机械类毕业设计滤波器加工工艺设计.docx

1、机械类毕业设计滤波器加工工艺设计滤波器加工工艺设计1 绪论 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。 数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。在机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的

2、开与关、变速、换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质上；最后输入到书空机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。因此，把从零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。数控机床不能像通用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整，所以在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节。随着CAD/CAM、数控加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，MASTERCAM 是业界公认的最优秀的CAD/CAM加工软件之一，也是目前在模具行业应用最为广泛的CAD/CAM软件之一，具有一般加工所需

3、要的多项功能，并有人性化、智能化的特点，还有刀路计算快、NC文件短等优点；同时其编程操作简单而易用。根据零件的形状及其要求，按照合理的方法及其正确的参数设置才能产生出合理的刀轨路径。2 零件分析2.1零件图纸 图2.1（a） 滤波器正面 图2.1（b） 滤波器反面上图2-1所示为滤波器的正反面三维示意图。三维图纸详见附件264A140906-E01-XIU GAI.stp二维要求图：图2.2 2.2零件毛坯 滤波器腔体类零件的特点： 主要使用材料为铝合金6061-T6、铸铝A380 （AlSi9Cu3）或 ADC12。铝合金6061-T6主要合金元素是镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、人工

4、时效硬化功能、可焊接性，切削、氧化效果较好。铸铝A380（或 ADC12）具有优越的铸造性能和高的力学性能，抗拉强度、屈服强度及硬度高，且容许存在一定的杂质，切削、氧化效果较好，为最基本的常用压铸合金。2）在腔体上有精度要求较高的低通孔(孔的公差范围一般在0.05mm以内，且需电镀处理）、安装基准面、谐振杆、密封面、信号窗口、螺纹孔、调谐螺钉孔等；3）腔体上的孔和基准面、密封面分布在腔体内外的各个平面上； 4）腔体内外各个平面以及孔系之间有严格的形位公差要求。5) 较高的表面粗糙度（腔体内不允许有接刀痕、震刀纹及划伤、碰伤、敲伤等不良缺陷）；6）一般需表面氧化处理或镀铜、镀银处理；7）一套滤波

5、器腔体一般都配有安装面板、调谐面板、密封面板、谐振杆、调谐螺钉、安装螺钉等，正反面最多时需要有4块面板；其中，调协面板要求（平面度、位置度）最为严格；8）滤波器腔体安装调试好后，需进行盐雾试验；本次，设计方案采用的材质为铸铝A380。由滤波器正面二维图纸可以看出本次设计滤波器尺寸为327.5327.554.8mm，故而可选用337.5337.556mm的毛坯。2.3零件技术要求分析由分析可知：零件的材料为铸铝A380，毛坯为337.5337.556mm，各边都有足够的余量，铸铝A380有优越的铸造性能和高的力学性能，抗拉强度、屈服强度及硬度高，且容许存在一定的杂质，切削、氧化效果较好。零件图纸

6、分析：该滤波器零件图纸可以用正反两个视图来表示他的主要内外构造。以正面为例（具体详见图2.3.1）：主视图中可以看出此零件可分为几个部分，挖空部分，不挖空部分；内部沟槽，外部格栅；孔和挖槽；开口大槽和开口小槽；标注尺寸精度要求以及未标注尺寸精度要求；零件的结构形状比较复杂，标注的尺寸很多，表面粗糙度要求也很高，且腔体内外各个平面以及孔系之间有严格的形位公差要求。这里仅分析主要尺寸。以绿色框中所示为例，此中的精度要求较高，且加工面比较薄，而铝件又易变形，加工难度很大，故此需要先开加工孔以防粗加工过程中零件变形过大，再进行粗加工。由于此中加工深浅不一，精度要求也不尽相同，故需要根据不同情况分为几个

