齿轮泵盖的加工工艺分析及工艺规程制定.docx
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齿轮泵盖的加工工艺分析及工艺规程制定
摘要
通过利用泵盖的加工来加深对数控编程加工零件，从而使我们能更好的更熟练掌握数控编程，并把加工零件的全部工艺过程，工艺参数，以代码的形式记录在控制介质上，用控制介质上的信息来控制机床，实现零件的全部加工过程。
关键词：
数控技术，加工工艺，齿轮泵端盖
1引言
数控技术是工业自动化的一门基础技术，在工业生产中越来越得到广泛的应用。
数控机床问世以来，数控技术大幅度推进了制造技术与制造业的发展，数控技术应用课程在我国已成为各大院校机电类专业的主要专业课程之一。
数控技术是一门综合性专业技术，涉及到设计、工艺、机床、刀具、夹具、材料、数字控制、电机、检测等等。
特别是CAD/CAM一体化技术、FMS、CIMS、它们是集设备、信息、物流、能量流与一体的综合的自动化设计与制造系统，而是一门综合设计、工艺、制造及自动控制的多学科交叉型的科学技术。
数控机床和加工中心是典型的机电一体化产品，同时又是用于产品制造的机电一体化生产设备。
随着计算机技术的飞速发展和广泛应用，机械制造业正在发生着一场深刻的技术革命，这场革命从根本上改变了生产技术和管理技术，传统的生产设备和方法已逐渐被计算机控制的各种系统所取代，数控加工中心正以其强大的加工功能在现代机械制造业中扮演重要的角色。
加工中心是按照预先编好的数控程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备，故编制数控程序在数控加工中起到非常重要的地位。
本文介通过泵盖的加工来加深对数控加工了解，使我们更好的更熟练掌握数控编程。
2
2.1零件图工艺分析
铸件技术要求
1．产品材料：
HT200
2．产品数量：
小批量生产
3．未标注粗糙度均为12.5
图2.1零件图
该零件毛坯尺寸为170mm×110mm×30mm由平面、外轮廓以及孔系组成。
其中Ø32H7mm、Ø12H7mm和2×Ø6H8mm四个内孔的表面粗糙度要求很高，为1.6μm；Ø32H7mm内孔表面对A面有垂直度要求，上表面对A有平行度要求。
该零件材料为铸铁，切削加工性能较好。
根据上述分析，Ø32H7mm孔、2×Ø6H8mm孔与Ø12H7mm孔的粗、精加工应分别开进行，并保证表面粗糙度要求。
同时应以底面A定位，提高装夹刚度以满足Ø32H7mm内孔表面的垂直度要求。
2.2制定加工方案和加工工艺
（1）选择加工方法
①上、下表面及台阶面的粗糙度要求为3.2μm，可选择“粗铣—精铣”方案。
②孔加工方法的选择
孔加工前，为便于钻头找正，先用中心钻加工中心孔，然后在钻孔。
内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。
对于精度要求特别高、粗糙度值较小的表面，一般不能一次加工到规定尺寸，而要划分阶段逐步进行。
该零件孔系加工方案的选择如下。
A．Ø32H7mm孔，表面粗糙度为1.6μm，选择“钻—粗镗—半精镗—精镗”方案。
B．Ø12H7mm孔，表面粗糙度为1.6μm，选择“钻—粗铰—精铰”方案。
C．6×Ø7mm孔，表面粗糙度为3.2μm，无尺寸公差要求，选择“钻--铰”方案。
D．2×Ø6H8孔，表面粗糙度为1.6μm，选择“钻--铰”方案。
E．Ø18mm孔和6×Ø10mm孔，表面粗糙度为12.5μm，无尺寸公差要求，选择“钻孔—锪孔”方案。
F．螺纹孔2×M16-H7，采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法。
（2）加工工艺
数控机床的加工方案包括制定工序、工步及先后顺序和进给路线等内容。
在数控机床的加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料、批量等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应对具体零件制定加工方案时，应具体分析并区别对待，灵活处理。
只有这样，才能使加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。
常用加工方案：
1先粗后精
这是数控机床与普通机床都采用的方案，目的是为了提高生产效率并为保证零件的精加工质量做准备。
主要过程是先安排较大切削深度及进给量的粗加工工序，以便在较短的时间内将精加工前的大量余量去掉。
2先内后外
对于车、铣及线切割机床加工特别适宜先内后外的加工方法。
对既要加工内后加工外形表面。
这是因为控制内表面的尺寸和形位精度等均较困难，刀具刚性相应较差，刀尖或刀刃的使用寿命受到切削热的影响而降低，以及在依据加工内容，所选机床确定定位夹紧方案。
