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微电机壳零件的机械加工工艺规程及数控编程
微电机壳零件的机械加工工艺规程及数控编程
摘要
随着科学技术的发展,数控技术已经广泛运用于工业控制的各个领域,尤其在机械制造业中应用十分广泛。
而中国作为一个制造业的大国,掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。
本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势,紧接着对数控微电机壳的加工工艺做了简要的介绍,使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解。
接下来设计零件的夹具、量具、刀具等,最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。
关键词:
工艺分析夹具设计刀具设计量具设计数控编程
目录
绪论1
第一章工艺设计说明书2
1.零件图的工艺分析2
1.1零件的结构功用性分析3
1.2计算生产纲领、确定生产类型3
1.3零件的工艺分析3
2.毛坯的选择3
2.1确定毛坯的制造形式3
2.2毛坯余量的确定4
2.3毛坯-零件合图4
3.机械加工工艺路线的确定4
3.1基面的选择5
3.2表面加工方法的选择5
3.3工艺路线的确定5
3.4加工阶段的划分6
3.5主要机加工工序简图7
4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定9
5.机床及其工艺装备的选择11
5.1机床的选择11
5.2夹具的选择11
5.3刀具的选择11
5.4量具的选择12
6.切削用量及基本工时的确定12
6.1工序1切削用量及基本时间的确定12
6.2工序2的切削用量及基本时间的确定13
6.3工序3:
切削用量及基本时间的确定13
6.4工序4:
切削用量及基本时间的确定14
6.5工序5切削用量及基本时间的确定15
6.6工序6-7的切削用量及基本时间的确定15
第二章工序1和工序2的夹具设计17
1.工序尺寸精度分析17
2.定位方案确定17
3.定位元件确定17
4.定位误差分析17
5.夹紧方案及元件确定17
6.夹具总装草图18
第三章工序3刀具设计说明书19
1.工序尺寸精度分析19
2.刀具类型确定19
3.刀具设计参数确定19
4.刀具工作草图20
第四章工序2量具设计说明书21
1.工序尺寸精度分析21
2.量具类型确定21
3.极限量具尺寸公差确定21
4.极限量具公差带图21
5.极限量具结构设计22
第五章数控编程设计说明书23
1.工序的数控加工工艺分析23
2.工艺路线的确定23
3.刀具及切削用量的选择23
3.1刀具的选择23
3.2切削用量的选择24
4.编程原点的确定及数值计算25
4.1编程原点的确定25
4.2编程数值计算25
5.程序的编写及程序说明25
5.1数控编程的定义25
5.2数控编程的分类25
5.3零件的加工程序清单25
第六章毕业设计体会31
参考文献32
致谢33
绪论
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学课程后,综合运用以前所学有关机械专业知识,进行零件加工工艺过程设计。
其目的在于巩固、加深扩展机械制造技术及其他有关先修课程的理论知识,把理论知识和生产实践相结合,能够独立分析问题、解决问题,以及初步具备中等复杂程度零件工艺规程的能力。
本设计包括两个部分内容:
第一部分为生工艺设计,第二部分为夹具设计,第三部分为刀具设计,第四部分为量具设计,第五部分为数控编程设计。
零件加工工艺规程设计是设计的核心部分,具体地列出了设计思路以及整个零件加工工艺过程。
它包括定位基准的选择、确定表面的加工方法、确定机械加工余量、工序尺寸及公差、机床设备及工艺设备的选择、确定切削用量与基本工时。
就我个人而言,我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加社会工作打下一个良好的基础。
