毕业设计引擎吊架组件的数控加工及工艺分析.docx

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毕业设计引擎吊架组件的数控加工及工艺分析

引擎吊架组件的数控加工

及工艺分析

系部：

精密制造工程系

学生姓名：

赵倩

专业班级：

数控11C1班

学号：

111021143

指导教师：

屠春娟、童朝兵

2014年04月15日

声明

本人所呈交的引擎吊架组件的数控加工及工艺分析，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

【摘要】

随着中国航空业的发展，人们对飞机的安全性也提出了更高的要求，而飞机的发动机是飞机的核心，引擎吊架是飞机发动机的重要零件之一，它的加工精度直接决定了飞机发动机的质量，因此，研究引擎吊架组件的机械加工是非常有必要的。

本文以引擎吊架为主要研究对象，首先对引擎吊架的结构进行简要介绍；其次介绍该零件的加工工艺，包括工件材料、加工设备、刀具、夹具及切削用量等的合理选用；然后介绍零件的加工过程，编写零件的数控程序。

【关键词】：

吊架；结构；加工工艺；数控编程。

（五）吊架组件的切削用量选用...............................................7

（六）吊架组件的加工步骤...................................................7

引言

随着科技的迅猛的发展，中国航天事业也在迅猛发展作为一个作为国家的先导性行业，我国的航天事业未来的发展前景建立安全舒适的飞行环境以及，强国的政策的问题。

飞机起着至关重要的作用，而作为飞机的灵魂引擎更是至关重要，因此吊架组件的加工方法也就显的尤为重要。

由于现代飞机的结构复杂，飞机的零件通常也是比较小的零件，因此不可采用流水线的方法来提高效率和减少成本。

数控技术的发展使得航空零件的设计趋势也是复杂化和多样化，飞机的重量和结构的大小，不同材料对气压的承手能力使得吊架组件的必须具备质量轻，强度高，这样才能使得飞机安全平稳的飞行。

本课题来源于吴江誉彤制造企业，该公司主要从事于一些大型精密零配件的加工，吊架是一种比较具有代表性的零件。

因此，本课题以引擎吊架为主要研究对象，首先对引擎吊架的结构进行简要介绍；其次介绍该零件的加工工艺，包括工件材料、加工设备、刀具、夹具及切削用量等的合理选用；然后介绍零件的加工过程，编写零件的数控程序。

一、引擎吊架组件零件介绍

（一）零件图

本课题主要研究对象是引擎吊架组件，如图1-1所示为吊架组件的零件图。

图1-1引擎吊架组件的零件图

（二）引擎吊架组件的应用及要求

吊架组件是飞机发动机中的重要零件之一，它的作用是把发动机燃烧的轻质煤油的热能有效的转化成飞机的动力，是发动机传递运动和力的零件。

它要求质量轻便，具有一定的强度、韧性和抗疲劳性的特点，同时还必须掌握其变形规律。

因此，它的结构多为圆形，有孔和螺纹以便装配。

同时的吊架表面粗糙度也是非常严格的，这样能保证发动机有效工作和飞机的安全性，其结构中倒角和方形槽子方便了我们的装配，也保证了零件装配的间隙！

（3）结构形状分析

根据零件图1-1可知，该零件的尺寸有：

零件的外轮廓长为294mm，宽为150mm，上偏差为+0.02，下偏差为0，精度等级为IT7，其表面粗糙度为3.2um，B面两平面的尺寸距离为90mm，上偏差+0.15下偏差+0.05，A中间两面尺寸距离为78mm，上偏差0下偏差-0.1，其表面粗糙度为6.3um，与B面的垂直度要求为0.02。

A面铣槽槽深10mm，其两边加工要求为26mm，表面粗糙度为6um，与A面的垂直度要求为0.02，零件的底部攻1个M8的螺纹孔，螺纹深度为40mm，表面钻3个￠22的孔，其深度为16mm，其上偏差为+0.03，下偏差为-0.03。

