箱体类典型零件的数控加工工艺分析毕业论文.docx

箱体类典型零件的数控加工工艺分析毕业论文.docx

《箱体类典型零件的数控加工工艺分析毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《箱体类典型零件的数控加工工艺分析毕业论文.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

箱体类典型零件的数控加工工艺分析毕业论文

毕业论文

箱体类典型零件的数控加工工艺分析

摘要

论文首先介绍了数控机床的趋势：

工序集中、高速化、高效、高精度、多功能等。

从数控加工工艺基础讲起，由浅入深的分析了数控加工工艺的特点与技术要求。

对典型箱体类零件的数控加工工艺分析与举例分析。

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。

数控加工工艺是伴随着数控机床的产生和发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的总结。

数控加工工艺是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。

数控编程就是将制定的数控加工工艺容程序化。

箱体类零件的加工精度高，工艺难度较大。

除了一般零件的共性外有其铣平面，铣孔，热处理特殊特点。

因此对箱体类零件的加工工艺分析对数控加工工艺方面的一个丰富的积累。

关键词：

数控机床；箱体类零件；加工工艺。

Box-typepartsofatypicalCNCmachiningprocessanalysis

Abstract

PaperintroducesthetrendofCNCmachinetools:

processfocus,high-speed,highefficiency,highprecision,multi-function,suchas.Fromtalkingaboutthebasisofnumericalcontrolprocessing,easy-to-digestanalysisofthecharacteristicsofCNCmachiningtechnologyandtechnicalrequirements.Thetypicalbox-typepartsontheCNCmachiningprocessanalysisandexampleanalysis.

CNCmachiningprocessistheuseofCNCmachiningpartsbyusingvariousmethodsandtechniquesofthesumofthemeansappliedtotheentireCNCmachiningprocess.CNCmachiningprocessisaccompaniedbytheemergenceofCNCmachinetoolsanddevelopmentwithagradualimprovementofapplicationtechnology,itisthepracticeofalargenumberofCNCmachiningsummary.CNCMachiningNCprogrammingprocessistheprerequisiteandbasisfor,notinlinewiththepractical,scientificandrationalCNCmachiningprocess,therecanbenorealNCmachiningprocesspossible.NCprogrammingistoformulatethecontentsoftheNCprocessingprogram.

Box-typehigh-precisionmachining,processmoredifficult.Inadditiontothegeneralcommonpartsoutsidetheplaneofitsmilling,holemilling,heattreatmentofspecialfeatures.

Box-typepartsontheprocessofanalysisoftheaspectsofCNCmachiningprocesstoarichaccumulation.

Keywords:

CNCmachinetools;boxcomponents;processingtechnology.

第1章概述

1.1数控加工技术的发展和趋势

1.1.1数控机床的发展

美国麻省理工学院于1952年成功地研制出世界上第一台的数控铣床。

我国数控机床的研究始于1958年，由清华大学研制出了最早的样机。

1966年我国诞生了第一台用直线-圆弧插补的晶体管控制系统。

1970年初研制成功集成电路控制系统。

1980年以来，通过研究和引进技术，我国数控机床发展很快，现已掌握了5~6轴联动、螺距误差补偿、图形显示和高精度司法系统等多项关键技术。

目前已有几十个单位在从事不同层次的数控机床的生产和开发，形成了具有小批量生产能力的生产基地。

数控机床的品种已超过500种，其中金属切削机床品种的数控化率达20%以上。

1.1.2数控机床的趋势

数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度、高可靠性以与方便使用。

1．工序集中

加工中心使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散、工件多次装夹引起的定位误差，提高了加工精度，减少了工序间的辅助时间，同时也减少了机床的台数和占地面积，有效提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。

2．高速化

由于数控装置与伺候系统功能的改进，其主轴转速和进给速度大大提高，减少了切削时间。

加工中心的主轴转速现已达到8000~12000r/min，最高的可达100000r/min以上，磨床的砂轮线速度提高到100~200m/s。

正在开发的采用64位CPU的新型数控系统，可实现快速进给、高速加工、多轴控制功能，指控轴数最多可达到24个，同时联动轴数可达3~6轴，进给速度为20~24m/min，最快可达60m/min。

3．高效

数控机床的自动换刀和自动交换工作台时间大大缩短，现在数控车床刀架的转位时间可达0.4~0.6s，加工中心自动交换刀具时间可达3s，最快能达到1s以，交换工作台时间也可达到6~10s，个别可达到2.5s，提高了机床的加工效益。

