齿轮泵前盖的数控加工和三维造型.docx

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齿轮泵前盖的数控加工和三维造型

第一章前言

1.1课题背景及其意义

数控技术是工业自动化的一门基础技术，在工业生产中越来越得到广泛的应用。

数控机床问世以来，数控技术大幅度推进了制造技术与制造业的发展，数控技术应用课程在我国已成为各大院校机电类专业的主要专业课程之一。

数控技术是一门综合性专业技术，涉及到设计、工艺、机床、刀具、夹具、材料、数字控制、电机、检测等等。

特别是CAD/CAM一体化技术、FMS、CIMS、它们是集设备、信息、物流、能量流与一体的综合的自动化设计与制造系统，而是一门综合设计、工艺、制造及自动控制的多学科交叉型的科学技术。

数控机床和加工中心是典型的机电一体化产品，同时又是用于产品制造的机电一体化生产设备。

随着计算机技术的飞速发展和广泛应用，机械制造业正在发生着一场深刻的技术革命，这场革命从根本上改变了生产技术和管理技术，传统的生产设备和方法已逐渐被计算机控制的各种系统所取代，数控加工中心正以其强大的加工功能在现代机械制造业中扮演重要的角色。

我国正在成为世界的制造大国，需要大量具备扎实理论基础和实践知识的专门人才，因此，我们不能只满足于现有较低水平的数控技术课程实践现状，需要结合设计自动化，使加工过程自动化在数控技术课程实验中得到更多的体现。

1.2机械制造工艺在经济建设中的作用

机械制造工艺是研究如何科学地、最优地生产和使用各种机械装备，研究在机械制造中优质、高产、低消费的生产和使用机械装备的原理和方法的一门课程。

机械制造过程中所涉及的问题极为广泛，本课程一般仅讨论机械冷加工、机械装配及机床设备等方面的问题。

通过本课程的学习，使学员在机床设备方面能对典型机床的工作原理、传动系统、典型机构、工艺特点、应用范围等技术要求，有一定的应用能力和分析能力，对数控机床较先进设备亦有一定的认识和了解。

在机械制造工艺方面能懂得其基本理论及各类零件的加工方法；能选择毛坯确定加工余量，计算工序间尺寸和公差；能根据图样及生产纲领制定出高产、优质、低消费的零件机械加工工艺规程和部件、设备的装备工艺规程；能对复杂及精度教高的零件、部件在加工中出现的关键问题进行分析，并提出合理的工艺措施。

从而为学员在今后解决生产中的技术难题，新产品的装配、调试，新工艺、新技术的应用和推广，打下必要的机械制造工艺与设备方面的专业知识基础。

1.3可行性分析

（1）在大学二年的课程中学习了机械制图、计算机辅助设计、机械设计、数控编程及其制造等专业知识，在理论知识上为完成本次纺织机械加工工艺分析打下结实的基础。

（2）通过平时自己平时学习和假期中的强化，能够很熟练的使用AUTOCAD的二维制图、CAM的三维造型等绘图软件方便的完成本次实验。

（3）机械工程系现拥有多台高中低档数控机床，虽然很多是教学型数控设备，多以数控手工编程加工为主，但方便学生熟悉使用，并提供铝材、钢材供学生加工，在学校期间的加工中心实训完成为本次机械加工工艺的分析积累了一定的实际经验。

（4）在学校的图书馆中拥有大量的相关书籍、资料可供学生使用，帮助学生完成项目。

（5）学生在制造实验课程开始前，已经学习了机械原理与设计，机械制造工程原理，计算机辅助机械设计等课程，在理论知识上已经具备了相应的基础，因此对学生实践环节也提出了更高的要求。

