盘类零件的加工工艺分析与仿真

福州职业技术学院 毕业设计 设计题目 盘类零件的加工工艺分析与仿真 系 别 年级专业 学 号 姓 名 指导教师 职 称 年 月 日 1 福州职业技术学院机械工程系毕业设计任务书 系 别 机械工程系 指导教师 陈小梅 职 称 讲师 学 生 姓 名 余宁 专业（班级） 12 数控技术 2 设 计 题 目 盘类零件的加工工艺分析与仿真 设计内容 和目标 内容：完成零件的三维建模、仿真加工、程序的编写及加工工艺规程的设计。 目标： 1、培养学生查阅资料、自学的能力， 强化学生对基本知识和基本技能的理解和掌握 。 2、掌握数控技术相关知识及程序编程原则。 3、 培养学生 应用所学的知识来 分析问题 、 解决问题 的 能力 ，并提高其综合设计能力。 设计要求 1、 完成 各零件的三维建模； 2、 完成零件的加工工艺设计 ； 3、 生成零件加工的程序代码及编制零件的加工程序； 4、 完成 零件的加仿真工 ； 进度安排 2014 年 11 月 12 日 2014 年 12 月 11 日 完成资料的收集和确定设计的初步方案 2014 年 12 月 12 日 2015 年 1 月 1 日 完成各零件的三维建模 2015 年 1 月 2 日 2015 年 2 月 16 日 完成零件加工程序的编制、仿真加工等 2015 年 2 月 17 日 2015 年 3 月 12 日 编写设计说明书初稿 2015 年 3 月 13 日 2015 年 3 月 25 日 整理毕业设计说明书并定稿 教研室审核 签名： 年 月 日 系审核 签名： 年 月 日 2 目录 内容摘要 . 3 关键词 . 3 一、数控铣削加工 . 3 二、典型零件的工艺分析 . 4 （一）零件结构分析 . 4 1、零件二维图 . 4 2、零件三维建模图 . 4 （二）零件的基准的选择 . 5 1、 粗基准的选择 . 5 2、精基准的选择 . 5 （三）毛坯和材料 的选择 . 6 （四）加工路线的设计 . 6 （五）刀具选择 . 6 （六）切削用量选择 . 7 （七）拟定数控切削加工工序卡 . 8 （八）工序设计 . 8 三、程序编制 . 9 （一）确定编程原点 . 9 （二）编辑程序 . 9 1、大内槽程序 . 9 2、小内槽程序 . 15 四、仿真加工 . 16 总结 . 18 参考文献 . 19 3 盘类零件的加工工艺分析与仿真 内容摘要 数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。 本 文 介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一 个具体 的实例详细 地 介绍了数控加工工艺的分析方法 ，制定了工艺卡片，编制了程序代码，最后仿真加工了该零件。 关键词 数控铣 工艺分析 程序编制 仿真加工 一 、 数控铣 削加工 数控技术及数控机床在当今机械制造业 中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（ 1T）与制造技术（ 合发展的结果。现代的 捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。 数控铣或手动铣是用来加工棱柱形零件的机加工工艺。有一个旋转的圆柱形刀头和 多个出屑槽的铣刀通常称为端铣刀或立铣刀，可沿不同的轴运动，用来加工狭长 空、沟槽、外轮廓等。进行铣削加工的机床称为铣床，数控铣床通常是指数控加工中心。 铣削加工包括手动铣和数控铣，铣削加工在机加工车间进行。 数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的 ,两者的加工工艺基本相同 ,结构也有些相似 ,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床 ,所以其结构也与普通铣床有很大区别 ， 数控 铣削加工除了具有普通 铣床 加工的特点外，还有如下特点： 1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等； 2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及 三维空间 曲面类零件； 4 3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件； 4、 加工 精度高、加工质量稳定可靠，数控装置的脉冲当量一般为 精度的数控系统可达 m，另外 ，数控加工还避免了操作人员的操作失误； 5、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化； 6、生产 效率 高，数控铣床一般不需要使用专用夹具等专用工艺设备，在更换工件时只需调用存储于数控装置中的加工程序、装夹工具和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期。其次，数控铣床具有铣床、镗床、钻床的功能，使 工序高度集中，大大提高了生产效率。另外，数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量； 二、典型 零件 的 工艺分析 （ 一 ） 零件结构 分析 1、零件二维图 本文所分析的零件如图 1所示。 该零件图主要由平面、 槽 及外轮廓组成。此零件包括圆槽、方槽、圆孔、曲面， 遵循先主后次，先难后易，先外后内，先面后孔等加工原则，且按照加工要求平面轮廓常采用的加工方法有数控轮廓铣加工。选择以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。 图 1 零件二维图 2、零件三维建模图 5 图 2 零件三维图 （二）零件的基准的选择 1、 粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的 是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。