便携式发电机低速轴组件连接法兰的数控加工工艺与编程大学论文.docx

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便携式发电机低速轴组件连接法兰的数控加工工艺与编程大学论文

镇江高专

ZHENJIANGCOLLEGE

毕业设计（论文）

便携式发电机低速轴组件连接法兰的数控加工工艺与编程

Portablegeneratorspeedshaftassemblyconnectorflange

CNCmachiningprocessandprogramming

系名：

机械工程系

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师姓名：

指导教师职称：

副教授

2015年2月

摘要

数控技术的运用和零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，并在制造行业、信息行业以及军事设备等领域都得到了非常广泛的运用。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所采用的各种加工方法和技术手段的总和，它应用于整个数控加工工艺过程。

零件的加工工艺编制包涵的内容很多，步骤一般是1、选择合适的机床。

2、分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。

3、确定零件的加工方案，制定加工工艺路线。

4、安排加工工序的作业内容。

5、分配加工中的加工余量和尺寸公差等等，这些加工工艺编制的合不合理，直接关系到零件最终能否达到质量要求。

本文以法兰零件为例，对它进行加工工艺路线的分析与设计。

关键词：

数控技术连接法兰加工工艺

Abstract

CNCmachiningprocessplanningtheuseoftechnologyandparts,playsaveryimportantroleinmachiningandmanufacturingindustriesinthefieldofinformationindustry,andmilitaryequipment,havebeenverywidelyused.CNCtechnologyistheuseofdigitalinformationonthemechanicalmovementandworkprocesscontroltechnology;manufacturingautomation,flexible,integratedproductionbase;istoimproveproductquality,increaselaborproductivitynecessarymaterialmeans;theworldtodaywidelyusedinCNCmanufacturingtechnologytoimprovemanufacturingcapacityandlevel,toimprovethedynamicchangingmarketadaptabilityandcompetitiveness.Effortstodevelopadvancednumericalcontroltechnologyasthecoremanufacturingtechnologyhasbecometheworld'sdevelopedcountriestoaccelerateeconomicdevelopmentandimprovethecomprehensivenationalstrengthandnationalpositionisanimportantwaytoCNCmachiningprocessusingavarietyofprocessingmethodsandtechniquesCNCmachiningpartswhenusedsum,itappliestotheentireCNCmachiningprocess.

Processingestablishmentcoveredinmanyparts,isgenerallyastep,selecttheappropriatetools.2,theanalysisisthepatternofmachinedparts,specificallytheprocessingcontentandtechnicalrequirements.3,todeterminetheprocessingprogramcomponents,thedevelopmentprocessroute.4,schedulethejobcontentofmachiningoperations.5,theallowanceallocationprocessanddimensionaltolerances,etc.,whichisreasonablepreparationprocessisdirectlyrelatedtothefinalpartcanmeetqualityrequirements.Inthispaper,bonnetparts,forexample,itsanalysisanddesignprocessroute.

Keyword：

CNCtechnologyFlangeprocessing

目录

第一章零件分析3

1.1分析零件图4

1.2零件的结构工艺性分析5

第二章工艺规程设计5

2.1机械加工工艺规程的作用5

2.2机械加工工艺规程的制定程序5

2.3确定毛坯6

2.3.2毛坯类型7

2.3.3毛坯余量的确定7

2.4定位基准的选择7

2.5拟定工艺路线9

2.5.1表面加工方法的选择9

2.5.2加工顺序的安排10

2.6设备及其工艺装备的选择10

2.6.1机床的选择10

2.6.2夹具的选择11

2.6.3刀具的选择12

2.6.4量具的选择13

2.7切削用量的选择14

2.8填写工艺文件15

第三章数控编程16

3.1数控编程的分类16

3.2编程原点的确定及数值计算17

3.2.1编程原点的确定17

3.2.2编程数值计算17

3.3加工编程17

外圆加工17

孔的加工18

设计总结20

参考文献21

第一章零件分析

如图1.1所示为便携式发电机低速轴组件中连接法兰的零件图。

图1.1连接法兰零件图

加工上述零件要选取数控车床和数控加工中心及插床完成，这个零件属于典型的轴套类零件，所以外形的加工用车削，在用加工中心加工Φ10H7均布的孔和Φ20、Φ35的孔，由于Φ20和Φ35的孔精度要求比较高，所以我们需要先钻然后再铰这样才能达到图样所要求的尺寸精度，最后在插床上插出键槽，待检验合格后入库。