2.3机床的选择
选用加工中心或数控铣床
加工中心虽然加工柔性比普通铣床优越，而且能够加工更加复杂的曲面等工件，但单就某一种普通零件的生产效率而言，与普通铣床还存在一定的差距。
因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
2.4选择切削用量
该零件材料切削性能较好，铣削平面、台阶面及轮廓时，留0.5mm精加工余量；孔加工精度留0.2mm，精铰余量留0.1mm。
选择主轴转速与进给速度时，查询切削用量手册，确定切削速度和进给量，然后计算进给速度和主轴转速。
以下是计算过程。
1．钻削用量
（1）背吃刀量ap
取ap＝4.25mm
（2）主轴转速
取S＝750。
（3）进给速度
取vf＝110mm/min。
2．Ø12mm铣削用量
（1）主轴转速
取vC＝20m/min。
∴
（r/min），取S＝400。
（2）进给速度
Ø12mm高速钢立铣刀为3刃，
fZ＝0.005×Dc＝0.005×12＝0.06
∴vf＝fzzS＝0.06×3×400＝72mm，取vf＝72mm/min。
3．Ø12mm铣削用量
（1）背吃刀量ap
由于刀具材料为高速钢，工件加工深度为25mm，取ap＝25。
（2）主轴转速
取S＝530。
（3）进给速度
取vf＝80mm/min。
4．镗削用量
（1）主轴转速的确定
取硬质合金单刃镗刀的切削速度为150m/min。
＝
（r/min），取S＝1200。
（2）镗削进给速度的确定
取镗削时的进给量为0.05mm/r。
vf＝fS＝0.05×1200＝60（mm/min），取vf＝60。
2.5加工路线
理想的加工路线不仅可以加工出合格的产品同时也能使数控机床得到合理的利用和充分的发挥，而要实现这一原则必须实现这两个原则，一保证精度原则，二提高生产效率原则。
按照基面先行、先面后孔、先粗后精的原则确定加工顺序，详见泵盖零件数控加工工序卡。
外轮廓加工采用顺铣方式，刀具沿切线方向切入和切出。
先用平口钳夹粗-精铣底面以底面A作为基准粗-精铣上表面、台阶面和孔系，在铣削外轮廓时，采用“一面两孔”定位方式，即以底面A、Ø12H7和Ø32H7孔定位，详见数控加工工序卡。
3定位基准的选择和夹紧方案的确定
3.1定位基准的选择
在设计机床夹具前首先要确定合理的定位基准，就本工序来说要注意到以下几点：
定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减小定位误差，获得最大的加工允差，降低夹具制造精度。
当定位基准和工件基准或是设计基准不重合时必须进行必要的加工尺寸及允差换算；应选择工件上最大的平面，最长的圆柱面或是圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠；在选择定位元件时，要防止出现超定位现象；在工件的各加工工序中，力求采用同一基准，以避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度；当铸件以毛坯面做为第一道工序时的基准，应选用比较光整的表面做基准面。
考虑到该零件图的结构特点采用以下方式定位：
选用平口虎钳夹紧：
采用“一面两孔”定位方式，即以底面A，Ø12H7和Ø32H7孔定位所以满足减小定位误差获得最大的加工允差的要求，满足了设计的需要；铣底面时则以上工序粗铣出来的顶面为粗基准来铣底面，同样也是定位基准与工艺基准重合，也满足了本工序的设计需求。
3.2装夹方案的确定
1开口垫圈2带螺纹圆柱销3压紧螺母4带螺纹削边销5垫圈6工件7垫块
图3.1泵盖零件的装夹示意图
该零件毛坯的外形比较规则，因此在加工上下表面、台阶面及孔系时，先用平口虎钳夹紧；在铣削外轮廓时，采用“一面两孔”定位方式，即以底面A、Ø12H7和Ø32H7孔定位。
4选择刀具和工艺卡片
合理选择数控加工用的刀具、夹具，是工艺处理工作中的重要内容。
在数控加工中，产品的加工质量和劳动生产率在很大程度上将受到刀具、夹具的制约。
虽其大多数刀、夹具与普通加工中所用的刀具、夹具基本相同，但对一些工艺难度较大或其轮廓、形状等方面较特殊的零件加工，所选用的刀具、夹具必须具有较高要求，或需作进一步的特殊处理，以满足数控加工的需要。
一般优先采用标准刀具，必要时也可采用各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。
此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具，整体硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。
刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。
数控加工所用刀具在刀具性能上应高于普通加工所用刀具。
所以选择数控加工刀具时，还应考虑以下几个方面：
①切削性能好数控加工能采用大的背吃刀量和高速进给，刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。
同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。
②精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。
如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm等。
③可靠性高要保证数控加工中不会发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。
④耐用度高数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。
⑤断屑及排屑性能好数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样，能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的顺利、安全运行，所以要求刀具应具有较好的断屑和排屑性能。
⑥零件上、下表面采用端铣刀加工，根据侧吃刀量选择端铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入/切出角；且铣刀直径应尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。
⑦台阶面及其轮廓采用立铣刀加工，铣刀半径R受轮廓最小曲率半径限制，取R=6mm
⑧孔加工各工步的刀具直径根据加工余量和孔径确定。
该零件加工所选刀具见泵盖零件数控加工刀具卡片。
泵盖零件数控加工刀具卡片
产品名称或代号
数控工艺分析实例
零件名称
泵盖
零件图号
Mill-02
序号
刀具编号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
Ø125端面铣刀
1
铣工件的上表面
2
T02
Ø12立铣刀
1
铣削台阶面及其轮廓
3
T03
Ø3中心钻
1
钻中心孔
4
T04
Ø27钻头
1
钻Ø32H7底孔
5
T05
内孔镗刀
1
粗镗、半精镗和精镗Ø32H7孔
6
T06
Ø11.8钻头
1
铰Ø12H孔
7
T07
Ø18x11锪钻
1
锪Ø18孔
8
T08
Ø12铰刀
1
铰Ø12孔
9
T09
Ø14钻头
1
钻2xM16螺纹底孔
10
T10
90º倒角铣刀
1
2xM16螺孔倒角
11
T11
M16机用丝锥
1
攻2xM16螺纹孔
12
T12
Ø6.8钻头
1
铰6xØ7的孔
13
T13
Ø10x5.5锪钻
1
锪6xØ10孔
14
T14
Ø7铰刀
1
铰6xØ7的孔
15
T15
Ø5.8钻头
钻2xØ6H8底孔
16
T16
Ø6铰刀
铰2xØ6H8孔
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
数控加工工序卡
工序号
数控加工工艺工序卡
产品名称及代号
零件名称
零件图号
材料
1
齿轮泵盖
A4
HT200
第1次装夹
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
O0008
平口钳
加工中心
工
步
号
工步内容
刀具
辅具
切削用量
备注
T码
规格
主轴转速/（r/
min）
进给速度/（mm
min）
背吃刀量/mm
1
粗铣底面，留余量0.5mm
T01
面铣刀φ125
JT50-M×32-105
180
40
2
自动
2
精铣底面至尺寸
T01
面铣刀φ125
JT50-M×32-105
180
25
0.5
自动
工序号
数控加工工艺工序卡
产品名称及代号
零件名称
零件图号
材料
2
齿轮泵盖
A4
HT200
第2次装夹
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
O0008,O0004,O006
平口钳
加工中心
工
步
号
工步内容
刀具
辅具
切削用量
备注
T码
规格
/mm
主轴转速/（r/
min）
进给速度/（mm
min）
背吃刀量/mm
3
粗铣上端面，留余量0.5mm
T01
面铣刀φ125
JT50-M×32-105
180
40
2
自动
4
精铣上端面至尺寸
T01
面铣刀φ125
JT50-M×32-105
180
25
0.5
自动
5
粗铣台阶面及其轮廓
T02
Ø12立铣刀
JT50-M2-50