加工侧面其尺寸与A面的尺寸距离为39mm，上偏差0，下偏差-0.07，其表面粗糙度为6um。

二、吊架组件的加工工艺分析

（一）工件材料选用

本课题研究的吊架选用镍为材料，镍具有强度高，在750度以下的大气中化学性能稳定它对光线的反射率极低，是世界上已知的最黑物质，它具有以下特点：

1.镍的显微组织　

镍具有面心立方结构，无同素异形转变。

冷加工后经完全退火的镍的显微组织和大多数面心立方金属完全再结晶组织一样，具有多边形的晶粒，晶界较平直，晶内有大量退火挛晶。

如果存在杂质氧、硫、铅和其他不溶酝镍的元素，即使含量极少也将形成第二相或与镍形成低熔点共晶（如Ni_3S_2与Ni的共晶），分布于晶界，强烈降低塑性和高温性能。

2.力学性能

在普通拉伸试验范围内（准静态），改变变形速度会影响应力—应变曲线，屈服应力、强度极限随变形速度增大而下降；单轴拉伸时，应力应变关系明显分为线弹性变形、塑性变形、线性硬化和破坏4个阶段；单轴压缩时，具备其他泡沫材料受压典型应力—应变曲线的3阶段特征,即明显的弹性变形段、屈服平台段和紧实段。

灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。

灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。

3.其他性能

良好的铸造性能、良好的抗压性、良好的塑造性能、良好的切削加工性能、低的损坏性。

4.镍的热处理

消除内应力退火、改善切削加工性退火、表面淬火。

5.镍的密度

其密度镍的密度是8.88g/cm3，一般情况下，我们都是取8.9g/cm3，熔点是1455~2730摄氏度。

通过以上性能特点的介绍，本课题中吊架选用镍为材料是非常合适的。

（二）加工设备的选用

由于该零件加工内容有槽，孔和螺纹等等，根据其精度和表面粗糙度要求，经粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、倒角、攻螺纹即可达到全部要求，故选用XHL714加工而成，其具体介绍如下：

XHL714主轴转速为8000RMP（标配）1000RMP（选配）两种形式都可以连续工作24小时，主轴采用AC伺服电机输出扭矩大，传动灵敏度高。

三轴采用AC伺服电机，具有间隙自动补偿功能，定位精度高！

主采用气动送刀；整管式主轴结构配置P4级高精度轴承，主轴定位及刀柄自动夹紧准确可靠。

分度器配备有35英寸卡盘直径和5000磅承重能力，它能够将非常重的工件定位在任何角度进行加工。

图2-1XHL714实物图

（三）夹具的选用

为了使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产率，减轻工人劳动强度工作安全等的一切附加装置都称为夹具。

机床夹具是将工件进行定位、加紧，将道具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。

夹具由定位元件（起定位作用，保证工件相对于夹具的位置）、夹紧装置（在保证加工时保持所限制的自由度）、导向元件和对刀装置（用来保证刀具相对于具的位置）、连接元件（保证夹具和机床工作台之间的相对位置）等组成。

本课题研究的吊架形状和结构比较特殊，属不规则零件，无法采用通用夹具装夹，因此，必须采用专用夹具装夹，这样才能保证其零件的加工精度。

如图2-2，图2-3所示为吊架零件的专用夹具。

图2-2专用夹具俯视图图2-3专用夹具正视图

该专用夹具有A、B、C、D四个螺纹孔，正好作为定位孔，其中B、C孔需要插入轴套进行配合。

因为该零件的形状特殊，它的左半部分是倾斜45度，所以我们的夹具上设计了一个E孔，这样可以支撑该零件，下面将E孔中的支撑部件顶住，保证其装夹的稳定，但不可以用力过度，会将工件顶起来。

如图2-3所示，我们将零件的底面（α面）定位到夹具的上表面，这样可保证吊架的螺纹和孔的加工的精度和位置。

其次在装夹该零件时，我们还需要注意的是当零件的α面定位到夹具上的时候，我们必须用塞片进行检测，必须保证期间隙为3丝，但是需要旋紧螺丝。

如有不符合的地方，重复以上步骤，直到完成装夹。

最后将吊架组件和夹具一起安装到工作台上。

（四）刀具的分析与选用

刀具的选择是影响我们加工的关键，往往加工的质量就取决我们选用的刀具，在本次加工中我们选择的刀具具备了以下特点：

刀杆的横截面尺寸较大，长度尺寸较短，这样加强了刀具的刚度和强度，减小了加工时的震动，粗加工时我们选用负任倾角的刀具，精加工时我们选用正任倾角的刀具，我们选择了较大的主偏角。

