凸臺板零件工藝編制及加工仿真設計【三維UG】

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機械加工工藝過程卡片 產品型號 零件圖號 產品名稱 凸臺板 零件名稱 凸臺板 共 1 頁 第 1 頁 材 料 45# 毛 坯 種 類 型材 毛坯外形尺寸 每毛坯可制 件 數 1 每 臺 件 數 1 備注 年產 序 號 工序 名稱 工 序 內 容 車間 工段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 10 備料 備料毛坯 機 一 20 檢驗 檢驗 機 一 30 銑 銑上平面 機 二 VMC750E 面銑刀，游標卡尺 0.39 40 銑 銑五邊形外輪廓 機 二 VMC750E 立銑刀，游標卡尺 0.65 50 銑 銑正方形外輪廓 機 二 VMC750E 立銑刀，游標卡尺 0.05 60 鉆 鉆鉸Φ40孔 機 二 VMC750E 鉆頭，鉸刀，內徑百分表 1.885 70 鉆 鉆4-Φ10孔 機 二 VMC750E 高速鋼鉆頭，游標卡尺 0.282 80 去毛刺 去毛刺 90 檢查 檢查 畢業(yè)設計(論文) 課題：凸臺板零件工藝編制及加工仿真設 計 系 部 ： 專 業(yè) ： 班 級 ： 姓 名 ： 學 號 ： 指導老師 ： 2015 年 10 月 - I - 摘 要 當前世界上正在進行著新一輪的產業(yè)調整，一些產品的制造正在向發(fā)展 中國家轉移，中國已經能夠成為許多跨國公司的首選之地，中國正在能夠成為 世界制造大國，這已經能夠成為不爭的事實。緊隨著數控技術的發(fā)展，數控技 術的應用不僅僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使得制造業(yè)能夠成為工業(yè) 化的象征，而且緊隨著數控技術的持續(xù)發(fā)展和應用領域的變大，它對國計民生 的一些緊要行業(yè)的發(fā)展起著越來越緊要的作用。 本文主要經過銑削加工數控工藝分析與加工，綜合所學的專業(yè)基礎知識， 全面考慮可能影響在銑削、鉆削加工中的因素，設計它的加工工藝和編輯程序， 完成要求。 關鍵詞：工藝分析；加工方案；切削用量；數控編程 1 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................I 1 緒 論 ...........................................................................................................................1 1.1 三維軟件特點及優(yōu)缺點 ......................................................................................1 1.2 本論文的研究內容 ............................................................................................1 1.3 選題意義 ..............................................................................................................2 1.4 論文結構 ..............................................................................................................2 2 零件的圖樣分析 ........................................................................................................3 2.1 零件的結構特點分析 .........................................................................................3 2.2 零件的技術方面要求分析 .................................................................................4 3 零件的工藝規(guī)程設計 ................................................................................................5 3.1 毛坯的選擇 .........................................................................................................5 3.2 定位基準的選擇 .................................................................................................5 3.3 裝夾方式的選擇 .................................................................................................5 3.4 加工順序的安排 .................................................................................................5 4 設備及它的工藝裝備的確定 ....................................................................................7 4.1 機床的選擇 .........................................................................................................7 4.2 刀具的選擇 .........................................................................................................7 5 切削用量的選取 ........................................................................................................9 6 工藝卡片 ..................................................................................................................11 6.1 工藝過程卡 .......................................................................................................11 6.2 數控加工工序卡 ...............................................................................................11 7 數控加工程序的編制 ..............................................................................................12 7.1 CAM 編程的一般步驟 ........................................................................................12 7.2 編程坐標系的確定 ...........................................................................................12 7.3 走刀路線的生成 ...............................................................................................13 7.4 仿真加工 ...........................................................................................................15 結論 ..............................................................................................................................34 參考文獻 ......................................................................................................................36 2 致 謝 ......................................................................................................................37 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 構 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 是以數控技術作為典型的新技術對傳統(tǒng)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，它的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)軟件技術等等數 控 技 術 的 應 用 不 僅 僅 給 傳 統(tǒng) 制 造 業(yè) 帶 來 了 革 命 性 的 變 化 ， 使 得 制 造 業(yè) 能 夠 成 為 工 業(yè) 化 的 象 征 ， 而 且 緊 隨 著 數 控 技 術 的 持 續(xù) 發(fā) 展 和 應 用 領 域 的 變 大 ， 對 國 計 民 生 的 一 些 緊 要 行 業(yè) 國 防 、 汽 車 等 等 的 發(fā) 展 起 著 越 來 越 緊 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 等 。 1.高 速 化 發(fā) 展 新 趨 勢 隨 著 數 控 系 統(tǒng) 核 心 處 理 器 性 能 的 發(fā) 展 ， 高 速 加 工 中 心 可 達 80m/min， 和 運 行 速 度 可 以 達 到 100m／ min， 截 至 目 前 ， 在 世 界 上 許 多 汽 車 廠 ， 包 括 中 國 的 上 海 通 用 汽 車 公 司 ， 已 應 用 于 高 速 加 工 中 心 生 產 線 取 代 組 合 機 床 。 美 國 辛 辛 那 提 公 司 的 HyperMach 機 床 進 給 速 度 達 60m/min， 快 速 100m/min， 加 速 度 2g， 主 軸 轉 速 已 達 60000r／ min， 加 工 一 薄 壁 飛 機 零 件 ， 只 有 30min， 和 一 般 的 高 速 銑 床 加 工 ， 同 一 部 位 3 小 時 ， 在 普 通 銑 床 8 小 時 。 由 于 車 身 零 件 的 專 業(yè) 化 ， 在 專 業(yè) 化 的 發(fā) 展 中 ， 主 軸 的 高 速 化 越 來 越 流 行 。 