王丽复杂零件加工工艺设计及数控程序编制.docx
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王丽复杂零件加工工艺设计及数控程序编制
毕业设计说明书
题目复杂零件加工工艺设计及
数控程序编制
专业数控技术
班级数控班
学生姓名
指导教师
年月日
摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ
关键词……………………………………………………………………………………………Ⅰ
复杂零件加工工艺设计及数控程序编制
摘要:
本课题主要是对复杂零件进行加工工艺分析，采用具体事例分析的方法，说明复杂零件加工工艺的分析步骤，同时对复杂零件进行程序编制的说明，确定本设计通过查阅相关的书籍及对市场及人们生活的调查，分析了复杂零件的数控加工工艺及编程在我国的重要性及所存在的问题，从而做出相应的措施。
根据设计要求制定多种方案，完成对复杂零件加工工艺设计及数控程序编制确定装夹方案，定位及相关的工序内容。
复杂零件的工艺设计及程序的编制已是时代的必须，它的发展将推动我国工业的发展。
关键词:
复杂零件加工工艺设计程序编制
1设计要求
1.1设计计算说明书部分
1.1.1加工路线方案的拟订与选择
1.1.2加工工序的安排与说明
1.1.3毛坯、工艺参数、刀夹具与机床的选择与说明
1.1.4加工表面的程序清单
1.1.5其他
2.2设计绘图部分
2.2.1数控加工工序卡片
2.2.2数控加工走刀路线图
图名
图幅
张数
折合零号图数
数控加工工序卡片
A3
2
数控加工走刀路线图
A3
2
合计
4
2零件的分析与毛坯的选择
2.1生产类型的确定
确定生产类型的依据-----生产纲领
生产纲领N=Q×n×（1+α%+β%）
式中N--------零件的生产纲领
Q------产品的年产量
n------每台产品中，该零件的数量（件/台）
α%-----备品率
β%------废品率
根据该公式确定此零件的生产纲领为100---500件，确定其生产类型为小批量生产，相对来说选取的毛坯精度稍低、加工的余量大。
工艺过程卡片比较简单。
需要熟练的技术工人。
2.2零件的分析
此零件结构比较简单，形状为长方形，主要由平面、外轮廓、内型腔及平行孔系组成。
此零件为配合件加工，其中六面已经加工完成，所以只需要进行凸台形状的加工，以及相关的孔系的加工。
其中内型腔、凸台的外轮廓以及孔系部分粗糙度为1.6μm，既加工精度相对来说要达到很高的要求，一般为7-8级，一般需要进行进一步的加工，以达到加工要求，其中凸台的外边的上平面要求与零件的下平面的平行度达到0.02μm，孔系的外轮廓面与该零件的右侧面的对称度达到0.04μm，其于达到3.2μm的粗糙度。
并且根据公差要求来进行调配。
2.3毛坯的选择
工艺设计时，毛坯的选择是指确定毛坯的种类、制造方法以及余量确定后的毛坯尺寸。
零件材料为45号钢，根据技术要求，要求零件进行去毛刺的处理，即要求外形光洁且美观，根据零件的结构形状及外形尺寸以及生产纲领的大小可选择锻件，
3加工路线方案的拟订与选择
3.1平面加工方法的选择
根据零件的要求，制定如下两种方案。
方案Ⅰ
不进行任何处理
方案Ⅱ铣床
精加工——磨
根据零件的技术要求，其中六面已经加工完成，只有加工完凸台之后剩下的表面，因为它的加工精度需要达到7-8精度，所以需要进行精加工以保证达到技术要求，所以选择方案Ⅱ。
3.2凸台加工方案
方案Ⅰ
粗车—半精车
方案Ⅱ
粗车—半精车—精车
根据零件的精度要求，凸台达到7-8级精度，要进行精加工。
所以选择方案Ⅱ，方案Ⅰ只能达到8级以上精度，所以它达不到零件的技术要求。
3.3孔加工方案
采用铣床加工，加工方案如下：
钻中心孔—扩—粗铰—精铰
因为零件的图纸中要求孔的粗糙度达到1.6所以精度要达到7级以上，所以粗铰仍然达不到技术要求，还要进行精铰，由于零件有一定的硬度，所以不能直接进行钻孔，要先进行钻中心孔，防止钻头磨损，以及保持中心度。
3.3.1扩孔
扩孔用以扩大已加工出的孔（铸出、锻出或钻出的孔），它可以校正孔的轴线偏差，并使其获得正确的几何形状和较小的表面粗糙度，其加工精度一般为IT9～IT10级，表面粗糙度、Ra=3.2～6.3μm。
扩孔的加工余量一般为0.2～4mm。
3.3.2铰孔
铰孔是用铰刀从工件壁上切除微量金属层，以提高孔的尺寸精度和表面质量的加工方法。
铰孔是应用较普遍的孔的精加工方法之一，其加工精度可达IT6～IT7级，表面粗糙度Ra=0.4～0.8μm。
3.3定位基准的选择
根据上述零件几何结构分析及技术分析，平面A以及平面B为重要加工表面，根据粗基准的选择原则，同时，零件的内型腔以及凸台的精度要求较高，所以根据精基准的基准统一原则，选则平面B作为基准，进行加工凸台以及内型腔，保证剩下的表面与平面B的平行度，保证达到20mm和15mm的尺寸要求。
根据基准统一原则，以平面B为基准加工孔等，同时保证与平面A的对称度要求，同时保证尺寸的要求。
3.4加工阶段的划分
按照零件的加工要求以及加工后所要达到的技术要求,该零件加工阶段可划分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段.
