本科毕业论文---轴类零件的实体造型及其加工.doc

轴类零件的实体造型及其加工 15 一 前言机械制造与自动化是综合应用计算机及各种辅助软件进行设计与其制造的一门专业。要求有很熟练的操作能力，并能更深层次的了解与学习与自己专业相关的软件。提高自己的动手、动脑及操作能力。数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床效能的前提条件。从数控加工的实用角度出发，以掌握数控加工工艺为目标，数控加工切削为基础，了解机床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹。一、从工艺的角度来看，数控切削加工工艺主要包括如下内容。1)（a）选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。(b) 分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。(c) 确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序，处理与非数控加工工序的衔接等。(d) 加工工序的设计。如选取零件的定为基准、装夹方案的确定、刀具选择和确定切削用量等。2) (a) 选择适合在立式加工中心上加工的零件，确定工序内容。 (b)分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。(c) 确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序，处理与非数控加工工序的衔接等(d) 加工工序的设计。如选取零件的定为基准、装夹方案的确定、刀具选择和确定切削用量等。二、从辅助软件的角度来看，（1）、AutoCAD /UG辅助软件是目前应用最广泛的机械设计和建筑设计软件。（2）、CAD、CAXA、UG集与二维绘图、三维建模、数据管理及数据共享诸多功能于一体。（3）、CAXA辅助软件集PRO/E和UG于一体，包括二图形构建、几何图形的修整、三线框模型及曲面的构建、三实体建模、实体加工等。机械制造与自动化专业为实现自动化、智能化、集成化生产打下了基础，是制造业提高产品质量和生产效率的重要手段，是实用性与操作性极强的技术。其核心能力是机械制造与自动化相关设备及软件的操作及学习。二 毕业设计的目的及意义毕业设计是在学完本专业所设的相关课程，并进行生产实习的基础上检查学生所学的基础理论知识与实际生产经验相结合的能力。它要求学生较全面地综合运用本专业及其有关课程的理论和实践知识，进行相应科目设计。本毕业设计是机械制造与自动化的课程设计，具体设计内容为：根据给定工件图纸，编写加工工艺规程，并说明工艺装备仪器和各项参数的计算和选取方法。其设计目的在于：（1）培养学生运用机械制造工艺学与所涉及的有关课程（机械制造基础与实践、机械设计基础、机械制图、AutoCAD、UG、CAXA、数控机床等）的知识，结合生产实习中掌握的实践技能，独立地分析和解决工艺问题，编写工艺规程的能力。（2）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。（3）进一步巩固和加深学生识图、计算机绘图、参数计算、数控加工和编写技术文件等基本技能。设计的意义：1、有利于基础知识的理解。2、有利于逻辑思维的锻炼。3、有利于与其他学科的整合。4、有利于治学态度的培养。总之，本设计通过对典型轴套类配合零件的工艺分析、数控编程、仿真以及实际加工，旨在系统地掌握所学基本理论知识，更重要的是全面训练提高自己的综合能力，通过实际操作，进一步对所学专业知识进行有机结合，达到融会贯通，而有利于培养发现问题，解决问题的能力，为今后从事工程实践打下良好的基础。三 工艺分析在数控机床上加工零件之前，首先得编程，而编程之前，又先得考虑工艺问题。采用什么设备，什么刀具，怎么安装，切削用量、走刀路线、加工余量怎么选取，历来是初学者难于下手的问题所在。在普通机床上制作工艺卡的过程，实际上是零件加工过程的总结，上述参数往往由操作人员自行决定。而数控机床是按照程序进行加工的，加工过程是自动的，因此，加工中的所有工序、每道工序的切削用量、加工余量和所有刀具的尺寸、类型等都要预先确定好并编入程序中。为此，要求一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，对CNC机床的性能、特点和应用、切削规范和标准刀具系统等非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑零件加工的全过程并正确、合理地编制零件加工程序。