机械制造及其自动化综合实验数控.docx

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机械制造及其自动化综合实验数控

课程设计实验

说明书

姓名xx

班级xxx

学号xx

指导教师吴祥、邱亚兰

盐城工学院机械学院

二○一五年十二月

前言.............................................................................................1

一丶实验课题.............................................................................3

二丶设计课程的任务和要求.....................................................3

三丶轴的设计.............................................................................4

1轴的材料选择..................................................................4

2轴的工艺分析..................................................................4

3轴的工艺规程设计..........................................................4

4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定...............5

5选择加工设备...................................................................6

6确定切削用量及基本时间...............................................7

四丶轴套的设计..........................................................................8

1零件的分析.......................................................................8

2工艺规程设计...................................................................8

3机械加工余量，工序尺寸及毛坯的确定........................9

五丶螺母的设计...........................................................................10

1零件的材料及其力学性能................................................10

2结构形状分析....................................................................10

3工艺路线及其加工............................................................11

4检验....................................................................................12

参考文献.......................................................................................13

附件...............................................................................................14

1程序清单....................................................................................16

2数控加工工艺文件....................................................................25

3仿真加工截图............................................................................26

前言

专业综合实验是实现本专业培养目标的一个综合性实践教学环节，是应用型本科学生丰富实践知识和专业技能，获得工程实践能力、理论联系实际能力、分析与解决实际问题能力和创新能力的重要途径。

本综合实验是在学完CAD/CAM技术、数控技术、机械制造技术等理论课程和相关的实验、课程设计的基础上所进行的一项综合性实践环节，是对学生所学知识和技能的一个综合性的应用训练。

