺寸标注既满足了设计要求，又便于加工，各图形几何要素间的相互关系（相切、相交、垂直和平行）比较明确，条件充分，并且采用了集中标注的方法，满足了设计基准、工艺基准与编程原点的统一。

因此该图的尺寸标注符合了数控加工的特点。

2.1.2零件材料分析

在满足零件功能的前提下，零件材料应立足国内，应选用较低廉的材料，避免用贵重的紧缺的材料。

同时，零件材料选用不当，也会增加工艺难度。

按照这些要求确定零件应选用较低廉的铝块。

2.1.3精度分析

该零件最高精度等级为IT9级。

外轮廓四周无尺寸精度要求。

通孔的表面粗糙度为Ra为3.2um，凸台和上、下表面的粗糙度为3.2um，其它表面粗糙度均为Ra6.3um。

但加工时由于装夹不当极容易生产震荡。

如果定位不好可能会导致表面粗糙度，加工精度难以达到要求。

2.2结构工艺性分析

零件图的工艺分析，是指对所设计的零件在满足使用要求的前提下进行的制造的可行性和经济性分析。

它包括零件的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工工艺性能分析等。

2.2.1结构分析

从图2-1上可以看出，花瓣凸台圆弧型腔模的加工轮廓主要由圆弧和直线组成，该零件的加工内容主要有平面、轮廓、凸台、型腔、钻孔、螺纹。

需要粗、精铣上下平面、外轮廓、凸台、内腔、钻孔及攻螺纹等加工工序。

2.2.2毛坯、余量的确定

毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，材料消耗就越少，机械加工的劳动量就越少，因此会提高机械加工效率，降低成本，但毛坯的制造费用却提高了。

因此确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两方面综合考虑，以求得最佳效果，零件在进行数控铣削加工时，余量的大小、如何装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好，否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工就很难进行下去。

主要应从以下几个方面去考虑。

（1）稳定的加工余量

该图的毛坯采用铸铝，整个零件的外形尺寸为110mm×110mm×20mm，加工时应在工件上表面、侧面各预留5mm的加工余量，所以整个工件毛坯的几何外形尺寸为115mm×115mm×25mm。

但由于零件在装夹和加工过程中存在一定的变形，所以该零件在加工成型后可能会产生一定的误差。

（2）毛坯的装夹适应性

毛坯的装夹适应性主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次装夹中加工出较多的平面，由于该零件图的加工内容可在一次装夹内完成全部加工，所以在装夹上直接采用平口虎钳（见图5-3）进行装夹。

（3）毛坯的变形及余量大小均匀性

根据图纸规定的材料及机械性能确定该零件采用的毛坯是铸铝，该毛坯经淬火后很容易在加工中与加工后出现变形现象，因此在需要考虑加工时是否分层切削，分几层切削，一般尽量做到各个加工表面的切削余量均匀以减少内应力所致的变形。

3加工方案的制定

3.1加工方案分析

零件所铣削部分主要是曲线轮廓加工、凸台的加工、台阶孔的加工、螺纹的加工。

在各步加工过程中，要根据零件图形状特征考虑加工中所存在的问题，从而选择更好的解决方法，确保加工的顺利完成、并达到零件的要求。

该零件主要加工方案如下：

（1）零件中凸台的加工：

带圆弧的矩形和花瓣凸台。

对于带圆弧的矩形，由于没有拐角情况，可以采用与圆弧相应直径的刀具完成加工；而对于花瓣凸台，必须考虑圆弧的半径（以便选用相应的刀具），若要一次加工完成，则要使用较大的刀具，但这将影响整个加工速度。

也可以先用较大直径的刀具进行粗铣，在用较小直径的刀具进行残料外形的精铣。

（2）零件中孔的加工：

由于零件中的孔直径为φ10mm和φ6mm,又因为该孔是无毛坯孔的孔加工，应采用锪平端面→打中心孔→钻孔→扩孔→铰孔方案。

（3）零件中螺纹的加工：

螺纹的加工根据孔径的大小，一般情况下，直径在M6～M20mm之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。

