毕业论文设计—— 配合零件加工工艺编程

湖南科技工业职业技术学院

毕业论文

设计课题配合零件加工工艺·编程

专业数控技术

设计日期：2011年3月2日

至2011年5月1日

作为高等工科院校的一员，毕业设计是完成教学计划达到大专生培养目标的重要环节。其意义是通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力。同时，对学生的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。是学生在校期间的最后学习和综合训练阶段，是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程，是学习、研究与实践成果的全面总结，是综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验，是实现学生从学校学习到岗位工作的过渡环节；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。

本次我的毕业设计题目是配合零件的加工及工艺分析，通过认真思考，使我了解了本组零件的结构，生产纲领和生产条件，并确定其重要加工表面。让我能综合运用所学过的理论知识和方法，正确地制定一个零件的机械加工工艺规程，从而保证零件的加工质量、生产率和经济性，也能够较熟练应用工艺计算的方法，正确地进行工艺计算，熟练掌握一般零件的数控编程方法，机床的操作以及零件的数控加工。

第一章绪论

1.1 数控加工的概述 (5)

1.2 数控机床的组成及分类 (5)

1.3 数控机床的主要性能指标 (5)

1.3.1 数控机床的精度 (5)

1.3.2 数控机床的运动性能指标 (6)

1.4 数控机床的发展趋势 (6)

1.5 数控铣削的主要加工对象 (6)

1.5.1 本课题是否适合数控加工 (6)

第二章零件的分析

2.1 零件的结构工艺性分析 (9)

2.1.1 零件的技术要求分析 (9)

2.1.2 零件的形状分析 (9)

2.2 零件的材料分析 (9)

2.3 零件的加工过程分析 (10)

第三章毛坯的设计

3.1 零件毛坯的工艺性分析 (10)

3.2 确定零件的生产类型和生产纲领 (10)

3.2.1 毛坯的种类 (10)

3.2.2 毛坯的形状与尺寸的选.择 (11)

第四章零件工艺规程的设计

4.1 定位基准的选择 (11)

4.1.1精基准的选择 (11)

4.1.2粗基准的选择 (12)

4.1.3工序集中与分散的选择 (12)

4.2 零件表面加工方法的选择 (12)

4.3 制定数控加工工艺路线 (13)

4.3.1 加工阶段的划分 (13)

4.3.2 加工顺序的安排 (13)

4.3.3 工序的安排 (13)

4.3.4 走刀路线的确定 (14)

4.4 工艺的制定 (14)

4.4.1 工序基准的选择 (14)

4.4.2 确定工序尺寸及公差 (14)

4.4.3 制定机械加工余量 (14)

4.5切削用量的确定 (14)

4.6 机床的选择 (15)

4.7 工艺装备的选择 (15)

4.8 制定加工参数 (16)

4.8.1 切削加工方式 (16)

4.8.2避免刀具干涉 (17)

4.8.3 充分利用切削液 (17)

4.8.4数控铣削加工工艺参数的确定 (17)

4.9 工艺流程的制定 (17)

第五章数控加工程序的编制

5.1数控加工的特点 (18)

5.2数控编程方法及特点 (18)

5.3编程尺寸的确定 (18)

5.4 加工路线的确定 (18)

5.5保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 (19)

5.6进给路线的确定 (19)

5.7数控加工程序的内容 (19)

零件加工安装和原点设定卡

机械加工工艺过程卡

刀具卡

工序卡

程序编辑

5.8制订加工计划 (31)

第六章实施零件加工

注意事项 (32)

结束语 (33)

参考文献………

第一章绪论

1.1 数控加工的概述

数字控制：是一种用数字化信号对控制对象进行自动控制的技术，简称为数控（NC）

数控技术：是指用数字·字母·符号对某一工作过程进行可编程自动控制的技术。

数控机床：是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。

1.2 数控机床的组成及分类

输入装置—计算机数控装置 PLC—主轴控制—主轴

速度控制单元—伺服电机-工作台-位置检测反馈-计算机数控装置—输出装置

1.2.1 数控机床分类

按机床运动轨迹分类按伺服系统类型按加工工艺类型

点位控制数控机床开环伺服控制数控机床金属切削类数控机床

直线控制数控机床半闭环伺服控制数控机床金属成形类数控机床

轮廓控制数控机床闭环伺服控制数控机床数控特种加工机床

1.3 数控机床的主要性能指标

1.3.1 数控机床的精度

数控机床的精度主要是指几何精度，加工精度，定位精度和重复定位精度。

1.3.2 数控机床的运动性能指标

（1）最高主轴转速和最大加速度

（2）最高快移速度和最高进给速度

（3）坐标行程

（4）摆角范围（具有摆角坐标的数控机床）

（5）刀库容量和换刀时间

1.4数控机床的发展趋势

一、发展趋势

（1）高速化、高精度化、高可靠性

（2）功能复合化

（3）控制智能化

（4）柔性化、集成化

（5）体系开放化是体系结构的发展趋势

（6）还有网络化、多轴化、绿色化等.

