風力驅動器底座數控加工【含CAD圖紙終稿】

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本科畢業(yè)設計(論文) 開題報告（含論文綜述） 學 院： 機械與控制工程學院 所屬教研室： 機械教研室 課題名稱：某底座零件的數控加工 專業(yè)(方向)： 機械裝備設計與制造 班 級： 學號： 學 生： 指導教師： 職稱： 開題日期： 一、畢業(yè)設計（論文）選題的目的和意義。[ ⑴ 課題名稱；⑵ 有關的研究方向的歷史、現狀和發(fā)展情況分析；⑶ 前人在本選題研究領域中的工作成果簡述] 某底座零件的數控加工 數控技術的應用不但給傳統制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征， 而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，對國計民生的一些重要行業(yè)（汽車、輕 工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展 的大趨勢。本文將從振興我國數控機床市場占有率的角度著重剖析數控機床及由其組成的制 造系統（生產線）的技術現況及發(fā)展趨勢，并初步探討使其能適應變批量，多品種、高質量、 低成本以及具有快速響應的柔性和符合環(huán)保的未來生產模式的解決方案，以期拋磚引玉。 隨著電子技術的發(fā)展，自動信息處理、數據處理以及電子計算機的出現，給自動化技術 帶來了新的概念，用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，推動了機床自動化的發(fā) 展。 采用數字技術進行機械加工，最早是在 40 年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工 業(yè)承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機 的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，并考慮到刀具直徑對 加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in），達到了當時的最高水平。 1952 年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了 同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。在此以后，從1960 年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產及使用了數控機床。到了1960 年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發(fā)展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的 數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發(fā)展，據統計資料表明，到 1966 年實際使用的約 6000 臺數控機床中，85%是點位控制的機床數控機床的發(fā)展中，值得 一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行 多工序的加工。這種產品最初是在 1959 年 3 月，由美國卡耐·特雷克公司 （Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等 刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。 它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。 二、設計或研究主要內容和重點，預期達到的目標及擬解決的主要問題和技術關鍵，有何創(chuàng)新之處。（此部分為重點闡述內容） 本課題研究的主要內容是確定某底座零件的設計方案以及相關參數的選擇、校核和進行三維建模仿真加工。 本課題預期達到的目標是： 使加工能夠完成底座零件的生產過程，并在生產的過程中能夠保證該工件的生產要求和精度要求。達到能夠使用和實現遇到要求精度。 擬解決的主要技術問題和技術關鍵： 通過加工實例精度測理結果和誤差檢測計算值的比較,明確了實際加工精度和編程工和編程精度的不同概念,并在分析切削力、刀具磨損、對刀誤差及機床誤差等工藝因素對實際切削過程和加工精度影響機制的基礎上,建立了綜全考慮編程精度及各工藝因素的數控加工仿真綜合模型,并對綜合模型在產品設計和加工過程中的重要作用進行了探討 本課題的主要創(chuàng)新之處有： 加工數控設備都是由加工程序來控制，加工程序的正確性對于設備來說至關重要。機床由于造價昂貴，對加工程序的準確性和安全性要求更高。在生產實踐中，加工程序可直接通過CAM軟件提供的加工仿真功能對刀路進行驗證，程序出錯機率相對較小。但多軸加工程序為空間坐標點，人工不能驗證，CAM軟件提供的仿真僅對刀具的運動軌跡進行仿真，不能對最終控制機床的加工程序進行驗證，即不能對實際的加工過程進行模擬，這樣給加工帶來極大風險,稍有疏漏，就會給機床和用戶造成巨大的損失。刀具軌跡比較復雜，且加工過程中刀具軸矢量變化控制頻繁，因此在進行實際產品加工前，進行數控程序的校對審核是非常必要的。 三、研究方案：[ ⑴ 技術方案（有關方法、技術路線、技術措施）；⑵ 實施方案所需的條件（技術條件、試驗條件等）] 具體的工作方案如下： 一、切實了解某底座零件的生產要求加工參數； 二、初步制定某底座的整體加工工藝方案 三、根據初定的設計方案某底座的整體加工工藝完成UG等三維軟件完成具體每個步驟的數控加工仿真分析等具體工作。 四、根據已完成的各個模塊對整體的設計方案進行進一步的優(yōu)化和調整。 對于本課題在設計的過程中，受現實條件的限制，無法做出實物，故只能結合實際的生產情況加強其在理論層面的研究。 在本課題的研究過程中，首先要解決的就是積極大量的閱讀和查找資料，查找找到與本課題相關的專業(yè)知識，盡量完善有關各個方面的知識涉獵，按照本課題的設計方案要求一步一步的開展，按照設計思路一步一步的補充。  四、主要參考文獻目錄 [1]華妹，杜智敏，杜志倫.UG NX4中文版產品模具設計入門一點通.北京：清華大學出版社，2006. 