過 去 只 為 汽 車 工 業(yè) 高 速 飛 機 （ 每 分 鐘 15000 轉 以 上 機 型 ） ， 現 在 已 經 能 夠 成 為 必 要 的 機 械 產 品 的 要 求 。 2、 精 密 化 加 工 發(fā) 展 新 趨 勢 緊 隨 著 伺 服 控 制 技 術 和 傳 感 器 技 術 的 進 步 ， 在 數 控 系 統(tǒng) 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 由 于 計 算 機 硬 件 和 軟 件 模 塊 化 的 標 準 化 和 模 塊 化 ， 開 放 技 術 日 趨 成 熟 。 開 放 式 數 控 系 統(tǒng) 具 有 更 好 的 通 用 性 、 靈 活 性 、 適 應 性 和 擴 展 性 。 美 國 ， 歐 盟 和 日 本 等 國 家 紛 紛 實 施 戰(zhàn) 略 發(fā) 展 計 劃 ， 以 及 開 放 式 數 控 系 統(tǒng) 2 （ OSACA， OMAC， OSEC） 的 研 究 和 開 發(fā) ， 在 短 期 內 ， 世 界 3 大 經 濟 體 ， 幾 乎 相 同 的 科 學 計 劃 和 技 術 規(guī) 范 ， 這 表 明 數 控 技 術 的 新 時 代 。 中 國 在 2000 也 開 始 進 行 中 國 的 ONC 數 控 系 統(tǒng) 的 規(guī) 范 框 架 的 研 究 與 開 發(fā) 。 隨 著 核 心 處 理 器 性 能 的 發(fā) 展 ， 高 速 加 工 中 心 可 達 80m/min， 運 行 速 度 可 達 到 分 鐘 /米 ， 截 至 目 前 ， 在 世 界 上 許 多 汽 車 廠 ， 包 括 中 國 的 上 海 通 用 汽 車 公 司 ， 已 應 用 于 高 速 加 工 中 心 生 產 線 ， 以 產 生 組 合 機 床 。 辛 辛 那 提 的 HyperMach 機 床 進 給 速 度 60m/min， 快 速 100m/min， 加 速 度 2g， 主 軸 轉 速 已 達 到 為 60000r/min， 薄 壁 飛 機 零 件 ， 加 工 后 ， 和 一 般 的 高 速 銑 床 加 工 ， 3 小 時 后 在 同 一 地 點 ， 在 普 通 銑 床 8 小 時 。 由 于 車 身 零 件 的 專 業(yè) 化 ， 主 軸 的 高 速 化 在 專 業(yè) 化 的 發(fā) 展 中 變 得 越 來 越 流 行 。 過 去 僅 為 汽 車 工 業(yè) 高 速 飛 機 （ 每 分 鐘 轉 速 超 過 15000 分 鐘 ） ， 現 在 已 經 能 夠 成 為 必 要 的 機 械 產 品 的 要 求 。 4.復 合 化 發(fā) 展 新 趨 勢 緊 隨 著 其 次 是 產 品 外 觀 曲 線 的 復 雜 性 導 致 模 具 加 工 技 術 必 須 不 斷 升 級 ， 對 數 控 系 統(tǒng) 的 新 需 求 。 機 床 五 軸 的 加 工 ， 六 軸 加 工 越 來 越 流 行 ， 機 床 的 加 工 是 必 然 的 發(fā) 展 趨 勢 。 日 本 工 程 機 械 5 加 工 機 床 采 用 復 合 主 軸 頭 ， 實 現 任 意 點 的 處 理 和 加 工 四 個 垂 直 平 面 ， 使 得 五 面 加 工 和 五 軸 加 工 可 在 單 機 上 實 現 ， 還 可 實 現 傾 斜 和 倒 錐 齒 加 工 。 加 工 中 心 德 國 DMG 公 司 DMUVoution 系 列 ， 可 以 安 裝 在 夾 5 面 加 工 和 5 軸 聯 動 加 工 ， 可 由 CNC 系 統(tǒng) 或 CAD／ CAM 的 直 接 或 間 接 控 制 。 1.2 選題意義 第二十世紀中葉，隨著電子技術、信息處理技術、數據處理技術和電子計算機 技術的發(fā)展，給自動化技術帶來了新的概念。它用數字信號來控制機床的運動 及其加工過程。 隨著加工機械的數字技術，最早是接近芷安的小飛機工業(yè)承包商 paierxunsi 公 司以北 40 年代初期。他們用全數字電子計算機處理機翼的加工路線，并考慮到 刀具直徑對加工路徑的影響，和最高的水平的 0.0381mm（0.0015in）的實現。 1952、麻省理工學院在立式銑床上，安裝了一套實驗數控系統(tǒng)，成功實現了三 軸運動的控制。這臺數控機床被稱為世界上第一臺數控機床。這臺機床是機床 的一種測試工具。到十一月 1954。在 paierxunsi 專利的基礎上，第一次工業(yè) 數控機床由本迪克斯公司正式生產出來。 3 自那時以來，從 1960，它一直是一些工業(yè)國家，如德國，日本一直在開發(fā)，生 產和使用數控機床。在第一次出現和使用數控機床是數控銑床的使用，因為數 控機床可以解決普通機床難以做到的問題，需要對曲面零件進行輪廓線或曲面 零件的加工。但是，由于采用數控系統(tǒng)的電子管，體積龐大，耗電量大，這是 除了軍工部門的使用，在其行業(yè)中還沒有得到推廣使用。 1960 點，數控機床的點控制得到了快速發(fā)展。由于數控系統(tǒng)的點控制比較， 數控系統(tǒng)的輪廓控制更為簡單。因此，數控銑床、沖床、夾具、機床等的巨大 發(fā)展，據統(tǒng)計，并由 1966 個實際的約 6000 臺數控機床，85%是機床的點對點控 制。 在數控機床的發(fā)展過程中，值得一提的是加工中心。這是一種數控機床的自動 換刀裝置，它可以實現工件攜帶卡和進行多進程的處理。這種產品在 1959 三月 第一，美國 Nakanai -特里沃；G 公司（Keaney &；treckercorp 開。 ） 。這 類機床與水龍頭，刀鉆，鉸刀，銑刀等工具，根據穿孔的自動工具的選擇和指 示后，機械手將刀具裝在主軸和工件加工。它可以縮短零件在機床上的加載時 間，改變刀具的切削時間。在數控機床中，加工中心已成為一個非常重要的工 具，不僅是垂直的，水平的，所以在箱體零件加工中心，也有用于車削加工中 心，磨削中心等。 