可以保证该面有足够的加工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 为了满足上述要求，基准选择 以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。 2、 精基准的选择 6 精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。 （三） 毛坯和材料的选择 毛坯是根据图纸而确定大小，根据本设计图纸选择毛坯大小为 220 选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。最常见的情况是，设计者仅根据 材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。所以材料为 45#钢。 （四） 加工路线的设计 由于生产类型为大批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应 降低生产成本。为此，设计了两套工艺路线，分别如表 1和表 2所示。 表 1： 工艺路线方案一 工序 1 粗加工定位基准面（底面） 工序 2 粗、精加工上表面 工序 3 外轮廓铣削 工序 4 终检 表 2 工艺路线方案二 工序 1 粗加工定位基准面（底面） 工序 2 粗、精加工上表面 工序 3 外轮廓铣削 工序 4 终检 按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，我选择第 2种。 （五） 刀具选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时， 选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加 7 工刀具，并优选刀具参数。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采 用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。 表 3 本设计中刀具的选择 序号 刀具编号 刀具规格名称 数量 加工表面 刀尖半径 /注 1 1251 铣削上下表面 2 16硬质合金立铣刀 1 铣削外轮廓 3 12硬质合金立铣刀 1 铁销槽 （六） 切削用量选择 切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具 磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。 该零件材料切削性能较好，铣削平面、外轮廓面时，留 加工余量，其次一刀完成粗铣。 确定主轴转速时，先查切削用量手册，硬质合金铣刀加工铸（ 190的切削速度为 45 v=70m/后根据铣刀直径计算主轴转速，并填入工序卡中（若机床为有级调速，应选择与计算结果接近的转速）。 N=1000v/定进给率时，根据铣刀赤数、主轴转速和切削用量手册中给的每齿进给量，计算进给速度并填入工序卡片中。 8 N=吃刀量的选择应根据加工余量确定。粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率的机床上，背吃刀量可达 8精加工时，背吃刀量取为 加工时背吃刀量取为 （七） 拟定数控切削加工工序卡 把零件加工顺序、所采用的刀具和切削用量等参数编入表 3 所示的加工工序卡中以指导编程和加工操作 表 5 数控加工工序卡 单位名称 福州 职业技术学院 产品名称代号 零件名称 零件图号 数控技术毕业设计 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 平口虎钳和一面两销 控中心 工步号 工步内容 刀具号 /具规格 /轴转速 /给速度/吃刀量 /注 01 粗铣定位基准面（底面） 125 180 40 3 手动 02 粗铣上表面 125 180 40 3 手动 03 精铣上表面 125 180 25 动 04 ¢12硬质合金立铣刀 12 200 40 2 手动 05 ¢12硬质合金立铣刀 12 500 30 动 06 粗铣外轮廓 16 900 40 2 手动 07 精铣外轮廓 16 900 25 动 （八）工序设计 1、 选一个 220 2、 粗铣定位基准面（底面），采用平口钳 装夹，用 ¢125面端铣刀，主轴转速为 180r/给速度 40 mm/吃刀量 2 3、 粗铣上表面，将初铣的底面反过来，进行粗铣上表面，用 ¢125轴转速为 180r/给速度 40 mm/吃刀量 2 4、 精铣上表面，用 ¢125轴转速为 180r/给速度 25 mm/9 背吃刀量 0.5 5、 铣削 大槽 ， ¢12硬质合金立铣刀，主轴转速为 600r/给速度 40mm/吃刀量 1 6、 铣削 小槽 ， ¢12硬质合金立铣刀，主轴转速为 600 r/ 7、 粗铣外轮廓，用 ¢12平面立铣刀，主轴转速为 800r/铣时的横向进给率为 100mm/向进给率为 50mm/背吃刀量 1 8、 精铣刀外轮廓，用 ¢12面立铣刀，主轴转速为 1000r/给速度 40 mm/吃刀量 5 次铣到位。 三、程序编制 （一） 确定编程原点 铣床上编程坐标原点的位置是任意的，他是编程人员在编制程序时根据零件 的特点来选定的，为了变成方便，一般要根据工件形状和标注尺寸的基准以及计算最方便的原则来确定的工件上某一点为坐标原点，具体选择注意如下几点： 1、 编程坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少计算错误。 2、 编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。 