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錄 摘 要 ............................................................................................................................I 1 緒 論 ...........................................................................................................................1 1.1 選題背景 .............................................................................................................1 1.2 選題意義 .............................................................................................................2 1.1 三維軟件特點及優(yōu)缺點 ......................................................................................3 1.2 本論文的研究內容 ............................................................................................4 1.3 選題意義 ..............................................................................................................5 1.4 論文結構 ..............................................................................................................5 2 零件的圖樣分析 ........................................................................................................6 2.1 零件的結構特點分析 .........................................................................................6 2.2 零件的技術要求分析 .........................................................................................7 3 零件的工藝規(guī)程設計 ................................................................................................8 3.1 毛坯的選擇 .........................................................................................................8 3.2 數控設備選擇 ......................................................................................................8 3.2.1 根據零件的結構及形狀特點,選擇機床的類型 ...........................................8 3.2.2 根據零件的外形及尺寸特點,選擇機床的規(guī)格 ...........................................8 3.2.3 根據零件的加工精度及表面質量要求，選擇機床的精度等級 ................9 3.3 工藝設計 ..............................................................................................................9 3.3.1 加工方法選擇 ...............................................................................................9 3.3.2 加工順序確定 ................................................................................................9 3.3.3 定位基準及裝夾方式的確定 ......................................................................10 3.3.4 裝夾方式的選擇 .........................................................................................11 3.3.5 刀具選擇 ......................................................................................................12 3.4 加工順序的安排 ...............................................................................................13 4 設備及其工藝裝備的確定 ......................................................................................14 4.1 機床的選擇 .......................................................................................................14 4.2 刀具的選擇 .......................................................................................................14 5 切削用量的選取 ......................................................................................................16 2 6 工藝卡片 ..................................................................................................................18 6.1 工藝過程卡 .......................................................................................................18 6.2 數控加工工序卡 ...............................................................................................18 7 數控加工程序的編制 ..............................................................................................19 7.1 CAM 編程的一般步驟 ........................................................................................19 7.2 編程坐標系的確定 ...........................................................................................19 7.3 走刀路線的生成 ...............................................................................................20 7.4 仿真加工 ...........................................................................................................22 7.5 程序清單 ...........................................................................................................23 結論 ..............................................................................................................................42 參考文獻 ......................................................................................................................43 致 謝 ......................................................................................................................44 1 1 緒 論 1.1 選題背景 數 控 （ Numerical Control 簡 稱 :NC） 技 術 是 指 用 數 字 、 文 字 和 符 號 組 成 的 數 字 指 令 來 實 現 一 臺 或 多 臺 機 械 設 備 動 作 控 制 的 技 術 。 數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備 是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電 一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技 術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳 感器技術；(6)軟件技術等 數 控 技 術 的 應 用 不 但 給 傳 統 制 造 業(yè) 帶 來 了 革 命 性 的 變 化 ， 使 制 造 業(yè) 成 為 工 業(yè) 化 的 象 征 ， 而 且 隨 著 數 控 技 術 的 不 斷 發(fā) 展 和 應 用 領 域 的 擴 大 ， 對 國 計 民 生 的 一 些 重 要 行 業(yè) 國 防 、 汽 車 等 的 發(fā) 展 起 著 越 來 越 重 要 的 作 用 ， 這 些 行 業(yè) 裝 備 數 字 化 已 是 現 代 發(fā) 展 的 大 趨 勢 ， 如 ： 橋 式 三 、 五 坐 標 高 速 數 控 龍 門 銑 床 、 龍 門 移 動 式 五 XX 標 AC 擺 角 數 控 龍 門 銑 床 、 龍 門 移 動 式 三 XX 標 數 控 龍 門 銑 床 等 。 1.高 速 化 發(fā) 展 新 趨 勢 隨 著 數 控 系 統 核 心 處 理 器 性 能 的 進 步 ， 目 前 高 速 加 工 中 心 進 給 速 度 最 高 可 達 80m/min， 空 運 行 速 度 可 達 100m/min 左 右 。 目 前 世 界 上 許 多 汽 車 廠 ， 包 括 我 國 的 上 海 通 用 汽 車 公 司 ， 已 經 采 用 以 高 速 加 工 中 心 組 成 的 生 產 線 部 分 替 代 組 合 機 床 。 美 國 CINCINNATI 公 司 的 HyperMach 機 床 進 給 速 度 最 大 達 60m/min， 快 速 為 100m/min， 加 速 度 達 2g， 主 軸 轉 速 已 達 60000r/min。 加 工 一 薄 壁 飛 機 零 件 ， 只 用 30min， 而 同 樣 的 零 件 在 一 般 高 速 銑 床 加 工 需 3 小 時 ， 在 普 通 銑 床 加 工 需 8 小 時 。 由 于 機 構 各 組 件 分 工 的 專 業(yè) 化 ， 在 專 業(yè) 主 軸 廠 的 開 發(fā) 下 ， 主 軸 高 速 化 日 益 普 及 。 過 去 只 用 于 汽 車 工 業(yè) 高 速 化 的 機 種 （ 每 分 鐘 １ ． ５ 萬 轉 以 上 的 機 種 ） ， 現 在 已 成 為 必 備 的 機 械 產 品 要 件 。 2、 精 密 化 加 工 發(fā) 展 新 趨 勢 隨 著 伺 服 控 制 技 術 和 傳 感 器 技 術 的 進 步 ， 在 數 控 系 統 的 控 制 下 ， 機 床 可 以 執(zhí) 行 亞 微 米 級 的 精 確 運 動 。 在 加 工 精 度 方 面 ， 近 10 年 來 ， 普 通 級 數 控 機 床 的 加 工 精 度 已 由 10μ m 提 高 到 5μ m， 精 密 級 加 工 中 心 則 從 3～ 5μ m， 提 高 到 1～ 1.5μ m， 并 且 超 精 密 加 工 精 度 已 開 始 進 入 納 米 級 (0.01μ m)。 3.開 放 化 發(fā) 展 新 趨 勢 2 由 于 計 算 機 硬 件 的 標 準 化 和 模 塊 化 ， 以 及 軟 件 模 塊 化 ， 開 放 化 技 術 的 日 益 成 熟 ， 數 控 技 術 開 始 進 入 開 放 化 的 階 段 。 