4．高精度化

用户对产品精度要求的日益提高，促使数控机床的精度不断提高。

工件的加工精度主要取决于：

机床精度、编程精度、插补精度和伺服精度。

目前，数控机床配置了新型、高速、多功能的数控系统，其分辨率可达到0.1ｕｍ，有的可达到0.01um，实现了高精度加工。

伺服系统采用前馈控制技术高分辨率的位置检测元件、计算机数控的补偿功能等，保证了数控机床的高加工精度。

5．多功能化

CNC装置功能的不断扩大，促进了数控机床的高度自动化与多功能化。

数控机床的数控系统大多采用CRT显示，可实现二维图形的轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形显示，有的系统具有自适应控制系统，能在在加工条件下改变机床的切削用量，以适应任一瞬间实际发生的加工情况，实现无人化管理。

6．结构新型化

一种完全不同于原来数控机床结构的新兴数控机床，近几年被开发成功，这种被称为“6条腿的加工中心”或虚轴机床的数控机床，没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的“6条腿”支撑并联，并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。

它可以实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心提高2~10倍。

7．编程技术自动化

随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以与形状的日益复杂，迫切需求速度快、精度高的编程，以便于直观检查。

为弥补手工编程和NC语言编程的不足，近几年开发出多种自动编程系统，如图形交互化编程系统、数字化自动编程系统、语言数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。

“图形交互自动编程”是一种计算机辅助编程技术，以计算机辅助设计（CAD）软件为基础。

其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国外先进的CAD/CAM软件所采用的编程方法。

目前常用的图形交互式自动编程软件有GU、Pro/E、MasterCAM等。

1.2数控加工的定义

随着社会生产和科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，人们对机械产品的质量和生产效率也提出了越来越高的要求。

尤其是航空航天、军事、造船等领域所需要的零件，精度要求越来越高，形状也越来越复杂，这些零件用普通机床是难以加工的。

数控机床是用数字化信号对机床的运动与其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。

它是一种技术密集度与自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床所结合的产物。

数控加工则是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制出以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格的零件的方法。

在数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序就相对于软件，两者缺一不可。

数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善的一种应用技术。

实现数控加工，编程是关键。

编程前必须要做好准备工作，编程后还要进行不要的善后处理工作。

严格来说，数控编程也是属于数控加工工艺的畴。

1.3数控加工工艺的定义

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。

数控加工工艺是伴随着数控机床的产生和发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的总结。

数控加工工艺是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。

数控编程就是将制定的数控加工工艺容程序化。

1.4数控加工工艺的特点

1．数控加工的工艺容十分明确而且具体，进行数控加工时，数控机床接受数控系统的指令，完成各种运动，实现加工要求。

因此，在编制加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺因素，如切削用量、进给路线、刀具的几何形状，甚至工步的划分与安排等一一作出定量描述，对每一个问题都要给出确切的答案和选择，而不能像用通用机床加工那样，在大多数情况下，许多具体的工艺问题是由操作工人依据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的。

也就是说，本来由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先具体设计和明确安排的容。

2．数控加工的工艺要求相当准确而且严密。

数控加工不能像通用机床加工那样，可以对加工过程中初相的问题由操作者根据自己的靖安自由地进行调整。

比如加工螺纹，在普通机床上操作时可以随时根据孔中是否挤满了切屑而决定是否需要退一下刀或先清理一下切屑；而数控机床并不知道孔中是否挤满了切屑以与何时需要退一次刀以待清除切屑后再进行加工。

因此，在数控机床的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，做到万无一失。

在实际工作中，一个字符、一个小数点或一个逗号的差错都有可能酿成重大机床事故和质量事故。

因为数控机床比同类普通机床价格高很多，其加工的也往往是一些形状比较复杂、价值也较高的工作，所以万一损坏机床或工件报废都会造成较大损失。

根据大量加工实力分析，数控工艺考虑不周和计算与编程时粗心大意是造成数控加工失误的主要原因。

因此，要求编程人员除必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验外，还必须具有耐心和严谨的工作作风。

