大空间旋转喷头零件的数控加工工艺设计编程与加工.docx
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大空间旋转喷头零件的数控加工工艺设计编程与加工
摘要
随着科学技术的发展，自动喷水灭火系统的发展也是越来越快，而自动喷水灭火系统的发展究其实质而言就是喷头的发展。
所以此次毕业设计我们主要研究旋转型消防喷头的制造工艺设计与数控加工。
大空间旋转喷头是一种应用于大空间领域的新型喷水灭火产品。
它是利用水流在喷头内产生的扭力，带动喷头自动旋转，从而把水流均匀分散在保护范围内。
它可与大空间智能探测器配合使用，组成大空间智能喷水灭火系统，实现自动灭火功能；也可与其它大空间探测器配合使用，实现灭火功能。
大空间旋转喷头各组成零件的加工质量对洒水的范围起着及其关键的作用，尤其是喷头上、下体中曲面的加工。
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,automaticsprinklersystemdevelopmentismoreandmorequickly,andthedevelopmentoftheautomaticsprinklersystemofitsessenceareconcerned,isthedevelopmentoftheshowernozzle.Sothegraduationdesignwemainlystudy）firesprinklerheadspinmanufacturingprocessdesignandnumericalcontrolprocessing.
Largespacerotatingnozzleisakindofappliedtolargespacenewsprinklerproducts.Itistousethewaterwithintheshowernozzleoftorque,driveautomaticallyrotatingnozzle,andtakethewaterequablydispersedintheprotectionrange.Itcanandlargespaceprobeusedtogetherwithintelligent,largespaceofintelligentsprinklersystem,realizetheautomaticfireextinguishingfunction;Alsowithotherlargespacedetectorcooperatestouse,realizethefirefightingfunction.Largespacerotatingnozzleeachcompositionpartsprocessingqualitytothescopeofthewaterplaysandkeyrole,especiallyintheshowernozzlesurfaceprocessing,nakedness.
KEYWORDS:
Fireextinguishing，sprayer，numericalcontrol，machining
第一章前言
毕业课题设计能够让我们对以前所学专业知识进行了一次全面的、系统的、规范的实践总结。
通过将所学到的知识运用到实际零件的加工中去，以巩固我们已经学过的知识，加深对机械加工的相关知识理解，培养自己在机械加工过程中独立分析、解决问题的能力。
本次设计的内容为消防喷头的工艺分析与数控加工。
通过对该零件的工艺分析，我认识到该零件必须具备怎样的结构要求和技术要求。
要满足其结构和技术要求，我们在生产中又应该怎样生产和加工以保证该要求。
通过制定工艺规程，我们认识到怎样才能生产出合格的零件产品。
本设计说明书着重介绍了零件的生产工艺过程，工艺的分析，工艺路线的确定，加工设备的选择，定位基准和夹具的选择，加工方法选择，填写工艺文件等。
整份说明书要求内容丰富，简明扼要，清晰易懂，并附有图纸说明。
由于能力有限，经验不足，设计中还有许多问题和不足之处，请老师给予批评指正。
第二章毕业设计任务书概述
2.1毕业设计的主要内容
随着社会的进步和国民经济的不断增长，火灾发生的频率和对人类的生命财产造成的损失也就越来越大。
为此，人类在防治火灾上进行了各种各样的研究，从最初的穿孔管布水方式到现在的自动喷水灭火系统，灭火的效果也越来越好，尤其是自动喷水灭火系统的使用，大大提高了灭火的效率，也就从一定意义上降低了人们的生命财产损失。