開 放 式 數 控 系 統 有 更 好 的 通 用 性 、 柔 性 、 適 應 性 、 擴 展 性 。 美 國 、 歐 共 體 和 日 本 等 國 紛 紛 實 施 戰(zhàn) 略 發(fā) 展 計 劃 ， 并 進 行 開 放 式 體 系 結 構 數 控 系 統 規(guī) 范 (OMAC、 OSACA、 OSEC)的 研 究 和 制 定 ， 世 界 3 個 最 大 的 經 濟 體 在 短 期 內 進 行 了 幾 乎 相 同 的 科 學 計 劃 和 技 術 規(guī) 范 的 制 定 ， 預 示 了 數 控 技 術 的 一 個 新 的 變 革 時 期 的 來 臨 。 我 國 在 2000 年 也 開 始 進 行 中 國 的 ONC 數 控 系 統 的 規(guī) 范 框 架 的 研 究 和 制 定 。 4.復 合 化 發(fā) 展 新 趨 勢 隨 著 產 品 外 觀 曲 線 的 復 雜 化 致 使 模 具 加 工 技 術 必 須 不 斷 升 級 ， 對 數 控 系 統 提 出 了 新 的 需 求 。 機 床 五 軸 加 工 、 六 軸 加 工 已 日 益 普 及 ， 機 床 加 工 的 復 合 化 已 是 不 可 避 免 的 發(fā) 展 趨 勢 。 新 日 本 工 機 的 5 面 加 工 機 床 采 用 復 合 主 軸 頭 ， 可 實 現 4 個 垂 直 平 面 的 加 工 和 任 意 角 度 的 加 工 ， 使 得 5 面 加 工 和 5 軸 加 工 可 在 同 一 臺 機 床 上 實 現 ， 還 可 實 現 傾 斜 面 和 倒 錐 孔 的 加 工 。 德 國 DMG 公 司 展 出 DMUVoution 系 列 加 工 中 心 ， 可 在 一 次 裝 夾 下 5 面 加 工 和 5 軸 聯 動 加 工 ， 可 由 CNC 系 統 控 制 或 CAD/CAM 直 接 或 間 接 控 制 。 1.2 選題意義 20 世紀中期，隨著電子技術的發(fā)展，自動信息處理、數據處理以及電子計算機 的出現，給自動化技術帶來了新的概念，用數字化信號對機床運動及其加工過 程進行控制，推動了機床自動化的發(fā)展。 采用數字技術進行機械加工，最早是在 40 年代初，由美國北密支安的一個 小型飛機工業(yè)承包商派爾遜斯公司實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機 的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，并考慮 到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in） ， 達到了當時的最高水平。 1952 年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統， 成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數 控機床。這臺機床是一臺試驗性機床，到了 1954 年 11 月，在派爾遜斯專利的 基礎上，第一臺工業(yè)用的數控機床由美國本迪克斯公司正式生產出來。 在此以后，從 1960 年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、 生產及使用了數控機床。數控機床中最初出現并獲得使用的是數控銑床，因為 數控機床能夠解決普通機床難于勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。 然而，由于當時的數控系統采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在 軍事部門使用外，在其他行業(yè)沒有得到推廣使用。 3 到了 1960 年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發(fā)展。因為點位控制的數 控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜 床大量發(fā)展，據統計資料表明，到 1966 年實際使用的約 6000 臺數控機床中， 85%是點位控制的機床。 數控機床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置 的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在 1959 年 3 月，由美國卡耐·;特雷克公司（Keaney—FMS）之后，美、 歐、日等也相繼進行開發(fā)及應用。 1974 年以后，隨著微電子技術的迅速發(fā)展， 微處理器直接用于數控機床，使數控的軟件功能加強，發(fā)展成計算機數字控制 機床（簡稱為 CNC 機床） ，進一步推動了數控機床的普及應用和大力發(fā)展。80 年代，國際上出現了 1～4 臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸 和監(jiān)控檢驗裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC） 。這種 單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到 FMS 或更高 級的集成制造系統中使用。 在 20 余年間，我國數控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現在三 大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機 床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過 利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、 五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、 消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依 靠國外技術支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日 本數控機床的水平差距很大。 1.1 三維軟件特點及優(yōu)缺點 高端三維CAD 軟件其中包含零件設計、二維工程圖、零件加工和仿真以及 有限元分析等模塊。通過模塊之間的無縫集成，實現了零件的三維信息在設計、 數控加工以及有限元分析模塊之間的共享，具有設計修改方便，更新迅速等特 點。隨著提高產品加工效率的需求越來越高，數控加工設備的使用也越來越普 4 及，數控銑床、數控銑削加工中心、數控車銑復合加工中心已大量應用于各制 造行業(yè)中。UG NX6中提供了強大的數控銑削加工模塊，包含了粗車加工、精 車加工、中心鉆孔加工、螺紋加工等操作，能夠實現各種復雜回轉類零件的數 控加工編程。 