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槽类零件加工工艺设计范文

前言

随着机电一体化技术的迅猛发展，数控技术的应用已日趋普及，机械制造业正越来越多的采用数控技术改善其加工方式，社会对其相应技术人才的需要也越来越高。

企业急需大批既熟悉数控加工工艺，又能熟练运用类似于CAXA、MasterCAM等的绘图软件绘制零件图，并编写加工程序的技术人才，特别是具备综合基础知识、解决数控技术工程实际能力的人员。

数控加工使机械制造技术不断向高柔性与自动化、高精度和高效率的趋势发展。

本毕业设计对大学三年，所学数控技术相关的理论知识的综合应用，在毕业之际我们需要独立进行一次，关于零件数控加工工艺流程的具体制作，是全面衡量学生掌握知识并得以熟练运用的过程，也是巩固所学的知识，提高解决实际工程技术的能力。

本次设计的课题是槽类零件的加工工艺设计，根据原始资料（图纸），分析零件的结构工艺性；确定零件毛坯的制造方法；拟定零件的加工工艺路线，计算相关工序的加工余量，切削用量及工时，填写机械加工工艺卡片；拟定合理的零件加工装夹方式并绘制零件图。

主要是能独立编制任意零件的加工工艺、具备独立解决工程技术问题的能力和熟练应用计算机绘图软件的能力。

通过本次毕业设计，使我们加强所学知识的再现与巩固，能合理选择加工工艺过程和操作方法，以及在制订工艺规程时，需要制订合理的工艺路线，即确定工艺过程的总体布局。

本次毕业设计能为我们继续从事数控行业打下一定的基础。

前言…………………………………………………………………1

摘要…………………………………………………………………4

第一章零件工艺分析……………………………………5

1.1零件图工艺分析……………………………………5

1.2选择毛坯……………………………………………6

1.3加工工艺分析………………………………………7

第二章使用CAXA制造工程师绘制零件图…………9

2.1CAXA制造工程师绘图软件简介……………………9

2.2长方体实体绘制…………………………………9

2.3槽的拉伸除料………………………………………10

2.4S型中央孤岛的生成………………………………11

2.5孔的拉伸除料………………………………………12

2.6柱形沉孔的绘制……………………………………12

2.7零件底面环形孤岛的绘制…………………………13

第三章加工工艺路线设定………………………………15

3.1平面、轮廓区域的加工轨迹生成…………………15

3.2S型中央孤岛加工轨迹生成………………………17

3.3钻孔的加工轨迹生成……………………………18

3.4底面环形中央孤岛的加工轨迹生成……………21

第四章程序校验（G代码的生成）…………………23

4.1平面、轮廓区域和S型中央孤岛G代码生成……23

4.2孔的G代码的生成………………………………25

4.3底面环形中央孤岛加工程序的生成……………26

结论………………………………………………………………30

致谢词……………………………………………………………31

参考文献…………………………………………………………32

摘要：

为保证轴类零件的高精度要求，本设计针对零件进行了工艺分析、尺寸计算、程序编写以及数控轨迹仿真，制定了正确的工艺方案，包括：

装夹方案和工艺路线，选择合理的刀具和夹具，并能利用数控仿真轨迹进行验证。

实现了数控机床的自动化、智能化、高精度、快速度等功能。

数控加工制造技术正逐渐得以广泛的应用，在零件加工之前，进行工艺分析、编程设计具有非常重要的作用。

本文通过对典型槽类零件数控加工工艺的分析，制定出了一般零件设计加工工艺过程，对于提高产品质量和实际生产，具有一定的指导意义。

对于数控加工工艺进行分析与具体零件图的加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。

本次设计主要针对槽类零件的加工进行工艺分析，此零件由圆弧、岛屿、圆孔、凹槽、凸台等组成。

根据本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相关因素选用刀具及刀柄和零件的轮廓特点确定需要3种刀具，分别为立铣刀、镗刀、钻头。

针对零件图图形进行编制程序，此类零件为槽类零件，轮廓有直线、孔、圆弧等组成。

在加工槽时应满足刀具能切削到最小的槽的过渡间隙，或者小于等于中央孤岛的所切圆弧半径，先槽后钻孔的加工顺序，以免产生过切或者无法切削。

关键字:

零件工艺分析、CAXA绘图、走刀路线的选择、切削用量的选择、加工轨迹生成、编程

第一章

零件工艺分析

1.1零件图工艺分析

分析研究产品的零件图，对于零件图的分析与研究，主要是熟悉产品的性能、用途和工作条件，明确各零件在产品中的相互关系及作用，了解零件图上各项技术条件制订的依据，找出主要的技术问题，从而制订正确合理的工艺规程奠定基础。

