设计说明书 转盘零件的数控加工工艺编制.docx

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设计说明书转盘零件的数控加工工艺编制

毕业设计

凹凸模配合件加工工艺设计与加工

学生姓名：

XXX

学　　号：

XXXXXXXXXXXX

年级专业：

XXXXXX

指导教师：

XXXXX

系　　部：

XXXXX

提交日期：

2013年4月

凸凹模配合件加工工艺设计与加工

摘要：

本文主要阐述凸凹模配合零件的数控加工工艺，内容包括零件图的工艺分析、工件的装夹方案、零件的加工工艺分析、工艺流程、程序设计等，其中零件图的工艺分析包括零件图的完整性及正确性、材料、技术要求、结构工艺性等方面的分析；装夹方案包括毛坯的选择、机床的选择、夹具的选择；加工工艺分析包括加工顺序的安排、刀具的选择、切削用量的选择等等。

这些都是零件加工的重要组成部分，要使零件的加工精度，效率得到提高，就必须先对零件进行分析，确定好正确的工艺流程，编制好合理的加工程序，充分发挥数控机床的高精度，高效率的特性，在编制程序时运用了自动编程的方法编制，自动编程的应用大大减少了编程时的计算量，同时也使得程序更加准确无误。

关键词：

工艺分析；加工方案；切削用量；数控编程

绪论

毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节，是评价我们是否是一个合格大学生的一个很重要标准，因此在做毕业设计时，我都是怀着很重视的态度去做的。

在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，有点迷茫，由于从没有做过这样的设计，经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。

它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。

同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。

随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。

由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。

随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区（如广东，浙江、江苏、山东），数控人才更是供不应求，所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。

要成为数控编程员就要具备：

掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如UG、CAXA、PROE等；熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。

经过两个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，两个多月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学到了很多，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等等。

本课题的主要内容及任务

（1）主要内容

本文主要对凸凹模配合零件进行工艺分析并编制其数控加工程序，工艺分析包括毛坯的选择、定位基准的选择、装夹方式的选择、刀具的选择、切削参数的选择等相关问题，在分析完这些问题后，制定出合理的加工方案，并制定相关工艺文件，编制出零件的数控加工程序。

（2）主要任务

1）绘制零件图纸，采用CAD软件绘制。

2）对零件进行工艺分析。

3）制定合理的加工方案，填写工艺卡片。

4）编制零件的数控加工程序（自动编程）。

5）撰写毕业论文。

1零件的图纸分析

1.1零件的结构特点分析

图1.1零件一

图1.2零件二

如图1.1所示为本课题研究的零件图一，图1.2所示为本课题研究的零件图二，零件为配合件，图中尺寸不清晰之处，请参考CAD图。

从图1.1中可以看出该零件主要加工面有双椭圆凸台、花形凸台、四个对角凸台、光滑通孔、螺纹孔等组成；图1.2中的零件二主要加工面有双椭圆型腔、花形型腔、光滑通孔、四个对角开口凹槽等组成；两配合件的配合部分有三组，分别为：

凸模的双椭圆凸台与凹模的双椭圆型腔配合、凸模的花形凸台与凹模的花形型腔配合、凸模的4个对角凸台与凹模的4个对角凹槽配合。

1.2零件的技术要求分析

（1）零件一的技术要求

由图1.1分析得知，该零件的尺寸精度要求有：

1）外轮廓：

尺寸150×120的精度等级为IT13级，表面粗糙度要求为Ra1.6um，深度尺寸24.5

的精度等级为IT8级，表面的表面粗糙度为Ra1.6um。

2）双椭圆凸台：

尺寸95

精度等级为IT7级，尺寸80

的精度等级为IT7级，表面粗糙度要求为Ra1.6um。

3）花形凸台：

尺寸70

的精度等级为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。

5）四个对角凸台：

尺寸74

的精度等级为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。

6）4-M10螺纹孔的精度等级为H6级，表面粗糙度为Ra3.2um。

7）Ф30

通孔的精度等级为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。

8）其余未注尺寸公差按IT13控制，未注表面粗糙度为Ra3.2um。

（2）零件二的技术要求

从图1.2分析得知，其技术要求与零件一的技术要求相同。

综上所述，凸凹模的加工精度要求较高，在加工时需要选择合理的加工工艺路线及切削用量，由于两个零件为配合件，所以在加工时需要考虑三组配合尺寸之间的配合精度。

2零件的工艺规程设计

2.1毛坯的选择

该零件为板类零件，故其毛坯选择为板材，毛坯材料为45#，零件一的毛坯尺寸为155mm×125mm×29.5mm，零件二的毛坯尺寸为155mm×125mm×25mm。

