计算机辅助设计与加工四孔方形零件加工毕业设计.docx
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计算机辅助设计与加工四孔方形零件加工毕业设计
湖南有色金属职业技术学院
题目计算机辅助设计与加工
-----四孔方形零件加工
湖南有色金属职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
湖南有色金属职业技术学院
学生姓名:
学号:
011251509001专业:
机械设计与制造
1设计（论文）题目及专题：
计算机辅助设计与加工-----四孔方形零件加工
2学生设计（论文）时间：
自2011年9月1日开始至2014年5月28日止
3设计（论文）所用资源和参考资料：
〔1〕数控加工工艺学
〔2〕数控编程与加工
〔3〕Pro/Engineer2008入门指南
〔4〕AutoCAD2004
〔5〕金属材料与热处理
〔6〕数控机床编程与操作
〔7〕车工工艺、公差配合
4设计（论文）完成的主要内容：
〔1〕零件的pro/E造型
〔2〕零件的仿真与加工
〔3〕1#零件图1张，零件1件
5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：
〔1〕要求认真、独立完成毕业论文（设计）的写作
〔2〕要求按照学校规定的论文（设计）格式撰写论文（设计）
〔3〕要求及时同指导老师进行沟通，按步骤完成论文（设计）的写作和答辩工作。
6发题时间：
2013年11月20日
指导教师：
（签名）
学生：
（签名）
湖南有色金属职业技术学院
毕业论文（设计）评审表
姓名
性别
男
学号
院系
机电工程系
专业
数控加工技术
指导老师
刘艺群
答辩（或完成）日期
2010年5月29日
论文题目
计算机辅助设计与加工——四孔方形零件加工
[摘要]
随着科学技术的发展，普通机床越来越不能满足市场的需求。
其劳动的强度大，危险性高。
且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，因为数控机床可弥补普通机床的许多缺点，可实现加工精度高，多工序的集中化，自动报警，自动补偿，自动监控的功能。
机械制造业的快速发展。
企业急需大量掌握以数控加工技术为代表的先进制造技术方面的人才培养模式的构建是人才培养工作的基础。
文章以企业需求为目标。
初步构建了数控加工技术专业人才。
20世纪80年代引进的数控机床已进入故障高发期，发生故障后系统备件更换困难，利用西门子802ce对数控系统进行改造，使数控设备得以重新使用，投资少，且提高了效率，效果良好。
关键词：
改造；数控车床；质量控制;数控加工;西门子802ce
毕
业
论
文
评
语
建议评定等级：
指导老师签字：
年月日
评
阅
老
师
评
语
评阅老师签字：
年月日
答
辩
小
组
意
见
毕业答辩成绩：
签字：
年月日
注：
此表一式二份，与学籍表一起进入学员毕业档案
前言2
第一章零件造型及工程图3
1.1圆锥螺纹配合球面轴Pro/E造型设计的具体步骤3
1.2利用Pro/E制造的工程图8
1.3工程图尺寸标准10
第二章数控加工工艺11
2.1零件图纸及加工方案的工艺分析11
2.1.1加工工艺分析11
2.1.2工序的划分原则13
2.2削刀具及切削用量的选择15
2.2.1常见的车刀种类和用途15
2.2.2切削用量的确定16
2.2.3进给路线的选择16
2.3数控车削加工中对刀点、换刀点的确定17
2.4数控加工技术卡片18
2.5金属切削的基本规则19
2.6数控加工的特点及内容20
第三章数控加工及仿真21
3.1零件的编程21
3.2球面轴的加工工艺23
3.3仿真模拟加工27
3.4产品的质量分析31
3.5零件实体照片32
后记33
参考文献34
致谢35
前言
随着人民生活水平的不断提高，对物质的需求的多样化越来越高，产品的更新换代越来越快。
传统的机械制造工业已经不能够满足多品种、小批量的自动化，人们迫切需要一种灵活的、通用的、而且能够适应产品频繁变化的柔性化机床。
在现代社会主义市场经济和现代加工技术的迅速发展，社会及企业对技能人才的知识与技能结构提出了更新、更高的要求，其数控设备也有了很大的进步。
在这种背景下，数控机床便应运而生，给机械制造工作者带来了新的曙光；为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工的新手段。
根据国家标准GB/T8219—1997应用数字信号来实现控制的装置叫数字控制，简称数控。
自1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为社会奠定了基础。
经过六年后的研究，即在1952年在美国诞生了第一台数控机床。
