安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工

1、摘 要數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用使普通機(jī)械被數(shù)控機(jī)械所代替，使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化。本次設(shè)計(jì)主要完成以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：安裝底座的零件圖紙與技術(shù)要求分析、零件二維圖繪制及三維建模；制定數(shù)控加工工藝卡片文件；進(jìn)行零件的夾具設(shè)計(jì)并進(jìn)行夾具圖二維圖及三維建模裝配圖繪制；對零件編程并完成加工仿真。根據(jù)鑄件的形狀特點(diǎn)、零件尺寸及精度，選定合適的機(jī)床設(shè)備以及專用夾具設(shè)計(jì)，通過準(zhǔn)確的計(jì)算并查閱設(shè)計(jì)手冊，確定了安裝底座的尺寸及精度，在材料的選取及技術(shù)要求上也作出了詳細(xì)說明，并在結(jié)合理論知識的基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算機(jī)輔助軟件繪制了各部分零件及裝配體的立體圖和工程圖，以保障安裝底座的加工制造。關(guān)鍵字

2、：圖紙分析，數(shù)控加工工藝，專用夾具，數(shù)控編程，加工仿真安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工姓名 學(xué)號0 引言0.1 概述本課題起源于裝配制造業(yè)安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控技術(shù)，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以初步掌握編制數(shù)控加工工藝規(guī)程的方法，學(xué)會查閱有關(guān)資料，能合理編制數(shù)控加工過程卡片、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工刀具卡片等工藝文件，能合理的確定加工工序的定位與夾緊方案。能使用AutoCAD正確繪制機(jī)械零件的二維圖形，能通過使用UGNX6.0軟件繪制零件的三維圖，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力及建模能力。編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制有關(guān)圖表。在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識與實(shí)際操作技能，分析與解決設(shè)計(jì)任務(wù)書中的相

3、關(guān)問題。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，綜合運(yùn)用數(shù)控加工刀具和數(shù)控工藝、工裝夾具的設(shè)計(jì)等專業(yè)知識來分析與解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題。依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，進(jìn)行資料的調(diào)研、收集、加工與整理和正確使用工具書；掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范；掌握實(shí)驗(yàn)、測試等科學(xué)研究的基本方法；以及與解決工程實(shí)際問題的能力。0.2 本設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容本次對于安裝底座工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控加工的主要任務(wù)是：1、 分析零件圖紙與技術(shù)要求；2、 三維建模。根據(jù)零件二維視圖建立三維視圖；3、 制定機(jī)械加工工藝文件。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)資料、 生產(chǎn)條件與生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定零件機(jī)械加工工藝規(guī)程，編寫工藝規(guī)程卡片；4、 夾具設(shè)計(jì)。繪制工件夾具圖；5、 編制數(shù)控加工

4、程序、仿真加工與課題制作6、 工件檢驗(yàn)。選用合理的測量工具與設(shè)備檢驗(yàn)工件的加工質(zhì)量。在這整個(gè)過程中，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決實(shí)際相關(guān)問題。1 零件分析1.1 零件圖分析圖1.1所示為安裝底座零件二維圖，其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，中批量生產(chǎn)1000件。圖1.2為零件的三維圖。圖1.1 安裝底座零件二維圖圖1.2 安裝底座三維圖該零件材料為40Cr，需進(jìn)行鍛打，毛坯為精鑄件，主要應(yīng)用于裝配管道，起管道的連接及固定作用，為中批量生產(chǎn)類型產(chǎn)品。該零件為由外螺紋，內(nèi)螺紋，凹形槽，圓弧曲面，內(nèi)孔，沉孔，倒斜角，臺階等表面組成，加工表面較多且都為平面、曲面及各種孔，因此適合采用加工中心加工。1.2

5、 技術(shù)要求分析該零件在熱處理后有眾多精度要求較高的項(xiàng)目：23mm內(nèi)孔公差尺寸為23±0.05mm，2.2mm內(nèi)孔到23mm內(nèi)孔間中心距為9.5±0.2mm，18mm內(nèi)孔公差尺寸為18mm，15內(nèi)孔公差尺寸為15mm，14.2mm內(nèi)孔公差尺寸為14.2mm，20.1mm內(nèi)圓深度為2.1mm，20.1mm內(nèi)圓公差尺寸為20.1mm，14.2mm內(nèi)孔到20.1mm內(nèi)孔間中心距為49.2±0.01mm，29mm圓柱公差尺寸為29mm，29mm圓柱高度尺寸為2mm，R9.1內(nèi)圓深度為2mm，M22×1外螺紋相當(dāng)于基準(zhǔn)A面的同軸度為0.02，18mm內(nèi)孔當(dāng)于基準(zhǔn)A面