3.1加工工序的划分在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装夹中就能完成全部工序。但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装夹到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。经过粗加工或半精加工的零件装夹到数控机床上之后，机床按规定的工序一步一步地进行半精加工和精加工。用数控机床加工零件的工序划分方法如下：（1）加工工序分析法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把、第三把刀完成它们可以完成的其他部位。这样可以减少换刀次数，压缩空行程时间，减少不必要的定位误差。（2）粗、精加工分序法对单个零件要先粗加工、半精加工，而后精加工。或者一批零件，先全部进行粗加工、半精加工，最后再精加。粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后的零件得以充分地时效，再进行精加工，以提高零件的加工精度。（3）加工部位分序法 一般先加工平面、定位面、后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析。许多工序的安排是按上述分序方法进行综合安排的。3.2选择工件的装夹方式工件定位安装的基本原则与普通机床相同。但在数控机床上加工零件，工序集中，往往在一次装夹中就完成全部工序。因此，对零件的定位、夹紧要注意以下几个方面。(1) 尽量采用组合夹具和标准化通用夹具，必要时才设计专用夹具，但结构应尽可能简单。（2）零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具相撞的现象。（3）夹紧力应力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在被加工孔径的上方，以减少零件变形。（4）零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般同一批零件采用同一定位基准，同一装卡方式。（5）若需要设计专用夹具，夹具结构应有足够的刚度和强度。3.3零件的加工工艺分析（1）零件图工艺分析该零件主要由端面、外轮廓、端面槽组成，零件的尺寸较完整。左端面有两个矩形槽。尺寸明确，精度要求比较高，该零件结构比较简单，尺寸精度要求也较高，圆柱上有倒角，此类零件适合数控车削和铣削，并在车削和铣削过程中适当加入磨削操作。（2）确定装夹方案 采用两中心孔定位装夹一般以重要表面作为粗基准定位，加工出中心孔，在以轴两端的中心孔为定位基准，尽可能做到基准统一，基准重合，互为基准并实现一次装夹加工多个表面。中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准。它自身质量非常重要，其准备工作也相对比较复杂，常常以支撑轴颈定位，车（钻）中心孔，在以中心孔定位粗、精车外圆，粗磨外圆。由于此轴类零件直径相差比较大并且比较细长，故以外圆和中心孔作为定位基准。（一夹一顶）用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳定，切削用量也不能太大，粗加工时为了提高零件的刚度采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准进行加工。此定位方式能承受较大的切削力矩。是轴类零件最常用的一种定位方式。由于零件结构比较简单，所以最好一次连续车削出来，尽可能的在一次装夹中完成尽可能多的工序。因此确定坯件轴线和大端面（设计基准）为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。（3）确定车削加工顺序及走刀路线。根据基面先行、先面后孔、先粗后精的原则确定并结合零件的结构特征。安排加工顺序为：先车轴端面，然后再粗车轴外轮廓，为保证加工精度和减少装夹次数，再精车轴外圆。然后再普通磨床上粗磨，去除车削加工后的毛刺。走刀路线设计不必考虑最短进给或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。详见表12轴零件数控加工工序卡。（4）刀具的选择。根据零件的结构特点，所选刀具为：1）采用3中心钻钻削中心孔。