问世后，数控系统不断的革新，经过两个阶段的六代的发展，逐步实现了数控的各种优越的特点。
数控加工的特点：
能加工轮廓形状特别复杂零件，能加工超精度零件，减轻劳动强度，较大的提高生产效率等。
在本次设计编写过程中，秉着以实际操作经验与理论相结合的原则，充分简述数控车削零件的加工工艺，参数计算，规程制定，加工操作和质量分析等。
本次设计的内容工四章，在设计过程中运用了Pro/Engineer2001、AutoCAD、上海宇龙仿真等软件还结合了《数控加工工艺》、《车工工艺学》、《数控机床编程与操作》、《现代工程图学》、《金属材料与热处理》、《公差与配合》等多方面的知识，同时也实现了设计与加工在现今社会的广泛性与实用性。
第一章零件造型及工程图
1.1四孔方形的Pro/E造型设计的具体步骤
设计的完成步骤如下:
通过Pro/e特有的造型特征,按拉伸,旋转切割等步骤完成.具体步骤如下:
第一步:
创建基础圆柱（拉伸Extude）即毛坯
图1.1图1.2
首先打开Pro/e软件/File（文件）/New（新建）/如图1.1所示/Par（零件）/Solid（实体）/确定/如图1.2所示/Name（零件名）/Ok（确定）/Menumanager（菜单管理器）/Part（零件）/Feature（特征）/Create（创建）/Solid（实体）/Protrusion（加材料）//Solid（实体）/Done（完成）/Oneside（单侧）/Done（完成）/选择正确的绘图平面/SetupNew（新设置）/Okay（正向）/SetupNew（新设置）/Default（缺省）/Close（关闭参照管理器）/进入草绘平面，画一个100X00的矩形，如图1.3所示/√/长度100/Done（完成）/输入深度值13/√/确定如图1.4所示
图1.4
第二步：
创建第一个切割实体特征。
首点上表面画出所需要是的基本尺寸90，再画倒角在倒圆狐连接左端图1.5所示/√/回车在拉伸10如图1.6
图1.5
图1.6
首先Menumanger（菜单管理器）/Part（零件）/Feature（特征）/Create（创建）/Solid（实体）//进入草绘平面，/创造一个矩形/修改尺寸/Done（完成）如图1.6//Done（完成）/SetupNew（新设/进，图1.7/√/360/回车，切入深度5，如图1.8所示
图1.7
图1.8
首先Menumanger（菜单管理器）/Part（零件）/Feature（特征）/Create（创建）/Solid（实体）/进入草绘平面，/画出孔的外轮廓10√/如图1.9所示，确定/，回车如图1.10所示
图1.9
图1.10
第五步
确定完成造型设计
图1.11
1.2利用Pro/E绘制工程图
本次设计的工程图借助计算机辅助设计软件Pro/E中的Drawing（绘图）模块利用先前的3D图形自助生成工程图,在Pro/E中编辑工程图。
1、创建新文件
File文件→New（新建）→在New新建对话框中的Type（类型）选项中选择Drawing（绘图）→在Name（文件名）中输入文件名→取消usedefaulttemplane（使用的缺省模块）→OK（确定）如图1.23所示→在出现对话框中Browse（浏览）/输入所创建的3D文件名liuyuzhong22.prt（圆锥螺纹配合球面轴）→Specifytemplane（指定模块）→Empty（空）→Orientantion（定位）→选择横向→Size（图纸尺寸）→StandardSize（标准大小）→选择图纸A3→OK（确定）。
如图1.24所示
图1.23图1.24
2、创建主视图
View（视图）→AddView（增加视图）→General（一般）→FullView（全视图）→NoXsec（无剖截面）→Scale（比例）→Done（完成）→在绘图区的适当位置单击左键→输入比例值：
3，在定位对话框中：
Type（类型）选择OrientByReference（参考定位）→Reference1（参照1）→在视图中选择Top（水平面）→Reference2（参照2）→Right（侧面）→OK（确定），生成视图。
零件圆锥螺纹配合球面轴，为回转类零件，只需一个主视图即可以完整的表达，所以再此只需要绘制零件的主视图。
转成AutoCAD,在CAD面版上进行图形的修改。
如下图所示：
1.3工程图尺寸标
2、线性尺寸60±0.45（GB/T1804-1992）
3、形位公差标准（同轴度）（GB/T4249-1996）
5、图纸标准：
A3（GB/Y14689-1993）
6、标题栏标准：
（GB/Y106091-1989）
7、比例标准：
（GB/Y14690-1993）
8、图线标准：
（GB/Y1750-1998）
9、尺寸标注标准：
（GB/Y4458-1984）
10、表面粗糙度标准：
（GB/Y131-1993）
11、金属材料标准：
LY12（GB/T3190-1982）