直径在M6mm以下的螺纹，在加工中心上完成底孔加工，通过其他手段攻螺纹，直径在M20mm以上

的螺纹，可采用镗刀片镗削加工。

因为该零件的两个螺纹孔的直径为M10mm，所以采用攻螺纹方法。

3.2加工方案制定

根据零件图样，制定以下工艺方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，又能保证质量）下面分析两套工艺方案进行比较：

结合零件图分析：

方案一：

铣削3mm夹持面→铣上平面→粗铣外轮廓→精铣外轮廓→粗铣凸台→精铣凸台→粗铣内腔→精铣内腔→钻孔→铣螺纹→翻面铣下平面；

方案二：

铣3mm的夹持面→粗铣外轮廓→粗铣凸台→粗铣内腔→精铣外轮廓→精铣凸台→精铣内腔→铣螺纹→钻孔→翻面铣下平面；

分析：

在方案一中将外轮廓粗精铣放在一个工序中，可以减少换刀的次数，从而提高了加工的效率，减少了加工所用的时间。

因此采用方案一。

根据以上的两种加工方案进行分析：

方案一将粗精加工一起完成，这样可以节省时间和换刀的次数，避免因换刀而引起的长度补偿误差。

而方案二将粗精加工分开进行，增加了换刀次数和加工时间，因换刀而引起的长度补偿误差值增大。

所以选择方案一加工零件。

4定位基准的选择

该零件是由若干表面组成的，每个表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。

基准就是用以确定零件上点、线、面间的相互位置关系所依据的点、线、面。

4.1基准的分类

基准分为设计基准和工艺基准两大类。

设计基准：

是指设计工作图上所采用的基准。

工艺基准：

是指加工过程中所采用的基准。

又分为有工序基准、定位基准和测量基准等。

（1）工序基准:

工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。

（2）定位基准：

是指在加工中用作定位的基准。

（3）测量基准：

是指测量时所采用的基准。

此外还有装配过程中用于确定零、部件间相互位置的装配基准。

要求掌握基准的分类，定义，同等重要的是在训练中提高选择基准的能力。

4.2定位基准的选择

选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。

根据选定的基面加工与否，又将定为基准分为粗基准和精基准。

在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。

已加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。

在选择定位基准时，是从保证工件精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序就应为从精基准到粗基准。

4.2.1粗基准的选择

选择粗基准时，应保证加工面与不加工面之间的位置要求并合理分配各加工面的余量，保证加工面与不加工面的位置尺寸和位置精度，同时还要为后续工序提供可靠精基准。

具体可按下列原则选择：

（1）非加工表面原则。

为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。

（2）加工余量最小原则。

义余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工表面

有足够的加工余量。

（3）重要表面原则。

为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为

粗基准。

（4）不重复使用原则。

（5）便于装夹原则。

做为粗基准的表面，应尽量平整光滑，没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷，以便使工件定位准确、夹紧可靠。

4.2.2精基准的选择

选择精基准时，应保证加工精度和装夹可靠、方便，可参照下列原则进行：

（1）“基准重合”原则

加工零件时应直接选择加工表面的设计基准为定位基准，可以避免由定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。

（2）“基准统一”原则

加工同一零件的多道工序时尽可能选择同一个定位基准，这样可以保证加工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差，也简化了夹具的设计与制造工作，降低了成本，缩短了生产准备周期。

例如，轴类零件加工采用采用两端中心孔作统一定位基准加工各阶梯外圆表面，可保证各阶梯外圆表面的同轴度误差。

基准重合和基准统一原则是选择精基准的两个重要原则，但实际生产中有时会遇到两者相互矛盾的情况。

此时，若采用统一定位基准能够保证加工表面的尺寸精度，则应遵循基准统一原则；若不能保证尺寸精度，则应遵循基准重合原则，以避免使工序尺寸的实际公差值减小，增加加工难度。

（3）“自为基准”原则

当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准。

（4）“互为基准”原则

当个加工表面之间具有较高的位置精度，或为是加工表面具有均匀的加工余量，则可采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。