2.2加工方案的初步确定

通过对零件图的分析，零件一的加工内容较少，零件二的加工内容较多，两件配合的话，所以选择以零件一作为基准，先加工出符合要求的零件，然后再加工零件二，零件二在加工时，型腔部分进行试切，加工完毕后用零件一与之配合检验，看看是否能够配合上去，不能太松动，也不能太紧。

两个零件的加工机床选用数控立式加工中心，采用先面后孔的加工顺序进行加工，由于加工面的表面粗糙度较高，在加工时所有面都需要进行粗精加工。

2.2定位基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。

否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准选择：

粗基准选择应为后续加工提供精基准，保证加工面与不加工面之间的位置要求或合理分配各加工面的余量，两者矛盾，对该零件应以要求与余量均匀的重要表面为粗基准，故该零件选择未加工的零件上下表面中的一面为粗基准加工上侧面。

精基准选择：

应该主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，为消除基准不重合误差，应该以设计基准为精基准，该零件选择两长侧面为精基准。

根据以上原则，确定其粗基准为毛坯外轮廓其中一对边及毛坯其中一底面，铣另一表面及外轮廓；精基准以加工后的外轮廓其中一对边及铣过的底面为基准，铣上表面、凸台轮廓、型腔、孔等内容。

2.3装夹方式的选择

经过进一步的分析，两个零件均需要进行两次装夹方能将零件加工出来。

第一次装夹时使用工艺磁台装夹，铣削两零件的底面及零件的外轮廓；第二次装夹时，以加工后的外轮廓及底面进行定位，铣削上表面、凸台、型腔、孔等，此次装夹可以采用平口虎钳进行装夹即可。

2.4加工设备的选择

由于该零件属于单件小批量生产，因此不用考虑生产效率等问题，只要在能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可，但为了减少人为的换刀量，根据现有的数控机床，确定选择由云南CY集团有限公司生产的CY-VMC850系列数控立式加工中心，其主要技术参数如下：