6、的同軸度為0.02，29mm圓柱當(dāng)于基準(zhǔn)A面的同軸度為0.02，以及其他各表面粗糙度要求等。上述技術(shù)要求決定了須加工的表面及相應(yīng)加工方案。2 零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)2.1 選定毛坯根據(jù)零件的熱處理前尺寸及考慮夾具方案的設(shè)計(jì)，選擇的毛坯材料牌號為40Cr，毛坯種類為精鑄件，毛坯外形尺寸為75.7mm×75mm×58mm。如圖1.3所示。圖1.3 安裝底座熱處理前三維圖2.2 選擇定位基準(zhǔn) 選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，首先是從保證工件加工精度要求出發(fā)的，因此，選擇定位基準(zhǔn)時(shí)先選擇粗基準(zhǔn)，再選擇精基準(zhǔn)。2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇：按照粗基準(zhǔn)的選擇原則，為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應(yīng)選

7、擇不加工表面為粗基準(zhǔn)，故在加工凹形曲面時(shí)，選擇18mm內(nèi)孔以及工件底平面作為粗基準(zhǔn)。2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇：按照精基準(zhǔn)的選擇原則，為符合基準(zhǔn)重合原則以及基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，故在加工M22×1時(shí)，選擇18mm內(nèi)孔作為精基準(zhǔn)。2.3 工藝路線的設(shè)計(jì)（1）工藝路線的設(shè)計(jì) 為保證幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項(xiàng)技術(shù)要求，必須判定合理的工藝路線。由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為成批生產(chǎn)，所以XH714立式加工中心配以專用的工、夾、量具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率和減少機(jī)床數(shù)量，使生產(chǎn)成本下降。針對零件圖樣確定零件的加工工序?yàn)椋汗ば蛞唬海?8孔及底平面定位）1)粗銑凹形槽。2)精銑凹形槽至尺寸要求。3)孔的定位，

8、鉆4.5沉孔。工序二：（29圓柱面及工件上下平面定位）1) 鉆15及18孔的中心孔。2) 粗鉆鉸15孔，锪18孔。3) 精鉆鉸15孔，锪18孔至尺寸要求。工序三：（18孔及工件上下平面定位）1)鉆4-M4螺紋孔中心孔。2)攻4-M4螺紋孔至尺寸要求。3)粗鉆鉸2.2孔。4)精鉆鉸2.2孔至尺寸要求。5)粗銑R9.1及20.1內(nèi)圓。6)精銑R9.1及20.1內(nèi)圓至尺寸要求。7)所有面去銳邊毛刺。2.4 確定切削用量和工時(shí)定額切削用量包括背吃刀量、進(jìn)給速度或進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度（用于恒線速切削）。其具體步驟是：先選取背吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，最后確定切削速度。（參考資料數(shù)控加工工藝及設(shè)備）

9、工時(shí)定額包括基本時(shí)間、輔助時(shí)間、地點(diǎn)工作服務(wù)時(shí)間、休息和自然需要時(shí)間以及準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間。2.4.1 背吃刀量的確定根據(jù)零件圖樣知工件表面粗糙度要求為全部3.2，故分為粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。因此選擇粗銑的背吃刀量為3.5mm，半精銑的背吃刀量取1.5mm，精銑時(shí)圓周銑側(cè)吃刀量取0.35mm。2.4.2 進(jìn)給量f的確定由文獻(xiàn)10表2.4-73，選擇粗銑時(shí)：=0.20mm/z；精銑時(shí)：=0.5mm/z2.4.3 切削速度的確定由文獻(xiàn)10表3.1-74，選擇粗銑時(shí)：主軸轉(zhuǎn)速n=900r/min；精銑時(shí)：主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min。因此，相應(yīng)的切削速度分別為：粗銑時(shí)：精銑時(shí)：2.4.4 工時(shí)定額