第二章数控加铣工工艺
2.1零件图纸及加工方案的工艺分析
2.1.1加工工艺分析:
零件图工艺分析：
该零件表面由孔、圆弧、倒角、外轮廓及内轮廓组成。
其中多个直径尺寸精度和表面粗糙度等要求；尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料45钢，无热处理和硬度要求。
其加工过程中工出来，不需要在进行其他加工，一次性车削就可以到位。
1、给出编程方便的原则：
（1）标注尺寸换算:
图样上的尺寸基准与变成所需要的尺寸基准不一致是，应将图样上的尺寸基准、尺寸换算为编程坐标系中的尺寸，再进行下一步的数学处理工作。
（2）尺寸链的计算:
在数控加工中，除了需要准确的得到其变成尺寸外，还需要掌握控制某些重要尺寸的允许变动量。
1）图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，但要求保证零件的精度，故编程时全部取平均值。
2）为便于装夹，坯件预先用平口钳夹持下部分上端面也应可加工并允许打中心孔。
毛坯选φ100Xφ100X23mm方料。
3）确定加工顺序及进给路线加工顺序按由粗到精、由外到内。
2、工序：
（1）备料100X100X23。
（2）用精平口钳装夹。
（3）首先钻孔4XR10.在钻个中心孔
（4）先粗车外轮廓2XC5.2XR10。
90X90
（5）在粗车内轮廓60X60、4XR10
（6）精车内外轮廓
4、工艺分析：
方案一的优点：
工序明确，能够保证各个表面的精度要求，是一种很常用的加工方案，也是一种合理的方案其主要是轴类零件和套类零件，加工过程中不分开来做，而是采用配合形式进行加工。
方案二的优点：
既减少装夹又减少时间，容易夹坏工件。
加工调头找正较麻烦。
如果螺纹不加工就直接调头，这样的话加工的方案是错的，所以要在一次装夹中把螺纹加工好，这样既保证了零件的同轴度又可以为第二套工序做准备，加工球面采用螺纹圆锥配合后在加工。
总结：
经方案一和方案二比较，我选择了方案一进行加工我个人的零件。
2.1.2工序的划分原则
可采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。
1、工序集中的特点是：
（1）、有利于采用高效的专用设备和数控机床，可成倍提高劳动生产率。
（2）、减少了工件装夹次数，不仅保证了各加工表面间的相互位置精度，减少夹具数量和装夹工件的辅助时间，缩短了工艺路线，简化了生产计划和生产组织工作。
（3）、减少了设备数目，相应减少了操作工人和生产面积。
（4）、减少了工件安装次数，缩短了辅助时间，容易保证加工表面的相应位置精度。
（5）、专用设备和工艺装备较复杂，生产准备和投资都都比较大，转换新产品比较困难。
2、工序分散原则的优点是：
（1）、设备与工艺装备比较简单，调整和维修方便，操作简单，生产工人便于掌，容易适应产品的变换。
（2）、有利于选择最合理的切削用量，减少机动时间。
（3）、工艺路线较长，设备数目多，操作工人多，占地面积大。
方案一，采用工序集中原则。
优点：
1）提高生产效率。
2）减少工序数目，缩短工序路线。
3）减少工件装夹的次数，而且减少了夹具数量和装夹工件的辅助时间。
缺点：
1）工艺装夹投资大。
2）调整维修比较麻烦。
3）不利于转产。
方案二，采用工序分散原则。
优点：
工件装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易。
缺点：
工艺路线较长，所需设备较多。
总结：
经方案一和方案二比较，所以我采用工序集中原则加工此次的零件
3、具体零件的工序划分。
方案一按每一次换刀作为一工序划分。
第一工序：
1）车端面（一工步）
2）粗车M30x3-6g的外圆（二工步）
3）粗车圆锥（三工步）
4）粗车外圆（四工步）
5）粗车台阶（五工步）。
第二工序：
1）车端面（一工步）
2）精车M30x3-6g的外圆（二工步）
3）精车圆锥（三工步）
4）精车外圆（四工步）
5）精车台阶（五工步）。
第三工序：
切槽。
第四工序：
Ф48倒角C1。
第五工序：
车左前半段R15的圆弧
第六工序：
车圆弧左端的退刀槽
第七工序：
1）车左后半段R15的圆弧（一工步）
2）精车R15的圆弧（三工步）
3）Ф48倒角C1（三工步）。
方案二按粗精车作为工序划分。
第一工序：
车端面。
第二工序：
粗车M30x3-6g的外圆。
第三工序：
粗车圆锥。
第四工序：
车外圆。
第五工序：
车R15的圆弧。
第六工序：
切退刀槽
第七工序：
倒角C1
方案一的优点：
常规，通用，优先。
工序集中，工步较细。
并且以换刀作为一个工序，很方便。
方案二缺点：
不常用，工序工步很简单。
总结：
经上述所分析，本次我加工工件采用第一种方案，工序集中的原则。
加工路线：
