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目 錄 第一章 概述 1 1.1制訂工藝過程的基本要求 1 1.2制定工藝路線的過程 1 第二章 零件圖的工藝分析 2 2.1技術(shù)要求分析 2 2.1.1零件的圖樣分析 2 2.1.2零件的技術(shù)要求分析 3 第三章 毛坯的設(shè)計 4 3.1毛坯種類的選擇 4 3.2毛坯的形狀和尺寸設(shè)計 4 第四章 加工方案 5 4.1裝夾方案 5 4.2定位基準(zhǔn) 5 4.3零件加工工藝路線的擬定 6 4.3.1零件表面加工方法的選擇 6 4.3.2加工順序的安排 6 第五章 走刀路線的確定 9 5.1數(shù)控加工確定走刀路線的原則 9 5.2走刀路線部分設(shè)計平面圖 9 第六章 機(jī)床的選擇 10 第七章 機(jī)械工藝裝備的選擇 12 7.1銑刀的分類 12 7.2銑刀的裝夾 12 7.3銑刀的材質(zhì)選擇 13 第八章 數(shù)控加工編程加工程序 14 8.1零件三維造型 14 8.2部分?jǐn)?shù)控加工程序 20 第九章 小結(jié) 21 參考文獻(xiàn) 22 第一章 概述 1.1制訂工藝過程的基本要求 不同的零件，由于結(jié)構(gòu)、尺寸、精度和表而粗糙度等要求不同，其加工工藝也隨之不同。一個零件可能有幾種工藝方案，但其中總有一個是更為合理的。在進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計時，一般應(yīng)進(jìn)行以下幾方面的工作：(1)數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇；(2)數(shù)控加工工藝性分析；(3)數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計。 數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇： 對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機(jī)床上完成,而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在考慮選擇內(nèi)容時，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)設(shè)備的實際，立足于解決難題、攻克關(guān)鍵問題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。 1.2制定工藝路線的過程 制訂工藝規(guī)程的步驟大致如下； 1.對零件進(jìn)行工藝分析； 2.毛坯的選擇； 3.定位基準(zhǔn)的選擇； 4.工藝路線的制訂； 5.選擇或設(shè)計、制造機(jī)床設(shè)備； 6.選擇或設(shè)計、制造刀具、夾具、量具及其他輔助工具； 7.確定工序的加工余量、工序尺寸及公差； 8.確定工序的切削用量； 9.估算時間定額； 10.填寫工藝文件。 第二章 零件圖的工藝分析 2.1技術(shù)要求分析 2.1.1零件的圖樣分析 零件的圖樣是設(shè)計工藝過程的依據(jù)，必須仔細(xì)地分析、研究。通過分析、研究零件圖樣，對零件的主要及加工順序獲得初步概念，為具體設(shè)計工序規(guī)程的各個階段的細(xì)節(jié)打下必要的基礎(chǔ)。 給定的工件如下：尺寸及其公差要求如下圖所示; 圖2.1零件二維平面圖 零件如圖2.1所示，該零件材料為45鋼； 該零件由外輪廓4個大小形狀不一的凸臺、外輪廓3個U形槽、中心凹槽、2個內(nèi)半圓凸臺、3個通孔、3個沉孔、多個倒角面等組成。 尺寸標(biāo)注：完整，正確，清晰；有尺寸公差要求： 毛坯尺寸：125mm85mm25mm； 小孔尺寸：Φ83；大孔尺寸：Φ123； 形位公差要求：全部粗糙度要求Ra3.2um，無熱處理要求。 2.1.2零件的技術(shù)要求分析 通過對給定零件圖樣進(jìn)行分析，可知其對加工尺寸精度、幾何公差、粗糙度有嚴(yán)格要求。兩通孔內(nèi)表面粗糙度要求為3.2，小孔需進(jìn)行鉆孔孔加工。鍵槽側(cè)面，臺階周邊平面粗糙度要求為3.2，需要粗加工、半精加工和精加工。其余加工面有粗糙度為3.2需要粗加工精加工，零件的重要尺寸都有公差要求。臺階面之間有平行度要求，減少裝夾次數(shù)可以保證其平行度。零件的整體技術(shù)要求中等偏高。需要正確的裝夾定位和精確的加工操作。 