而旋转喷头的出现，大大提高了灭火效率。
因为火灾发生时，旋转喷头能够直接感应，并通过一系列电气自动控制，快速作出反应，喷水灭火。
由于旋转喷头的水底直径大、流量大、响应快速的特点，其被人们广泛使用。
它也在保护人们财产方面发挥着不可替代的作用。
该旋转型消防喷头主要由四部分组成：
喷头上体、喷头下体、喷头上盖和喷头进水管，另外还有卡簧，M4、M5内六角螺钉和直径4mm的滚珠等一些标准件构成。
其主要零件图和消防喷头的结构图如下所示。
加工部分主要是喷头上体、喷头下体、喷头进水管和喷头上盖的数控加工。
以零件图为设计先导，综合应用机械设计相关专业课程知识，以及结合生产实践分析，解决工程实际问题，其中包括零件图样分析，材料的选择，热处理加工表面分析，加工精度、表面粗糙分析，结构工艺分析，加工工序过程卡片、刀具卡片的填写，毛坯图、零件图的绘制等，最终完成零件加工的所有需考虑及计算方面的内容。
2.2毕业设计的目的
通过本课题的设计对以前所学专业知识进行一次全面的、系统的、规范的实践总结，同时培养和扩展学生独立分析、解决实际问题的能力，为进入社会打下一个良好的基础。
2.3毕业设计的要求
（1）以求实的科学态度对所学知识系统化、综合化运用。
（2）设计中做到可行性、可靠性、经济性、先进性的统一。
（3）独立思考，尽可能自己解决设计中出现的问题。
（4）正确查阅手册、国家标准、教材等相关资料。
（5）制图规范、图面整洁、文字工整。
（6）说明书能够简明扼要地说明设计思想、约束条件、计算结果、经济效果、确定依据等。
论证要有必要的简图、表格、计算公式，所引用公式、参数要注明来源，另外语句要求通顺。
在设计过程中，若遇到自己难以解决的问题，要及时向他人请教或大家共同讨论，以得出正确的设计方案，切不可得过且过，按照错误的思路设计下去。
以认真务实的态度对待此次毕业设计。
第三章喷头进水管的数控加工
3.1喷头进水管的零件图
3.2、零件工艺分析：
分析零件图可知，该零件是一个轴类零件，由外圆柱面、内孔、外部管螺纹、倒角、锥度、六方等组成。
其加工主要在数控车床上完成，由于需要在外圆柱面上进行六方的加工，这需要在四轴加工中心上完成。
3.3、零件毛坯选择：
1、材料制成零件必须满足使用性能的要求，才能保证在工作中的安全可靠、经久耐用，因此必须分析零件的工作条件、受力状况，分析零件失去工作效能的主要因素，确定零件的使用性能要求，进而确定材料应具备的主要性能，再根据主要性能去选择材料。
2、选择材料时，还应尽量降低零件的成本，选材的原则是在满足零件的使用性能要求的前提下，尽量使材料的加工工艺和经济性成本降低。
3、由于该零件为消防喷头，要长期和水进行接触，因此要选择不易生锈的材料，且该零件在工作时要承受不小的压力，因此应具有较高的强度。
因此，我们选择304不锈钢。
其毛坯为管料，毛坯尺寸为
，内孔尺寸为
。
3.4、零件加工要求
零件主要加工要求为：
Ø
㎜的外圆柱面和Ø40
内孔的尺寸公差均为
，尺寸要求比较高，其它尺寸要求一般，表面粗糙度要求也不高。
3.5、零件加工方案
（1）零件卡具选择：
①数控车床上的常用夹具有：
三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖类、心轴类以及卡环类装夹。
②各夹具的特点及应用：
a、三爪卡盘定心好，但是夹紧力小，属于通用夹具，其优点是自动对中好。
主要适宜装夹规则的回转类零件，如外圆、三角、六角等。
b、四爪卡盘定心差，但是夹紧力大，需要多次调整找正。
其缺点主要是自动对中性差。
主要应用于非圆类零件
c、顶尖类径向定位好，主要用于细长轴类零件。
其分为活顶尖和死顶尖。
d、心轴装夹主要装夹薄壁套筒类零件。
e、卡环类装夹，主要装夹精度高的轴类零件，如套类零件且薄壁。
卡具使用目的：
由于使用夹具工件能迅速而准确地安装于夹具中的确定位置，夹具定位安装于机床的确定位置，因此，使用夹具加工时，能使工件迅速而准确地处于加工位置，这就是夹具在生产中得到广泛应用的主要原因。
一般来说，使用夹具的目的可以归纳为如下四个方面：
1）稳定地保证工件的加工质量，减少废品。
据资料介绍，发动机缸体上曲轴轴颈的几个轴瓦孔的同轴度，若提高0.01mm，降低发动机的耗油量就很可观。
因此，近年来，各国都十分重视对夹具设计制造精度的研究。