2）粗车及平端面选用90硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可采用作图法检验）副偏角不易太小，选Kr=35。所选刀具及其加工表面见表11刀具卡片。 （5）车削用量的选择。 1)粗车时，首先考虑一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f.最后确定一个合适的切削速度v。增大背吃刀量ap可使走刀次数减小，增大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削余量对于提高生产率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。因此，轮廓粗车循环时选背吃刀量ap=3mm.2）精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，因此选择较小（且不易太小）的背吃刀量ap和进给量f。并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。因此精加工时背吃刀量为ap=0.25mm;3)选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册确定切削速度，然后按式，（式1-1） 计算主轴转速与进给速度。切削用量是指切削时各运动参数的数值，它是调整机床的依据。切削用量包括切削速度v、进给量f和切削深度ap，这三者常称为切削用量三要素。切削速度v切削速度是指主运动的线速度，单位为m/s（或m/min）。V = pDn/1000 （式1-2）式中：D车：工件待加工表面的直径；铣：刀具最大切削直径。（mm）n车：工件的转速；铣：刀具的转速（r/s或r/min，应与V对应）。进给量f进给量是指工件或刀具每转一周，刀具与工件之间沿进给方向的相对位移。外圆车削的进给量是指工件每转一周，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/r。（6）确定铣削加工顺序及走刀路线。根据先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。安排加工顺序为：铣端面铣端面槽。可采用环形走刀路线。详见表12轴零件数控加工工序卡。刀具沿切线方向切入或切出。(7) 刀具的选择铣削端面时，为提高切削效率和加工精度，较少接到刀痕，选用125硬质合金可转为铣刀。根据零件的结构特点，铣削端面槽时，铣刀直径受端面槽拐角圆弧半径6.5限制，选择10的高速钢立铣刀，刀尖圆弧半径受端面槽底圆弧半径的限制。由于槽底圆弧半径为0故刀尖圆弧半径=0.铣端面采用125硬质合金可转位铣刀，端面槽采用10的立铣刀，粗加工时选用10的高速钢立铣刀，精加工选用10硬质合金立铣刀，所选刀具及其加工表面见表11刀具卡片。(8) 切削用量的选择精铣端面时留0.1mm铣削余量，铣端面槽时留0.1mm的精铣余量。选择主轴转速和进给速度时，先查切削用量手册，确定切削速度Vc与每齿进给fz(进给量f) ,然后按式（1-1）和（式1-2）计算主轴转速与进给速度（计算过程略）。铣削时，由于铣刀是多齿刀具，所以规定了每齿的进给量af，单位是mm/z。每齿进给量af、进给量f和进给速度F之间有如下关系f=afz (mm/r) （式1-3）F=fn (mm/min) （式1-4）式中: z 铣刀齿数（个）；n 工件的转速（r/ min）。切削深度ap铣削时，这是指待加工表面与已加工表面的垂直距离，单位为mm。对于外圆车削来说，切削深度为ap=（dw-dm）/2 （式1-5）式中 dw工件待加工表面的直径（mm）； dm已加工表面的直径（mm）。注意：切削用量的具体参数值还应根据机床性能，相关的手册并结合实际经验模拟方法确定。同时，使主轴转速、背吃刀量及进给速度能相互适应，已形成最佳切削用量。4 零件的检验1）加工中的检验自动测量装置作为辅助装置安装在机床上。这种检验方式能在不影响加工的情况下，根据测量结果主动的控制机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、停车等。使之适应加工条件的变化，防止产生废品。故又称为主动检验。主动检验在线检测，即在设备运行，产生不停顿情况下，根据信号处理的基本原理掌握设备运行状况，对生产过程进行预测，预报及必要调整。2）加工后的检验单件小批生产尺寸精度一般用外径千分尺检验。大批量生产中常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。