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平面槽形凸轮零件加工工艺设计及编程摘要: 机械制造加工工艺技术是在人类生产实际中产生并不断发展的。机械制造加工工艺是机械制造业的基础, 是生产高科技产品的保障。离开了它就不能开发出先进的产品和保证产品质量, 降低成本和缩短生产周期, 提高生产率, 因此, 一个好的加工工艺和程序, 决定着一个企业的经济效益。本设计说明书主要介绍了机械产品平面槽形凸轮零件的加工工艺设计及其程序编辑, 其中包括: 零件图的分析、 零件的工艺分析、 设计加工工艺方案、 选择机床和加工工艺设备、 确定切削用量、 确定工序和走刀路线、 零件机械加工过程卡、 数控加工工序卡片、 数控加工刀具卡片、 加工工艺过程设计、 编写加工工艺文件、 以及编写加工程序等。除了介绍平面类零件的加工工艺设计和孔的加工工艺方案的设计, 还介绍了机械制造加工工艺与程序编辑在机械制造工业中的作用以及机械制造加工工艺技术的现状和发展。在本毕业设计中研究了定位基准的选择, 工件的定位方法, 箱体零件的结构工艺性分析等。同时在此次毕业设计中还运用到了MAutoCAD 、 UG的画图功能和stercam 的仿真加工和自动编辑程序的功能。本毕业设计说明书反映了机械制造加工工艺与夹具设计的宗旨是: 保证和提高产品质量; 提高劳动生产率; 提高经济效益。 关键词: 数控技术 机械制造加工工艺 工艺分析机设计 加工工艺方案 程序的编辑 Planar slot cam machining process design and programmingAbstract: machinery manufacturing processing technology in human production practice and development.Machinery manufacturing processing machinery manufacturing industry is the foundation, is the production of high-tech products to protect.Left it unable to develop advanced products and ensure the quality of products, reduce the cost and shorten the production cycle, improve productivity, therefore, a good processing technology and program, deciding an enterprise economic benefits.This paper mainly introduces the mechanical product plane groove cam machining process design and program editing, including: parts of the plan, parts of the process analysis, design process, selection of machine tools and processing equipment, determine the cutting quantity, determine the process and take the knife line, parts machining process card, NC machining process card, NC machining tool cards, process design, preparation process, and the preparation of documents processing procedure.In addition to the introduction of planar parts processing technology design and machining process design, also introduced the machinery manufacturing machining