首先倒角C2→粗车外圆到Ф30→车削外圆台阶到Ф36.17→车圆锥到Ф40→车外圆Ф40→车台阶到Ф48→车削外圆Ф48→单边倒角为1mm→切螺纹退刀槽→车螺纹的倒角C2→车削螺纹M30X3-6g。
2.2切削刀具及切削用量的选择
2.2.1刀种类和用途
现代机械制造中，绝大多数的零件制造都选择切削加工的方式，因此金属切削刀具是确保零件的精度和表面质量的关系因素，零件要达到较高的加工精度，切削刀具用量和刀具的选用也要根据刀具材料，切削力，切削热及切削温度对刀具磨损来选择。
车刀的简介和用途：
1、车刀是金属切削加工应用最广泛的刀具，它可以在各种车床上完成工件的外圆、端面、切槽、或切断以及车孔和螺纹等加工工艺，因此车刀和形状，结构尺寸等方面也就各不相同。
车刀按用途不同可分为外圆车刀，端面车刀，切孔刀，切断刀及螺纹车刀等。
车刀按切削部分材料不同，可以分为高速刚车刀，硬质合金车刀，陶瓷车刀等，本次设计采用的车刀有外圆车刀，切断刀，螺纹车刀。
2、任何车刀都是由刀头（刀片）和刀体两部分组成的。
刀头担负切削工作又叫切削部分，刀体用来装夹车刀。
刀头是由若干刀面和切削刃组成。
有以下几个：
〈1〉前刀面刀具上切削流过的表面
〈2〉后刀面分主后刀面和副后刀面。
与工件上过渡表面相对的刀面称为后刀面；与工件上已加工表面相对的刀具为副后刀面。
〈3〉切削刃前刀面和主后刀面的相对部分。
〈4〉副切削刃前刀面和副后刀面的相交部分。
〈5〉刀尖主切削刃和副切削刃的联结部分。
〈6〉修光刃副切削刃到尖处一小断平直的切削刃。
〈7〉前角前刀面和基面间的夹角。
〈8〉后角后刀面和切削平面间的夹角。
〈9〉主后角在副截面内测量的是副后面。
〈10〉主偏角主切削刃在基面上的投影与进给方向间的夹角
〈11〉副偏角主切削刃在基面上的投影与背离进给方向间的夹角。
〈12〉刃倾角主切削刃与基面间的夹角。
〈13〉楔角在主截面内前刀面与后刀面间的夹角。
〈14〉刀尖角主切削刃和副切削刃在基面上的投影间的夹角。
下图是一把普通车刀的结构图：
1前刀面2副刀刃3刀尖4副后刀面5主刀刃6主后刀面
2.2.2切削用量的确定
1、切削用量包括切削深度（被吃刀量）、主轴转速（切削速度）、进给量。
对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。
2、合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削用量手则，并结合经验而定。
（1）切削深度αp（mm）或被吃刀量主要根据机床、夹具、刀具和工件的钢度来决定。
在钢度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产效率。
在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般取0.5～0.8mm。
（2）主轴转速n（r/min）主要根据允许的切削速度选取。
（3）进给量f或进给速度它是数控加工切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
本次设计采用粗车转速为600r/min，进给速度为50mm/min,精车转速为1000r/min,进给速度为25mm/min精车余量为0.5mm，外圆加工Ra1.6，其余为Ra3.2。
车槽转速为320r/min，进给速度为30mm/min，螺纹车削转速为400r/min。
2.2.3进给路线的选择
1、进给路线是指数控加工过程中刀具刀位点相对于零件运动的轨迹。
加工路线的合理选择非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。
进给路线不但包括加工工艺内容，也反映出各工步顺序。
进给路线是编写程序的依据之一，因此，在确定进给路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的进给路线画上去（包括进退路线），这样可带来不少方便。
确定加工路线的原则主要有以下几点：
（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较低。
（2）使数值计算简便，以减少编程工作量。
（3）应使加工路线最短，这样既减少程序段，又可以减少空刀时间。
2.3数控车削加工中对刀点、换刀点的确定
1.对刀点
对刀点是指在数控车床上加工零件时,刀具相对于零件运动的起点.由于程序从该点开始执行,所以对刀点称为“程序起点”或“起刀点”.对刀点可选在零件上,也可选在对刀点零件外面（如选在夹具上或机床上）,但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系.为了提高加工精度,对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上.
