机械毕业设计双面型腔件的造型工艺及编程.docx
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机械毕业设计双面型腔件的造型工艺及编程
学生毕业设计（论文）报告
系别：
机电工程学院
专业：
数控技术
设计（论文）题目：
双面型腔件的造型、工艺及编程
毕业设计（论文）任务书
一、课题名称：
双面型腔件的造型、工艺及编程
二、主要技术指标：
1.材料为45#钢
2.尺寸精度在IT7～13之间
3.位置精度是要保证ø20、ø30与基准B的同轴度，凸台底面与基准A的平行度。
三、工作内容和要求：
1.双面型腔件的零件图（2～3张）2.工艺卡、工序卡、刀具卡各一份
3.设计说明书一份4.三相交流电（220～380V）5.小批量生产
四、主要参考文献：
1.《机械加工工艺手册》北京出版社，2003.1
2.《数控加工工艺学》化学工业出版社,2005.3
3.《切削用量简明手册》电子工业出版社，2001.1
4.《现代机床设备》化学工业出版社，2009.3
5.《工程材料及热成型工艺》高等教育出版社，2006.6
6.《机械加工技术》西安电子科技大学出版社，2006.1
7.《机械加工余量手册》国防工业出版社，1999.11
8.《切削加工简明实用手册》化学工业出版社，2009,10
9.《UG三维造型与数控加工编程》辽宁科学技术出版社，2009,4
10.《金属机械加工工艺人员手册》上海科技出版社，1996.6
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
双面型腔件的造型、工艺及编程
一、选题的背景和意义：
此次毕业设计是我们学习数控技术专业极为重要的一次实践性教学环节。
目的是培养我们如何正确使用技术资料，有关手册，国家标准等工具书的能力。
同时也提高了我们综合运用专业知识的水平。
双面型
双面型腔件的形状结构复杂，精度和表面粗糙度要求都很高，这样对于我们来说有很大的意义.一是经过绘图造型可以熟练地运用CAD和UG软件;二是通过加工可以熟练地掌握数控铣床的加工性能;三是提高了如何优化加工工艺及合理安排加工走刀路线的能力。
二、课题研究的主要内容：
我选择的设计课题是双面型腔件的造型、工艺及编程。
工作的主要内容很明确,就是利用相关的软件对其进行绘图和造型、制定加工工艺方案以及编写程序。
双面型腔件作为一个载体其精度要求尤为重要，这就需要根据所学的知识选择适宜的数控铣床，拟定出合理加工工艺方案；其中包括刀
具夹具的选择，量具的选择，切削参数的合理选择和走刀路线的确定等。
零件材料：
45钢
热处理：
锻后去应力退火
生产批量：
每件加工生产
零件数据：
见零件图
我选择的设计课题是双面型腔件的造型、工艺及编程。
工作的主要内容很明确,就是利用相关的软件对其进行绘图和造型、制定加工工艺方案以及编写程序。
双面型腔件作为一个载体其精度要求尤为重要，这就需要根据所学的知识选择适宜的数控铣床，拟定出合理加工工艺方案；其中包括刀
具夹具的选择，量具的选择，切削参数的合理选择和走刀路线的确定等。
主要研究（设计）方法论述：
1.零件图的分析和双面型腔件的工艺分析。
2.选择加工所用刀具，夹具及量具。
3.走刀路线的选择。
4.编写工艺卡和主要的工序卡。
5.加工程序的编制。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
11月20日—11月30日
收集和整理相关资料；
12月1日—12月5日
确定方案开始写开题报告
12月6日—12月15日
完成双面型腔件的二维图及造型；
12月16日—12月26日
查阅相关资料，了解双面型腔件加工的性能；
12月21日—1月16日
分析双面型腔件加工工艺并进行编制；
1月16日—1月25日
应用UG软件自动编程并完善；
2月20日—2月30日
整理和编写设计说明书
3月2日—3月15日
撰写双面型腔件加工的论文初稿；
4月1日—4月16日
审核定稿
5月25日—6月9日
答辩。
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、系部意见：
系主任签名：
年月日
双面型腔件的造型、工艺及编程
摘要1
引言1
1双面型腔件分析与加工工艺规程2
1.1计算零件的生产纲领、确定生产类型2
1.2双面型腔件的工艺分析4
1.2.1零件图分析5
1.2.2数控加工内容的选择5
1.2.3零件结构的工艺性5
1.2.4重要部位加工精度分析6
1.3零件材料与毛坯6
1.3.1零件材料的选择6
1.3.2毛坯种类的确定6
1.4定位基准的选择6