process and program editing in machinery manufacturing industry and the role of mechanical manufacturing technology current situation and development.In the design of the school on the selection of location datum, the workpiece positioning method of box part structure, process analysis.At the same time in the graduation design also applies to MAutoCAD, UG drawing functions and mstercam simulation processing and automatic program editing function.This graduate design reflects the machinery manufacturing processing technology and fixture design of the purpose is: to ensure and improve product quality; to raise labor productivity; to raise economic benefits.Key words: numerical control technology in mechanical manufacturing process analysis of machine processing scheme of program editing.绪论机械制造工艺技术是在人类生产实际中产生并不断发展的。当前机械制造工艺技术向着高精度、 高效率、 高自动化发展。精密加工精度已经达到亚微米级, 而超精密加工以及进入0.01微米级。现代机械产品的特点是多种多样批量小、 更新快、 生产周期短。这就要求整个加工系统及机械制造工艺技术向着柔性、 高效自动化方向发展, 由于成组技术理论的出现和计算机技术的发展, 使计算机辅助设计( CAD) ,计算机辅助工艺设计( CAPP) 、 计算机辅助制造( CAM) 、 数控机床等在机械制造业中广泛应用, 大大缩短了机电产品的生产周期, 提高效率, 保证了产品的高精度、 高质量。机械制造工艺与夹具设计是以机械制造中的加工问题为对象的一门技术科学。它包含的内容主要有热加工问题和冷加工问题。机械加工工艺与夹具一般以冷加工和装配两方面为主。机械制造工艺与夹具研究的宗旨是: 保证和提高产品质量; 提高劳动生产率; 提高经济效益。在生产过程中的任何工序, 用来迅速、 方便、 安全的安装工件的装置, 称为夹具。将机械设计图纸转化成产品, 离不开机械制造工艺与夹具。它是机械制造业的基础, 是生产高科技产品的保障。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力, 关系到一个国家的战略地位。因此世界各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术与产业。而我的这次加工工艺设计则是要对给出的零件设计出最好的加工方案, 首先完成零件节点、 基点计算, 然后设定工件坐标系, 制定正确的工艺方案( 包括定位、 夹紧方案和工艺路线) , 再选择合理的刀具和切削工艺参数, 编写数控加工程序, 最后按尺寸精度和表面粗糙度值要求加工出合格的零件。正是数控技术应用专业领域技能型人才紧缺, 学院经过以平面槽形凸轮零件的加工工艺与程序编辑课题为主要内容, 让学生掌握各种零件结构数控加工编程的格式内容, 提高学生对所学知识的综合理解与实际掌握应用, 让我们对所学理论知识吸收消化, 发挥学习者的潜能, 达到融会贯通, 形成数控加工技术的基本能力, 组合演绎出千变万化的各种零件的加工。1前言 凸轮机构广泛用于各种机械设备特别是机械和自动装置, 来实现各种规律。 凸轮机构的制造包含很多内容比如凸轮轮廓加工, 凸轮上槽和孔加工等等其中以凸轮轮廓加工和2加工最为重要, 由于凸轮轮廓含有非圆的平面曲线常规的方法采用画线铣削难以保证 质量和生产率。