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1、宜宾职业技术学院 毕业论文天坛模型的数控加工及工艺分析系 部 电子信息与自动控制工程系专 业 名 称 机械制造及自动化 班 级 机制11201班 姓 名 吴瑶瑶 学 号 201210963 指 导 教 师 王 洪 益 二一四年九月摘要本次毕业设计主要研究了天坛的造型以及对其模型的设计与数控加工。零件加工中涉及了数控车床加工、编程、CAD制图等，在对所加工零件进行工艺分析额基础上，拟定了加工方案。选择了合适的刀具、量具，确定了切削用量。对加工中存在的一些工艺问题（对刀点、加工路线也做了必要的处理），加工出了合格的产品。通过整个加工的过程的制定，充分体现了数控加工技术在保证加工精度、加工效率，简化
2、工序等方面的优势。它主要用来研究机械数控加工的、以及各种机械加工中要注意的问题。关键词：数控加工;工艺;天坛模型;编程1目 录1 引言11 零件图形分析及毛坯选择21.1 零件分析21.2 结构分析21.3 精度分析31.4 毛坯尺寸选择31.5 设备的介绍31.6 确定机床型号42 装夹方法及量具的选择52.1 确定装夹方案52.2.1主轴的装夹方案52.2.2 底座的装夹方案62.2 量具的选择63 切削用量确定与切削液的选择7 3.1 切削用量受加工质量限时的选择7 3.2 确定主轴转速7 3.3 确定进给速度7 3.4 背吃刀量ap的选择7 3.4.1 背吃刀量的确定8 3.5 数控刀
3、具的选择8 3.6 切削液的选择94 工艺分析11 4.1 零件的工艺分析11 4.1.1 定位基准的选择114.1.2 精基准的选择114.1.3 粗基准的选择12 4.1.4 起刀、进刀和退刀的工艺分析131 4.2 工艺卡、刀具卡的选择15 4.2.1 刀具卡片15 4.2.2 工艺卡片16 4.2.3 工序卡片185 零件的加工22 5.1 零件加工路线22 5.1.1 加工工艺路线的确定22 5.1.2进给路线的确定23 5.2 数控编程246 零件的检测29 6.1 零件的精度与尺寸检验29 6.2 产生误差的主要因素29 6.3 减小误差的方法30总结31致谢32参考文献3311
4、 零件图形分析及毛坯选择1.1 零件分析如图1-1该零件图由圆柱、顺时针圆弧、逆时针圆弧、内孔、外螺纹及内螺纹等组成，该图为数控回转体车削零件。零件图尺寸标注完整，符合数控加工工艺尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45号钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求，能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能。本文从分析零件图、选材、零件加工工艺准备，加工过程，误差分析进行说明，着重说明加工前的工艺准备。1.2 结构分析毛坯为45号钢，无热处理和硬度要求，由图1-1零件为例，该零件由圆柱，内孔，顺时针圆弧，逆时针圆弧，内螺纹和外螺纹等组成，其中多个尺寸具有较严密的尺寸精度和表面粗糙度等工艺要求，
5、并且，尺寸标注完整，轮廓描述清楚。图1-1-1 零件图主轴图1-1-2 零件图底座1.3 精度分析通过上述分析，采取以下几点工艺措施，零件最高精度等级为IT9级，该零件公差值只偏向一边，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。对圆柱面要求表面粗糙度为3.2，其它表面粗糙度均为6.3。但加工时由于装夹不当极其容易产生震荡。如果定位不好可能会导致表面粗糙度高，加工精度难以达到要求。材料不得有裂纹和气孔，并锐边去毛刺，符合GB/T1804-M国际标准。1.4 毛坯尺寸选择在制定机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工时有很大的影响。根据零件的结构形状与外形与外形
6、尺寸和现有的生产条件，该零件的材料应为45号钢。根据图1-1进行尺寸分析，其中，轴的尺寸长为38mm 75.28mm，零件为单件生产。根据零件要求下料整体尺寸为40mm110mm由于是两次装夹，在加工时材料身出长度32mm和44mm。螺纹底座的尺寸长为38mm 35mm，零件为单件生产。根据零件要求下料整体尺寸为40mm38mm，在加工时材料身出长度35mm。由于零件在装夹和加工过程中存在一定的抖动，所以该零件加工成型后会产生误差。1.5 设备的介绍我院数控机床型号为是CKA6132i 由大连长征机床有限责任公司生产的，机床为320750CNC LATHE。主轴的转速为2200r/min，电压
7、为3380V 电源频率为50HZ，防护等级IP54，系统为FANUC，具有较高可操作性，功能齐全和加工精度好的优点。1.6 确定机床型号根据我院的数控机床及加工的对象来分析，我院的数控机床都能完成对该零件的加工，由于我院数控加工室有FANUC-0i系统的车床共有六台，根据零件的结构形状和精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，由于该零件由圆柱、内孔、圆弧、内螺纹、外螺纹组成，形状比较复杂，考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求，综上几点考虑选择结合学校数控加工室的条件，特选CKA6132i 进行零件程序编制与加工。2 装夹方法及量具的选择2.1 确定装夹方案确定装夹方案时，要