1967，英國，一些數控機床連接到柔性加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造 系統(tǒng)（FMS 柔性制造系統(tǒng)&；mdash；） ，美國，歐洲，日本等已開發(fā)和應用。 1974 后，隨著微電子技術的迅速發(fā)展，微處理器直接應用于數控機床，使數控 機床的數控化、計算機數控機床的發(fā)展（簡稱數控機床） ，進一步促進數控機床 的普及和應用。在 80 年代，1 到 4 的加工中心、車削中心為主體，與柔性制造 單元（，flexiblemanufacturingcell） ，并設有自動裝卸和監(jiān)測檢驗設備 （FMC） 。這種裝置投資少，見效快，可以單獨使用很長一段時間，也可以集成 到 FMS 或更先進的集成制造系統(tǒng)。 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、使得用和維護的人才；經過合作生產先進數控 機床，使得設計、制造、使得用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距； 經過利用國外先進元部件、數控系統(tǒng)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。至今許多緊要性能部件、自動化刀具、數控 系統(tǒng)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。 4 1.1 三維軟件特點及優(yōu)缺點 高端三維計算機輔助設計軟件包含零件設計、二維工程圖、零件加工、仿真及 有限元分析等。通過模塊間的無縫集成，實現了零件的三維信息設計、數控加 工和有限元分析模塊的共享，方便了設計和修改，更新快等。其次是產品加工 效率的提高，對數控機床的需求也越來越普及，數控銑床、數控銑加工中心、 數控加工中心已廣泛應用于各種制造行業(yè)。UG NX6 軟件提供了一個功能強大的 數控銑削加工模塊，包括粗加工，精加工的操作，加工中心鉆孔，螺紋加工等。 可實現各種復雜回轉體零件的數控編程。 1990 進入中國以來，UG 軟件已廣泛應用于航空，航天，汽車，模具領域， 家用電器等。對 UG 軟件的 PC 版的推出，這是中國在 UG 中，起到了良好的促進 作用。 NX 6.O UG NX 系列的最新版本，并已在原版本的基礎上改進。例如，在功 能和自由造型方面提供了更廣泛的性能，使其更快，更高效，更高的質量。設 計產品。它也使繪圖的重要改進，使其更直觀，快速，準確，更接近工業(yè)標準。 UG 具有以下優(yōu)點； 1、為機械設計、模具設計及電氣設計單位提供完整的設計、分析和制造方案。 2、它是一個完整的參數化軟件，為零件的建模、裝配和分析提供了有力的依據。 3、你可以管理 CAD 數據和所有相關的數據，整個產品的開發(fā)周期，實現逆向工 程（逆向設計）和并行工程（工程師，concurrennt）等先進的設計方法。 4、可以完成復雜模型的創(chuàng)建，包括自由面，同時利用圖形顯示在管理領域，節(jié) 省系統(tǒng)資源。 5、具有較強的裝配性能，并在裝配模塊中使用了一套參考的設計思路，對節(jié)約 計算機資源提出了一種有效的解決方案，可以大大提高設計效率。 1.2 本論文的研究內容 因為UG 的應用多集中在數控銑、加工中心等等方面，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等各步驟主要由人工完成的編 5 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。截止 現在為止，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式方法， 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，包含了零件圖的審查、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、后處理等等，經過一 系列的作業(yè)操作，完成對零件的加工任務。經過此次課題，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）分析零件的技術方面要求，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，它的毛坯材料為 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，并編制出它的數控加 工程序。 圖 2.1 零件圖 7 圖 2.2 三維圖 從圖 2.1 中可以看出，此零件的總體結構為一凸臺類零件，零件主要由凸 臺、凹槽、孔等等特點構成。它的輪廓曲線較簡單，主要由直線、圓弧構成， 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，同時也能確保程序的準確性。 2.2 零件的技術方面要求分析 零件的技術方面要求主要包含尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙 度要求等等，這些技術方面要求應當是能夠確保零件使得用性能前提下的極限 值。進行零件技術方面要求分析，主要是分析這些技術方面要求的合理性，以 及實現的可能性，重點分析緊要表面和部位的加工精度和技術方面要求，為制 定合理的加工方案做好準備。同時經過分析以確定技術方面要求是否過于嚴格， 因為過高的精度和過小的表面粗糙度要求會使得工藝過程變得復雜，加工難度 大，增加不必要的成本。 從圖 2.1 分析得知，此零件的尺寸精度要求有： 8 （1）外輪廓尺寸：96 和 96 的精度等等級為未注尺寸公差按 IT12 控制， 厚度尺寸 25 的精度等等級為未注尺寸公差按 IT12 控制，表面粗糙度為 Ra3.2um。 （2）凸臺：尺寸精度等等級為 IT7 級，表面粗糙度要求為 Ra3.2um。 它的余未注尺寸公差按 IT12 控制，未注表面粗糙度為 Ra3.2um。 綜上所述，此零件的加工精度要求一般，在數控加工中比較容易確保。 