设计说明书HTF4R锁轴锻模型腔的模型加工工艺及数控程序设计.docx
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设计说明书HTF4R锁轴锻模型腔的模型加工工艺及数控程序设计
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摘要
本文主要介绍了HT-F4R锁轴锻模型腔的模型、加工工艺及数控程序设计,开篇首先介绍了数控技术的概述,紧接着应用UG软件设计出锻模型腔,然后对锻模型腔零件图进行工艺分析,确定零件的毛坯、定位基准、装夹方式、刀具、量具、切削用量等等,再制定出合理的加工方案,并制定相关的工艺文件,最后编制出零件的加工程序,在编制程序时运用了自动编程的方法编制,自动编程的应用大大减少了编程时的计算量,同时也使得程序更加准确无误。
关键词:
工艺分析、装夹方案、工艺流程、自动编程
1绪论
1.1数控机床的产生和发展
随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家投入巨资,对现代制造技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。
在现代制造系统中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上,CAD/CAM与数控系统集成为一体,机床联网,实现了中央集中控制的群控加工。
1.2本课题的主要内容及任务
1)主要内容
本文主要讲述了HT-F4R锁轴锻模型腔的模型、加工工艺及数控程序设计,如毛坯的选择、定位基准的选择、装夹方式的选择、刀具及量具的选择、切削参数的选择等相关问题,在分析完这些问题后,制定出合理的加工方案,并制定相关工艺文件,编制出零件的数控加工程序。
2)主要任务
①查阅技术资料,分析HT-F4R锁轴锻件的零件图及技术要求。
②分析HT-F4R锁轴锻模型腔的造型过程,应用UG软件设计锻模型腔的三维模型对零件进行工艺分析。
③应用UG软件将锻模型腔三维模型生成二维工程图。
④分析锻模型腔的加工方案、工艺路线、加工参数。
⑤编制锻模型腔的加工工艺及数控加工程序。
2HT-F4R锁轴锻模型腔的设计
2.1分形面的选择
……………………
2.2型腔设计步骤
……………………
3HT-F4R锁轴锻模型腔的工艺规程设计
3.1型腔零件的工艺分析
如图3.1所示为上章节所设计的型腔零件三维图,图3.2为型腔零件的工程图。
图3.1型腔三维图
图3.2型腔工程图
由图分析得知:
(1)零件涉及到型腔铣削加工,且腔内的表面粗糙度要求较高,型腔曲面复杂且不规则,在加工时需要在数控机床上进行粗加工、半精加工、精加工,最后再进行抛光等多道工序进行。
(2)零件的六面的表面粗糙度要求较高,其中型腔上表面的结合面的表面粗糙度的要求最高,该面需要与型芯进行配合,已确保加工出的产品表面更加光滑,接痕小。
面的加工时需要进行粗铣、精铣加工等工序。
3.2毛坯的选择
3.2.1毛坯的制造形式
毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:
铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。
(一)铸件
对形状较复杂的毛坯,一般可用铸造方法制造。
目前大多数铸件采用砂型铸造,对尺寸精度要求较高的小型铸件,可采用特种铸造,如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。
(二)锻件
锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。
因此锻件的力学性能较好,常用于受力复杂的重要钢质零件。
其中自由锻件的精度和生产率较低,主要用于小批生产和大型锻件的制造。
模型锻造件的尺寸精度和生产率较高,主要用于产量较大的中小型锻件。
(三)型材
型材主要有板材、棒材、线材等。
常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。
就其制造方法,又可分为热轧和冷拉两大类。
热轧型材尺寸较大,精度较低,用于一般的机械零件。
冷拉型材尺寸较小,精度较高,主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。
(四)焊接件
焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。