2）使用夹具可以提高生产率，此外生产中大量专用夹具的采用还为生产过程的机械化和自动化创造了前提，为机械手和机器人的使用提供了条件。
3）使用夹具可以扩大机床的工艺范围。
4）使用夹具可以改善操作者的劳动条件。
③夹具的选择
由于此次产品加工属于单件加工，并且零件是圆柱回转体零件所以选用三爪卡盘装夹。
但考虑到加工中的一些工序的加工方便和满足零件的精度要求，还有为了便于在四轴加工中心上加工六方，因此我们自制了一个工装夹具---心轴。
（2）机床选择：
考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。
根据加工零件的外形和材料等条件，选用CK160数控机床。
机床基本参数：
零件加工的机床选择CK160数控车床，30°斜床身，适应中小零件及长轴加工，配自动排屑装置，系统采用FANUC0i系统。
机床型号：
CK160加工范围最大旋转直径350㎜，最大加工直径160mm，最大加工长度400mm，转速范围200-5000r/min，主电机功率5.5kw，刀具夹持方式为砖塔，刀架刀具数量8；X轴行程160mm，快速移动16m/min，伺服电机功率1.2kw；Z轴行程450mm，快速移动20m/min，伺服电机功率1.2kw。
选用的机床能够满足零件的加工。
（3）定位基准选择
定位基准分为粗基准和精基准。
1精基准选择：
选择精基准应考虑如何保证加工精度和装卡可靠方便，一般遵循以下原则:
基准重合原则；基准统一原则；互为基准原则；自为基准原则；准确可靠原则。
2粗基准选择
粗基准选择应遵循以下原则:
为了保证重要加工表面加工余量均匀，应选择重要加工表面作为粗基准；为了保证非加工表面与加工表面之间的相对位置精度要求，应选择非加工表面作为粗基准；如果零件上同时具有多个非加工表面时，应选择与加工面位置精度要求最高的非加工表面为粗基准；有多个表面需要一次加工时，应选择精度要求较高，或者加工余量最小的表面做为粗基准；粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次；选择粗基准的表面应平整光洁，有一定面积，无飞边、浇口、冒口，以保证定位稳定、夹紧可靠。
根据工件的外形，采用工件的左端面和毛坯外圆作为定位基准。
（4）零件加工切削液选择
①由于在切削过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热---切削热。
切削热被工件吸收9%~30%，切屑吸收50%~80%，刀具吸收4%~10%，其余又周围介质传出。
②由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。
如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏---造成“烧刀”的现象。
为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的要求。
③在生产过程中我们常使用水溶液、乳化液、切削油来冷却、润滑、清洗。
从毛坯材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。
并且乳化液还具有冷却、润滑、防锈的作用，价格便宜，应用广泛。
所以，喷头进水管的加工时冷却液我选择乳化液。
（5）零件加工刀具选择
不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。
在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片。
反之，在机床刚性和功率小、小余量、精加工应选用刀尖角较小的刀片。
刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面粗糙度和加工精度，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径的80％。
通常对于小余量、小进给量车削加工应选用小的刀尖圆弧半径，反之，应选用大的刀尖圆弧半径。
产品名称或代号
零件名称
典型轴
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
硬质合金93度外圆车刀
1
粗、精车外圆
2
T02
硬质合金95度内孔车刀
1
粗、精车内孔
左偏刀
3
T03
硬质合金45度端面车刀
1
粗精车端面
4
T04
