数据线盒工艺分析部分参考说明书Word文档下载推荐.docx
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8.2刀具的选择36
附录37
结论38
致谢39
绪论
毕业设计是对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。
本设计是根据数控加工综合设计的，数控机床已成为国家先进制造技术的基础设备，并关系到国家发展的战略地位，从20世纪中叶数控技术出现以来。
数控机床给机械制造带来了革命性的变化，数控加工具有自动化，高效率，适应性强，精度高等特点。
现代数控加工正向高速化，高精度化，高柔性化，高一体化和智能化方向发展。
本次毕业设计针对数据线盒加工工艺进行设计，涉及数据线盒的选材、确定毛坯和机械加工余量及工序尺寸与公差、拟定工艺路线、选择工艺设备；
并进行切削用量选择，填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。
数控加工工艺分析是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们更深了解了相关学科中的基本理论、基本知识，以及理论实践相结合，同时对本专业有了较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。
我以严谨务实的认真态度进行了此次设计的编写，但由于知识水平与实际经验有限，在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师能给于批评和指正。
第一章零件的建模
1.1零件结构分析
零件的三维图如图1—1所示，由左半部分和右半部份组成。
主要结构包括圆孔、凸台Ⅰ、凸台Ⅱ、梯台Ⅰ、梯台Ⅱ、外轮廓、内腔、螺纹孔。
图1—1数据线盒整体轮廓效果图
1.2模型建立
零件的三维建模主要依据机械加工的工艺路线进行模型的建立，通过分析零件的几何形状、结构尺寸。
采用三维绘图及分析软件UG8.0，依据零件加工的工序完成零件模型的建立。
UG8.0为西门子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。
达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。
该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。
UG8.0软件功能强大，组件繁多。
UG8.0有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得UG8.0成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
UG8.0能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。
UG8.0不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用UG8.0来搞设计了。
UG8.0独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。
UG8.0资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。
使用UG8.0，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。
在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，UG8.0是设计过程比较简便而方便的软件之一。
在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用UG8.0，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。
零件模型的建立步骤包括：
（1）绘制基体
打开UG8.0软件，并进入建模模块，选择“特征”工具条的拉伸凸台/基台命令图标
，选择前视基准面为草图绘制平面，绘制如图1—2所示的草图，并做几何尺寸约束。
完成草图，设置如图1—3所示拉伸参数，完成拉伸后效果如图1—4所示。
图1—2图1—3图1—4长方体坯料
（2）绘制梯台Ⅱ
选择前侧面作为草图绘制平面，绘制如图1—5所示的草图，并做几何约束。
完成草图，选择“特征”工具条的拉伸凸台/基台命令图标
，设置如图1—6所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—7所示。
图1—5图1—6图1—7梯台Ⅱ
（3）绘制凸台Ⅱ
选择上平面作为草图绘制平面，绘制如图1—8所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—9所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—10所示。
图1—8图1—9图1—10凸台Ⅱ
（4）绘制凸台Ⅰ
选择凸台Ⅱ上平面作为草图绘制平面，绘制如图1—11所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—12所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—13所示。
图1—11图1—12图1—13凸台Ⅰ
（5）绘制圆孔
选择凸台Ⅰ上平面作为草图绘制平面，绘制如图1—14所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—15所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—16所示。
图1—14图1—15图1—16圆孔
（6）绘制外轮廓
选择图1-16所示的台阶面作为草图绘制平面，绘制如图1—17所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—18所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—19所示。