第三章 毛坯的設(shè)計 3.1毛坯種類的選擇 毛坯的種類及其不同的制造方法，對零件的質(zhì)量、加工方法、材料利用率，機(jī)械加工勞動量和制造成本等都有很大的影響。機(jī)械加工對毛坯的精度有嚴(yán)格的要求，不可能再裝夾定位時進(jìn)行個別調(diào)整，毛坯的一致性甚至是正常運(yùn)行的必要條件。 由于該零件整體外形輪廓類似于矩形，以矩形毛胚塊加工較為方便，對于一個簡單的矩形塊毛坯，無復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)，選用金屬鍛造加工就行，所以該毛坯種類選用鍛件，材料為45鋼。 3.2毛坯的形狀和尺寸設(shè)計 毛坯：用氧割機(jī)下120mm85mm25mm的毛坯 表面加工方法： 上下表面、4個側(cè)面：粗銑+精銑 凸臺：粗銑+半精銑+精銑； 中心凹槽：粗銑+半精銑+精銑； U形槽：粗銑+半精銑+精銑； 孔：鉆孔； 圓弧倒角：精銑； 根據(jù)設(shè)計要求，確定毛坯形狀為矩形，根據(jù)最終尺寸為120mm80mm25mm，毛坯四周留有1mm余量，底面和上表面各留有1mm的余量，零件毛坯尺寸為175mm85mm25mm. 第四章 加工方案 4.1裝夾方案 數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對固定：二是要協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。除此之外，還要考慮以下四點： （1）當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。 （2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 （3）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時間。 （4）夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對零件各表面的加工，即夾具要開敞其定位、夾 緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）。 此次設(shè)計的零件毛坯為矩形，采用平口虎鉗進(jìn)行裝夾并用墊鐵進(jìn)行調(diào)整，保證各邊的垂直度和平行度。 4.2定位基準(zhǔn) 在零件圖樣和實際零件上，總要依據(jù)一些制定的點、線、面來確定另一些點、線、面的依據(jù)。這些作為依據(jù)的點、線、面就稱為基準(zhǔn)。 工件加工的第一道工序所用基準(zhǔn)都是粗基準(zhǔn)，其選擇正確與否既影響第一道工序的加工，更影響工件加工的全過程。粗基準(zhǔn)選擇有兩個出發(fā)點：一是要保證各加工表面有足夠余量，二是要保證不加工表面的位置與尺寸符合圖樣要求，并應(yīng)盡快獲得精基準(zhǔn)面。 粗基準(zhǔn)選擇原則為：（1）選擇不加工表面作粗基準(zhǔn)的原則 （2）合理分配加工余量的原則 （3）便于裝夾與定位可靠的原則 （4）粗基準(zhǔn)只能使用一次的原則 精基準(zhǔn)的選擇（1）基準(zhǔn)重合原則 （2）基準(zhǔn)同一原則 （3）互為基準(zhǔn)原則 （4）自為基準(zhǔn)原則 （5）便于裝夾原則 在實際加工過程中，我們選擇上表面作為初次加工的粗基準(zhǔn)來加工下表面，在選擇下表面作為加工的精基準(zhǔn)來加工上表面和四周面，這樣能有效的保證上表面跟下表面，各個臺階面之間的平行度的要求，還能保證上下表面跟四周面的垂直度的要求，而且還能減少的裝夾的次數(shù)，從而減少誤差。 4.3零件加工工藝路線的擬定 4.3.1零件表面加工方法的選擇 機(jī)械加工中，每種加工方法能夠保證相當(dāng)大的加工精度和表面粗糙度范圍。但如果要求得到過高的精度和表面粗糙度，需要采取一些特殊的工藝措施，將加大加工成本。每種加工方法都有一個經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度的加工范圍。所謂加工經(jīng)濟(jì)精度，就是指在正常條件下（即采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級的工人，不延長加工時間）所能保證的加工精度。相應(yīng)的粗糙度稱為經(jīng)濟(jì)粗糙度。 某一表面加工方法的確定，主要 由該表面所要求的加工精度和表面粗糙度來確定。通常根據(jù)零件圖上給定的要求按加工經(jīng)濟(jì)精度確定最終工序的加工方法，然后按加工經(jīng)濟(jì)精度確定倒數(shù)第二次表面加工方法，一直反推至第一次加工，從而獲得該表面的加工方案。 