表面粗糙度粗糙度样板检验。要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值的一半来确定也可用千分表借助V形铁来测量。若条件允许，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值得方法来确定。四 刀具卡及工序卡表1-1数控加工刀具卡产品名称序号刀具号刀具规格名称数量(把)加工表面刀尖半径（mm）1T0145硬质合金端面车刀1车端面=0.42T0290硬质合金右偏刀1粗车外圆=0.83T0393硬质合金外圆车刀1精车外圆=0.44T043中心钻1钻中心孔5T05125硬质合金可转位刀1铣左端面6T0610端面槽立铣刀1粗铣端面槽7T0710端面槽立铣刀1精铣端面槽8T08切断刀1切断B=39T091去毛刺10T101精磨外圆 表12数控加工工序卡工序号程序编号夹具名称使用设备001O0001三爪自定心卡盘CA6140工步工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度切削速度1车端面T0125x25400r/min/0.5mm2钻中心孔T043800 r/min/4.0mm3粗车外圆T0225x25500 r/min100mm2.0mm4精车外圆T0325x25500 r/min80mm0.2mm工序号程序编号夹具名称使用设备002O0002机用平口虎钳立式加工中心工步工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度切削速度1铣端面T05125200r/min100mm2粗铣端面槽T0610800 r/min100mm0.5mm3精铣端面槽T 07101000 r/min50mm0.2mm工序号程序编号夹具名称使用设备003O0003气动或液压卡盘数控万能外圆磨床（MK1420）工步工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度切削速度1粗磨T09500mm400r/min0.2mm0.2mm2精磨T10500mm600r/min0.1mm0.1mm五 使用设备主要参数1、数控立式加工中心五轴联动立式加工中心序号产品型号产品名称技术参数主要用途1500v/5五轴联动立式加工中心 数控转台C轴转台台面直径：500mm；A轴转台面直径：20mm；主轴电机额定功率：7kW；主轴电机计算转速/最大转速：1500/9000r/min；主轴转速范围（无级调速）：08000r/min；X/Y/Z轴可编程移动行程：860mm/500mm/450mm A/C轴可旋转角度：A轴：+90-40；C轴：360；直线轴定位精度：0.01mm；回转轴重复定位精度：C：0.002deg；A:0.003deg；直线轴快移速度：1530m/min；回转轴快移速度：17r/min；刀库容量：20把；刀具交换时间：7s；刀库内最大刀具直径（邻空时）：80（125）mm；控制系统 SINUMERIK 840D；用于航空、航天、船舶、能源、汽车等行业，进行五轴联动的各种复杂3D曲面的恒速加工和五面加工，满足单件、中小批量零件加工。2KHV1050五轴联动立式加工中心工作台面积： 5001150 mm； 三向行程（X/Y/Z）1050/500/500mm；三向快速（X/Y/Z）：32/32/20 m/min)；主轴功率：22 KW； 主轴转速：200-15000 r/min；联动轴数：5轴； 定位精度：0.01 mm； 重复定位精度：0.007 mm；主要用于叶片加工2、数控车床CNC数控车床序号产品型号产品名称技术参数主要用途1CKD(N)6140CNC数控车床最大回转直径: 400mm 最大车削直径: 250mm； x/z行程: 200/530mm 主轴转速: 4000 r/min；定位精度: 0.012/0.015mm; 重复定位精度：0.006/0.012mm；应用于各行业批量生产。3、数控磨床数控万能外圆磨床序号产品型号产品名称技术参数主要用途1MGK1432高精度数控万能外圆磨床最大加工直径：200、320 mm；最大加工长度：320、630、750、1000、1500 mm；磨削孔径范围：16125 mm；中心高：180 mm；砂轮线速度：35m/s、45 m/s 最大工件重量：150kg 圆度：0.001mm(1000mm规格)、0.002mm(1000mm规格) 粗糙度：Ra0.04m(Max)。适合军工、航天、刀具、量具等精密机械工业成批精密加工。