圆盘类零件的机械加工工艺分析和mastercam软件的运用说明书.docx
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圆盘类零件的机械加工工艺分析和mastercam软件的运用说明书
设计题目：
圆盘类零件的机械加工工艺分析及数控加工程序编程说明书
2012年6月16日
目录
一零件的工艺分析1
1.1零件的作用2
1.2零件图分析3
1.3零件的材料分析4
二定位基准的选择5
2.1车床加工基准与定位6
2.2钻床加工基准7
2.3加工中心的基准与定位8
2.4夹紧方案9
三加工工艺路线的拟定10
3.1制定零件机械加工工艺路线12
3.2制定加工路线13
3.3加工阶段的划分14
3.4以下是对该零件的简要部位进行加工阶段的划分15
3.5加工顺序的安排16
3.6零件加工的过程17
3.7工序的安排18
四设备及工艺装备的选择19
4.1机床的选用20
4.2工艺装备的选择21
五加工余量和加工尺寸的确定
5.1切削用量的确定
六普通车床加工工序卡片
七机械加工工艺卡
八绘制数控加工程序
8.1Mastercam介绍
8.2绘制加工模型
8.3设定走刀路线
8.4设定加工参数
九程序模拟仿真加工
十专周设计设计总结
设计目的
1、能熟练运用专业课中学到的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确解决一个零件在数控机床上加工的定位，夹紧，工艺路线的安排工艺装备配置，保证零件的加工质量。
2、通过课程设计全面掌握《数控技术》的课程内容，主要掌握《数控加工工艺与装配》、《数控编程》以及制图软件的应用，并在数控机床操作和使用中有更深刻具体的认识。
3、要求运用课程中所学的数控加工程序编制的理论和方法，对较为复杂的零件进行数控加工的工艺过程设计，使用mastercam软件绘图，加工、生成刀路，最后导出程序。
然后使用仿真系统加工。
一零件的工艺分析
1.1零件的作用
主要起连接，其直径为85公差等级为9的圆与一种轴配合属于过盈，是过盈配合的配合表面。
直径为95公差等级为7的圆也与另一工件产生配合来连接在一起，并用M4的螺纹孔固定在一起使其在工作时不产生脱落，直径为195公差等级为9的圆也与其他的工件产生配合，并用直径为12偏差等级为7的孔来进行配合使其工件工作时不发生相对转动。
1.2零件图分析
1）从零件的尺寸及轮廓来看，轴向尺寸L远小于径向尺寸D,且最大外圆直径比最小内孔直径大得多，属于盘套类零件。
主要轮廓由孔、圆弧曲面、凸台、外圆面等组成。
2）绝大部分尺寸公差为中等等级，10个Ф16及Ф12孔的孔尺寸精度为7级，2个M4螺纹孔尺寸精度较高为6级。
表面粗糙度值最高为3.2属于中等精度加工。
3）工件周边R53的圆弧分布有较高的角度公差要求，外延为300的圆盘面厚度较薄仅为6.5mm，圆盘上U型凸台结构壁厚也较薄，加工时需特别注意。
4）Ф85孔的轴线与Ф95圆柱凸台端面有0.04mm的垂直度要求，Ф95外圆面的轴线与Ф85孔轴线有Ф0.08mm的同轴度要求，Ф195外圆面与Ф85孔轴线有Ф0.11mm的同轴度要求。
1.3零件的材料分析
44-ＧＢ７０９－８８／４５－ＧＢ７１１－８８，查资料得，零件的材料为优质碳素结构钢。
这类钢因有害杂质较少，其强度，塑性，韧性均比碳素结构钢好，主要用于制造较重要的机械零件，其牌号是以钢中平均碳质量分数的万倍来表示的，该材料的牌号为４０的具有较高的强度，加工性良好，冷变形时塑性中等，焊接性差，焊接前须预热，焊接后应热处理，多在正火和调质状态下使用，用于制造轴，曲柄，活塞杆等。
为４５的具有强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如曲轴，传动轴，齿轮，蜗杆，键，销等。
水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油中淬火。
两种材料都要求加工的时候调质处理，所以我们的这个零件也要求了调质处理。
二定位基准的选择
2.1车床加工基准与定位
在普通机床上的定位，以直径95的圆柱的端面为定位基准，加工直径85的孔；以直径85的孔为定位基准加工直径95的外圆柱面和直径195的外圆柱面，加工直径195的那面的部位在普通机床上进行加工，以外轮廓定位，三爪卡盘夹紧。
。
2.2钻床加工基准
在钻床加工的孔有尺寸精度，采用三爪卡盘来定位夹紧。
2.3加工中心的基准与定位
加工中心加工时，利用加工出的盲孔底端的一个平面作为一个定位面（限制三个自由度），已经加工好的中心圆和一个小圆共同限制三个自由度，这样的定位属于完全定位。
