机械制造与自动化专业纺织机底座的编程及加工设计.docx
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机械制造与自动化专业纺织机底座的编程及加工设计
纺织机底座的编程及加工设计
目录
一、摘要4
二、零件分析5
三、毛坯选择6
3.1确定毛坯6
3.2毛坯尺寸及铸件机械加工余量7
四、工艺规程设计7
4.1、定位基准的选择7
4.2、制订工艺路线8
4.3机械加工工序9
4.4确定加工工艺及加工设备9
五、装夹方式的选择10
六、刀具选择11
6.1刀具材料选择11
6.2刀具长度尺寸的确定12
6.3削用量选择12
七、程序及仿真16
八、致谢词20
九、参考文献21
附录22
附件
(一)
一、摘要
加工中心是具备有刀库,具有自动换刀功能,能对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。
加工中心是高度机电一体化的产品,工件装夹后,数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具,自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等,可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。
因而大大减少了工件装夹时间,测量和机床调整等辅助工序时间,对加工形状比较复杂,精度也能达到较高要求,品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。
另外加工中心可自动编程,适用范围广。
对此纺织机底座零件根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度需确定毛坯的尺寸和机械加工余量。
然后再根据定位基准和工艺设计,制定该工件的加工方案.采用加工中心对底座零件进行钻、镗、铣、铰等加工。
关键词:
底座零件;加工中心;工艺设计
二、零件分析
图2.1零件正面
图2.2底座底面
从零件图纸上,分析得出,该零件结构尺寸完整,标注正确。
该零件为支撑纺织机底座,起支撑整个纺织机的作用,保证了纺织机的正常运转,同时还能适当的减轻整个机器运转时产生的强烈震动和噪声,有效地延长了纺织机的寿命。
该零件的主要表面特征有:
Φ90的凸台、Φ76和Φ70的凹槽、8×Φ7孔的内表面、4×Φ14的孔及8×Φ12的孔组成.Φ90的凸台尺寸公差为Φ90f8(
)、底座底面、端面、顶面的精度值为Ra3.2,Φ76的凹槽、8×Φ7孔的内表面、4×Φ14的孔的孔,其精度值皆为Ra12.5。
零件上阶梯面与底面A的平行度为0.06,Φ90凸台的外表面B与底面A的垂直度为0.06,8×Φ7孔与Φ90凸台的外表面B的位置度为Φ0.25。
Φ76的凹槽和Φ90凸台的外表面的倒角皆为45°。
三、毛坯选择
3.1确定毛坯
从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作。
根据载荷的大小和性质,应力的大小、性质及其分布状况,该零件为纺织机底座承受压缩载荷较大,可选铸铁为毛坯。
选取原因:
(1)载荷的大小和性质,应力的大小、性质及其分布状况:
纺织机底座承受压缩载荷的零件应选铸铁。
(2)零件的工作条件:
纺织机机器运转时产生的强烈震动和噪声,铸铁材料吸振性能好,能够使纺织机器在工作时从一定程度上缓解强烈震动和降低噪声,改善工作环境。
(3)零件的尺寸及质量:
该零件外结构复杂,组成表面结构特征较多,尺寸较大,应选用适合铸造的材料,可选择HT。
(4)经济性:
从零件尺寸及质量,该零件尺寸较大、质量大,为了减少材料的浪费和减少材料去除量,可用铸造毛坯。
综上所述:
毛坯选用HT200铸件,铸件为130x130x30的长方体,铸件结束后,毛坯会有残余应力,还应对毛坯安排人工高温时效,其工艺一般采用:
加热至500℃~550℃保温2h,以不高于30℃/h随炉冷却,200℃左右出炉空冷。
即铸造成型后,对铸件进行退火处理,可消除铸造后产生的铸造应力,提高材料的综
合力学性能。