10、的確定下面計(jì)算工序一中4.5mm孔的時(shí)間定額。（1） 基本時(shí)間 由文獻(xiàn)8得，鉆孔的計(jì)算公式為： 式中：； ，鉆通孔時(shí)，=3；L=11，=0，f=0.3，n=1000。因此 所以 （2） 輔助時(shí)間 文獻(xiàn)8確定 開停車 0.015min升降鉆桿 0.015min主軸運(yùn)轉(zhuǎn) 0.02min清除鐵屑 0.04min卡尺測量 0.10min裝卸工件時(shí)間由文獻(xiàn)8取1min所以輔助時(shí)間 =（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1）min=1.19min（3） 地點(diǎn)工作服務(wù)時(shí)間 由文獻(xiàn)8確定 取， 則（4） 休息和自然需要時(shí)間 由文獻(xiàn)8確定 取， 則（5） 準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間 由文獻(xiàn)8，部分時(shí)間確定

11、 簡單件 26min 深度定位 0.3min 使用夾具 6min 由設(shè)計(jì)給定1000件，則 （6） 單件時(shí)間 （7） 單件計(jì)算時(shí)間 2.5 各工序的設(shè)備、刀具、量具的設(shè)計(jì)(1) 選擇NC加工機(jī)床根據(jù)2.3 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，由于零件的復(fù)雜性及不規(guī)則性，故選擇立式加工中心。加工內(nèi)容有：銑凹槽曲面、鉆孔、鏜孔及攻螺紋等，所需刀具不超過20把。選用立式加工中心即可滿足上述要求。本設(shè)計(jì)選用FANUC 18i-MateMC系統(tǒng)XH714立式數(shù)控加工中心，如圖1所示。圖1 XH714立式數(shù)控加工中心(2) 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)工作臺面積(長×寬) 900×400 mm工作臺左右行程

12、(X向) 630 mm工作臺前后行程(Y向) 400 mm主軸上、下行程(Z向) 500 mm工作臺最大承重 600 kg主軸端面至工作臺面距離 250760 mm主軸錐孔 MAS403 BT40刀庫容量 12 把 刀具最大尺寸 100×250 mm主軸最高轉(zhuǎn)速 8000 rpm進(jìn)給速度 5-8000 mm/min快速移動(dòng)速度 20000 mm/min主電機(jī)功率 7.5/11KW定位精度 X:0.016 mm，Y、Z：0.014 mm全程重復(fù)定位精度 X:0.010 mm，Y、Z:0.008mm全程進(jìn)給電機(jī)扭矩 FANUC 8 N.m數(shù)控系統(tǒng) FANUC 0i-MateMC插補(bǔ)方式

13、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)（3）機(jī)床性能XH714為縱床身，橫工作臺，單立柱立式加工中心機(jī)床；可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z任意坐標(biāo)移動(dòng)以及三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制；X、Y、Z三坐標(biāo)軸伺服進(jìn)給采用交流伺服電機(jī)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；X、Y、Z三軸采用進(jìn)口精密滾珠絲杠副，及進(jìn)口滾珠絲杠專用軸承支承；主軸采用交流伺服調(diào)速電機(jī)，其額定功率11KW；主軸最高轉(zhuǎn)速為8000rpm。主軸軸承采用高速、高精度主軸軸承，油循環(huán)冷卻；采用蝶形彈簧夾緊刀具，氣壓松刀；刀庫為20把刀的斗笠式刀庫，無機(jī)械手換刀。2.6 工藝文件的設(shè)計(jì)根據(jù)2.3 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出機(jī)械加工工藝過程卡片及工序卡片。見附表1：機(jī)械加工工藝過程卡片；附表24：數(shù)控加工工

14、序卡；附表78：數(shù)控加工進(jìn)給路線圖。2.7 數(shù)控加工刀具卡片的設(shè)計(jì)根據(jù)2.3 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出機(jī)械加工刀具卡片。見附表56：機(jī)械加工刀具卡片。2.8 數(shù)控編程根據(jù)2.3 工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出數(shù)控加工程序。見附表9：數(shù)控加工程序。3 安裝底座銑凹槽夾具工序工藝裝備的設(shè)計(jì)3.1 夾具設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)根據(jù)安裝底座的特點(diǎn)對夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對固定。二是要能協(xié)調(diào)安裝底座零件與機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸。除此之外，重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)： 1、在成批生產(chǎn)時(shí)，才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 2、夾具上個(gè)零件部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對零件各表面的加工，即夾具要