在精加工时考虑到该零件有一个“小耳朵”的地方较难加工，我们选择的刀具具备很小的刀尖圆弧半径。

在粗加工时为了保证加工效率和以及必要的刀具耐用度。

因此，本课题中为了保证加工质量和加工效率，粗加工时选择的刀具直径较大，在精加工时，选用的刀具是无涂层刀片以及圆弧半径较小的刀片。

本课题研究的吊架组件加工时采用的刀具具体见表2-1所示。

表2-1刀具表

程序段落号

刀具描述

所对应机床刀号

刀尖材质

10

*DIA.125.0*R10.0

T1174

Carbide

13

*DIA.125.0*R10.0

T1175

Carbide

15

DIA32.0RIPPAE/M

T1179

20

DIA53.0*1DUDRILL

T1176

25

DIA25.0RIPPAE/M

T1278

30

DIA14.5CARDRILL

T1181

35

DIA32.0RIPPAE/M

T1179

40

DIA36.02D*U-DRILL

T1182

45

DIA36.04D*U-DRILL

T1272

50

DIA28.05D*U-DRILL

T1183

60

DIA25.0PLUNGING

T1178

70

*DIA32.0RIPPAE/M

T1274

HSS

80

*DIA32.0R6.0RIPPA

T1184

HSS

90

*DIA32.0R6.0RIPPA

T1271

HSS

95

*DIA32.0R6.0RIPPA

T1229

HSS

100

*DIA32.0CARBIDE

T1185

Carbide

110

*DIA25.0R5

T1230

Carbide

120

*DIA32.0R5.0L/S

T1246

Carbide

130

*DIA50.0R5.0INSERT

T1186

Carbide

140

DIA40.0*2DUDRILL

T1177

150

DIA44.0*2DUDRILL

T1192

160

DIA60.0*1DUDRILL

T1180

170

DIA20.0*2DUDRILL

T1187

180

DIA21.5*2DUDRILL

T1188

190

DIA23.5*2DUDRILL

T1189

200

DIA22.0CARBIDE

T1190

210

DIA24.0CARBIDE

T1191

215

DIA32.0R6.0RIPPA

T1184

218

*DIA50.0R5.0INSERT

T1186

Carbide

220

*DIA44.7BORING

T1194

Carbide

230

*DIA45.0195

T1195

Carbide

235

DIA27.03D*U-DRILL

T1273

240

DIA125.0INSERTF/M

T1197

Carbide

250

DIA39.0*90°INS

T1193

Carbide

260

DIA20.0*90°INS

T1196

Carbide

（5）吊架组件的切削用量选用

本课题研究的吊架在加工时为保证加工效率和精度，精加工时尽量选用较小的进给量和切削深度，较高的切削速度。

具体选用的切削用量如表2-2所示。

表2-2切削用量表

加工部位

主轴转速

进给速度

背吃刀量

粗车外形

500

100

2

右侧方形槽的粗加工

300

60

1

外形的精加工

800

100

0.5

外轮廓圆弧的粗加工

400

150

1.5

外轮廓圆弧的精加工

900

200

0.5

外轮廓的顶面的精加工

800

300

0.5

外轮廓的倒角

300

方形槽的倒角

300

（六）吊架组件的数控加工步骤

结合以上分析，我们确定吊架组件的加工步骤如下：

1）使用直径125mm的面铣刀进行顶面的粗加工

2）使用直径53mm的优钻进行右侧方形槽的粗加工，这一步走了一个圆形，为下面进一步加工减少余量。

3）使用25mm的外轮廓铣刀进行方形槽的粗加工，沿边缘走刀。

4）使用36mm的优钻进行顶面与斜面交界处的加工，Z方向分层加工，分三层加工。

5）使用32mmR6的外轮廓铣刀进行外形、方形槽和小耳朵的外形粗加工。