其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。
但其抗振性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。
(五)其它毛坯
其它毛坯包括冲压件,粉末冶金件,冷挤件,塑料压制件等。
3.2.1毛坯的尺寸确定
毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:
铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。
该型腔零件为板材零件,其毛坯的制造形式可选择为锻造成型,材料为40Cr,毛坯尺寸定为205×135×65mm。
3.3定位基准的选择
选择工件的定位基准,实际上是确定工件的定位基面。
根据选定的基面加工与否,又将定位基准分为粗基准和精基准。
在起始工序中,只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准,这种基准称为粗基准。
用加工过的表面作为定位基准,则称为精基准。
在选择定位基准时,是从保证工件精度要求出发的,因此分析定位基准选择的顺序应为从精基准到粗基准。
(1)精基准的选择原则
选择精基准时,应能保证加工精度和装夹可靠、方便,可按照基准重合、基准统一、自为基准、互为基准、便于装夹等原则进行选择。
根据其原则,确定该零件的精基准为零件的外轮廓及底面。
(2)粗基准的选择原则
选择粗基准要求应能保证加工面与不加工面之间的位置要求并合理分配加工面的余量,同时要为后续工序提供精基准,可按照非加工表面、加工余量最小、重要表面、不重复使用、便于工件装夹等原则进行选择。
根据其原则,确定该零件的粗基准为毛坯外边及底面。
3.4工艺路线的拟定
工序1:
制造毛坯205×135×65mm板块。
工序2:
铣削底面、外轮廓。
工步1:
粗铣底面;
工步2:
精铣底面;
工步3:
粗铣外轮廓;
工步4:
精铣外轮廓;
工序3:
铣削上表面、型腔。
工步1:
粗铣上表面;
工步2:
精铣上表面;
工步3:
粗铣型腔;
工步4:
半精铣型腔残料;
工步5:
精铣腔内小凸台平面;
工步6:
精铣型腔成型面;
工步7:
精铣中间连接杆成型圆弧曲面;
工序4:
抛光成型面。
工序5:
检验。
工序6:
去毛刺。
工序7:
装配试模。
3.5机床及刀具的选择
3.5.1机床的选择
数控铣床加工中心加工柔性比普通数控铣床优越,有一个自动换刀的伺服系统,对于工序复杂的零件需要多把刀加工,在换刀的时候可以减少很多辅助时间,很方便,而且能够加工更加复杂的曲面等工件。
因此,提高加工中心的效率便成为关键,而合理运用编程技巧,编制高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
综合以上因素,选择KVC650加工中心,参数如下:
工作台面尺寸
(长×宽)
405×1307(mm)
主轴锥孔/刀柄形式
24ISO40/BT40(MAS403)
工作台最大纵向行程
650mm
主配控制系统
FANUC0iMate-MC
工作台最大横向行程
450mm
换刀时间(s)
6.5s
主轴箱垂向行程
500mm
主轴转速范围
60—6000(r/min)
工作台T型槽
(槽数-宽度×间距)
5-16×60mm
快速移动速度
10000(mm/min)
主电动机功率
5.5/7.5(kw)
进给速度
5—800(mm/min)
脉冲当量(mm/脉冲)
0.001
工作台最大承载(kg)
700kg
机床外形尺寸
(长×宽×高)(mm)
2540mm×2520mm×2710mm
机床重量( kg)
4000kg
3.5.2加工刀具的选择
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考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
根据零件的结构特点、加工余量、尺寸精度及表面粗糙度等技术要求,确定该零件的刀具如表3-1所示。
表3-1就是该零件加工所需要用到的所有刀具。
表3-1数控加工刀具卡片
工序号
刀具号
刀具名称
刀具规格
刀具材料
加工表面
2
T01
面铣刀
Φ50mm
YT15
铣底面
T02
立铣刀
Φ20mm
YT15
粗铣外轮廓
T03
立铣刀
Φ16mm
YT15
精铣外轮廓
3
T01
面铣刀
Φ50mm
YT15
铣上表面
T02
圆鼻刀
Φ8×R0.5mm
YT15
粗铣型腔
T03
圆鼻刀
Φ4×R0.2mm
YT15
半精铣型腔残料
T04
平底刀
