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毕业设计说明书
毕业设计说明书
题目椭圆配合件
数控加工工艺分析与编程
专业数控技术
班级
学生姓名
指导教师
2011年11月20日
目录
一、绪论……………………………………………………(3)
二、毕业设计任务书………………………………………(4)
三、二维图…………………………………………………(5)
四、三维图…………………………………………………(7)
五、选择设备………………………………………………(9)
六、零件的工艺分析………………………………………(10)
七、刀具选择………………………………………………(11)
八、工艺路线的确定………………………………………(12)
九、切削用量的选择………………………………………(13)
十、数控加工工艺卡………………………………………(19)
十一、零件装配样图………………………………………(20)
十二、数控仿真加工………………………………………(21)
十三、机加工程序………………………………………(23)
十四、设计小结……………………………………………(26)
附.参考文献……………………………………………(27)
一、绪论
当今世界,工业发达国家对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。
长期以来,欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随微电子、计算机技术的进步,数控机床在20世纪80年代以後加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。
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。
随着科学技术的发展,机械产品的结构越来越合理,其性能,精度和效率势趋提高,更换代频繁,生产类型由大批量生产向多品种,小批量生产转化。
因此,对机械产品的加工相应地提出了高精度,高柔性与高度自动化的要求。
然而,在机械制造工业中,单件及中,小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上,尤其是在造船,航天,机床,重型机械以及国防部门,其生产特点是加工批量小,改型频繁,零件形状复杂和精度要求高。
加工这类产品需要经常改装或调整设备,对于专用化程度很高的自动化机床来说,这种改装和调整甚至是不可能实现的。
数字控制机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。
它极其有效地解决了上述一系列矛盾,为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。
中国加入WTO后,正式参与世界市场激烈竞争,今後如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展,实是紧迫而又艰巨的任务。
根据市场需求和技术发展趋势,我国数控机床重点推进高效、精密为核心的数控机床,加强民展性能、高可靠性数控功能部件,积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础,镄的民展一直备受人们关注。
它开创了机械产品向机电一体化发展的先河,因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。
通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用,促进了数控机床性能和质量的进一步提升,使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。
现代机械制造业的高技术趋势,促进机械制造业发展的有信息技术管理科学、计算机科学、系统科学、经济学、物理学、数学、生物学等机械制造业发展的方向主要是有切削加工技术的研究、精密、超精密加工技术和纳米加工技术的研究、先进制造技术的研究。
目前,数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。
中国作为一个制造大国,主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势,而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。
中国的数控产业不能安于现状,应该抓住机会不断发展,努力发展自己的先进技术,力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变,实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。
数控加工技术是数控专业必须重视的课程。
这次的课题对于数控专业的学生来说是一个对数控加工技术的学习及总结。
课题涉及机械制造基础、机械机构的设计、实体设计软件及仿真软件。
对平时所学的理论知识是一个全面的考核,让学生系统的运用所学知识,让学生更好的掌握知识。
让学生在专业知识上分析问题、解决问题的能力有一定的提高。
二、毕业设计任务书
设计课题:
配合件的组合与加工