3．数控加工的工序相对集中。

一般来说，在普通机床上是根据机床的种类进行单工序加工，而在数控机床上往往是在工件的一次装夹中完成钻、扩、铰、铣、镗、攻螺纹等多工序的加工。

这种“多序合一”的现象也属于“工序集中”的畴，极端情况下，在一台加工中心上可以完成工件的全部加工容。

第2章数控加工工艺基础

2.1数控加工工艺分析

2.1.1生产过程和工艺过程

1．生产过程

机械产品制造时，由原材料到该机械产品出厂的全部劳动过程称为机械产品的生产过程。

其过程包拈以下部分：

（1）准备工作。

如产品的开发设计和工艺设计，专用装备的设计与制造。

（2）原材料与半成品的运输和保管。

（3）毛坏的制造过程。

如铸造、锻造和冲压等。

（4）零件的各种加丁过程。

如机械加工、焊接、热处理和表面处理等。

（5）部件和产品的装配过程。

包括组装和部装等。

（6）产品的检验、调试、油漆和包装等。

　　需指出的是：

上述的“原材料”和“产品”的概念是相对的。

一个工厂的“产品”可能是另一个工厂的“原材料”，因为在现代制造业中，专业化生产的程度越来越高，如汽车上的轮胎、仪表、电器元什、标准件与其他许多零件都是由其他专业厂生产的。

2．工艺过程

　　在机械产品的生产过程中，与原材料变为成品直接有关的过程称为工艺过程，如毛坯的制造、机械加工、热处理和装配等。

而在工艺过程中，用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的那部分工艺过程称为机械加工工艺过程。

2.1.2机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程一般由一个或若干个工序组成。

而工序又可分为安装、工位、工步和进给，它们按一定顺序排列，逐步改变毛坯的形状、尺寸和材料的性能，使之成为合格的零件。

1．工序

工序是指一个（或一组）工人，在一个工作地点（如一台设备）对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。

工序是工艺过程的基本单元，划分工序的主要依据是零件加工过程中工作地点（设备）是否变动，以与该工序的工艺过程是否连续。

2．安装

　　机械加工中，使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。

工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。

3．工位

　　为了减少工件的安装次数，在大批量生产时，常采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。

工件在一次安装下相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工艺过程称为工位。

图2．1所示为一种用回转工作台在—次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔4个工位加工的实例。

4．工步

工步是指加工表面、加工工具和切削用量中切削速度和进给量不变的情况下所完成的那部分工序容。

一道丁序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。

构成工步的任一因素改变后，一般即为另一工步。

但对于那些在一次安装中连续进行的若干一样工步，可看成一个下步。

有时为了提高生产率，用几把不同的刀具同时加上几个不同表面，此类工步称为复合工步如图2．2所示。

在工艺文件上，复合工步应视为一个工步。

5．进给

　　在一个工步，若被加工表面要切除的金属层很厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次进给。

2.2零件图的分析审查

在制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进行工艺性分析，以与对产品零件图提出   修改意见，是制订工艺规程的一项重要工作。

首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。

1．检查零件图的完整性和正确性

在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以与技术要求的标注是否齐全、合理等。

2．零件的技术要求分析

零件的技术要求包括下列几个方面：

加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以与表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）。

要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。

特别要分析主要表面的技术要求，因为主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。

3．零件的材料分析

即分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。

判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。

所选的零件材料应经济合理，切削性能好，满足使用性能的要求。

4．合理的标注尺寸

（1）零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合，   并符合尺寸链最短的原则。

（2）零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准 标注尺寸。

（3）零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。

（4）零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。

（5）零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。

2.3零件机械加工工艺规程的制定

零件机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法等的工艺文件。

它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式制成文本，用来指导生产、管理生产的文件。

2.3.1机械加工工艺规程的容与作用

工艺规程的容，一般有零件的加工工艺路线、各工序基本加工容、切削用量、工时定额与采用的机床和工艺装备（刀具、夹具、量具、模具）等。

工艺规程的主要作用如下：

1．工艺规程是指导生产的主要技术文件。

合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践基础上的，是科学技术和实践经验的结晶。

因此，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。

2．工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。

原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产进度计划的安排等工作都是依据工艺规程来进行的。

3．工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。

在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型与工艺规程来确定机床和设备的数量与种类，工人工种、数量与技术等级，车间面积与机床的布置等。

2.3.2制定工艺规程的原则、原始资料

1．制定工艺规程的原则

制定工艺规程的原则是：

在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，可靠加工出符合设计图纸要求的零件。

同时，还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。

2．制定工艺规程的原始资料

（1）产品零件图样与装配图样。

零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以与其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制定工艺规程的基础。

（2）产品的生产纲领。

（3）产品验收的质量标准。

（4）本厂现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平与毛坯的制造生产能力等。

（5）国、外同类产品的生产工艺资料。

2.3.3制定工艺规程的步骤

1．零件图样分析

零件图样分析的目的在于：

（1）分析零件的技术要求，主要了解各加工表面的精度要求、热处理要求，找出主要表面并分析它与次要表面的位置关系，明确加工的难点与保证零件加工质量的关键，以便在加工时重点加以关注。

