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壳体零件加工

摘要

数控技术应用的飞速发展对国民生产及生活起着越来越重要的作用。

本论文详细的介绍了壳体数控加工的全过程。

从怎样确定零件的选材;工艺路线的确定;数控机床刀具的选择;测量工具的使用及切削参数的确定;工装的设计;数控编程、加工等。

内容涉及广泛,个章节紧密连接。

这次毕业设计查阅了大量资料和文献,咨询相关的专业人员,并结合了本人所学的知识加上实际的工作完成毕业论文。

使自己对数控技术及应用有了更深刻的了解。

关键词:

  工艺路线,数控加工,数控编程,刀具、参数

Abstract

Therapiddevelopmentofnumericalcontroltechnologyandlifeonthenationalproductionisplayinganincreasinglyimportantrole.Thispaperdescribesindetailthewholeprocessofmachiningtheshell.Howtodeterminefromthepartsselection;processrouteisindeedthechoiceofCNCmachinetools;measuretheuseoftoolsandcuttingparametersdetermination;toolingdesign;NCprogrammingandprocessing.Coveringawiderange,closelyconnectedchapters.Thegraduationprojectexaminedalargeamountofinformationanddocumentation,consulttherelevantprofessionals,combinedwiththeknowledgeIlearnedwiththeactualcompletionofthesis.

Keywords:

technologyline,CNCmachining,CNCprogramming,tool,parameter

第一章 壳体零件加工工艺分析

1.1零件的确定方案

1.1.1零件的选择、分析

零件材料的合理是要满足零件性能要求下最大限度发挥材料潜力，再考虑到提高材料强度的使用水平。

同时也要减少材料的消耗和降低加工成本，周全它的工艺性、经济性。

零件使用性能是机械零件，它包括力学性能和物理化学性能等。

而对于构件工具来说，主要考虑力学性能。

材料的工艺性能指材料适应某种加工能力。

它包括材料的铸造性能，焊接性能，切削加工性能，热处理工艺性能等。

材料的经济性涉及到材料的成本高低，材料供应是否充足，加工工艺过程是否复杂，成品率高低以及同产品中使用材料的品种规格等。

综其上述，我所选择的为铸铁，铸铁是Wc﹥2.11的铸造铁、碳、硅合金，它的成分范围一般是：

Wc=2.5%～4.0%，Wsi=1.0%～2.5%，Wmn=0.5%～1.4%，Wp《0.3%，Ws〈0.15%。

它与碳素钢相比，铸铁含c、si量较高，含杂质元素s、p较多。

成分不同导致铸铁力学性能（特别是抗拉强度及塑性韧性）较钢低，铸铁具有优良的铸造性，减振性，耐磨性，较小的缺口敏感性。

它的硬度在160～230HBC范围内，切削加工性较好，我选择的铸铁硬度适中，不易形成长切削而造成工具的发热或磨损，且生产工艺和设备简单，成本低廉，在工业生产中得到普遍应用。

铸铁又分为白口铸铁和灰口铸铁，白口铸铁硬度较高，脆性大，难以切削加工，所以选用灰铸铁，灰铸铁的一系列性能优点被广泛的用来制作各种受压力作用和要求消震的机床与机架、结构复杂的壳体与箱体。

承受摩擦的缸体与导轨等，而我研究数控加工的正是较复杂的壳体。

铸铁牌号由“HT”最小抗拉强度值为200Mpa。

根据铸铁受力处主要壁厚（平均壁厚），我选择了HT200（牌号）力学性能大于200，HBS157～236，性质适用于承受较大载荷和要求一定的气密性或耐腐蚀性等较重要铸件，如汽缸，齿轮，活塞，刹车轮，轴承等，而我做的外贸壳体就是应用于轴承上，所以选材较合理。