系统配置：

FANUC

工作台面积（mm）：

460×950（500×1050）

行程（X-Y-Z）（mm）：

800×500×550

主轴锥孔：

BT40

主功率（KW）：

7.5/11

主轴变速系统转速（rpm）：

50-6000伺服

机床结构：

台湾主轴、全防护、贴塑滑轨、电柜空调

备注：

16把斗笠式刀库、20把圆盘式刀库

机床重量（吨）：

6

2.6工艺路线的确定

根据以上分析，按照装夹次数划分其工步，最终确定的工艺路线如下：

（1）零件一的工艺路线

工序1：

制造毛坯155mm×125mm×29.5mm。

工序2：

铣底面，控制总厚度27mm；铣外轮廓，控制尺寸150mm×120mm×27mm。

工步1：

粗铣底面，控制总厚度27.5mm；

工步2：

精铣底面，控制尺寸27，表面粗糙度Ra1.6um；

工步3：

粗铣外轮廓，预留0.5mm精加工余量；

工步4：

精铣外轮廓，控制尺寸150mm×120mm×27mm；

工序3：

铣上表面，双椭圆凸台，四个对角凸台，花形凸台及凹槽、钻螺纹孔、钻光滑通孔。

工步1：

粗铣上表面，预留0.5mm精加工余量；

工步2：

精铣上表面，控制尺寸24.5，表面粗糙度Ra1.6um；

工步3：

粗铣各凸台及凹槽，预留0.2mm精加工余量；

工步4：

精铣各凸台及凹槽；

工步5：

钻中心孔；

工步6：

钻4-M10螺纹孔底孔Ф8.5；

工步7：

攻4-M10螺纹孔；

工步8：

钻Ф30孔底孔Ф25；

工步9：

粗镗Ф30孔至Ф29.5；

工步10：

精镗Ф30孔至尺寸要求

工序4：

检验。

工序5：

去毛刺。

工序6：

入库。

（2）零件二的工艺路线

工序1：

制造毛坯155mm×125mm×25mm。

工序2：

铣底面，控制总厚度22.5mm；铣外轮廓，控制尺寸150mm×120mm×22.5mm。

工步1：

粗铣底面，控制总厚度23mm；

工步2：

精铣底面，控制尺寸22.5，表面粗糙度Ra1.6um；

工步3：

粗铣外轮廓，预留0.5mm精加工余量；

工步4：

精铣外轮廓，控制尺寸120mm×80mm×22.5mm；

工序3：

铣上表面，铣双椭圆型腔和花形型腔，铣四个对角凹槽、钻孔。

工步1：

粗铣上表面，预留0.5mm精加工余量；

工步2：

精铣上表面，控制尺寸20，表面粗糙度Ra1.6um；

工步3：

粗铣型腔及凹槽，预留0.5mm精加工余量；

工步4：

精铣四个对角凹槽；

工步5：

精铣花形型腔和双椭圆型腔；

工步6：

钻4-Ф12孔中心孔；

工步7：

钻4-Ф12孔底孔Ф11.5；

工步8：

铰4-Ф12孔；

工步9：

钻中间Ф30孔中心孔；

工步10：

钻Ф30孔底孔Ф25；

工步11：

粗镗Ф30孔至Ф29.5；

工步12：

精镗Ф30孔至尺寸要求；

工序4：

检验。

工序5：

去毛刺。

工序6：

入库。

2.7刀具的选择

刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

两个零件加工所需要用到的所有刀具如表2.1和表2.2所示。

表2.1零件一的刀具卡片

工序号

刀具号

刀具名称

刀具规格

刀具材料

加工表面

2

T01

面铣刀

Ø50mm

YT15

铣底面

T02

立铣刀

Ø20mm

YT15

粗铣外轮廓

T03

立铣刀

Ø16mm

YT15

精铣外轮廓

3

T01

面铣刀

Ø50mm

YT15

铣上表面

T02

立铣刀

Ø12mm

YT15

粗铣凸台轮廓

T03

立铣刀

Ø8mm

YT15

精铣凸台轮廓

T04

中心钻

Ø3mm

高速钢

钻中心孔

T05

麻花钻

Ø8.5

高速钢

钻4-M10螺纹孔底孔

T06

丝锥

M10

YT15

攻4-M10螺纹孔

T07

麻花钻

Ø25mm

高速钢

钻Ø30孔底孔

T08

粗镗刀

Ø29.5mm

YT15

粗镗Ø30孔

T09

精镗刀

Ø30mm

YT15

精镗Ø30孔

表2.2零件二的刀具卡片

工序号

刀具号

刀具名称

刀具规格

刀具材料

加工表面

2

T01

面铣刀

Ø50mm

YT15

铣底面

T02

立铣刀

Ø20mm

YT15

粗铣外轮廓

T03

立铣刀

Ø16mm

YT15

精铣外轮廓

3

T01

面铣刀

Ø50mm

YT15

铣上表面

T02

立铣刀

Ø12mm

YT15

粗铣型腔及凹槽

T03

立铣刀

Ø8mm

YT15

精铣四个对角凹槽

T04

立铣刀

Ø6mm

YT15

精铣双椭圆型腔及花形型腔

T05

中心钻

Ø3mm

高速钢

钻中心孔

T06

麻花钻

Ø11.5mm

高速钢

钻4-Ø12孔底孔

T07

铰刀

Ø12mm

YT15

铰4-Ø12孔

T08

中心钻

Ø6mm

高速钢

钻Ø30孔中心孔

T09

麻花钻

Ø25mm

高速钢

钻Ø30孔底孔

T10

粗镗刀

Ø29.5mm

YT15

粗镗Ø30孔

T11

精镗刀

Ø30mm

YT15

精镗Ø30孔

3切削用量的选取

对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。

这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。

经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。

在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。

也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。

在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。

背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。

对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。

在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。

综上所述，查机械加工工艺手册，确定最后的切削用量如数控加工工序卡所示。

4数控加工程序的编制

4.1编程方法的选择

数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。

（1）手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。

当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。

（2）自动编程:

自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。

编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。

由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。

综合考虑该零件的外形，确定该零件程序选用Mastercam软件进行自动编程。

4.2编程坐标系的确定

由零件图可知，该零件的设计基准在零件的对称中心上，故在编程时将其编程原点设置在此处能够方便对刀和编程。

4.3走刀路线及加工程序

该零件结构形状比较复杂，故选用Mastercam软件进行自动生成刀具轨迹及编制加工程序，其编制后的加工程序和刀具路径下列所示：

（1）凸模加工工序2中的刀具路径、加工程序及仿真效果图

1.刀具路径

2.加工程序

%

O0001（零件1-工序2的加工程序）

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

N104T1M6

N106G0G90G54X-116.25Y59.998A180.S600M3

N108G43H1Z27.5

N110Z12.5

N112G1Z.5F50.

N114X97.5F200.

N116Y35.999

N118X-97.5

N120Y12.

N122X97.5

N124Y-12.

N126X-97.5

N128Y-35.999

N130X97.5

N132Y-59.998

N134X-116.25

N136G0Z25.5

N138S1000M3

N140Y59.998Z27.5

N142Z12.5

N144G1Z0.F50.