對形狀復(fù)雜和加工質(zhì)量要求較高的零件，工藝過程劃分階段進(jìn)行，一般劃分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。若要求零件精度特高、表面粗糙度很低時，還應(yīng)增加精密加工和超精密加工。 4.3.2加工順序的安排 機(jī)械加工工序的安排原則： （1）基準(zhǔn)先行 先加工出用做精基準(zhǔn)的表面，然后以精基準(zhǔn)定位加工其他表面。如軸類零件一般以中心孔為精基準(zhǔn)，所以先以外圓作粗基準(zhǔn)加工中心孔，然后再以中心孔為精基準(zhǔn)加工其他表面。精加工階段之前，有時還需對精基準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)以確保定位精度。 （2）先粗后精 精基準(zhǔn)加工好后，整個零件的加工，應(yīng)是粗加工在先，待所有粗加工完成后，接著半精加工，最后安排精加工和光整加工。 （3）先主后次 次要表面（如鍵槽、螺孔、銷孔等）一般與主要表面之間有相對位置要求，所以應(yīng)先安排加工主要表面（如零件的工作表面、裝配基準(zhǔn)）作為精基準(zhǔn)，次要表面一般安排在半精加工之后，精加工之前一次完成。如果放在最后加工，應(yīng)注意不要碰傷以加工好的主要表面。 （4）先面后孔 先加工平面，后加工內(nèi)孔。對于箱體、底座、支架等類的零件，平面的輪廓尺寸較大，用它作為精基準(zhǔn)加工孔，穩(wěn)定可靠，易于加工，也有利于保證孔與平面的位置精度。 結(jié)合本次設(shè)計零件的具體要求，我們的此次設(shè)計的加工順序如下表所示。 表4.1數(shù)控加工工藝卡片 表4.2數(shù)控加工工藝卡片 表4.3數(shù)控加工刀具卡片 表4.4為數(shù)控加工工序卡 第五章 走刀路線的確定 5.1數(shù)控加工確定走刀路線的原則 對于車削加工，切入零件時采用快速走刀接近工件切削起始點附近的某個點，再改用切削進(jìn)給，以減少空行程時間，提高加工效率。切削起始點的確定取決于毛坯余量的大小，以刀具快速走到該點時工藝系統(tǒng)內(nèi)不發(fā)生碰撞為原則。加工螺紋時為保證加工精度，應(yīng)有一定引入和引出距離。 在確定走刀路線時，應(yīng)在保證加工精度和表面質(zhì)量的情況下，使加工程序具有最短的走刀路線，不僅可節(jié)省工件的加工時間，還減少了一些不必要的刀具磨損及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動部件的磨損等。 5.2走刀路線部分設(shè)計平面圖 圖5.1為 圖5.1 零件U形槽的走刀路線圖。 第六章 機(jī)床的選擇 對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機(jī)床上完成,而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。 該復(fù)雜零件的加工我們采用：普通銑床和數(shù)控加工中心 。MC0650h型立式高速加工中心采用高剛性點主軸結(jié)構(gòu)，功率大，轉(zhuǎn)速高；三軸采用大導(dǎo)程精密滾珠絲杠，可實現(xiàn)高速傳動；三坐標(biāo)均采用精密直線導(dǎo)軌副，動靜摩擦系數(shù)低，動態(tài)特性高，可滿足高精度加工。 選擇數(shù)控機(jī)床時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面的問題： 1.數(shù)控機(jī)床主要規(guī)格的尺寸應(yīng)與工件的輪廓尺寸相適應(yīng)。 2.機(jī)床結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床規(guī)格尺寸、加工工件的重量等因素的影響。 3.機(jī)床的工作精度與工序要求的加工精度相適應(yīng)。 4.機(jī)床的功率與剛度以及機(jī)動范圍應(yīng)與工序的性質(zhì)和最合適的切削用量相適應(yīng)。 5.裝夾方便、夾具結(jié)構(gòu)簡單也是選擇數(shù)控設(shè)備是需要考慮的一個因素。 選擇加工機(jī)床，首先要保證加工零件的技術(shù)要求，能夠加工出合格的零件。其次是要有利于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。