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数控毕业设计
凹模机械加工工艺设计
13机械制造班蔡智慧
指导老师:
高嵘
【摘要】本文主要介绍了数控技术发展的现状,紧接着对凹模零件进行工艺分析、再确定其加工工艺路线,加工设备及其工艺装备的选择,最后编制出该零件的相关工艺卡片及编制零件的数控加工程序,对本文做出总结。
【关键字】数控加工中心;凹模;加工工艺;自动编程。
前言
数控加工是机械行业一门新的专业,数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。
它广泛用于机械制造和自动化领域,较好地解决多品种、小批量和复杂
零件加工以及生产过程自动化问题。
本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控铣床加工形状复杂的零件。
大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等,另外还有设计说明书、参考文献、毕业设计总结、致谢词等部分。
1.零件图审查
如图所示为1.1零件图,该生产批量为单间小批量生产:
图1.1零件图
1.1分析零件图
1.1.1检查零件图的完整性和确定性
经审查,该零件视图准确完整表达狠直观清晰,符合国家标准,尺寸,公差,以及技术要求的标注完全合理。
1.1.2零件的技术要求分析
零件的技术要求包括尺寸精度。
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。
进行零件技术要求的分析,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:
厚度12±0.05的精度等级为IT11级、尺寸70±0.05的精度等级为IT10级、尺寸100±0.05的精度等级为IT9-10级,其余未标注公差等级按IT12进行加工;形状精度按GB1184-80控制;表面粗糙度要求有:
台阶轮廓的表面粗糙度均为Ra1.6um,其余表面粗糙度为Ra6.3um。
1.2零件结构工艺性分析
该零件形状为轮廓、孔组成因此选择在数控机床上加工,可以完成所有部位,并能提高加工效率。
2.工艺规程设计
2.1确定毛坯
毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上,加减总加工余量得到毛坯尺寸,毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。
因为从毛坯尺寸的作用来讲并不要求它和零件图一致,对它提出的要求是:
(1)保证它在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量:
(2)保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。
根据该零件的技术要求,确定该零件的毛坯为72mm*72mm*15mm。
其毛坯图如图2.1所示:
图2.1零件毛坯图
2.2基准的选择
(1)粗基准的选择原则:
粗基准影响:
位置精度、各加工表面的余量大小。
重点考虑:
如何保证各加工表面有足够余量,使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符准一般不得重复使用的原则:
在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次这是因为粗基准一般都很粗糙,重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大,因此,粗基一般不得重复使用。
(2)精基准的选择:
重点考虑如何较少误差,提高定位精度。
但根据盘类零件的加工工艺及应用,符合零件图要求。
(3)还要考虑保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则。
一般应以非加工面做为粗基准,这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。
当零件上有几个不加工表面时,应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。
2.3拟定工艺路线
工艺路线:
从毛坯到成品的加工顺序影响加工质量、效率、工人劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本。
内容:
定位基准选择;各表面加工方法选择;工序集中和分散;加工阶段划分和先后顺序安排;设备及工装选择。
2.3.1表面加工的选择
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、凹糟、通孔,零件为块类零件,其表面加工方法如下所述:
