薄壁零件加工毕业设计 2.docx
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薄壁零件加工毕业设计 2.docx
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薄壁零件加工毕业设计2
薄壁零件的加工毕业设计
内容摘要
随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域,尤其在机械制造业中应用十分的广泛。
而中国作为一个制造业的大国,掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。
本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势,紧接着对数控铣削加工工艺做了简要的介绍,使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解。
接下来主要是对具体零件的加工工艺的分析,然后用西门子840D仿真软件指令进行数控编程和仿真加工,最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。
关键词:
数控,铣床,数控工艺,编程
ABSTRACT
Asthedevelopmentofcomputertechnology,theNumericalControlTechnologyhasbeenwidelyappliedtovariousfieldsofindustialcontrol,especiallyinengineeringindustry.Andchinaisabigcountryinmanufacturing,somoreandmorechinesemasterthekonwledgeofnumericalcontrolprocessingandprogrammingtechnologyisveryimportant.
Atfirst,thispapermainlyintroducesthestatusofNCandthedevelopmenttrend.Subsequently,theNCmillingprocesshasbeenmadeabriefintroductionandmakepeoplemastertheknowledgeingeneral.Thenextpartisanalysistheprocessingofspecificofspecificparts,thenusetheSimens840DCNCsimunationsoftwareinstructionsforprogramminganfsimulationprocessing。
Finally,accrodingtotheprogram,machiningthecorrespondingproducts.
KeywordsNC,millingmachine,NCprocessing,programme
摘要……………………………………………………………………………………………2
引言……………………………………………………………………………………………2
第一章概述…………………………………………………………………………………5
1.1数控加工在机械制造领域的地位和作用………………………………………………6
1.2数控加工的特点……………………………………………………………………………8
1.3数控加工的发展……………………………………………………………………………9
1.3.1数控机床的发展历程与分类………………………………………………………10
第二章配合件设计的内容及步骤…………………………………………………………11
2.1零件加工工艺的分析……………………………………………………………………11
2.1.1零件的技术要求分析……………………………………………………………12
2.1.2零件的结构工艺分析………………………………………………………………14
2.2编程尺寸的确定…………………………………………………………………………15
2.2.1计算各节点的坐标尺寸……………………………………………………………16
2.3毛坯的选择……………………………………………………………………………17
2.3.1毛坯分析……………………………………………………………………………17
2.3.2毛坯的选择…………………………………………………………………………17
2.4工艺过程设计…………………………………………………………………………17
2.4.1选择定位基准:
……………………………………………………………………18
2.4.2选择毛坯各表面加工方法:
………………………………………………………18
2.4.3确定加工顺序:
……………………………………………………………………18
2.4.4确定走刀路线…………………………………………………………………19