1.5数控铣削的主要加工对象

（1）工件上的曲线轮廓内、外形

（2）已给出数学模型的空间曲面

（3）形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的部位

（4）用通用铣床加工时难以观察，测量和控制进给的内外凹槽

（5）以尺寸协调的高精度孔或面

（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状

（7）采用数控铣削后能成倍提高生产效率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。

1.5.1本课题是否适合数控加工？

本课题是中小批量生产，但形状复杂，可以用数铣机床加工至各项尺寸要求。

第二章零件分析

凹件三维图

凸件三维图

装配三维图

装配二维图

2.1 零件的结构工艺性分析

结构工艺性是指零件的形状，尺寸大小等制造的可行性和经济性。

（1）便于工件的安装。

（2）分析零件的变形情况，保证加工精度。

（3）便于加工和测量。

（4）尽量减少加工工作量

（5）保证基准统一原则。

（6）提高标准化程度。

从外形上看该零件是在两个立方体上面加工的配合件，其中包括有内腔，台阶，圆弧面，通孔，涉及到有装夹，定位，刀具的选择。该零件的形状精度、尺寸精度与位置精度成为零件配合好坏有直接的关系。

2.1.1 零件的技术要求分析

（1）以中小批量生产条件编程。

（2）不准用砂布及锉刀等修饰表面。

（3）未注倒角1×45°。

（4）未注公差尺寸按GB1804-M。

（5）端面允许打中心孔。

（6）材料：45#,调质处理HRC 26~36

本课题主要和关键技术要求有：内腔、沟槽的表面粗糙度，凸凹零件的位置精度。

2.1.2 零件的形状分析

本课题零件主要由平面，外轮廓，内腔、沟槽以及孔系组成。

2.2 零件的材料分析

零件材料的选用是非常重要的，选材不当制成的零件不能满足使用要求，过早损伤和破坏产生不良影响或经济效益差等。机械零件选材的一般原则是：首先满足使用性能的要求，同时兼顾工艺性、经济性和环保性。对于检具零件的选材应具有以下几点要求：

(1)优良的综合力学性能，即要求有高的强度和韧性，以防止由于过载和冲击而引起的变形和断裂。

(2)高的疲劳极限，防止疲劳断裂。

(3)良好的耐磨性。

(4)在特殊条件工作时，还应有特殊要求。

本零件的材料是45号钢，它属于低淬透性合金调质钢，碳含量过高、过低均不能满足经调质后获得良好综合力学性能的要求，主加元素为铬，在配以硫、

锰等合金元素，其作用是提高淬透性，强化铁素体和细化晶粒，因此，此钢的热处理变形小，废品率低，因而降低了工艺制作成本。其热处理特点是：当原始组织为珠光体时，预先热处理可采用正火或退火处理;该类钢最终热处理均采用淬火后在500-650℃的高温回火工艺，即调质处理工艺，调质处理可使材料具有良好的综合力学性能。

2.3 零件的加工过程分析

(1)粗铣型腔、沟槽粗加工主要是去除大余量，并为后序精加工打好基础，该工序要求按所示零件结构图加工，留精加工余量。

（2）孔的加工，先用中心钻钻孔—精加工孔至尺寸。

（3）圆弧面的加工，选用适合的刀具，粗加工—精加工至尺寸。

第三章毛坯的设计

3.1 零件毛坯的工艺性分析

(1)毛坯应用充分，稳定的加工余量

(2)分析毛坯的装夹适应性

(3)分析毛坯的变形，余量大小及均匀性

3.2 确定零件的生产类型和生产纲领

生产类型是指企业（或车间，工段，班组，工作地）生产专业化程度的分类，一般分为:大量生产，成批生产和单件生产三种类型。它可根据生产纲领和产品及零件的特征或工作地每月担负的工序数来具体划分。

