五边形凸台零件铣削加工毕业设计.docx
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五边形凸台零件铣削加工毕业设计
毕业设计(论文)
题目:
五边形凸台零件铣削加工
摘要
本文介绍了五边形凸台零件从毛坯到成品的加工过程。
对零件的结构进行了分析,制定了零件的加工工艺容。
选择了零件毛坯和设备,确定了定位基准与夹具,对零件的加工工艺方案、切削用量的选择等进行了具体的分析。
编制了工艺卡、工序卡和刀具卡片,采用自动编写程序。
并使用铣削加工中心加工出零件,进行质量分析。
关键词:
多边形凸台零件;铣削加工;工艺分析
Abstract
Thispaperintroducesthepentagonconvexplatformpartsfromblanktofinishedproductsprocessingprocess.Forpartsofthestructureanalysis,formulatedthemachiningprocessofthepartofthecontent.Choosethepartsblankandequipment,determinedthelocatingdatumandfixtures,theprocessingtechnologyoftheschemeforparts,andselectionofcuttingparameteroftheanalysisoftheconcrete.Compiledtheprocesscard,processcardandthecuttingtoolcard,adopttheautomaticprogramming.Andusethemillingmachiningcenteroutparts,forthequalityanalysis.
Keywords:
polygonconvexplatformparts;Millingprocessing;Processanalysis
五边形凸台零件铣削加工
学号
1课题产生的目的及背景
1.1课题的目的及意义
数控铣床铣削凸台零件,是理论知识和实践的课题。
它主要的意义是让我们了解数控技术,了解数控技术给我们生活带来的方便,给我国的传统工艺带来的巨大的改变。
同过去的传统加工相比,数控不仅加工自动化程度高,在数控机床加工零件时,除了手工装卸工件外,全部加工过程都是由机床自动完成。
而且,数控加工精度高,加工质量稳定。
数控加工尺寸精度通常在0.005-0.1MM之间。
数控加工对象比较广泛,生产的效率也比较高:
一方面自动化程度高,在一次装夹中能完成较多表面,省去了划线,多次装夹,检测等工序;例如凸轮零件在加工过程中,先把刀对好,再利用数控编程技术使加工深度逐渐的加深,这样既能不损坏刀具,又能达到加工要求。
这样就提高了效率。
数控技术生产的效率.质量是先进技术的主题。
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的容包括在数控系统中的各个方面:
为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适用控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用方便的智能化,如智能化的自动编程,自动化的人机界面等;还有智能诊断.智能监控方面的容,方便系统的诊断和维修等。
为了充分发挥数控加工优势,数控加工正在向工序集中.更高速高效率.更高精度.更高可靠性及更完善的功能方向发展。
课题目的:
(1)培养和提高自己综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力,进一步将自己学到的理论知识运用到实际问题当中去,使所学的理论知识得到巩固、扩大、加深和系统化。
(2)学会利用现代数控技术解决普通铣床难以解决的零件,使用现代数控铣床编程数控程序铣削凸轮零件,学会和同学们一起互相合作,互相探讨,培养团队合作精神。
2.课题任务、设计容、实现途径
课题任务:
(1)分析凸台零件的数控铣削加工工艺。
(2)合理的选择数控机床,
(3)利用数控铣床铣削凸台零件。
(4)利用CAD/CAM技术画图根据其图样自动生成加工程序,然后转换到数控铣床,让其加工出合格的凸轮零件
设计容:
数控加工工艺设计、程序编制;机床、刀具、材料的选择;工件的装夹;数控铣;工艺路线的拟定。
2零件图分析
如图2-1该零件为平面类零件,可以看出该零件由平面、凸台、孔组成。
图2-1五边形凸台零件图
3零件加工工艺容
3.1加工精度分析
该零件的加工精度为IT9级,表面粗糙度为3.2um和6.3um。
加工时应保证零件的总长度为62±0.027mm;总宽度为60±0.027mm;总高度为20±0.026mm;孔直径。
如果定位不好还可能会导致表面粗糙度和加工精度难以达到要求。