该纺织机底座在工作过程中承受冲击载荷,和各种应力作用,故采用热处理退火,淬火,回火处理才可满足零件的加工要求。
生产类型为中批生产,选择木摸机械砂型铸件毛坯。
3.2毛坯尺寸及铸件机械加工余量
为能保证达到图样上所规定的精度和表面粗糙度值要求,需确定毛坯尺寸和机械加工余量。
通过查表“铸件机械加工余量GB/T11350-89”见附录得:
基本尺寸
尺寸铸造公差等级 CT
加工余量
毛坯尺寸
122mm
CT14
8mm
130mm
122mm
CT14
8mm
130mm
25mm
CT14
5mm
30mm
四、工艺规程设计
4.1、定位基准的选择
定位基准选择的好坏,不仅影响零件加工的位置精度,而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。
合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提,还能简化加工工序,提高加工效率。
否则加工工艺过程中会问题百出更有甚者还会造成零件大批保废,是生产无法正常进行。
本零件加工中选用的基准如下:
(1)粗基准:
底平面,用来加工另一底面,并作为后续加工基准。
(2)精基准:
以粗加工后的底座四周面为主要的定位精基准,即以纺织机底座的四周面为精基准。
底座四周面结构简单便于装夹。
有以下优势:
1)基准重合原则:
加工基准、定位基准、测量定位基准三者统一;2)便于装夹的原则;3)便于的加工原则。
批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下,保证对刀的可能性和方便性。
综上所述,故选择纺织机底座表面为粗基准,以此加工纺织机底座四周面;选择纺织机底座四周表面为精基准,以此加工纺织机底座底面以及其它表面。
4.2、制订工艺路线
加工方法的选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求,由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多,因而在实际选择时,要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差等要求全面考虑。
通过以上数据分析,考虑加工的效率和加工的经济性,根据各机床加工精度最理想的加工方式为铣削、镗和钻。
因为铣床加工精度一般为IT9~IT8,表面粗糙度为Ra6.3~Ra1.6.镗床加工精度一般为IT9~IT8,表面粗糙度为Ra20~Ra6.3。
钻床用于钻孔加工精度可达IT13~IT11,表面粗糙度Ra80~Ra20;用于扩孔精度达IT10,表面粗糙度Ra10~Ra5.;用于铰孔精度可达IT7,表面粗糙度Ra5~ra1.25。
磨床加工精度一般为IT6~IT5,表面粗糙度为Ra0.8~Ra0.1.
刨床加工精度为IT9~IT8,表面粗糙度为Ra25~Ra1.6.一般车床的加工精度可达IT8~IT7,表面粗糙度为Ra25~Ra1.6.能达到加工要求。
根据纺织机座零件图上的各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度及加工零件的外形和材料等条件,确定加工件各表面的加工方法,如下表所示:
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
122X122顶面
IT10
3.2
粗铣-半精铣
Φ14上端面
IT10
3.2
粗铣-半精铣
底座的底面
IT10
3.2
粗铣-半精铣
Φ70的凹槽
IT10
3.2
粗铣-半精铣
Φ76的凹槽
IT10
12.5
粗铣-精镗
Φ7的上端面
IT10
3.2
粗铣-半精铣
Φ14的孔
IT10
12.5
钻-铰
Φ12的孔
IT10
12.5
钻-铣
Φ7的孔
IT10
12.5
钻-铰
4.3机械加工工序
(1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准——纺织机座底端面和φ14的孔。
