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1、毕业设计题目：菱形凸台零件的数控加工及工艺分析系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 数控技术及应用 班 级 数 控 2052 姓 名 学 号 W 指 导 教 师 2009年 9月 10日 目 录1绪论12零件分析22.1零件的结构特点22.2.1零件图纸的工艺分析22.2.2加工内容以及相关要求32.2.3加工要点分析32.2.4零件图纸上的尺寸标注32.2.5分析变形情况32.2.6零件的精度要求43毛坯的选择43.1分析毛坯的加工余量43.2零件毛坯形状及余量的确定44机床的选择45零件加工定位基准的选择55.1工件的装夹55.2零件粗基准的选择55.3零件精基准的选择66选择并确定工艺
2、装备66.1刀具尺寸的选择66.2刀具材料的选择76.2.1刀具材料性能76.2.2各种刀具材料76.3量具的使用表86.4切削用量的确定86.4.1主轴转速的确定96.4.2进给速度的确定106.4.3背吃刀量的确定117切削液的选择128工艺方案的制订128.1加工方案的制订128.2刀具卡片的制订138.3工艺过程卡148.4工序卡168.5走刀路线图279程序编制3110加工零件3910.1建立工件坐标系3910.2对刀及刀补设定3910.3加工零件过程3911精度检验40总结41致谢42参考文献43附录441绪 论随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈,产品更新速度越来越快,复杂
3、形状的零件越来越多,精度要求越来越高,多品种、小批量生产的比重明显增加,激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高速高质量加工要求。本课题来源于生产，是对所学知识的应用，它包括了五年所学的全部知识，在数控专业上具有代表性，而且提高了综合运用各方面知识的能力。程序的编制到程序的调试，零件的加工运用到了所学的AutoCAD、 CAXA制造工程师软件、机床操作、子程序、刀具的选择、零件的工艺分析、数学处理、工艺路线等一系列的内容。这将所学到的理论知识充分运用到了实际加工中，切实做到了理论与实践的有机结合。 2零件分析2.1零件的结
4、构特点要选择对某个零件进行数控加工，在一般情况下，不是所有加工内容都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工，这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。根据我院数控基地现有的的设备，故本次毕业设计的所有内容都选择在数控加工中心上加工。2.2.1零件图纸的工艺分析零件的精度要求需要从尺寸公差、表面粗糙度等方面综合分析。图2-1 菱形凸台零件图2.2.2加工内容以及相关要求（1）上表面加工，保证零件的高度为250.1mm，粗糙度一般为Ra6.3m。其余为Ra12.5m。 （2） 零件中部菱形凹槽加工。这部分轮廓深度为10mm，要保
5、证R9mm的圆弧尺寸，中间五边行凹槽深度为5mm,要保证R8mm的圆弧尺寸。凹槽侧面的粗糙度为Ra6.3m、深度为10mm和深度为5mm处的平面粗糙度均为Ra6.3m。（3） 四个圆弧凸台部分的轮廓加工。要保证圆弧凸台部分的尺寸5mm 以及上表面的高度差12mm。2.2.3加工要点分析数控加工中心的主要加工特点是工序集中，即工件在一次装夹后，连续完成铣、钻、镗、铰、攻丝加工等多道工序，从而减少了零件在不同机床之间的转换搬运时间，提高了效率。例如铣菱形凹槽时，应该把粗精加工安排在一起，这样就减少了换刀次数，在加工时，要保证零件的尺寸精度和表面粗糙度。另外，加工过程中尽可能减少换刀次数并使走刀路线
6、最短，以减少辅助时间，提高效率。2.2.4零件图纸上的尺寸标注（1）按加工顺序标注尺寸，尽量减少尺寸换算，并能方便准确地进行测量。 （2）从实际存在的和易测量的表面标注尺寸，且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合。2.2.5分析变形情况由于该零件菱形凹槽深10mm，在加工过程中如果进给速度过快容易变形，所以应采用合理的加工方式。在加工的过程中选用合理的切削参数、刀具、夹具等。该零件的加工轮廓由平面、外轮廓、型腔等构成。2.2.6零件的精度要求该零件最高精度等级为IT10级，外轮廓四周、型腔以及上表面的粗糙度为Ra 6.3m，其它表面粗糙度均为Ra12.5m，比较容易加工。3毛坯的选择所谓毛坯
7、的加工余量，就是指使加工表面达到所需的精度和表面的质量而应切除的多余金属层的厚度。零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使用余量的大小，如何安装、装夹等问题在选用毛坯时就要仔细考虑好，否则，如果毛坯不适合数控铣削加工，加工时将很难进行下去，根据经验，列举以下几点：3.1 分析毛坯的加工余量该图的毛坯采用铸铁，因为我考虑到我们学校现有的设备和自身的经济条件等问题，所以采用铸铁，毛坯尺寸105mm105mm30mm进行加工，由于该件是铸造件，毛坯的扭曲变形量的不同地方造成余量不充分，不稳定，因此，要采用数控铣削加工，其加工面都要具有充分的加工余量。3.2分析毛坯的装夹 主要考虑毛坯在加工
