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薄壁零件数控加工工艺设计参考123092046章明.doc
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1、摘 要数控加工具有自动化程度高、加工质量稳定、加工精度高、加工效率高、柔性好等一系列优点。能有效解决复杂、精密、小批量、多品种零件的加工问题。近几十年来数控加工技术得到了迅速的发展和广泛应用,同时也使得传统的制造技术发生了根本性的变革。在数控加工过程中,数控加工工艺设计是否合理,将直接影响到数控机床效能的发挥、刀具的使用寿命以及工件的加工精度和加工效率。因此,在数控加工中数控加工工艺的制定至关重要。本论文为薄壁零件数控加工工艺设计,论文首先根据薄壁零件的图纸及技术要求,对该零件进行了详细的数控加工工艺分析,依据分析的结果,对该零件进行了数控加工工艺设计,拟定了加工方案,选择了加工设备、加工刀具
2、、夹具,确定了装夹方案、切削用量,制定了加工顺序、走刀路线,编制了零件的数控加工工序卡片和刀具卡片等。最后,综合运用手工编程与自动编程编制了该零件的数控程序。关键词:薄壁零件 数控加工 工艺分析 工艺设计 手工编程目 录 目 录摘 要I目 录II第一章 绪论11.1课题来源11.2设计的目的与意义11.3论文所要完成的工作与要求1第二章 数控加工工艺基础概述32.1数控加工工艺性分析32.2数控加工工艺的特点32.3数控加工工艺分析的主要内容42.4数控加工工艺内容的选择42.5数控加工工艺路线的设计52.6数控加工工序的设计方法62.6.1确定走刀路线和安排工步顺序62.6.2定位基准与夹紧
3、方案的确定72.6.3夹具的选择72.6.4刀具的选择72.6.5切削用量的确定8第三章 薄壁零件的数控加工工艺设计93.1 薄壁零件零件图93.2 薄壁零件数控加工工艺分析与设计93.2.1薄壁零件零件图分析93.2.2毛坯选择93.2.3定位基准选择93.2.4加工顺序设计103.2.5刀具选择103.2.6薄壁零件刀具卡片制定113.2.7切削参数选择123.2.8加工设备的选用143.2.9夹具的选择与装夹方案的确定153.2.10工序与工步的划分163.2.11壁零件工序卡片的设计19第四章 薄壁零件的数控加工程序编制264.1 数控编程简介及薄壁零件的编程方法选择264.2 薄壁零
4、件数控加工程序编写26第五章 总结与展望345.1总结345.2展望34致 谢36参考文献37附录1 薄壁零件图38附录2 薄壁零件UG三维视图3941绪 论第一章 绪论1.1课题来源本设计课题为薄壁零件数控加工工艺设计,选取的零件为自拟题目,课题的选取主要参照企业真实零件,并进行适当修改后确定。在课题内容的选取上,力求将数控专业要求具备的机械制图能力、数控加工工艺分析能力、数控加工工艺设计能力、工艺文件编写能力、数控加工程序编制能力和数控零件加工等能力融入其中。1.2设计的目的与意义毕业设计(论文)是高等职业学院培养面向生产、建设、管理和服务第一线的高等技术应用型人才的最后一个教学环节。是培
5、养学生综合运用所学基础理论、基本知识、基本技能和专业知识的重要手段。通过完成某一课题,可以进一步检验学生处理实际问题的能力,使学生掌握基本的设计(科研)方法,受到初步的工程技术训练,并可综合衡量教学质量,以利于提高教学管理水平。通过毕业设计旨在提高学生的资料与手册查阅能力、设计方案制定能力、分析与计算能力、撰写设计说明书或论文报告的能力、计算机应用能力、熟悉国家标准和规范的能力,以及语言表达、准确阐述观点和清楚回答问题的能力等。锻炼学生综合运用所学知识解决生产实际问题的能力,提高学生独立思考和分析解决问题的能力,为以后从事专业技术工作打下基础。1.3论文所要完成的工作与要求结合数控技术专业毕业
6、后所从事的专业技术工作和在校期间的学习基础,在课题内容的选取上,力求将数控专业要求具备的机械制图能力、识图能力、数控加工工艺分析能力、数控加工工艺设计能力、工艺文件编写能力、数控加工程序编制能力和数控零件加工能力等融入设计中。本设计要求学生针对薄壁零件进行较为详细的工艺分析,根据分析的结果制定合理的、可行的零件数控加工工艺,并编写零件的工艺文件和数控加工程序,具体要求如下:1读懂零件图,运用绘图软件绘制完整的零件图,要求零件图纸表述正确、标注清晰,绘图规范;2对零件进行详细的工艺分析,审查零件图纸的完整性和结构合理性,分析零件的技术要求、尺寸精度要求、相互位置精度要求、形状精度要求和表面质量要
7、求等;3制定零件的加工方案与工艺路线,合理划分并制定零件的加工工序、加工工步;4合理的选择加工设备、夹具(必要时需设计简单工装)、量具和加工刀具,并制定装夹方案;5制定零件的工序卡片及刀具卡片;6运用手工编程或自动编程编写零件的数控加工程序;7在条件允许的情况下,完成零件的试切或运用仿真软件对数控程序进行仿真。数控加工工艺基础概述第二章 数控加工工艺基础概述2.1数控加工工艺性分析被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广,下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。1.尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中,所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最
8、好直接给出坐标尺寸,或尽量以同一基准引注尺寸。2.几何要素的条件应完整、准确在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程时要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略,常常出现参数不全或不清楚,如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时,一定要仔细核算,发现问题及时与设计人员联系。3.定位基准可靠 在数控加工中,加工工序往往较集中,以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准,或在毛坯上增加一些工