图1—17图1—18图1—19外轮廓的绘制
（7）绘制梯台Ⅰ
选择图1-16所示的台阶面作为草图绘制平面，绘制如图1—20所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—21所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—22所示。
图1—20图1—21图1—22梯台Ⅰ
（8）绘制内腔
选择下表面为草图绘制平面，绘制如图1—23所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—24所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—25所示。
图1—23图1—24图1—25内腔
（9）绘制螺纹孔
选择下表面为草图绘制平面，绘制如图1—26所示的草图，并做几何约束。
，设置如图1—27所示切除—切除参数，完成切除后效果如图1—28所示。
图1—26图1—27图1—28螺纹孔
（10）装饰螺纹线
选择【菜单】→【插入】→【注解】→【装饰螺纹线】，选择螺纹孔，后选定参数，完成螺纹线的装饰，如图1—29所示。
图1—29螺纹线
第二章零件的图样分析
2.1零件的尺寸要求
该零件为数据线盒，尺寸要求具体如下图2-1及2—2所示。
图2-1仰视图（左）、主视图（右）
图2-2剖面图（上）、俯视图（下）
图中清楚的表达了该零件的总的长、宽、高分别为99.6mm、76mm、47mm，主要定位尺寸为中间的圆孔，距离零件最左面为60mm,整个内腔厚度为8mm,腔体上突起的圆台直径大小分别为49mm、43mm，腔体上共分布有10个M4的螺纹孔。
其三围效果图如图2-2所示：
（a）（b）
图2-2线盒外轮廓特征
2.2零件的图样分析
2.2.1零件的图样分析
该数据线盒课大致分为两个部分，及线盒左半部分和又半部分。
左半部分为长方体内腔，上端面为装配面，加工精度较高，下端面作为加工时的基准面，故在工艺路线开始时需要预先将其精铣出来做为后步工艺的参考使用；
右端面为一圆柱型内腔，内腔上面有凸起的圆台，圆台最上表面有一直径为30的孔，该孔的中心可以左半部分最左端面作为参考，圆孔中心作为一个较为重要的尺寸，右半部分的端面铣销过程都可使用该孔的中心作为参考点。
有半部分内腔的下端面与左半部分的长方体内腔重合，可作为上端阶梯以及圆台的尺寸参考基准内腔内部表面较为粗糙，故精度要求不高，一般在一次粗铣的过程即能达到要求。
内腔上有10个螺纹孔，分别分布在内腔壁上以及其内部，螺纹孔的中心在内腔壁的中线上，故在加工时只需要定位螺纹孔的平面坐标的另一位置以及相邻螺纹孔中心线之间的距离即可。
2.2.2零件的形状及加工内容
该零件由一块100x80x50mm的长方体坯料加工而成，需要加工的轮廓由：
总长、总宽、总高、长度方向上左半部分的梯台Ⅱ、梯台Ⅱ倒角、右半部分上表面凸台Ⅰ、Ⅱ，凸台Ⅱ下端面左半部分与前端面之间的凸台Ⅰ上的圆孔、右半部分圆柱形外轮廓、圆柱形外轮廓上的梯台Ⅰ、坯料内部的腔体、螺纹孔组成。
所需加工的的外形尺寸为梯台Ⅱ为76x4x15mm；
梯台Ⅱ倒角为6x4mm；
凸台Ⅰ为Φ43mm；
凸台Ⅱ为Φ49mm；
凸台Ⅰ上的圆孔为Φ30mm；
右半部分圆柱外轮廓为Φ79.7mm；
梯台Ⅰ为Φ70mm；
坯料内部内腔壁厚8mm；
螺纹孔直径为4mm，深5mm；
最后总长为100mm；
总宽为76mm；
总高为47mm。
2.2.3零件的加工要求
（1）零件的尺寸公差分析
根据图2-1可知该零件的尺寸公差，76mm为总的宽度尺寸，其上偏差为0.0mm，下偏差为-0.1mm；
圆孔尺寸Φ30mm的上偏差为+0.02mm，下偏差为0mm.
（2）零件表面粗糙度分析
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控铣床、刀具及确定切削用量的依据。
从零件图样可知：
上表面的精度较高，其粗糙度为Ra1.6um,下表面作为参考表面，其表面粗糙度为Ra1.6um，圆孔内壁表面粗糙度为Ra1.6um,长度方向左半部分最左端面表面粗糙度为Ra12.5um,右半部分的圆柱外轮廓表面粗糙度为Ra1.6um，内腔内壁未注表面粗糙度都为Ra6.3um。
零件的参考基准
该零件以下端面以及Φ30圆孔中心轴线作为参考基准。
上端面上圆形凸台的高度参照下端面选定，右半部分的圆柱形外轮廓以及梯台Ⅰ等均已圆柱中心轴线作为参考。
2.2.4零件各个结构的加工方法
此零件多数由平面构成，作为定位基准的上、下表面、圆孔内表面以及右半部分圆柱外轮廓表面的粗糙度要求较高，均可采用粗铣→精铣的方法以获得符合要求的表面粗糙度。
其它表面不做基准或是装配面，故其表面粗糙度要求不高，用粗铣即可。
螺纹孔可用直接用台钻钻孔的的方法，螺纹用丝锥直接攻丝的方法。
第三章毛坯的选择
3.1材料的确定
选用材料应遵循以下原则：
（1）材料的使用性能应满足零件的工作要求（或称使用性能原则）。
材料的使用性能主要指零件在使用状态下材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能等，是选材首先要考虑的问题。
对于机械零件和工程结构，最重要的是力学性能。
（2）材料的工艺性能应满足加工要求（也称工艺性能原则）。
材料的工艺性能决定了材料的加工难易程度。
材料的工艺性能直接影响到零件的质量、生产效率和成本。
材料的工艺性能包括锻造、铸造、焊接、切削加工、热处理工艺性能等等。
（3）材料还应具有较好的经济性（也称经济性原则，不是越便宜越好）。
选材应能使零件在其制造及使用寿命期内的总费用最低。
一个零件的总成本与零件寿命、重量、加工费用、使用维护费用和材料价格有关。
机械产品成本中，材料成本占很大比例（30%～70%），降低材料成本对制造者和使用者都是有利的，所以在材料选择时，应从满足使用性能要求的所有材料中选择价格较低的。
由于本次设计给出了铝合金作为零件材料，而且铝合金既能满足零件质轻又价格便宜，所以就不用去过多的选择。