2.双面型腔件加工工艺处理7
2.1数控加工工艺路线的设计7
2.1.1工序顺序的安排7
2.1.2加工方法的选择7
2.2工件的安装及夹具的选择9
2.3刀具材料与量具的选择9
2.4加工余量9
2.4.1粗铣基准A10
2.4.2粗铣圆台12
2.4.3钻2-ø10通孔14
2.5切削液16
3.工艺规程编制16
3.1过程卡片17
4零件的数控加工编程21
4.1UG三维造型21
4.2编制数控加工程序24
4.3实体加工27
4.4后处理程序28
总结28
参考文献29
致谢29
双面型腔件的造型、工艺及编程
摘要
本次毕业设计通过利用AutoCAD软件、UG软件、机械设计相关资料和所学的专业知识等对双面型腔件进行二维图绘制、三维造型、工艺分析与制定及数控加工编程，再利用XK5032对其进行加工以检验工艺制定的合理性。
结果达到了预计的效果，即使用XK5032可完成对双面型腔件的加工，且工艺制定也比较合理。
这次的目的在于熟练掌握学过的绘图软件、专业知识以及了解XK5032的性能。
关键词:
AutoCAD软件、UG软件、工艺设计、造型、编程、加工、精度
引言
数字控制机床（NumericalControlMachineTools）简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。
它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。
经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
目前数控机床正在高速发展，它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。
数控机床按着种类可分为：
数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床等，本次毕业设计工作的主要研究对象是数控铣床，因为铣床的应用十分广泛，在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋形表面及各种成形和非成形曲面。
为了更好地了解和熟练掌握数控铣床的性能，我选择的课题是双面型腔件的造型、工艺及编程。
之所以选择这双面型腔这个零件是因为其结构复杂，精度和表面粗糙度要求很高，对重新学习和掌握相关知识有很大的帮助。
而本次毕业设计的重点是对双面型腔件的工艺性分析及制定，主要内容包括读图和审图、基准的制定、加工路线的划分以及机床、刀具、夹具、量具、切削参数的选择，这些是保证能否加工出合格产品的重要指标。
所以选择这个课题的意义在于：
一是熟练掌握AutoCAD软件、UG软件的操作方法，二是加强专业理论知识的学习，三是把所学的知识系统地联系起来，培养综合运用能力。
1双面型腔件分析与加工工艺规程
机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法的工艺文件之一，一般包括以下内容：
工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、切削用量和时间规定等。
1.1计算零件的生产纲领、确定生产类型
各种机械产品的结构、技术要求等差异很大，但它们的制造工艺存在着很多共同的特征。
这些共同的特征取决于工厂的生产类型，而工厂的生产类型又有工厂的生产纲领决定。
一、计算生产纲领
生产纲领是指工厂在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
计划期通常定为一年，所以生产纲领也称为年产量。
零件的生产纲领还包括一定的备品和废品的数量，可按下式计算：
N=Qn（1+a）（1+b）
式中N——零件的年产量（件/年）；
Q——产品的年产量（台/年）；
n——每台产品中，该零件的数量（件/台）；
a——备品的百分率；
b——废品的百分率。
本双面型腔件产品年产量400台，每台生产1件，备品率10%，机械加工废品率大约2%，由以上可计算出零件的生产纲领为：
N=Qn（1+a）（1+b+
=400×1×（1+10%）（1+2%）
=448件/年
二、确定生产类型
生产类型是指工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。
一般分为单件生产、大量生产、成批生产三种类型。
表2.1是不同类型的产品生产类型与生产纲领的关系。
表2.1生产纲领与生产类型的关系
生产类型
零件的年生产纲领/件
重型零件（>100kg）
中型零件（10～100kg）