Φ5mm
YT15
精铣腔内小凸台平面
T05
圆鼻刀
Φ2×R0.2mm
YT15
精铣型腔成型面
T06
球刀
Φ2×R1
YT15
精铣中间连接杆成型圆弧曲面
3.6切削用量的选择
铣削用量的选择原则是:
“在保证加工质量的前提下,充分发挥机床工作效能和刀具切削性能”。
在工艺系统刚性所允许的条件下,首先应尽可能选择较大的铣削深度ap和铣削宽度ac;其次选择较大的每齿进给量fz;最后根据所选定的耐用度计算铣削速度vc。
(1)铣削深度ap和铣削宽度ac的选择
对于端铣刀,选择吃刀量的原则是:
当加工余量≤8mm,且工艺系统刚度大,机床功率足够时,留出半精铣余量0.5~2mm以后,应尽可能一次去除多余余量;当余量>8mm时,可分两次或多次走刀。
铣削宽度和端铣刀直径应保持以下关系:
d0=(l.l~1.6)ac(mm)
对于圆柱铣刀,铣削深度ap应小于铣刀长度,铣削宽度ac的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。
(2)进给量的选择
每齿进给量fz是衡量铣削加工效率水平的重要指标。
粗铣时fz主要受切削力的限制,半精铣和精铣时,fz主要受表面粗糙度限制。
表3.2 每齿进给量fz的推荐值mm/z
工件材料
工件硬度
HBS
硬质合金
高速钢
面铣刀
三面刃铣刀
圆柱铣刀
立铣刀
面铣刀
三面刃铣刀
低碳钢
<150
150~200
0.20~0.40
0.20~0.35
0.15~0.30
0.12~0.25
0.12~0.20
0.12~0.20
0.04~0.20
0.03~0.18
0.15~0.30
0.15~0.30
0.12~0.20
0.10~0.15
中、高碳钢
120~180
180~220
220~300
0.15~0.50
0.15~0.40
0.12~0.25
0.15~0.30
0.12~0.25
0.07~0.20
0.12~0.20
0.12~0.20
0.07~0.15
0.05~0.20
0.04~0.20
0.03~0.15
0.15~0.30
0.15~0.25
0.10~0.20
0.12~0.20
0.07~0.15
0.05~0.12
铝镁合金
95~100
0.15~0.38
0.125~0.30
0.15~0.20
0.05—0.15
0.20~0.30
0.07~0.20
注:
表中小值用于精铣,大值用于粗铣
(3)铣削速度vc的确定
铣削速度的确定可查铣削用量手册,如《机械加工工艺手册》第l卷等
综上所述,该零件的铣削用量如工序卡所示。
3.7工艺卡片的制定
3.7.1工艺过程卡
(工厂名)
综合工艺过程片卡
产品名称及型号
零件名称
型腔
零件图号
材料
名称
45钢
毛坯
种类
型材
零件重量
毛重
牌号
尺寸
205×135×65mm
净重
性能
每料件数
工序号
工序内容
加工车间
设备名称及编号
夹具
1
制造毛坯205×135×65mm板块
2
铣削底面、外轮廓
金工
铣削加工中心
工艺磁台
3
铣削上表面、型腔
金工
铣削加工中心
虎钳
4
抛光成型面
5
检验
6
去毛刺
钳工
7
装配试模
编制
抄写
校对
审核
批准
3.7.2数控加工工序卡
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
2
O0001
工艺磁台
数控车床
工步号
工步内容
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
备注
1
粗铣底面
T01
Φ50mm面铣刀
600
200
2
自动
2
精铣底面
T01
Φ50mm面铣刀
1000
300
0.5
自动
3
粗铣外轮廓
T02
Φ20mm立铣刀
1200
150
2
自动
4
精铣外轮廓
T03
Φ16mm立铣刀
1500
120
0.5
自动
编制
抄写
校对
审核
批准
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
3
O0002
虎钳
数控车床
工步号
工步内容
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
备注
1
粗铣上表面
T01
Φ50mm面铣刀
600
200
2
自动
2
精铣上表面
T01
Φ50mm面铣刀
1000
300
0.5
自动
3
粗铣型腔
T02
Φ8×R0.5mm圆鼻刀
3800
1200
1
自动
4
半精铣型腔残料
T03
Φ4×R0.2mm圆鼻刀
4000
1500
0.2
自动
5
精铣腔内小凸台平面
T04
Φ5mm平底刀