通过本实践环节，学生应在以下方面得到锻炼：

1、通过对数控技术，CAD/CAM技术的了解和应用，理解现代先进的产品设计制造的理念和方法。

2、对生产中所遇到的典型零件能够进行加工工艺分析和数控编程，并能进行模拟加工操作。

3、在选定的机床上能够根据制定的工艺加工出合格的零件。

4、对加工后的零件能够运用工具正确地进行精度测量，并能分析误差产生的原因，提出改进的办法

一丶实验课程内容提要

综合实验主要内容是零件设计——工艺设计——数控编程（手工编程和自动编程）—零件仿真加工—零件实际加工——加工精度测量—加工质量分析—装配等。

涉及的主要课程有：

数控技术、CAD/CAM技术、机械设计、机械制造技术、精度设计与标准化、机械制造装备等。

综合实验重点在数控技术及CAM技术的应用，让学生获得数控技术、数控设备、数控加工及CAM等工程应用能力和方法的训练。

二丶实验课程的任务和要求

（一）综合实验的主要任务

1、二维及三维零部件设计

根据给定的条件，分别完成产品的二维图纸和三维造型设计。

2、工艺设计与数控编程

分析制订零件的加工工艺规程，编制出合理的零件加工程序。

3、仿真加工

利用数控加工仿真系统软件，检验程序的正确性，仿真加工出合格的零件。

4、实际加工

根据实际情况和条件，选择部分零件在数控机床上加工，直到加工出出合格的零件。

5、装配并检验

对加工完成的零件进行精度检验，并进行装配，

（二）综合实验的物化成果要求

1.提交自行设计的二维、三维零件图各一套。

2．提交数控加工专用工艺文件一套，一般包括：

数控加工工艺卡、工序卡、数控加工走刀路线图，机床调整卡等，有些还包括刀具调整卡，数控加工程序说明卡等。

3．完成数控加工模拟操作项目文件一套。

4.部分同学提交实际加工的零件一套。

5．编写实验报告一份。

一丶实验课题

1.车削加工

根据所给的结构要素和毛坯，（圆棒料尺寸φ30mm×170mm；材质：

2A12（旧牌号LY12）），要求对如下三个零件的结构和制造工艺进行设计，完成结构和制造工艺设计报告（含图纸）。

根据提交的制造工艺，制作这三个零件并装配成具有一定转动功能的作品。

（1）结构要素

零件1（台阶轴）：

含有半径为8的球头、10°斜度的锥面、与孔有转动配合要求的φ20外圆和M16×1.5外螺纹。

零件2（套）：

内孔与零件1的φ20外圆装配后能精密转动。

零件3（螺母）：

内螺纹与零件1的M16×1.5螺纹拧紧后，零件2在零件1的轴肩与螺母之间能灵活转动，螺母外表面应有便于上述拧紧的结构。

（2）设计要求

根据上述结构要素及其要求，画出装配图，并进行规范、正确的标注，提出适当的技术要求；根据上述装配图，画出三个零件图，并进行规范、正确的标注，提出适当的技术要求。

三丶轴的设计

1丶轴的材料选择

根据轴的工作条件初选州的材料为LY12，调质处理

2丶轴的工艺分析

3丶尺寸精度

外伸断面为R8球面，其尺寸公差等级为IT6.IT7，接着是长为11.6mm的φ10的圆柱面，然后是斜度为10°的锥面和长为6mm的φ21的圆柱面，长为7mm的φ28的圆柱面，长为15mm的φ20的圆柱面，之后是一段长为22mm的M16x1.5螺纹，其尺寸公差等级可按IT14级，φ20处为与套配合，其尺寸公差等级为IT7级，φ28和φ24处设有配合其他要求的零件，尺寸公差可按IT14级，φ16处为螺母配合，其尺寸公差为IT6-IT7公差常取IT6

4丶位置精度

配合轴颈对支承轴颈一般有径向圆跳动货同轴度要求，装配定位用的轴肩对支承轴颈一般有断面圆跳动或垂直度要求，径向圆跳动和端面圆跳动公差通常为0.01mm~0.03mm，高精度轴为0.001mm、0.005mm该轴颈径向和端面圆跳动均为0.015mm,其对称度均为0.02mm，其圆柱度为0.005mm。

5丶表面粗糙度的要求

轴颈的表面粗糙度值Ra应与尺寸公差等级相适应，由尺寸精度可确定粗糙度值，外伸端轴段Ra值取1.6mm，轴肩断Ra值取0.8mm,φ28和φ20处值取3.2mm,轴环处与最外端取1.6mm。

三丶工艺规程设计

3.1确定毛坯的制造形成

通过对零件图所示数据实际加工中条件的要求，需要对零件图进行分析，兵制定详细的工艺规程的路线，根据工艺路线进行加工设计。

要加工如图所示的零件，在图纸上所显示的实际加工出的零件所需要达到的尺寸，而我们知道，加工出的零件需要制定我们所选用的毛坯尺寸，首先要设定毛坯的种类

（1）本工件的材料为LY12，宜选用锻件毛坯

（2）本工件加工余量大，加工精度低，生产效率不高且结构简单，宜选用锻件毛坯

（3）由于本工件是批量生产，宜选用锻件毛坯

（4）由实际加工工艺水平及经济性决定毛坯的形状和尺寸尽量与工件存储相接近

综上所述，确定选用毛坯的种类为自由锻件

3.2基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择得正确合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则加工工艺过程中会问题百出，更有甚者还会造成零件大批报废。

（1）粗基准的选择

选择粗基准主要选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提高精准，选择粗基准出发点是：

一、要考虑如何分配加工表面余量

二、要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。

由于每个表面都要求加工为保证各表面有足够的余量，应选择加工余量最小的面为粗基准，现选φ28外圆柱端面和断面为基准，在车床上用带有子口的三抓卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度达到完全定位。

（2）精基准的选择

主要应考虑基准重合的问题，当设计基准不重合是，应该进行尺寸换算。

3.3制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，能得到合理的保证。

工艺路线方案

工序1：

下料及正货处理，车左端面并以左端面φ30mm外圆为粗基准选用普通卧式数控车床及三爪卡盘夹具。

工序2：

依次粗车R8的球面，φ10mm的轴段，和斜度为10°的锥面和φ21mm的轴段，φ28mm的轴段。

工序3：

掉头车右端面，并以右端面φ30mm外圆为粗基准选用C6210—卧式车床并加专用夹具。

工序4：

依次粗车、半精车、精车右端φ16mm轴段，φ20mm轴段。

工序5：

割4×2退刀槽。

工序6：

在φ16mm轴段上车M16×1.5外螺纹12mm.