轻型零件（<10kg）
单件生产
<5
<10
<100
小批生产
5～100
10～200
100～500
中批生产
100～300
200～500
500～5000
大批生产
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生产
>1000
>5000
>50000
该零件的年产量为448件，其质量为2.64kg，根据表3.1，可以确定其生产类型为小批生产。
图1.1双面型腔件的平面图
1.2双面型腔件的工艺分析
在数控铣削加上中，对零件图的工艺分析的主要包括零件图样分析、结构工艺性分析、选择数控铣削的加工内容、零件毛坯的工艺性分析和加工方案分析。
目的在于，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。
1.2.1零件图分析
双面型腔件的平面图如图2.1所示，在图中我们可以看到：
（1）该零件图表达完整、清晰，尺寸、公差、表面粗糙度及有关技术要求齐全、明确。
（2）该零件4-ø8.5圆孔和30x50型腔表面粗糙度为Ra6.3um，ø30、ø20、凸台、上表面和底面表面粗糙度为Ra1.6um，其余为Ra3.2um。
参数合理，利于加工。
（3）该零件的定位基准为底面，必须先满足该面的精度。
（4）该零件选用的材料为45钢，价格低廉，切削性能好，能够保证零件件的各方面要求。
零件的技术要求有未注尺寸公差为IT13。
加工要素有平面、凸台、型腔和孔类加工。
主要加上内容包括上下平面、凸台、内外型腔及孔类加工。
1.2.2数控加工内容的选择
一般对于数控机床要加工的零件，并非其全部加工内容都采用数控加工，对于双面型腔件零件来说，加工内容主要是平面、凸台、型腔和孔类等的加工，如果采用普通机床，像型腔、凸台等难加工且质量难以保证，如果采用普通基础加工效率很低，工人手工操作劳动强度大。
现在有数控机床加工的能力，故其加工内容将全部采用数控机床加工。
1.2.3零件结构的工艺性
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。
因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。
双面型腔件各部位的结构工艺性基本上符合数控加工的特点例如：
使用Ø12mm立铣刀能加工六个面、凸台、Ø20内圆；30x50型腔圆角半径为10、腔底圆角半径为5。
所以该零件的加工的各工艺性能良好，耗工不大。
1.2.4重要部位加工精度分析
该零件结构虽然看似复杂，但是却易于加工。
根据图纸上的标注，该零件的尺寸精度（尺寸精度:
限制加工表面与其基准间的尺寸误差不超过一定的范围）在IT7～13之间；位置精度（位置精度:
限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等）是要保证ø20、ø30与基准B的同轴度，凸台底面与基准A的平行度。
1.3零件材料与毛坯
1.3.1零件材料的选择
材料选择首先应符合使用性能，既保证零件能安全、有效地正常工作，并满足使用寿命要求。
使用性能是指零件在使用状态下应具备的力学性能、化学性能、物理性能等。
在选材时应根据零件的工作条件，确定主要性能，兼顾其他性能要求；其次工艺性能要好；最后要考虑经济性。
总体来看，该零件的力学性能要求较高，所以选择在机械制造行业中应用最广泛的45钢作为双面型腔件的加工材料。
45钢属于中碳钢，是优质碳素钢的一种，它既能满足零件的使用性能和工艺性能，而且经济性也符合要求。
1.3.2毛坯种类的确定
毛坯种类的确定应考虑零件的形状、尺寸、性能、批量及经济性等。
毛坯的种类很多，通常有铸件、锻件、型材、焊接件四种。
金属锻压能改善金属内部组织，提高金属的力学性能。
而自由锻所用工具简单，通用性好，成本低，结合双面型腔件这一零件形状简单，属于小批量生产故采用自由锻件。
1.4定位基准的选择
在加工的第一道工序中，只能用毛坯上未加工过的表面作为定位基准，称为粗基准。
该零件的表面全部都需要加工，加工该零件的上平面、凸台、孔、型腔、内圆时以基准A为定位基准，加工底面、型腔时，以上平面为定位基准。
该零件既遵循了“基准重合”原则（为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计为其定位基准。
这一原则称为基准重合原则），“基准统一”原则（当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其他表面时，应尽可能在多数工序中采用此精基准定位，这就是“基准统一”原则），又遵循了“互为基准”原则（为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则）。