9 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，此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。筆者認為這類設計方法并不合理，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) 確保它在機械加工時有最均勻合理的粗加工余量：(2)確保非加工面與加工面有 最準確的位置及尺寸。 此零件為板類零件，故它的毛坯選擇為板材，毛坯材料為 45#，毛坯尺寸 為 96mm×96mm×55mm。 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 考慮到此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，此零件的內凹槽及 它的島嶼難以測量，采用普通機床不能控制它的尺寸，零件表面質量和位置精 度比較高，我們有必要加工的面比較多，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。此零件 由多個圓弧相切構成，我們有必要確保它的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。考慮該工件用虎鉗裝夾，以及工件加工時不 與機床交換刀具的空間干涉、與機床防護罩等等附件發(fā)生干涉等等系列問題。 10 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。為確保高精度、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，我所選擇用的機床型號為 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等級。數 控機床根據用途又分為簡易型、全性能型、超精密型等等，它的能達到的精度 也是各不一樣的。簡易型截止現在為止還用于一部分車床和銑床，它的最小運 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，它的精度可達 0.001mm 以下。因為我所要加工的零件在精度與 表面質量上要求不是太高，所以加工精度確保在 0.01mm 就可以了。 3.3 工藝設計 3.3.1 加工方式方法選擇 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 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）確保工件加工剛度原則；5）同 一把刀能加工內容連續(xù)加工原則。 此零件的加工將粗精加工分開，先粗后精，有利于確保表面加工質量。先加工對工件 11 剛性變形小的表面，確保工件加工剛度原則。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。而對于我們有必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:以裝夾劃分我們有必要兩道工序。工序一，第一次裝夾然后進行粗精加工使得 工件達到加工精度。工序二，掉頭裝夾進行粗精加工。 方案二:以粗精加工劃分我們有必要兩道工序。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，在同樣確保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,我的零件共我們有必要兩次裝夾, 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確 保,不會出現定位誤差。每次裝夾都要對刀,這樣就只對刀兩次,確保了刀位誤差。 基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的緊要工作之一?；孢x擇的正確合理，可以使得加工 質量得到確保，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緊要。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，應當是使得零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等等技術 方面要求能得到合理的確保。經過仔細考慮零件的技術方面要求后，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，主要要求確保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 12 （2）確保零件相互位置要求原則 （3）夾緊原則 （4）不重復使得用原則 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，主要考慮確保加工精度。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擇用外表面基 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，我們 有必要用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以確保位置精度要求。 （4）所選精基準應確保工件安裝可靠，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， 由此，選擇根據實際情況分析，權衡利弊，確保它的主要要求。 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，它的余工序都應使得用精基準。 