（5）“便于装夹”原则

所选精基准应保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活。

同时定位基准应有足够大的接触面积，以承受较大的切削力。

综上所述：

从零件图上可以看出绝大多数的尺寸都实行对于底平面集中标注的方法，满足了设计基准、工艺基准与编程原点的统一，即基准统一。

并且下表面作为精基准可以满足基准重合的原则。

同时以下表面为基准便于一次装夹。

所以在加工中，先将零件的上表面作为粗基准，铣出夹持面，再将夹持面作为精基准进行加工。

图4-1粗基准示意图图4-2精基准示意图

5确定装夹方案和选择夹具

在机床上加工零件时，为保证加工精度，必须先使工件在机床上占据一个正确的位置，即定位；然后将其压紧夹牢，使其在加工中保持这一正确位置，即夹紧。

从定位到夹紧的全过程称为工件的装夹。

5.1找正法

找正式用工具（或仪表）根据工件上的有关基准，找出工件在加工（或装配）时的正确位置的全过程。

用找正法装夹工件称为找正装夹。

找正装夹又可分为划线找正法（图5-1）和直线找正法（图5-2），划线找正法是用划针根据毛坯或半成品上所划的线为基准找正它在机床上的正确位置的一种装夹方法，但该方法定位精度低，一般在0.2～0.5mm之间，广泛用于单件小批生产中，尤其适用于形状复杂而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大、无法采用夹具装夹的工件；直线找正法是用划线或仪表直接在机床上找正工件位置的装夹方法，但该方法生产率较低，对工人的技术水平要求较高，一般只用于单件小批生产中。

图5-1划线找正法图5-2直接找正法

5.2用夹具装夹

夹具是用一装夹工件（和引导刀具）的装置。

用夹具装夹能使工件迅速获的正确位置，定位精度高而稳定。

用精基准定位时，工件的定位精度一般可达0.01mm。

夹具装夹工件广泛用于成批大量生产。

夹具种类很多，广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、配件、焊接和检测等工艺过程中。

它直接影响着工件加工的精度、劳动生率和产品的制造成本等。

按专门化程度可分为以下几种：

专用夹具：

该夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具，其

结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批量生产。

组合夹具：

组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化、通用化程度很高的新型工艺装备，它是由一套预先制造好的标准元件组合而成的，具有各种不同的形状、尺寸和规格，有较好的互换性、耐磨性和较高的精度，适用于产品经常变换的生产（如单件小批生产、新产品试制和临时突击性的生产任务）一般不受工件形状复杂程度的限制，适用于外形尺寸在20～600mm的工件。

可调夹具：

可调夹具包括通用夹具和组合夹具，见有通用和专用夹具的优点，其适用范围较宽，加工对象并不十分明确。

通用夹具：

通用家具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具，如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。

这类夹具适应性强，可用于一定形状和尺寸范围内的各种工件，价格便宜。

其缺点是夹具精度不高，生产率也比较低，较难装夹。

一般实用于单件小批量生产中。

数控加工的特点对夹具提出几点要求：

（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调试夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节约生产费用。

（2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

（3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。

（4）夹具上各零件应不防机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。

该零件不仅精度要求较高，可以看到轮廓的周边曲线圆弧和粗糙度值要求也较高，零件采用通用夹具中的平口虎钳装夹。

平口虎钳如图5-3所示。

图5-3平口虎钳

6设备选择

6.1确定型号

从前面的内容看出零件的换刀次数为六次，如采用数控铣床加工该零件，不利于保证为IT9级的加工精度。

在加工时应采用加工中心加工，我院数控基地的FANUC-0i加工中心分为KVC650和KVC650/1两种类型。

而零件毛坯的外形尺寸为115x115x25mm，X、Y、Z方向最大行程为200x200x50mm，主轴转速范围在240～4000r/min之间，且属于单件生产，应采用平口虎钳装夹。

且该零件由平面、圆弧、凸台、型腔组成。

因此我选择KVC650加工中心加工该零件。

6.2设备的介绍

数控立式加工中心KVC650是由自贡长征机床有限责任公司生产的，防护等级IP54级，电源电压为3×380V电源频率为50HZ，系统为FANUC，具有较高可操作性，功能齐全和加工精度高的优点。