15、敞開，其定位。夾緊原件不能影響加工中的走刀。根據(jù)課題要求，批量生產(chǎn)1000件安裝底座零件，故需要設(shè)計(jì)專用夾具進(jìn)行裝夾。3.1.1 夾具的定位方案的設(shè)計(jì)工件定位方案的確定，首先應(yīng)考慮滿足加工要求。按基準(zhǔn)重合原則，選用18孔以及工件底平面作為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖3-1所示。平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式為：，其中：n 為活動(dòng)構(gòu)件，n=N-1，N為構(gòu)件； 低副； 高副；所以：即3個(gè)支承釘限制工件的x、y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)度以及z方向的移動(dòng)度，可換圓柱銷限制工件的x、y方向的的移動(dòng)度以及z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)度。圖3-1 安裝底座的定位方案3.1.2 夾具的夾緊方案的確定工件夾緊方案的確定，取工件的29圓柱端面進(jìn)行夾緊，采用

16、固定手柄壓緊螺釘夾緊機(jī)構(gòu)，如圖3-2所示。采用固定手柄壓緊螺釘夾緊機(jī)構(gòu)，在夾具設(shè)計(jì)過程中，以考慮工件的受力情況，故在29圓柱端面與固定手柄壓緊螺釘之間增加光面壓塊，光面壓塊在此處起到緩沖及平衡受力的作用。采用固定手柄壓緊螺釘通過光面壓塊將工件在側(cè)面夾緊，其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。固定手柄壓緊螺釘選用：AM10×120 JB/T 8006.3-1999。圖3-2 安裝底座的夾緊方案3.1.3 夾具對刀裝置方案的確定因考慮零件的復(fù)雜性，故將夾具本次零件加工選擇機(jī)床對刀點(diǎn)在工件坐標(biāo)系的20.1圓心上，這有利于保證精度，減少誤差。采用試切的對刀方法：具體步驟為該零件選擇20.1孔為編程零點(diǎn)，本次

17、試切首先選擇零件的右側(cè)面為試切點(diǎn)，左右撥動(dòng)主軸，手輪移動(dòng)X軸，使刀具微碰零件，此時(shí)記下X的機(jī)械坐標(biāo)輸入到G54或G55的X中，本次試切再選擇零件的下表面為試切點(diǎn)，上下?lián)軇?dòng)主軸，手輪移動(dòng)Y軸，使刀具微碰零件，此時(shí)記下Y的機(jī)械坐標(biāo)輸入到G54或G55的Y中，至此，X，Y軸對刀完成；Z軸的對刀，如以工件端面為0點(diǎn)，將銑刀擦到工件表面，記下此時(shí)Z軸的機(jī)械坐標(biāo)，輸入到G54或G55中。3.1.4 夾具與機(jī)床連接方案的設(shè)計(jì)該夾具為孔系夾具，它的元件以孔定位，螺紋連接，元件定位精度高，夾具的組裝簡便，剛性好，又便于數(shù)控機(jī)床編制加工程序。3.2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在選擇夾具體的毛坯的結(jié)構(gòu)時(shí)，從結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、

18、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊表1-9-1為各種夾具體毛坯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用場合。則選鑄造結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠淇设T造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀?？箟簭?qiáng)度大，抗振性好。易于加工，但制造周期長，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。材料多采用HT15-30或HT20-40。將夾具分為基礎(chǔ)體及夾具體，夾具體主要起到連接專用夾具的作用，而基礎(chǔ)體則起到支撐及定位的作用。另外，在夾具體上還進(jìn)行倒角，以便增加夾具的強(qiáng)度及剛度。3.3 夾具的理論計(jì)算3.3.1 定位誤差的分析與計(jì)算主要是可換圓柱銷及支承釘?shù)亩ㄎ?。因此，定位誤差在于可換圓柱銷及支承釘之間的定位誤差。支承釘?shù)亩ㄎ徽`差按公式3.1