用数控加工中心加工完成如图所示零件的加,毛坯外形尺寸为200mmX200mmX31mm和200mm×200mm×25mm,除上表面外的其他表面均已加工,并符合尺寸与表面粗糙度要求,材料为45钢,按图样完成零件节点、基点计算,设定工件坐标系,制定正确的工艺方案,(包括定位、夹紧方案和工艺路线),选择合理的刀具和切削工艺参数,完成工程图、立体图、编写数控加工程序,加工实物。
三、二维图
件a
件b
四、三维图
零件a
零件b
五、选择设备
1、数控机床规格的选择
①数控坐标的行程范围--与加工工件最大尺寸有关
②主轴电机的功率--与机床切削能力有关
③机床工作台面的尺寸及承重范--与工件尺寸、工件的装夹有关
2、数控机床精度的选择
数控机床的精度等级可分为普通型和精密性两种,关键精度的项目有:
几何精度、定位精度和切削精度。
3、数控系统的选择原则
①根据数控机床的类型来选择
②根据数控机床的主要使用指标来选择
③根据数控机床的性能来合理选择CNC系统的功能
④综合考虑所需要的系统功能
4、数控机床功能的选择和附件的选择
①根据负载条件来选择进给驱动伺服电动机
②主轴电动机的选择
③附件及功能的选择
加工平面凸凹轮廓配合零件的数控铣削,一般采用两轴以上联动的数控铣床,因此首先要考虑的是配合零件的外形尺寸和重量,使其在机床的允许范围以内。
其次考虑数控机床的精度是否能满足凸凹轮廓配合零件的设计要求。
第三,看凸凹轮廓配合零件的最大圆弧半径是否在数控系统允许的范围之内。
根据以上三条即可确定所要使用的数控机床为两轴以上联动的数控机床。
根据要求可选如下图所示的数控加工中心。
六、零件图工艺分析
如图所示,两零件外形规则,被加工部分的各尺寸、形状、表面粗糙度及凸凹配合等要求较高。
零件结构简单,包含了平面、圆弧、内外轮廓、挖槽、钻孔、镗孔、铰孔以及椭圆外形表面的加工,且大部分的尺寸均达到IT8~IT7级精度。
件a、件b都选用机用平口钳装夹,校正平口钳固定钳口,使之与工作台X轴移动方向平行。
在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫块(垫块厚度与宽度适当),利用木锤或铜棒敲击工件,使平行垫块不能移动后夹紧工件。
以件a为例,利用寻边器找正工件X、Y轴零点,该零点位于工件上表面的几何中心位置,设置Z轴零点与机械原点重合,刀具长度补偿利用Z轴定位器设定。
件b的X、Y轴零点位于工件上表面的几何中心位置,找正方法与件a类同。
对于同一把刀具仍调用相等的刀具长度与半径补偿值,但它们设定的工件坐标系不同,也可不使用刀具长度补偿功能,而根据不同刀具设定多个工件坐标系零点进行编程加工。
件a、件b上表面为执行刀具长度补偿后的零点表面。
首先,根据图样要求加工件a,然后加工件b。
件b完成加工后必须在拆卸之前与件a进行配合,若间隙偏小,可改变刀具半径补偿,将轮廓进行再次加工,直至配合情况良好后取下工件b。
从保证工件加工精度要求出发,定位基准应先选精基准,再选粗基准。
精基准的选择主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。
选择原则包括基准重合原则(设计基准与定位基准重合)、基准统一原则(采用同一组基准定位加工零件上可能多的表面,以简化工艺规程的制定工作、减少夹具设计、保证各加工表面的相互位置精度)、自为基准原则(要求加工余量小而均匀的精加工工序而选择加工表面本身作定位基准)、互为基准原则(有相互位置精度要求的加工表面选择两个表面互为基准进行加工保证位置精度要求)、便于装夹原则。
粗基准的选择主要保证各加工表面有足够的加工余量,使加工面与不加工面间的位置符合图样要求,并特别注意尽快获得精基面。
选择原则包括选择重要表面、不加工表面、加工余量最小的表面作为粗基准。
获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法有多种,在实际选择时要根据零件的加工精度、表面粗糙度、结构形状、尺寸、批量、毛坯材料及毛坯热处理等情况合理选用加工方法。
七、刀具的选择
通过对图纸的分析图中有内外轮廓、岛屿、孔和螺纹加工,且内外轮廓,岛屿周边和孔有较高的精度要求,所以此工件需进行粗精加工。
刀具材料选硬质合金。
对于a工件而言,由于内轮廓的间隙小,所以根据要求计算应选择Ø10的刀具,螺旋下刀的方式进行铣削。
对图样分析可知加工a工件需要Ø100的面铣刀,Ø22的立铣刀,Ø10的立铣刀,Ø15.8和Ø12、Ø32的钻头,Ø20的镗刀,Ø16的铰刀。
对于b工件而言,型腔较大,可以选择较大半径的刀具,根据图样分析可知,加工b工件需要Ø100的面铣刀,Ø20的端铣刀,Ø15.8和Ø12的钻头,Ø16的铰刀。
数控加工刀具表
零件A数控加工刀具卡
零件B数控加工刀具卡
八、工艺路线
零件a
1.铣上平面2.粗铣外轮廓3.精铣外轮廓外形面周边4.钻孔125.铣整个外形6.铣内轮廓2mm厚度的周边7.铣内轮廓椭圆的周边8.铣边角料9.钻孔15.810.铰孔2X16H711.钻孔3212.铣孔38.513.铣螺纹M40X1.5。
零件b
1.铣上平面2.钻孔123.铣内轮廓面周边4.铣内轮廓中的残料5.钻孔15.86.铰孔16
九、铣削用量的选择
铣削用量的选择
铣削速度
指铣刀旋转的圆周线速度,单位为m/min。
计算公式:
式中d——铣刀直径,mm;
n——主轴(铣刀)转速,r/min;
从上公式可得到主轴(铣刀)转速
表一铣削速度
推荐表
工件材料
硬度/HB
铣削速度
/m/min
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
低、中炭钢
<220
21~40