3500
1500
2
自动
6
精铣型腔成型面
T05
Φ2×R0.2mm圆鼻刀
4800
2000
0.2
自动
7
精铣中间连接杆成型圆弧曲面
T06
Φ2×R1球刀
4800
2000
0.2
自动
编制
抄写
校对
审核
批准
4HT-F4R锁轴锻模型腔的数控加工编程
4.1软件的选择
选择MasterCAMX5软件进行造型及编程。
Mastercam是一套全面服务于制造业的数控加工软件,它包括设(Design)、车削(Lathe)、铣削(Mill)与线切割(Wire)四个模块。
其中设计模块主要用于绘图和加工零件造型;车削模块主要用于生成车削加工刀具路径;铣削模块主要用于生成铣削加工的刀具路径;线切割模块主要用于生成电火花与线切割的加工路径。
其中后三个模块内也包括设计模块中的完整设计功能。
Mastercam的铣削功能模块(Mill)是在生产实践中运用得最多最广泛的数控编程模块。
它主要的功能有:
具有完整的曲线曲面建模功能,便于建立2D、3D几何模型;能高效地编制各种铣削加工程序;用它可快速设计加工零件,还可以组织、管理相关的文档;Mastercam的数据转换器,可与任何CAD系统交换数据,这些转换器包括:
Ascii、STEP、Autodesk、IGES、Parasld、STL、VDA、SAT、ProE等。
4.2工件的导入及加工曲面的生成
由于型腔是由UG软件绘制而成,不能直接在Mastercam软件中打开,需要先在UG软件中将型腔转换为中转格式,常见的格式有【.STP】、【.IGS】、【.X_T】等格式文件,这里我们随意选择一种格式即可,如.X_T文件。
4.2.1工件的导入
首先打开Mastercamx5软件,其界面如图4-1所示。
在界面中,单击工具菜单栏中的【文件】菜单下的【打开】,将弹出如图4-2所示对话框,在对话框中的【文件类型】选项中,选择【*.X_T】格式的文件,然后在查找框中,找到文件的存放路径,即可将文件打开了。
打开后将看到如图4-3所示实体模型。
图4-1Mastercamx5工作界面
图4-2打开文件对话框
图4-3打开后的型腔实体
4.2.2加工曲面的生成
单击文件菜单下的【绘图】→【曲面】→【由实体生成曲面】,然后拾取所实体模型,将得到如图4-4所示曲面。
图4-4加工曲面
4.3刀路设计前的准备
4.3.1机床的选择
单击【机床类型】,选择下面的【铣床】,型号选择【默认】即可。
设置完毕后将在特征树操作栏中看到如图4-5所示操作选项。
图4-5操作面板
4.3.2毛坯的设定
单击【材料设置】,将弹出如图4-6所示对话框,在对话框中【边界盒】,将弹出如图4-7所示对话框,在图4-7的对话框中设置X、Y、Z的余量为2.5,然后单击【√】按钮确认选择,将在工作区域看到如图4-8所示毛坯。
图4-6材料设置对话框图4-7边界盒选项对话框
图4-8加工毛坯示意图
4.3.3刀具的设置
选择【刀具路径】→【刀具管理器】,将得到如图4-9所示的对话框,然后我们将表3-1中的刀具依次添加到刀具管理器当中。
图4-9刀具管理器
4.4加工刀路的设计
4.4.1铣面的刀路设计
(1)单击【刀具路径】→【平面铣】,根据提示,拾取轮廓线200×130矩形,单击√确认选择,将跳出如图4-10所示的平面加工刀具路径参数设置界面,在界面中,首先选择第一把面铣刀,将其“进给速率”设置为200,主轴转速600,下刀速率50,单击“十字架”应用选择。
图4-10平面加工参数设置
(2)单击【共同参数】,将里面的数据设置成如图4-11所示。
图4-11共同参数设置
(3)设置完毕后,单击右下角的√按钮确认设置,将得到如图4-12所示的刀路。
图4-12铣面刀具路径
4.4.2铣外轮廓的刀路设计
(1)单击【刀具路径】→【外形铣削】,根据提示,拾取轮廓线200×130矩形,单击√确认选择,将跳出如图44-13所示的外形加工刀具路径参数设置界面,在界面中,首先选择第2把平底刀,将其“进给速率”设置为150,主轴转速1200,下刀速率50,单击“十字架”应用选择。
图4-13外形铣削刀具设置参数
2)单击【深度切削】选项,将“最大粗切步进量”设为5。
3)单击【共同参数】选项,将其参数设置为如图4-14所示。
图4-14共同参数设置
(4)设置完毕后,单击右下角的√按钮确认设置,将得到如图4-15所示的刀路。
图4-15铣外轮廓的刀具路径
4.4.3粗铣型腔的刀路设计
