CADCAM工艺设计编程加工.doc
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1、毕业设计报告(论文)CAD/CAM工艺设计编程加工摘 要 此零件为一平面槽形零件,加工此零件以前,要先分析零件图纸,找出所需的数据,确定零件形状;然后确定加工的装夹方案,设计合理的夹具;接着就是根据分析图纸所得的数据,以及装夹的方法,编写加工工艺路线及设定铣削参数与铣削用量;最后就是根据前面的分析,编写加工程序,进行零件加工.关键词:数控铣床 工艺分析 编程设计 目 录1.前言42.计算生产纲领及确定生产类型52.1生产纲领52.2生产类型53.零件的分析63.1结构功用性分析63.2技术要求分析63.3结构工艺性分析64.毛坯的选择75.工艺规程设计75.1定位基准的选择75.2零件表面加工
2、方法的选择75.3制定加工工艺路线85.4确定机械加工余量及毛坯尺寸85.5确定毛坯热处理方式96.工序设计106.1设备及其工艺装备的选择106.2确定工序尺寸117.切削用量的选择118.制定走刀路线129.制定和填写刀具卡片1310.制定和填写工序卡片1411.编制程序1611.1数控编程的分类1611.2编程原点及数值计算1711.3加工程序清单18毕业设计总结22致 谢23参考文献241.前言数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础.这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家的战略地位.因此,世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产
3、业. 在我国,数控技术与装备的发展亦得到了高度重视,近年来取得了相当大的进步.特别是在通用微机数控领域,以PC平台为基础的国产数控系统,已经走在了世界前列.但是,我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题,特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出.在新世纪到来时,如何有效解决这些问题,使我国数控领域沿着可持续发展的道路,从整体上全面迈入世界先进行列,使我们在国际竞争中有举足轻重的地位,将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务. 现就一平面槽形零件数控铣削加工工艺分析举例,其零件图如图1.1所示,图中有不清晰之处请查阅附图,该零件的年产量为400件(合格件),废品
4、率2%,备品率为80%.图1.1 零件图平面槽形零件是数控铣削加工中常见的零件之一.其轮廓曲线由直线-圆弧、圆弧-圆弧、圆弧-非圆曲线以及非圆曲线等组成,加工中多采用两轴以上联动的数控铣床,加工工艺过程也大同小异.2.计算生产纲领及确定生产类型机械产品的制造工艺不仅与产品的结构、技术要求有很大的关系,而且与企业的生产类型有很大关系,而企业的生产类型是由企业的生产纲领所决定的.2.1生产纲领纲领是指计划期内产品的产量.计划期常为一年,所以年生产纲领也就是年生产量.零件的生产纲领要计入备品和允许废品数量,可按下公式(2.1)计算.NQn(1 a b) (2.1)式中:N零件的年产量. Q产品的年产
5、量. n每台产品中该零件的数量. a%备品的百分率. b%废品的百分率.由已知条件得知,a%=2%,b%=80%,Q=400,n=1,代入公式2.1得知:件.2.2生产类型据生产纲领的大小及产品品种的多少,机械制造企业的生产可分为三种类型:单件生产、成批生产和大量生产.(1)单件生产 产品种类很多,同一产品的数量很少,而且很少重复生产,各工作的加工对象经常改变.如重型机械制造、专用设备制造和新产品调试制造均属单件生产.(2)成批生产 一种中分批轮流制造几种产品,工作地的加工对象周期性的重复.如机床、机车、纺织等产品的制造,都属于中成批生产.同一产品(零件)每批投入生产的数量称批量,批量可根据零
6、件的年生产量及一年中的生产批数计算确定.一年的生产批数需根据市场需求、零件的特征、流动资金的周转及仓库容量等 具体情况确定,根据批量的大小和被加工零件的特征,成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产.小批生产的工艺特点与单件生产相似;大批生产的工艺特点与大量生产相似,中批生产介于单件生产与大量生产之间.(3)大量生产 产品的产量很大,大多数工作地长期重复地进行某一工件的某一工序的生产.如汽车、拖拉机、轴承和自行车等产品制造多属于大量生产.根据该零件生产纲领,确定该零件的生产类型为中批量生产.3.零件的分析3.1结构功用性分析通过图1.1所示零件图可知,该零件的结构主要由开口槽、孔、大平面等组
7、成.其槽为开口槽,主要用于安装键定位等;大平面主要用于接触;沉孔用于安装紧固螺钉.3.2技术要求分析零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等,这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值.进行零件技术要求分析,主要是分析这些技术要求的合理性,以及实现的可能性,重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求,为制定合理的加工方案做好准备.同时通过分析以确定技术要求是否过于严格,因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂,加工难度大,增加不必要的成本.从图1.1分析得知,该零件的尺寸精度有:尺寸14的精度等级为IT11、尺寸4的精度等级为IT12、尺寸
8、800.1、1250.1、1400.1及2500.1的精度等级为IT10-11,其余未注尺寸公差等级均按照IT12进行加工;形状精度按照GB1184-80进行控制;表面粗糙度要求有:零件上下两表面及4-14孔的表面粗糙度为Ra1.6um,其余未注表面粗糙度均为Ra3.2um.3.3结构工艺性分析通过图1.1所示零件图可知,此零件是一种平面槽形零件,其轮廓为在一个(25012514)mm的长方形板块上有4个14mm的通孔,在4个通孔上又有4个20mm的沉孔,在零件中间96mm的凸台上有4个槽宽为14mm的键槽和4个R39的圆弧,凸台中心位置,也就是工件坐标系位置,有一个(1818)mm的方行通孔