選擇加工機(jī)床一般要考慮到機(jī)床的結(jié)構(gòu)、載重、功率、行程和精度。還應(yīng)依據(jù)加工零件的材料狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)要求和工藝復(fù)雜程度，選用適宜、經(jīng)濟(jì)的數(shù)控機(jī)床，綜合考慮以下因素的影響。 1.機(jī)床的類別(車、銑、加工中心等)、規(guī)格(行程范圍)、性能(加工材料)。 2.數(shù)控機(jī)床的主軸功率、扭矩、轉(zhuǎn)速范圍，刀具以及刀具系統(tǒng)的配置情況。 3.數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。 4.零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式。 5.機(jī)床坐標(biāo)系和坐標(biāo)軸的聯(lián)動情況。 6.控制系統(tǒng)的刀具參數(shù)設(shè)置，包括機(jī)床的對刀、刀具補(bǔ)償以及ATC等相關(guān)的功能。 此次設(shè)計的零件要求精度中等偏上，零件復(fù)雜度屬中等，所以對加工設(shè)備要求不是很高，國內(nèi)的中等數(shù)控加工中心能滿足其加工要求，根據(jù)比較目前市場上加工中心性價比，選擇國內(nèi)沈陽機(jī)床VMC650 型號立式加工中心，其主要參數(shù)如下： 工作臺尺寸： 420700mm 工作臺最大行程：650420510mm 轉(zhuǎn)速范圍： 8000r/min 進(jìn)給速度： 1-10000mm/min 刀庫容量： 16把 數(shù)控系統(tǒng)： FANUC 0i MC 定位精度： X Y Z軸 SB6330 0.005/300mm JB/T8771.4-1998 0.015/0.012/0.015 重復(fù)定位精度: X Y Z軸 SB6330 0.03mm JB/T8771.4-1998 0.01/0.008/0.01 第七章 機(jī)械工藝裝備的選擇 7.1銑刀的分類 按銑刀結(jié)構(gòu)和安裝方法可分為帶柄銑刀和帶孔銑刀。 1、帶柄銑刀 帶柄銑刀有直柄和錐柄之分。一般直徑小于20mm的較小銑刀做成直柄，直徑較大的銑刀多做成錐柄。 (1）端銑刀 由于其刀齒分布在銑刀的端面和圓柱面上，固多用于立式升降臺銑床上加工平面，也可用于臥式升降臺銑床上加工平面。 (2）立銑刀 它是一種帶柄銑刀，有直柄和錐柄兩種，適于銑削端面、斜面、溝槽和臺階面等。 (3）鍵槽銑刀和T形槽銑刀 它們是專門加工鍵槽和T形槽的。 (4）燕尾槽銑刀 專門用于銑燕尾槽。 2、帶孔銑刀 帶孔銑刀適用于臥式銑床加工，能加工各種表面，應(yīng)用范圍較廣。 (1）圓柱銑刀 由于它僅在圓柱表面上有切削刃，固用于臥式升降臺銑床上加工平面。 (2）三面刃銑刀和鋸片銑刀 三面刃銑刀一般用于臥式升降臺銑床上加工直角槽，也可以加工臺階面和較窄的側(cè)面等。鋸片銑刀主要用于切斷工件或銑削窄槽。 (3）模數(shù)銑刀 用來加工齒輪等。 7.2銑刀的裝夾 加工中心用立銑刀大多采用彈簧夾套裝夾方式，使用時處于懸臂狀態(tài)。在銑削加工過程中，有時可能出現(xiàn)立銑刀從刀夾中逐漸伸出，甚至完全掉落，致使工件報廢的現(xiàn)象，其原因一般是因為刀夾內(nèi)孔與立銑刀刀柄外徑之間存在油膜，造成夾緊力不足所致。立銑刀出廠時通常都涂有防銹油，如果切削時使用非水溶性切削油，刀夾內(nèi)孔也會附著一層霧狀油膜，當(dāng)?shù)侗偷秺A上都存在油膜時，刀夾很難牢固夾緊刀柄，在加工中立銑刀就容易松動掉落。所以在立銑刀裝夾前，應(yīng)先將立銑刀柄部和刀夾內(nèi)孔用清洗液清洗干凈，擦干后再進(jìn)行裝夾。 當(dāng)立銑刀的直徑較大時，即使刀柄和刀夾都很清潔，還是可能發(fā)生掉刀事故，這時應(yīng)選用帶削平缺口的刀柄和相應(yīng)的側(cè)面鎖緊方式。立銑刀夾緊后可能出現(xiàn)的另一問題是加工中立銑刀在刀夾端口處折斷，其原因一般是因為刀夾使用時間過長，刀夾端口部已磨損成錐形所致，此時應(yīng)更換新的刀夾。 7.3銑刀的材質(zhì)選擇 常用刀具材料常用刀具材料有工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的為高速鋼和硬質(zhì)合金。表6—2為常用刀具材料的牌號、性能及用途。 高速鋼高速鋼是一種加人了較多的鎢、鉻、釩、相等合金元素的高合金工具鋼，有良好的綜合性能。其強(qiáng)度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的。