生产纲领是指在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为一年，所以生产纲领也称年产量。

由上所述和技术要求可知该零件为中小批生产。

3.2.1 毛坯的种类

常用的毛坯种类有：铸件、锻件、型材、焊接件、冷压件等。

(1)铸件:适用于形状复杂的毛坯。

(2)锻件:适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。

(3)型材：热轧型材的尺寸较大、精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧型材尺寸较小、精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中小零件。

(4)焊接件:对于大件来说,焊接件简单方便,特别是单件小批生产可大大缩短生产周期,但焊接后变形大,需经时效处理。

(5)冷压件：适用于形状复杂的板料零件,大多用于中小零件的大批量生产。

3.2.2 毛坯的形状与尺寸的选择

确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差，其次将毛坯加工余量叠加在零件的相应加工表面上，最后标注毛坯尺寸与公差。毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。根据本零件的生产类型，生产数量，锻造件的经济性好，加工余量小，从而减少制造成本和制造时间，同时节省了大量的材料。根据本零件的结构特征和尺寸要求和考虑它的经济性，所以该零件使用毛坯155*125*33立方体45#钢。

第四章零件工艺规程的设计

4.1 定位基准的选择

在制订零件的加工工艺规程时，基准选择的好坏不仅影响零件的加工位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。基准有粗基准与精基准之分。选择定位基准时是从保证工件精度要求出发的，因而分析定位基准选择的顺序就应从精基准到粗基准。

4.1.1 精基准的选择

（1）基准重合原则:就是尽可能选用设计基准作为定位基准，这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起定位误差。

（2）基准统一原则:位置精度要求较高的某些表面加工时尽可能选用同一定位基准，这样有利于保证各加工表面的位置精度。

（3）自为基准原则：当某些表面精加工要求加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准，用于提高加工面本身的精度。

（4）互为基准原则：为了使加工面间有较高的位置精度，又为了使其加工余量小而均匀采取此原则。

（5）保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。

4.1.2 粗基准的选择

粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配加工表面的余量，同时，要为后续工序提供精基准。

（1）为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选非加工面作为粗基准。

（2）合理分配各加工面的加工余量。

（3）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上，通常只允许使用一次。

（4）选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口，分型面，毛刺等缺陷，以保证定位准确、夹紧可靠。

根据以上分析，最先加工凸件的凸台以毛坯表面为粗基准，再加工凹件的内腔也是毛坯表面为基准，加工其他地方都以这两个已加工的表面为精基准进行加工。

4.1.3 工序集中与分散的选择

1.工序集中

就是零件的加工集中在少数工序内完成,而每一工序的加工内容却较多。其特点:

（1）采用高效专用设备及工艺装备,生产率高。

（2）工件装夹次数减少,易于保证表面间位置精度。

（3）工序数目少,还可简化生产计划和生产组织工作。

2.工序分散

就是将工件的加工分散在较多的工序内进行,每道工序的加工内容很少,最少时即每道工序仅一个简单工步。其特点:

（1）设备及工艺装备比较简单。

（2）可采用最合理的切削用量,减少基本时间。

（3）设备数量多,操作工人多,占用生产面积大。

从生产批量或设备等方面考虑，本零件属于中小批量生产，形状以及加工不是很复杂。考虑到加工的精度与加工效率，本零件全部工序都使用数控机床一次装夹加工。因此，此零件采用工序集中原则。

4.2 零件表面加工方法的选择

在选择某一表面的加工方法时，一般总是首先选定它的最终加工方法，然后再逐一选定

各前道工序的加工方法。加工方法选择的原则如下：

（1）所选加工方法应考虑每种加工方法的经济性，加工精度范围要与加工表面的精度要求和表面粗糙度要求相适应。

（2）所选加工方法能够确保加工面的几何形状精度,表面相互位置精度的要求。

（3）所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。

（4）加工方法要与生产类型相适应。

通过以上原则和方法分析，本零件精加工各主要表面加工方法为：使用数控铣进行加工。

4.3 制定数控加工工艺路线

4.3.1 加工阶段的划分

（1）以一次安装，加工作为一道工序。

（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。

（3）以加工部位划分工序。

（4）以粗，精加工划分工序。

4.3.2 加工顺序的安排

（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）先进行外形加工。后进行内腔加工。

（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。换刀次数与挪动压板次数。

4.3.3 工序的安排

1.机械加工工序的安排原则

（1）按“先基面后其它”的顺序,先加工精基准面。

（2）按“先主后次，先粗后精”的顺序，对精度要求较高的各主要表面进行粗加工、半精加工和精加工。

（3）对于与主要表面后位置精度要求的次要表面,应安排在主要表面加工之后加工。

（4）对于易出现废品的工序,精加工和光整加工可适当提前,一般情况主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行。