9、,在通孔上有一个33mm的盲孔.此零件可在两轴以上联动的数控铣床上进行加工,由于此零件涉及的刀较多,在加工中心上进行铣削加工较为方便.4.毛坯的选择毛坯是根据零件所要求的形状,工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象.毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用,对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗,工时定额计算有很大影响.确定毛坯的形状与尺寸的步骤是:首先选取毛坯加工余量和毛坯公差;其次将毛坯加工余量叠加在零件相应加工表面上,从而计算出毛坯尺寸,最后标注毛坯尺寸与公差,其总的要求是:减少“肥头大耳”,实现少屑或无屑加工.因此毛坯要力求接近成品形状,以减少机械加工的劳动量.根据
10、零件的图样分析以及零件的材料要求,选择材料为LY12的铝板.5.工艺规程设计5.1定位基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一,基准选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高.否则,不但使加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行.粗基准选择:粗基准选择应为后续加工提供精基准,保证加工面与不加工面之间的位置要求或合理分配各加工面的余量,两者矛盾,对该零件应以要求与余量均匀的重要表面为粗基准,故该零件选择未加工的零件上下表面中的一面为粗基准加工上侧面.精基准选择:应该主要考虑如何保证加工精度和装夹方便,为消除基准不重合误差,应该以设计基准
11、为精基准,该零件选择两长侧面为精基准.通过以上原则,确定该零件的粗基准为零件的上下两表面中的任意一面;精基准为4-14中的任意一对角孔及零件底面.5.2零件表面加工方法的选择选择加工方法应该考虑各种加工方法的特点、加工精度、表面粗糙度及各种加工方法的经济性.分析该零件得知,该零件的加工表面有平面、外轮廓、槽、通孔及沉孔等,零件为板型零件,其表面加工方法如下所述:(1)平面的加工:零件的总厚度为14,其尺寸精度等级为IT11,表面粗糙度为Ra1.6um,由于表面粗糙度较高,故需要分粗、精加工完成.(2)4-14孔:其尺寸精度等级为IT12级,表面粗糙度为Ra1.6um,由于表面粗糙度要求较高,故
12、安排其加工方法为钻、铰.(3)台阶轮廓及开口槽:其尺寸精度等级为IT12级,表面粗糙度为Ra3.2um,由于加工余量较多,故分粗、精加工进行完成.(4)4-20沉孔:其尺寸精度等级为IT12级,表面粗糙度为Ra3.2um,尺寸精度及表面粗糙度要求均不高,故粗铣即可.(5)33沉孔:其精度等级与表面粗糙度要求均不高,故确定其加工方法为钻、粗铣.(6)1818方形孔:由于此孔存在圆角R5,故需要先采用钻头钻底孔,再用10mm立铣刀进行清根.5.3制定加工工艺路线通过零件图的分析,确定该零件的工艺路线如下所述:工序 制造毛坯;工序 热处理;工序 夹毛坯前后边,铣零件底面;工序 夹毛坯前后边,以底面定
13、位,铣上表面(控制尺寸14),加工4-14孔、1818方形孔、33沉孔;工序 以底面及4-14孔中的两孔(左上及右下)定位,1818方形孔及33沉孔中,用螺栓紧固,铣外轮廓(控制尺寸250125mm)、铣台阶轮廓及槽、铣4-20沉孔;工序 热处理;工序 去毛刺;工序 检验;工序 入库.5.4确定机械加工余量及毛坯尺寸机械加工中粗加工余量的大小要看加工件的形状、大小、厚薄、长短来确定.一般来说,短粗、厚实的零件的加工余量可以少留一些,细而长、薄而大的零件的加工余量要多留一些.因为前者不太容易变形,而后者容易变形.工件机械加工余量的确定可参见表5.1所示余量标准,表内的加工余量为最小余量,其最大余
14、量不得超过规定标准.表5.1 余量选用表工件直径(D)工 件 长 度 L100101-250251-320321-450451-600601-800长度上加工余量2e5667810工件截面上加工余量(2a=2b)1044556611-2544556626-5045567751-100556777101-200557788201-300677889301-450778899451-60088991010根据表5.1及零件的尺寸,确定该零件的毛坯尺寸为255mm130mm20mm的铝板,由于孔较小,故将其设计为实心,其毛坯-零件合图如图5.1所示.图5.1 毛坯-零件合图5.5确定毛坯热处理方式(
15、LY12)为铝铜镁系中的典型硬铝合金,其成份比较合理,综合性能较好.很多国家都生产这个合金,是硬铝中用量最大的.该合金的特点是:强度高,有一定的耐热性,可用作150C以下的工作零件.温度高于125C,2024合金的强度比7075合金的还高.热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好,热处理强化效果显著,但热处理工艺要求严格.抗蚀性较差,但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹,但采用特殊工艺可以焊接,也可以铆接.广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件.由于硬铝的硬度较高,因此在加工前需要先对零件进行退火处理,从而降低零件的硬度,使得零件能够更好的切削,提高加工效率;
16、加工完成后,为了保证零件能够有足够的硬度,再对零件进行固溶化处理,从而提高其硬度.6.工序设计6.1设备及其工艺装备的选择(1)机床的选择工序:该工序为铣平面,工序简单,所需刀具少,故选用普通立铣床加工.工序:该工序铣上表面(控制尺寸14),加工4-14孔、1818方形孔、33沉孔,其工序加工内容较多,所需刀具较多,为了提高加工效率,减少人工换刀时间,故选择在立式加工中心上加工.工序:该工序铣外轮廓(控制尺寸250125mm)、铣台阶轮廓及槽、铣4-20沉孔,加工内容较多,所需刀具也多,故也选择在立式加工中心上加工.(2)夹具的选择工序与工序可直接用机用虎钳装夹即可,工序需要设计专用夹具装夹.