若在数控机床上加工凸轮轮廓和空最为理想适合各种批量且易于实现CAD和CAM一体化。2数控编程中零件加工工艺分析2.1数控加工工艺概述无论是手工编程还是自动编程, 在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析, 拟定工艺方案, 选择合适的刀具, 确定切削用量, 在编程中对一些工艺问题也需要做一些处理。因此, 数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。( 1) 数控加工的基本特点1.数控加工的工序内容比普通机床加工工序复杂。2数控机床加工程序比普通机床工艺规程的编制复杂。( 2) 数控加工工艺的主要内容; 1.选择合适的数控加工零件, 确定工序内容2.分析加工零件图纸, 明确加工内容技术要求确定加工方案制定加工路线.3调整数控加工工序程序4.分配数控加工中的误差.5.处理数控机床上部分工艺指令2.2.常见的数控加工方法 1.平面孔系零件。常见点位, 直线控制数控机床来加工, 选择工艺路线是, 主要考虑加工精度和加工效率。2.旋转体零件。常见数控车床来加工。1.考虑加工效率: 在车床上加工时, 一般加工余量大, 必须合理安排粗加工路线, 提高加工效率2.考虑刀剑强度: 数控2上常见的低强度刀具加工细小凹槽。采用斜进刀, 不容易崩刀.3平面零件.常见数控铣床加工。注意: 1.切入和切出控制径向切入, 工件表面有凹槽, 斜向切切切出, 工件表面光滑。2.一次逼近方法选择: 只具有直线和 插补功能的数控机床加工不规则曲线轮廓时, 需要用微小直线段圆弧段去逼近被加工轮廓, 逼近时, 应该使工件误差在合格的范围内程序量数量少为好。2.3对零件图纸进行数控加工工艺性分析1.尺寸标注应符合 数控加工特点。在数控编程中, 所有点, 线, 面, 的尺寸和位置都是以编程原点为基准。零件图样上最好直接给出坐标尺寸, 尽量用统一基准引注尺寸。2.零件图的完整性与正确性分析。在编程时编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的集合要素参数及各几何要素间的关系。3.零件技术要求分析.零件的技术要求主要指尺寸精度, 形状精度, 位置精度。表面粗糙度及热处理等, 这些要求在保证零件使用性能的前提下, 经济合理.4.零件材料分析.在满足零件功能的前提下, 应选用廉价, 切削性能好的材料; 5.定位基准选择。在数控加工中, 加工工序往往较集中, 以统一基准定位十分重要, 工艺基准的统一也十分必要。2.4 数控加工工艺路线设计 根据数控加工的特点, 数控加工工序划分一般可按下列进行: 1.一次安装加工做为一道工序。这种方法适合于加工内较少的零件, 加工完后就能到达待检状态。2.同一把刀具加工的内容划分工序。但程序不要太长, 一道工序的内容不易太多3.加工部分划分工序4.粗, 精加工划分工序。一般说, 要进行粗, 精加工过程, 都要将工序分开.3. 平面槽形凸轮零件加工工艺分析 当前, 凸轮机构已成为许多高速, 高效, 高精度自动机, 半自动机和自动生产线中不可缺少的部分, 做为凸轮机构中的主要零件凸轮的加工精度就显得很重要如何加工出符合精度要求的凸轮下面以一批平面槽形凸轮的加工为例以介绍.3.1零件图工艺分析 图为平面槽形零件, 其零件毛坯为正方体, 既要加工外部轮廓尺寸又要完成槽和孔的加工。零件材料为HT200, 其数控铣削加工工艺分析如下。凸轮槽形内外轮廓由直线和圆弧组成, 几何元素之间关系描述清楚完整。凸轮槽侧面与20, 12两个内孔表面粗糙要求较高, Ra 为116um.凸轮槽内外轮廓面和20两个孔为定位基准.3.3确定加工顺序及走刀路线加工顺序的拟定按照基面先行, 先粗后精的原则确定。因此应先加工用作定位基准的20, 12两个孔然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。为了保证加工精度, 粗, 精加工分开, 20, 12两个孔的加工采用钻孔, 粗铰, 精铰方案。走刀路线包括平面进给和深度进给两个部分。平面进给时外轮廓从切线方向切入内凹轮廓从过滤圆弧切入。为了使凸槽轮表面具有较好的表面质量, 采用顺铣方式铣削。