3、 对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上；不对称的零件，编程坐标原点应设在外轮廓的某一角上。 4、 本设计选择 ¢12 圆的圆心处为工件编程 X、 Z 轴原点坐标在工件上 表面。 （二） 编辑程序 1、 大内槽程序 %12 54 3000 9. 1 2000 17 1 2 1 2 20. 10 3 0. 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 11 3 1 9. 0 1 1000 2000 2 1 2 1 2 20. 3 0. 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 12 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 3 1 0 6. 1 2000 2 1 2 1 2 20. 3 0. 1 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 13 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 3 1 6. 0 1 1000 2000 2 1 2 1 2 20. 3 0. 1 14 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 0. 1 3 0. 1 17. 3 0. 1 3 0. 1 3 1 3 17. 1 2 1 3 1 2 3 1 3 1 3 1 3 1 15 0 05 30 % 2、小内槽程序 %12 54 3000 9. 1 17 2000 3 2 1 0 7. 1 2 2000 3 2 1 0 5. 1 2 2000 3 2 1 0 3. 1 2 2000 3 2 1 0 2. 1 2 2000 16 3 2 1 0 05 30 % 四、仿真加工 先设定好毛坯，然后选择刀具与参数如下图所示： 图 3加工刀具 与参数 设定之一 图 4加工刀具 与参数 设定之二 17 图 5 加工刀具 与参数 设定之三 图 6 大内槽刀具加工轨迹 18 图 7 小 内槽刀具加工轨迹 然后输入生成的程序，启动程序可以得到如下仿真加工图： 图 8 精加工 刀具加工轨迹 仿真加工完成的图形如下图所示。 图 9 最终得到仿真加工零件图 总结 通过这次毕业 设计我对这两年半所学的知识有了系统的回顾，我认真复习了当时所学的知识从画图到编程，从仿真到实际操作到完成这份设计，我查阅大量资料，反复试验学习。了解了数控的发展历程及进程，数控技术正向着高速高精高效化、柔性化、实时智能化、可视化、插补和补偿方式多样化、集成化、模块化、网络化等方向发展，并 19 在制造业起着越来越重要的作用，显示着数控技术这一行业的强大生命力及其广阔的发展空间；掌握了数控加工工艺的设计分析，了解其加工过程着重分析零件的加工路线、刀具选用、切削用量等部分；熟悉制图与编程，熟悉 制图软件的使用，并进行实体仿真。同时在老师的悉心指导和严格要求下，使我很好地掌握和运用专业知识，顺利完成我的毕业设计。在此，我要感谢老师的指引和教导，我会在以后的人生道路上，仍然坚持不断学习不断进取的决心，保持敢于面对困难的心态，以适应日新月异的社会。 参考文献 1数控技术毕业设计指导 吴青松 北京：北京理工大学社 2数控加工工艺 李文星主编 京理工大学出版社 3数控加工技术基础 晓主编 子工业出版社 4模具数控加工技术 大连：理工大学出版社 5数控编程 辉主编 京理工大学出版社 6机械 用技术 北京：冶金工业出版社 7机械制造（ 2008 版） 北京：机械工业出版社， 2008. 8 数控技术原理及应用 北京：国防工业出版社 9 共差配和与量测实训 建华主编 京理工大学出版社 20 指 导 过 程 记 录 次数 指 导 意 见 第 一 次 布置毕业设计题目，对零件图比较复杂的部分给予指导。补充有关数控技术的内容，比如数控加工的原则、刀具路线如何确定等。指导如何撰写毕业设计论文，讲述了相关论文的格式要求、一些有代表性的论题以及阅读资料的重要性。 2014 年 11 月 12 日 第 二 次 对零件图进行分析，针对 数控铣削加工的工艺参数设定进行了辅导，并解决在 设计过程中的问题。比如，对数控零件的加工工艺设计、仿真加工等提出修改意见。 2014 年 12月 15 日 第 三 次 对提交的论文提纲进行修改。论文的结构 安排不科学，总体上比较凌乱， 内容 也不够完整，对仿真部分叙述不够，可以适当地截图放在论文中 。另外，论文格式错误较多，标题等设置没按照要求来排版。 2015 年 1 月 23 日 第 四 次 论文内容已基本符合要求，修订了论文中的格式问题，比如目录的生成、页脚的设置 、页面的设置 等。除此之外，论文所用语言 也不够 清晰。 2015 年 3 月 15 日 指导教师定稿意见 该毕业论文基本完成任务书里面的要求，格式正确，条理比较清楚，同意定稿。 指导教师（签名）： 年 月 日 21 毕 业 设 计 评 审 表 指导教师 评 语 该生在文中本 文 介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一 个具体 的实例详细 地 介绍了数控加工工艺的分析方法 ，制定了工艺卡片，编制了程序代码，最后仿真加工了该零件。 基本完成了设计任务书上的要求。在此过程中，该生能够认真分析零件，利用所学知识，将整个零件完整仿真加工出来，另外， 该生 能够查阅相关的 资料，收集 了 关于 数控工艺方面 的资料 。 在设计过程中各方面的能力都有所提高。 文章篇幅符合学院规定，内容 较 完整，层次结构 安排合理 ， 语言通顺清晰， 格式符合规范要求 。 成绩评定等级： 指导教师 (签名 ): 年 月 日 教研室 初审意见 签名： 年 月 日 系复审意见 (盖章 ): 年 月 日 教务处 终审意见 (盖章 ): 年 月 日