粗加工阶段:
由于凸台部分要求达到1.6μm的粗糙度,所以不能够一次完成,需要经过多次加工,防止应力过于集中,而造成工件的断列或者工件的使用寿命过短,所以加工过程中,需要进行热处理.一保证加工要求.
半精加工阶段:
此阶段是一个过度阶段,为下一步的精加工作好准备,同时,也可防止刀具由于切削量过大而造成的损坏.
精加工阶段:
对于该零件,由于精度要求较高,所以是必须的一步,
3.5工序的划分
根据工件的结构与尺寸要求,按照安装次数划分,方案如下
方案Ⅰ
按照粗精加工划分，划分为三道工序
方案Ⅱ
按照装夹次数划分，分为两道工序。
首先加工上表面的所有内容，然后加工下表面的所有内容。
根据以上对零件的结构分析以及技术要求的分析，可知此零件六面以加工完成，只需进行凸台，内型腔，及孔的加工。
根据零件结构特点，此零件需要进行两次加工，所以选择方案Ⅱ，装夹一次完成上表面加工。
装夹第二次，完成下表面的加工，所以根据工序集中的原则，按照装夹次数划分为两道工序，减少了设备的数量，减少了操作工人及生产面积；减少了工序数目，简化了生产计划工作，缩短了生产周期。
减少了工件的装夹次数，有利于提高生产力，同时保证表面的加工精度。
而方案Ⅰ，总的来说可以实施，但由于装夹次数过多导致零件精度过低，从而达不到零件的技术的要求，生产起来也复杂，所以从各方面来说，方案Ⅰ不符合零件的要求。
4工艺参数、刀夹具与机床的选择
4.1机床的选择
根据零件的形状与结构选择YHM1100（A）数控铣床，它适用于钻、铣、镗等工序及复杂的二、三维凸凹型腔和表面的自动加工，配合多轴NC回转工作台可对工件实现多面体及特殊曲面和复杂型腔，孔位的壳体和模具加工。
本机床的铸件均采用树脂砂铸件，且经过两次人工时效处理，稳定性好，强度高，各项精度稳定可靠。
三轴滚珠丝杆均采用专业配套厂商提供的高精度产品，并且均进行预拉伸。
轴承均采用日本进口NSK配对组合的滚珠丝杆专用轴承。
超高频淬火处理的硬轨，采用周边磨削工艺精磨，与其配合的粘贴Turcite-B耐磨片并精细研刮，耐磨性好，精度保持长久。
机床的润滑系统均采用定时，定量自动集中供油润滑系统，可确保每个润滑部位都得到充分润滑
4.2夹具的选择
4.2.1三爪卡盘
根据零件的形状及加工方法可知，零件不能用三爪卡盘来装夹，因为三爪卡盘的特点是：
三爪卡盘是靠其法兰盘上的螺纹直接旋装在车床主轴上。
三爪卡盘安装工件
三爪卡盘是车床上应用最广的通用夹具，适合于安装短圆棒料或盘类（直径较大的盘状工件中，可用反三爪夹持）工件。
当转动小伞齿轮时，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出，以夹紧不同直径的工件。
三爪卡盘装夹方便能自动定心，但其定心准确度不高，约为0.05～0.15mm。
工件上同轴度要求较高的表面应在一次装夹中车出。
由于零件要求精度很高，所以定位也非常关键，必须选择比较精确的夹具，根据以上对三爪卡盘的分析，证明三爪卡盘不可以
4.2.2四爪卡盘
而对于四爪卡盘安装工件。
四爪卡盘有四个互不相关的卡爪，各卡爪的背面有一半瓣内螺纹与一螺杆相啮合。
螺杆端部有一方孔，当用卡盘扳手转动某一螺杆时，相应的卡爪即可移动。
如将卡爪调转180°安装，即成反爪。
四爪卡盘由于四个卡爪均可独立移动，因此可安装截面为方形、长方形、椭圆以及其它不规则形状的工件。
同时，四爪卡盘比三爪卡盘的夹紧力大，所以常用来安装较大的圆形工件。
由于四爪卡盘的四个卡爪是独立移动的，在安装工件时须进行仔细的找正工件，一般用划针盘按工件内外圆表面或预先划出的加工线找正，其定位精度较低，为0.2～0.5mm。
用百分表按工件精加工表面找正，其定位精度可达0.02～0.01mm。
4.2.3虎钳
虎钳是用来夹持工件，其规格以钳口的宽度来表示，常用的有100、125、150mm三种，使用虎钳时应注意：
（1）工件尽量夹在钳口中部，以使钳口受力均匀；