55度硬质合金外螺纹车刀
1
车螺纹
5
T05
∅8㎜立铣刀
1
铣六方
（6）切削用量的选择
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，
该零件的切削用量如下表：
表3-3切削用量选择
主轴转速s/（r/min）
进给量f/（mm/r）
背吃刀量ap/mm
粗车外圆
1000
0.1
1.5
精车外圆
1000
0.05
0.2
车螺纹
1000
1.5
0.2
（7）工步划分和加工余量选择
该零件在数控车床上分三次用三爪卡盘装卡加工。
第一次装卡加工工序为：
①车端面
②粗车Ø57±0.1外圆，留0.2㎜加工余量
②粗车内锥孔留0.2㎜加工余量
③精车内锥孔至尺寸
第二次装卡加工工序为：
①车端面，保证总长度56㎜
②外圆Ø57粗加工，留0.2㎜精加工余量
②内锥孔粗加工，留0.2毫米精加工余量
③内锥孔精加工至尺寸
第三次装夹加工工序：
（使用专用夹具）
①外轮廓粗加工，留0.2㎜余量
②精加工外轮廓
③加工管螺纹
在四轴加工中心上的加工工序：
粗、精加工六方至尺寸要求
3.6、零件加工工艺卡
综上所述，进水管的加工工序卡拟定如下：
工序号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速/（r·min-1）
进给速度/（m·min-1）
被吃刀量/㎜
1
车端面
T03
45°外圆车刀
1000
100
1
2
粗车Ø57±0.1外圆
T01
93°外圆车刀
1000
100
1
3
粗车内锥孔
T02
95°内孔车刀
1000
100
1
4
精车内锥孔
T02
95°内孔车刀
1000
60
0.2
5
调头，车端面
T03
45°外圆车刀
1000
100
1
6
粗车Ø57±0.1外圆
T01
93°外圆车刀
1000
100
1
7
粗车内锥孔
T02
95°内孔车刀
1000
100
1
8
精车内锥孔
T02
95°内孔车刀
1000
60
0.2
9
使用专用夹具，粗车外轮廓
T01
93°外圆车刀
1000
100
0.5
10
精车外轮廓
T01
93°外圆车刀
1000
60
0.2
11
加工管螺纹
T04
55°外螺纹刀
1000
80
2.309
12
在四轴加工中心上加工六方
T05
∅8㎜立铣刀
1000
200
0.5
3.7、数控加工程序
数控编程方法有手工编程和自动编程两种。
对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。
手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。
它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。
零件加工坐标原点设置如下图：
第一次装夹加工程序单
O1
G21；
T0303；
S1000M03；
G0X100.Z150.；
G0X65.Z3.；
G94X18.Z0.F100.；
G0X100.Z150.；
T0101；
G0X62.Z3.；
G90X59.Z-20.F100.；
X58;
G0X100.Z150.；
T0202；
G0X20.Z3.；
G71U1.R1.P1Q2X-1.Z0F100S1000；
N1G1X39.7F60.；
X22.Z-35.；
Z-40.；
X20.；
N2G40G1Z3.；
G70P1Q2；
G0X100.Z150.；
T0200；
M30;
程序号
端面车刀
快速到换刀点
车端面
换1号刀外圆车刀
车外圆至Z=-20点
换2号刀内孔车刀
粗精车深度为35mm的
至
之间的锥孔和
的圆孔
返回换刀点
程序结束
第二次装夹加工程序单
O2
G21
T0303
S1000M03
G0X100.Z150.
G0X72.Z10.
G81X-4.Z2.F100
Z1.
Z0
G0X100.Z150.
T0202
G0X20.Z3.
G71U1.R1.P1Q3X-1.Z0.1F100
G41Z0.
X22.Z-17.
N2G40X20.
G01Z3.
G0X100.Z150.
T0200
M30
程序号
3号刀端面刀
至换刀点
车端面，保证总长
换2号刀内孔车刀
粗精车
至
之间的锥孔
返回换刀点
程序结束
第三次装夹加工程序单
O3
G21
T0101
S1000M03
G0X100.Z150.
G0X62.Z3.