2.5选择机床、工艺装备……………………………………………………………………20
2.5.1数控机床及系统……………………………………………………………………20
2.5.2夹具的选择…………………………………………………………………………20
2.5.3装夹方案的选择……………………………………………………………………22
2.5.4刀具的选择方案………………………………………………………………23
2.5.5对刀具的基本要求……………………………………………………………24
2.5.6对刀具的基本要求……………………………………………………………24
2.5.7量具的选择方案………………………………………………………………24
2.6、确定切削用量…………………………………………………………………………25
2.6.1主轴转速的确定…………………………………………………………………25
2.6.2进给速度的确定…………………………………………………………………26
2.6.3背吃刀量的确定…………………………………………………………………28
2.7、工艺文件………………………………………………………………………………28
2.7.1凸件的工艺卡……………………………………………………………………28
2.7.2凸件的工序卡……………………………………………………………………29
2.7.3凹件的工艺卡…………………………………………………………………30
2.7.4凹件的工序卡…………………………………………………………………30
2.7.5刀具卡…………………………………………………………………………31
2.8、编制加工程序单………………………………………………………………………32
总结……………………………………………………………………………………38
参考文献…………………………………………………………………………………39
致谢………………………………………………………………………………………40
引言
随着我国工业化进程的加速,产业结构的调整和升级,数控技术在现代企业中得到了广泛的应用,使制造业朝着数字化的方向发展。
本设计以熟练掌握数控车床加工为主要目的,在认真分析零件工艺的基础上,综合运用《公差》、《机械制造技术》、《数控加工与编程》、《数控加工工艺》等专业知识,结合数控加工实际操作,按照机械加工工艺规程的内容,制定出的盘类零件数控加工工艺说明书。
本设计在编写过程中得到许多老师和同学的支持与帮助,,提出了许多宝贵的修改意见,在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限,设计中难免存在一些错误,恳请老师和同学批评指正。
第一章概述
1.1数控加工在机械制造领域中的地位和作用
随着科学技术的高速发展,机械产品的结构越来越合理,其性能、精度日趋提高,更新换代频繁,生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化,因此,对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
一些需要大批生产的机械产品,例如汽车与家用电器的零件,为了解决高产、优质的问题,多采用专用的工艺设备、专用的自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。
但是应用这些专用生产设备进行生产,生产准备周期长,产品改型不易,因而使产品的开发周期增长。
在机械产品中,单件与小批量产品占到80%左右,这类产品一般都采用通用机床加工,当产品改变时,机床与工艺装备均需作出相应的变换和调整,而且通用机床的自动化程度不高,基本上由人工操作,难以提高生产效率和保证加工质量,特别是一些有曲面轮廓的复杂零件,只能借助靠模和仿形机床,或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工,加工精度和生产效率都受到很大的限制。
由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果,具有高柔性、高精度与高自动化的特点,因此,采用数控加工手段,解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂零件的加工。
应用数控加工技术是机械制造领域的一次技术革命,使机械制造业的发展进入了一个新的阶段,提高了机械制造业的制造水平,为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。
目前应用数控加工技术的领域已从当初的航天工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业,并已经取得了巨大的经济效益。
1.2数控加工的特点