零件要进行热处理，它主要用于消除铸件内应力和白口组织来稳定尺寸，提高表面硬度和耐磨性。

其方法有1.去应力退火2.消除白口组织，高温退火3.表面淬火。

我用的是去应力退火。

以上看来，我选择的铸铁它既价廉、货源充足，又能满足工艺性、使用性要求，所以它适合用于书空加工的研究。

1.1.2毛坯铸成确定

铸造是现代机械制造业中毛坯成形的主要方法之一，它是指将熔化后的金属液浇入铸形中，待凝固，冷却后获得具有一定形状和性能铸件的成型方法。

它对铸件形状和尺寸适应性强，对材料适应性强。

成本低，机床中60%-80%，汽车中50%-60%采用铸件。

铸造氛围砂型铸造和特种铸造，我采用的是砂型铸造，因为它具有适应性广、生产准备简单、成本低廉，材料来源广泛，且目前我国采用砂型铸造的约占铸件产量的80%。

先是进行熔炼、浇注、造型、选芯，再是熔炼浇注，其次合型铸件检查，最后是落沙、清理、检验。

毛坯铸成确定后，它的总长约为238mm，宽192mm，高154mm。

因为经过翻砂等，粗糙度要求较低，表面粗糙度为1.6。

1.1.3零件的尺寸及公差

零件的尺寸句是要求加工的尺寸，它的要求一般较高，且我选择研究的又是外贸壳体，国外对尺寸及公差要求的更为严谨。

零件的要求加工全唱为232+-0.1mm，宽为192（任意公差），高为1470-0.2mm，可见，对于它的全长及总高要求高，而宽为不需要加工部分，在毛坯铸造时已经过翻砂等措施，工艺已保证了它为192这个尺寸。

1.1.4工时定额计算与零件生产纲领

工时定额的计算，是在一定的技术组织下指定出来的，是相关设备和工人完成单件产品或某项工作所需要的时间，不同生产类型的零件工时也不同。

它的估算，有利于生产的明确性。

通过估算可以知道生产所应获得的经济效益。

设Tp为共需要的时间，Ta为所做的时间，Tb为辅助时间，Ts为布置工作地时间，Tr为休息和生理需要时间。

（所研究的壳体主要是数控加工，工序集中在卧式加工中心上进行，在别的上的工序不考虑）所做时间为30分钟，装卸、调正时间为10分钟，布置工作时间为3，休息时间为7分钟，Tp=Ta+Tb+Ts+Tr=30+10+3+7=50分钟，在加工中心上做一个约为50分钟，因为是外贸来图，并非是一个较长期的做下去（定量），所以不能按年生产零件纲领进行计算。

一天8个小时，除去上下班工作准备，一天大概可以做9个，一个月按26天工作进行计算的话一个月可做234个。

1.2数控加工工艺部分

所谓数控工艺实际上是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。

它是数控加工程序编制的依据，数控机床上的数控零件加工程序都有相应的数控工艺与此对应。

数控工艺特点有：

1.工序数目少，工序内容多。

2.工序与工步的内容特别详细。

工艺路线的拟定是指拟定零件加工所经过的有关部门和工序先后顺序，它是工艺规程制定过程中关键阶段，是工艺规程制定的总体设计。

本品并不是在加工中心上统一完成的，由零件装配图可看出，必须要以一个孔为定位装夹的基准。

所以先在数控车上把直径154+0.050的孔车出来。

用三爪卡盘夹住底面，先粗车2mm，再进行精车30丝，保证在5丝内。

考虑到以后在加工中心上的工装（154的孔卡在圆盘里面，八个M10的螺纹孔卡在里面不好进行加工）且根据一面两孔原则，再在钻床上用画线的方法划出八个孔的位置，157.5°处用7.9的钻头和直径8的绞刀做一直径为8的定位孔，其余7个用8.5的钻头打孔，然后在进行M10的螺纹攻丝。

把它再放到磨床上磨两个面（高）以次保证平行度，再放到加工中心上来先铣直径83孔的那个面（用组合刀片式面铣刀7片）3mm,再铣131的面3+_0.1,粗镗直径100的孔,（没做时是97）镗2.6mm,粗镗80孔由77镗2.7mm,再用齿片刀在14.2处开2.65深的槽,然后精镗80的孔（镗30丝的余量）,再镗100（40丝的余量）,用试切法做,最后用直径4的钻头点G56面上的孔,再是G55面上的,最后为G54上的,最后在把点好的孔放到钻床上钻孔,攻丝。