材料不得有裂纹和气孔,并去除毛刺,符合GB/T1804-M国家标准。
3.2毛坯、余量分析
该零件的材料为铝合金。
铝合金有良好的耐腐蚀性、塑性,不易生锈,美观。
其毛坯尺寸为65mm×62mm×22mm,各处都有单边加工余量。
由于零件在装夹和加工过程中存在一定的变形,所以该零件加工成型后会产生一定的误差。
3.3设备的选择
根据加工中心和数控铣床所加工的对象来分析,它们都能完成该零件的加工。
从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,因为该零件由平面、五边形凸台、和孔组成,但是考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求,为了减少因多次换刀而带来的人为误差,避免多次装夹引起的定位误差,因此选择教学设备数控铣削,华中数控XD-A40加工。
3.3.1选择刀具
数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。
对刀具的基本要求:
(1)铣刀刚性要好。
铣刀刚性要好的目的有二:
一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要;二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点;
(2)铣刀的耐用度要高。
尤其是当一把铣刀加工的容很多时,如刀具不耐用而磨损较快,不仅会影响零件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数,也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶。
除上述两点之外,铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。
根据不同的加工容,则需要不同规格的刀具来进行加工,该零件材料为铝合金,毛坯为65mm×62mm×22mm而零件的实际尺寸为62±0.027mmX60±0.027mmX20±0.026mm余量较为充足,考虑到加工效率,接刀痕迹,走刀的重叠量。
综上分析确定铣上下平面用面铣刀,粗铣外平面、轮廓和凸台用的Φ20立铣刀,精铣平面、外轮廓和凸台用的Φ16立铣刀,钻孔用的Φ26麻花钻,镗孔时使用Φ20镗孔刀。
切削用刀具材料应具备的性能有:
(1)高速钢比工具钢硬,用于低速或不连续切削,刀具寿命较长;
(2)高性能高速钢强韧、抗边缘磨损性强,用于可粗切或精切任何材料,包括钢、不锈钢、非铁和非金属材料,切削速度可比高速钢高,强度和韧性较粉末冶金好;
(3)粉末冶金高速钢良好的抗热性和抗碎片磨损,用于切削钢、高温合金、不锈钢、铝、碳钢及合金钢和其他不易加工的材料,切削速度可比高性能高速钢高15%;
(4)硬质合金耐磨损、耐热,用于可锻铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金的精加工,寿命比一般工具钢高10-20倍;
(5)瓷高硬度、耐热冲击性好,用于高速粗加工,铸铁和钢的精加工,也适合加有色金属和非金属材料不适合加工铝、镁、钛及其合金,还可用于高速加工;
(6)立方氮化硼超强硬度、耐磨性好,用于硬度大于450HBW材料的高速切削,刀具寿命长,可实现超精表面加工;
(7)聚晶金刚石超强硬度、耐磨性好,用于粗切和精切铝等有色金属和非金属材料,刀具寿命长,可实现超精表面加工。
刀具卡3-1如下:
表3-1数控加工刀具卡
产品名称
多边形凸台零件
零件图号
1
补偿值/mm
备注
序号
刀具号
刀具名称
刀柄型号
刀具
直径/mm
长度/mm
1
T0101
Φ20mm立铣刀
BT40
Φ20
实测
2
T0202
Φ16mm立铣刀
BT40
Φ16
实测
3
T0303
Φ26mm麻花钻
BT40
Φ27
实测
4
T0404
Φ20mm镗孔刀
BT40
Φ20
实测
编制
审核
批准
共1页
第1页
3.3.2选择夹具
在确定装夹方案时,只需根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式,并选择合适的夹具。
(1)专用夹具:
一般在产品相对稳定、批量较大的生产中采用各种专用夹具,可获得较高的生产率和加工精度。
除大批量生产之外,中小批量生产中也需要采用一些专用夹具,但在结构设计设计时要进行具体的技术经济分析;
(2)组合夹具:
组合夹具是一种模块化的夹具。
标准的模块元件具有较高的精度和赖磨性,可组装成各种夹具。
夹具用完可拆卸,清洗后可留、待组装新的夹具。
由于使用组合夹具可缩短生产准备周期,元件能重复多次使用并具有减少专用夹具数量等优点;
(3)通用夹具:
已经标准化的可加工一定围不同工件的夹具,称为通用夹具。
其尺寸、结构已经规化,而且具有一定的通用性,这类夹具适应性强,可用于一定形状和尺寸围的各种工件,价格便宜。