(2)遵循“先粗后精”原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。
(3)遵循“先面后孔”原则,先加纺织机座上端面,再加工φ14的孔。
辅助工序
在半精加工后,安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述,该纺织机底座工序的安排顺序为:
热处理——基准加工——粗加工——精加工。
4.4确定加工工艺及加工设备
根据以上机械加工工序、辅助工序、各表面的加工方法。
及考虑加工中心是高度机电一体化的产品,工件装夹后,数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具,自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等,可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。
因而大大减少了工件装夹时间,测量和机床调整等辅助工序时间,对加工形状比较复杂,精度也能达到较高要求,品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。
加工中心精度较高,能够达到铣床、镗床和钻床要求。
用于此零件加工更能减少机床数目,达到加工要求。
又能减少工件装夹时间及次数,避免重复使用同一基准,会造成定位误差相当大。
提高了经济效益。
故确定加工设备和工艺装备如下:
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
1
取料
2
热处理
2
粗铣
粗铣122X122底面及70的凹槽
加工中心
端铣刀、游标卡尺
3
半精铣
半精底面以达到精度要求
加工中心
端铣刀、游标卡尺
4
粗铣
粗铣122X122顶面
加工中心
端铣刀、游标卡尺
5
半精铣
半精顶面以达到精度要求
加工中心
端铣刀、游标卡尺
6
粗铣
底座四周面及倒角
加工中心
端铣刀、游标卡尺
7
精铣
底座四周面及倒角
加工中心
端铣刀、游标卡尺
8
粗铣
粗铣Ø90的内外圆
加工中心
端铣刀、游标卡尺
9
半精铣
半精铣上端面达到精度要求
加工中心
端铣刀、游标卡尺
10
粗铣
粗铣底座上阶梯面
加工中心
端铣刀、游标卡尺
11
粗铣
粗铣端面Φ76的槽
加工中心
端铣刀、游标卡尺
12
精铣
精铣端面Φ76的槽
加工中心
端铣刀、游标卡尺
13
钻
钻Φ14孔
加工中心
麻花钻、铰、卡尺、塞规
14
钻
钻Φ7的孔
加工中心
麻花钻、铰、卡尺、塞规
15
扩
扩Φ7的孔为Φ12的孔
加工中心
铰、卡尺、塞规
16
去毛刺
去毛刺
钳工台
17
检验
检验
塞规、卡尺、百分表等
五、装夹方式的选择
经综合分析:
该零件形状规则,尺寸、结构规范。
考虑生产类型为中批生产。
根据前面定位基准的选择,决定选择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。
装夹时先以四周面为基准加工上下底面,再以加工好的底面为基准加工四周面,最后用四周面为基准加工Φ90的凸台、孔及Φ76的凹槽。
故选用虎钳装夹四周面加工上下底面。
因在机床加工中,对于形状规则,尺寸、结构规范的零件,在粗加工,半精加工和精度要求不高时,机用虎钳装夹点快捷优点极为合适。
图5.1
用压板安装工件加工四周面。
因为压板对于尺寸较大的或形状比较复杂的工件进行安装有较好效果。
图5.2图5.3
最后用虎钳装夹四周面加工Φ90的凸台、孔及Φ76的凹槽。
六、刀具选择
6.1刀具材料选择
由于该零件为HT200,其材料具有较强的强度、耐磨性、耐热性及减振性,有较大应力承受能力和耐磨性能。
故可使用硬质合金刀具,因为硬度高(86~93HRA,相当于69~81HRC);热硬性好(可达900~1000℃,保持60HRC);耐磨性好。
硬质合金刀具比高速钢切削速度高4~7倍,刀具寿命高5~80倍。
制造模具、量具,寿命比合计工具钢高20~150倍。
可切削50HRC左右的硬质材料。
满足零件要求。
6.2刀具长度尺寸的确定
刀具长度一般是指主轴端面至刀尖的距离。
其中包括刀柄和刀具两部分。
刀具长度的确定原则是:
在满足各个部位加工要求的前提下,尽量减小刀具长度,以便提高工具系统的刚性。
刀具长度的确定是根据工件尺寸、工件在机床工作台上的装夹位置以及机床主轴端面距工作台面或距工作台中心的最大、最小距离等条件来决定的。
据刀具选取的最小长度为:
TL=A–B–N+L+T1+Z0
式中;TL——刀具长度;A——主轴端面至工作台中心最大距离;B——主轴在Z向的最大行程;N——加工表面距工作台中心距离;L——工件的加工深度尺寸;T1——钻头尖端锥度部分长度,一般取T1=0.3d(d为钻头直径);
Z0——刀具切出工件的长度,一般取Z0=3~8mm。
取A–B–N为90,L在25以下,故刀具长度120其可以达到尺寸要求。
6.3削用量选择
根据切削用量简明手册
(1)切削速度计算公式:
铣削速度:
(m/min)
进给速度:
(mm/min)
F——进给速度mm/min
n——工件或刀具转速r/min
f——进给量mm/r故按照公式计算,得粗铣平面进给速度F=800mm/min;半精铣平面进给速度F=1000mm/min;粗铣凸台凹槽的进给速度F=1000mm/min;半精铣凸台的进给速度F=1000mm/min;精铣凹槽的进给速度F=1200mm/min
(2)孔加工公式同上。
故按照公式计算,得钻孔进给速度F=600mm/min;扩孔进给速度F=150mm/min;绞孔进给速度F=300mm/min
(3)背吃刀量
对于端铣刀的背吃刀量计算。
一般加工余量小于6mm的时候,可以一次进给来切除全部余量,如果在需要精铣的情况下,可以分为多次进给,最后一次背吃刀量可以取1mm。
背吃刀量是在铣削时工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离,大小为Ap=Dw-Dm(Dw为工件待加工表面的尺寸单位为mm,Dm为工件已加工表面的尺寸单位为mm),如果程序设计中设定每刀的切削深度为1mm,那么计算得背吃刀量为1。
确定刀具卡如下;
刀具卡片
序
号
刀具号
刀具
加工内容
规格名
称
数量
刀长
材料
1
T1
Φ60面铣刀
1
120
硬质合金
铣30X130X130上下底面及Φ70凹槽
2
T2
Φ12立铣刀
1
120
硬质合金
铣122122X122四周面及倒角
3
T3
Φ12麻花钻
1
120
硬质合金
钻4-Φ14孔
4
T4
Φ14铰刀
1
120
硬质合金
绞4-Φ14孔
5
T5
Φ6麻花钻
1
120
硬质合金
钻8-Φ7孔
5
T6
Φ7铰刀
1
120
硬质合金
绞8-Φ7
6
T7
Φ8铣刀
1
120
硬质合金
扩出8-Φ12孔
7
T8
Φ10铣刀
1
120
硬质合金
Φ90凸台Φ76凹槽及上底面
加工工序卡1
零件图号
零件名称
底座零件
使用设备名称
加工中心
使用设备型号
CKA6150
换刀方式
自动换刀
程序编号
O0001
序号
工艺内容
切屑用量
备注
背吃刀量
(mm)
进给速度
(mm/min)
主轴转速
(r/min)
1
粗铣顶面
2
150
800
2
半精铣顶面
0.5
100
1000
3
粗铣底面
2
150
800
4
半精铣底面
0.5
100
1000
5
粗铣Φ70凹槽
2
150
800
6
半精铣Φ70凹槽
1.5
100
1000
7
粗铣四周面及倒角Φ27
2
150
800
8
精铣四周面并倒角Φ27
1.5
100
1000
9
粗铣Φ90外圆面及Φ70凹槽
2
150
800
10
精铣Φ90外圆面及Φ70凹槽
1.5
100
1000
加工工序卡2
零件图号
零件名称
底座零件
使用设备名称
加工中心
使用设备型号
CKA6150
换刀方式
自动换刀
程序编号
O0001
序号
工艺内容
切屑用量
备注
背吃刀量
(mm)
进给速度
(mm/min
主轴转速
(mm/min
1
钻8-Φ7孔
——
——
600
2
铰8-Φ7孔
——
——
150
2
扩Φ7孔及扩Φ12孔
——
——
300
3
钻4-Φ14孔
——
——
600
4
铰4-Φ14孔
——
——
300
七、程序及仿真
UG绘画出零件三维图,进入加工界面。
即单击”开始”选择”加工”.