这个系统目的就是为学生提供一种可以自己动手完成实验，综合应用所学知识和技能的环境。

（6）机械工程系的教师长期从事机械加工工艺方面的教学和实践工作，有着扎实的理论知识和实践动手能力，完全可以服务于实验课程，指导学生完成实验项目。

第二章课题研究

1．齿轮泵前盖的零件图分析和加工过程

在此我们来分析一下图：

A基准是用来测量与其有关的尺寸如125定位，孔为10的盲孔等尺寸的位置度。

B基准是端面基准如相关尺寸52、26、31；C基准是同轴圆的基准；D基准是孔为90的端面；

我们只有认真的分析完图纸，知道哪些部位要加工及这张图的定位基准是什么，还有这个零件的加工精度要求为多高，我们才能确定用什么机床来加工及加工工艺是什么。

（1）表面粗糙度的具体要求

表面粗糙度要求是保证零件表面微观精度的重要要求。

对于切削加工，它是合理选择机床、刀具及切削用量的重要依据；

从图形中可得，此零件用的是铸件的材质，右端面和螺纹孔的表面粗糙度为3.2，还有Φ28的孔的表面粗糙度为1.6。

表面粗糙度要求是保证零件表面微观精度的重要要求。

对于切削加工，它是合理选择机床、刀具及切削用量的重要依据。

（2）尺寸公差要求

分析零件图样上的尺寸公差要求,以确定控制其尺寸精度的加工工艺,如刀具类型及其几何角度的选择及确定切削用量等。

此图中尺寸公差表现在多个方面，是2-Φ28的盲孔，最大值为28.021，最小值为28；2-Φ10的螺纹孔，最大值为10.015，最小值为10；Φ38孔的最大值为38.039，最小值为38；Φ40的孔最大值为40.025，最小值为40。

在该项分析过程中，还可以同时进行一些编程尺寸的简单换算。

如将标注有公差要求的尺寸取其中值（即最大极限尺寸与最小极限尺寸的平均值）作为编程的尺寸依据等。

（3）形状和位置公差要求

图样上给定的形状和位置公差是保证零件几何精度的重要要求。

分析此项要求，便于确定其定位基准和检验基准，并尽量使它们与设计基准一致，还可以根据加工需要进行一些技术性处理，以有效地控制其形状和位置误差。

在数控机床切削加工中，零件的形状和位置误差，除装夹定位误差外，主要受机床主体机械运动副的精度影响，一般不能通过工艺处理环节给予解决。

因此，在加工前了解其机械运动副的精度状况是十分必要的。

在左视图上我们可以看到零件的同轴度要求为Φ0.05和端面与基准面B端面的平行度要求为0.03。

2制定加工方案和加工工艺

（1）方案

该零件的上下表面和几个孔的要求很高，而且多次换刀，对工件的精度会造成一定的影响，所以要找出合理的加工方案就是，先在普通铣床上先粗精铣上表面和加工定位槽，因为外形和定位槽它们的加工精度要求相对而言比较低，再把工件放到数控铣床上面加工其余的孔，它的主要装夹方式是，用双头螺栓，放在梯形槽里，和四个直径是18的键槽相配合，并且工件的底部要放下两个垫片使工件底部悬孔便于加工孔。

1．用Φ80的面铣刀铣上表面，Z下刀-0.25，这是第一把刀，S1500，F100

2．用Φ16的立铣刀加工外形，Z下刀-53，这是第二把刀，S1000，F80

3．用Φ16的立铣刀刀精加内形，Z下到-53，同一把刀，S2000，F150

4．用Φ28的镗刀，加工Φ28的孔，Z下到-26，S800，F50。

5．用Φ4的中心钻点钻，2-Φ10的孔和4个螺纹孔，Z下到-2，S2000，F80

6．用Φ9.5的钻头，加工2-Φ10的孔和4个螺纹孔，Z下到-30，S800，F50

7．用Φ10的铰刀，加工2-Φ10的孔和4个螺纹孔，Z下到-30，S200，F50

8．用Φ4.6的键槽铣刀走深为2.7的凹槽，Z下到-2.7，S800，F100

9.用Φ4的键槽铣刀走深为2.75的凹槽，Z下到-2.7，S900，F150

10.反转工件专用夹具装夹铣平面到尺寸52，Φ80的面铣刀走刀

11．用用Φ16的立铣刀刀精加内形到Φ38，Z下到-14，，S8000，F150

12．用Φ40的镗刀，加工Φ40的孔，Z下到-6，S800，F50。

（2）加工工艺

数控机床的加工方案包括制定工序、工步及先后顺序和进给路线等内容。

在数控机床的加工过程中，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、批量等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应对具体零件制定加工方案时，应具体分析并区别对待，灵活处理。

只有这样，才能使加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。

常用加工方案：

1）先粗后精

这是数控机床与普通机床都采用的方案，目的是为了提高生产效率并为保证零件的精加工质量做准备。

主要过程是先安排较大切削深度及进给量的粗加工工序，以便在较短的时间内将精加工前的大量余量去掉。

2）先近后远

这里所说的近和远，是按加工部件相对与起刀点的距离而言的。

在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离起刀点近的部件先加工，远的部件后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。

