五轴组合零件数控加工工艺及工装设计

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1、沈阳工学院毕业设计论文1绪 论数控技术是机械制造技术、计算机控制技术、传感器技术、信息处理技术、光机电液一体化技术，是自动化、柔性化、敏捷化、数字化为一体的综合技术。数控技术专业就是为适应和满足现代制造技术对此类技术人才需求开办的，对于来自于企业的、社会的和专科院校的有志于在数控技术有所造就的每个学员能有机会系统地学习数控专业知识，以提高自身专业理论知识，掌握一定的技能，对于指导实际生产是有着非常重要的意义。毕业设计是将我们所学到的理论知识应用于生产实际的过程，也是从学生过渡到生产实用型人才的极好锻炼机会。毕业设计是培养学生工作能力的最后一个实践性学习环节，是大学教育的最后环节。它不但是对我们

2、这几年来所学知识的一次综合性的复习和考核，也是对以后从事的专业技术工作做准备。因此在整个教学环节中占有极为重要的地位。通过此次毕业设计，在把所学理论知识应用于生产实际的同时，加深了对理论知识的理解，不但培养了我们综合运用所学知识来分析和解决本专业一般技术问题的能力，而且也进一步巩固扩大和深化了我们所学的基本理论，基本知识和基本操作技能，具有了制定机械加工工艺规程的初步能力；学会了调查研究，收集中外技术资料的方法，并能较熟练地使用有关的手册、图表资料及技术参考书；熟练掌握了一般零件的数控加工编程方法，各种数控机床的操作及零件的数控加工。同时也培养了我们树立正确的设计思想和生产观念、经济观念、全局

3、观念。养成了理论联系实际和严谨的工作作风，使我们掌握了编制机械加工的一般工艺规程的方法，独立正确的使用技术文献和正确的表达自己设计思想。我此次设计的题目是：五轴组合零件数控加工工艺与工装设计 。此课题件来源于第四届全国数控技能大赛，是具有五轴加工要素，课题中体现了各种刀具和组合夹具的使用方法，重点体现数控加工工艺方法、加工顺序和装配关系。在八周的毕业设计时间里，通过进行预习相关的专业知识、查阅相关的技术资料（手册） 、绘制图纸、撰写论文、编制工艺卡、操作数控数控铣床加工该课件等工作。 在整个毕业（论文）的设计过程中，经过刘振江老师的细心指导和帮助以及其他老师、同学的关怀下，解决了许多技术上的难

4、题，使我顺利地完成了此次毕业设计。谨沈阳工学院毕业设计论文2此表示衷心的感谢。由于本人的能力有限，难免在设计中存在一定的不足之处，恳请各位老师批评指正。编 者2013 年 5 月 10 日沈阳工学院毕业设计论文3第一章 零件的结构与工艺分析该毕设题件的结构主要由平面加工与轮廓加工、沟槽加工（镂空槽和柱面槽） 、复杂曲面、孔系加工（镗孔、铰孔、刚性攻丝和螺纹铣削等）和功能部件的配合加工等综合要素构成的。该毕设课题系第四届全国数控技能大赛竞赛试题。数控技能竞赛考核的是数控工艺、程序编制数控机床技能的综合应用，特别是全国数控技能大赛在竞赛规定的时间内比理论知识的应用、比毅力、比技巧、比经验。由于此竞

5、赛课题件需要运用综合的数控理论知识和数控机床的操作技能，在编制加工工艺过程时要充分注意到各道工序的定位基准是否统一，工艺安排的是否具有合理性，能否满足课题件的尺寸精度、表面粗糙度及形位公差的要求，应用通用夹具和常规的夹紧方式能否满足定位原理的基本要求。能否在规定的时间内完成竞赛件的加工，取决于工艺安排的是否合理。此竞赛课题件的综合工艺含量的水平较高，要求具有五轴加工性能的数控机床加工，应该说代表了现代数控技术的发展方向。竞赛要求每位选手完成一套组合件，并应按技术要求达到配合精度。本人以此课题件作为毕业设计论文的基本素材，以三轴联动的数控铣床试验性地编写其加工工艺过程并操作数控机床完成此课题件的