60~150
225~290
15~36
54~115
300~425
9~15
36~75
高炭钢
<220
18~36
60~130
225~325
14~21
53~105
325~375
8~21
36~48
375~425
6~10
35~45
合金钢
<220
15~35
55~120
225~325
10~24
37~80
325~425
5~9
30~60
工具钢
200~250
12~23
45~83
灰铸铁
110~140
24~36
110~115
150~225
15~21
60~110
230~290
9~18
45~90
300~320
5~10
21~30
可锻铸铁
110~160
42~50
100~200
160~200
24~36
83~120
200~240
15~24
72~110
240~280
9~11
40~60
铸
钢
低炭
100~150
18~27
68~105
中炭
100~160
18~27
68~105
160~200
15~21
60~90
200~240
12~21
53~75
钢炭
180~240
9~18
53~80
铝合金
180~300
360~600
铜合金
45~100
120~190
镁合金
180~270
150~600
进给量
在铣削过程中,工件相对于铣刀的移动速度称为进给量。
有三种表示方法:
(1)每齿进给量
铣刀每转过一个刀齿,工件沿进给方向移动的距离,单位为mm/z。
(2)每转进给量f铣刀每转过一转,工件沿进给方向移动的距离,单位为mm/r。
(3)每分钟进给量
铣刀每旋转1min,工件沿进给方向移动的距离,单位为mm/min。
三种进给量的关系为:
=fn=
zn
式中
——每齿进给量,mm/z;
n——铣刀(主轴)转速,r/min;
z——铣刀齿数。
表二铣削刀的每齿进给量
(mm/z)推荐值
工件材料
硬度/HB
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
立铣刀
端铣刀
立铣刀
端铣刀
低炭钢
<150
0.04~0.20
0.15~0.30
0.07~0.25
0.20~0.40
150~200
0.03~0.18
0.15~0.30
0.06~0.22
0.20~0.35
中、高炭钢
<220
0.04~0.20
0.15~0.25
0.06~0.22
0.15~0.35
225~235
0.03~0.15
0.10~0.20
0.05~0.20
0.12~0.25
325~425
0.03~0.12
0.08~0.15
0.04~0.15
0.10~0.20
灰铸铁
150~180
0.07~0.18
0.20~0.35
0.12~0.25
0.20~0.50
180~220
0.05~0.15
0.15~0.30
0.10~0.20
0.20~0.40
220~300
0.03~0.10
0.10~0.15
0.08~0.15
0.15~0.30
可锻铸铁
110~160
0.08~0.20
0.20~0.40
0.12~0.20
0.20~0.50
160~200
0.07~0.20
0.20~0.35
0.10~0.20
0.20~0.40
200~240
0.05~0.15
0.15~0.30
0.08~0.15
0.15~0.30
240~280
0.02~0.08
0.10~0.20
0.05~0.10
0.10~0.25
合金钢
<220
0.05~0.18
0.15~0.25
0.08~0.20
0.12~0.40
220~280
0.05~0.15
0.12~0.20
0.06~0.15
0.10~0.30
280~320
0.03~0.12
0.07~0.12
0.05~0.12
0.08~0.20
320~380
0.02~0.10
0.05~0.10
0.03~0.10
0.06~0.15
工具钢
退火状态
0.05~0.10
0.12~0.20
0.08~0.15
0.15~0.50
0.03~0.08 0.07~0.12 0.05~0.12 0.12~0.25 HRC35~46 0.04~0.10 0.10~0.20 HRC46~56 0.03~0.08 0.07~0.10 铝镁合金 95~100 0.05~0.12 0.20~0.30 0.08~0.30 0.15~0.38 1.铣削层用量 (1)铣削宽度 铣刀在一次进给中所切掉的工件表层的宽度,单位为mm。 一般立铣刀和端铣刀的铣削宽度约为铣刀的直径的50%~60%左右。 (2)背吃刀量 铣刀在一次进给中所切掉的工件表层的厚度,即工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离,单位为mm。 (3)一般立铣刀粗铣时的背吃刀量以不超过铣刀半径为原则,一般不超过7mm,以防止背吃刀量过大而造成刀具损坏,精铣时约为0.05~0.3mm;端铣刀粗铣时约为2~5mm,精铣时约为0.1~0.50mm 根据查询: 铣削加工时的切削速度表(数控加工工艺与编程陈洪涛主编P27)粗铣每齿进给量推荐值、铣削速度推荐值(机械制造工艺与机床夹具课程设计指导吴拓P45-46) 刀具材料选硬质合金,因为材料是45刚,对应的推荐进给量为0.1-0.2。 铣削速度选120-150。 