1.1分析零件图

（1）检查零件图的完整性和正确性

经查图发现该零件图的视图完整，表达内容比较直观和清晰，完全符合国家的标准，尺寸、公差以及技术要求的标注齐全。

（2）零件的技术要求分析

零件的技术要求内容是：

尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求是保证零件使用性能前提下的极限值。

我们进行零件技术要求的分析，主要是分析这些技术要求是不是合理的，以及实现的可能性大小，重点分析的是重要表面和部位的加工精度和技术要求是不是在合理范围内，同时为制定合理的加工方案做好准备。

我们通过分析然后确定技术要求是不是在一个合理的范围内，因为过高的精度和过低的表面粗糙度要求会使得加工工艺的过程变得复杂，加工难度增加，造成不必要的成本费用上升。

从图1.1分析我们知道，该零件的尺寸精度有：

孔径10、20的等，其余未标注公差等级的按IT12进行加工；形状精度加工按GB1804-M进行控制；表面粗糙度要求是：

端面表面粗糙度均为Ra3.2um，孔内的粗糙度为Ra1.6，其余表面的表面粗糙度为Ra12.5um。

1.2零件的结构工艺性分析

该零件的形体结构是比较有规则的，我们主要加工的加工面是内孔和外圆。

这些部位的加工我们在普通的机床上是很难保证其加工精度的，所以我们选择使用数控机床来进行加工。

第二章工艺规程设计

2.1机械加工工艺规程的作用

（1）机械加工工艺规程是组织生产和计划管理的重要资料，我们的生产安排和调度、规定加工工序和质量检查等都是以机械加工工艺规程为基本依据的。

机械加工工艺规程有利于我们的稳定生产秩序，保证产品的质量和提高生产的效率，并让设备的能力得到充分的发挥。

（2）械加工工艺规程是我们新产品在投产前进行生产准备和技术准备的重要依据。

（3）我们在新建和扩建工厂的时候必须要有产品的加工工艺规程。

这是决定产品设备、工作人员、车间面积以及投资预算的最原始的资料。

2.2机械加工工艺规程的制定程序

我们制定机械加工工艺规程的最原始的资料是产品的图纸，有了这些产品的图纸然后可以确定生产的类型和生产的组织形式，即可以制定机械加工的工艺规程，其内容如下:

1.分析被加工的零件；

2.选择加工所用的毛坯；

3.制定加工工艺的过程；

4.进行工序的设计；

5.编制工艺文件。

2.3确定毛坯

2.3.1毛坯的选择

我们在制订零件的机械加工工艺规程之前,我们还需要对零件加工的毛坯种类以及其不同的加工方法来进行选择。

由于零件机械加工的工序数量、材料消耗和加工劳动量等都在很大程度上与毛坯的选择息息相关，所以选择正确的毛坯是至关重要的。

日常生活中常见的毛坯种类有：

铸件、锻件、型件、焊接件、冲压件等。

选择毛坯的时候我们应该考虑生产规模的大小，因为这在很大的程度上决定采用毛坯制造方法的经济性。

例如我们生产的规模比较大的时候，我们便可以采用高精度和生产率的制造毛坯的方法。

这样，虽然一开始的投资金额比较多，但是平均分到每个毛坯上的成本就比较少了。

而且，由于高精度的毛坯制造方法其生产率一般也是比较高的，这样在既节约原材料的同时又可以明显减少机械加工劳动量并且毛坯的加工精度高还可以简化加工的工艺和加工的装备，从而达到降低产品的总成本的目的。

选择毛坯的时候还应该考虑到工件的结构形状和尺寸的大小。

例如，遇到形状复杂并且薄壁的毛坯时候，我们一般不能采用金属型铸造；遇到尺寸较大的毛坯时候，我们往往不能采用模锻、压铸和精铸等方法。

选择毛坯的时候还需要考虑零件的机械性能的要求。

相同的材料采用不同的毛坯制造方法的时候，其机械性能也是往往不同的。

例如，金属型浇铸的毛坯，其强度高于用砂型浇铸的毛坯。

强度要求高的零件大多是采用锻件的方法。

选择毛坯的时候还要从本厂的现有的设备以及技术水平出发，考虑生产的可能性和经济性。

终上所述，由于是中等批量的加工，我们为了提高生产的效率，节约生产的成本，便于零件的加工，所以毛坯选用直径为102毫米的45号钢，用锯床将其锯成Φ102X48的圆钢棒。