17、(3)刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中的主要内容之一,不仅影响机床的加工效率,而且直接影响加工的质量.数控机床在选用刀具时,通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素.数控机床对刀具的要求比普通机床要高、除了要求较好的刚性和尺寸稳定性、较长的寿命、良好的切削性能外,还要求安装调整方便.选择刀具时,还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应,即选择的刀具的几何形状应依据加工曲面的具体情况而定.根据该零件的工艺特性,确定该零件的加工刀具如表6.1所示.表6.1数控加工刀具选用表刀具名称刀具规格加工表面刀片材料面铣刀160mm铣上下两表面YT15中心钻2mm钻中心孔高速钢麻花钻1
18、3.7mm钻4-14底孔、33沉孔及1818方孔底孔YT15铰刀14H7铰4-14孔YT15立铣刀10mm铣33沉孔、1818方孔底孔YT15端面铣刀50mm粗铣台阶轮廓YT15立铣刀20mm精铣台阶轮廓及4个开口槽、铣20mm沉孔YT15(4)量具的选择该零件尺寸精度要求不高,又属于中批量生产,因此尽可能的选用通用量具进行测量,本题选用带表游标卡尺进行测量,对于4-14孔可采用塞规进行测量.6.2确定工序尺寸每道工序完成后应包子的尺寸成为该工序的工序尺寸.工件上的设计尺寸及其公差是经过各加工工序后得到的.每道工序的工序尺寸都不相同,他们组不向设计尺寸接近.为了最终保证工件的设计要求,各中间工
19、序的工序尺寸及其公差需要计算确定.工序余量确定后,就可计算工序尺寸.工序尺寸及其公差的确定要根据工序基准或定位基准与设计基准是否重合,采取不同的计算方法.7.切削用量的选择合理的选择切削用量,对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大.切削用量包括主轴的转速、背吃刀量、进给量.合理选择切削用量的原则:粗加工时,一般以提高效率为主,并考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应该在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性、加工成本.背吃刀量.选择背吃刀量的主要依据是机床、夹具、刀具和工件的刚度.在刚度允许的情况下,尽量选择较大的背吃刀量来减少进给次数,提高生产效率.但在工艺系统刚性不足或毛坯余量
20、很大,或余量不均匀时,粗加工要分几次进给,并且应该把第一、二次进给的背吃刀量尽量取得大一些.在加工铸、锻件时应该尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度,以保护刀尖.主轴转速.主轴转速主要根据允许的切削速度选取.而刀具的切削速度主要根据已经选定的背吃刀量、进给量、刀具的耐用度来、工件材料的强度和硬度以及切削加工性来选取.而切削速度与主轴转速的关系如下公式所示:式中:-切削刃选定点处所对应的工件或刀具的最大回转直径,单位为mm n-主轴转速,单位为r/min -切削速度,单位为m/min进给量(mm/min或mm/r).进给量的选取主要根据零件的加工精度和表面的粗糙度以及刀具、工件材料性质来选取.当零件的
21、加工精度、表面粗糙度要求高时,进给量应该取小值.最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制,并与脉冲当量有关.综上所述,本题中的切削用来请参照附录数控加工工序卡片.8.制定走刀路线如图8.1所示为精铣外轮廓时的走刀路线,以O点为坐标系原点及对刀点,起刀点为、终刀点为.刀具从点切入,然后沿着点画线上箭头的方向进行加工,最后从点切出,即:ABC.图8.1 精铣外轮廓走刀路线如图8.2所示为精铣凸台轮廓走刀路线,以O为坐标系原点及对刀点,起刀点和终刀点为,刀具从点切入,然后沿着点画线上箭头的方向进行加工,最后回到,即:B1B2B1B3B4B5B6B5B7B8B9B10B9B11B12B13B14B13
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