2MK1432数控万能外圆磨床最大磨削直径：320mm；最大加工长度：10000mm；最小磨削外圆直径：10mm；磨削孔径：16-125mm；最小磨削孔深：125mm； 最大工件重量：150kg；砂轮线速度：35m/s；砂轮架进给分辨率：0.00lmm；工作台移动速度范围：0.1-5000mmmin； 工作台移动分辨率：0.001mm；外圆圆度：2.5m、外圆纵截面上直径一致性：4m、外圆表面粗糙度Ra：0.1m；内圆圆度：2m、内圆表面粗糙度Ra：0.2m；数控系统：FANUC数控系统，编程自动循环磨削或手动磨削，可实现内外圆锥度加工要求。适用于工具车间、修理车间和单个小批生产车间等用于磨削圆柱或圆锥形的外圆和内孔零件。3MK1420数控万能外圆磨床工件最大回转直径：200mm；磨削最大直径：200mm；磨削最小直径：6mm；磨削工件长度：500mm；工件最大重量：50（两顶尖）；外圆砂轮直径500mm；外圆砂轮线速度：45m/s；可磨内孔直径：10100mm；可磨内孔深度：100mm；头架转速：50800 r/min；砂轮架进给速度（X轴）：0.15000/min 工作台进给速度（Z轴）： 0.18000/min X轴最小编程量：0.0001； Z轴最小编程量：0.0005砂轮架电机功率：5.57.5kW；内圆电主轴磨头功率： 4.511kW；内圆电主轴转速：1200036000 r/min； 尾架主轴行程：40用于量高精度磨削加工。砂轮修整自动补偿。高刚度，高精度，高磨削率。砂轮恒线速度。头架主轴也为滚动轴承高刚度，高精度六 零件图1实体效果图2零件平面图七 结论上述内容是我毕业设计的全过程，我以这三年来所学到的知识为基础，与实际相结合，对此设计做出了详细的分析，使其配合件在考虑到经济效益的同时，也考虑到加工出工件的准质量，尽量使零件的误差很小。但由于时间和能力关系，本课题的研究工作还有许多缺陷和不足，论文中也存在许多疏漏和错误之处请各位老师批评指正。通过这两年来对机械制造与自动化专业的学习，我掌握了一系列的关于机械制造的相关设备、软件的操作及使用要求、掌握了简单的程序编程，仿真及加工等等。使我对机械制造与自动化专业有了更深层次的了解与认识。这些成绩不是我一个人的，首先，我要感谢的是教授我知识的老师们，通过和你们这三年的相处，我学到了很多专业知识，在你们的谆谆教诲下，我很好的完成了我的学业，使我在机械制造与自动化专业方面有了新的突破，是你们把知识用最简单的方法教授于我，使我能在短时间内了解知识，学会运用知识；是你们将零碎的知识点系统化，使我容易的接受了知识。其次，我要感谢陪伴我的同学们，是你们在这三年和我走过风风雨雨，和我一起在这所大学学习、生活，给我带来许多快乐，在这即将离别的日子里，有太多不舍，是你们给了我学习的氛围，给了我生活的环境。 八 致谢 在本次毕业论文即将完成之际，我的心情无法平静，写作毕业论文是一次再次系统复习的过程，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助。首先，要感谢我的指导老师胡羽老师，在本论文的写作过程中，他倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲到一遍又一遍地指出每稿中的问题，严格把关，循循善诱，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨，热忱鼓励。其次，我要感谢两年来教导我的各位尊师，没有他们精心的教育与鼓励我难以完成本次的毕业设计，是他们给了我坚实的专业技术知识，给了我自学成功的能力。最后，我要感谢我的同学是他们不懈的帮助给了我顺利完成的机会，他们为我搜集、查找的相关书是我顺利完成的基础。胡老师从设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，等整个过程中都给予了我细心的指导。胡老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。在此，我表示衷心地感谢。九 参考文献1徐宏海数控加工工艺第二版，北京，北京化学工业出版社，2008.22吴宗泽、罗圣国 机械设计课程设计手册第三版，北京，高等教育出版社，2006.53刘良瑞、张蓉Pro/ENGINEER Wildfire 4.0应用教程第二版，大连，大连理工大学出版社，2009.84张丽华 机械CAD/CAM 第三版，大连，大连理工出版社，2009.75王艳 AutoCAD2007机械制图基础教程长沙，国防科技大学出版社，2008.86甘登岱 UG基础与应用精品教程第二版 ，北京， 航空工业出版社 2008.3