（2）夹紧后的工件应稳定可靠，便于加工，并不产生变形；
（3）夹紧工件时，一般只允许依靠手的力量来扳动手柄，不能用手锤敲击手柄或随意套上长管子来扳手柄，以免丝杠、螺母或钳身损坏。
（4）不要在活动钳身的光滑表面进行敲击作业，以免降低配合性能；
（5）加工时用力方向最好是朝向固定钳身。
所以根据以上的介绍可以知道，该零件选择精密虎钳进行夹紧以及定位。
4.3刀具的选择
根据零件的形状结构，选择刀具如下：
凸台的轮廓粗加工用直径为30mm的铣刀，精加工选择直径为20mm的铣刀，内型腔粗加工选择直径为10mm的铣刀，精加工选择直径为5mm的铣刀。
平面的精加工选择直径为5mm的平面铣刀，因为此零件内型腔的宽度只有20mm，所以选择直径较小的刀具这样可以保证零件平面的精度，同时也可以防止加工好的零件轮廓由于刀具过大而造成损坏。
都采用环行加工的方法，一层一层的铣削，可以提高零件的精度，也为最后的精加工做好准备。
孔的加工，首先选择直径为10mm的钻头进行钻中心孔，以保证同轴度等要求，然后选择直径为19mm的钻头做粗加工，然后选择直径为20mm的钻头进行最后的铰孔，以保证质量。
4.4走刀路线的选则
为了防止零件轮廓的损坏，保证零件表面的光整，不出现刀痕，切削时采用按照零件的轮廓线切向切入切出，以保证零件的技术要求，达到图纸要求。
采用层铣削的方法。
进一步保证零件的质量。
4.5切削用量的确定
切削用量一般包括背吃刀量，进给速度，主轴转速等，具体安排见下面的分析。
4.6加工余量的却定
根据零件的结构为旋转表面，加工余量从直径上考虑，既双边余量。
实际所切除的金属厚度为直径上的加工余量的一半，计算公式如下：
对于外表面Zi=Li-1-Li
对于内表面Zi=Li-Li-1
对于轴2Zi=di-1-di
对于孔2Zi=Di-1-Di
式中Zi--------本道工序的单边余量；
Li--------本道工序的工序的尺寸
Li-1--------上道工序的工序尺寸
Di--------本道工序的孔直径
Di-1--------上道工序的孔直径
di--------本道工序的外圆直径
di-1--------上道工序的外圆直径；
各道工序的余量之和为加工总余量。
所以确定加工余量为：
凸台进行多次加工，粗加工余量为2mm。
根据零件的精度要求，精加工已经能够达到要求，所以精加工时为最后的一步，不留加工余量
内型腔分进行几次加工，粗加工余量为2mm，半精加工余量为0.5mm
对于平面半精加工余量为1mm。
精加工时为最后的一步，不留加工余量。
对于孔，扩孔时加工余量为2mm。
铰孔为最后一步，不留加工余量。
4.7主轴转速
主轴转速的计算公式如下：
V=Dn/1000
式中V主轴转速
D刀具的直径
N切削速度
切削速度在机械手册上可以查到，主轴转速如下：
粗铣轮廓时，主轴转速为800，精铣的时候为1200。
内型腔粗加工时为800，精加工时为1000。
钻中心孔时为800，钻19的孔时转速为500，钻20的孔时转速为1200
铣平面时精加工时主轴转速为1000。
4.8进给量
进给量的计算公式如下：
f=nzfz
式中：
f进给量
n切削速度
fz每齿进给量
具体看工序表。
5加工表面的程序清单
根据加工顺序选择原则，表面程序加工清单安排如下表2—1
加工顺序
加工内容
1
凸台
2
内型腔
3
表面
4
孔
表2—1表面加工程序清单
6其它的工序设计
6.1辅助工序的安排
根据零件图样的技术要求，可知，零件需要进行去毛刺处理，以便达到光整要求，同时保证了零件的质量，便于最后应用于实际当中，
6.2热处理工序的安排
该零件需要进行循环切削，加工过程中会产生残余应力，所以在粗加工之后，精加工之前要安排一次热处理，同时为了达到图样规定的零件强度，硬度和耐磨性目的，需要进行最终热处理，根据零件的要求，最终选择淬火处理。
6.3测量方法