UG自從1990年進入我國以來，以其強大的功能和工程背景，已經在我國的 航空、航天、汽車、模具和家電等領域得到廣泛的應用。尤其UG軟件Pc版本的 推出，為UG在我國的普及起到了良好的推動作用。 UG NX 6．O是NX系列的最新版本，它在原版本的基礎上進行了多處的改進。 例如，在特征和自由建模方面提供了更加廣闊的功能，使得用戶可以更快、更 高效、更加高質量。地設計產品。對制圖方面也作了重要的改進，使得制圖更 加直觀、快速和精確，并且更加貼近工業(yè)標準。UG具有以下優(yōu)勢； 1、為機械設計、模具設計以及電器設計單位提供一安完整的設計、分析和 制造方案。 2、是一個完全的參數化軟件，為零部件的系列化建模、裝配和分析提供強 大的基礎 支持。 3、可以管理CAD數據以及整個產品開發(fā)用期中所有相關數據，實現逆向工 程(Reverse design)和并行工程 (Concurrennt Engnieer既)等先進設計方法。 4、可以完成包括自由曲面在內的復雜模型的創(chuàng)建，同時在圖形顯示方面運 用了區(qū)域化管理方式，節(jié)約系統資源。 5、具有強大的裝配功能，并在裝配模塊個運用了引用集的設計思想，為節(jié) 省計算機資源提出了行之有效的解決方案，可以極大地提高設計效率。 1.2 本論文的研究內容 由于UG 的應用多集中在數控銑、加工中心等方面，并且相關銑削方面 的學習資料較少，對于UG銑削加工應該更多地與實際銑床相結合。本論文以一 個加工為例，介紹了基于UG的自動編程的方法和如XX創(chuàng)建數控銑床后處理文 件的方法。在數控銑床上完成該軸的銑削加工，結果表明加工精度符合圖紙要 求、基于UC的自動編程可以提高NC程序的正確性和安全性、同時還能提高工 作效率。 數控機床的編程方法分為手工編程和自動編程。從零件圖樣分析、工藝處理、 數據計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟主要由人工完成的編程 過程稱為手工編程。自動編程也稱為計算機輔助編程，即程序編制工作的大部 分或全部由計算機完成。自動編程工具分為語詞式自動編程工具和圖形交互式 自動編程工具，當今主流的自動編程工具為圖形交互式自動編程工具。目前， 數控銑削加工中普遍采用UG或Mastercam 自動編程，而數控銑削加工中主要采 用手工編程的方法，而手工編程效率低，準確性差，本文討論了基于UG自動編 程的數控銑削加工方法， 5 1.3 選題意義 在學習了《數控加工工藝與裝備》 《機械制造基礎》 《UG數控編程》 《CAD/CAM 應用技術》 《 數控機床及編程》等課程后，為了將所學的知識應用 于實際中，加深對知識的掌握程度，提升自身的實際工作能力，故選取《基于 UG的撥叉凹模的數控銑削加工》的課題，綜合所學知識，解決出現的問題，完 成設計。 本課題主要內容是數控銑削加工，包括了零件圖的審查、工藝的設計、刀具 和機床夾具的選擇、切削用量的選擇、UG的建模與編程、后處理等，通過一系 列的作業(yè)操作，完成對零件的加工任務。通過此次課題，可以學習到很多加工 和工藝方面的知識，為以后工作打下基礎。 1.4 論文結構 本次課題的主要任務 1）運用制圖軟件繪制零件二維圖紙及三維圖。 2）分析零件的技術要求，確定零件的加工方案。 3）合理的選擇刀具、切削參數。 4）編制零件的數控加工程序并進行仿真加工。 5）制定相應的工藝卡片。 6 2 零件的圖樣分析 2.1 零件的結構特點分析 如圖 2.1 所示零件圖，圖中有不清晰之處請查看附圖，其毛坯材料為 45 鋼，單件小批量生 產，試運用所學知識對零件進行工藝分析，并編制出其數控加工程序。 圖 2.1 零件圖 圖 2.2 三維圖 7 從圖 2.1 中可以看出，該零件的總體結構為一凸臺類零件，零件主要由凸 臺、凹槽、孔等特征組成。其輪廓曲線較簡單，主要由直線、圓弧組成，無復 雜曲面，在編程時比較容易，為了提高編程效率，可以選擇軟件編程，這樣不 僅能節(jié)約時間，同時也能保證程序的準確性。 2.2 零件的技術要求分析 零件的技術要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度要 求等，這些技術要求應當是能夠保證零件使用性能前提下的極限值。進行零件 技術要求分析，主要是分析這些技術要求的合理性，以及實現的可能性，重點 分析重要表面和部位的加工精度和技術要求，為制定合理的加工方案做好準備。 同時通過分析以確定技術要求是否過于嚴格，因為過高的精度和過小的表面粗 糙度要求會使工藝過程變得復雜，加工難度大，增加不必要的成本。 從圖 2.1 分析得知，該零件的尺寸精度要求有： （1）外輪廓尺寸：140 和 140 的精度等級為未注尺寸公差按 IT12 控制， 厚度尺寸 25 的精度等級為未注尺寸公差按 IT12 控制，表面粗糙度為 Ra3.2um。 （3）凸臺：尺寸精度等級為 IT7 級，表面粗糙度要求為 Ra3.2um。 其余未注尺寸公差按 IT12 控制，未注表面粗糙度為 Ra3.2um。 綜上所述，該零件的加工精度要求一般，在數控加工中比較容易保證。 8 3 零件的工藝規(guī)程設計 3.1 毛坯的選擇 毛坯是用來加工各種工件的坯料,毛坯的生產方法主要有:鑄造、鍛造、焊接、 沖壓件,以及各種型材也可以用作毛坯，該零件的毛坯類型可選擇型材毛坯。 毛坯圖的尺寸都是在零件圖尺寸的基礎上，加減總加工余量得到毛坯尺寸， 毛坯各面的設計基準一般同零件圖一致。筆者認為這種設計方法并不合理，這 是因為從毛坯尺寸的作用來講并不要求它和零件圖一致，對它提出的要求是:(1) 保證它在機械加工時有最均勻合理的粗加工余量：(2)保證非加工面與加工面有 最準確的位置及尺寸。 該零件為板類零件，故其毛坯選擇為板材，毛坯材料為 45#，毛坯尺寸為 140mm×140mm×30mm。 3.2 數控設備選擇 3.2.1 根據零件的結構及形狀特點,選擇機床的類型 考慮到該零件的加工是單件小批量生產，并且屬于平面類零件，內輪廓由 多個圓弧相切構成，所以采用不采用車床加工而銑床加工，該零件的內凹槽及 其島嶼難以測量，采用普通機床不能控制其尺寸，零件表面質量和位置精度比 較高，需要加工的面比較多，在普通機床上不容易加工，而數控加工中心剛性 好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以 適合加工此零件，另外，工件的一次裝夾可完成零件的大部分輪廓，可以提高 加工工件的位置精度。綜合以上分析并根據學?，F有設備,本工件選擇華中數控 加工中心進行加工。 3.2.2 根據零件的外形及尺寸特點,選擇機床的規(guī)格 數控機床的最主要規(guī)格是幾個數控軸的行程范圍和主軸電機功率。該零件 由多個圓弧相切構成，需要保證其位置精度和形狀精度，必須選擇主軸兩軸半 以上聯動的機床進行加工。一般情況下加工工件的輪廓尺寸應在機床的加工空 間范圍之內，這是出于安裝夾具考慮的。根但工件和夾具、機床的總重量不能 超過工作臺的額定負載?？紤]該工件用虎鉗裝夾，以及工件加工時不與機床交 9 換刀具的空間干涉、與機床防護罩等附件發(fā)生干涉等系列問題。