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(tǒng)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，確定此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 裝夾方式的選擇 經分析，此零件我們有必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。 13 3.3.4 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，由此，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 因為此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。 它的操作步驟為: a.將所用銑刀裝到主軸上并使得主軸中速旋轉； 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。此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 14 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。 此零件在加工過程中我們有必要進行換刀，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。由此， 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，確定此零件的加工順序為： 銑上平面→銑五邊形外輪廓→銑正方形外輪廓→鉆鉸 Φ40 孔→ 鉆 4-Φ10 孔。 15 4 設備及它的工藝裝備的確定 4.1 機床的選擇 因為此零件屬于單件小批量生產，由此不用考慮生產效率等等問題，只要 在能夠確保它的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，它的主要技術參數如下： 系統(tǒng)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(tǒng)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緊要內容，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， 雖它的大多數刀具、夾具與普通加工中所用的刀具、夾具基本相同，但對一些 工藝難度較大或它的輪廓、形狀等等方面較特殊的零件加工，所選擇用的刀具、 夾具必須具備較高要求，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 及它的他一些專用刀具。此外，應結合實際情況，盡可能選擇用各種先進刀具， 如可轉位刀具、整體硬質合金刀具、陶瓷涂層刀具等等。刀具的類型、規(guī)格和 精度等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 16 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(tǒng)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等要求，刀具必須具備 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 等等。 ③可靠性高 要確保數控加工中不會發(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備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，都應具備比普 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確保加工質量。 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 以要求刀具應具備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 就是此零件加工所我們有必要用到的所有刀具。 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 立銑刀 1 銑五邊形外輪廓 T03 Φ8 立銑刀 1 銑正方形外輪廓 T04 Φ38 鉆頭 1 鉆鉸 Φ40 孔 T05 Φ40 鉸刀 1 鉆鉸 Φ40 孔 1 T06 Φ10 鉆頭 鉆 4-Φ10 孔 17 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。切削用量包含主軸轉速、背吃刀量及進給速度等等。對于不同的加 工方式方法，我們有必要選擇用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：確 保零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，確保合理的刀具耐用 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， 即它的中任一參數增大一倍，都可使得生產率提高一倍。然而因為刀具壽命的 制約，當任一參數增大時，它的它二參數必須減小。由此，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。由此，從確 保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； 然后再選擇用大的進給量；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。由此，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， 即它的中任一參數增大一倍，都可使得生產率提高一倍。然而因為刀具壽命的 制約，當任一參數增大時，它的它二參數必須減小。