设计从还存在许多的不足,恳请老师批评指正。
第一章工艺设计说明书
1.零件图的工艺分析
如图1.1所示为微电机壳零件图,图中有不清晰之处请参见CAD零件图。
其年产量为4000件,备品为5%,废品为1%。
图1.1零件图
1.1零件的结构功用性分析
题目给定的零件是微电机壳,是圆环形厚度为4mm。
其作用,一是支撑和固定电机,二是固定电机转子,使转子能够平稳转动。
零件的两端各有均布3xM5—7H螺纹孔,用以安装和固定端盖。
距离圆心往下65-0.1/-0.4mm有支撑厚度为8mm,长度为100mm,从零件端面各缩进5mm的底座,有四个φ8鍯孔φ12m均布用以固定电机。
零件φ114mm内圆有6块宽为12mm,高为6mm的肋板均布。
1.2计算生产纲领、确定生产类型
所给任务的零件是微电机壳的设计,是机器中的零件。
其年产量为4000台,且每台机器上仅有一件,若取其备品为5%,机械加工废品为1%,则该零件的年生产纲领为:
N=Qm(1+5%+1%)=4000(1+5%+1%)=4240件/年
由上式可知,该零件的年产量为4240件,由零件的特征可知,它属于机体
小零件,因此可以确定其生产类型为单件大批量生产。
1.3零件的工艺分析
微电机壳共有3组加工表面,它们有一定的位置要求。
现分述如下:
(1)以厚度为8mm的底座底面和上表面
这一组加工表面包括:
两个底面尺寸为30X100mm,粗糙度为3.2,平行度为0.05,还有以底面为基准在平面上的4个φ8mm鍯孔φ12mm,其中孔中心与零件中心线尺寸为50+/-0.085mm,孔的中心度为φ0.6mm最大要求。
还有底座与零件连接的倒圆角为5mm。
(2)φ114mm孔为中心的加工两端表面
这一组加工表面包括:
两端3xM5—7H螺纹孔深度为12mm,并与肋板界线圆中心度为φ0.4,分别以端面和肋板面为基准。
端面的粗糙度为12.5。
(3)在φ102
肋板界线圆中的各个肋板表面
这一组加工表面包括:
圆心与底座底面的平行度为0.1,肋板表面的粗糙度为3.2,内圆与肋板的倒圆为2mm。
其中,主要加工12mmX6mm的均布肋板。
还要加工尺寸为9mm,11mm,47mm中2xM4——7H和φ10mm的通孔。
φ10mm孔的粗糙度为12.5。
由以上分析可知,对于这几组加工表面而言,可以先加工底座的两个表面,然后借助于专用夹具加工另外的几个表面,并且保证它们之间的位置精度要求。
2.毛坯的选择
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。
考虑到电机在运行中是高速运行的,产生热量,零件在工作过程中经常承受高温及交变载荷,因此应该选用铸造,以使材料不易变形,保证零件工作的可靠性。
由于零件产量为4000件左右,达到大批量生产,而且零件的轮廓尺寸不大,故可采用砂型铸造。
这对于提高生产率,保证价格质量也是有利的。
2.2毛坯余量的确定
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。
笔者认为这种设计方法并不合理,这是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。
根据该零件的图纸要求,可确定该零件的毛坯类型为铸件,面的余量为3mm,孔全部为实心孔。
2.3毛坯-零件合图
绘制毛坯-零件合图如图1.2所示。
图1.2毛坯-零件合图(大图见CAD)
3.机械加工工艺路线的确定
3.1基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确、合理,可以保证加工质量,提高生产效率。
否则,就会使加工工艺过程问题百出,严重的还会造成零件大批报废,使生产无法进行。
(1)粗基准的选择
对于一般的腔类零件而言,以外圆作为粗基准是完全合理的。