为拧上螺栓准备,最后就是倒角,去毛刺等。

下面就具体来说说加工工艺吧。

1.2.1对零件图进行数控加工工艺性分析

在选择和决定数控加工内容时,我们就必定对零件图进行工艺性分析.根据所掌握的数控加工基本特点及所用数控机床的功能和实际工作经验,力求把这一前期准备工作做得更仔细,更扎实一些,以便为下面要进行的工作铺平道路,减少失误和返工。

我从数控加工的方便性和可能性两个角度进行了一些必要的分析。

审查与分析了零件图样中的尺寸标准方法,分析尺寸标注是否适应数控加工特点,对数控加工来说,最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。

参看零件图,本壳体多以中心孔为一基准与编程原点设置的,一致性带来很大的方便,减少了因局部分散标注而带来的积累误差。

分析了定位基准的可靠性.数控加工工艺特点强调定位加工.尤其像我加工的壳体需要进行多面加工,这样以同一基准定位十分重要,否则很难保证多次定位安装加工后多面上的轮廓位置尺寸的协调。

所以如零件本身有适合的孔最好就用它作为定位基准孔,我加工的壳体就是以直径154为定位基准孔的,就保证了它的尺寸协调。

分析了零件所要求的加工精度。

根据选择的数控机床,对照图上的加工精度、尺寸公差等，可以保证能够达到它的精度、尺寸要求。

1.2.2加工方法的选择（确定）

尽管零件的结构形状多种多样，但它们都是由外圆、内孔，成型面等表面组成的。

零件的加工实际是对各种不同表面的加工。

加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度要求。

同一级精度及表面粗糙度加工方法有许多，而我在实际选择这个壳体时结合形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

对于IT7级精度，它在一般机械制造中应用较为普遍，如连轴器、凸轮等孔径，机床卡盘座孔，7.8级齿轮基准孔等。

我所用数控加工的精度为IT7级。

对于IT7级精度孔可采用镗孔、铰削，磨孔等加工方法均可达到精度要求。

我这个是壳体上的孔，要用镗孔或铰削，不易采用磨孔。

一般小尺寸的壳体选铰孔，我的壳体孔径都较大。

根据图纸精度要求分为粗镗，刀片形精镗。

孔是配合公差且这个壳体又为放轴承所用，所以分析它为间隙配合。

对于要铣的面，均为孔径面，用组合刀片面铣刀，从零件图看，对面的精度要求不高，保证它的总长（20丝内就可以），表面粗糙度要求不高，在这就不细说了。

加工方法选择，我也考虑生产率、经济效益要求，以及我选用的生产设备等一些实际情况。

1.2.3加工方案的确定

一般零件上比较精确的表面、孔径，都要通过粗加工、半精加工，精加工。

这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方案是不够的，还好确定从毛坯到最终成型的加工方案。

我就是综合毛坯的质量到成型这一路线来粗精加工的，它是外贸来图，采用的是金属模铸件，要求不得有铸造缺陷，所以在毛坯铸造时要求比较严格，进行翻砂，热处理。

毛坯做工细致，粗糙度低，考虑效率等问题，粗半、精加工（粗加工主要切削各表面大部分余量，使毛坯形状和尺寸接近成品。

半精加工完成次要表面加工，为主要表面精加工做准备）如在进行镗110孔和80孔时都是先用一把粗镗刀，在用一把精镗刀（精加工保证达到图样要求）精镗。

确定加工方案时，先根据主要表面精度和粗糙度要求，确定为达到这些要求所要的精加工方法，再确定半精加工粗加工方法。

我在精镗时，先用粗镗刀镗，再用精镗刀，精镗余量为30丝左右，对于要铣的两个面，采用试切法，精度与表面粗糙度要求不高，进给速度放大一点，表面就会光滑点。

1.2.4加工顺序的确定

本零件是铸件，铸造完后为消除毛坯制造和机械加工过程中产生的残余应力而要进行时效处理（热处理）即可行。

再根据基面先行、先粗后精，先住后次等原则，由零件图得先进行铣面，再粗镗100的孔，换刀粗镗80的孔，考虑到回转工作台及坐标系输入顺序，用齿刀开槽，然后换精镗刀镗80的孔，换刀100的孔，最后再各面点孔（孔攻丝放在钻床上做更快，只是给它定好位）。