(1)单击【刀具路径】→【曲面粗加工】→【粗加工挖槽加工】,根据提示,拾取如图4-16所示曲面,按下回车键,确认选择;将弹出如图4-17所示的对话框,在对话框中选择【边界范围】,拾取矩形200×130,单击√确认选择,将跳出如图4-18所示的曲面粗加工挖槽加工刀具路径参数设置界面,在界面中,首先选择第2把8mm的圆鼻刀,将其“进给速率”设置为1200,主轴转速3800,下刀速率500,单击“十字架”应用选择。
图4-16拾取挖槽曲面图4-17边界曲线拾取
图4-18曲面粗加工挖槽参数设置对话框
(2)单击【曲面加工参数】选项,设置如图4-19所示参数。
图4-19曲面加工参数设置
(3)单击【粗加工参数】选项,设置如图4-20所示参数。
图4-20粗加工参数设置
(4)单击“挖槽参数”选项,设置如图4-21所示参数。
图4-21挖槽参数设置
(5)设置完毕后,单击右下角的√按钮确认设置,将得到如图4-22所示的刀路。
图4-22粗铣型腔的刀具路径
4.4.4半精铣型腔残料的刀路设计
单击【刀具路径】→【曲面粗加工】→【粗加工残料加工】,根据提示依次进行拾取曲面→设置刀具→设置加工参数等操作,设置方法与前面的曲面加工方法设置类似,这里就不再进行详细的介绍了,设置完后最后得到如图4-23所示加工刀路。
图4-23半精铣型腔残料的刀具路径
4.4.5精铣腔内小凸台平面的刀路设计
单击【刀具路径】→【曲面精加工】→【精加工浅平面加工】,根据提示依次进行拾取加工曲面→设置刀具→设置加工参数等操作,设置方法与前面的曲面加工方法设置类似,这里就不再进行详细的介绍了,设置完后最后得到如图4-24所示加工刀路。
图4-24精铣腔内小凸台平面的刀具路径
4.4.6精铣型腔成型面的刀路设计
单击【刀具路径】→【曲面精加工】→【精加工等高外形加工】,根据提示依次进行拾取加工曲面→设置刀具→设置加工参数等操作,设置方法与前面的曲面加工方法设置类似,这里就不再进行详细的介绍了,设置完后最后得到如图4-25所示加工刀路。
图4-25精铣型腔成型面的刀具路径
4.4.7精铣中间连接杆成型圆弧曲面的刀路设计
单击【刀具路径】→【曲面精加工】→【精加工流线加工】,根据提示依次进行拾取加工曲面→设置刀具→设置加工参数等操作,设置方法与前面的曲面加工方法设置类似,这里就不再进行详细的介绍了,设置完后最后得到如图4-26所示加工刀路。
图4-26精铣中间连接杆成型圆弧曲面的刀具路径
4.4.8刀路汇总
所有刀路设计完成后,单击图4-5中的特征树中的【
】按钮,全选所有刀路,然后单击【
】按钮显示刀路路径,将得到所有的刀路汇总如图4-27所示。
图4-27所有加工刀路汇总
4.5后处理设置(加工程序的生成)
单击图4-5的特征树操作面板中的【
】后处理设置按钮,将跳出如图4-28所示对话框。
图4-28后处理程式对话框
直接按√确认,然后选择要保存的目录,将该NC文件保存到你的电脑盘中,最后系统将会自动打开该零件的加工程序,如图4-29所示。
图4-29后处理程序编辑器
零件最后的加工程序请参考附件。
4.6仿真模拟加工
单击操作面板中如图4-30所示的按钮全选所有刀具路径,然后单击
按钮进入仿真界面,如图4-31所示。
图4-30操作面板
图4-31仿真操作面板
单击播放按钮
进行播放,得到的仿真图如下所示。
图4-32工序2加工后的仿真效果图
图4-33工序3加工后的仿真效果图
设计总结
本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术,从分析设计到计算、操作得到成品,同时本次选题提供了自主学习,自主选择,自主完成的机会。
毕业设计有实践性,综合性,探索性,应用性等特点,通过对该零件的加工设计,使自己能够运用UG软件进行实体绘制,并能够完成HT-F4R锁轴锻模型腔的模型、加工工艺及数控程序设计,对刀具路径有了更深一步的理解。
这次毕业设计,给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。
除了对自动编程的熟练掌握之外,还需要你掌握零件工艺方面的知识,对于夹具的选择,切削参数的设定我们必须十分清楚。
在上机操作时,我们只有练习各功能键的作用,在编程时才得心应手。
因此,我总结出一个结论“理论是指导实践的基础,只有不断在实践中总结验,并对先前的理论进行消化和创新,自己的水平会很快的提高”。
本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在老师的悉心指导下完成的。
在毕业论文的完成过程中倾注了老师大量的心血,因此,在论文完成之际,特向我尊敬的老师表示衷心的感
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- 设计 说明书 HTF4R 锻模 模型 加工 工艺 数控 程序设计