19、計(jì)算： （3.1）由于工件定位垂直表面與工件上表面間的角度為0。所以,3.3.2 夾緊力的分析與計(jì)算本套夾具靠固定手柄壓緊螺釘實(shí)現(xiàn)夾緊。因此，夾緊力的計(jì)算則在于固定手柄壓緊螺釘所需的力。固定手柄壓緊螺釘夾緊力P按3.2公式計(jì)算： （3.2） 夾緊力，； 螺紋升角，M16選； 螺紋摩擦角，=； 支撐表面摩擦力矩的計(jì)算力臂，選擇； 螺母支撐面的摩擦因素，選擇=0.178；通過計(jì)算，M16孔定位的螺釘所需夾緊力為：T=180N因?yàn)楣饷鎵簤K起到緩沖作用，故夾緊力需增加一倍。因此總共所需夾緊力為：T總=2T=180N×2=360N3.3.3 夾具的質(zhì)量計(jì)算本套夾具的質(zhì)量主要來自于夾具體及基礎(chǔ)體

20、的質(zhì)量。因方便計(jì)算，故經(jīng)過優(yōu)化及對一些孔的忽略不計(jì)，最后得到的質(zhì)量計(jì)算為：3.4 夾具的簡要使用操作說明本夾具用于加工安裝底座的凹形曲面（工件材料40Cr）。工件以底平面、內(nèi)孔18和29圓柱端面在可換圓柱銷5、支承釘6、固定手柄壓緊螺釘9上定位，由固定手柄壓緊螺釘9夾緊工件。4 零件的仿真加工4.1 UG NX6.0仿真加工圖4.1 凹槽粗銑削 4.2 凹槽精銑削4.3 鉆攻4-M4螺紋孔及2.2通孔4.4 鉆鉸4.5沉孔4.2 課題制作此次課題制作，本次設(shè)計(jì)共分為8個(gè)部分，第一部分為零件圖及工藝分析，主要是圖形分析。第二、三部分為加工機(jī)床的選擇和裝夾方法的確定。第四、五部分主要是寫工藝方面的

21、內(nèi)容，其中包含工藝過程、工藝簡圖，并標(biāo)注出定位和夾緊方式、所用機(jī)床、所用刀具、所用切削用量等。第六部分主要介紹了運(yùn)用CAM軟件編制零件的數(shù)控加工程序以及其生成過程。第七、八部分為設(shè)計(jì)總結(jié)及參考文獻(xiàn)。在零件圖分析方面分為三步，第一先分析零件的結(jié)構(gòu)，了解零件大致形狀。第二是尺寸精度公差要求。第三則是技術(shù)要求等等。在這一階段，必須對零件圖有所識別能力。特別是注意形位公差，零件尺寸公差，粗糙度等方面。在零件的工藝方面，根據(jù)零件各個(gè)部分的加工所要達(dá)到的粗糙度分別進(jìn)行分析，如外形輪廓，沉孔，通孔等結(jié)構(gòu)。在擬定工序方面，對上述的說法進(jìn)行詳細(xì)的說明。在加工順序說明里，對三個(gè)工序安排進(jìn)行分析。在數(shù)控加工工藝方面

22、，涉及到許多方面，在腦海中必須出現(xiàn)如何加工零件、夾具的雛形、機(jī)床的各種參數(shù)等等。數(shù)控加工內(nèi)容則是對零件加工順序的檢驗(yàn)；數(shù)控設(shè)備則是所使用的機(jī)床；對于加工工序與工步，當(dāng)有清晰的加工順序時(shí)，開始選擇合適的刀具，并確定正確的進(jìn)給路線制作工藝卡片。并通過查閱切削用量手冊等相關(guān)參考文獻(xiàn)，計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度，并分析切削用量。在定位方案與夾具設(shè)計(jì)方面，確定基準(zhǔn)與夾緊方案，根據(jù)方案設(shè)計(jì)出夾具。5 結(jié)論（1） 設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用到的材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控編程等方面的知識。通過設(shè)計(jì)，加深了對所學(xué)知識在腦海中的印象，并提高了在實(shí)際中應(yīng)用所學(xué)知識的能力。（2） 通過對零件和夾具的三維造型，實(shí)戰(zhàn)練習(xí)了UG三維造型軟件的造型模塊和AtuoCAD工程圖模塊，加深了AutoCAD二維軟件的操作和理解。（3） 通過對夾具的理論計(jì)算，證明本套夾具具有可行性。（4） 通過對零件的加工仿真，證明數(shù)控加工程序具有可行性。（5） 通過對夾具的三維建模，證明夾具的