由此，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。由此，從確 保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； 18 然后再選擇用大的進給量；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。由此，它是精加工時抑 制生產率提高的主要因素。 根據以上因素，確定此零件的切削用量如數控加工工序卡所示。 19 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 96mm×96mm×55mm 2 銑 銑上平面→銑五邊形外輪廓→銑正方形外輪廓 銑削加工中心 3 銑 鉆鉸 Φ40 孔→鉆 4-Φ10 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 使得用設備 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 銑五邊形外輪廓 T02 1200 150 3.5 3 銑正方形外輪廓 T03 1200 120 2 4 鉆 Φ40 孔 T04 850 150 1.5 5 鉸 Φ40 孔 T05 1200 150 2 6 鉆 4-Φ10 孔 T06 1200 120 2 20 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 加工方式方法 ↓ 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(tǒng)或圖形編程系統(tǒng)，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(tǒng)規(guī)定的數控編程語言或圖形編程系統(tǒng)提供的圖形菜單性能，對加工 過程與要求進行較簡便的描述，而由編程系統(tǒng)自動計算出加工運動軌跡，并輸 出零件數控加工程序。因為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，確保刀具路徑的正確性，選擇此零件程序 使得用 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，此零件的設計基準在零件的對稱中心上，故在編程時將它 21 的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 此零件結構形狀比較復雜，故選擇用 UG 軟件進行自動生成刀具軌跡，它 的各工序工步的軌跡路線如下： 7.3.1 銑上平面走刀路線 7.3.2 銑五邊形外輪廓走刀路線 22 7.3.3 銑正方形外輪廓走刀路線 7.3.4 鉆鉸 Φ40 孔 23 7.3.5 鉆 4-Φ10 孔 7.4 仿真加工 銑上平面 24 銑五邊形外輪廓 銑正方形外輪廓 25 鉆鉸 Φ40 孔 鉆 4-Φ10 孔 后處理程序 26 % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 :0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X3.248 Y-1.3306 S0 M03 N0050 G43 Z2.4409 H00 N0060 Z2.0472 N0070 G1 Z1.9291 F9.8 M08 27 N0080 X2.2638 N0090 X-1.8314 N0100 X-3.048 N0110 Z2.0472 N0120 G0 Z2.4409 N0130 X3.248 Y0.0 N0140 Z2.0472 N0150 G1 Z1.9291 N0160 X2.2638 N0170 X-2.7982 N0180 X-4.0148 N0190 Z2.0472 N0200 G0 Z2.4409 N0210 X3.248 Y1.3306 N0220 Z2.0472 N0230 G1 Z1.9291 N0240 X2.2638 N0250 X-1.8314 N0260 X-3.048 N0270 Z2.0472 N0280 G0 Z2.4409 N0290 M02 % 28 結論 加工設計理論已經不拘泥于系統(tǒng)的理論基礎，開始強調產品尺寸精度，工藝嚴格性， 從而更加有得于學生裝的數控編程及操作的創(chuàng)新精神和實踐能力。緊隨著畢業(yè)設計做完， 也將意味我的大學生活即將結束，但在這段時間里面我覺得自己是努力并快樂的。在繁忙 的的日子里面，曾經為解決技術上的問題，而去翻我所學專業(yè)的書籍。經過這段時間我真 正體會了很多，也感到了很多。 這次畢業(yè)設計，給我最大的體會就是熟練操作技能來源我們對專業(yè)的熟練程度。比如， 我們想加快編程程度，除了對各編程指令的熟練掌握之外，還我們有必要你掌握零件工藝 方面的知識，對于夾具的選擇，切削參數的設定我們必須十分清楚。在上機操作時，我們 只有練習各性能鍵的作用，在編程時才得心應手。由此，我總結出一個結論“理論是指導 實踐的基礎，只有持續(xù)在實踐中總結驗，并對先前的理論進行消化和創(chuàng)新，自己的水平會 很快的提高” 。 這次畢業(yè)設計，給我最大的體會就是熟練操作技能來源我們對專業(yè)的熟練程度。比如， 我們想加快編程程度，除了對各編程指令的熟練掌握之外，還我們有必要你掌握零件工藝 方面的知識，對于夾具的選擇，切削參數的設定我們必須十分清楚。在上機操作時，我們 只有練習各性能鍵的作用，在編程時才得心應手。由此，我總結出一個結論“理論是指導 實踐的基礎，只有持續(xù)在實踐中總結驗，并對先前的理論進行消化和創(chuàng)新，自己的水平會 很快的提高” 。 29 參考文獻 參考文獻 [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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