（1）零件图的完整性与正确性分析:

零件图的视图应齐全、正确、表达清楚、符合国家标准，尺寸与有关技术要求应标注齐全，几何元素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、垂直、平行等）明确。

运用计算机辅助软件CAD绘制零件图，具体槽类零件图如图1-1所示

图1-1零件图

（2）零件技术要求的分析：

零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等，这些要求在保证零件使用性能的前提下应经济合理。

零件图1-1的技术要求：

尺寸各偏差均为±0.02mm，未标注表面粗糙度均为2.3μm，热处理则采用正火处理。

（3）尺寸标注方法分析：

零件图上的尺寸标注方法有局部分散法、集中标注法等。

在数控机床上加工零件，零件图上的尺寸在加工精度能够保证使用性能的前提下，可不必局部分散标注，应集中标注或以同一基准标注（标注坐标尺寸），既有利于编制程序，有利于设计基准、工艺基准与编制的程序的原点统一。

（4）零件材料分析：

在满足零件功能的前提下应选用廉价的材料。

材料选择应立足国内，不要轻易选用贵重金属及紧缺材料。

1-1零件图所选材料，为含碳量ωc%=0.45%的优质碳素结构钢。

1.2毛坯选择

毛坯的选择主要是确定毛坯的类型，毛坯的种类有铸件、锻件、型材、冲压件及焊接件等。

毛坯的形状和尺寸越接近零件，毛坯的精度越高，机械加工余量越小，则材料消耗越少，因而可以降低成本，但是毛坯的制造费用会提高。

因此，选择毛坯的类型要从机械加工和毛坯制造两方面综合考虑，以求得最佳的经济效益。

在具体选择毛坯时要考虑下列因素。

（1）零件的材料：

当材料选定后，毛坯的类型也就基本确定了。

例如，当零件材料为钢质件，则选锻件或型材；若零件的材料为铸件或铸钢、铸铝合金、铝镁合金等，则选铸造毛坯。

（2）零件的力学性能：

若零件的力学性能要求高，应选择锻件；若力学性能要求不高，应选择型材或铸件。

（3）生产类型：

大批量生产应选用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸件采用金属造型或精密铸造方法；锻件采用模锻。

这样，可以提高劳动生产率，缩短生产周期。

单件、小批量生产可采用砂型铸造或自由锻造毛坯、型材等。

综上所述，本设计的毛坯选择尤为重要。

首先，所选材料含碳量在0.25%＜ωc≤0.60%中碳钢之间，ωc%=0.45%的优质碳素结构钢，这类钢因含有害杂质较少，其强度、韧性、塑形均比碳素结构钢好，综合力学性能优良，宜承受力较大的零件，主要用于制造重要的机械零件。

其次，适当的热处理可以对机械零件经过铸造、锻压、焊接等工艺后，存在的内应力、组织粗大、不均匀、偏析等缺陷得以改善。

因此，为了满足工艺要求，故采用正火处理。

作为中碳钢的预备处理，中碳钢正火后，组织均匀，晶粒细化，可改善切削性能，减小淬火时的变形、开裂倾向。

用普通退火虽然也能达到这种目的，但效率低。

最后，毛坯制造方法的选择，根据零件生产效率考虑，类似于这样成批大量生产的毛坯，采用模锻的锻造方法获得。

由于模膛对金属坯料的限制，最终得到与模膛形状相符的锻件。

模锻主要特点：

生产效率高、易于机械化，可成大量生产；锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工余量和余块的数量，节省材料和加工工时。

最后采用模锻模膛，其作用是使坯料更接近于锻件的形状和尺寸，使金属更容易充满模膛，模膛的尺寸设定为102×72×42mm。

1.3加工工艺分析

数控加工程序编制方法有手工（人工）编程和自动化编程之分。

手动编程的。

此槽零件的复杂和要求精度极高，加工中心加工零件的表面无外乎平面、轮廓、曲面、孔和内螺纹等，故采用软件自动化编程，选择机床为加工中心进行数控加工。

对此槽零件我们采用平口钳对毛坯进行装夹，并且此零件为完整的一个零件，需要两次对刀和装夹。

刀具选择、切削余量和加工余量等详情会在CAXA模拟仿真中具体介绍。

数控加工工艺卡如表1-1所示。

表1-1数控加工工艺卡

在切削过程中，合理的使用切削液（或冷却润滑液），可以减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，降低切削力和切削温度、减小刀具磨损、提高加工表面质量。