2.热处理工序安排的原则

调质的目的是为了提高工件的综合力学性能，减少工件的变形或为以后的表面热处理做好组织准备。因此，一般安排在粗加工后、精加工前进行，可以保证淬透性差的钢种表面调质层（回火索氏体）的组织不被切削掉。

3.辅助工序安排的原则

（1）中间检验一般安排在粗加工全部之后，精加工之前。

（2）荧光检验、磁力探伤等特种检验，主要用于表面质量的检验，通常安排在精加工阶段。荧光检验如用于检验毛坯的裂纹，则安排在加工前。

（3）电镀、涂层、发蓝、氧化等表面处理工序，一般安排在工艺过程的最后进行。

4.3.4 走刀路线的确定

（1）保证零件的加工精度和表面粗糙度

(2）方便数值计算，减少编程工作量

（3）缩短走到路线，减少进退刀时间和其他辅助时间

（4）尽量减少程序段数

4.4 工艺的制定

4.4.1工序基准的选择

在工序图上用来确定本工序被加工表面的加工后的尺寸，形状，位置的基准称为工序基准。

基准：设计基准和工艺基准。

工艺基准：工序基准，定位基准，测量基准和装配基准。

定位基准：粗基准，精基准和附加基准。

4.4.2确定工序尺寸及公差

（1）基准重合时，工序尺寸的计算：

a.确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量。

b.工序基本尺寸=后道工序基本尺寸加上或减去前道工序余量。

c.定工序公差。

d.标注工序尺寸公差，入体原则。

（2）基准不重合时，按工艺尺寸链计算（封闭环，增环，减环）。

4.4.3制定机械加工余量

加工余量是指加工时从加工表面上切去的金属层厚度。

总余量加工余量

工序余量

4.5切削用量的确定

切削用量选择原则是：粗加工时求省时，精加工时保质量。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册结合经验选定。

（1）粗加工时切削用量的选择

粗加工时精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大，因此要尽可能保证较高的单位时间、金属切除量和必要的刀具耐用度，以提高生产率和降低成本。先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量a p ；其次选择一个较大的进给量f；最后确定一个适合的切削速度v。根据上述原则，选择粗加工切削用量，对于提高生产率、减少刀具消耗、降低加工成本是比较有利的。

（2）精加工时切削用量的选择

精加工时的加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀，因此选择精加工切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。精加工时应选择较小的背吃刀量a p和进给量f，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。

4.6机床的选择

零件的加工精度很大程度上取决于所用机床，因此必须合理的选择机床，对于单件小批量生产一般选择通用机床；对于中批量则广泛采用专用机床、数控机床和组合机床。

在选择机床时应注意以下几点：

（1）机床的加工尺寸范围与零件外形尺寸相适应。

(2)机床精度与工件精度相适应。

(3) 与现有加工条件相适应。

(4) 机床的生产率应与工件的生产类型相适应。

本零件尺寸小、重量轻、属中小批生产，其毛坯是锻件，加工余量较大，且精度较高，使用通用机床很难保证尺寸精度。所以该零件的加工使用数控机床进行加工。

4.7工艺装备的选择

工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济性。应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。

(1)夹具的选择：

本零件是中小批量生产，但技术要求不太高，故采用通用夹具即可完成，通用夹具的性能强、成本低、易转变，选用夹具时要保证夹具的坐标系方向相对固定，要协调零件和机床坐标系的尺寸关系：夹具上各零件应不妨碍机床对零件各表面的加工。

（2）刀具的选择

刀具的选择不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量，与传统的加工方法相比，

数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装方便，在选用刀具时应考虑工序种类，生产率，经济性，工件材料，生产批量，加工精度及表面粗糙度与所用机床的性能选用了标准刀具。刀具材料应当选择高硬度、高耐磨性、高耐热性的材料，并有足够的强度和韧性，较好的工艺性。