最后进行辅助工序安排，去毛刺、到棱、清洗、去磁，检验等

1.3数控机床（刀具、参数）系统部分介绍

1.3.1机床选择

根据自己的专业和研究壳体的数控加工，我选择了卧式加工中心（可换工作台）。

他的主轴是水平放置的，一般有3-5个坐标轴控制，且配备了一个旋转坐标轴（回转工作台，可进行90°、180°、270°、0°旋转）。

卧式加工中心适宜加工箱体类零件，一次装夹可对工作的多个面进行铣削、钻削、镗削，攻螺纹等工序加工，特别适合孔与定位表面或孔与孔之间相对位置精度要求较高零件加工，容易保证其加工精度。

我做的壳体正适合于这样的数控机床加工。

这台机床刀库为40把刀，结构比立式复杂，占地面积大，柔性强，成本也高。

这台加工中心结构主要组成部分：

1.主传动系统及主轴部件-使刀具（或工件）产生主切削运动。

2.进给传动系统-使工件（或刀具）产生进给运动并实现定位。

3.基础件-床身、主柱、滑座和工作台等。

4.其他辅助装置-液压气动、润滑、切削液等系统及装置。

5.自动换刀系统-单环长链条式（可在一次装夹工件后，自动连续完成铣、钻、镗、攻丝等加工）像我壳体这样，实现了工序高度集中，大大提高了加工效率，缩短了生产周期，同时也有利于保证工件各表面间位置精度。

1.3.2精度检验及方法（机床检验与工件检验）

几何精度检验，有称静态检测，是综合反映机床关键零件经组装后的综合几何形状误差。

它必须地基完全稳定，地脚螺栓处于压紧状态下进行。

常用的检测工具有精密水平仪、精密方箱、直平角尺、平行光管，千分表，测微仪及高精度主轴芯棒等。

对于加工中心要求检验X、Y、Z坐标轴相互垂直度，（X和Y轴Z轴允许误差mm0.015/300）；工作台面平行度（允许误差mm0.015/300）；回转工作台精度（允许误差mm,10″）；主轴轴向及孔径跳动（0.0150.01）；X、Z轴移动工作台面平行度（0.02/500）；工作台表面直线度（0.015/500）等，我所用的机床已经检验合格，适用性良好。

定位精度检测,是测量机床各坐标轴在数控系统控制下所能达到的位置精度。

根据实测数值可判断零件加工后能达到的精度，我做的机床定位精度优良。

切削精度检测，在加工条件下，对机床几何精度和定位精度进行综合考核。

我所加工的壳体是铣面、镗孔等，只对它们进行精度说明。

试件上的孔先粗镗一次，然后按单边余量小于0.2mm进行一次精镗，圆度允许误差/mm0.01镗孔距精度X、Y轴0.02mm，孔径偏差0.01mm，端铣刀铣平面度0.01mm，阶梯差0.01mm，检验它们合格，可以进行正常的加工。

测量器具种类有：

基准量具，如直角尺；极限量规；检验夹具；通用测量器具，如游标卡尺、机械量仪、内（外）径千分尺、光学量仪、压力表式气动量仪等。

我需要用到内径百分表，它用于校正工件安装位置，检测零件形状和位置精度，它经一次整调后可测量多个基本尺寸相同的孔而不需调整，如镗直径80的孔看是不是均匀，要上下，再左右的测不需再一次调整直接测（适合测IT7、IT8级精度的孔）。

我要测量孔径尺寸，选择游标卡尺，内径百分表，游标卡尺可测量内径、外径和深度。

主尺按1mm为格距，刻有尺寸刻度。

卡脚要与测量面垂直，读数时，眼睛与卡尺平齐。

内径百分表对零位后，不得松动夹紧手柄，以防零位变化，测量时一手握住上端手柄，另一手压住下端活动测量头，倾斜一个角度把测量头放入被测孔内，上下（左右）摆动表架，找出“拐点”，为测孔圆度，可在同一径向平面内不同位置上测几次。

内径百分表规为6-10mm，10-18，18-35，35-50，50-100，50-160，160-250，250-400（mm），我根据零件尺寸选用50-160（mm）的。