其四大基本性能：

冷却性能、润滑性能、清洗性能、防锈性能。

常用切削液的分类有水溶液、切削油、乳化液三大类。

水溶液，主要成分是水，冷却性能好，若配成透明状液体，还便于操作者观察。

但钝水易使金属生锈、润滑性能差，故使用时常加入适当的添加剂，使其保持冷却性能，有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

切削油的主要成分是矿物油（如机油、轻柴油、煤油）、动物油（猪油、豆油等）和混合油，这类切削液的润滑性能好。

鉴于本零件的生产选择乳化液为宜，原因乳化液是用95%-98%的水将由矿物油、乳化剂和添加剂配制而成的乳化膏稀释而成，外观呈乳白色或半透明，具有良好的冷却性能。

因含水量大，润滑、防锈性能差，常加人一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制而成极压乳化液或防锈乳化液。

使用方法，尽量接近切削区进行浇注达到带走切屑、冷却、防锈和润滑的作用。

第二章使用CAXA制造工程师绘制零件图

2.1CAXA制造工程师绘图软件简介

CAXA制造工程师是北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维CAD/CAM软件。

CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互方式，全中文界面，便于轻松学习和操作，并且价格较低。

CAXA制造工程师可以生成3～5轴的加工代码，可用于加工具有复杂三维曲面的零件。

不仅仅是一款高效易学，具有很好工艺性的数控加工编程软件，CAXA制造工程师为数控加工行业提供了从造型设计到加工代码生成、体验一体化的全面解决方案。

2.2长方体实体绘制

（1）打开CAXA制造工程师工作界面，并在XY平面创建草图0，运用矩形命令，绘制出100mm×70mm的矩形，如图2-1所示。

图2-1草图的绘制

（2）使用绘图工具曲线过渡

对矩形进行倒5mm的圆角，然后使用

命令拉伸

生成厚为40mm的实体，如图2-2所示。

图2-2实体的生成

2.3槽的拉伸除料

（1）在xoy平面创建草图2如图2-3所示，然后进行实体边界的拾取边界，如右下图所示。

图2-3

（2）使用等距对每一条边界进行等距10mm，然后对于整个矩形区域进行倒4mm的圆角，然后左右两条边界向内再次等距7.5mm和x轴相交作为圆心画圆，即槽内圆弧的所在圆，再进行

掉不要的线段，并拉伸除料得深度为18mm的凹槽如图2-4所示。

图2-4凹槽的拉伸除料

2.4S型中央孤岛的生成

（1）同样在槽底部创建草图2，运用

直线命令绘制出过圆心的两条正交直线，经过等距找到交点，并将所要交点作为起点、终点用圆弧命令中的

绘制如图2-5所示的中央孤岛的圆弧图形。

图2-5中央孤岛的尺寸图

（2）对两端的尖角进行倒0.01mm圆角的处理，以便为下一步的

和实体的拉伸做准备，对中央孤岛的草图2拉伸增料18mm，得如图2-6所示。

图2-6中央孤岛的生成

2.5孔的拉伸除料

（1）在工件的上表面创建草图3，通过直线、拉伸、实体边界、等距、画圆、圆心点的拾取，绘制孔所在的4个圆。

（2）经过对实体拉伸除料的贯穿命令得到如图2-7所示通孔的实体。

图2-7孔的拉伸除料

2.6柱形沉孔的绘制

在表面上创建草图4，绘制出直径为7mm的圆，并通过拉伸除料深度为2mm的命令后形成如图2-8所示的柱形沉孔。

图2-8柱形沉孔

2.7零件底面环形孤岛的绘制

（1）在零件底面创建草图5，同理通过直线、圆、

、删除、绘制出图2-9所示中央孤岛的平面图形。

图2-9中央孤岛的平面图形

（2）拉伸除料10mm获得如图2-10所示的零件底面中央孤岛的实体。

图2-10零件底面中央孤岛

现已对整个零件实体的完整绘制，这将是为下一步的仿真加工的轨迹生成和后置处理生成G代码起到至关重要的作用。

第三章加工工艺路线设定

3.1平面、轮廓区域的加工轨迹生成

零件的加工轨迹本就类似于零件的真正加工的走刀路线，我们要对锻件进行面、轮廓区域的面铣，达到所需的零件的工艺要求。

（1）平面区域的加工轨迹生成

在实体表面绘制一个100×70mm的矩形框，为零件上表面的加工做准备，点击打开工具栏中的应用按钮下的“轨迹生成”中的“平面区域加工参数”设置，对工件表面进行精铣，使用Φ10的铣刀垂直下刀。