从工艺学中,我们可以知道,刀具的几何角度对切削力的影响是很大的。刀具的前角大小决定着切削力变形与刀具前角的锋利程度。前角大,则切削变形和摩擦力减少,切削力相应减少。在铣削加工中,考虑到粗铣时余量大,为了有利于排屑,故而在粗加工中选择疏齿铣刀,而精加工时选用密齿铣刀,铣刀刀子齿数越少,表明刀子的容屑槽越大,有利于排屑,精加工时选用密齿铣刀,有利于提高工件的表面光洁度。

（3）量具一般选择游标卡尺、千分尺、百分表等。批量大时可采用各种量规等高效专用检具。

根据以上所述和现场加工条件，本零件选用YT类硬质合金刀具和高速钢刀具进行加工。

（4）工件的安装

①力求符合设计基准、工艺基准、安装基准和工件坐标系的基准统一原则。

②减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹后能加工全部待加工表面。

③尽可能采用专用夹具，减少占机装夹与调整的时间。

4.8制定加工

4.8.1切削加工方式

（1）顺铣：在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同。

（2）逆铣：在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反。

顺铣比逆铣能减少刀具磨损，提高表面光洁度，在能消除丝杆间隙或尺寸精度不是非常高的情况下，在加工过程中尽量选择顺铣。

4.8.2避免刀具干涉

在连续切削的数控机床上，多数是使用立铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生刀具干涉现象。

为了避免刀具干涉，一般采用小直径铣刀来加工，复杂曲面一般采用球头铣刀进行三坐标联动加工。

4.8.3充分利用切削液

在铣削过程中,由于切削变形和切屑、刀具、工件间的摩擦,产生大量的切削热,传到刀具上会使刀具的硬度降低,加速刀具的磨损,使工件表面粗糙度值提高,而传到工件上会使工件产生热变形。在铣削过程中充分适用切削液不仅减少了切削力,提高刀具的耐用度和工件表面的粗糙度,同时也减少工件受切削热的影响,从而保证了加工零件的尺寸和几何精度,保证了零件的加工质量。

4.8.4数控铣削加工工艺参数的确定

数控加工工艺参数：步长，逼近误差，行距，切削速度和主轴转速。

加工难度：所有尺精度的保证，凸凹零件位置精度的满足。

4.9工艺流程的制定

钳:按零件外形及内腔尺寸,单面放1.5㎜划外形、内腔线为下一道工序提供依据。

铣:参照钳工划线,单面留余量1.5㎜余量铣外形及内腔、铣厚度二面,本工序加工中去掉大部分材料,因此,余量放得多,保证后序加工由于变形不能保证加工尺寸。

数铣:单面留0.5㎜余量铣外形及内腔,该工序时零件厚度大部分仅有6㎜,加工时,在考虑生产率的同时,还必须保证加工中变形不得过大。

热:进行时效,作稳定处理,用途时是去除加工中应力

数铣:铣对外形、内腔及各下陷尺寸,本工序零件尺寸要加工到位,在考虑变形同时还得保证产品表面质量。

钳:借助钻模,制对各孔,并锉修清角。

第五章数控加工程序的编制

5.1数控加工的特点

（1）采用数控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。

（2）数控机床可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。

（3）采用数控机床在生产效率上，可以比普通机床提高2～3倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十倍甚至几十倍。

（4）可以实现一机多用。

（5）采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展，为实现生产过程自动化创造条件。

5.2数控编程方法及特点

数控编程一般分为两种：一种是手工编程，另一种是自动编程。

（1）手工编程是由分析零件图，确定工艺过程，数值计算，编写零件加工程序单，程序的输入和检验都是由工人完成的。

（2）自动编程：用计算机编制数控加工程序的过程。特点：计算机自动识图编程，编程准确，不易出错，安排走刀路线合理，简化操作过程。

5.3编程尺寸的确定

编程尺寸理论上应为该尺寸的误差分散中心。一般可先采用平均尺寸，最后根据试切结果修正。决不可简单地直接采用名义尺寸、基本尺寸来编程。（1）将基本尺寸核算成平均尺寸。

（2）将尺寸标注改编成集中坐标式标注。集中坐标标注法采用同一标注基准或直接给出尺寸的坐标值。这种标注方法即方便编程，又利于设计基准，测量基准和编程原点的统一，是符合数控加工特点的优选标注法。

（3）计算各基点的坐标尺寸。根据零件的几何形状关系按一定数学方法（如三角、几何等）计算编程所需要的有关基点的坐标值。也可以利用绘图软件的坐标查询功能，采集各基点坐标。