6、加工。其后编制五轴加工的工艺及程序。沈阳工学院毕业设计论文41.1 零件的结构分析该竞赛课题组合件得配合是由基座、电机固定板、风道板、转轴、风扇轮、风罩六部分进行配合，形状结构比较复杂，尺寸精度和形位精度要求较高，各待加工表面之间具有一定的位置要求。现分述如下：装配图 爆炸图 1）基座的结构。这一组加工表面包括： 回转体加工的内容：160；0063. 0 上表面加工的内容：SR52的球型凹槽、4 个 12立柱、34.64 正六方046. 00016. 0034. 0 通孔、6-M10 螺纹孔、4-M50.024 螺纹孔； 下表面的加工内容：4 个 12深 5 的长方形槽、50和 80孔、6 个

7、027. 001 . 00054. 00M10 螺纹孔； 外回转体表面的加工内容：六棱锥台、直纹曲面、12通孔、2 个 24018. 00深 15、铣 2 个椭圆槽、铣 2 个正方形凸台；052. 002）风道板的结构。这一组加工表面包括： 上表面加工的内容：80与 70的环形槽、145倒角、四个03. 0076. 0 12. 0 012H7（通孔） 、6 个 11.8 通孔、6 个 18 孔深 11、20 通孔、240.026 深 6 的孔、4 个 M50.024 螺纹孔； 下表面的加工内容：2 个 11.8 通孔，正面棱边倒角 0.545、两个 M5 螺沈阳工学院毕业设计论文5纹孔。3）风

8、罩的结构。这一组加工表面包括： 上表面加工的内容：主体正六面体加工、SR52球面、10 个扇形槽、4 个03. 01043. 0 60.024 通孔，棱边倒角 0.545、4 个 12H7（）通孔。018. 00 下表面的加工内容：80孔深 8。174. 01 . 04）风扇轮的结构。这一组加工表面包括： 上表面加工的内容：3 个叶片加工、3 个扇形孔。 下表面的加工内容：16 高 2 圆形凸台。5）以上 4 组件加工表面之间存在着一定的相互位置要求：风道板下面配合处 114.440.017、4-12H7（） 。018. 00基座上面配合处 114.440.017、4-12H7（） 、4-12

9、。018. 00016. 0034. 0 风罩下面配合出 114.440.017、80。174. 01 . 0配合后件的总高度为 1450.125mm。1.2 零件的工艺分析要保证零件的加工过程能够完成最终的质量要求，工艺分析与设计是其关键的问题。其内容主要包括：毛坯材料的确定、加工定位基准的选择、加工机床的选择、确定夹紧方法和工艺装备的选用、选择各加工表面的加工方法、安排加工顺序及组织整个加工工艺过程中的各个工序内容等。1.2.1 选择零件毛坯的形式在设计工艺方案时，毛坯制造形式的选择从理论上讲主要依据四个方面的因素：第一，设计图纸规定的材料和机械性能；第二，零件的结构形状和尺寸大小；第三，

10、零件的制造经济性；第四，生产纲领。毛坯制造形式的选择应使材料、毛坯制造和零件的各项加工费用之和最小。毛坯的选择原则是：毛坯的形状和尺寸，越接近零件，那么毛坯的精度就越高，则零件的机械加工余量就越小，同时材料的消耗也就越少，机械加工的生产率也可以提高，零件的成本降低了，但毛坯的成本却提高了。因此，确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面综合来考虑，以求得最佳的方沈阳工学院毕业设计论文6案。毛坯的类型有很多，如锻造，铸造，压制，冲压，焊接，冷轧，热轧，型材和板材等。因本工件为竞赛件，属于单件制造类型，且为一般性轴类零件，根据零件的生产纲领、数量、经济性及复杂程度，本零件的毛坯比较适合选择普通圆钢料。

11、本零件的工艺设计所选定的材料是以数控竞赛要求的 45 钢（优质碳素钢） 。该材料的力学性能：s=335(MPa) b=600(MPa) =165=40 Ak=39J(kgfm/am)其性能特点是：淬火、高温回火后钢的表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有足够强度、塑性和韧性，适用于要求承受交变应力和摩擦作用的同时，也能承受一定的冲击载荷条件下工作的机械零件。本零件采用 45#钢，其主要成份如下：表表 1.11.1 材料的化学成份材料的化学成份材料材料主要成分主要成分(%)(%)45 钢CMnSi0.420.500.170.370.500.80适用范围： 机床中形状简单，中等强度和韧性的零件。如齿轮