數控機床的主 電機功率在同類規(guī)格機床上也可以有各種不同的配置，一般情況下反映了該機 床的切削剛性和主軸高速性能。為保證高精度、高效率，刀架在切削加工中平 穩(wěn)無震動，主軸有較高徑向承載能力，我所選用的機床型號為 VMC750E。 3.2.3 根據零件的加工精度及表面質量要求，選擇機床的精度等級 典型零件的關鍵部位加工精度要求決定了選擇數控機床的精度等級。數控 機床根據用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等，其能達到的精度也是各 不一樣的。簡易型目前還用于一部分車床和銑床，其最小運動分辯率為 0.01mm，運動精度和加工精度都在(0.03～0.05)mm 以上。超精密型用于特殊加 工，其精度可達 0.001mm 以下。由于我所要加工的零件在精度與表面質量上要 求不是太高，所以加工精度保證在 0.01mm 就可以了。 3.3 工藝設計 3.3.1 加工方法選擇 選擇基本原則有二。一是工件表面光潔度要求較高；二是加工零件數量較少。 選擇鍛件加工的原則有：對工件材質和強度有要求，材料要求不能選擇鑄造、型材加工等， 所以必須選擇鍛造。 選擇鑄件加工的原則：1、材選擇車削的基本原則有二。一是工件表面光潔度要求較高； 二是加工零件數量較少。 選擇鍛件加工的原則有：對工件材質和強度有要求，材料要求不能選擇鑄造、型材加工 等，所以必須選擇鍛造。 選擇鑄件加工的原則：1、材質的要求；2、數量的要求；3、低廉的加工費。 質的要 求；2、數量的要求；3 、低廉的加工費。 3.3.2 加工順序確定 數控加工工步順序安排的一般原則： 1）先粗后精；2）先近后遠；3）內外交叉；4）保證工件加工剛度原則；5）同 一把刀能加工內容連續(xù)加工原則。 該零件的加工將粗精加工分開，先粗后精，有利于保證表面加工質量。先加工對工件 10 剛性變形小的表面，保證工件加工剛度原則。采用同一把刀能加工內容連續(xù)加工原則，減 少換刀時間縮短刀具移動距離，減少輔助時間。 對于多臺不同的數控機床、多道工序才能完成加工的零件,工序的劃分自然以機床為單 位來進行。而對于需要很少的數控機床就能加工完零件全部內容的情況,數控加工工序的劃 分一般按照下列方法進行： ⑴以一次安裝所進行的加工作為一道工序。 ⑵以一個完整數控程序連續(xù)加工的內容作為一道工序。 ⑶以工件上的結構內容組合用一把刀具加工為一道工序。 ⑷以粗、精加工劃分工序。所以綜合考慮具體情況和經濟性,機床設備、現有的工裝設 備等因素,為了更好的完成加工, 我模擬了 2 個加工工序方案。 方案一:以裝夾劃分需要兩道工序。工序一，第一次裝夾然后進行粗精加工使工件達到 加工精度。工序二，掉頭裝夾進行粗精加工。 方案二:以粗精加工劃分需要兩道工序。工序一，第一次裝夾然后進行粗加工，掉頭再 進行粗加工。工序二，裝夾工件進行精加工，再掉頭，再進行精加工。 經過比較方案二要比方案一多裝夾 2 次，在同樣保證加工精度的情況下明顯方案一更 為方便快捷提高了工作效率所以我選擇方案一做為我設計的零件的數控加工工序，以一次 安裝所進行的加工作為一道工序,以安裝的加工作為工序,我的零件共需要兩次裝夾,分別進 行粗加工、精加工。這樣兩道工序就能完成零間的加工,定位基準可以得到很好的保證,不 會出現定位誤差。每次裝夾都要對刀,這樣就只對刀兩次,保證了刀位誤差。 基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇的正確合理，可以使加工質 量得到保證，生產率得到提高。否則，加工工藝過程中會問題百出。 粗基準的選擇：對牽引頭這樣的零件來說，選擇好粗基準是至關重要。以零件的上端 面加工平面作為粗基準。選取已加工的內圓為精基準。 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求 能得到合理的保證。通過仔細考慮零件的技術要求后，制定以下兩種工藝方案： 3.3.3 定位基準及裝夾方式的確定 1 選擇定位基準 （1）粗基準的選擇原則 選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，并注意盡快獲得精基面。本軸 類配合件的加工應遵循的原則有： （1）合理分配加工余量原則 （2）保證零件相互位置要求原則 11 （3）夾緊原則 （4）不重復使用原則 本次設計的軸類配合件粗基準的選擇遵循的是合理分配加工余量原則，所選的基準為 零件的外圓柱表面。 2）精基準的選擇原則 選擇精基準時，主要考慮保證加工精度。本軸類配合件數控加工工藝規(guī)程制訂的加工 應遵循的原則有： （1）基準重合原則 軸類配合件數控加工工藝規(guī)程制訂為軸類零件即選用外表面基準 作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合誤差。 （2） 自為基準原則 選擇加工表面本身作為定位基準，本零件對加工表面沒有太高 的尺寸精度要求，所以不必考慮此原則。 （3）互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要 用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以保證位置精度要求。 （4）所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。 無論是精基準還是粗基準的選擇，上述原則都不可能同時滿足，有時還相互矛盾的， 因此，選擇根據實際情況分析，權衡利弊，保證其主要要求。 定位基準有粗基準和精基準兩種，用未加工過的毛坯表面作為定位基準稱 為粗基準，用己加工過的表面作為定位基準稱為精加工。除第一道工序用粗基 準外，其余工序都應使用精基準。 選擇定位基準要遵循基準重合原則，即力求沒計基準、工藝基準和編程基 準統一，這樣做可以減少基準不重合產生的誤差和數控編程中的計算量，并且 能有效地減少裝夾次數。 經分析，確定該零件的粗基準為毛坯底面及毛坯外輪廓；精基準以設計基 準為精基準，即底面及零件外輪廓側面。 。 3.3.4 裝夾方式的選擇 經分析，該零件需要進行兩次裝夾方能完成零件的加工。在第一次裝夾時 為銑削零件的底面，采用平口虎鉗進行裝夾；第二次裝夾時加工零件的上表面， 此次裝夾可以以加工好的底面及外邊進行定位，用虎鉗壓緊即可。 12 3.3.5 刀具選擇 對刀點是用來確定刀具與工件的相對位置的關系點,是確定共建坐標系與機床坐標系的 關系點。對刀就是將刀具的刀位點置于對刀點上，以便建立工件坐標系。本零件采用手動 對刀。 .1 正確選擇對刀方式 對刀的準確程度將直接影響加工精度，因此，對刀操作一定要仔細，對刀方法一定要 同零件加工精度要求相適應。 加工中心上幾種對刀方法： 1.對刀點為圓柱孔的中心線時： （1）采用杠桿百分表（或千分表）對刀 （2）采用尋邊器對刀 2.對刀點為兩相互垂直直線的交線時： （1）采用碰刀方式（或試切）對刀 （2）采用尋邊器對刀 3.機外對刀儀對刀 4.