按照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时,应以这些不加工表面做粗基准;若零件有若干个不加工表面时,则应以与价格表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准),现选取外圆φ122的不加工外轮廓表面为粗基准,利用一组短V形块支承这个外轮廓作为主要定位面,以消除x,y中四个自由度,再利用专用的夹具夹持外圆用以消除z轴中的两个自由度,达到完全定位。
(2)精基准的选择
精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。
3.2表面加工方法的选择
(1)底座底面粗铣(表面粗糙度为6.3)→精铣(表面粗糙度3.2);
(2)底座上4个Ф8孔钻中心孔→钻孔。
(3)底座上4个Ф12×2mm沉孔铣。
(4)两端螺纹孔钻中心孔→钻螺纹底孔→攻丝。
(5)两侧端面铣削或者车削。
(6)φ122
外圆车削。
(7)6-12筋板铣削。
(8)壁上螺纹孔钻中心孔→钻螺纹底孔→攻丝。
(9)壁上通孔钻中心孔→钻孔。
3.3工艺路线的确定
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批量生产的条件下,可以采用铣床配专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外,还应考虑经济效果,以便降低生产成本。
(1)工艺路线方案一:
工序1:
铣零件底座底面尺寸为30mmX100mm,并铣两个底面内侧6x2mm的阶梯面。
工序2:
铣零件φ1220-0.63mm两端面
工序3:
铣零件内圆中的6个肋板表面
工序4:
4次钻底座上的孔φ8mm,鍯沉头孔φ12mm
工序5:
2次钻M4—7H的螺纹通孔,钻φ10mm的通孔
工序6:
6次攻两端面φ122上的M5---7H的螺纹孔,深度为12mm
工序7:
终检
(2)工艺路线方案二:
工序1:
铣零件φ1220-0.63两端面圆
工序2:
6次攻两端面φ122上的M5---7H的螺纹孔,深度为12mm
工序3:
铣零件内圆中的6个肋板表面
工序4:
铣零件底座底面尺寸为24mmX80mm
工序5:
4次钻底座上的孔φ8mm,鍯沉头孔φ12mm
工序6:
2次钻M4—7H的螺纹通孔,钻φ10mm的通孔
工序7:
终检
(3)工艺方案的比较和分析
上述两个工艺方案的特点在与:
方案一是先加工底座的底面,然后以此为基面加工零件的两个端面;而方案二则与其相反,先加工零件φ1220-0.63两端面圆,然后再以此端面为基准加工底座的底面。
经比较可见,先加工底座底面再加工两个端面和钻表面上的通孔,这时的位置较易保证,并且定位及装夹都比较方便。
但方案二的装夹次数比较少。
故决定将两个方案合理结合,具体工艺过程和加工路线确定如下:
工序1:
铣零件底座底面尺寸为30mm×100mm,并铣两个底面内侧6×100mm,厚度为2mm的阶梯面。
工序2:
4次钻底座上的孔φ8mm,鍯沉头孔φ12mm。
工序3:
车零件φ122
mm两端面圆。
工序4:
铣零件内圆中的6个肋板表面。
工序5:
6次攻两端面φ122mm上的M5---7H的螺纹孔,深度为12mm。
工序6:
钻M4—7H中底孔和φ10mm的通孔。
工序7:
2次攻M4—7H的螺纹通孔。
工序8:
终检。
3.4加工阶段的划分
零件加工时,往往不是依次加工完各个表面,而是将各表面的粗、精加工分开进行,为此,一般都将整个工艺过程划分几个加工阶段,这就是在安排加工顺序时所应遵循的工艺过程划分阶段的原则。
按加工性质和作用的不同,工艺过程可划分如下几个阶段:
(1)粗加工阶段——这阶段的主要作用是切去大部分加工余量,为半精加工提供定位基准,因此主要是提高生产率问题。
(2)半精加工阶段——这阶段的作用是为零件主要表面的精加工作好准备,并完成一些次要表面的加工。
(3)精加工阶段——对于零件上精度和表面粗糙度要求(精度在IT7级或以上,表面粗糙度在Ra0.8以下)的表面,还要安排精加工阶段。
这阶段的主要任务是提高加工表面的各项精度和降低表面粗糙度。
3.5主要机加工工序简图
工序号
工序内容
工序简图
1、2