数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液)和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示,通过控制介质(如穿孔纸带或磁盘等)将数字信息送入数控装置,数控装置对输入的信息进行处理与运算,发出各种控制信号,控制机床的伺服系统或其他驱动元件,使机床自动加工出所需要的工件。
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。
数控加工与常规加工相比具有以下的特点:
1.自动化程度高
在数控机床上加工零件时,除了手工装卸工件外,全部加工过程都由机床自动完成。
在柔性制造系统上,上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成,这样减轻了操作者的劳动强度,改善了劳动条件。
2.加工精度高而且加工质量稳定
数控加工的尺寸精度通常在0.005-0.1mm之间,而且不受零件形状复杂程度的影响,加工中消除了操作者的认为误差,提高了同批零件尺寸的一致性,使产品质量保持稳定。
3.对加工对象的适应性强
数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。
当加工对象改变时,除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外,只要重新编写并输入该零件的加工程序,便可自动加工出新的零件,不必对机床作任何复杂的调整,这样缩短了生产准备周期,给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。
4.生产效率高
数控机床的加工效率高,一方面是自动化程度高,在一次装夹中能完成较多表面的加工,省去了划线、多次装夹、检测等工序;另一方面是数控机床的运动速度高,空行程时间短。
目前,数控车床的主轴转速已达到5000-7000r/min,数控高速磨削的砂轮线速度达到100-200m/s,加工中心的主轴转速已达到20000-50000r/min,各轴的快速移动速度达到18-24m/min。
5.易于建立计算机通信网络
由于数控机床是使用数字信息,易于与计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)系统联接,形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。
当然,数控加工在某些方面也有不足之处,这就是数控机床价格昂贵,加工成本高,技术复杂,对工艺和编程要求较高,加工中难以调整,维修困难。
为了提高数控机床的利用率,取得良好的经济效益,需要切实解决好加工工艺与程序编制、刀具的供应、编程与操作人员的培训等问题。
1.3数控加工的发展
1.3.1数控机床的发展历程与分类
1.数控机床的发展历程
自1952年第一台数控铣床在美国诞生以来,随着电子技术、计算机技术、自动控制技术和精密测量技术的发展,数控机床得到了迅速的发展和更新换代。
数控机床的发展先后经历了电子管(1952年)、晶体管(1959年)、小规模集成电路(1965年)、大规模集成电路及小型计算机(1970年)和微处理机或微型计算机(1974年)等五代数控系统。
前三代系统采用专用电子线路实现的硬件式数控系统,一般称为普通数控系统,简称NC。
第四代和第五代系统是采用微处理器及大规模或超大规模集成电路组成的软件式数控系统,称为现代数控系统,简称CNC(第四代)和MNC(第五代)。
由于现代数控系统的控制功能大部分是由软件技术来实现,因而使硬件进一步得到了简化,系统可靠性提高,功能更加灵活和完善。
目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。
随着数控系统的不断更新换代,数控机床的品种也得以不断地发展,产量也不断地提高。
目前,世界数控机床的品种已超过1500种,几乎所有品种的机床都实现了数控化。
数控机床的年产量近15万台,产值超过200亿美元,数控机床总拥有量达到100万台以上。
我国数控机床的研制始于1958年,由清华大学研制了最早的样机。
1966年我国诞生了第一台用直线-圆弧插补的晶体管数控系统。
1970年初研制成功集成电路数控系统。
1980年以来,通过研究和引进技术,我国数控机床发展很快,现已掌握了5-6轴联动、螺距误差补偿、图形显示和高精度伺服系统等多项关键技术。
目前已有几十个单位在从事不同层次的数控机床的生产与开发,形成了具有小批量生产能力的生产基地。
数控机床的品种已超过500种,其中金属切削机床品种数控化率已达20%。
第二章零件加工工艺的分析
2.1零件的技术要求分析
零件的尺寸公差在0.05—0.1mm之间,且凸件薄壁厚度为8mm,区域面积较大,表面粗糙度也比较高,达到了Ra3.2um,相对难加工,加工时容易产生变形,处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达到要求。
定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。