深度进给有两种: 一是XZ平面来回铣削二是先打一个工艺孔然后从工艺孔进刀到深度。平面槽形凸轮数控加工刀具卡片产品名称或代号数控铣削工艺分析实例零件名称平面槽形轮廓零件图号O0001 序号刀具号 规格名称 刀具 刀长 加工便面注1T015mm中心钻1钻5mm中心钻2T0219.6mm钻头14520mm孔粗加工3T0311.6mm钻头13012mm孔精加工4T0420mm铰刀14520mm孔精加工5T0512mm铰刀13012mm孔精加工6T06倒角铣刀120mm孔倒角7T076mm高速钢铣刀120粗加工凸轮槽内外轮廓底圆角R0.58T086mm 硬质合金铣刀120精加工凸轮槽内外轮廓编制XX审核XX批准XX 共一页第一页3.4刀具的选择 根据零件的结构的特点, 铣削凸轮槽内, 外轮廓时, 铣刀直径受槽宽限制为6mm粗加工选用小于6mm高速钢立铣刀, 精加工也选用小于6mm硬质合金金立铣刀。所选刀具机器加工表面。3.5 切削用量的选择 凸轮槽内外轮廓精加工时留0101mm洗消余量, 精铰20, 12两个孔时留0.1mm余量。选择主轴传速与进给速度时先查切削用量守则, 确定切削速度与进给量然后计算主轴转速与进给速度。 3.6 填写数控加工工序卡片 将各工步加工内容所用刀具和切削用量填表。 平面槽形凸轮数控加工工序卡片 ( 1) 对零件进行工艺分析; ( 2) 工艺过程设计; ( 3) 选择机床、 工艺装备等; ( 4) 确定切削用量; ( 5) 填写工艺文件; ( 6) 编制加工程序单; ( 7) 编写设计说明书; 2分析零件图2.1 几何要素分析 从零件的结构上看, 该零件为圆柱体, 直径为100mm, 高位35mm。其中包括: 高为17mm的台阶面, 宽为8mm深度为14mm的不规则形槽, 12mm的通孔, 20的通孔。其结构形状简单, 为平面槽形凸轮类零件。2.2 精度分析 1) 本零件中主要的尺寸精度要求有: 12mm的通孔12, 20mm的通孔20, 8mm的槽8F8。 2) 本零件中的表面粗糙度精度要求是: 12mm的通孔表面粗糙的为Ra1.6um; 宽为8mm深度为14mm的不规则形槽壁的表面粗糙的为Ra1.6um, 其底面的表面粗糙度为Ra3.2um; 20mm的通孔的表面粗糙度为Ra3.2um; 其它表面粗糙度均为Ra3.2um。 3) 本零件中的尺寸公差等级精度要求是: 12mm的通孔12尺寸公差等级要求为H7, 20mm的通孔20尺寸公差等级要求为H7。 4) 本零件中的位置精度要求是: 20mm的通孔的中性线要垂直底面。3 盖板的加工工艺分析3.1 加工内容 从零件的结构上分析该零件主要由平面、 通孔、 槽组成, 加工内容包括: 铣削底面、 顶面和零件壁, 加工一个12的通孔, 加工一个20的通孔, 加工一个8F8的不规则形槽, 加工一个阶梯。 加工内容集中在上表面上, 孔的最高精度为IT7级, 最高的表面粗糙度值为Ra1.6um, 槽的最高精度为IT7级, 最高的表面粗糙度值为Ra1.6um。 从定位和加工两个方面综合考虑, 以底面为主要定位基准, 用加工中心加工完成是最合适的。根据零件图分析以及加工要求可选材料为铸铁。3.2 加工要求 平面槽形凸轮零件的主要加工要求为: 20mm的通孔的中性线要垂直底面, 其垂直度为0.04; 12的通孔的表面粗糙度为Ra1.6; 20的通孔的表面粗糙度为Ra3.2, 其孔端和孔尾要倒一个1.5X45的倒角; 8F8的不规则形槽的底面粗糙度为Ra3.2, 其壁面的表面粗糙度为Ra1.6; 不准用砂布及锉刀等修饰表面; 未注公差尺寸按GB1804-M; 热处理:调质处理, HRC2535; 其它表面粗糙度为Ra3.2; 毛坯尺寸: 105x38mm。3.3 加工方法 1) 由于底面为定为基准面且其表面粗糙度为Ra3.2um, 故可选择的加工工艺方案为: 先用面铣刀粗铣, 然后精铣。 2) 用铣刀铣削高为17mm的台阶面。 3) 用中心钻定位12的通孔, 再用麻花钻加工到12通孔。 4) 用中心钻定位20的通孔, 再用麻花钻加工到20通孔, 然后用倒角刀倒1.5X45的倒角。 5 ) 用铣刀铣削8F8的不规则形槽, 先粗铣再精铣。4 加工工艺方案的设计4.1 确定加工顺序 按照基面先行、 先面后孔、 先主后次、 先粗后精的原则确定加工顺序。 