因为该零件的内部不是很复杂，一般的测量工具就可以了，所以采用游标卡尺进行测量，以保证加工质量。
7填写工艺文
7.1外轮廓加工工序卡片
单位
数控加工工序卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
复杂零件
车间
使用设备
YHM1100（A）
工艺序号
程序编号
1
夹具名称
夹具编号
精密虎钳
工步号
工步作业内容
刀具号
主轴转速
进给速度
背吃刀量
备注
1
粗加工凸台外轮廓
T01
800
480
自动
2
精铣外轮廓
T02
1200
500
自动
3
粗加工内型腔
T03
800
360
自动
4
精铣内型腔
T04
1000
480
自动
5
精铣表面
T05
1000
480
自动
6
钻中心孔
T06
800
50
自动
7
扩孔
T07
500
150
自动
8
铰孔
T08
1200
150
自动
编制
审核
批准
年月日
共2页
第1页
数控加工工序卡片
7.2内型腔加工工序
单位
数控加工工序卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
车间
使用设备
YHM1100（A）
工艺序号
程序编号
2
夹具名称
夹具编号
精密虎钳
工步号
工步作业内容
刀具号
主轴转速
进给速度
背吃刀量
备注
1
粗加工凸台外轮廓
T01
800
480
自动
2
精铣外轮廓
T02
1200
500
自动
3
粗加工内型腔
T03
800
360
自动
4
精铣内型腔
T04
1000
480
自动
5
精铣表面
T05
1000
480
自动
编制
审核
批准
年月日
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7.3内型腔走刀路线卡片
数控加工工序卡片
数控加工走刀路线图
零件图号
NC01
工序号
工步号
程序号
0100
机床型号
YHM1100（A）
程序段号
加工内容
铣轮廓周边
共2页
第
1
页
编程
校对
审批
符号
含义
抬刀
下刀
编程原点
起刀点
走刀方向
走刀线相交
爬斜坡
铰孔
行切
7.4外轮廓走刀路径
数控加工走刀路线图
零件图号
NC01
工序号
工步号
程序号
0100
机床型号
YHM1100（A）
程序段号
加工内容
铣轮廓周边
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编程
校对
审批
符号
含义
抬刀
下刀
编程原点
起刀点
走刀方向
走刀线相交
爬斜坡
铰孔
行切
8程序编制
从零件图样到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程称为程序编制，程序编制在工业生产中是十分重要的，所以要编制好零件的加工程序，此零件采用铣床加工，要注意程序编制时，要符合数控铣床的程序编制特点，同时要注意一些指令的使用，和数控车床是不一样的。
9结论
至此，本设计已基本完成。
本设计采用常规的设计方法、选用普通的材料以及应用大量标准件（其种类的比例达到41/（41+24）=63.08%），具有很好的经济性，并且有较高的精度。
但由于本人水平有限、时间仓促，未能对润滑系统和三联齿轮的控制系统进行设计，这是本设计不足之处。
参考文献
[1]艾兴,肖诗纲.切削用量简明手册（第3版）.北京:
机械工业出版社,1994
[2]许晓旸.专用机床设备设计.重庆:
重庆大学出版社，2003
[3]廖效果.数字控制机床.武汉:
华中理工大学出版社,1992
[4]廖效果,刘又午.数控技术.武汉:
湖北科学技术出版社,2000,5
指导教师意见
指导教师（签名及时间）：
答辩意见
答辩小组组长（签名及时间）：
成绩评定
毕业设计（论文）成绩
答辩成绩
总评成绩
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