其主要参数如表6-1所示。

表6-1加工中心KVC的主要参数

工作台面尺寸（长×宽）

405×1307（mm）

主轴锥孔/刀柄形式

24ISO40/BT40（MAS403）

工作台最大纵向行程

650mm

主配控制系统

FANUC0iMate-MC

工作台最大横向行程

450mm

换刀时间（s）

6.5

主轴箱垂向行程

500mm

主轴转速范围

60—6000（r/min）

工作台T型槽

（槽数-宽度×间距）

5-16×60mm

快速移动速度

10000（mm/min）

主电动机功率

5.5/7.5（kw）

进给速度

5—800（mm/min）

脉冲当量（mm/脉冲）

0.001

工作台最大承载（kg）

700

机床外形尺寸

（长×宽×高）（mm）

2540×2520×2710

机床重量（kg）

4000

7刀具与切削液选择

7.1刀具材料的选择

刀具材料主要指刀具切削部分的材料。

刀具切削性能的优劣（如表7-1），直接影响着生产效率、加工质量和生产成本。

而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。

在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切削变形和摩擦产生的高温。

要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能：

（1）高硬度和耐磨性。

刀具材料的硬度必须高与工件材料的硬度，常温下一般应在HRC60以上。

一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨度也越好。

（2）足够的强度和韧性。

刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。

（3）良好的耐热性和导热性。

刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度的性能，这是刀具材料必备的关键性能。

耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力越强。

高温硬度是耐热性的重要指标，常用的耐热温度表示，如高速钢约为600℃，硬质合金可达800～1000℃。

（4）良好的工艺性。

为便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性，包括热加工性能（热塑性、可焊性、淬透性）和机械加工性能。

表7-1常用刀具材料性能比较

刀具材料

切削速度

耐磨性

硬度

硬度随温度变化

高速钢

最低

最差

最低

最大

硬质合金

低

差

低

大

陶瓷刀片

中

中

中

中

金刚石

高

高

高

小

根据该表所显示的内容可以看出硬质合金钢刀具材料的切削速度和硬度都较低且耐磨性较差，而该零件的材料为铝块，.切削速度和硬度较低。

因此在铣削该零件时不用很高的切削速度和硬度，该零件所选用的刀具应该为硬质合金钢。

7.2刀具类型的选择

铣刀类型应与工件表面形状和尺寸相适应。

加工大平面应采用面铣刀；加工凸台、凹槽及平面轮廓常采用立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔，可选用镶硬质合金的玉米铣刀；加工曲面常采用球头铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表面多采用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形或锥形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成型铣刀。

因此，在加工该零件时，选用面铣刀加工上平面；选用立铣刀加工凸台和型腔；钻孔时使用钻头加工。

7.3刀具参数的选择

7.3.1面铣刀主要参数的选择

面铣刀主要参数的选择应根据工件的材料、刀具的材料及加工性质的不同来确定面铣刀的几何参数。

粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，小直径铣刀可减少切削扭矩。

精铣时，铣刀之精要大些，尽量包容工件整个加工宽度，以提高精度和效率减少相邻两次进给之间的接刀痕迹。

因而在加工零件的上表

面时，要注意选用刀具直径。

一般选用φ100mm的面铣刀。

但为了减少刀具的换刀次数，加工该零件选用φ25mm的立铣刀。

7.3.2立铣刀主要参数的选择

（1）铣刀直径D的选择

一般情况下，为减少走到次数，提高铣削速度和铣削量，保证铣刀有足够的刚度以及良好的散热条件，应尽量选择直径较大的铣刀。

但选择铣刀直径往往受到零件材料、刚性、加工部位的几何形状、尺寸及工艺要求等因素的限制。

当零件的内轮廓转接凹圆弧半径R较小时，铣刀直径D也随之较小，D=2R，另外铣刀的刚性以铣刀直径D与刃长L的比值来表示，一般取D/L>0.4～0.5。

（2）铣刀刃长的选择

为提高铣刀的刚性，对铣刀的刃长应保证在保证铣削过程不发生干涉的情况下，尽量可根据以下两种情况进行选择。

1加工深槽或盲孔时：

L=H+2

式中：

L为铣刀刀刃长度（mm）；H为槽深尺寸（mm）。

2加工外表面或通孔、通槽时：

L=H+r+2

式中：