900
40
4
6
精铣台阶面及其轮廓
T02
Ø12立铣刀
JT50-M2-50
900
25
7
钻所有中心孔Φ3
T03
中心钻φ3
JT50-M2-50
1000
自动
8
钻Ø32H7底孔至Ø27
T04
麻花钻φ27
JT50-M2-50
200
自动
9
粗镗Ø32H7底孔至Ø31.6
T05
500
80
自动
10
半精镗Ø32H7底孔至Ø31.6
T05
700
70
自动
11
精镗Ø32H7孔
T05
800
60
自动
12
钻Ø12H7底孔至Ø11.8
T06
φ11.8
JT50-M2-50
600
60
自动
13
锪Ø18孔
T07
Ø18x11
JT50-M2-50
150
30
自动
14
粗铰Ø12
T08
Ø12
JT50-M2-50
100
40
0.1
自动
15
精铰Ø12
T08
Ø12
JT50-M2-50
100
40
自动
16
钻2xM16底孔至Ø14
T09
Ø14
JT50-M2-50
450
60
自动
17
2xM16底孔孔倒角
T10
90º倒角铣刀
JT50-M2-50
300
40
自动
18
攻2xM16螺纹孔
T11
M16
JT50-M2-50
100
200
19
钻6xØ7底孔至Ø6.8
T12
Ø6.8
JT50-M2-50
700
70
自动
20
锪6xØ10孔
T13
Ø10x5.5
JT50-M2-50
150
30
自动
21
铰6xØ7
T14
Ø7
JT50-M2-50
100
25
0.1
自动
22
钻2xØ6H8底孔至Ø5.8
T15
Ø5.8
JT50-M2-50
900
80
自动
23
铰2xØ6H8孔
T16
Ø6
JT50-M2-50
150
30
0.1
自动
工序号
数控加工工艺工序卡
产品名称及代号
零件名称
零件图号
材料
3
齿轮泵盖
A4
HT200
第3次装夹
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
O0001，O0002，O0003
一面两销定位
加工中心
工
步
号
工步内容
刀具
辅具
切削用量
备注
T码
规格
主轴转速/（r/
min）
进给速度/（mm
min）
背吃刀量/mm
24
粗铣外轮廓
T01
立铣刀φ12
JT50-MW4-85
600
40
2
自动
25
精铣外轮廓
T01
平底刀φ12
JT50-MW4-85
600
25
0.5
自动
26
倒角
手动
设计
（日期）
审核
（日期）
会签
（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
5程序的编制
程序编制主要分为手工编程和自动编程两类。
在此采用手工编程。
在手工编程工作中，需要由人工完成的大量工作有：
零件图样分析，制定工艺方案，画计算分析图、列算式并进行数值计算，填写加工程序单，手工穿制数控纸带及程序校验等。
具体过程如下：
1、图样分析（参照第二章）
2、辅助准备
辅助准备就是我们在做这个工件前，我们要把铸件及时运到，要确定好用什么机床进行加工，用哪些刀具加工，还有这些任务分给谁加工，具体的加工时间等都要我们提前做好的工作。
3、加工工艺的制定
4、数值的计算
数值的计算实际上就是尺寸分析与作图、选择计算方法、数值计算、对误差的分析与计算等。
数值的计算除了用一些三角函数、等角转换、直线差补等一些数学方法，还有一个简单而直接的方法就是通过在CAD图中直接标注从而获得坐标尺寸。
现举例说明如下图所示，箭头处圆弧的圆心坐标值及过度圆弧的一些节点的计算比较烦琐难以计算其坐标尺寸，在此我们用CAD中标注出尺寸，那么就省得我们烦琐的计算。
5、填写加工工艺单
在填写加工工艺单时，我们首先要确定客户、品名、材质、工序、编号等缺少的辅助资料，但尤其重要的是我们要确定哪些部分需要加工，哪些部分不需要加工，在此我们要确定哪些尺寸是在这一道序里所必须的。
一定要做好每一个尺寸，不能遗漏，也不能多做，因为这就是操作工的指导书，因此填写正确的加工工艺单很重要。
、
6、制备控制介质
控制介质必须经过调试和实际切削运行后,才可以使用或保存。
通常使用的调试方法是在数控机床上不安装工件而让数控机床空运行，观察运动轨迹是否正确。
6结束语
通过这四个多月的毕业设计，使我对加工中心齿轮泵盖的加工过程有了一定的了解，我的任务是对该型号的齿轮泵盖程序编制和加工。
当一开始拿到图纸感觉比较地烦琐，所以开始的一段时间，我仔细在图纸上找与自己加工有关的地方，尽量弄明白，搞清楚整个加工的内容及工序，不明白的地方向指导老师和系里其他机械老师请教，尽量使自己在加工之前把整个图纸内容搞清楚，这样也有利于我整个加工。
经指导老师和朋友的一些提示让我的思路豁然开阔。