8、时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中完成所以的加工表面。4机床的选择根据零件的结构、形状、精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，由于该零件由平面、凹槽、圆弧等组成。根据减少定位、装夹和多次换刀带来的影响，结合我院实际情况采用加工中心（KVC650）进行加工，便可达到零件的各项精度。该机床的X轴行程450mm，Y轴的行程为650mm，Z轴的行程为500mm，工作台为4500X1370mm，主轴中心线至工作台的距离为460mm,主轴端面至工作台中心线距离为100600mm，斗笠式刀库容量为10把，进给速度为58000mm/min, 主轴转速为206000r/min,电动机功率
9、为5517.5KW。5零件加工定位基准的选择正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度，确定各表面加工顺序和夹具结构的设计都有很大影响。因此，定位基准的选择是一个很重要的问题。5.1工件的装夹工件装夹情况的好坏，不仅直接影响工件加工精度，还关系到产品质量问题，而且工件装夹的快慢还直接影响到生产效率以及工件成本。在实际的应用中一般是先定位后夹紧，但是也有同时完成的，如三爪卡盘夹持工件。该零件形状比较复杂、尺寸精度要求较高，但轮廓面精度要求不是很高，所以如图可选用平口虎钳，以底面和两侧面定位，零件先要加工上表面，因此以下平面为装夹面，加工完所需要素后，翻转夹持外轮廓，将夹持面铣掉。平口
10、虎钳如图5-1所示：图5-1装夹图5.2零件粗基准的选择用毛坯上未加工过的毛坯面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。粗基准的选择，一般情况下就是第一道工序定位基准的选择，往往是进行后续工序加工的基准。在选择粗基准时应考虑尽量减少装夹次数。粗基准一般情况下只使用一次。零件是以A面作为粗基准。以B面作为精基准的装夹面。如图5-2所示： 图5-2粗精基准图5.3零件精基准的选择用已加工过的表面作为定位基准，称为精基准。精基准选择应保证从零件精度出发，同时也要考虑装夹方便，夹具结构简单。如图5-2以A面作为装夹面，翻面夹持，在以B面作为精基准，保证了一次装夹完成所有面的加工减少了换刀次数，定位误差，
11、提高了加工精度，同时体现了基准统一原则。6选择并确定工艺装备6.1刀具尺寸的选择（1）直径尺寸：根据零件图样不同，选取的刀具尺寸不一样。选取直径尺寸原则是：在刀具能够满足加工前提下，尽量选取直径大的刀具，铣削刀具都是成型刀具且标准，在同时可根据选取的刀具直径提取刀具各异的刀具。（2）长度尺寸：在加工中心上，刀具长度一般是指主轴端面量，刀尖的距离包括刀柄和刃具两部分。选取的原则是：在满足各个部位加工要求前提下，尽量减少刀具长度，以提高工艺系统的刚性，制造工艺和编程时，一般不必准确确定刀具的长度，只需初步估算出刀具长度范围。根据经验公式： =A-B-N+L+ (公式6-1)公式中：刀具长度 A主轴
12、端面至工作台中心最大距离 B主轴在Z向的最大行程 N加工表面距工作台中心距离 L工件的加工深度尺寸刀具切出工件长度（以加工表面取2-5 mm，毛坯表面取5-8 mm） 刀具长度示意图如图6-1所示：图6-1 刀具长度示意图根据不同的加工内容，则需要不同规格的刀具来进行加工，该零件材料为铸铁，毛坯为105mm105mm30mm，而零件实际尺寸为100mm100mm25mm。考虑到加工的效率，接刀痕迹，走刀的重叠量，综合分析确定粗、精平面采用直径为20mm的立铣刀；轮廓采用18mm和16mm的键槽铣刀；圆弧最小尺寸为R6mm则采用直径为12mm的立铣刀。6.2刀具材料的选择6.2.1刀具材料性能切
13、削用刀具材料应具备的性能如表6-1所示：表6-1 切削用刀具材料应具备的性能材料刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度耐磨损性化学稳定良好耐氧化性、耐挎散性高韧性耐崩刃性破损性低亲和性耐熔点、凝点、粘力性高耐热性耐塑性变形性磨削成型性能良好刀具制造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好微小切削可能6.2.2各种刀具材料(1)高速钢 在仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。不适合高速切削和硬的材料。(2)硬质合金 具有较高的红硬性，能在保持较好的加工性能，允许切削速度就高速刚的4
14、10倍。复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好的性能。于是，硬质合金得到了很大的普及。(3)陶瓷 加工中陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度易较高。陶瓷刀具因其材质的化学稳定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用。(4)立方氮化硼 主要适用于高速加工。(5)聚晶金刚石 适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工表面，使其在高精加工领域中得到了普及。数控机床对刀具的要求与普通机床的切削相比，数控机床对刀具的要求更高。不仅要精度、刚度好、耐用度高而且尺寸稳定，安装调整方便。从以上刀具材料看，金刚石的硬度、耐磨性最高，递次降低到高速钢但材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。在数控机床中，采用最广泛的是硬质合金类。因为这类材料目前从经济性、适应性、多样性、工艺性等各方面，综合效果都优于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。但是根据零件材料和我院