其缺点是夹具精度不高,生产效率也比较低,较难装夹。
一般适用于单件小批量生产中。
选择装夹方法的要点:
(1)尽可能的选择箱体的设计基准为精基准;粗基准的选择要保证重要表面的加工余量均匀,使不加工表面的尺寸、位置符合图纸的要求,且便于装夹;
(2)加工中心高速强力切削时,定位基准要有足够的接触面积和分布面积,以承受大的切削力且定位移动可靠;
(3)夹具本身要以加工中心工作台上的基准槽或基准孔来定位并安装到机床上,这可确保零件的工件坐标系与机床坐标系固定的尺寸关系,这是和普通机床的一个重要区别。
经综合分析:
该零件应选用平口虎钳装夹。
该零件形状规则,四个侧面较光整,加工面与加工面之间的位置精度要求不高。
在平口虎钳上夹持毛坯为62mm×60mm的两侧面,让毛坯上平面高出平口虎钳10mm以上;铣削出一平面,反面铣削五边形凸台、钻孔及镗孔;再以镗好的孔为定位基准,在平口虎钳上找正装夹。
平口虎钳如图3-1所示、3-2所示。
图3-1平口虎钳图3-2工装
3.3.3铣削外轮廓工序尺寸精度分析
该工序加工外轮廓长62±0.027mm、宽60±0.027mm、高20±0.026mm,其中外轮廓对圆轴心线的对称度为0.1mm,垂直度为0.02mm,圆度为0.1mm。
本次夹具设计的目的是为了更快捷的装夹工件,提高加工效率,保证加工精度。
3.3.4定位方案及定位元件的确定
该工序的加工需要控制Y轴转动、Y轴移动、X轴移动、Z轴转动、Z轴移动5个自由度;定位元件可选择定位装夹销定位,其中定位装夹销定位可控制零件的Y轴转动、Y轴移动、X轴转动、X轴移动四个自由度,而支撑钉则控制Z轴移动。
故其定位元件确定为:
销钉支座(JB/T8018.1-1999,如图3-3)
图3-2定位装夹销定位
3.3.5夹紧方案及夹紧元件的确定
本套夹具选用压板和螺母压紧;其元件主要销钉支座组成。
3.5铣削力及夹紧力的计算
(1)铣削力的计算
该零件铣外轮廓时的铣削力为
,其计算公式如下:
公式(3.1)
式中:
────圆周铣削力(N);
────铣削条件改变时铣削力修正系数;
、
、
、
、
、
的值见《机械加工工艺手册第2版第2卷》表2.1-79;
────背吃刀量;
────每齿进给量;
────铣削宽度;
────铣刀直径;
────主轴转速。
由切削用量中得知其粗铣时主轴转速n=3185r/min,
=0.5
=1,
=20,
=0.15mm/齿,查《机械加工工艺手册第2版第2卷》表2.1-78得知,
=2450,
=1.1,
=0.8,
=0.9,
=0.1,
=1.1,代入公式3.1计算铣削力
526.16N。
精铣时的切削力与钻孔时的切削力均小于粗铣时的切削力,故只要夹紧力能满足粗铣时的切削力即可满足其它精铣与钻孔的切削力。
(2)夹紧力的计算
根据切削力与夹紧力的关系式
,查《机械加工工艺装备设计手册》表3-37得知K=2.34,故
=2.34×526.16≈1231.21N。
3.6夹具装配草图
图3.3夹具装配图
3.4定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准两种,用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准,用已加工过的表面作为定位基准称为精基准。
选择定位基准要遵循基准重合原则,即力求设计基准、工艺基准和编程基准统一,这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量,并且能有效地减少装夹次数。
3.5加工工序的安排
工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等,工序的安排与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。
切削加工工序通常按以下原则划分:
(1)以一次安装作为一道工序;
(2)以粗、精加工划分工序;
(3)以同一把刀具加工的容划分工序;
(4)以加工部位划分工序。
在具有良好冷却系统的加工中心上,对于毛坯质量高、加工余量较小、加工精度要求不高或新产品试制等单件或生产批量很小的零件,可在加工中心上一次或两次装夹完成全部粗、精加工工序。
由于本零件的加工余量较小,根据零件特点将加工容分为粗、精两个工序完成。
3.5.1加工方案的制定
在数控加工中,刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
加工路线的确定原则:
(1)加工路线因保证被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率高;
(2)使数值计算简单,减少编程工作量;
(3)应使加工路线最短,这样既可以减少程序段,又可以减少空刀时间。