这对我的设计工作到了一定的推动作用，特别是在齿轮泵盖的工艺分析过程上胡老师更是不断的加以指导和分析，通过老师的悉心指导和自己的认真学习，刻苦分析，查阅相关资料，最终做完了毕业设计。
根据图纸的具体要求，再结合我以前实际生产的经验，制定出一套加工的详细方案。
这次的毕业设计对我以后的学习和工作都很有帮助的，不仅是因为通过设计我们学到了很多原本不懂的东西，更是因为在设计中，我们遇到了很多的问题，老师又教会我许多不同的分析问题、解决问题的方法，这些经历将在我以后的人生道路上的助推剂。
致谢
经过一个多月的研究分析，我的毕业设计《齿轮泵盖的加工工艺分析及工艺规程制定》一文终于完成。
作为一名数控专业的毕业生，由于本专业的特殊性，在设计过程中，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有胡老师的督促指导，以及身边朋友们的帮助，想要靠一己之力完成此次设计是相当困难的。
首先，向聂老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
从最初的选题到中后期修改，再到最后定稿，聂老师一直给我提供了许多宝贵建议。
严肃的工作态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。
除了敬佩老师的专业水平外，其朴实无华、平易近人的人格魅力更对我影响深远，不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
其次，要感谢XX网络工程职业学院所有教过我的老师，你们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度，乃至做人的道理。
最后，我要感谢这一路上给过我帮助的那些认识乃至不认识的朋友们，因为有你们的鼓励与支持，我的毕业设计才得以顺利完成。
感谢你们，在我最需要帮助与鼓励的时候，给予我的一切。
我不会忘记，我们一起奋斗过的日日夜夜，此时此刻，就让这一切在记忆中封存。
参考文献
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高等教育，2005
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国防工业，1996
[5]赵长明，X万菊主编．数控加工工艺及设备．：
高等教育，2003
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机械工业，2001
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机械工业，2004
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机械工业，2009
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机械工业，2000
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机械工业，2004
[12]许孔联主编CAD/CAM应用——MasterCAM9.0中南大学，2006
附录：
程序清单
一、铣面：
Ø125面铣刀
O0008
G21
G0G17G40G49G80G90
G00X0.Y0
Z50.
T1M6.；
G90G0X308.4Y0..S190M3
G43H2Z50.
Z10.
G1Z-2.F400
X308.4F76
G0Z50.
M5
G91G28Z0.
G28X0.Y0.
N134M30
二、孔加工
工件编程X、Y原点坐标在齿轮泵盖中心。
操作步骤与加工程序（XK5025，Fanuc0MD）如下。
1钻中心孔，在手动方式下，用中心钻Ø3钻深
的中心孔，孔的坐标分别为（0，25），（0，-25），（-30,0）,（40，0）
2钻孔Ø32H7至Ø27，在MDI方式下，用Ø27的钻头，主轴转速为
，指令为：
G98G83X-30.Y0.Z-27Q5R3F40
3粗镗Ø32H7孔至Ø30
在MDI方式下，用内孔镗刀，主轴转速为500/min，背吃到量为1.5mm指令为G98G85X-30.Y0.Z-27Q5R3F80
4半精镗Ø32H7孔至Ø31.6
在MDI方式下，用内孔镗刀，主轴转速为500/min，背吃刀量为0.8mm指令为G98G85X-30.Y0.Z-27Q5R3F70
5精镗孔Ø32H7
主轴转速为500/min，背吃刀量为0.2mm指令为G98G87X-30.Y0.Z-27Q5R3F60
6钻孔Ø12H7底孔至Ø11.8，在MDI方式下，用Ø
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