选择几何视图确定机床坐标系如图
图7.1
指出坐标确定偏置位置,其位置当远离工件即图中三角形位置。
图7.2
单击
设置铣削几何体,由前面毛坯尺寸指定毛坯。
图7.3图7.4
选择创建刀具进入该界面选择刀具设定刀具名称单击‘确定’。
进入刀具设置,根据刀具卡设置,设置第一把刀具Φ60面铣刀相关量后‘确定’。
图7.5图7.6
进入创建操作设置相关数据后‘确定’,进入面‘切削区域’。
确定出切削区域、主轴转速、退刀及进给等相关数据和形式。
最后选择操作生成轨迹,再‘确定’。
图7.7图7.8
进入刀具可视化选2D,单击
,观看仿真视屏再加以改进
,图7.9图7.10
接着以相同方式建各种刀具确定其加工方法及加工平面,生成仿真。
最后综合仿真生成仿真视屏。
导出加工程序见附录。
八、致谢词
毕业论文暂告收尾,这也意味着我在大学学习生活既将结束。
回首既往,自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中,能在众多才华横溢的老师们的熏陶下度过,实是荣幸之极。
在这三年的时间里,我在学习上和思想上都受益非浅。
这除了自身努力外,与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。
我的论文题目是《纺织机底座加工机编程设计》,金万斌老师的谆谆诱导、同学的出谋划策,是我坚持完成论文的动力源泉。
在此,我特别要感谢我的导师金老师。
从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿,从内容到格式,从标题到标点,他都费尽心血。
通过这一阶段的努力,我的毕业论文《纺织机底座加工机编程设计》终于完成了,这意味着大学生活即将结束。
在大学阶段,我在学习上和思想上都受益非浅,这除了自身的努力外,与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
在这里真诚的感谢大家
九、参考文献
《先进制造技术》主编黄宗南,洪跃上海交通大学出版社
《数控机床编程技术》主编董兆伟机械工业出版社
《数控机床》主编李一民副主编杨仙东南大学出版社
《机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书》主编倪森寿北京出版社
《机械制造工艺与装备》主编倪森寿北京出版社
《机械设计手册》(第五版)主编成大先北京化学工业出版社
《机床夹具设计》主编秦宝荣北京中国建材工业出版社
《切削用量手册》主编艾兴,博诗钢北京机械工业出版社
《铸件机械加工余量》主编董兆伟北京中国建材工业出版社
附录
铸件机械加工余量GB/T11350-89
尺寸公差等级 CT
13
14
15
16
加工余量等级 MA
F
G
H
J
H
J
H
J
H
J
基本尺寸
加工余量数值
100
5.5 3.5
6.0 4.0
6.5 4.5
7.5 5.5
7.5 5.0
8.5 6.O
9.0 5.5
10
6.5
11
6.5
12
7.5
>100~160
6.5 4.0
7.0 4.5
8.0 5.5
9.0 6.5
9.0 6.0
10
7.0
1l
7.O
12
8.O
13
8.0
14
9.0
>160~250
7.5 5.0
8.5 6.0
9.5 7.0
11
8.5
1l
7.5
13
9.0
13
8.5
15
10
15
9.5
17
11
>250~400
8.5 5.5
9.5 6.5
1l
8.O
13
10
13
9.0
15
11
15
10
17 12
18
12
20
14
>400~630
10
6.5
11
7.5
13
9.5
16
12
15
11
18
13
17
12
20 14
20
13
23
16
>630~1000
12
7.5
13
9
15
11
18
14
17
12
20
15
20
14
23 17
23
15
26
18
>1000~1600
13
8.5
15
10
17
13
20
16
20
14
23
17
23
16
26 19
27
18
30
21
>1600~2500
L5
10
17
12
20
15
23
18
22
16
2S
19
26
18
29 21
30
20
33
23
>2500~4000
17
11
19
13
22
16
26
20
25
18
29
22
29
20
33 25
35
23
39
27
>4000~6300
20
13
22
15
25
18
30
23
29
20
34
25
33
22
38
27
39
25
44
30
>6300~10000
22
14
25
17
28
20
34
26
32
22
38
28
37
25
43
3l
44
28
50
34
程序:
%
N0010G40G17G90G70
N0020G91G28Z0.0
:
0030T00M06
N0040G0G90X-4.1339Y0.0S800M03
N0050G43Z.7874H00
N0060Z.1181
N0070G1Z0.0F9.8M08
N0080X-2.9528
N0090G2X1.4764Y-2.5572I2.9528J0.0
N0100X-2.9528Y0.0I-1.4764J2.5572
N0110G1X-2.7559
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