7、模块进行平面铣削。图2-32）零件精度分析：滤波器加工的部位有上表面、凸台轮廓、槽、孔的加工，为保证加工精度要求，可在一次装夹、同一基准上完成。平面、内部型腔、右侧开口槽、型腔表面粗糙度要为Ra3.2；右侧开口槽与基准B有对称度要求，尺寸精度要求高，采用粗铣精铣方案。该零件图尺寸公差最小的是50+0.021mm，未注尺寸公差按GB/T1804-m加工，精度要求较高，表面粗糙度最小值为Ra3.2m不容易加工，且型腔壁教薄，加工时容易产生变形。3）产品需去毛刺。产品加工出来后，去除毛刺，不仅美观，而且不易割伤人。2.4工艺路线分析 1）第一道工序，零件的最复杂内容都集中在正面，在一次装夹中可以完成

8、所有内容的加工。加工时，先钻加工孔（如图2.4.1红色圆圈部分为滤波器加工孔），为防止零件在粗加工下铣过程时变形做准备，在粗加工时，先用大的铣刀铣槽，再用稍小的刀铣槽，在这之中注意余量的预留，这样可以在一定程度上节省工时，保证加工精度。然后再依次进行半精加工，精加工，清角，曲面加工，倒角等等操作。其中，需要加工出4个M8螺纹孔，用于第二道工程的定位。 2）第二道工序，反面加工。将毛坯翻过来放在专用夹具上，用4个M8的螺丝（一工程加工的）固定。反面加工中，需要注意的是在腔体上有精度要求较高的孔(孔的公差范围在0.05mm以内，且需电镀处理。加工表面与正面有平行度的公差要求，所以在加工时需要注意刀

9、具的选择以及背吃刀量的选择。 3）第三道工序，后处理。去除产品上所有毛刺，不允许有划伤、碰伤、摔伤。 4）第四道工序，镀银和导电化。防止腐蚀，增加导电率、反光性和美观。 5）第五道工序，检验。检查加工好的零件是否符合精度。图2-4.1 滤波器加工孔 表1机械加工工艺过程卡产品名称滤波器零件零件图号RC001机械加工工艺过程卡毛坯种类铸造共 1 页每台数量1零件名称滤波器零件材料牌号铸铝A380第1 页工序号工序名称工序内容设备工艺装备1加工中心正面加工1根据二维图纸钻下刀孔，钻、攻M8-7H的螺纹孔4个 2 轮廓粗加工3 清角粗加工4 半精加工，进一步细化零件 5 精加工达到要求精度，为镀银和

10、导电化留余量 6 清角精加工7 曲面加工8 倒角，对零件要求部分进行倒角 加工中心面铣刀、立铣刀、中心钻钻头、机用丝锥、鱼眼钻孔刀游标卡尺、外径千分尺内径千分尺、孔用塞规2加工中心反面加工1 钻下刀孔2 轮廓粗加工3 清角粗加工4 半精加工，内腔侧面、底面及正面所有螺纹孔和精孔加工 5 精加工达到要求精度，为镀银和导电化留余量 6 清角精加工7 倒角，对零件要求部分进行倒角加工中心面铣刀、立铣刀、中心钻，钻头、机用丝锥、鱼眼钻孔刀游标卡尺、外径千分尺专用夹具、深度尺、内螺纹千分尺3后处理去除产品上所有毛刺，不允许有划伤、碰伤、敲伤、摔伤；4镀银和导电氧化对加工好的零件进行电镀处理处理电镀箱5检

11、验检查零件是否符合设计要求6入库在检查完毕，零件符合要求，零件入库编制日期审核日期更改3 数控加工工艺设计3.1机床的选择零件只有正反两个面需要加工，而且未标注表面的粗糙度为Ra6.3，零件毛坯的尺寸大小为：长（X）=237.5mm；宽（Y）=237.5mm；高（Z）=56mm，所以一般的立式加工中心就可以满足加工要求。所以选择FANUC ROBODRIL -T21iDL 的加工中心，系统选择FANUC 16i MB即可满足。如图3-1：图3-1机床其主要参数如下，见表3-1表3-1机床主要参数主轴最大转速(r/min)10000快速移动速度（m/min）X，Y，Z最大48X轴行程（mm）70