铣零件底座底面尺寸为30mm×100mm,并铣两个底面内侧6×100mm,厚度为2mm的阶梯面。
4次钻底座上的孔φ8mm,鍯沉头孔φ12mm。
3
车零件φ122
mm两端面圆。
4
铣零件内圆中的6个肋板表面。
5
6次攻两端面φ122mm上的M5---7H的螺纹孔,深度为12mm。
6、7
钻M4—7H中底孔和φ10mm的通孔。
2次攻M4—7H的螺纹通孔。
4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“微电机壳”零件材料为HT200,硬度为170-241HBS,生产类型为大批量生产,可采用砂型铸造。
根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸:
(1)底座底面(30mmX80mm)
考虑其厚度为8mm,与其连接外圆φ122
mm的连接处为倒圆5mm,为了简化加工余量,现直接铸造两侧底座的尺寸为32X102mm,厚度为10mm,底面30X100和其中尺寸为6X100mm,高为2mm的阶梯面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为3.2,只要求粗加工,此时尺寸加工余量2Z=2mm已能满足加工要求。
(2)4个孔φ8mm鍯φ12mm(底座)
毛坯为实心,不冲孔。
4个孔精度要求介于IT10~~IT11之间,以零件的轴线来定位。
参考相关书籍和手册可以确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
φ7.8mm
钻孔:
φ8mm2Z=0.2mm
镗鍯孔:
φ11mm2Z=3mm
扩鍯孔:
φ12mm2Z=1mm
(3)两个端面圆(114
mm----φ1220-0.63mm)
要求表面粗糙度为12.5,外壳长度为114
mm,则可以采用粗加工。
参照相关手册确定φ122mm0-0.63外壳毛坯长度为119mm,以及加工余量分配:
粗铣两个端面:
115mm2Z=4mm
半精铣端面:
114
mm
(4)内圆中6个肋板表面(φ102mm)
要求内圆心轴线与底面的平行度为0.1,肋板表面粗糙度为3.2,肋板表面界线圆尺寸为102
;肋板与内圆连接的倒圆为2mm;参照相关的工艺手册确定肋板的毛坯尺寸为宽14mmX长114mm,厚度为8mm和加工余量分配:
铣肋板了两个侧面和倒圆:
12mm2Z=2mm
粗铣肋板表面:
6.4mm2Z=1.6mm
半精铣肋板表面:
6mm2Z=0.4mm
(5)螺纹孔(65
mm、9mm、47mm-----2*M4—7H)
攻螺纹孔:
φ3.9mm通孔
攻螺纹孔:
φ4mm2Z=0.1mm通孔
通孔(65
mm、9mm、11mm-----φ10mm)
钻孔:
φ9.8mm通孔
钻孔:
φ10mm2Z=0.2mm通孔
由于毛坯以及各道工序(或工步)的加工都有加工工差,因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。
实际上,加工余量有最大及最小之分。
由于本设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整法加工,因此在计算最大、最小加工余量时,应按调整法加工方式予以确定。
5.机床及其工艺装备的选择
5.1机床的选择
经分析,工序1和工序2可以在同一次装夹中完成,由于所加工内容较多,所需刀具较多,在普通机床上难以,故选择在数控机床上完成,这里选择在立式铣削加工中心上完成,其特点是加工内容多,可自动换刀,大大提高了加工效率。
工序3中的工步少,加工精度低,故选在在普通上完成,及普通车床。
工序4中的工步也较少,加工精度较高,故选择在精度较高的普通卧式铣床上加工。
工序5与工序6可以在同一装夹中完成,其工步较多,所需刀具也较多,为了提高加工效率,减少装夹次数,故选择在立式铣削加工中心上加工。
工序7选择在立式铣削加工中心上加工。
工序8选择在冲床上加工。
5.2夹具的选择
该零件结构复杂,采用通用夹具无法装夹,故该零件的加工需要设计专用夹具进行装夹。
5.3刀具的选择