十、加工工艺卡 零件A加工工艺卡 零件B加工工艺卡 十一、零件装配样图 十二、数控仿真加工图 件A 件B 十三、机加工程序 件B %1234 N100G0G17G40G49G80G90 N102G91G28Z0.T1 N104S1000M3 N106G0G90G54X-221.Y-99.998 N108Z50. N110Z10. N112G1Z-2.F0. N114X166.F.3 N116G3Y-33.333R33.333 N118G1X-166. N120G2Y33.333R33.333 N122G1X166. N124G3Y99.998R33.332 N126G1X-221. N128Z8.F0. N130G0Z50. N132G91G28Z0. N134G0G90G54X-13.552Y37.646T2 N136S1000M3 N138Z100. N140Z10. N142G1Z1.F0. N144G2X-3.421Y64.916Z-2.293I17.933J8.854 N146X12.183Y28.084Z-4.I7.802J-18.416 N148G1X18.786Y12.5F.3 N150X17.227Y10.5 N152X16.731Y11.054 N154X15.523Y9.973 N156X14.04Y8.617 N158X12.573Y7.248 N160X11.122Y5.866 N162X9.687Y4.47 N164X8.268Y3.061 N166X6.864Y1.638 N168X5.477Y.202 N170X4.106Y-1.247 N172X2.751Y-2.71 N174X1.412Y-4.186 N176X.089Y-5.676 N178X-1.218Y-7.179 N180X-2.509Y-8.696 N182X-3.784Y-10.226 N184X-5.043Y-11.769 N186X-6.286Y-13.326 N188X-7.513Y-14.897 N190X-6.644Y-16.57 N192X-5.791Y-18.197 N194X-4.952Y-19.777 N196X-4.128Y-21.313 N198X-3.318Y-22.806 N200X-2.521Y-24.259 N202X-2.1Y-25.018 N204X-4.773Y-26.5 N206X7.677Y-10.5 N208X23.077Y2.5 N210X34.062Y7.5 N212X33.058Y11.5 N214X33.054Y18.5 N216X34.05Y24.5 N218X13.535Y23.5 N220X-23.928Y-21.5 N222X-23.553Y-23.5 N224X-24.419Y-28.5 N226X-19.246Y-35.5 N228X-12.604Y-29.5 N230X-7.432Y-27.5 N232X-2.301Y-24.655 N234X-1.737Y-25.672 N236X-.967Y-27.047 N238X-.208Y-28.385 N240X.538Y-29.687 N242X1.272Y-30.956 N244X1.995Y-32.191 N246X2.706Y-33.394 N248X3.407Y-34.566 N250X4.096Y-35.709 N252X4.776Y-36.823 N254X5.083Y-37.321 N256X-.073Y-40.5 N258X5.641Y-38.5 N260X8.583Y-33.5 N262X19.681Y-19.5 N264X32.077Y-9.5 N266X48.065Y-2.5 N268X48.048Y31.5 N270X48.88Y38.5 N272X6.699 N274X-38.469Y-15.5 N276X-38.711Y-38.5 N278X-37.926Y-39.5 N280X-32.821Y-40.5 N282X-28.Y-42.5 N284X-23.252Y-48.5 N286X-23.835Y-55.5 N288X-9.411 N290X-10.684Y-50.5 N292X-8.246Y-45.5 N294X-3.604Y-41.5 N296X4.582Y-36.505 N298X4.776Y-36.823 N300X5.445Y-37.908 N302X6.105Y-38.967 N304X6.754Y-40. N306Y-54.5 N308X3.754 N310X9.754Y-53.5 N312X16.404Y-49.5 N314X22.457Y-39.5 N316X31.701Y-28.5 N318X41.077Y-21.5 N320X52.755Y-16.5 N322X59.561Y-12.5 N324X63.055Y-6.5 N326X63.045Y43.5 N328X59.638Y49.5 N330X53.Y53.5 N332X1.904 N334X-1.784Y51.5 N336X-48.353Y-3.5 N338X-53.1Y-10.5 N340X-53.267Y-42.5 N342X-50.491Y-48.5 N344G01Z5 N346G00X0Y0 N348M30 十四、设计小结 通过这次毕业设计让我对数控加工技术有了一个新的认识,此次也是对我们在大学所学的内容一个大融合的运用,这是对我专业知识和专业基础知识一次实际校验和巩固,它既检验了一个人平时对知识的掌握程度,也说明了你大学学习的价值所在。 毕业设计涉及了机械制图、金属工艺学、机床加工工艺及数控
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