12、0Y轴行程（mm）400Z轴行程（mm）300工作台最大负荷300kg（均匀载荷）刀具最大重量2kg（3kg）/把总重23kg（33kg）3.2基准选择产品的加工、测量基准必须尽量符合图纸标注的基准，最好是与图纸标注的基准重合。定位基准选择是决定加工顺序的重要因素。在安排加工工序之前，应先找出零件的主要加工表面，并了解它们之间主要的相互位置精度的要求。而定位基准的选择对零件各主要表面的相互位置精度又有着直接的影响。一些彼此有较高精度要求的表面应尽量在一次安装下加工出来，这样可减少零件的安装误差对它们之间的相互位置精度的影响。分析滤波器的零件图纸，对精度要求较高的部分大致集中在格栅以及型腔槽部分

13、，所以在一次安装下加工出来，可以最大程度上减少零件的安装误差对它们之间的相互位置精度的影响。分析滤波器的零件图纸，选择其毛坯表面中点为正面加工的基准，513的孔为反面加工基准。3.3装夹方式 机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。机床夹具按专门化程度分类 1）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具 专用夹具是指专为某

14、一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3）通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4）组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。 5）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。 因为滤波器264A1409

15、06-E01-XIU GAI为大批量生产的，且部分区域精度要求较高，所以采用专用夹具，以保证较高的加工精度和生产效率。一工程的夹具是根据毛坯外形铣出来一个槽，把毛坯放进去，按下两侧的压紧块头，即可满足装夹要求。这样节省了每次用平口钳装夹后需要对刀的时间，减少了因对刀原因造成的加工误差。装夹示意如图3-2（a）。 图3-2（a）二工程的夹具的设计需要满足较高的精度要求，如果使用平口钳加紧一工程加工后的零件毛坯，而在铣削加工时，切削力比较大，并且刀齿的工作是不连续切削，易引起冲击和振动，所以夹紧力要求较大，以保证工件的夹紧可靠。这样过大的夹紧力容易将一工程已经加工好的部分变形，也会影响后期的对刀误

16、差，从而造成零件的报废，所以通过定位销螺纹定位。这样不仅可以节省对刀时间，也可以保证零件的位置度。在工作台上钻4个螺纹孔，大小间距和一工程的相同，如图3-2，然后把一工程加工好的零件放在上面（正面朝上），用4个M8螺丝拧紧，即可满足装夹定位。如果采用选择这样的二次定位方式可以较大程度上保证反面加工的精度。且通过微调螺丝可以调整零件的平面度，保证了加工的精度。图3-2（b）： 图3-2（b）3.4刀具选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具

17、的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。刀具种类的选择：从切削方式上分：数控机床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。面铣刀（也叫端铣刀）： 面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。立铣刀 ：立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分

18、的常用材料。有较适合底面加工的立铣刀和较适合侧面加工的立铣刀，具体视加工要求选择；立铣刀一般有2刃、3刃、4刃铣刀，其中两刃铣刀，排削性能好，适合在平面上加工浅孔和键槽，可不用预先钻孔，直接在产品上进行一定深度的加工； 模具铣刀： 模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。 加工型腔零件选用的刀具及结构类型如图所示：刀具材料选择：目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。以下是高速钢和硬质合金两种材料

19、的对比：1高速钢 它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获得锋利的刃口，又称“锋钢”。高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性能高速钢。1）普通高速钢 普通高速钢具有一定的硬度（6267 HRC）和耐磨性、较高的强度和韧性，切削钢料时切削速度一般不高于5060m/min，不适合高速切削和硬材料的切削。2）高性能高速钢 在普通高速钢中增加碳、钒的含量或加入一些其它合金元素而得到耐热性、耐磨性更高的新钢种。但这类钢的综合性能不如普通高速钢。2 硬质合金 其常温硬度可达7882 HRC，能耐8501000的高温，切削速度可比高速钢高410倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比

20、高速钢差，因此很少做成整体式刀具。实际使用中，常将硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定在刀体上。由于滤波器是大批量生产的，对效率要求使得切削速度会比较快，刀具磨损的情况比较多。而硬质合金切削速度可比高速钢高410倍，高速钢大多为整体式刀具，使用硬质合金刀片便于更换刀具。所以，本设计中所选用刀具材质为硬质合金。铣刀刀体的选择：首先，在选择一把铣刀时，要考虑它的齿数。例如直径为100mm的粗齿铣刀只有6个齿，而直径为100mm的密齿铣刀却可有8个齿。齿距的大小将决定铣削时同时参与切削的刀齿数目，影响到切削的平稳性和对机床切率的要求。每个铣刀生产厂家都有它自己的粗齿、密齿面铣刀系列。 在进行重负荷