N146X97.5F300.

N148Y35.999

N150X-97.5

N152Y12.

N154X97.5

N156Y-12.

N158X-97.5

N160Y-35.999

N162X97.5

N164Y-59.998

N166X-116.25

N168G0Z25.

N170M5

N172G91G28Z0.

N174A0.

N176M01

N178T2M6

N180G0G90G54X-35.Y-110.5A180.S1200M3

N182G43H2Z25.

N184Z10.

N186G1Z-4.5F50.

N188Y-90.5F150.

N190G2X-15.Y-70.5I20.J0.

N192G1X0.

N194X85.5

N196Y70.5

N198X-85.5

N200Y-70.5

N202X0.

N204X15.

N206G2X35.Y-90.5I0.J-20.

N208G1Y-110.5

N210X-35.

N212Z-9.F50.

N214Y-90.5F150.

N216G2X-15.Y-70.5I20.J0.

N218G1X0.

N220X85.5

N222Y70.5

N224X-85.5

N226Y-70.5

N228X0.

N230X15.

N232G2X35.Y-90.5I0.J-20.

N234G1Y-110.5

N236X-35.

N238Z-13.5F50.

N240Y-90.5F150.

N242G2X-15.Y-70.5I20.J0.

N244G1X0.

N246X85.5

N248Y70.5

N250X-85.5

N252Y-70.5

N254X0.

N256X15.

N258G2X35.Y-90.5I0.J-20.

N260G1Y-110.5

N262X-35.

N264Z-18.F50.

N266Y-90.5F150.

N268G2X-15.Y-70.5I20.J0.

N270G1X0.

N272X85.5

N274Y70.5

N276X-85.5

N278Y-70.5

N280X0.

N282X15.

N284G2X35.Y-90.5I0.J-20.

N286G1Y-110.5

N288X-35.

N290Z-22.5F50.

N292Y-90.5F150.

N294G2X-15.Y-70.5I20.J0.

N296G1X0.

N298X85.5

N300Y70.5

N302X-85.5

N304Y-70.5

N306X0.

N308X15.

N310G2X35.Y-90.5I0.J-20.

N312G1Y-110.5

N314X-35.

N316Z-27.F50.

N318Y-90.5F150.

N320G2X-15.Y-70.5I20.J0.

N322G1X0.

N324X85.5

N326Y70.5

N328X-85.5

N330Y-70.5

N332X0.

N334X15.

N336G2X35.Y-90.5I0.J-20.

N338G1Y-110.5

N340G0Z25.

N342M5

N344G91G28Z0.

N346A0.

N348M01

N350T3M6

N352G0G90G54X-99.Y-100.A180.S1500M3

N354G43H3Z25.

N356Z10.

N358G1Z-9.F50.

N360Y-84.F120.

N362G2X-83.Y-68.I16.J0.

N364G1X83.

N366Y68.

N368X-83.

N370Y-68.

N372G2X-99.Y-84.I-16.J0.

N374G1X-115.

N376X-99.Y-100.

N378Z-18.F50.

N380Y-84.F120.

N382G2X-83.Y-68.I16.J0.

N384G1X83.

N386Y68.

N388X-83.

N390Y-68.

N392G2X-99.Y-84.I-16.J0.

N394G1X-115.

N396X-99.Y-100.

N398Z-27.F50.

N400Y-84.F120.

N402G2X-83.Y-68.I16.J0.

N404G1X83.

N406Y68.

N408X-83.

N410Y-68.

N412G2X-99.Y-84.I-16.J0.

N414G1X-115.

N416G0Z25.

N418M5

N420G91G28Z0.

N422G28X0.Y0.A0.

N424M30

%

3.仿真效果图

（2）凸模加工工序3中的刀具路径、加工程序及仿真效果图

1.刀具路径

2.加工程序

%

O0002（零件1-工序3的加工程序）

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

N104T1M6

N106G0G90G54X-113.75Y59.998A0.S600M3

N108G43H1Z27.5

N110Z12.5

N112G1Z.5F50.

N114X100.F200.

N116Y35.999

N118X-95.

N120Y12.

N122X100.

N124Y-12.

N126X-95.

N128Y-35.999

N130X100.

N132Y-59.998

N134X-113.75

N136G0Z25.5

N138S1000M3

N140Y59.998Z27.5

N142Z12.5

N144G1Z0.F50.

N146X100.F300.

N148Y35.999

N150X-95.

N152Y12.

N154X100.

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N160Y-35.999

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N180