1.3.3加工中心（加工刀具介绍）

金属切削过程中，刀具切削部分一直工作在较大的切削力、高的切削温度和急剧的摩擦。

所以我在选择刀具时考虑了刀具的具备条件：

1.较高的硬度，常温下刀具硬度在60HRC以上，高速钢为62-65HRC，硬质合金89-95HRC。

2.足够的强度和韧性（刚度），加工中心采用的刀具应能承受高速切削和强力切削所必要的高刚强度。

3.高耐用度：

加工中心可长时间连续自动加工，若刀具不耐用使磨损加快，轻则影响工件的表面质量与加工精度，增加换刀引起的调刀与对刀次数，降低效率，重则因刀具破损会发生严重的机床乃至人身事故。

4.刀具精度，我做的壳体精度高，对

刀具形状和尺寸精度要求也要高。

加工中心常用刀具材料有高速钢和硬质合金两种。

高速钢是以钨、铬、钒钼为主要合金元素，热处理后硬度可达62-67HRC，在550-600度时仍可保持常温下的硬度和耐磨性，有较高抗弯强度和冲击韧性。

工艺性好，切削性能可满足一般工程材料常规加工。

常用牌号有W18Cr4V（属钨系，综合机械性能和可磨性好）和W6Mo5Cr4V2（属钼系，在此基础上提高碳含量，硬度达68-70HRC，如W6Mo5Cr4V2A18）。

硬质合金，是用难溶的金属碳化物（WC，TiC）粉末作基体，以金属Co为粘结剂，经高压压制后烧结而成的，具有高的耐磨性和耐热性，能耐850-1000度的高温。

硬度达74-82HRC，允许切削的速度达100-300m/min。

WC-Co（K类）硬质合金，适用于加工铸件，有色金属及其合金.

WC-TIC-Co（P类）,适用于高速切削钢材.（粗加工选用牌号为YT5（P30）,半精加工YT14（P20）、YT15（P10），精加工YT30）硬度耐磨性高，抗拉强度冲击韧性低。

WC-Ti-TaC（NbC）-Co（M类）可加工上面两种。

抗氧化能力强。

说明：

Y-硬质合金；G钴，其后数字表示含钴量；X细晶粒合金；T-TiC；W-通用合金（括号内Kxx、Pxx为ISO标准规定硬质合金牌号）。

我所选用的材料为铸铁，采用WC-Co硬质合金，在粗加工是选用YG8（K30），半精加工选用YG6（K20），精加工时用YG6X（K10）YG3（K01）的刀具。

加工中心工艺能力强大，刀具种类也繁多。

按结构形式可分为整体式和镶齿式，整体式刀具和刀体是一个整体，刀具磨损后需要重新刃磨，而镶齿式刀刃采用硬质合金刀片，并通过一定方式固定在刀体上，磨损后只需换刀片即可，不仅节省材料且避免繁琐的磨刀工作，提高加工效率。