其中中心圆的定位元件是短圆柱销，小圆的定位元件是削边销。
夹紧时采用开口垫圈和螺母（方便装夹、拆卸）。
夹紧时垫圈、螺母刚好压在工件上表面的一个小凸台上。
这两个定位元件设计为两个轴。
轴上最大的圆用于轴在夹具体上的定位。
轴一上相应的凸圆都相应地在夹具体和工件上起着定位作用。
为减少生产时间，应更多地考虑使用标准件。
标准件最大的开口垫圈是M36的，所以轴上两头的螺纹为M36。
轴一与夹具体的夹紧采用标准件平垫圈和相应的螺母。
轴二与夹具体的连接情况与轴一类似。
安装轴二时，应注意削边销的位置，避免出现过定位。
另外为了让轴更好地装入夹具体，同时也方便工件在轴上的装夹，所以在每个接触的地方都加工有退刀槽。
加工中心的夹具定位元件与夹具体连接时其配合关系是过渡配合，与工件的配合关系是间隙配合（方便拆卸）。
2.4夹紧方案
由压板、开口垫圈和压紧螺母拧紧，夹具设计简单，安装可靠，且便于操作。
开口垫片的设计取夹方便，可提高工作效率。
三加工工艺路线的拟定
3.1制定零件机械加工工艺路线
表面的加工方法：
根据零件的技术要求确定分为锻造外形，锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸，形状及改善性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法。
它是锻造和冲压的总称。
锻压不仅是零件成形的一种加工方法，还是一种改善材料组织性能的一种加工方法。
与铸造比较，具有强度高，晶粒细，冲击韧性好等优点。
与由棒料直接切削加工相比，可节约金属，降低成本。
如采用扎制，挤压和冲压等加工方法，还可提高生存率。
因此在机械制造叶业中，许多重要零件（如轴类，齿轮，连杆，切削刀具等），都是采用锻造的方法成形的。
所以此次的零件毛坯也用锻压。
该零件的圆比较多比较适应于车削加工并且若不先加工孔，铣削是就没有定位基准，就不好进行铣削加工，并且车床加工所花费的成本是比较低的，对加工的刀具损伤比较小，所以我们用车床来车削外圆和镗内孔。
零件的外形轮廓比较复杂，并且其凹槽有比较多，可以用铣床来铣，但是有要钻孔需要换刀所以我们采用加工中心来铣削轮廓。
根据表面粗糙度要求车削分为粗加工和半精加工，铣削也可分为粗加工和精加工。
3.2制定加工路线
零件的机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。
在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。
直径为85mm的内孔；由表面粗糙度知道其工艺路线粗镗-精镗
直径为95mm的外圆和端面；由表面粗糙度得知其工艺路线粗车-精车。
直径为195mm的外圆和端面；由表面粗糙度得知其工艺路线粗车-精车，
3.3加工阶段的划分
粗加工阶段---主要任务是切除各表面上的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸上接近零件的成品，因此关键问题是提高生产率。
半精加工阶段---完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。
精加工阶段---保证各主要表面达到图样的要求，其主要问题是如何保证加工质量。
3.4以下是对该零件的简要部位进行加工阶段的划分：
零件中直径85mm的内孔，其表面有粗糙度为3.2的要求，将其加工阶段划分为粗镗和半精镗。
直径95mm的外圆柱面，其表面有粗糙度3.2的要求，将其加工阶段划分为粗车和半精车。
其他平面和圆柱面，其中表面粗糙度为3.2的加工阶段分为粗铣和精铣，表面粗糙度为12.5的表面的加工直接粗铣。
3.5加工顺序的安排
a、先粗后精的原则
先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。
b、先主后次的原则
先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。
由于次要表面加工工作余量小，又常
与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行进行。
C、先面后孔的原则
对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，
然后再加工孔，这样可使工件定位夹紧可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。
d、基面先行的原则
用作精基准的表面，要首先加工出来。
所以第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工，然后再以精基面定位加工其他表面。