2.3.2毛坯类型

①铸件

铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。

②锻件

锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。

③型材

型材有热轧和冷拉两种。

终上所述，由于是中等批量加工该零件，为了提高效率，节约成本，便于加工，所以毛坯选用直径为102毫米的圆钢棒型材。

2.3.3毛坯余量的确定

由于毛坯尺寸的要求与零件图的加工要求并不一致，所以我们对毛坯余量的确定的要求是:

（1）保证毛坯在机械加工的时候有均匀并且合理的粗加工的余量：

（2）保证非加工面与加工面都有准确的位置以及尺寸。

终上所述，由于是中等批量加工，为了提高加工效率，节约成本，便于加工，毛坯是圆钢棒型材，毛坯本身的精度的要求是比较高的，所以毛坯轴向余量3mm，径向余量2mm。

粗加工后预留外圆精加工0.5mm,内孔预留精加工0.2mm。

2.4定位基准的选择

定位基准的选择是我们加工工艺规程设计中的最重要的工作之一，选择的正确的基准，可以使得我们的加工质量得到保证，生产的效率得到提高。

定位基准分三种，分别是：

精基准、粗基准和辅助基准。

在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准（粗基准）。

在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准（精基准）。

在制定加工工艺规程的时候，我们需要先考虑怎样保证精基准达到精度的要求并把加工面的各个表面全部加工出来，其次我们再考虑的是选择适当的能把精基准面加工出来的粗基准。

我们应从零件的整体加工工艺过程的全局考虑，合理的选择定位基准。

（1）精基准的选择

“基准重合”原则

“基准统一”原则

“互为基准”原则

“自为基准”原则

此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。

（2）粗基准的选择

若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。

在不需要保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上的每个表面都需要加工的话，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。

在不需要保证重要的加工表面加工余量均匀的情况下，如果零件有部分的表面不需要加工的时候，则应以不需要加工表面和需要加工表面的位置精度要求高的表面做为粗基准。

选作粗基准的表面，应该尽量的平整和光洁，不能有任何的缺陷，以便于定位的准确，装夹更加的可靠。

粗基准在同一尺寸的方向上一般情况下只允许使用一次，不然定位误差的会比较大的。

但是，如果毛坯属于精密铸件或精密锻件的时候，毛坯质量比较高，而且工件的加工精度要求又不高的时候，我们可以重复使用某一粗基准的。

综上所述，为了保证加工精度以及加工效率，粗加工是由于毛坯型材的精度是比较高的，故粗基准选择Φ102的外圆柱面为加工的粗基准，在粗车加工后，精车的时候我们选择加工件的中心轴线为加工的精基准，等调头车削的时候也选择中心轴线为加工基准，使得零件的加工基准与零件的设计基准完全的重合，这样就符合了基准统一的原则也符合了基准重合的原则。

2.5拟定工艺路线

拟订工艺路线的内容除了选择定位基准之外，还要选择各个加工表面的加工方法，安排各道工序的先后加工顺序，确定加工的加工设备以及工艺装备等。

确定工艺路线需要考虑到工件几何形状精度，工件的尺寸精度以及位置精度等技术要求，成批量的生产还需要考虑到采用组合机床，专用的夹具，工序的集中，来提高生产的效率。

2.5.1表面加工方法的选择

选择零件表面的加工方法,我们首先应该确定加工表面的技术要求。

但值得注意的是，这些技术要求并不一定就是零件图所规定的要求。

当我们明确了各加工表面的技术要求之后，就可以选择能够保证该要求的最终加工的加工方法，并且确定需要多少个加工步骤以及各个加工步骤所采用的加工方法。

我们所选择的加工方法，应该要满足零件的质量以及加工经济性并且考虑到生产效率的要求。

因此，选择加工方法的时候我们应该考虑以下各因素：

1.要考虑加工所达到的加工精度。

2.要考虑工件材料的各方面的性质。

3.要考虑工件的外形大小。

4.要考虑生产的效率以及经济性的要求。

5.要考虑车间的现有的设备生产情况和生产技术的条件.