对于车削加工，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。

3）先内后外

对于车、铣及线切割机床加工特别适宜先内后外的加工方法。

对既要加工内后加工外形表面。

这是因为控制内表面的尺寸和形位精度等均较困难，刀具刚性相应较差，刀尖或刀刃的使用寿命受到切削热的影响而降低，以及在依据加工内容，所选机床确定定位夹紧方案。

3.机床的选择

选用加工中心或数控铣床

加工中心虽然加工柔性比普通铣床优越，而且能够加工更加复杂的曲面等工件，但单就某一种普通零件的生产效率而言，与普通铣床还存在一定的差距。

因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

4、选择切削用量

1．钻削用量

（1）背吃刀量ap

取ap＝4.25mm。

（2）主轴转速

取S＝750。

（3）进给速度

取vf＝110mm/min。

2．φ16mm铣削用量

（1）主轴转速

，取vC＝20m/min。

∴

（r/min），取S＝400。

（2）进给速度

φ16mm高速钢立铣刀为3刃，

fZ＝0.005×Dc＝0.005×16＝0.09

∴vf＝fzzS＝0.09×3×400＝108，取vf＝100mm/min。

3．φ12mm铣削用量

（1）背吃刀量ap

由于刀具材料为高速钢，工件加工深度为22mm，取ap＝22mm。

（2）主轴转速

取S＝530。

（3）进给速度

取vf＝80mm/min。

4．镗削用量

（1）镗削背吃刀量

取镗削的背吃刀量为0.1mm。

（2）主轴转速的确定

取硬质合金单刃镗刀的切削速度为150m/min。

＝

（r/min），取S＝1200。

（3）镗削进给速度的确定

取镗削时的进给量为0.05mm/r。

vf＝fS＝0.05×1200＝60（mm/min），取vf＝60。

5．加工路线

理想的加工路线不仅可以加工出合格的产品同时也能使数控机床得到合理的利用和充分的发挥，而要实现这一原则必须实现这两个原则，一保证精度原则，二提高生产效率原则。

下面是我的加工走刀路线：

用∮80的铣刀铣工件的上表面-----然后用∮4的键槽铣刀铣椭圆跟曲线槽----做∮28的通孔和∮28的盲孔----做2-∮10的通孔和4-∮10的螺纹孔；

反转工件镗∮40的孔。

第三章定位基准的选择和夹紧方案的确定

3.1定位基准的选择

在设计机床夹具前首先要确定合理的定位基准，就本工序来说要注意到以下几点：

定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减小定位误差，获得最大的加工允差，降低夹具制造精度。

当定位基准和工件基准或是设计基准不重合时必须进行必要的加工尺寸及允差换算；应选择工件上最大的平面，最长的圆柱面或是圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠；在选择定位元件时，要防止出现超定位现象；在工件的各加工工序中，力求采用同一基准，以避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度；当铸件以毛坯面做为第一道工序时的基准，应选用比较光整的表面做基准面。

出于对以上几点的考虑，决定用以下方式定位：

铣缸盖顶面时以铸造出来的3个定位面（p1,p2,p3）为粗基准来铣顶面，因为这三个面同时也是工艺基准，所以满足减小定位误差获得最大的加工允差的要求，满足了设计的需要；铣底面时则以上工序粗铣出来的顶面为粗基准来铣底面，同样也是定位基准与工艺基准重合，也满足了本工序的设计需求。

3．2夹紧方案的确定

虽然该零件的各个部件的尺寸精度要求都很高，但部分基本都在零件的上表面，所以在去处了零件四周的余量后，可以在数控机床上用组合夹具固定住，因为下面的加工工序都可以完成，所以主体部分只要装夹二次就可以全部完成了。

a）确定夹具类型。

可以使用组合夹具紧零件。

b）确定工件定位方案，选择相应的定位装置。

该工件的定位尺寸精度并不是很高，所以相对要求较低，有八个通孔和两个盲孔和四个小型腔是由Φ18的通孔来确定定位的，其他的待工件四周尺寸确定后再用其定位。

c）确定夹紧方式，选择夹紧装置。

加工工件的上下表面时夹紧工件的左右面，加工工件的左右面时夹紧工件的上下面；当加工工件的主体内容时夹紧工件的上下表面。

夹紧装置选择组合夹具。

先用平口钳夹两个平行的侧面，粗精铣上端面；

图、平口钳

端面做好后，反过来使用专用夹具，如图

（专用夹具）

第四章、选择刀具和工艺卡片

合理选择数控加工用的刀、夹具，是工艺处理工作中的重要内容。

在数控加工中，产品的加工质量和劳动生产率在很大程度上将受到刀、夹具的制约。

虽其大多数刀、夹具与普通加工中所用的刀、夹具基本相同，但对一些工艺难度较大或其轮廓、形状等方面较特殊的零件加工，所选用的刀、夹具必须具有较高要求，或需作进一步的特殊处理，以满足数控加工的需要。