（2）审查零件的结构工艺性是否合理，分析零件材料的选取是否合理。

2．毛坯选择

毛坯的选择主要依据以下几方面的因素：

（1）零件的材料与机械性能零件的材料一旦确定，毛坯的种类就大致确定了。

例如材料为铸铁，就应选铸造毛坯；钢质材料的零件，一般可用型材；当零件的机械性能要求较高时要用锻造；有色金属常用型材或铸造毛坯。

（2）零件的结构形状与尺寸例如，直径相差不大的阶梯轴零件可选用棒料作毛坯，直径相差较大时，为节省材料，减少机械加工量，可采用锻造毛坯；尺寸较大的零件可采用自由锻，形状复杂的钢质零件则不宜用自由锻。

对于箱体、支架等零件一般采用铸造毛坯，大型设备的支架可采用焊接结构。

（3）生产类型大量生产时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，如机器造型、熔模铸造、冷轧、冷拔、冲压加工等。

单件小批生产则采用木模手工造型、焊接、自由锻等。

（4）毛坯车间现有生产条件与技术水平以与通过外协获得各种毛坯的可能性。

3．拟订工艺路线

（1）定位基准的选择正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。

所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择合适的定位基准。

基准的选择方法见第一章。

（2）零件表面加工工艺方案的选择由于表面的要求（尺寸、形状、表面质量、机械性能等）不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。

某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。

（3）加工阶段的划分对于那些加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：

1）粗加工阶段主要任务是切除毛坯的大部分余量，并制出精基准。

该阶段的关键问题是如何提高生产率。

2）半精加工阶段任务是减小粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做好准备，同时完成零件上各次要表面的加工。

3）精加工阶段任务是保证各主要表面达到图样规定要求。

这一阶段的主要问题是如何保证加工质量。

4）光整加工阶段主要任务是减小表面粗糙度值和进一步提高精度。

划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进行机械加工，可以合理的分配加工余量以与合理的选择切削用量，充分发挥粗加工机床的效率，长期保持精加工机床的精度，并减少工件在加工过程中的变形，避免精加工表面受到损伤；粗精加工分开，还便于与时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。

（4）加工顺序的安排加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产率和降低成本都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。

可按下列原则进行。

1）切削加工顺序的安排

①先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。

②先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。

③先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，其主要表面的加工顺序是先加工用作定位的平面和孔的端面的加工，然后再加工孔。

④先基准后其它即选作精基准的表面应在一开始的工序中就加工出来，以便为后续工序的加工提供定位精基准。

2）热处理工序的安排

零件加工过程中的热处理按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。

预备热处理预备热处理的目的是改善机械性能、消除应力、为最终热处理作准备，它包括退火、正火、调质和时效处理。

铸件和锻件，为了消除毛坯制造过程中产生的应力，改善机械加工性能，在机械加工前应进行退火或正火处理；对大而复杂的铸造毛坯件（如机架、床身等）与刚度较差的精密零件（如精密丝杠），需在粗加工之前与粗加工与半精加工之间安排多次时效处理；调质处理的目的是获得均匀细致的索氏体组织，为零件的最终热处理作好组织准备，同时它也可以作为最终热处理，使零件获得良好的综合机械性能，一般安排在粗加工之后进行。

最终热处理最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度与耐磨性，它包括淬火、渗碳与氮化等。

淬火与渗碳淬火通常安排在半精加工之后、精加工之前进行；氮化处理由于变形较小，通常安排在精加工之后。

3）辅助工序的安排

辅助工序包括：

检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁与平衡去重等。

其中检验是最主要的、也是必不可少的辅助工序，零件加工过程中除了安排工序自检之外，还应在下列场合安排检验工序：

①粗加工全部结束之后、精加工之前；

②工件转入、转出车间前后；

③重要工序加工前后；

④全部加工工序完成后。

2.3.4工艺文件的编制

零件的机械加工工艺过程确定之后，应将有关容填写在工艺卡片上，这些工艺卡片总称为工艺文件。

生产中常用的工艺文件有下列三种形式：

1．机械加工工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明零件整个加工工艺过程的一种工艺文件，其容包括工序号、工序名称、工序容、加工车间、设备与工艺装备、各工序时间定额等，其格式见表2-3。

在单件小批生产中，常以这种卡片直接指导生产。

表2-1机械