选择加工方法还需要考虑到各种加工方法的特点、加工的精度、加工表面的粗糙度及经济性。

分析零件我们知道，该零件为回转类零件，主要以孔和外圆为主。

其加工方法如下所述：

（1）外圆表面加工，用过数控车床粗车和精车可以保证精度。

（2）孔的加工：

孔的精度要求较高，表面粗糙度的要求也比较高，要先钻再铰才能得到保证。

2.5.2加工顺序的安排

分析以上工艺内容，基本合理，可按照此顺序加工该零件。

①：

下料制造毛坯；

②：

热处理正火；

③：

用三爪卡盘装夹，粗车外圆及端面。

④：

用三爪卡盘装夹，精车外圆及端面，保证粗糙度是Ra3.2；

⑤：

热处理调制处理HRC26-36:

；

⑥：

用三爪卡盘装夹，钻、铣孔，再铰孔至尺寸要求，保证表面粗糙度Ra1.6；

⑦：

在插床上插键槽；

⑧：

检验；

⑨：

入库。

2.6设备及其工艺装备的选择

2.6.1机床的选择

这次设计的连接法兰零件的工艺并不复杂，它的总体精度只需按照常规的加工工艺即可，所以可以选用的机床设备十分广泛，以下是常用机床。

（1）卧式数控车床

（2）立式加工中心

（3）插床

因为是中批量生产，在生产的过程中，我们不仅需要考虑到加工的工艺、设备的选用、切削用量的选择等等，我们还要考虑到它的经济性等，所以，有以上几种方法中。

我认为只需采用数控铣床（法兰克系统）以及车床这样才能降低成本。

数控铣床的加工主要是采用的数控程序的输入，数控编程分为手工编程和自动编程。

本次毕业设计在数控车床和加工中心加工的部分采用的是手工编程。

2.6.2夹具的选择

在选择夹具的时候我们有两个最基本的要求。

第一个要求是：

我们要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向是相对的固定；第二个要求是：

我们要协调好零件和机床坐标系之间的尺寸关系。

根据工艺的方案，我们确定该零件所使用的是通用的夹具三爪卡盘。

2.6.3刀具的选择

选择刀具是数控加工工艺过程中的最主要的内容之一，刀具的选择不仅能够影响到机床的加工速度，而且还直接能够影响工艺加工的质量。

数控机床在选择刀具的时候，我们通常需要考虑到机床的加工能力、加工工序的工序内容、加工工件的材料等因素。

数控机床对刀具的要求相对于普通的车床的要求来说要求比较高的。

数控车床除了要求刀具要有较好的刚性和尺寸稳定性、较长的寿命以及良好的切削性能外，数控车床还要求刀具能够在安装的时候调整方位方便。

选择刀具的时候，我们还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和工件的外形相适应的，就是我们所选择的刀具的几何形状应该由工件的加工曲面的具体情况而决定的。

根据以上的分析，结合该零件的加工需求，我们确定该零件所选用的刀具如表2.1所示：

表2.1加工刀具卡片

刀具号

刀具名称

刀具规格

加工表面

刀具材料

T01

外圆车刀

主偏角90

粗精车外圆及端面

YT15

T02

麻花钻

¢9.8mm

钻均布孔

高速钢

T03

键槽铣刀

¢19.8mm

粗铣孔

YT15

T04

键槽铣刀

¢35mm

粗铣孔

YT15

T05

铰刀

¢10mm

铰

YT15

T06

铰刀

¢20mm

铰孔

YT15

T07

插刀

槽宽6mm

插键槽

高速钢

2.6.4量具的选择

由于该零件加工的数量属于生产中的中批量生产，因此我们尽可能的选择通用量具，故我们选择了游标卡尺和外径千分尺来进行测量，如图3.2所示。

图2.2游标卡尺和外径千分尺

2.7切削用量的选择

我们在加工中选择了合理的切削参数这决定了该加工零件的表面质量,加工的精度和加工的效率。

切削参数包括主轴旋转,背吃刀量,进给量。

选择切削参数的时候我们一般要注意这些的选择原则：

粗加工的时候我们一般注重加工的效率,并且考虑到加工成本；半精加工和精加工的时候我们一般要保证加工质量并且注重切割的效率，以及在加工过程中我们还需要处理好成本。

主轴速度。

主要选择根据允许的切削速度的主轴速度。

切削速度与主轴转速之间的公式如下所示:

式中:

：

表示切削刃选定点处为所对应工件或刀具的最大回转直径,单位为mm

n-表示主轴的转速，单位为r/min

-表示切削的速度，单位为m/min

背吃刀量。

选择背吃刀量的主要是由机床的长度、夹具、刀具以及工件所决定的。

在长度允许的情况下,我们一般会选择一个更大的数量的来减少进给的次数,能够提高生产效率。

进给量（mm/min或mm/r）。

进给量的大小主要是根据零件加工的精度和表面粗糙度的刀具以及工件材料属性的选择有关。

第三章数控编程

编程是零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（刀、主轴和扭转,冷却液开关、刀具夹紧松开）信息处理,与规定的代码的话,数字,符号,以一定的格式编写处理程序。

3.1数控编程的分类

按照数控编程额方法我们可以将编程分为手工编程和自动编程两种。

我们综合考虑该零件的外形，所以决定该零件采用的编程方法为：

软件自动编程。

3.2编程原点的确定及数值计算

3.2.1确定编程的原点

从上述的分析当中我们可以得知这个零件是属于回转类零件的，所以将编程的原点放在了轴的回转中心上。

3.2.2编程数值计算

我们编写的数控的程序先是进行零件的外圆加工，先加工一端再换一个方向加工另一端的，最后再到孔的加工

3.3加工编程

结论

在此次毕业课程设计之中，我从中了解了理论和实际之间的相互关系，也让我懂得了如何处理理论与实际的关系，也让我们懂得了在实际操作中遇到的问题要自己乐意去寻找理论去学会解决，但是不能全部都放在理论上的。

在本次设计中，我们使用了许多以前我们学过的课本理论知识，同时自己也学到了很多新的知识。

我们每个人在其中学会了不少东西的，让我们明白在实验过程中不可能是一帆风顺的，即使会遇到这样那样的问题，问题是需要解决的，所以我们要想到解决问题的方法，不能只想着如何逃避问题。

在程序验证中，我有时会发现一个问题的时候我就会询问老师，查阅书籍，并与同学们互相探讨，在其中我们自然而然地就建立一种团队精神，这为我以后的工作积累了丰富的经验。

本次毕业设计中我虽然单单是进行零件的加工以及零件加工程序的设计与编写，但在设计的过程中我也简单的分析了一下数控加工的的相关的情况。

在数控加工的过程中，我们需要先对零件的外形有一个全面的了解，然后我们再根据零件的外形以及我们在加工的过程中所采用的数控机的种类来进行数控程序的编写。

在程序编写结束之后我们可以通过虚拟的数控车床来验证我们自己所编写的程序是不是正确的，数控程序在数控车床上是不是能够加工出符合我们零件加工图上的零件出来。

通过这次的设计，让我进一步了解了数控机床。

在看到零件的具体的数值之后自己能够独立的进行零件的加工。

参考文献

参考文献

【1】魏康民主编.《机械制造技术基础》.重庆大学出版社.2004.8.

【2】肖继德、陈宁平主编.《机床夹具设计》.机械工业出版社.2000.5.

【3】徐茂功、桂定一主编.《公差配合与技术测量》.机械工业出版社.2000.8.

【4】戴曙主编.《金属切削机床》.机械工业出版社.1993.5.

【5】李宜民主编.《简明手册》.机械工业出版社.1993.6.

【6】秦宝荣主编.《机械制造工艺与机床夹具设计》.中国建材工业出版社.1998.3.

【7】上海市金属切削技术协会编.《金属切削手册》.上海科学技术出版社.1982.5

【8】杨可桢、程光蕴、李仲生主编《机械设计基础》，高等教育出版社.2006.5

【9】丁德全主编《金属工艺学》，机械工业出版社.2000.5

【10】张龙勋主编《机械制造工艺学课程设计指导书》.机械工业出版社.1999.11

【11】焦建民主编.《切削手册》.电子工业出版社.2007.9

【12】上海市金属切削技术协会编.《金属机械加工工艺人员手册》.上海科学技术出版社.19