12、、曲轴、螺栓、螺母； 综合力学性能优良。宜制承载力较大的零件。如连杆、主轴、活塞杆等。热处理：工作条件： 与滚动轴配合； 轻载荷或中等载荷，转速低； 精度要求不高； 稍有冲击载荷，交变载荷可以忽略不计。 调质处理硬度：3540HRC3 原因： 调质后，保证主轴具有一定强度； 精度要求不高； 用来使钢获得高的韧性和足够的强度。很多重要零件是经过调质处理的，本竞赛零件的毛坯是调质后的圆料。沈阳工学院毕业设计论文7表表 1.21.2 4545 钢调质的状态钢调质的状态热处理名称代号种类砸死 ew3加热温度/冷却温度热处理的金相组织热处理的目的调质淬火回火淬火温度820840 回火温 550650在水

13、中淬火后进行高温回火索氏体中碳结构钢（调质纲）得到较好的综合力学性能经过以上对零件材料的分析，该材料的最终性能能满足零件的技术要求，所设计的零件在保证使用性能的前提下，能用生产率高，劳动量小，材料消耗小和生产成本低的加工方法制造出来，至此工艺性能良好。1.2.2 基准的选择正确地选择定为基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为粗基准、细基准和辅助基准。在最初的加工工序中，只能用毛坯尚未加工的表面作为定位基准（粗基准） 。在后续的工序中，则使用已加工的表面作为定位基准（精基准） 。在制定工艺规程中，首先考虑了选择怎样的精基准以保证达到工精度的要求并把各个加工表面

14、加工出来，然后考虑了怎样选择合适的粗基准把精基准面加工出来。在前述的零件特点、设计基准以及技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理的选定零件加工过程中的定位基准。（1）粗基准的选择粗基准的选择应该符合“基准重合” 、 “基准统一” 、 “互为基准” 、 “自为基准”四条原则。依据粗基准的选择原则，当零件有不同的加工表面时，应以这些不加工表面为粗基准，若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面作为粗基准。基准重合原则：就是尽可能选用设计基准作为定位基准，这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起定位误差；基准统一原则：位置精度要求较高的某些表面加工时尽可

15、能选用同一定位基准，这样有利于保证各加工表面的位置精度；自为基准和互为基准原则；选择等级较高，安装稳定可靠的表面作精基准，而且所选的基准应使夹具的结构简单，安装和加工工件方便；沈阳工学院毕业设计论文8（2）精基准的选择精基准的选择主要应该考虑基准重合的原则，而当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸的换算。精基准的选择要求定位准确、夹具结构简单、夹紧可靠，使每个工序都有合适的基准和定位夹紧方式，以便正确解决所有工序的基准选择问题。对于所有表面都要加工的零件，应选择余量和公差最小的表面作基准，以避免余量不足而造成废品；选择光洁平整的表面，并且面积足够大，装夹稳定的表面作为粗基准；粗基准一般都只能

16、用一次，尽量避免重复使用；在实际工作中，定位基准的选择要符合上述所有的原则有时是不可能的，因此应根据具体情况进行分析，选出最有利的定位基准。沈阳工学院毕业设计论文9第二章 制定加工工艺路线制定加工工艺路线的主要任务是选择确定各个表面的加工方法和加工方案，确定如何划分加工阶段，确定工序集中与分散程度，确定各个表面的加工顺序和装夹方式，以及详细拟订工序的具体内容等。制定的工艺路线应当是使该组合件的几何形状，尺寸精度以及位置精度等相关的技术要求得到合理的保证，按技术要求保证在规定的时间内（6 小时）完成该零件的制作。合理的工艺方案是零件加工的必要条件，根据数控机床的特点和尽可能发挥其灵活、适应性强、自动化程度高、工序集中等优势，以通用夹具为主并辅以简单的专用夹具来保证加工的技术要求，在定位时要注意可能产生欠定位的现