该零件首先以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位,将毛料的精加工定位面铣削出来,并达到规定的要求和质量,作为夹持面,再以夹持面为精基准装夹来加工零件,最后再将粗基准面加工到尺寸要求。
材料名称:
铝型材
热处理:
正火。
强度较高,塑性和韧性尚好,最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件,以及对心部强度要求不高的表面淬火零件。
2.1.1零件的结构工艺分析
零件形状如1-1、1-2图所示,有轮廓加工、板件凸、凹件加工及打孔等。
由于典型零件需要配合的薄壁零件,形状比较简单,但是工序复杂,表面质量和精度要求高,所以从精度要求上考虑,定位和工序安排比较关键。
为了保证加工精度和表面质量,根据毛胚形状和尺寸,分析采用两次定位(一次粗定位,一次精定位)装夹加工完成,按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工.。
零件基本尺寸:
110×110×30
凸件1-1
凹件1-2
技术要求:
1、未注公差±0.1mm;
2、未注倒角去毛刺;
3、未注表面粗糙度为Ra3.2
凸件
凹件
2.2编程尺寸的确定
2.2.1计算各节点的坐标尺寸
2-1
如图2-1所示将零件图用AUTOCAD画出,利用CAD中的相关功能计算出上图中各节点的坐标。
2.3毛坯选择
2.3.1毛坯分析
根据零件的设计和运用领域等方面,零件形状尺寸、力学性能、批量大小以及学校现有的设备要求,选择零件的材料。
①:
材料的力学性能:
退火钢抗拉强度:
≥600(MPa);
屈服强度:
≥355(MPa);
延长率:
≥16%断面收缩率:
≥40%;
布氏硬度:
≤197(HB);
②:
批量大小:
小批量生产
③:
零件形状尺寸:
由零件凸模1-1、凹模1-4图样尺寸为116mm×116mm×34mm,
④:
学校现有的设备:
立式加工中心
2.3.2毛坯的选择
选择毛坯尺寸为116mm×116mm×34mm的铝材,类型为型材。
2.4工艺过程的设计
2.4.1选择定位基准:
通常毛料未经任何处理时,外表有一层硬皮,硬度很高,很容易磨损刀具,在选择走刀方式时加以考虑选择逆铣,还有毛刺,装夹前应进行钳工去毛刺处理,再以面作为粗基准加工精基准定位面。
凸件:
任选116mm×34mm的面用面铣刀加工,即为定位基准。
凹件:
任选116mm×34mm的面用面铣刀加工,即为定位基准
2.4.2选择毛坯各表面加工方法:
表面的加工顺序是先里后外,先粗后精,先面后孔的方法划分加工步骤,由于轮廓薄壁太薄,对其划分工序考虑要全面,先对受力大的部位先加工,对剩余部粗铣后就开始精加工。
由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀,所以选择加工方案要综合考虑。
2.4.3确定加工顺序:
铣削底面和侧面
凸件:
粗铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣内轮廓(挖槽)→编程去除槽内多余残料→铣槽内圆孔→粗铣槽内凹球槽→粗铣外轮廓→粗铣凸台→编程去除多余残料→精铣椭圆槽→精铣槽内球槽→精铣凸台→精铣夹持面。
①选择与之前加工完成的116mm×34mm面相邻的116mm×34mm面加工,用夹具将工件夹持稍微可以松动,目测之前加工的面与夹具底面垂直,然后用千分尺测是否垂直,读表后,用扳手轻微修改工件垂直度,直到工件垂直为止,夹紧,然后用面铣刀加工此面。
切削量不要太多(1—1.5mm)。
②将工件旋转90度至未加工的一面,然后用千分表测垂直度,用G92指令和面铣刀加工,再以此面为零点,将零件切削到116mm×113mm×34mm。
③将工件旋转90度至未加工的一面,然后用千分表测垂直度,用G92指令和面铣刀加工,再以此面为零点,将零件切削到113mm×113mm×34mm。
④然后加工113mm×113mm的面,用G92指令和面铣刀将此面稍微洗掉一点(1—1.5mm)。
⑤将工件翻过来切削另一面,用G92指令和面铣刀稍微切掉一点,以此面为零点,将工件切削到113mm×113mm×32mm。
⑥精铣上平面,工件尺寸铣过之后为113mm×113mm×30mm。
⑦粗铣长半轴为X为39短半轴Y为29的椭圆槽,以及去除残料。
⑧铣直径为8的内圆孔,粗铣球半径为15的球槽。
⑨粗铣凸台,去除多余残料。
⑩精铣椭圆槽(X40,Y30),粗铣SR15的球槽,精铣凸台。
⑩+1将工件旋转精铣夹持面110mm×110mm×30mm。
凹件:
粗铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣凹槽→编程去除凹槽中多余残料→粗铣定位槽→精铣槽底面→精铣定位槽→翻面铣掉夹持面。
①选择与之前加工完成的116mm×34mm面相邻的116mm×34mm面加工,用夹具将工件夹持稍微可以松动,目测之前加工的面与夹具底面垂直,然后用千分尺测是否垂直,读表后,用扳手轻微修改工件垂直度,直到工件垂直为止,夹紧,然后用面铣刀加工此面。