工序7：

在掉头精车R8的球面，φ10mm的轴段，和斜度为10°的锥面和φ21mm的轴段，φ28mm的轴段。

工序8：

钳工去毛刺。

工序9：

终检。

3.4机械加工质量，工序尺寸及毛坯尺寸确定

1、阶梯轴零件材料为LY12硬度为170~217HBS，毛坯重量约为14.38kg钢质模锻件的机械加工余量按TB385-85确定，确定时根据估算的锻件质量加工精度及锻件形状复杂系数，由《机械制造工艺设计简明手册》中可查得除孔外内外表面的加工余量

（1）锻件质量：

根据零件成品质量为14.38kg，估算为2.5kg。

（2）加工精度：

零件的各表面一般加工精度为IT7。

（3）锻件形状复杂系数S

假设锻件的最大直径为φ35mm长为100mm

M外廓包容体=π（3.5/2）^2×10×7.859=0.754kg

m锻件=25kg

故S=0.143

2、根据上述原始资料及加工工艺分别确定加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

（1）外圆表面φ28mm

1）其加工长度为7mm,此时余量Z=3mm

2）锻件重量喂14.83kg锻件形状复杂系数为S4，锻件材质洗漱为M1，锻件轮廓尺寸在30~38mm,故其长度方向偏差为

（2）外圆锥面（10°）

其加工长度为23.15mm，表面粗糙度值Ra为1.6mm，此时直径余量2Z=3，满足加工要求。

（3）外圆R8球面及φ10mm表面

其加工长度为8+6.25+11.6=25.85mm,2Z=2mm。

（4）φ21mm表面和φ28mm轴段

其加工长度为6+7=13mm，表面粗糙度值为1.6mm此时直径余量2Z=3mm,已满足加工要求。

（5）φ20mm表面和φ16mm轴段

其加工长度为15+22=37mm，表面粗糙度值为1.6mm此时直径余量2Z=3mm,已满足加工要求。

3.5选择加工设备

1、选用最常用的C6210—1卧式机床。

2、选用三爪卡盘夹具。

3、硬质合金车刀、割刀、螺纹刀。

4、0.02和0.01分度值的千分尺

根据上述方法个外援加工面的量具如下表：

工序

加工面尺寸

量具

粗车工序

R8mm

φ10mm

φ21mm

φ28mm

Φ20mm

Φ16mm

分度值为0.02，测量范围0-150游标卡尺（GB1214-85）

半精车

R8mm

φ10mm

10°锥面

φ21mm

φ28mm

Φ20mm

Φ16mm

分度值为0.02，测量范围0-150游标卡尺

精加工

φ20mm

分度值为0.01外径百分尺

3.6确定切削用量及基本时间

（1）由于需加工单边余量仅为3.5mm，可在多次走刀内确定，故

=（35-28）/2=3.5mm

（2）进给量f

刀杆尺寸为160mm×25mm,

≧3mm，工件直径为20-40mm时

f=0.3-0.5mm/r

按C6210-1机床的进给量选择f=0.4mm/r

（3）进给力Fmax=3520N

=570-670MPa,

≧2mm，f≦0.75mm/r

时，进给力

故实际进给力为：

（4）选择车刀磨锉标准及耐用度

车刀后刀面最大磨损量取1mm,可转位车刀耐用度T=30mm

（5）确定切削速度V

当用YT15硬质合金车刀加工

=600~700Mpa钢料，

≦3mm,f≦0.75mm/r，切削速度v=109m/min。

（6）计算基本工时

T=t/nf=2s

其他轴段方法类似。

四丶轴套的设计

4.1零件的分析

a）内孔与零件轴的φ20外圆装配功能精密转动

b）套筒工艺性分析

1、以外圆为基准的加工卖你这组加工面包括轴肩的各个端面和内孔。

2、以内圆为基准加工面，这组加工面还包括外圆、钻孔、铣顶面槽。

5.2工艺规程设计（确定毛坯的制造形式）

1）零件的材料为LY12，根据生产纲领以及零件在工作过程中所受的载荷情况，选用精密模铸造。

2）基面的选择

粗基准的选择，以零件的上端不加工平面作为粗基准。

精基准的选择，加工内圆面精基准。

3）制定工艺路线

从零件的集合形状：

尺寸精度及位置精度等技术，要求测定如下工艺路线

工序号

工序名称

0

下棒料

5

正火HB3125-156

10

车端面保证总长17mm

15

车外圆保证总长17mm

20

钻直径为19的通孔

25

车外圆φ28mm

30

车端面保证总长17mm