从零件图中分析,根据其加工特性,确定该零件的加工刀具如表5.1所示。
表1-1机械加工刀具卡片
刀具名称
刀具材料
刀具规格
加工部位
面铣刀
YT15
Ф50mm,4齿
铣底座大平面
立铣刀
YT15
Ф20mm
铣底座6×2台阶平面
中心钻
高速钢
Ф2mm
钻中心孔
麻花钻
合金
Ф8mm
钻4-Ф8孔
立铣刀
合金
Ф12mm
铣沉孔4-Ф12
麻花钻
合金
Ф4.2mm
钻6-M5螺纹底孔
麻花钻
合金
Ф3.3mm
钻2-M4螺纹底孔
麻花钻
合金
Ф10
钻Ф10孔
丝锥
合金
M5-2H
攻6-M5螺纹
丝锥
合金
M4-2H
攻2-M4螺纹
外圆车刀
合金
90°刀尖
车两端面及Ф122
外圆
5.4量具的选择
根据该零件图的分析,确定该零件的量具选用如下:
6-M5螺纹:
M5螺纹塞规;
2-M4螺纹:
M4螺纹塞规;
Ф10通孔:
游标卡尺;
4-Ф8孔:
Ф8H9光滑塞规;
其余尺寸均使用游标卡尺进行测量。
6.切削用量及基本工时的确定
切削用量包括背吃刀量、进给量f和切削速度V。
确定顺序应该是先尽可能选取大的背吃刀量,然后尽可能选取大的进给量,最后再确定切削速度。
6.1工序1切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量
本工序铣底座的两个阶梯面,所选刀具为高速钢圆柱铣刀其直径为d=6mm,齿数z=8。
已知铣削宽度b=6mm,铣削深度2mm故机床选用XA6132卧式铣床。
1)确定每次进给量
根据《机械制造技术基础》查得每齿进给fz=0.20~0.30mm/z,现取fz=0.20mm/z。
2)选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据《机械制造技术基础》查得铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.8mm,耐用度T=120min。
3)确定切削速度和每齿进给量
根据《切削用量简明手册》所知,Vc=(Cr/Tmapxvfyv)×Kv
依据上述参数,查取Vc=85mm/s,n=425r/min,Vf=438mm/s。
根据XA613型立式铣床主轴转速表查取,nc=250r/min,Vfc=400mm/s。
4)校验机床功率
根据资料所知,根据以上参数可知切削功率的修正系数k=1,则P=2.5kw,P=0.8kw,P=7.5
P=P×P
P=7.5×0.8=6>P=2.5kw
可知机床功率能满足要求。
(2)基本时间
根据资料所知高速钢圆柱铣刀铣面基本时间为:
T基=(l+y+∆/nf)i=0.2min
辅助工时t=0.2mint=0.15min
6.2工序2的切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量
本工序为钻底座φ8mm孔并锪沉头孔φ12mm,刀具选用高速钢复合钻头,使用切削液
1)确定进给量f
由于孔径和深度都不是很大,宜采用手动进给,fz=0.02mm/r。
2)选择钻头磨钝标准及耐用度
根据《切削用量简明手册》查得,钻头后刀面最大磨损量为0.8mm,耐用度T=50min。
3)确定钻削速度V
根据《切削用量简明手册》查得σ=670MPa的HT200的加工性为5类,进给量f=0.20mm/r,主轴转速V=17m/min,n=1082r/min。
根据Z535立式钻床说明书选择主轴实际转速.
(2)基本时间
钻φ8mm的通孔,基本时间为25s辅助工时t=10s
锪沉头孔4xφ8mm孔,基本时间为50s辅助工时t=15s
6.3工序3:
切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量的确定
本工序为车φ122mm的端面。
所选刀具为后角α0=120°,45度车刀,选用CA6140车床。
a:
粗加工切削用量的确定
1)背吃刀量根据加工余量确定。
由资料可知端面加工时一般可取:
ap==(2/3~3/4)Z其中Z为单边加工余量。
因此可知ap=0.7Z。
即:
ap=0.7x4=2.8.