由零件图可知, 零件的高度Z向基准是底面, 长、 宽方向的基准是20通孔的中心轴线。底面是加工零件各结构的基准定位面, 因此, 在对各个加工内容加工的先后顺序的排列中, 第一个要加工的面是底面, 而且底面的加工与其它结构的加工不能够放在同一个工序。按”数控加工应尽量集中工序加工”的原则, 可把12的通孔、 高为18mm的台阶面、 20的通孔、 以及8F8的不规则形槽在一次装夹中加工出来。这样按装夹次数为划分工序的依据, 则该零件的加工主要划分为三个工序。具体加工顺序: ( 1先用平面铣刀粗铣底面, 然后精铣底面; (2)先用平面铣刀铣削高为18mm的台阶面, 先粗铣再精铣; (3)然后用中心钻定位12、 20的中心位置; (4)用麻花钻加工12、 20, 先粗加工在精加工; (5)用倒角刀倒1.5X45的倒角; ( 6) 用铣刀铣削8F8的不规则形槽, 先粗铣再精铣; 具体加工过程见平面槽形凸轮零件的机械加工工艺过程卡和平面槽形凸轮零件的数控加工工序卡。至此平面槽形凸轮零件的加工顺序基本确定。4.2 确定装夹方案该平面槽形凸轮零件形状简单, 加工面与不加工面之间的位置精度要求不高, 根据课题设计要求, 可先用通用夹具平口虎钳直接装夹加工面及一部分孔, 再用设计的孔加工夹具装夹加工。 根据零件的结构特点, 加工该零件可分二次装夹。第一次装夹, 以平面槽形凸轮零件毛坯一底面和相邻的两个侧面定位, 用平口虎钳从侧面进行夹紧, 加工底面。第二次装夹, 以已加工的底面和相邻的两个侧面定位, 用平口虎钳从侧面进行夹紧, 加工高为18mm的台阶面、 12的通孔、 20的通孔、 8F8的不规则形槽, 其装夹方式如图4-1。4.3 制订加工工艺方案1) 底面的表面粗糙度为Ra3.2um, 可用20mm面铣刀粗铣精铣的方法加工。 2) 加工18mm的台阶面并倒R2的圆角, 其表面粗糙度为Ra3.2um, 可用10mm的立铣刀, 先粗铣再精铣。3) 然后用中心钻定位12、 20的中心位置, 中心钻可选用5mm。4) 用麻花钻加工12、 20的通孔, 麻花钻可选用10mm。5) 用倒角刀倒1.5X45的倒角, 倒角刀可选用2.5mm。6) 用立铣刀铣削8F8的不规则形槽, 先粗铣再精铣, 立铣刀可选用6mm。5 选择机床、 工艺装备5.1 毛坯的选择 因为待加工的零件为平面槽形凸轮类零件, 且为圆柱形, 其直径为100mm, 高为35,故可选毛坯为105x38mm圆柱状铸件, 其材料为铸铁。5.2 机床的选择由于底面以及台阶面上的全部孔只需单工位即可加工完成, 故选用立式加工中心。该平面槽形凸轮零件的加工内容只有面和孔, 根据其精度和表面粗糙度的要求, 经粗铣、 精铣、 粗镗、 半精镗、 精镗、 钻、 扩即可达到全部要求, 所需刀具不超过20把, 故选用国产XH714型立式加工中心。该机床工作台尺寸为400mmX800mm, x轴行程为600mm, y轴行程为400mm, z轴行程为400mm。主轴端面至工作台台面的距离为125mm-525mm。定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和0.01mm。刀库容量为18把。工件一次装夹后可自动完成粗铣、 精铣、 粗镗、 半精镗、 精镗、 钻、 扩、 等工步的加工。加工中心如图5.1所示。5.3 刀具的选用根据零件的加工工艺要求; 平面铣削底面时, 表面直径为105mm, 拟选用面铣刀单次平面铣削, 为使铣刀工作时有合理的切入切出角, 面铣刀直径尺寸的选择最理想的宽度应为材料宽度的0.81.0倍, 因此可选用20mm的硬质合金面铣刀, 齿数为12, 先走刀完成粗铣, 设定粗铣后留精加工余量为0.5mm。完成粗铣之后进行精铣至所需尺寸。根据孔加工刀具的选用原则: 加工12、 20的通孔时选用5mm中心钻、 10mm的麻花钻, 用2.5mm倒角刀倒1.5X45的倒角, 铣削8F8的不规则形槽时选用6mm的立铣刀。加工该平面槽形凸轮零件的各种刀具如图5-2-图5-9所示。 图 5-2 面铣刀 图 5-3 中心钻 图 5-4 麻花钻 扩孔钻 镗刀 立铣刀5.4 量具的选择 根据零件的加工的尺寸要求, 加工该零件选用千分尺、 塞规、 内螺纹规等对该零件进行测量及校准即可。 6 切削用量的确定6.1 切削用量依据切削用量的选择应充分考虑零件的加工精度、 表面粗糙度, 以及刀具的强度、 刚度和加工效率等因素,可在机床说明书允许的范围之内, 查阅手册并结合经验确定。