3.6零件加工的过程
零件先在普通机床上加工基面B、φ12H7孔和φ85孔，然后在数控机床上加工轮廓、台阶面和孔。
加工轮廓、台阶面和孔的走刀路线，走刀路线包括平面内进给走刀和深度进给走刀两部分的路线。
平面内的进给走刀，对外轮廓是从切线方向切入；对内轮廓是从过渡圆弧切入。
在数控铣床上加工时，首先要选定进刀点，由于该零件的毛坯是一个圆盘型的铸件，所以进刀点可以选在毛坯的切线上，刀具根据工件轮廓来回铣削，分层铣削逐渐加深到铣削深度。
当刀具达到切削深度的时候，刀具就在XY平面内运动，铣削零件的轮廓。
分层铣削到指定深度，留取0.5mm的的加工余量，在精加工的时候铣削掉。
在保证加工平面表面粗糙度要求的同时，还要考虑保证轮廓表面有较高的表面质量，采用顺铣的铣削方式，即从进刀点开始，对外轮廓按顺时针方向铣削，对内轮廓按逆时针方向铣削。
对孔进行加工的时候，应注意先钻中心孔，方便定位，再进行钻孔。
钻孔完毕后，取下零件，进行调质处理，要求HRC22—28，热处理完成后，重新装夹工件准备件准备进行精加工，精加工和粗加工不同的地方在于刀具半径、进给速度、背吃刀量和进给量的不同，精加工只进行一次切削，切削量就是粗加工剩余的加工余量。
3.7工序的安排
由于零件的生产纲领是中.小批生产所以采用工序集中来加工，工序集中可以采用高效的机床和工艺装备，生产效率高，减少设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力.物力，减少安装次数，利于保证表面间的位置精度。
结合以上原因工序集中是最好的选择。
四设备及工艺装备的选择
4.1机床的选用
确定了工序集中或工序分数的原则后，基本上也就确定了设备的类型。
采用工序集中，就应该选用高效自动加工设备。
并且机床的精度要与工件的精度相适应，应该机床的精度要高于工件的精度。
机床的规格要与工件的外形相适应，工件的外圆形状并不复杂，从经济的角度来应选择普通车床，工件的轮廓加工大多都集中在一个平面上，采用立式加工中心户卧式加工中心都可以，但是立式加工中心比卧式加工中心所花费的成本要低一些。
工件的基本外形轮廓采用锻压来制造，锻压与铸造比较，具有强度高，晶粒细，冲击韧性好等优点。
与由棒料直接切削加工相比，可节约金属，降低成本，具有较高的经济效益。
选择的机床应与现有的加工设备相适应。
考虑以上的条件，机床应该选择普通车床和立式数控加工中心。
4.2工艺装备的选择
1.夹具的选择
（1）车床上使用夹具：
三爪卡盘或者四爪卡盘、芯轴、压板、螺钉
（2）铣床上夹具：
根据此零件，我们设计出500×310×30的夹具。
为保证配合，在平面上有一φ85的凸台，在凸台有一螺柱，用于安装垫圈和螺母夹紧毛坯。
在另一边有一圆柱削边销，从而利用“一面两孔”定位原则将毛坯夹紧安装。
2刀具
1）镗刀选择
Ф60镗刀，粗镗Ф85内孔
Ф85镗刀，精镗Ф85内孔
2）钻头、扩孔刀及铰刀选择
Ф3中心钻，Ф3麻花钻，Ф11麻花钻，Ф15麻花钻，Ф30麻花钻、Ф3.3H6铰刀，Ф12H7铰孔刀，Ф16铰孔刀
3）其他刀具或工具
锉刀、M4丝锥
4）加工中心刀具
铣轮廓时考虑到有Φ20的内轮廓铣削，所以选用的铣刀直径应该比Φ20小，铣刀刃长应大于工件22.5mm的高度。
因此选Φ15的铣刀。
钻孔时直接采用Φ16的钻头，选用的钻头长度应大于加工孔深度的8mm。
3量具的选择
长度测量器具——游标卡尺
形位误差测量器具——百分表、岩石平板
表面质量测量器具——表面粗糙度比较样块
螺纹质量测量器具——锥度锁紧式螺纹塞规
五加工余量和加工尺寸的确定
5.1切削用量的确定
切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具的磨损、加工质量和加工成本均有显著的影响。
在选择时应在保证加工质量和刀具耐用度前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
（1）切削用量的选择原则
粗加工切削用量的选择原则：
首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床的动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
精加工切削用量的选择原则：
首先根据粗加工的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下尽可能选用较高的切削速度。
5.2加工余量的确定
加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。