8、根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持，并选择合理的夹具。夹紧机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。必须保证最小的夹紧变形，工件加工时切削力大，需要的夹紧力也要大，但不能把工件夹变形。由于该零件是45钢一般不会发生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要专用夹具，故只需要三爪定位卡盘和一辅助装夹的垫片。 2.1.1 主轴的装夹方案 方案1 采用三爪自定心卡盘夹持左端面粗、精车右端面切断粗、精车左端内孔粗、精车左端圆弧。方案2 采用三爪自定心卡盘夹持左端面粗、精车左端外圆打中心孔车左端内孔用三爪卡盘夹持左端面粗、精车
9、右端圆弧。综合方案分析，为了保证螺纹精度，采用方案2，故只需要才采用三爪卡盘和顶尖夹紧加工，装夹是用手将工件推向三爪卡盘内。如图2-1-1、2-1-2所示。图2-1-1主轴左端的装夹方案图2-1-2主轴右端的装夹方案 2.1.2 底座的装夹方案夹持左端面车右端面外圆切槽车外螺纹切断。如图2-2所示。图2-2底座的装夹方案2.2 量具的选择 在数控车削加工工件中，为了确保工件的尺寸精度，必须选择正确的测量工具。量具种类很多，但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。但在数控车削外圆中多采用千分尺和游标卡尺作为测量工件的量具。由于游标卡尺是一种通用量具且使用方便。对一般精度高的零件使用千分尺。3 切
10、削用量确定与切削液的选择3.1 切削用量受加工质量限时的选择ap由半精加工和精加工余量确定。一般取ap较小，以减小工艺系统的弹性变形和已加工表面残留面积高度。F由工件表面粗糙充值确定。可根据刀具耐用度和加工质量选取避开积削和鳞刺产生的速度范围。由上述三点可知：粗加工，以提高生产率为主，兼顾加工成本，应在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择合理。精加工，以提高加工质量为主，兼顾生产率和生产成本。故按加工余量，按表面质量要求选择合理的，在保证刀具耐用度和加工质量的前提下选择尽量大的切削速度。3.2 确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具）直径来选择。其计算公式为：n=1000v/d
11、 式中:v-切削速度，单位为m/min，由刀具耳朵耐用度决定；n-主轴转速，单位为r/min，d-切削刃上选定的回转直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要取机床有的或较接近的转速。3.3 确定进给速度 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取；在切断、加工深孔或高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050/min范围内选取；当加工精度、表面粗
12、糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取；刀具空运程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3.4 背吃刀量ap的选择 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量加工余量，一般0.20.5mm，总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。 3.4.1 背吃刀量的确定 又称切削深度，一般指工件加工表面和待加工表
13、面间的垂直距离，单位mm。在机床工件和刀具的刚度允许条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工的余量。这样可以减少走刀次数，提高生产效率根据我院的机床的性能分析，车时循环时，确定其粗车时背吃刀量1-3mm，精车时为0.1-0.5mm。详情见表3-1。表3-1切削参数表刀具 车削背吃刀量mm进给速度mm/min主轴转速r/min外圆车刀粗车2300800精车0.21001500内圆车刀粗车2150500精车0.21001200螺纹外螺纹0.2400内螺纹0.2200切槽803003.5 数控刀具的选择 对于数控加工，刀具材料也是很重要的一个方面，刀具材料可以决定一个零件加工的质量、精度和加工效率，
14、加工工序相对集中及零件装夹次数少等要求数控机床对所用的刀具有许多性能上的要求。只有达到这些要求才能使数控机床真正发挥效率。在数控机床所使用的刀具就具有以下特点:（1）刀具有很高的切削性能；（2）数控刀具有很高的精度盒重复定位精度；（3）要求刀具有很高的可靠性和耐用度；（4）实现刀具尺寸的预调和快速换刀；（5）具有一个比较完善的工艺系统；（6）建立刀具管理系统；根据数控加工中心对刀具的基本要求,不仅要精度高、刚性好、装夹调整方便,而且要求切削性能强、耐用度高。因此,数控加工中刀具的选择是非常重要的,刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率,而且还直接影响加工质量。数控刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因数。除上述对刀具的基本要求之外,车刀切削的几何角度参数的选择及排屑性能也非常重要,切屑粘刀形成积屑瘤在数控车削中心是十分忌讳的。总之根据被加工工件材料的热