(1)上下两底面:
表面粗糙度Ra3.2um,因此只需要粗铣即可。
(2)外轮廓:
表面粗糙度Ra1.6um,余量也不多,因此只需粗铣即可。
(3)凹糟:
表面粗糙度为Ra3.2um,为保证其表面粗糙度,故需要进行粗、精铣。
(4)孔的加工:
表面粗糙度为Ra1.6um,故均一次加工到位。
2.3.2加工顺序的安排
(1)先基准面后其他表面
先把基准面加工出来,再以基准面定位加工其它表面,以保证加工质量。
(2)先粗加工后精加工
即粗加工在前,精加工在后,粗精分开。
(3)主要表面后次要表面
如主要表面是指装配表面、工作表面,次要表面是指键槽、联接用的光孔等。
(4)先加工平面后加工孔
平面轮廓尺寸较大,平面定位安装稳定,通常均以平面定位来加孔。
2.3.3主要机加工工序简图
工序内容
工序简图
铣外轮廓保证尺寸100±0.05um,70±0.05um
铣一平面保证表面粗糙度Ra3.2um
铣另一面,台阶外型轮廓、椭圆槽、型腔、通孔、螺纹
2.4设备及其工艺装备的选择
2.4.1机床的选择
由于该零件属于单件小批量生产,因此不用考虑生产效率灯问题,只要在能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可,但为了减少人为的换刀量,根据现有的数控机床,确定选择由德国DMG公司生产其常规参数如下
内插轴数:
五轴
各轴行程:
横向X轴≥2440mm或≤2440mm
纵向Y轴≥1200mm或≤1220mm
垂直方向Z轴≥750mm或≤750mm
A轴+/-100°
C轴+/-225°
轴最快移动速度:
X轴26m/min
Y轴60m/min
Z轴15m/min
双摆头主轴功率7.5kW-15KW
2.4.2夹具的选择
夹具是加工中心(机床)切削加工的重要工艺装备之一。
相对于普通机床而言,加工中心具有效率高,精度高以及优良的加工柔性。
因此,所用夹具应保证准确的定位、可靠的夹紧及灵活多变的特点,且夹具结构一般不宜复杂。
2工件的安装原则为提高加工中心的生产效率,保证加工质量。
2.4.3刀具的选择
为此在刀具选择上首先要考虑选用硬性较好的刀具材料,以提高加工进给量和单位时间材料去除率,以便减少刀具的更换时间和次数,从而提高加工效率;其次在加工工艺上考虑,在保证工件加工精度的前提下,合理安排工艺路线,多选用定径刀具和成形刀具,尽可能减少加工工序和刀具轨迹,提高机床的使用效率。
刀具的具体选用应该遵循以下原则:
(1)能使用硬质合金刀具的,不选用高速钢刀具。
(2)优先使用带涂膜层(用物理气相沉积法涂覆TiN等)的刀具以提高耐磨性。
(3)尽量使用可转位刀片,减少刀具磨损后的更换预调时间。
(4)优先考虑使用定径刀具,或者刀具的尺寸易于调整。
(5)尽量使用成形铣刀
根据上述原则选择刀具见下表:
刀具选择表
刀具号
刀具名称
刀具规格
加工表面
刀具材料
T01
面铣刀
Ф80mm面铣刀
铣上下两表面
YT15
T02
立铣刀
Ф12立铣刀两刃
外轮廓
YT15
T03
立铣刀
Ф8立铣刀两刃
凹槽
YT15
T04
钻头
Ф8钻头
钻孔
YT15
2.4.4量具的选择
该零件精度不高,因尽可能选择通用夹具,在这里选择通用量具,在这里选择游标卡尺进行测量如图2.5所示:
图2.5游标卡尺
2.5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,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。
本题中的切削用来请参照附录数控加工工序卡片。
3.数控编程
3.1数控编程的分类
数控编程方法可分为自动编程和手动编程两种:
(1)自动编程:
自动编程是相对与手动编程而言的。
它是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。
编程人员只需根据零件图样的要求,使用数控语言,由计算机自动地进行数值计算及后置处理,编写出零件加工程序单,加工程序通过直接通信的方式送入数控机床,指挥机床工作。
自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成
(2)手动编程:
手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。
它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则,而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。
对于加工形状简单、计算量小、程序段数不多的零件,采用手工编程较容易,而且经济、及时。
因此,在点位加工或直线与圆弧组成的轮廓加工中,手工编程仍广泛应用。