一般优先采用标准刀具，必要时也可采用各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。

此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具，整体硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。

刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。

数控加工所用刀具在刀具性能上应高于普通加工所用刀具。

所以选择数控加工刀具时，还应考虑以下几个方面：

①切削性能好数控加工能采用大的背吃刀量和高速进给，刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。

同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。

②精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。

如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm等。

③可靠性高要保证数控加工中不会发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。

④耐用度高数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。

⑤断屑及排屑性能好数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样，能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的顺利、安全运行，所以要求刀具应具有较好的断屑和排屑性能。

常州轻工职业技术学院

数控加工工艺卡片

产品型号

零件图号

产品名称

齿轮泵前盖 

零件名称

齿轮泵前盖

材料牌号

铸件

毛坯种类

QT300

毛坯外形尺寸

150×110×50

备注

工序号

工序名称

设备名称

设备型号

程序编号

夹具代号

夹具名称

冷却液

车间

2

   粗铣平面

数控铣床

平口钳 

%3~%5乳化液 

工

步

号

工步内容

刀

具

号

刀具

量具及检具

主轴转速

（r/min）

切削速度

（m/min）

进给速度

（mm/r）

背吃刀量

（mm）

备注

1

粗铣四个立面留余量0..5mm

T02

Φ16立铣刀

游标卡尺

500

24

0.2

2

精铣立面至尺寸

T02

Φ16立铣刀

游标卡尺

800

20

0.15

3

粗铣A平面

T01

Φ100面铣刀

游标卡尺

500

24

0.15

4

精铣A面至尺寸

T01

Φ100面铣刀

游标卡尺

800

20

0.10

编制

审核

批准

共页

第页

刀具卡片

常州轻工职业技术学院

数控加工刀具卡片

产品型号

零件图号

0

产品名称

齿轮泵前盖 

零件名称

齿轮泵前盖泵体

材料牌号

铸件

毛坯种类

QT300

毛坯外形尺寸

150×110×50

备注

工序号

工序名称

设备名称

设备型号

程序编号

夹具代号

夹具名称

冷却液

车间

3

  铣型腔

数控铣床

平口钳 

%3~%5乳化液

工

步

号

工步内容

刀

具

号

刀具

量具及检具

主轴转速

（r/min）

切削速度

（m/min）

进给速度

（mm/r）

背吃刀量

（mm）

备注

1

粗铣上平面

T01

Φ100面铣刀

游标卡尺

800

24

0.5

2

精铣上平面

T01

Φ100面铣刀

游标卡尺

500

30

0.5

3 

点Φ10的孔 

T07 

Φ5中心钻 

游标卡尺 

500 

30 

 0.5

 4

钻Φ9.5的通孔 

T08 

Φ9.5麻花钻 

游标卡尺 

500 

30 

0.5 

 5

铰Φ10的通孔 

 T09

 Φ10铰刀

游标卡尺  

500 

30

0.5

审核

批准

共18页

第1页

常州轻工职业技术学院

数控加工刀具卡片

产品型号

零件图号

产品名称

齿轮泵前盖  

零件名称

齿轮泵前盖 

材料牌号

铸铁

毛坯种类

QT300

毛坯外形尺寸

150×110×50

备注

工序号

工序名称

设备名称

设备型号

程序编号

夹具代号

夹具名称

冷却液

车间

3

铣型腔

平口钳 

 %3~%5乳化液

工步号

刀具号

刀具名称

刀具型号

刀片

刀尖半径

（mm）

刀柄型号

刀具

补偿量（mm）

备注

型号

牌号

直径/mm

刀长mm）

1

T01

Φ100面铣刀

DSG45-5100-32R

SGSN1504AZN-44

CX90

50 

BT40-M1-45

100

实测

2

T04

Φ9.5麻花钻

2

4

3

T06

Φ10铰刀

6 

12

实测

4

T07

Φ5中心钻

2.5 

 5

实测

第五章程序的编制

----程序的过程

程序编制主要分为手工编程和自动编程两类。

在此我们研究一下手工编程，在手工编程工作中，需要由人工完成的大量工作有：

零件图样分析，制定工艺方案，画计算分析图、列算式并进行数值计算，填写加工程序单，手工穿制数控纸带及程序校验等。

具体过程如下：

1、图样分析（参照第二章）

2、辅助准备

辅助准备就是我们在做这个工件前，我们要把铸件及时运到，要确定好用什么机床进行加工，用哪些刀具加工，还有这些任务分给谁加工，具体的加工时间等都要我们提前做好的工作。