G71U1.R1.P1Q2X1.Z0.1F100S1000
N1G1X47.2F80;
G42Z0.
X47.7Z-20.
Z-52.5
X57.Z-54.
Z-58.
G0X100.Z150.
T0404
S400
G0X50.Z5.
G92X47.43Z-21.I-0.845F2.309
X47.
X46.7
X46.4
X46.1
X45.8
X45.5
X45.2
X45.
X45.
X45.
G0X100.Z150.
T0400
M30
程序号
1号外圆车刀
粗精车外圆至零件图纸尺寸要求
返回换刀点
换4号
的外螺纹刀
车螺纹
返回换刀点
程序结束
四轴加工中心加工程序单
O4
G54G90G21G40G80G69G17
M3S1000
M06T05
G0Z50.
#1=0
G0X24.Y30.0
WHILE[#1LE360]
G0A#1
G0Z-3.
G91G1Y-60.F200
X4.
Y60.
X3.
Y-60.
G90G0Z10.
#1=#1+60.
END1
G91G28Z0
M30
程序号
程序初始化
换5号刀
立铣刀
宏程序加工六方
程序结束
第四章毕业设计心得
伴随着毕业的日子临近，毕业课题设计亦近尾声。
经过近两个月的努力，在老师和同学的帮助下，我完成了一份虽完整却并不完美的毕业设计。
毕业设计，是对我们大学三年里所学的专业知识的一个总结和综合应用。
通过此次毕业设计，我不仅巩固了自己所学过的专业知识，还认识了自身某些方面的不足，使自己在一定程度上得到了提高。
由于此次的设计课题-大空间旋转喷头，是自己不曾了解过的，所以需要通过查阅一些书籍资料或者通过上网了解其相关的知识，由此我也补充学习了一些新的知识。
此次毕业设计对我来说，从课题的选择到设计的最终完成，每一步都是一个挑战，同时每完成一步，对自己来说，都是一次进步。
在我这次的设计中，我主要完成的是对旋转型消防喷头加工设计。
通过对零件图纸的分析，了解零件的结构及其应用，我选择了合适的毛坯、加工机床及其装卡方案和卡具进行了选择。
对零件进行三维造型，通过分析其精度的要求，分析零件的结构尺寸，制定合理的加工工艺，选择合适的刀具、转速、背吃刀量、进给速度和切削液。
由于零件有一定的精度要求，在设计过程中，需要考虑将加工分为粗精车加工，控制每次加工的余量，以便保证零件的尺寸精度要求。
同时，在设计过程中，要考虑，基准的选择，遵循基准选择的基本要求，保证加工尺寸的准确性。
在毕业设计过程，我也发现了一些不同数控操作系统在数控编程上的问题，举个简单的例子，如:
就拿数控车床来说吧，华中系统的轴向粗车循环指令为G80，径向粗车循环指令为G81，车螺纹循环指令为G82，而Fanuc系统的粗车循环指令为G90，径向粗车循环指令为G94，车螺纹循环指令为G92。
因此我们在使用自动编程，在正式加工过程中，应该注意自己使用的代码是否符合操作系统要求，以免出现加工错误。
以上便是我的个人心得，我明白一个道理：
知识必须通过应用才能实现其价值！
在此，我非常感谢卢老师，是他在给我耐心、细致的指导，教给了我很多专业知识。
在他的帮助下，我才顺利完成了自己的毕业设计。
参考文献
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3张梦欣.数控机床编程与数控操作.中国劳动社会保降障出版社，2005
4李华.机械制造技术.北京高等教育出版社，2005
5娄锐.数控机床.大连理工大学出版社，2006
6李华志.数控加工工艺与编程.清华大学出版社，2005
7孙学强.机械加工技术.机械工业出版社，2003
8王维.数控加工工艺及编程.机械工业出版社，2001
9陈日曜.金属切削原理（第二版）.机械工业出版社，2002
10陆剑中.金属切削原理与刀具.机械工业出版社，2001
附录中英文翻译
数控技术发展趋势
1、国内外数控系统发展概况
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒
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