9、艺凸台。4.统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸,这样可以减少换刀次数,还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称,便于利用数控机床的镜向加工功能来编程,以节省编程时间。2.2数控加工工艺的特点在普通机床上加工零件时,是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作规程,操作者按工艺卡上规定的“程序”加工零件。而在数控机床上加工零件时,要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序,并以数字信息的形式记录在控制介质(如穿孔纸带,磁盘等)上,用它控制机床加工。由此可见,数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同,但数控加工的整个过程是自动
10、进行的,因而又有其特点,具体表现如下:1工序的内容复杂。这是由于数控机床心比普通机床价格贵,若只加工简单工序,在经济上不合算,所以在数控机床上通常安排较复杂的工序。2工步的安排更为详尽。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题,如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题,在编制数控加工工艺时是不能忽略的。2.3数控加工工艺分析的主要内容大量的实践证明:数控加工工艺分析主要包括如下几方面内容:1选择适合在数控机床上加工的零件,确定工序内容。2分析要加工零件图样,明确加工内容及技术要求,在此基础上确定加工方案,制定数控加工工艺路线。例如:工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序
11、的衔接等。3设计数控加工工序。例如:工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。4数控编程中有关工艺问题处理。例如:对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。5分配数控加工中的容差。6处理数控机床上的部分工艺指令。2.4数控加工工艺内容的选择对于某个零件来说,并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析,选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并做出决定时,应结合本企业设备的实际,立足于解决难题、攻克关键和提高生产效率,充分发挥数控加工的优势。适合数控加工的内容,在选择时,一般
12、可按下列顺序考虑:1通用机床无法加工的内容应该作为优先选择的内容;2通用机床加工有困难的内容,质量不容易保证的内容应作为重点选择内容;3通用机床效率低、工人手工操作劳动强度大的内容,可在数控机床尚存在加工能力的基础上进行选择。一般来说,上述这些加工内容采用数控加工后,在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下,下列一些内容就不适合采用数控加工:1占机调整时间长。如:以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准,要用专用工装协调的加工内容;2加工部位分散,要多次安装、设置原点。这时,采用数控加工很麻烦,效果不明显,可安排通用机床补加工;3按某些特定的制造依据(如:样板等)加工的型面轮廓
13、。主要原因是获取数据困难,易与检验依据发生矛盾,增加编程难度。除此之外,在选择和决定加工内容时,也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之,要尽量做到合理化,达到多、快、好、省的目的。一定要防止把数控机床降格为通用机床使用。2.5数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到,由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中,因而要与其它加工工艺衔接好。常见工艺流程如图2-1示。图2-1 工艺流程数控加工工艺路线设计一定要特别注意
14、以下几个问题:1工序的划分如果在数控机床上加工零件,通常按工序集中原则划分工序的。(1)按安装次数 以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件,加工完后就能达到待检状态。(2)按所用的刀具 以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面,但考虑到程序太长,会受到某些限制,如控制系统的限制,机床连续工作时间的限制,各机床负荷率平衡等。此外,程序太长会增加出错与检索的困难,因此程序不能太长,一道工序的内容不能太多。(3)以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件,可按其结构特点将加工部位分成几个部分,如内腔、外形、曲面或平面,并将每一部分的加工作
15、为一道工序。(4)以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件,由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形,故一般来说,凡要进行粗精加工的过程,都要将工序分开。2加工顺序的安排加工顺序的安排的是否合理直接关系到零件的加工质量、生产效率核加工的成本。所以应根据零件的结构和毛坯状况,以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。加工顺序的安排一般应该按以下原几个原则进行:(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑;(2)先进行内部加工,然后在进行外部加工;(3)以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序,最好连续加工,以减少重复定位次数、换刀次数与挪动