平面区域加工参数设置如图3-1所示。

图3-1

（1）平面区域加工参数

图3-1

（2）切削用量选择

生成的平面区域加工轨迹如图3-2所示。

图3-2平面区域加工轨迹

（2）轮廓区域加工轨迹生成

同理选择“轨迹生成”中的“平面轮廓区域加工参数”的设置，面铣零件外轮廓。

考虑到零件的装夹问题，轮廓面铣高度仅为-30mm，其他切削参数不变，加工参数设置如图3-3

（1）所示。

图3-3

（1）平面轮廓区域参数表

平面轮廓区域加工轨迹如图3-3

（2）所示

图3-3

（2）平面轮廓区域加工轨迹

3.2S型中央孤岛加工轨迹生成

S型中央孤岛加工需要注意的有，其最小过渡圆弧半径是7.5，即选择加工刀具的直径Φ≤15mm，同样选择平面区域加工参数表进行设置，顶层高度为-1，底层高度-19，需要对孤岛进行清根处理。

走刀轨迹如图3-4所示。

图3-4S型中央孤岛加工轨迹

3.3钻孔的加工轨迹生成

机械加工中的孔加工刀具分为两类：

一类是用于实体工件上加工孔的刀具，如：

扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，如：

扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。

这些孔的加工刀具具有着共同的特点：

刀具均在工件内表面切削，工作部分处于加工表面包围之中，刀具的强度、刚度、导向、容屑、排屑及冷却润滑等都比切削外表面时问题突出。

综合因素考虑，钻头选择扁钻，因为扁钻使用最早的钻孔工具，结构简单、刚度好、成本低、刃磨方便，故近十几年来经过改进又获得了较多应用，特别是在微孔（小于Φ1mm）及大孔（大于Φ38mm）加工中显得更方便、经济。

扁钻有整体式和装配式两种。

前者适用于数控机床，常用于较小直径（小于Φ12mm）孔加工。

后者适于较大直径（大于Φ63.5mm）孔加工，明显选择整体式扁钻对孔进行钻孔加工。

其次Φ7镗孔使用镗刀加工。

（1）Φ10钻孔参数设置如图3-5

（1）所示。

图3-5

（1）钻孔参数表

Φ10钻孔轨迹如图3-5

（2）所示

图3-5

（2）Φ10钻孔轨迹

（2）同理设置Φ5的钻孔参数，生成加工轨迹如图3-5（3）所示

图3-5（3）Φ5的钻孔加工轨迹

（3）同理用平面区域加工设置Φ7的镗孔参数，生成加工轨迹如图3-5（4）所示

图3-5（4）Φ7的镗孔加工轨迹

3.4底面环形中央孤岛的加工轨迹生成

（1）在生成环形中央孤岛加工轨迹之前，要对第一次装夹部分的端面进行加工，即平面区域的面铣和轮廓区域的面铣，操作方法同3.1（若真正加工时须将已加工部分装夹到平口钳上）。

首先要创建一个工件坐标系，然后再对平面区域和轮廓区域的加工轨迹生成。

唯一的是加工参数有一定的变化，就是所选择的刀具半径为Φ8mm，平面区域、轮廓区域和环形中央孤岛的加工轨迹连接图如图3-6所示。

图3-6环形中央孤岛的加工轨迹

第四章程序校验（G代码的生成）

4.1平面、轮廓区域和S型中央孤岛的G代码生成

（1）三者轨迹连接，具体操作方法是打开所有隐藏的加工轨迹，并点击“轨迹编辑”选项中的“轨迹连接”，然后将平面区域、轮廓区域、S型中央孤岛加工轨迹按照先后顺序连接起来，如图4-1所示）。

图4-1轨迹连接

（2）其G代码的生成

操作方法是，打开应用“后置处理”中的“生成G代码”选项后，会弹出一个保存程序的文件对话框，命名文件名为O2516（即o2516.cut）的后置文件并保存至桌面，选择以上连接好的加工轨迹，点击右键自动生成的G代码。