铝合金是一种普片使用的金属，它具有密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。
3.2毛坯种类确定
3.2.1毛坯的种类
常用的毛坯种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。
（1）铸件：
适用于形状复杂的毛坯，薄壁零件不可用砂型铸造，尺寸大的铸件宜用砂型铸造，中、小型零件可用较先进的铸造方法。
铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。
（2）锻件：
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造方法有自由锻和模锻两种。
自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。
它的精度低，加工余量大，生产率也低，适用于单件小批生产及大型锻件。
模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模锻制成形的锻件。
它的精度和表面粗糙度均比自由锻造的好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。
同时，由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。
模锻的生产效率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由锻造的大。
主要适用于批量较大的中小型零件。
（3）型材：
型材有热轧和冷轧两种。
热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯；
冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工。
（4）焊接件：
是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，对于大件来说，焊接件简单、方便，但焊接后变形大，需经时效处理。
（5）冷冲压件：
可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
但因冲压模具昂贵仅用于大批大量生产。
适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸零件的大批量生产。
3.2.2确定毛坯考虑因素
确定毛坯时应考虑以下因素：
（1）零件的材料及其力学性能。
当零件的材料选定以后，毛坯的类型就大体确定了。
例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；
而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。
（2）零件的结构和尺寸。
形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；
对于一般用途的阶梯轴，如果各段直径相差不大、力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。
（3）生产纲领的大小。
对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。
（4）现有生产条件。
选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。
（5）充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性。
为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、新技术和新材料。
综上所述：
由于本次加工的数据线盒属于单件生产，故给出的毛坯为一100x80x50mm的方料作为毛坯。
3.2.3毛坯尺寸及形状确定
毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。
但是由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以毛坯的某些表面需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。
根据零件规定的尺寸，毛坯如图3-1所示。
图3-1毛坯尺寸
第四章机床的选择
由于零件多数属于平面，有几个回转面，为加工的方便和快捷，选择能同时加工两种面的数控铣床。
在选择机床时主要考虑以下因素：
（1）机床规格应与工件的外形尺寸相适应，即大件用大机床，小件用小机床。
（2）机床精度应与工件加工精度要求相适应。
机床精度过低，不能保证加工精度；
机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择。
（3）机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。
单件小批生产用通用设备或数控机床，大批大量生产应选高效专用设备。
（4）与现有的条件相适应。
要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床，避免“闭门造车”。
4.1数控铣床的选择
数控铣床的加工精度较高，能够对一般的表面以及回转面进行精确加工，其上面还可转换不同的刀具实现不同的规格加工，也可用钻头对孔等进行相应的加工。
主要用于加工平面、回转面、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。
铣床主要分为普通数控铣床和加工中心。
普通数控铣床中最典型的是立式数控铣床。
主轴带动刀具旋转，主轴箱可上下移动，工作台可沿横向和纵向移动。
具有三轴联动的功能，用于各类复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等。
在此选择简单的立式XK5032数控铣床。
其主要参数如下：
工作台面积mm：
1370x360