刀具 Z 向對刀 由于該零件是單件小批生產，精度不是很高，并且加工、對刀條件有限，所以本零件 采用手動對刀。 其操作步驟為: a.將所用銑刀裝到主軸上并使主軸中速旋轉； b.手動移動銑刀沿+X 方向靠近被測邊，直至銑刀周刃輕微接觸到工件表面，即聽到刀 具與工件的摩擦聲但沒有切屑； c.保持 X、Y 坐標不變，將銑刀沿+Z 向退離工件； d.將機床坐標 X 置零，并 X 向工件另一側移動，直至銑刀周刃輕微接觸到工件表面。 將數值記下，并沿 X、+Z 向移動刀具到數值的一半，并輸到機床坐標系； e.采用同樣方法對 Y 軸，并將數值輸到機床坐標系； f.將 Z 周向下移動直至聽到刀具與工件的摩擦聲，將數值輸入機床坐標系； 2 選擇合理的對刀點及換刀點 利用機床的坐標顯示確定對刀點在機床坐標系中的位置，從而確定工件坐標系在機床 坐標系中的位置。為提高零件的加工精度，減少對刀誤差，對刀點應盡量選在零件的設計 基準或工藝基準上。該零件的對刀點選在機床主軸軸線與端面的交點。該對刀點與工件坐 13 標系原點重合，并且容易確定，符合對刀點的選擇原則。對刀點選定后，便確定了機床坐 標系和零件坐標系之間的位置關系。 該零件在加工過程中需要進行換刀，故編程時應考慮不同工序之間的換刀位置（即換 刀點） 。為避免換刀時刀具與工件及夾具發(fā)生干涉，換刀點應設在工件的外部。我采用一固 定換刀點即距工件上表面 200mm 的位置，是出于安全考慮，符合換刀點的選擇原則，既避 免撞刀，避免空行程。 3.4 加工順序的安排 工件的機械加工工藝路線中要經過切削加工、熱處理和輔助工序。因此， 當擬定工藝路線時要合理、全面安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序。 加工順序的安排原則：先粗后精、先面后孔、基面先行。 根據該以上原則，確定該零件的加工順序為： 銑上平面→銑外輪廓 →銑四條圓弧凸臺 →鉆鉸 Φ 60H7 孔→鏜 Φ72 孔→鉆 攻絲 M80X1 螺紋孔。 14 4 設備及其工藝裝備的確定 4.1 機床的選擇 由于該零件屬于單件小批量生產，因此不用考慮生產效率等問題，只要在 能夠保證其精度要求的前提下選擇相應的設備進行加工即可，但為了減少人為 的換刀量，根據現有的數控機床，確定選擇由云南 CY 集團有限公司生產的 VMC750E 系列數控立式加工中心，其主要技術參數如下： 系統配置： FANUC 工作臺面積(mm)：460×950(500×1050) 行程(X-Y-Z)(mm)：800×500×550 主軸錐孔：BT40 主功率(KW)：7.5/11 主軸變速系統轉速(rpm)： 50-6000 伺服 機床結構：臺灣主軸、全防護、貼塑滑軌、電柜空調 備注：16 把斗笠式刀庫、20 把圓盤式刀庫 機床重量(噸)：6 4.2 刀具的選擇 合理的選擇數控加工的刀具、夾具，是工藝處理工作中的重要內容，在數 控加工中產品的加工質量和勞動生產率在很大程度上將受到刀具、夾具的制約， 雖其大多數刀具、夾具與普通加工中所用的刀具、夾具基本相同，但對一些工 藝難度較大或其輪廓、形狀等方面較特殊的零件加工，所選用的刀具、夾具必 須具有較高要求，或需做進一步的特殊處理，以滿足數控加工的需求。 一般優(yōu)先采用標準刀具，必要的時候可以采用各種提高生產率的復合刀具 及其他一些專用刀具。此外，應結合實際情況，盡可能選用各種先進刀具，如 可轉位刀具、整體硬質合金刀具、陶瓷涂層刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度 等級應符合加工需求，刀具材料應與工件材料相適應。數控加工所用的刀具在 刀具性能上應高于普通加工中所用的刀具。所以選擇數控加工刀具時，還應考 慮以下幾個方面： ①切削性能好 數控加工能采用大的背吃刀量和高進給速度，刀具必須要 有能夠承受高速切削和強力切削的性能。同時，同一批刀具在切削性能和刀具 15 壽命方面一定要穩(wěn)定，以便實現按刀具壽命換刀或由數控系統對刀具壽命進行 管理。 ②精度高 為適應數控加工的高精度和自動換刀等要求，刀具必須具有較 高的精度，如有的整體式立銑刀的徑向尺寸精度達到 0.005mm 等。 ③可靠性高 要保證數控加工中不會發(fā)生刀具意外損傷及潛在缺陷而影響 到加工的順利進行，要求刀具及與之組合的附件必須具有很好的可靠性及較強 的適應性。 ④耐用度高 數控加工的刀具，不論在粗加工或精加工中，都應具有比普 通機床加工所用刀具更高的耐用度，以盡量減少更換或修磨刀具及對刀次數， 從而提高數控機床的加工效率及保證加工質量。 ⑤斷屑及排屑性能好 數控加工中，斷屑和排屑不像普通機床加工那樣， 能及時由人工處理，切屑易纏在刀具和工件上，會損壞刀具和劃上工件上已加 工表面，甚至會發(fā)生傷人和設備事故，影響加工質量和機床的順利、安全，所 以要求刀具應具有較好的斷屑和排屑性能。 綜上所述，零件上、下表面加工時采用端銑刀加工，根據工件的寬度選擇 端銑刀直徑，使得銑刀工作時有合理的切入/切出角；切銑刀直徑應盡量包容整 個工件加工寬度，以提高加工精度和效率，并減少相鄰兩次進給之間的接刀痕。 表 4.1 就是該零件加工所需要用到的所有刀具。 表 4.1 刀具卡片 零件名稱 板類零件 工序號 刀具編號 刀具規(guī)格和名稱 數量 加工表面 T01 Φ32 面銑刀 1 銑工件的上表面 T02 Φ8 球銑刀 1 銑削外輪廓 T03 Φ58mm 立銑刀 1 鉆 Φ60 H7 底孔 T04 Φ60 鉸刀 1 鉸 Φ60 H7 孔 T05 Φ72 鏜刀 1 鏜 Φ72 孔 T06 Φ78 鏜刀 1 鏜 M80X1 底孔 T07 攻絲 M80X1 1 M80X1 絲錐 T08 Φ6.8 麻花鉆 1 鉆 4-M8 底孔 1 T09 攻絲 4-M8 1 M8 絲錐 16 5 切削用量的選取 數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫 人程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工 方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度 和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮 機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。 切削用量：“三要素”是指刀具在切削過程中的運動參數。 “三要素”是指：切削速度，進給量，背吃刀量。 選擇切削用量時考慮的因素： （1）切削加工生產率 在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素 ap、f、v 均保持線性關系， 即其中任一參數增大一倍，都可使生產率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約， 當任一參數增大時，其它二參數必須減小。因此，在制訂切削用量時，三要素 獲得最佳組合，此時的高生產率才是合理的。 （2）刀具壽命 切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序為 v、f、ap。因此，從保 證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時，首先應采用盡可能大的背吃刀量； 然后再選用大的進給量；最后求出切削速度。 （3）加工表面粗糙度 精加工時，增大進給量將增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工時抑 制生產率提高的主要因素。 在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素 ap、f、v 均保持線性關系， 即其中任一參數增大一倍，都可使生產率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約， 當任一參數增大時，其它二參數必須減小。因此，在制訂切削用量時，三要素 獲得最佳組合，此時的高生產率才是合理的。 （4）刀具壽命 切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序為 v、f、ap。因此，從保 17 證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時，首先應采用盡可能大的背吃刀量； 然后再選用大的進給量；最后求出切削速度。 （5）加工表面粗糙度 精加工時，增大進給量將增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工時抑 制生產率提高的主要因素。 根據以上因素，確定該零件的切削用量如數控加工工序卡所示。 18 6 工藝卡片 6.1 工藝過程卡 序號 工序名稱 工序內容 設備及工裝 1 備料 制造毛坯 140mm×140mm×30mm 2 銑 銑上平面→銑外輪廓 銑削加工中心 3 銑 鉆鉸 Φ60H7 孔→Φ72 鏜孔→ 鉆孔攻絲 M80X1→鉆攻絲 4-M8 孔。 銑削加工中心 4 檢驗 手檢 5 鉗 去毛刺 6 入庫 入庫 6.2 數控加工工序卡 工序卡一 夾具名稱 機用平口虎鉗 使用設備 銑削加工中心 工序號 2 程序編號 O0001 工步 號 工步內容 刀具 主軸轉數 (r/min) 進給速度 (mm/min) 被吃刀量 /mm 1 銑上平面，控制表面粗糙度 3.2 T01 600 150 3 2 銑外輪廓 T02 1200 150 3.5 3 鉆 Φ60 H7 底孔 T03 1200 120 2 4 鉸 Φ60H7 孔 T04 850 150 1.5 5 鏜 Φ72 孔 T05 1200 150 2 6 鏜 Φ78 孔 T06 1200 120 2 7 攻絲 M80X1 T07 1200 120 2 8 鉆 4-M8 孔中心孔 T08 850 150 1.5 9 鉆 4-M8 底孔 T09 1200 150 2 19 7 數控加工程序的編制 7.1 CAM 編程的一般步驟 零件模型 ↓ 加工模塊 ↓ 指定加工環(huán)境 ↓ 分析/生成輔助幾何 ↓ 生成/修改“父”組 ↓ ↓ ↓ ↓ 程序次序 加工刀具 幾何體 加工方法 ↓ 生成/修改操作 ↓ 產生刀具路徑 ↓ 校核 ↓ 后處理 表 3-1 CAM 編程的一般步驟 數控編程方法可分為手工編程和自動編程兩種。 （1）手工編程是指主要由人工來完成數控機床程序編制各個階段的工作。 當被加工零件形狀不十分復雜和程序較短時，都可以采用手工編程的方法。 （2）自動編程 自動編程是指借助數控語言編程系統或圖形編程系統，由計算機來自動生 成零件加工程序的過程。編程人員只需根據加工對象及工藝要求，借助數控語 言編程系統規(guī)定的數控編程語言或圖形編程系統提供的圖形菜單功能，對加工 過程與要求進行較簡便的描述，而由編程系統自動計算出加工運動軌跡，并輸 出零件數控加工程序。由于在計算機上可自動地繪出所編程序的圖形及進給軌 跡，所以能及時地檢查程序是否有錯，并進行修改，得到正確的程序。 為了節(jié)省編程時間，提高效率，保證刀具路徑的正確性，選擇該零件程序 使用 ug 軟件進行自動編程。 7.2 編程坐標系的確定 由零件圖可知，該零件的設計基準在零件的對稱中心上，故在編程時將其 20 編程原點設置在此處能夠方便對刀和編程。 7.3 走刀路線的生成 該零件結構形狀比較復雜，故選用 UG 軟件進行自動生成刀具軌跡，其各 工序工步的軌跡路線如下： 7.3.1 上表面走刀路線 7.3.2 外輪廓走刀路線 21 7.3.3 銑 4 處圓弧凸臺走刀路線 鉆鉸 Φ60H7 孔 鉆孔攻絲 2-M8 孔 22 7.4 仿真加工 后處理程序 23 7.5 程序清單 % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 :0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X2.7634 Y-2.6887 S0 M03 N0050 G43 Z1.4961 H00 N0060 Z.6299 N0070 G1 Z.5118 F9.8 M08 N0080 X2.5797 N0090 X-2.5797 N0100 X-2.7634 N0110 Z.6299 24 N0120 G0 Z1.4961 N0130 X2.9369 Y-2.5153 N0140 Z.6299 N0150 G1 Z.5118 N0160 X2.7532 N0170 X-2.7532 N0180 X-2.9369 N0190 Z.6299 N0200 G0 Z1.4961 N0210 X2.9921 Y-2.3418 N0220 Z.6299 N0230 G1 Z.5118 N0240 X2.8622 N0250 X.6159 N0260 G2 X-.6159 I-.6159 J2.3418 N0270 G1 X-2.8622 N0280 X-2.9921 N0290 Z.6299 N0300 G0 Z1.4961 N0310 X2.9921 Y-2.1683 N0320 Z.6299 N0330 G1 Z.5118 N0340 X2.8622 N0350 X1.0778 N0360 Z.6299 N0370 G0 Z1.4961 N0380 X2.9921 Y-1.9949 N0390 Z.6299 N0400 G1 Z.5118 N0410 X2.8622 N0420 X1.6745 N0430 G2 X1.5548 I-.0598 J.1019 N0440 G1 X1.3726 N0450 Z.6299 N0460 G0 Z1.4961 N0470 X2.9921 Y-1.8214 N0480 Z.6299 N0490 G1 Z.5118 N0500 X2.8622 N0510 X1.8533 N0520 Z.6299 N0530 G0 Z1.4961 N0540 X2.9921 Y-1.6479 N0550 Z.629