21、粗铣时，过大的切削力可使刚性较差的机床产生振颤。这种振颤会导致硬质合金刀片的崩刃，从而缩短刀具寿命。选用粗齿铣刀可以减低对机床功率的要求。所以，当主轴孔规格较小时(如R-8、30#、40#锥孔)，可以用粗齿铣刀有效地进行铣削加工。 粗齿铣刀多用于粗加工，因为它有较大的容屑槽。如果容屑槽不够大，将会造成卷屑困难或切屑与刀体、工件摩擦加剧。在同样进给速度下，粗齿铣刀每齿切削负荷较密齿铣刀要大。精铣时切削深度较浅，一般为0.250.64mm，每齿的切削负荷小(约0.050.15mm)，所需功率不大，可以选择密齿铣刀，而且可以选用较大的进给量。由于精铣中金属切除率总是有限，密齿铣刀容屑槽小些也无妨。

22、对于锥孔规格较大、刚性较好的主轴，也可以用密齿铣刀进行粗铣。由于密齿铣刀同时有较多的齿参与切削，当用较大切削深度(1.275mm)时，要注意机床功率和刚性是否足够，铣刀容屑槽是否够大。排屑情况需要试验验证，如果排屑有问题，应及时调整切削用量。由此可知，在用铣刀粗精加工时，要根据不同的情况选择铣刀。刀片的选择某些加工场合选用压制刀片是比较合适的，有时也需要选择磨制的刀片。粗加工最好选用压制的刀片，这可使加工成本降低。压制刀片的尺寸精度及刃口锋利程度比磨制刀片差，但是压制刀片的刃口强度较好，粗加工时耐冲击并能承受较大的切深和进给量。压制的刀片有时前刀面上有卷屑槽，可减小切削力，同时还可减小与工件、

23、切屑的摩擦，降低功率需求。 但是压制的刀片表面不像磨制刀片那么紧密，尺寸精度较差，在铣刀刀体上各刀尖高度相差较多。由于压制刀片便宜，所以在生产上得到广泛应用。 对于精铣，最好选用磨制刀片。这种刀片具有较好的尺寸精度，所以刀刃在铣削中的定位精度较高，可得到较好的加工精度及表面粗糙度。另外，精加工所用的磨制铣刀片发展趋势是磨出卷屑槽，形成大的正前角切削刃，允许刀片在小进给、小切深上切削。而没有尖锐前角的硬质合金刀片，当采用小进给、小切深加工时，刀尖会摩擦工件，刀具寿命短。 磨过的大前角刀片，可以用来铣削粘性的材料(如不锈钢)。通过锋利刀刃的剪切作用，减少了刀片与工件材料之间的摩擦，并且切屑能较快地

24、从刀片前面离开。 作为另一种组合，可以将压制刀片装在大多数铣刀的刀片座内，再配置一磨制的刮光刀片。刮光刀片清除粗加工刀痕，比只用压制刀片能得到较好的表面粗糙度。而且应用刮光刀片可减小循环时间、降低成本。刮光技术是一种先进工艺，已在车削、切槽切断及钻削加工领域广泛应用。 下表表为本设计中刀具的选择：表1刀具选择及相关参数序号刀具编号刀具规格名称数量刀刃数/mm长度备注1T0163mm硬质合金端面铣刀1450铣面2T025硬质合金鱼眼钻孔刀1250钻下刀孔3T038硬质合金钻孔刀1250下刀孔扩孔4T046硬质合金钻孔刀1250下刀孔扩孔5T0512硬质合金平底刀1460粗加工6T066硬质合金平