高速鋼的制造工藝簡單，容易刃磨成鋒利的切削刃；鍛造、熱處理變形小，目前在復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速鋼可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。普通高速鋼，如W1J8c24v廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時為40—60m／min。高性能高速鋼，如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的耐用度為普通高速鋼的1．5—3倍。粉末冶金高速鋼是70年代投入市場的一種高速鋼，其強(qiáng)度與韌性分別提高30％一40％和80％一90％．耐用度可提高2—3倍。 硬質(zhì)合金按GB2075—87(參照采用190標(biāo)準(zhǔn))可分為P、M、K三類，P類硬質(zhì)合金主要用于加工長切屑的黑色金屬，用藍(lán)色作標(biāo)志；M類主要用于加工黑色金屬和有色金屬，用黃色作標(biāo)志，又稱通用硬質(zhì)合金，K類主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標(biāo)志。 第八章 數(shù)控加工編程加工程序 8.1零件三維造型 零件外輪廓以及型腔主要由三維曲面構(gòu)成，由于三維曲面造型復(fù)雜，其數(shù)控加工程序難以采用手工編程，需要采用計算機(jī)輔助數(shù)控編程。三維曲面零件采用軟件U G完成，如圖8.1所示。 圖8.1 零件三維造型 采用UG軟件建立的三維曲面模型導(dǎo)入，獲取仿真加工模型如圖8.2所示。 圖8.2 零件仿真加工模型 表面各凸臺走刀如圖8.3所示： 圖8.3 各個凸臺走刀路線 U形凹槽走刀走刀如下圖所示： 圖8.4 U形凹槽走刀路線 型腔銑走刀如下圖： 圖8.5 型腔走刀路線 孔加工的走刀分別如圖8.6、8.7所示： 圖8.6 3x 8mm通孔走刀路線 圖8.7 3x 12mm沉孔走到路線 倒角面的走刀分別為圖8.8、8.9、8.10、8.11所示： 圖8.8 底座倒角面精加工 圖8.9 外輪廓倒角面精加工 圖8.10 型腔內(nèi)倒角面精加工 圖8.11 孔內(nèi)倒角面精加工 8.2部分?jǐn)?shù)控加工程序 第九章 小結(jié) 本設(shè)計中是對復(fù)雜零件數(shù)控加工工藝的編制的設(shè)計，是對復(fù)雜零件的數(shù)控加工過程的有進(jìn)一步的提高。在這次的設(shè)計中也遇到了不少的問題，如在編寫加工工藝時，對所需加工面的先后順序編排，對零件的加工精度和勞動生產(chǎn)率都有相當(dāng)大的影響。在對零件的定位面的選擇，采用什么方式定位，夾緊方式及夾緊力方向的確定等等都存在問題。這些問題都直接影響到零件的加工精度和勞動生產(chǎn)率，為達(dá)到零件能在保證精度的前提下進(jìn)行加工，而且方便快速，以提高勞動生產(chǎn)率，降低成本的目的。通過不懈努力和指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，針對這些問題查閱了大量的相關(guān)資料。最后，將這些問題一一解決。 本次課程設(shè)計不僅培養(yǎng)了我獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。 通過過這次設(shè)計，提高了我很多的能力，比如動手水平、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等。在這期間凝結(jié)了很多人的心血，在此表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。在短短的2周內(nèi)完成了本次課程設(shè)計，通過做這次的設(shè)計，使我對專業(yè)知識和技能有了進(jìn)一步的提高，為以后從事本專業(yè)技術(shù)的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1]尚廣慶. 《數(shù)控加工工藝及編程》 上海交通大學(xué)出版社 [2]肖軍民. 《數(shù)控加工自動編程經(jīng)典實例》 北京機(jī)械工業(yè)出版社 [3]崇凱. 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》 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