2.双面型腔件加工工艺处理
2.1数控加工工艺路线的设计
2.1.1工序顺序的安排
在数控机床上加工零件，工序应比较集中，在一次装夹中应尽可能完成大部分工序，所以经综合考虑后决定采用工序集中的原则；为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，所以采用按所用刀具划分工序；切削加工工序的安排采用基准先行原则；热处理工序的安排方法去应力退火。
2.1.2加工方法的选择
机械零件的结构形状是多种多样的，选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。
⑴平面加工方法的选择
平面的主要加工方法有铣削、车削、刨削、磨削等，精度要求高的还要经过研磨或刮削加工。
对于双面型腔件来说，平面粗糙度要求最高的为Ra1.6，所以选择粗铣-精铣这一加工方法就能达到要求。
⑵内、外轮廓加工方法的选择
轮廓加工方法有数控铣、线切割及磨削等。
此零件轮廓中六边形凸台的表面粗糙度最高为Ra1.6，所以可以采用与平面加工相同的方法。
⑶内孔表面加工方法的选择
内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、及磨孔等。
此零件中2-ø10、4-ø8.6内孔表面采用钻-铰这一加工方法，其他内孔表面均采用铣加工的方法。
综上所述，可以制定出双面型腔件的加工工艺方案，如表2.3所示。
表2.3双面型腔件的工艺方案
010
锻
1锻造成形
020
热
1去应力退火
030
铣
1粗铣上平面，留余量0.3mm
2调面，粗铣底面，留余量0.3mm
3精铣底面至尺寸要求
040
铣
1调面，粗铣100×28两端面，留余量0.5mm
2精铣100×28两端面至尺寸要求
3调面，粗铣120×28两端面，留余量0.5mm
4精铣120×28两端面至尺寸要求
050
铣
1粗铣2-30×50mm型腔，留余量0.5mm
2粗铣十字型腔，留余量0.5mm
3精铣2-30×50mm型腔至尺寸要求
4精铣十字型腔至尺寸要求
060
铣
1粗铣ø30mm、深度为10mm的内圆，留余量0.5mm
2粗铣4-ø16mm、深度为8.5mm的内圆，留余量0.5mm
3精铣ø30mm内圆至尺寸要求
4精铣4-ø16mm内圆至尺寸要求
070
铣
1调面，粗铣六边形凸台，留余量0.3mm
2粗铣ø88mm圆台，留余量0.3mm
3精铣上平面至尺寸要求
4精铣六边形凸台至尺寸要求
5精铣圆台至尺寸要求
080
铣
1粗铣阿基米德型腔，留余量0.5mm
2精铣阿基米德型腔至尺寸要求
090
铣
1粗铣3-10×12mm、深度为8mm的槽，留余量0.5mm
2精铣3-10×12mm槽至尺寸要求
100
铣
1粗铣ø20mm通孔，留余量0.5mm
3精铣ø20mm通孔至尺寸要求
110
钻
1钻4-ø8.6mm通孔，留余量0.1mm
2钻2-ø10mm通孔，留余量0.1mm
3铰4-ø8.6mm通孔至尺寸要求
4铰2-ø10mm通孔至尺寸要求
120
钳
1去除毛刺，锐边
2清洗
130
检
1检验入库
2.2工件的安装及夹具的选择
工件的安装及夹具作出选择之前要熟悉工件装夹的原则和选择夹具的要求。
双面型腔件属于小批量生产，为了节省时间，使装卸零件方便、快速，故选用通用夹具中的平口虎钳（型号为QH200）装夹工件,其参数如见表2.4。
表2.4平口虎钳型号为QH200的参数
名称
型号
钳口宽度
钳口最大张开量
钳口高度
定位键宽度
铣床用平口虎钳（mm）
QH200
200
160
60
22
2.3刀具材料与量具的选择
一．刀具材料的选择
刀具的选择时数控加工工序设计的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
所以在选择刀具时应考虑工件材质、加工轮廓类型及刀具的耐用度等因素。
一般情况下应优先选择标准刀具（特别是硬质合金可转位刀具），对于硬度大的难加工的工件，可选用整体硬质合金、陶瓷刀具、CBN刀具等。
综合考虑之后决定铣刀的材料为硬质合金，麻花钻，铰刀的材料为高速钢。
二．量具的选择
对于双面型腔件在加工过程中测量及完成加工后检验的工具可以选择游标卡尺，游标卡尺是常用的一种量具，它能直接测量零件的外径、内径、长度、宽度、深度和孔径等。
测量范围有0-125mm,0-200mm,0-300mm等，使用简便。
2.4加工余量
一．加工总余量