16、压板次数;(4)在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏较小的工序。3数控加工工序与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序,如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时,要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点。数控工艺路线设计是下一步工序设计的基础,其设计质量会直接影响零件的加工质量与生产效率,设计工艺路线时应对零件图、零件图认真理解,结合数控加工的特点,灵活运用普通加工工艺的一般原则,一定要制定一个合理的数控加工工艺路线的设计。2.6数控加工工序的设计方法在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后,即可进行数控加
17、工工序的设计。数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具以及量具,然后确定定位加紧方案、走刀路线、工步顺序、加工余量、工序尺寸 及其公差、切削用量等,为编制加工程序做好一切充分的准备。2.6.1确定走刀路线和安排工步顺序在数控加工工艺过程中,刀具时刻处于数控系统的控制下,因而每一时刻都应有明确的运动轨迹及位置。走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹,它不但包括了工步的内容,也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一,因此,在确定走刀路线时,最好画一张工序简图,将已经拟定出的走刀路线画上去(包括进、退刀路线),这样可为编程带来不少方便。工步的划分与安排一般可随走刀路线来
18、进行,在确定走刀路线时,主要考虑以下几点:1寻求最短加工路线,减少空刀时间以提高加工效率;2为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求,最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来;3刀具的进、退刀(切入与切出)路线要认真考虑,以尽量减少在轮廓切削中停刀(切削力突然变化造成弹性变形)而留下刀痕,也要避免在工件轮廓面上垂直上下刀而划伤工件;4要选择工件在加工后变形小的路线,对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排定刀路线。2.6.2定位基准与夹紧方案的确定在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点:1尽可能作到设计、工艺与编程计算的基准统一;2尽量将工序集中,减少装
19、夹次数,尽量可能做到在一次装夹后就能加工出全部待加工表面;3避免采用占机人工调整装夹方案。2.6.3夹具的选择由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置,即加工原点的位置,因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向,同时协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外,主要考虑下列几点:1当零件加工批量小时,尽量采用组合夹具,可调式夹具及其它通用夹具;2当小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具,但应力求结构简单;3夹具要开敞,其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等);4装卸零件要方便可靠,以缩短准备时间,有条件时,批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。2.6.4刀具的选择刀
20、具的选择是数控加工工序设计的主要内容之一,它不但影响机床的加工效率,而且直接影响加工质量。另外,数控机床主轴转速比普通机床高1-2倍,且主轴输出功率大,因此与传统加工方法相比,数控加工对刀具的要求更高,不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高,而且要求尺寸稳定、安装调整方便。随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善,数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已有很大的改善。例如,目前涂层刀具,立方氮化硼刀具以至陶瓷刀具与金刚石刀具等可使刀具的切削速度大幅度提高。然而,从如何加工的角度看,加工刀具类型与工艺方案的合理选择则极为重要。数控机床对所使用的刀具有许多性能上的要求,只
21、有达到这些要求才能使数控机床真正发挥效率。在选择数控机床所用刀具时应注意以下几个方面:1良好的切削性能。现代数控机床正向着高速、高刚性和大功率方向发展,因而所使用刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时,同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定,这是由于在数控机床上为了保证加工质量,往往实行按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。2较高的精度。随着数控机床、柔性制造系统的发展,要求刀具能实现快速和自动换刀;又由于加工的零件日益复杂和精密,这就要求刀具必须具备较高的形状精度。对数控机床上所用的整体式刀具也提出了较高的精度要求,有些立铣刀的径向尺寸精度高达5m以满足精密零件
22、的加工需要。3先进的刀具材料。刀具材料是影响刀具性能的重要环节。除了不断发展常用的高速钢和硬质合金钢材料外,涂层硬质合金刀具已在国外普遍使用。硬质合金刀片的涂层工艺是在韧性较大的硬质合金基体表面沉积一薄层(一般57m)高硬度的耐磨材料,把硬度和韧性高度地结合在一起,从而改善硬质合金刀片的切削性能。在如何使用数控机床刀具方面,也应掌握一条原则:尊重科学,按切削规律办事。对于不同的零件材质,在客观规律上就有一个切削速度(v)、背吃刀量(aP)、进给量(f)三者互相适应的最佳切削参数。这对大零件、稀有金属零件、贵重零件更为重要,应在实践中不断摸索这个最佳切削参数3。2.6.5切削用量的确定当编制数控
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