经参考表6.16.3, 并根据经验确定切削用量.表6.1 高速钢钻头加工铸铁的切削用量钻 头 直 径切 削 用 量材料硬度160-200HBS200-300HBS300-400HBSvc (m/min)f (mm/r)vc (m/min)f (mm/r)vc (m/min)f (mm/r)1-616-240.07-0 .1210-18 0.05-0 .15-12 0.03-0 .086-1216-240.12-0 .210-18 0.1-0. 18 5-12 0.08-0 .1512-24 16-240.2-0. 410-18 0.18-0 .255-12 0.15-0 .222-5016-240.4-0. 810-18 0.25-0 .45-12 0.2-0. 3 表6.3 高速钢钻头加工钢件的切削用量切 钻 头 直 径切 削 用 量材料硬度160-200HBS200-300HBS300-400HBSvc (m/min)f (mm/r)vc (m/min)f (mm/r)vc (m/min)f (mm/r)1-68-250.05-0.110-18 0.05-0.18-15 0.03-0.086-128-25 0.1-0.210-18 0.1-0.2 8-15 0.08-0.1512-24 8-250.2-0.310-18 0.2-0.38-15 0.15-0.2522-508-250.3-0.45 12-30 0.3-0.45 8-15 0.25-0.356.2 主轴转速主轴转速n(单位r/min)根据选定的切削速度vc(单位m/min)和工件或刀具的直径来计算。根据切削表以及操作经验选择主轴转速如下: 铣底面时, 主轴转速为 r/min。铣削高为18mm的台阶面时, 主轴转速为 mm/min。钻中心孔时,主轴转速为3000r/min。 钻12、 20的孔时, 主轴转速为1000r/min。用倒角刀倒1.5X45的倒角时, 主轴转速 r/min。加工铣削8F8的不规则形槽时, 主轴转速为3000r/min。6.3 进给速度进给速度是数控切削用量中的重要参数。在选择进给速度时, 应根据零件的表面粗糙度、 加工精度要求及刀具和工件材料等因素, 参考切削用量手册进行选取。经过参考切削用量手册以及操作经验选择进给速度如下: 铣削底面时, 进给速度为300mm/min。铣削高为18mm的台阶面时, 进给速度为1000mm/min。钻中心孔时, 进给速度为1000mm/min。钻12、 20的孔时,进给速度为900mm/min。用倒角刀倒1.5X45的倒角时, 进给速度900r/min。加工铣削8F8的不规则形槽时, 进给速度为1000r/min。6.4 背吃刀量选择背吃刀量应根据数控机床工艺系统的刚性、 刀具的材料和参数及工件加工余量等来确定。一般在粗加工时, 一次进给应尽可能切除全部余量。在毛坯余量很大或余量部均匀时, 粗加工也可分几次进给, 但应该把第一、 二次进给的背吃刀量尽量取得大一些。在中等功率数控机床上, 背吃刀量可达810mm。半精加工时, 背吃刀量取为0.252mm。精加工时, 背吃刀量取为0.10.4mm。根据背吃刀量的选择原则以及盖板的加工特点, 粗铣底面时, 背吃刀量取为 1.5mm。精铣底面时, 背吃刀量取为0.5mm。7 工序和走刀路线的确定7.1 确定工序1) 制造毛坯, 根据平面槽形凸轮零件的加工特点, 可选用铸造的方法铸造毛坯, 各部留单边余量2-3mm。 2) 以圆柱形毛坯一底面和相邻的两个侧面定位, 用平口虎钳从侧面进行夹紧, 加工A面。 3) 以已加工的底面和相邻的两个侧面定位, 用平口虎钳从侧面进行夹紧, 加工台阶面、 用中心钻定位12、 20的中心位置、 用麻花钻加工12、 20、 用倒角刀倒1.5X45的倒角、 用铣刀铣削8F8的不规则形槽。 4) 去毛刺。5) 检验已加工成品盖板的质量。7.2 确定进给路线底面的粗、 精铣削加工进给路线根据铣刀的直径确定, 因为所选铣刀直径为20mm, 故安排沿z方向两次进给。所有孔加工进给路线均按最短路线确定, 因为孔的位置精度要求不高, 机床的定位精度完全能保证, 后面所示各图即为各孔加工工步的进给路线。1) 铣削底面的进给路线 2) 铣削台阶面的进给路线