部分程序如下：

%

N10G90G54G00Z60.000

N12S3000M03

N14X-50.000Y-35.000Z60.000

N16Z50.000

N18Z9.000

N20G01Z-1.000F800

N22X50.000F500

N24Y-30.000

N26X-50.000

N28Y-25.000

N30X50.000

N32Y-20.000

N34X-50.000

N36Y-15.000

N38X50.000

N40Y-10.000

N42X-50.000

N44Y-5.000

N46X50.000

N48Y0.000

N50X-50.000

N52Y5.000

N54X50.000

N56Y10.000

N58X-50.000

N60Y15.000

N62X50.000

N64Y20.000

N66X-50.000

N68Y25.000

N70X50.000

N72Y30.000

N74X-50.000

N76Y35.000

N78X50.000

N80Z50.000F1000

N82G00X-45.717Y-40.197

N84Z9.000

N86G01Z-1.000F800

N88X-45.000Y-35.000F500

N90X45.000

…

4.2孔的G代码的生成

同理孔的G代码的生成和平面区域的G代码生成类似，由于钻头的直径不一致，故不能对孔的加工轨迹进行轨迹连接。

加工Φ10、Φ7、Φ5孔的程序分别如下：

钻Φ10孔的程序有

o2102

%

N10G90G54G00Z60.000

N12S1000M03

N14X-42.500Y-0.000Z60.000

N16Z50.000

N18G99G81X-42.500Y-0.000Z-42.000R0.500F100

N20G98X42.500Y-0.000

N22G80G00Z60.000

N24M05

N26M30

%

钻Φ5程序

o2103

%

N10G90G54G00Z60.000

N12S1000M03

N14X-45.000Y30.000Z60.000

N16Z50.000

N18G99G81X-45.000Y30.000Z-44.000R-1.500F100

N20X45.000Y30.000

N22X45.000Y-30.000

N24G98X-45.000Y-30.000

N26G80G00Z60.000

N28M05

N30M30

%

镗Φ7的部分程序

o0111

%

N10G90G54G00Z60.000

N12S1000M03

N14X-41.500Y-30.000Z60.000

N16Z50.000

N18Z8.000

N20G01Z-2.000F100

N22G03X-41.500Y-30.000I-3.500J0.000F200

N24G01X-44.500

N26G03X-44.500Y-30.000I-0.500J0.000

N28G01Z50.000F800

N30G00X-41.500

…

4.3底面环形中央孤岛加工程序的生成

其部分程序如下：

%

N10G90G54G00Z60.000

N12S3000M03

N14X-44.994Y-34.750Z60.000

N16Z50.000

N18Z9.000

N20G01Z-1.000F800

N22X44.994F500

N24X45.447Y-34.729

N26X45.890Y-34.666

N28X46.325Y-34.561

N30X46.748Y-34.416

N32X47.189Y-34.215

N34X47.608Y-33.970

N36X47.999Y-33.683

N38X48.359Y-33.359

N40X48.683Y-32.999

N42X48.970Y-32.608

N44X49.215Y-32.189

N46X49.416Y-31.748

N48X49.561Y-31.325

N50X49.666Y-30.890

N52X49.729Y-30.447

N54X49.750Y-29.994

N56Y29.994

N58X49.729Y30.447

N60X49.666Y30.890

N62X49.561Y31.325

N64X49.416Y31.748

N66X49.215Y32.189

N68X48.970Y32.608

N70X48.683Y32.999

N72X48.359Y33.359

N74X47.999Y33.683

N76X47.608Y33.970

N78X47.189Y34.215

N80X46.748Y34.416

N82X46.325Y34.561

N84X45.890Y34.666

N86X45.447Y34.729

N88X44.994Y34.750

N90X-44.994

N92X-45.466Y34.727

N94X-45.927Y34.658

N96X-46.379Y34.545

N98X-46.818Y34.388

N100X-47.239Y34.189

N102X-47.639Y33.949

N104X-48.013Y33.672

N106X-48.359Y33.359

N108X-48.672Y33.013

N110X-48.949Y32.639

N112X-49.189Y32.239

N114X-49.388Y31.818

N116X-49.545Y31.379

N118X-49.658Y30.927

N120X-49.727Y30.466

N122X-49.750Y29.994

N124Y-29.994

N126X-49.729Y-30.447

N128X-49.666Y-30.890

N130X-49.561Y-31.325

N132X-49.416Y-31.748

N134X-49.215Y-32.189

N136X-48.970Y-32.608

N138X-48.683Y-32.999

N140X-48.359Y-33.359

N142X-47.999Y-33.683

N144X-47.608Y-33.970

N146X-47.189Y-34.215

N148X-46.748Y-34.416

N150X-46.325Y-34.561

N152X-45.890Y-34.666

N154X-45.447Y-34.729

N156X-44.994Y-34.750