对于形状复杂的零件,特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件,用手工编程就有一定困难,出错的概率增大,有时甚至无法编出程序,必须用自动编程的方法编制程序。
3.2编程原点的确定及数值计算
3.2.1编程原点的确定
从零件图可以看出该零件属于规则型零件,故可以将编程原点放在零件的几何对称中心上,如图3.1所示:
图3.1原点确定图
3.2.2编程数值计算
该零件外形比较简单,只要通过机械制图软件进行捕捉,由于该部分选择的是自动编程加工,因此各交点的坐标不用计算,零件的其他尺寸均为规则性尺寸,均可一目了然,故本节不作详细的介绍了,具体的尺寸请根据程序清单及零件图纸进行查阅。
3.3加工程序清单
O0001;(外轮廓)
G54G90G00X100.Y0.;
M03S1500;
Z30.;
G01Z-6.F300;
G01G42X40.Y0D1;
G01X40.Y19.;
G01X10.Y27.;
G01X-40.Y27.;
G03X-40.Y-27.R80.;
G01X10.Y-27.;
G01X40.Y-19.;
G01X40.Y0;
G01G40X100.Y.;
G91G28Z0;
M05;
M30
O0002;(通孔)
G54G90G00X0Y0;
M03S1500;
Z30;
G99G81X15.Y15.Z-12.R15.F300;
X2.010Y7.500;
X2.010Y-7.500;
X15.Y-15.;
X27.990Y-7.500;
X27.990Y7.500;
G80;
G91G28Z0;
M05;
M30;
O0003;(内四方凹槽)
G54G90G00X-24.Y0;
M03S1500;
Z30.;
G01Z-6.F300;
G01G41X-8.Y0.D1;
G01X-8.Y8.5;
G03X-12.Y12.5R4.;
G01X-36.Y12.5;
G03X-40.Y8.5R4.;
G01X-40.Y-8.5;
G03X-36.Y-12.5R4.;
G01X-12.Y-12.5;
G03X-8.Y-8.5R4.;
G01X-8.Y0;
G01G40X-24.Y0;
G91G28Z0;
M05;
M30;
O0004;(两个凹槽)
G54G90G00X43.Y28.;
M03S1500;
Z30;
G01Z-8.5F300;
G01X31.Y28.;
G01Z30.;
G01X43.Y-28.;
G01Z-8.5;
G01X31.Y-28.;
G01Z30.;
G91G28Z0;
M05;
M30;
4.设计总结
毕业设计是我们每个大学生必须经历的一段过程,也是我们毕业前的一段宝贵回忆,当我们看到自己努力有收获的时候,总是会有那么一点点自豪和激动。
任何事情都是这样子,需要我们脚踏实地的去做,一步一个脚印完成,认真严谨,有了好的态度才能做好每一件事情,一开始都觉得毕业设计是一个很困难的任务,但是经过长时间的努力和累,经过不断地查找资料后写作总结,我们都很好的按老师的要求完成了毕业设计的写作,这种收获的喜悦相信每个人都能体会的到。
我在这次毕业设计的写作过程中可谓是获益匪浅,最大的收获就是培养了脚踏实地,认真严谨,实事求是的学习态度,不怕困难、持不懈、吃苦耐劳的精神。
写作中,需要的耐心,还要用心。
每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候,我就会出现浮躁的情绪,但是我没有放弃,而是适时地调节自己的心态,最关键的是在困难面前,理顺思路,寻找突破点,一步一个脚印的慢慢来实现自己定的目标。
越是不懂的东西才要去学,在学习的过程中你会收获很多,在学习之后你会感觉到很有成就感,这也是我在完成毕业设计之后体会到的。
我想这是一次对意志的磨练,也是对我实际能力的一次提升,相信这对我今后走向工作岗位是至关重要的。
5.致谢
这次课程设计说明书及其零件的加工完成,首先要感谢系部提供了一个让我自我总结的机会,也要感谢带领我的指导老师高嵘,他们在我的毕业设计说明书及零件加工过程中,给予了精心的指导,并讲解了各项专业要领,提出了宝贵的意见。
程序的编制过程中,也要感谢我曾经的科任教室,是他们的精心指导才使我的课程设计能够按期完成,也要感谢同学对我的课程设计提出宝贵意见和建议。
在此,再次表示衷心的感谢!
6.参考文献
[1]杨志勤.机械设计简明手册.北京:
国防工业出版社,2008
[2]吴宗泽.设计手册.北京:
机械工业出版社,2003
[3]奏请.课程设计指导教程.北京:
机械工业出版社,2004
[4]陈明.工艺学.北京:
机械工业出版社,2005
[5]王茂元.机械制造技术.北京:
机械工业出版社,2001
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