切削量不要太多(1—1.5mm)。
②将工件旋转90度至未加工的一面,然后用千分表测垂直度,用G92指令和面铣刀加工,再以此面为零点,将零件切削到116mm×113mm×34mm。
③将工件旋转90度至未加工的一面,然后用千分表测垂直度,用G92指令和面铣刀加工,再以此面为零点,将零件切削到113mm×113mm×34mm。
④然后加工113mm×113mm的面,用G92指令和面铣刀将此面稍微洗掉一点(1—1.5mm)。
⑤将工件翻过来切削另一面,用G92指令和面铣刀稍微切掉一点,以此面为零点,将工件切削到113mm×113mm×32mm。
⑥精铣上平面,工件尺寸铣过之后为113mm×113mm×30mm。
⑦粗铣长半轴为X为31短半轴Y为21的椭圆槽,以及去除残料。
以及两个定位槽。
⑧精铣椭圆槽(X32,Y22),精铣定位槽。
⑨将工件旋转精铣夹持面110mm×110mm×30mm。
2.4.4确定走刀路线
定义:
数控加工过程中刀具相对于被加工工件的运动轨迹。
根据零件图样,确定走刀路线(即加工工时最短,又能保证质量),下面确定该走刀路线:
配合件走刀路线:
先粗、精加工椭圆的外轮廓→粗、精加工内腔及球槽→粗精加工定位台
2.5选择机床、工艺装备
2.5.1数控机床及系统
选用加工中心(FAUNC——VMC850)
加工中心加工柔性比普通数控铣床优越,有一个自动换刀的伺服系统,对于工序复杂的零件需要多把刀加工,在换刀的时候可以减少很多辅助时间,很方便,而且能够加工更加复杂的曲面等工件。
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。
5-1
工作台面尺寸
(长×宽)
405×1307(mm)
主轴锥孔/刀柄形式
24ISO40/BT40(MAS403)
工作台最大纵向行程
650mm
主配控制系统
FANUC0iMate-MC
工作台最大横向行程
450mm
换刀时间(s)
6.5s
主轴箱垂向行程
500mm
主轴转速范围
60—6000(r/min)
工作台T型槽
(槽数-宽度×间距)
5-16×60mm
快速移动速度
10000(mm/min)
主电动机功率
5.5/7.5(kw)
进给速度
5—800(mm/min)
脉冲当量(mm/脉冲)
0.001
工作台最大承载(kg)
700kg
机床外形尺寸
(长×宽×高)(mm)
2540mm×2520mm×2710mm
机床重量( kg)
4000kg
2.5.2夹具的选择
机械制造过程中用来固定加工对象,使之占有正确的位置,以接受施工或检测的装置称为夹具,又称卡具。
从广义上说,在工艺过程中的任何工序,用来迅速、方便、安全地安装工件的装置,都可称为夹具。
例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。
在机床上加工工件时,为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求,加工前必须将工件装好(定位)、夹牢(夹紧)。
夹具通常由定位元件(确定工件在夹具中的正确位置)、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置(使工件在一次安装中能完成数个工位的加工,有回转分度装置和直线移动分度装置两类)、连接元件以及夹具体(夹具底座)等组成。
按进给方式铣床夹具可分为直线进给式、靠模进给式和圆周进给式三种。
1、直线进给式铣床夹具:
这类铣床夹具用得最多,夹具安装在铣床工作台上,加工中随工作台按直线进给方式运动。
2、靠模铣床夹具:
靠模的作用是使工件获得辅助运动,形成仿形运动,它用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。
3、圆周进给式铣床夹具:
可在不停车的情况下装卸工件,一般是多工位,在有回转工作台的铣床上使用。
这种夹具结构紧凑,操作方便,是高效铣床夹具,使用于大批量生产。
现代的数控铣床夹具除用到常用的虎钳、分度头和三爪夹盘等通用夹具外还有万能组合夹具、多工位夹具、气动或液压夹具、专用铣切夹具和真空夹具等
2.5.3装夹方案的选择
在确定装夹方案时,只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式,并选择合适的夹具。
在选用夹具时,在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具,在经济效应上可以减少成本的开支。
数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求,所以我根据零件的形状考虑选择平口虎钳。
此时,主要考虑以下几点:
1 夹紧机构或其它元件不得影响进给,加工部位要敞开;
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