根据零件图样,制定以下工艺方案,选取最佳一种,(即加工工时最短,又能保证质量)下面分析两套工艺方案进行比较:
方案1:
铣一平面→翻面→粗精铣五边形凸台→钻Φ15通孔→钻Φ26通孔→镗孔Φ28→上工装铣外轮廓;
方案2:
铣夹持面→翻面夹持→铣上平面→钻Φ26通孔→镗孔Φ28→粗精铣五边形凸台→上工装铣外轮廓→翻面铣下平面。
分析:
在方案1中将粗精铣放在一个工序中,可以减少换刀的次数,从而提高了加工的效率,减少了加工所用的时间。
由于方案2没有按照加工原则进行加工,应该按先主后次,基准先行等的原则进行加工。
因此采用方案1。
3.6切削用量的选择
数控切削用量即切削参数包括主轴转速、铣削深度与宽度、进给量、行距、残留高度、层高等。
对于不同的加工方法,需要选择不同的切削用量。
切削用量是加工过程中重要的组成部分,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,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,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。
切削用量的因素包括:
(1)机床机床刚性、最大转速、进给速度等;
(2)刀具刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等;
(3)工件毛坯材质、热处理性能等;
(4)装夹方式压板、台钳、托盘等;
(5)冷却情况油冷、水冷、气冷等。
当进行数控编程时编程人员必须确定每道工序的切削用量并以指令的形式写入程序中。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度充分发挥刀具切削性能保证合理的刀具耐用度。
并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产率降低成本。
3.6.1主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件的(或刀具)的直径来选择,其计算公式为:
(公式3-1)
公式中:
为切削速度,单位为m/min由刀具的耐用度决定;
n为主轴的转速,单位为r/min;
D为铣刀的直径,单位为mm。
切削速度的选取如表3-2所示:
表3-2铣削时切削速度
工件材料
硬度/HBS
切削速度
/(m/min)
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36~75
铸铁
<190
21~36
66~150
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
铝
70~120
100~200
200~400
由于每把刀计算方式相同,现选取粗、精铣平面Ф20的立铣刀为例说明其计算过程。
根据切削原理可知,切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。
从理论上讲,切削速度
的值越大越好,因为这不仅可以提高生产率,而且可以避免生成积屑瘤的临界速度,获得较低的表面粗糙度值。
但实际上由于机床、刀具等的限制,综合考虑:
取粗铣时
=200m/min
精铣时
=250m/min
代入3-2式中:
=1000×200/(3.14×20)
=1000×250/(3.14×20)
=3185r/min=3980r/min
3.6.2进给速度的确定
切削进给量F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、工件的材料和性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
切削进给量F是切削时单位时间工件与铣刀沿进方向的相对位移,单位为mm/min。
它与铣刀转速n、铣刀齿数z及每齿进给量fz(mm/z)的关系为:
F=fz·Z·N(公式3-2)
公式中:
F—切削进给量,单位:
(mm/min)
z—铣刀齿数
fz—铣刀每齿工作台移动距离,即每齿进给量(mm/z)
每齿进给量fz的选取主要取决与工具材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。
工具材料的强度和硬度越高,fz越小,反之越大。
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。
铣刀每齿进给量如表3-3所示:
表3-3铣刀每齿进给量
工件材料
每齿进给量
/(mm/z)
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
铝
0.06~0.20
0.10~0.25
0.05~0.10
0.02~0.05
综合选取:
粗铣
=0.2mm/z
精铣
=0.03mm/z
铣刀齿数z=3