在毛坯加工成成品过程中，毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差称为加工总余量（毛坯余量），即为某加工表面上切除的金属层的总厚度。
根据表2.5可确定毛坯尺寸为125×105×33（长×宽×高）。
表2.5方块类锻件的机械加工余量及偏差（mm）
锻件高度H
锻件截面边长A、B
≤100
101～150
a
b
a
b
≤50
4±1
4±1
5
5
51～100
5
5
6±2
6±2
注：
只截取部分
二．工序余量
相邻两工序的工序尺寸之差，即为后一道工序所切除的金属层厚度称为工序余量。
面（所有）加工：
根据《金属机械加工工艺人员手册》表13-27，当加工面长度小于等于300mm，加工面宽度小于等于100mm时，精铣余量为0.5mm，那么粗铣余量为2mm。
凸台加工：
由于两凸台表面质量要求比较高，故精铣余量为0.3mm，各型腔精铣余量为0.5mm。
内圆加工：
ø30、ø20及ø16内圆精加工余量为0.5mm。
2-ø10（H7）根据《金属机械加工工艺人员手册》表13-14当加工孔的直径为10mm时，钻（工序尺寸为ø9.8mm，余量为0.2mm），铰至尺寸；4-ø8.6查《机械加工工艺手册》表2.3-48，当加工孔的直径为8.6mm时，钻（工序尺寸为ø8.4mm，余量为0.2mm），铰至尺寸；
2.4.1粗铣基准A
1.选择刀具
1）根据《切削用量简明手册》中表1.2，选择YT15硬质合金刀片。
根据《切削用量简明手册》中表3.1，铣削深度αp≤4mm时，端铣刀直径为80mm，αe为60mm。
但已知铣削宽度100mm，故应根据铣削宽度αe≤120mm，选择d0=200mm。
由于选择标准硬质合金端铣刀，根据《切削用量简明手册》中表3.13，选齿数z=8。
2）铣刀几何形状（《切削用量简明手册》中表3.2）：
由于σb<600MPa，故选择kr=20°,kr’=5°,a0=8°，a0’=9°，λs=-10°，γ0=5°。
2.选择切削用量
1）决定铣削深度αp由于加工余量不大，故可在一次走刀内完成，则
αp=h=2.2mm
2）决定每齿进给量fz采用不对称端铣以提高进给量。
，根据《切削用量简明手册》中表3.5当使用YT15,铣床功率为5.7KW（表3.2）时，
fz=0.09～0.18mm/z
但因采用不对称端铣，故取
fz=0.18mm/z
3）择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据《切削用量简明手册》中表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.2mm，由于铣刀直经d0=200mm，故刀具寿命T=240min（《切削用量简明手册》中表3.8）。
4）决定切削速度vc和进给量速度vf切削速度vc可根据《切削用量简明手册》中表3.27中的公式计算，也可直接有表中查出。
根据《切削用量简明手册》表3.13，当d0=200mm，z=8，αp≤5mm，fz≤0.18mm/z时，vt=129m/min，nt=206r/min，vft=263mm/min。
各修正系数为：
kmv=kmn=kmvf=1.13
ksv=ksn=ksvf=0.8
故vc=vtkv=129×1.13×0.8=116.616m/min≈117m/min
n=ntkn=206×1.13×0.8=186.224r/min≈187r/min
vf=vftkvf=263×1.13×0.8=237.752mm/min≈238mm/min
5）校检机床功率根据《切削用量简明手册》中表3.23，当σb<560～1000MPa，αe≤100mm，αp≤2mm，d0=200mm，z=8，vf=238mm/min，近似为
Pcc=3.2kw
XK5032立式数控铣床，机床主轴允许的功率为
Pcm=3.7～5.7kw
故Pcc6）计算基本工时
tm=L/vf
式中，L=l+y+△，l=140mm，根据《切削用量简明手册》中表3.26，不对称安装铣刀，入切量及超切量y+△=60mm，则L=l+y+△=120+60=180mm，故
tm=180/238min≈0.76min
精铣基准A、粗精铣上表面、粗精四周边的切削用量与计算粗铣基准A相似，得到的切削用量如下：
粗铣上表面：
αp=2.2mm，n=187r/min，f=1.27mm/r，vc=117m/min，tm≈0.76min
精铣基准A、上表面：
αp=0.3mm，n=275r/min，f=0.
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