3、加工工艺的制定

4、数值的计算

数值的计算实际上就是尺寸分析与作图、选择计算方法、数值计算、对误差的分析与计算等。

数值的计算除了用一些三角函数、等角转换、直线差补等一些数学方法，还有一个简单而直接的方法就是通过在CAD图中直接标注从而获得坐标尺寸。

现举例说明如下图所示，箭头处圆弧的圆心坐标值及过度圆弧的一些节点的计算比较烦琐难以计算其坐标尺寸，在此我们用CAD中标注出尺寸，那么就省得我们烦琐的计算。

5、填写加工工艺单

在填写加工工艺单时，我们首先要确定客户、品名、材质、工序、编号等部队饿缺少的辅助资料，但尤其重要的是我们要确定哪些部分需要加工，那些部分不需要加工，在此我们要确定哪些尺寸是在这一道序里所必须的。

一定要做好每一个尺寸，不能遗漏，也不能多做，因为这就是操作工的指导书，因此填写正确的加工工艺单很重要。

、

6、制备控制介质

控制介质必须经过调试和实际切削运行后,才可以使用或保存。

通常使用的调试方法是在数控机床上不安装工件而让数控机床空运行，观察运动轨迹是否正确。

结论

通过这一个多月的毕业设计，使我对加工中心齿轮泵的加工过程有了一定的了解，我的任务是对该型号的齿轮泵程序编制和加工。

当一开始拿到图纸感觉比较地烦琐，所以开始的一段时间，我仔细在图纸上找与自己加工有关的地方，尽量弄明白，搞清楚整个加工的内容及工序，不明白的地方向指导老师和系里其他机械老师请教，尽量使自己在加工之前把整个图纸内容搞清楚，这样也有利于我整个加工。

经指导老师和朋友的一些提示让我的思路豁然开阔。

这对我的设计工作到了一定的推动作用，特别是在齿轮泵的工艺分析过程上王老师更是不断的加以指导和分析，通过老师的悉心指导和自己的认真学习，刻苦分析，查阅相关资料，最终做完了毕业设计。

根据图纸的具体要求，再结合我以前实际生产的经验，制定出一套加工的详细方案。

这次的毕业设计对我以后的学习和工作都很有帮助的，不仅是因为通过设计我们学到了很多原本不懂的东西，更是因为在设计中，我们遇到了很多的问题，老师又教会我许多不同的分析问题、解决问题的方法，这些经历将在我以后的人生道路上的助推剂。

参考文献

（1）王荣兴主编．数控中级工认证强化实训．北京：

高等教育出版社，2005

（2）张煜主编．机械制图．苏州；苏州大学出版社，2004

（4）扬黎明主编．机床夹具设计手册．北京：

国防工业出版社，1996

（5）赵长明，刘万菊主编．数控加工工艺及设备．北京：

高等教育出版社，2003

（6）许祥泰，刘艳芳．数控加工编程实用技术．北京：

机械工业出版社，2001

（7）孙德茂著.数控机床铣削加工直接编程技术.北京：

机械工业出版社，2004

（8）孟少龙主编.机械加工工艺手册.北京：

机械工业出版社，1992

（9）王志平主编.数控编程与操作.北京：

高等教育出版社，2003

（10）华茂发主编．数控机床加工工艺．北京：

机械工业出版社，2000

（11）苏春主编.计算机辅助设计.北京：

机械工业出版社，2004

致谢

常州轻工职业技术学院的王志平老师对本次的毕业设计的任务、要求、以及说明书的格式、章节的设置都提出了许多宝贵的修改和补充意见，在此谨致谢意。

并对本次毕业设计中的各位指导老师表示谢意以及本次设计中的所列参考文献的作者们表示真挚的谢意。

谢谢您们在本次设计对我的指导，让我在这一个多月的时间内学到了许多的知识，让我受益匪浅！

附录

铣面：

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

N104T1M6

N106G0G90X-

N108G43H1Z50.

N110Z10.

N112G1Z-2.F400.

N114X253.454F76.

N116G0Z50.

N118M5

N120G91G28Z0.

N124M30

点孔：

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

（TOOL-1DIA.OFF.-1LEN.-1DIA.-3.）

N104T1M6

N106G0G90X-26.02Y-

N108G43H1Z10.

N110G1Z-2.F1000.

N112G0Z10.

N