其选择原则如下：
1）找正容易。
2）编程方便。
3）对刀误差小。
4）加工时检查方便、可靠。
对刀时应使对刀点与刀位点重合。
所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。
对于各种立铣刀，一般取刀具轴线与刀具底端面的交点；对于车刀，取为刀尖；钻头则取为钻尖。
2.换刀点
换刀点是指刀架转位换刀的位置.换刀点应设在零件或夹具的外部,以刀架转位时不碰零件及其他部件为准。
换刀点是为加工中心、数控车床等多刀加工的机床编程而设置的，因为这些机床在加工过程中间要自动换刀。
为防止换刀时碰伤零件或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的外面，并要有一定的安全量。
3.刀位点
刀位点是指在加工程序的编程中,用以表示刀具位置的点,每把刀的刀位点在整个加工中只能有一个位置。
车刀的选用需要根据加工零件的需要以及结合各种车刀的用途来选择。
2.4数控加工技术卡片
1、数控加工工艺技术文件的编写
数控加工工艺文件既是数控加工、产品验收的依据，又是操作者应遵守、执行的规程，同时还为重复加工积累必要的工艺资料。
该文件主要包括数控加工工序卡、数控刀具卡、零件加工程序单等。
数控加工工序卡
数控加工工序卡是编制加工程序的主要依据和操作人员进行数控加工的指导性文件。
数控加工工序卡包括：
工序顺序、工序内容、各工序使用的刀具和切削用量。
数控加工工艺卡片
单位名称
湖南科技大学
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
数控车工工艺分析实例
工艺品
45#钢
01
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
LYZ11
三爪卡盘
CKA6140
数控中心
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给量
被吃刀量
备注
1
粗车外圆
T1
600
0.3
2
2
外圆精车刀
T2
1000
0.1
0.5
3
切槽刀
T3
320
0.1
4
外三角螺纹刀
T4
400
编制
审核
批准
日期
共1页
第1页
2、刀具卡
数控加工对刀具的要求十分严格，一般应在机外对刀仪上调整好刀具位置和长度。
刀具卡主要反映刀具编号、刀具名称、刀具数量、刀具规格等内容。
数控加工刀具卡
产品名称或代号
零件名称
零件图号
01
序号
刀具号
刀具名称
刀具材料
数量
加工表面
刀尖半径R（mm）
刀尖方位
备注
1
T1D1
外圆车刀
硬质合金
1
粗车轮廓
0.8
右偏刀90°
2
T2D1
外圆精车刀
硬质合金
1
精车轮廓
0.8
右偏刀 35°
3
T3D1
切槽刀
硬质合金
1
车削沟槽
0
4mm
4
T4D1
外三角螺纹刀
硬质合金
1
车削外螺纹
0.2
60°
编制
审核
批准
共1页
第1页
2.5金属切削的基本规则
1、在金属切削过程中，会出现一系列的物理现象，如切削变形，切削力，切削热，刀具磨损以及加工表面质量等，它们都是切削形成过程为基础的，而生产实际中出现的积削瘤，切削等问题，又都同切削过程中的变化规则有关。
切削时，在刀具切削刃的切削和前刀面的推挤作用下，使被切削的金属层产生变形，剪切滑移而变成切削，这个过程称为切削过程。
刀具材料，切削力，切削液以及切削温度对刀具磨损的影响
2、刀具磨损后对工件的加工精度和产品质量会带来影响，还将造成生产率及加工成本带来的负面影响。
因此必须分析刀具磨损的原因，设法减少刀具的磨损。
刀具磨损是根据机械摩擦和热效应两方面作用造成的，因此影响刀具磨损的因素基本上跟产生切削温度的因素有关。
（1）切削
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