X、Y、Z轴行程mm：
900/330/320
X、Y、Z轴快移速度m/min：
8/8/6
主轴转速r.p.m：
30～1500
主轴中心距立柱垂直导轨距离mm:
340
主轴端面至工作台面距离mm:
55-315
主轴轴向移动距离mm:
85
立铣头最大回转角度:
±
45°
主电机功率kw:
7.5
X、Y、Z进给电机功率kw:
2/2/4.3
切削进给速度mm/min:
1-4000
机床重量kg:
3300
机床外形尺寸mm:
2360×
1978×
2380
第五章工艺路线的确定
5.1加工方法的选择
机械加工方法选择时应根据零件的毛坯类型、结构形状、材料、加工精度、批量以及具体的生产条件等因素来决定，以获得最高的生产率和最好的经济效益。
合理选择加工方案，一般依照下列主要原则进行。
（1）根据表面的尺寸精度和表面粗糙度Ra值选择。
（2）根据表面所在零件的结构形状和尺寸大小选择。
（3）根据零件的材料和热处理要求选择。
（4）现有的生产技术和条件。
由图可知零件图对加工精度和表面粗糙度的要求，可根据表5-1，选择加工的方案。
表5-1
加工方法
加工精度
表面粗糙度
粗车
IT10～13
Ra10～80um
粗车、半精车
IT8～11
Ra2.5～12.5um
粗车、半精车、精车
IT7～9
Ra1.25～5um
IT9～11
Ra1.25～10um
IT7～8
Ra0.8～0.2um
粗镗
IT12～13
Ra5～80um
粗镗、半精镗
IT11、JT12
Ra2.5～10um
粗镗、半精镗、精镗
Ra0.63～5um
粗镗、半精镗、精镗、粗磨
钻孔
粗铣
IT11～13
Ra5～20um
粗铣、半精铣
粗铣、半精铣、精铣
IT6～8
由表可知：
（1）打中心孔采用钻孔
（2）钻通孔采用钻孔
（3）Φ30的内孔采用粗镗
（4）数铣台阶侧面及底面粗铣——精铣
5.2工序的安排及确定
（1）切削加工工序通常按以下原则安排顺序：
基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔。
（2）辅助工序主要包括：
检验、清洗、去毛刺、去磁、倒棱边、涂防锈油和平衡等。
（3）数控工序前后一般都穿插有其他普通工序，如衔接不好就容易产生矛盾，因此要解决好数控工序与非数控工序之间的衔接问题。
在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工顺序时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。
只有这样，才能使所制定的加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。
数据线盒遵循基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔的基本原则进行加工。
5.3工序的划分
工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。
工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。
在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下：
（1）按所用刀具划分以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多、机床连续工作时间过长、加工程序的编制和检查难度较大等情况。
加工中心常用这种方法划分。
（2）按安装次数划分以一次安装完成的那一部分工艺为一道工序。
这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。
（3）按粗、精加工划分即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。
这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件。
（4）按加工部位划分即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点划分成多道工序。
工序分散原则就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。
该数据线盒的工序按照工序分散原则的加工部位划分。
即：
（1）准备100x80x50mm的长方体方料为第一道工序。
（2）在数控铣床上，加工下端面第二道工序
（3）加工上端面、左端梯台Ⅱ、Φ49凸台、Φ43凸台、镗孔Φ30第三道工序
（4）加工前后端面及Φ80圆柱外轮廓、Φ70梯台Ⅱ、异型槽为第四道工序。
（3）加工内腔内壁为第五道工序。
（4）钻螺纹孔、攻丝为第六道工序。
（5）去毛刺清洗零件第七道工序。
（6）检验为第八道工序。
（7）入库为第九道工序。
5.4加工路线的确定
加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。
因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线。
（1）加工路线与加工余量的关系；
（2）刀具的切入、切出；
（3）确定最短的空行程路线；
（4）确定最短的切削进给路线。
加工方案：
（1）准备100x80x50mm的方料（三维图如图5—1所示）。
图5—1毛坯
（2）在数控铣床上用平口虎钳将材料前后表面夹持，以上端面为基准，采用数控铣床装夹钻头打一中了孔Φ2（加工结果三维图如图5—2所示）。
图5—2φ2的钻孔
（3）数控铣床换刀，钻Φ18通孔（加工结果三维图如图5—3所示）。
图5—3φ18的通孔
（4）数控铣床再次换刀，扩Φ18的通孔至Φ28（加工结果三维图如图5—4所示）。
（5）铣床换刀，打8-M4中了孔,2-M4螺纹底孔打8-M4中了孔Φ2mm。
（6）钻8-M4、2-M4螺纹底孔（加工结果三维图如图5-7所示）。
图5-7M4螺纹孔
（7）
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