35

扩孔19.5深17

40

精镗孔19.5-20

45

半精车外圆φ28mm

50

倒角1×45°

55

质检

60

入库

5.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

机械手手指材料为LY12，质量为2.6kg,采用砂型机铸造毛坯

不加工表面毛坯尺寸

不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，有锻造可直接获得

2）套筒的圆面还有外圆面，精度要求较高，所以要进行精锐，其加工余量为2.5mm。

套筒的端面精度要求较低，一次走刀切除，余量为2mm。

5.4确定切削用量及基本工时

1）粗车φ16、φ20、φ28、φ21、φ28、φ10、和10°锥面

a、车削深度，因为圆弧面没有精度要求，故可以选择

=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。

b、机床功率为7.5kw,查《切削手册》

f=0.14~0.24mm/r,选较小量f=0.14mm/r

c、查后刀量最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。

五丶螺母的设计

5.1零件的材料及力学性能

1）材料

该零件材料为LY12，LY12是12#硬铝的老牌号，航空零件中常用，LY12是旧牌号，新牌号是2A12，这是一种高强度硬铝，可进行热处理强化，在退火和刚淬火状态下塑性中等，点焊焊接性良好，用气焊和氩弧焊时有形成晶间裂纹的倾向；合金在淬火和冷作硬化后其可切削性能尚好，退火后可切削性低；抗蚀性不高，常采用阳极氧化处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力。

4.2结构形状分析

1）该零件从形状上分析，其总结构为圆柱体，四周为C1倒角，因其结构形状较为简单，属于加工成型，故其结构形状工艺性合理。

2）尺寸

该零件的外形尺寸为16×28×22

孔的加工可在与其配合的零件加工时保证因而该零件的加工尺寸较小，减化了加工工序，降低了加工难度，可保证加工质量，故其尺寸工艺性较为合理

3）精度

为了满足塑件尺寸精度和表面粗糙度的要求，根据苏醒精度等级（精度等级为IT4~IT5级）

确定模具制造精度为IT6~IT7级

4）热处理

为了消除毛坯在加工后的缺陷，改善其工艺性能，且为后续工艺作出组织准备和提高工件使用性能及使用寿命采用调质方式进行热处理。

4.3工艺路线及其加工

1）设备确定

以为该零件采用组织集中工序，所以选择通用设备C41-250型空气锤、加热炉、铣床、刨床、磨床、铰床、坐标磨床等。

（2）工艺装备和选择

a、夹具的选择

单间小批量生产首先采用各种通用夹具，也可采用组合夹具，结合实际生产条件可知该零件选择四爪卡盘、虎钳、画线平台、平行夹头、火钳和组合夹具等。

b、刀具的选择

一般优先采用标准刀具根据该零件的工艺性及实际条件确定其刀具为：

剪板机平面刨刀、圆柱锉刀、端面铣刀、平行砂轮、划针、样冲、立铣刀、钻头、丝锥、扩刀、砂轮等。

c、量具的选择

依据量具的精度必须与加工精度相适应，则该零件应优先采用通用量具，即钢尺、游标卡尺、直角尺、内卡钳、百分表。

3）工艺路线拟定

4）综合上述分析最终拟订两条，工艺路线如下表

工序号

工序名称

0

备料

5

锻造

10

退火

15

车端面

20

车外圆

25

钳工画线

30

铣键槽

35

车外轮廓

40

热处理

45

磨削外轮廓

50

检验

4.4检验

1）利用卡钳和钢尺配合使用测量零件孔的具体数据，保证零件表面质量。

2）利用游标卡尺直接测量工件内外表面和深度确保其表面精度。

3）利用分厘卡尺测量孔外径、内径、深度、螺纹孔的尺寸精度。

4）利用百分表检验工件的形状误差，位置误差和安装工件与道具时的精密找正，其测量精度为0.01mm.

参考文献

1、机械设计朱龙英、李贵三主编北京教育出版社

2、精度设计与标准化

3、机械制造技术李溢民、金卫东主编机械工业出版社

4、机械制造工艺课程设计指导书赵家齐主编机械工业出版社

5、切削用量简明手册艾兴、肖诗纲主编机械工业出版社

6、互换性与测量技术基础王伯平主编机械工业出版社

7、数控技术吴祥主编北京理工大学出版社