25、底刀1450粗加工7T074硬质合金平底刀1420粗，清角粗加工8T083硬质合金平底刀1420粗，清角粗加工9T092硬质合金平底刀145粗精加工10T1012硬质合金平底刀145011T116硬质合金平底刀1440半精，曲面加工12T124硬质合金平底刀1440精，清角精加工13T133硬质合金平底刀1450精加工14T146.9硬质合金钻孔刀1230下刀孔扩孔15T1581.25硬质合金右旋螺纹刀1225攻牙16T1610硬质合金平底刀1440半精加工17T173硬质合金鱼眼钻孔刀1425倒角主要加工参数计算切削用量的要素包括：切削速度vc、进给量f、背吃刀量ap和铣削宽度ae。铣削用量

26、的选择对提高铣削的加工精度、改善加工表面质量和提高生产率有着密切的关系。1）切削速度硬质合金铣刀Vc=80250 m/min。高速钢钻头Vc=2030 m/min，硬质合金镗刀Vc=80250 m/min，攻丝时Vc=510 m/min)与铣刀直径、铣刀转速有关，其计算公式为：Vc=dn /10002）进给量根据加工性质先确定每齿进给量fz（铣削时fz=0.020.3mm/z，钻铣削时fz=0.050.1mm/z，镗铣削时fz=0.050.5mm/z）然后根据所选铣刀的齿数Z和铣刀的转速n计算出进给速度Vf, 其铣刀计算公式为：Vf=fn= fzZn3）背吃刀量背吃刀量根据机床、工件、和刀具的

27、刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率，为保证工件加工余量，可留 0.51.00 mm余量精加工。4）螺纹参数确定G84攻丝，转数N(Vc X1000)/(3.14XD)计算得出进给速度 FNP P螺距举例说明：（1）以6两刃硬质合金平底刀为例：设铣削粗加工，转速为6500mm/min 切削速度：Vc=dn /1000=66500/1000=122m/min 进给速度：Vf=fn= fzZn=（0.020.3mm/z）6500mm/min =13001950 切削间距：工件材料为铸铝A380，刀具为硬质合金刀 切削间距为：5mm

28、（2）以81.25两刃硬质合金右旋螺纹刀为例：设转速为300mm/min 切削速度：Vc=dn /1000=8300/1000=7.536m/min 进给速度：FNP=3001.25=3754.加工工序及加工编程4.1 工序一：下刀孔工步1：铣面用直径为63mm的硬质合金面铣刀铣面，确保加工面为基准平面以及保证加工面的平整。走刀路线为下图4.2.1所示（红色线框为毛坯，蓝色为面铣刀走刀路线）： 图4.2.1由于这一步主要作用是保加工面为基准平面以及保证加工面的平整，主要用于减少x轴对刀误差，毛坯尺寸误差等等准备切削过程中所产生的误差。所以切削深度没有必要太深，大概保持在-0.1-0.2mm即可

29、。刀具路径选择等高切削，在mastercam程序上表示为如图4.2.2。主轴转速和进给量的选择主要参考【切削参数计算器】中生成的数据，如图4.2.3。铣刀方式为顺铣。 图4.2.3 主轴转速（S）r/min：5500 进给（F）mm/min：1500 切削深度（Ap）mm：-0.1生成工步1的NC程序（详见附件264A140906-E01）：工步24：初下刀孔用5硬质合金鱼眼钻孔刀钻深-2.2mm的孔作为加工的最初下刀孔。主要是零件的试切，为下一工步中的钻孔以及扩孔做准备，由于下一工步中钻孔深度较深，如果不钻初孔容易使刀具磨损严重。其加工图样为图4.2.4。 主轴转速（S）r/min：5500

30、 进给（F）mm/min：5000 切削深度（Ap）mm：-2.2 图4.2.4以下是mastercam生成工步24的NC程序（详见附件264A140906-E02）：N104 T2 M6（换刀，选择5硬质合金鱼眼钻孔刀）N106 G0 G90 G54 X-28.102 Y61.92 A0. S5500 M3（主轴转速）N108 G43 H2 Z5. M8（刀补，安全高度，切削液等）N110 Z2.(参考高度)N112 G99 G81 Z-2.2 R2. F5000.（进给速度，切削深度）N114 X24.292 Y45.249工步510：用8硬质合金钻孔刀在上一工步的基础上扩孔以及钻孔。 此时钻孔深度加深，且深度不一，故而根据不同深度分为多个工步进行钻孔加工。由于使用同一把钻孔刀，只