上面计算出主轴转速:
=3185r/min
=3980r/min
将它们代入式子3-2计算:
粗铣时:
F=0.2×3×3185精铣时:
F=0.03×3×3980
=1911mm/min=358mm/min
3.6.3背吃刀量的确定
背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下,应尽可能使被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,可留少量精加工余量,一般留0.2-0.5mm。
选择时应使主轴转速、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。
如切削用量表3-4所示:
表3-4切削用量表
工步容
刀具号
刀具规格mm
主轴转速r/min
进给速度mm/min
背吃刀量mm
粗铣一平面
T0101
Φ20
3185
1911
0.5
精铣一平面
T0202
Φ16
3980
358
0.1
粗铣凸台
T0303
Φ20
3185
1911
0.5
精铣凸台
T0404
Φ16
3980
358
0.1
钻Φ27孔
T0505
Φ27
2000
100
镗Φ28孔
T0606
Φ20
6369
3821
粗铣外轮廓
T0202
Φ20
3185
1911
0.5
精铣外轮廓
T0202
Φ20
3980
358
0.1
3.6.4冷却液的选择
为了刀具和工件的温度,不仅要减少切削热的产生,而且要改善散热条件,使用切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形。
减少切削与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦,现有冷却液分为:
水溶液、乳化液和切削油三大类。
根据零件材料和刀具材料分析,为了得到较高的表面质量和精度,并且减少水与铝的化学反应。
所以选取10%乳化液效果较好。
冷却液表3-5如下所示:
表3-5冷却液主要成分及作用
冷却液名称
主要成分
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却
乳化液
水、油、乳化悸
冷却、润滑、防锈
切削油
矿物油、动植物油、极压油添加剂或油性
润滑
3.7编写工艺文件
工艺设计完成后就需要形成纸质或电子文档,常称为工艺卡片或工艺规程,可统称为工艺文件。
工艺文件应包括下列容:
(1)机床、工装、量具和量仪、附件、毛坯等规格型号;
(2)工序、工步表格;
(3)和工序、工步表格相关联的程序清单;
(4)和管理有关的工时定额、日期、人员、权限等记录。
3.7.1工艺过程卡
此零件的工艺过程卡片如表1.2.3.4所示:
注释:
具体工艺卡请参见附件
3.8走刀路线图
图3-3上平面走刀路线图
图3-4外轮廓进给路线图
图3-5下平面走刀路线图
3.9实体造型
UGNX6.0软件造型,造型如图3-10所示。
图3-10实体造型造型
4零件的数控加工程序编制
4.1零件加工程序
4.11UG造型与仿形加工
UG是一种功能强大的软件,在这个型腔零件的造型中我们用到的是UG的草图建模和仿形加工模块。
4.12加工并生成程序
通过草图拉伸对毛坯进行设定,同时要确定毛坯中心在系统坐标系(绘图坐标系)中的坐标值。
因为该例绘图原点在图形的底平面上,所以毛坯中心的坐标值设定值为(0,0,0)。
注意对刀时,刀具找正毛坯中心后,要按该坐标值设定毛坯中心。
然后进入UG加工模块,首先设定加工坐标系、工件加工的安全平面,对工件进行加工。
4.13工艺参数设定
首先我们定义刀具参数,根据列出的刀具清单。
例如φ20立铣刀参数及图形如图4-1所示,其它刀具按照各自参数设定。
图4-1刀具的设置
最后建成直径20的平底铣刀、16,直径为27的麻花钻和直径为28的镗刀,来进行加工,如图4-2。
图4-2建立刀具
双击右边导航器里的WORKPIECE,进行设置加工工件与加工毛坯,如图4-3所示。
毛坯建法:
先将工件隐藏,在草图上拉伸外轮廓至22,再在编辑菜单里进行互换显示与隐藏。
4-3设置加工工件与毛坯
上UG课程的时候,老师说过做UG仿形加工有三个步骤:
①用什么刀具加工;②对什么零件进行加工;③怎么加工。
现在第三步如图4-4所示。
4-4进行型腔铣
4.2零件的加工过程
选择加工所至的表面,如图4-5所示选择。
4-5选择加工表面
设置好切削用量、每一刀的进给量、切削方式,然后生成刀轨,准备进行粗加工,如图4-6所示。
粗加工完成,接着要进行确定保存,如图4-7所示。
4-6生成刀轨
4-7粗加工完成
如上述操作方法,不过选择切削表面时要加凸台,生成刀轨,如图4-8,开始精加工,如图4-9。
图4-9精加工完成
接着进行凸
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