2)进给量f进给量f的选择主要受刀杆、刀片、工件及机床进给机构等的强度、刚性的限制。
实际生产中由查表确定。
查表得:
f=0.4mm。
3)切削速度车削端面时:
刀量确定后由公式可就算得切削速度。
计算公式为:
Vc=(Cr/Tmapxvfyv)×Kv
公式中的系数查表可得:
Cr=235,n=0.20,Xv=0.15,Yv=0.45,Kv=1
则计算得:
端面加工Vc=42m/min
主轴转速n=189.5r/min
(2)基本时间
粗车φ114mm端面Tj1=0.2min
辅助工时t=0.15min
6.4工序4:
切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量的确定
本工序为铣宽为12mm的内圆肋板面。
所选刀具为切槽铣刀,铣刀直径d=6mm,z=10,已知铣削宽度a=12mm故机床选用XA6132卧式铣床。
1)确定每齿进给量f
根据《机械制造技术基础》,用切槽铣刀加工铸铁,查得每齿进给量f=0.52~0.10mm/z、现取f=0.52mm/z。
2)选择铣刀磨损标准及耐用度
根据《机械制造技术基础》,查得用铣刀加工铸铁,铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.20mm,耐用度T=60min。
3)确定切削速度和每齿进给量f
根据《切削用量简明手册》所知,依据铣刀直径d=6mm,铣削宽度a=12mm,耐用度T=60min时查取Vc=98mm/s,n=439r/min,Vf=490mm/s。
根据XA6132型立式铣床主轴转速表查取,nc=300r/min,Vfc=475mm/s。
4)校验机床功率
据资料可知,切削功率的修正系数k=1,则P=2.8kw,P=0.8kw,可知机床功率能满足要求。
(2)基本时间
根据资料所知高速钢圆柱铣刀铣面基本时间为:
T基本=0.25min
辅助工时t=0.10min
6.5工序5切削用量及基本时间的确定
本工序为钻2×M4—7H的底孔和钻φ10通孔
(1)切削用量
刀具选用高速钢复合钻头,使用切削液
1)确定进给量f
由于孔径和深度都不是很大,宜采用手动进给,fz=0.02mm/r。
2)选择钻头磨钝标准及耐用度
根据《切削用量简明手册》查得,钻头后刀面最大磨损量为0.8mm,耐用度T=50min。
3)确定钻削速度V
根据《切削用量简明手册》查得σ=670MPa的HT200的加工性为5类,进给量f=0.20mm/r,主轴转速V=17m/min,n=1082r/min。
根据Z535立式钻床说明书选择主轴实际转速.
(2)基本时间
钻φ10mm的通孔,基本时间为25s辅助工时t=10s
钻2xM4mm的通孔,基本时间为20s辅助工时t=10s
6.6工序6-7的切削用量及基本时间的确定
本工序为攻孔M5mm、M4mm螺纹。
(1)切削用量
刀具选用锥柄阶梯麻花钻,直径d1=4mm、d2=3mm,以及机用丝锥。
钻床选用Z525卧式钻床,使用切削液。
对于M5mm:
1)确定进给量f
由于孔径和深度都不大,宜采用手动进给。
2)选择钻头磨钝标准及耐用度
根据《切削用量简明手册》,钻头后到面最大磨损量为0.6mm,耐用度T=20min。
3)确定切削速度V
根据《切削用量简明手册》,=670MPa的HT200的加工性为5类,进给量可取f=0.16mm/r,V=13m/min,n=1063r/min,根据Z525卧式钻床说明书选择主轴实际转速。
(2)基本时间的计算
1)基本时间攻φ5mm螺纹孔,攻丝,基本时间为45s.
辅助工时大约
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