余量有总加工余量和工序余量之分。
由毛坯转变成零件的过程中在某加工表面上切除金属层的总厚度，称之为该表面的总加工余量；一般情况下，总加工余量不是一次切除，而是分在各个工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称之为该工序加工余量。
工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，毛坯是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。
车床加工部分：
直径为85mm的内孔；由表面粗糙度知道其工艺路线粗镗-精镗，由查（简明机械制造工艺手册表5-54）表法知道毛坯直径为80mm，查表（简明机械制造工艺手册表5-130）得第一次粗镗余量为80mm，第二次粗镗余量为83mm，精镗余量为84.3mm，工件的公差等级为H11（+0.22）。
总得粗镗余量=毛坯余量-精加工余量=-4.3mm。
直径为95mm的外圆和端面；由表面粗糙度得知其工艺路线粗车-精车，由查（简明机械制造工艺手册表5-54）表得知毛坯直径为100mm，端面余量为4mm,查表（简明机械制造工艺手册表5-120）得精车余量为1.1mm，粗加工余量=毛坯余量-精加工余量=3.9mm，其粗车外圆的公差为0.46mm。
查表（简明机械制造工艺手册表5-125）得精车端面的加工余量为0.7mm，粗加工余量=毛坯余量-精加工余量=3.3mm。
粗加工外圆尺寸为98.9mm，精加工外圆尺寸为95mm.
直径为195mm的外圆和端面；由表面粗糙度得知其工艺路线粗车-精车，由查（简明机械制造工艺手册表5-54）表得知毛坯直径为205mm，端面加工余量为4mm。
查表得（简明机械制造工艺手册表5-120）精车余量为1.3mm，粗加工余量=毛坯余量-精加工余量=8.7mm,其粗车外圆的公差为0.6mm。
查表（简明机械制造工艺手册表5-125）得精车端面的加工余量为0.8mm，粗车端面的余量=毛坯余量-精加工余量=3.2mm。
粗加工尺寸为196.3mm，精加工尺寸为195mm.
5.3切削用量的确定
背吃刀量的选择根据加工余量确定的。
切削加工一般分为粗加工.半精加工.精加工几道工序，各工序有不同的选择方法。
在车床上我根据零件的表面粗糙度划分了两个工序，粗加工和半精加工。
粗加工时，再允许的条件下，尽量一次切除该工序的全部余量。
中等功率机床，背吃刀量可达8~10mm。
但对于加工余量大，一次走刀会造成机床功率或刀具强度不够；或加工余量不均匀，引起震动；或刀具受冲击严重出现打刀的几种情况，需要采用多次走刀。
半精加工，被吃刀量一般为0.5~2mm。
直径为85mm的内孔；粗加工的余量为4.3mm。
加工余量不大粗加工可以一次走刀，背吃刀量=4.3mm查表（简明机械制造工艺手册表5-111）得进给量0.3~1（mm/r），切削速度为40~60（m/min），由于是悬伸镗削，切削速度为40（m/min），精加工的余量为1.7mm，精加工可以分一次走刀完成，则其背吃刀量为1.7mm，查表（简明机械制造工艺手册表5-111）得进给量为0.2~0.8（mm/r），切削速度为80~120（m/min），由于是悬伸镗削故切削速度为80（m/min）。
直径为95mm的外圆和端面；粗加工外圆余量为3.9mm.加工余量不大，粗加工可以一次完成，背吃刀量=3.9mm.查（简明机械制造工艺手册表5-98）表得进给量为0.6（mm/r），切削速度为134（m/min）。
精加工的余量为1.1mm，精加工可以分一次走刀完成，则其背吃刀量为1.1mm，查（简明机械制造工艺手册表5-100）表得进给量为0.2~0.3（mm/r）,切削速度为50~80（m/min）都可以。
直径为195mm的外圆和端面；粗加工外圆余量为8.7mm.加工余量太大，粗加工分三次加工完成，第一次的背吃刀量=4.5mm，第二次的背吃刀量=2.9mm.第三次的背吃刀量为1.3mm，查（简明机械制造工艺手册表5-98）表得进给量为0.6（mm/r），切削速度为134（m/min）。
精加工余量为1.3mm，查（简明机械制造工艺手册表5-100）表得进给量为0.2~0.3（mm/r）,切削速度为50~80（m/min）都可以。
六普通车床加工工序卡片
单位名称
产品名称或代号
零件名称
零件图号
盘类零件
01
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
04
三爪卡盘和心轴
普通车床
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格（mm）