按工艺性能分为铣削、镗削、钻削几类。

由于刀具繁多，在这里只介绍我所加工壳体所用到的刀具即可。

端铣刀，又称平面铣刀，我用它铣大面积平面（直径82孔，113孔的面）。

锯片，铣80孔14.2mm深处（深为2.65）的一个小沟槽。

中心钻用来加工小尺寸浅孔，确定位置，为以后钻孔、攻丝准备。

镗削类刀具，分粗、半精及精镗，精镗加工精度达IT6-IT7级，加工表面粗糙度Ra为0.8-6.3um。

能够修正上道工序所造成的孔轴线歪曲、偏斜等，它特别适用于像我这样的大孔加工。

粗镗时用到单刃刀片（单刃镗刀实际是一把车刀，结构简单，制造简单，使用较多）。

精镗时，我用微调镗刀，有尺寸调整装置。

为便于精确的调整尺寸所以用它。

（采用模块式结构，通过高精度调整装置调整镗刀径向尺寸；还用平衡块调整共动平衡减少振动），另外还有圆柱铣刀、立铣刀、麻花钻，绞刀等，这里不一一介绍了。

我还根据加工内容、工件材料、与夹具关系等方面决定刀具种类及式样（刀具材质、形状、尺寸）。

将刀具装在刀柄后，我分别在对刀仪上测出刀具半径值及刀长值（刀具前端到刀柄校准的距离），为刀具补偿和自动换刀作准备。

加工中心刀具由刀柄、刀体、刀片和相关附件构成，根据不同选择刀柄。

1.3.4数控加工切削用量选择（参数确定）

切削用量选择是一个非常复杂的问题，但可以根据相关资料推荐经验数据，初选一个范围，而后再在实践中试切，最后来确定合理的切削用量。

由于问题复杂，加上本人经验不足，所以只对加工用到的刀具进行分析。

铣削用量选择顺序为：

切削深度、进给量，最后决定铣削速度。

对于我选用的端面铣刀，设切削深度为ae,当加工余量小于6mm，一次进给就可铣削全部加工余量。

由零件图得只需切削4mm且无精加工，一次可完成。

每齿进给两为af，端铣刀加工是碳钢，它的每齿进给量为/mm.s-1为0.1-0.3，合金钢0.075-0.2，工具钢0.07-0.25，可锻铸铁0.1-0.4，我加工是铸铁为0.2-0.5。

确定了af值后，可用式vf=afzn（mm/s）来换算为进给速度.

确定了af、ap和选取了耐用度后，选择铣削速度。

如刀具材料是高速钢，例如被加工金属材料性质HB＜140（碳钢铣削速度r/m.s-1（m.min-1）0.417-0.7（25-42）合金钢0.35-0.6（21-36），灰铸铁0.4-0.6可锻铸铁0.7-0.83（42-50））。

我选用刀具是硬质合金，加工材料性质HB=150-225（参看资料表，符合这一）的铸铁，所以它的铣削速度为1.00-2.0（60-120）

表3-1切削用量

项目

Kr=90。

75。

面铣刀

粗铣精铣

密齿面铣刀

玉米铣刀

铣平面

整体合金立铣刀

直径3mm7-8mm

铸铁

v/m.min-1

50-90

60-120

75-140

50-130

v=30-40

fz=0.02

v=40-60

fz=0.04-0.08

Fz/mm.齿-1

0.2-0.35

0.12-0.3

0.03-0.06

hm

0.08-0.2

表3-2硬质合金内孔钻削、扩削、镗削加工切削用量

材料切削用量

普通碳钢

低合金钢

高强度

合金钢

铸刚

铸铁

铝镁合金

切削速度/m.min-1

150-200

140-200

80-150

80-130

100-160

200-300

进给量/mm.r-1

0.05-0.25

0.05-0.35

0.07-0.25

0.12-0.4

0.1-0.3

0.15-0.4

注：

在镗直径为80、100两个大孔且材料为铸铁，所以切削用量为上表铸铁一栏

1.4 机床夹具部分介绍

1.4.1夹具的制定要求及原则

保证工件加工精度、提高生产率、工艺、使用，经济性好等，数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：

一是要保证夹具坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。

根据我所加工实际的零件还考虑到1.夹具结构尽量简单；2.要使加工部位开敞，其定位、夹紧机构元件不得防碍加工中的走刀（如生产的碰撞）；3.装卸零件要方便可靠；4.夹具在机床上安装要准确可靠（以保工件在正确位置上加工）。

夹具通常有通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调整夹具和成组夹具等。

原则：

1.在单件或研制新产品，且零件较简单，采用虎钳、分度头、三爪卡盘等通用夹具；2.在生产量小或研制新品应尽量采用通用组合夹具；3.小批或成批生产时考虑采用专用夹具；4.在大批生产用多工位夹具和气动、液压夹具。

1.4.2夹具的制作

定位基准与夹具方案确定：

1.要求设计，工艺与编程计算基准要统一。

需要数控加工的零件其定位基准面一般都已预先加工完毕（如我做的壳体，它已直径154为基准面，已经在数控车床上加工好的）为减少加工误差，要以这一基准面来加工另外一些面；2.尽量减少装夹次数。

我是一次定位装夹后，把所有要加工的面全部加工出来，发挥机床的能效。

工件在空间直角坐标系中具有六个自由度。

（要使工件定位确切，必须消除影响转动的