主轴转速（r/min）
进给速度（m./min）
背吃刀量（mm）
备注
1
粗车端面B
1
硬质合金90的车刀
320
80
3.3
自动
2
半精车端面B
1
硬质合金90的车刀
320
110
0.7
自动
3
粗车φ95外圆
1
硬质合金90的车刀
320
134
3.9
自动
4
精车φ95外圆
1
硬质合金90的车刀
400
60
1.1
自动
5
粗镗φ85内孔
2
20*20
320
40
4.2
自动
6
半精镗φ85内孔
2
20*20
400
80
1.7
自动
7
粗车φ195端面
1
硬质合金90的车刀
320
80
3.2
自动
8
半精车φ195端面
1
硬质合金90的车刀
320
110
0.8
自动
9
粗车φ195外圆
1
硬质合金90的车刀
320
134
4.5/2.9/1.3
自动
10
半精车φ195外圆
1
硬质合金90的车刀
400
60
1.3
自动
七机械加工工艺卡
盘类零件的机械加工工艺分析及数控加工程序编制
厂名
成都工业学院
机械加工工艺卡片
车间
实训基地
产品名称
零件号
零件名称
材料牌号
45
零件毛重（kg）
毛坯种类
锻造
零件净重（kg）
毛坯尺寸
311*40
材料定额（kg）
毛坯可制件数
中.小批
每台产品零件数
工序号
安装号
工步号
工序内容
机床设备名称及编号
夹具名称及编号
切削工具名称及编号
量具名称及编号
辅助工具名称及编号
每件（）时间定额（分）
准备及结束
单件
1
锻造
01
2
涂防锈漆
3
时效处理
4
1
1
粗车端面B
车床02
三爪卡盘
外圆车刀
游标卡尺
2
半精车端面B
千分尺
3
粗车φ95外圆
游标卡尺
4
精车φ95外圆
千分尺
5
粗镗φ85内孔
镗刀
游标卡尺
6
半精镗φ85内孔
镗刀
千分尺
2
1
粗车φ195端面
心轴和顶尖
外圆车刀
游标卡尺
2
半精车φ195端面
千分尺
3
粗车φ195外圆
游标卡尺
4
半精车φ195外圆
千分尺
5
1
1
打3*φ5中心孔
钻床03
三爪卡盘
φ5的中心钻
2
钻2*φ3的底孔
φ3的钻头
3
钻φ10的底孔
φ10的钻头
4
粗绞φ12的孔
铰刀
5
精绞φ12的孔
5
钻φ20的盲孔
φ20的钻头
2
1
钻2*φ6的盲孔
φ6的钻头
6
调质处理
7
1
1
铣削零件的外形轮廓
立式加工中心04
自制夹具
φ15的立铣刀
游标卡尺和千分尺
2
精铣凹槽的表面
φ15的立铣刀
3
铣凸台
φ15的立铣刀
4
钻φ16的孔
φ16的钻头
8
手动攻丝
钳工台
丝锥
9
1
钳工倒角
钳工台
2
钳工去毛刺
10
检验
更改标记
数量
通知单号
签名
日期
更改标记
数量
通知单号
签名
日期
签名
日期
第页
八绘制数控加工程序
8.1Mastercam介绍
Mastercam是美国CNCSoftwareInc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。
它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身。
它具有方便直观的几何造型Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。
mastercam具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。
其可靠刀具路径效验功能使Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。
同时Mastercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果。
8.2.绘制加工模型
在绘制加工模型前要熟悉常用的指令画圆、直线、倒圆、打断、连接等等。
在后面的加工中可以了解到，相同的加工轮廓在Mastercam系统中默认的走刀路线顺序是最先画图画出的外形轮廓。
再是按照复制的顺序加工相应的轮廓。
这就要求在建立模型时就要选好加工的下刀点。
所以在建立这个模型时，相同的外形轮廓都先画最下方的那个，然后再通过“Rotate”旋转指令完成上表面的轮廓。
在建立模型时所有轮廓都需要“Join”这个指令将其连接，否则在后面的确定加工路线时系统只会走一条边的内容。
在使用“Break”指令后都需要将节点连接一下。
另外有时在执行剪切命令后会在连接处断开一个小口子，这时需要修剪延伸“Trim”，系统会自动地补充连接处的断
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