6）使用21.5mm的优钻进行打孔。

7）使用23.5mm的优钻进行打孔。

8）使用22.0mm的硬质合金铰刀进行铰孔。

9）使用24.0mm的硬质合金铰刀进行铰孔。

10）使用另一把32mmR6的外轮廓铣刀进行外形的加工，在两侧的圆弧处进行再一次走刀，减少余量，并且在小耳朵出进行进一步的加工。

11）旋转角度，使要加工到40mm的槽与刀的方向垂直，使用32mm的外形铣刀进行槽的粗加工，走刀路径为一个长方形。

12）旋转角度，使要加工到40mm的槽与刀的方向垂直，使用另一把32mm的外形铣刀进行槽的进一步加工，走刀路径为一个长方形，并且在小耳朵的圆弧处进行走刀，进行进一步加工。

13）旋转角度，使要加工到40mm的槽与刀的方向垂直，使用另一把32mm的外形铣刀进行槽的进行精加工，走刀路径为一个长方形，并且在小耳朵的圆弧处进行精加工，加工斜面。

转回原来的角度精加工外轮廓。

14）使用一把40mm的优钻进行外轮廓圆弧的精加工，分别有四个角的方向起刀，往圆弧中心走刀，进行精加工。

15）使用50mmR5的铣刀进行小耳朵孔的加工，以中心下刀，走一个圆形。

16）使用44.7mm硬质合金的铰刀进行小耳朵孔的精加工，以中心下刀，走一个圆形。

17）使用125mm的面铣刀进行顶面的精加工。

18）使用39mm45度的倒角刀进行外轮廓的倒角、小耳朵的倒角以及方形槽的倒角。

三、吊架组件的数控编程

在数控加工前我们必须先检查毛坯有无问题，比如沙眼、毛坯的余量等问题，然后就是检查夹具有无问题，我们加工时保持切削液的开启，注意观察加工时有没有什么异常情况发生，及时处理并解决异常情况。

以下是吊架组件的数控程序。

N10T1175

（DIA125.0*R10.0INSERTF/M）

（HOLDER2953INS.PET2952）

（SANDVIKCUTTER）

（ROUGHCUT）

G72$G221[Y=0.0,X=-55.0,H=498,P=0.1]

[V1=8.0]

N11

S45M3

G57H901

M11

B[V50]

M10

G90G00X75.0Y[242.0+10.0]

G43Z100.0H399M8

G01Z[58.98+V1]F2000

M50

G01X75.0Y-20.0F42

G0Z200.0M9

[V1=V1-4.0]

[IF,V881=0,IF,V1>=0,GO,-11]

N12

G73Z850.0

G72$G221[Y=0.0,X=-55.0,H=498,P=2.0]

G72$M06[V20=1]

M01

N20T1278

[V961=220]

（DIA.53.0*1DUDRILL）

（HOLDER10781）

（INSERT12090/12091）

（MINCUTTINGLENGTH=45.0MM）（顶面的粗加工，右侧方形槽的粗加工）

G72$G221[X=0.0,Y=5.0,H=498,P=0.2]

S150M03

G57H901

M11

B[V50]

M10

G0G90X176.5Y76.0

G43Z150.0H399

M50

G98G87Z-4.0R35.Q1.5F16

G00G80Z200.0M09

G73Z850.0

G72$G221[X=0.0,Y=5.0,H=498,P=0.5]

G72$M06[V20=1]

M01

N25T1181

[V961=160]

（ROUGHMILLDIA54.0ROUND）

（DIA.25.0RIPPAE/M）

（1NDPASS）

（PET-5508）

G72$G221[X=10.0,Y=8.0,H=498,P=0.1]

G72$G590[D=0.4]

S80M03

G57H901

M11

B[V50]

M10

G0G90X226.0Y102.0

G43Z150.0H399

M08

G1Z68.0F1000

G1Z24.0F250.

G01G41X225.5Y114.5D399F30（方形槽的粗加工，沿边缘走刀,顶面与斜面交界处的加工）

X208.

X161.

G3X148.Y101.5I0.0J-13.

G1Y50.5

G3X161.Y37.5I13.J0.0

G1X208.

X225.5

G40X226.Y50.F200

G01Z68.0F500

G00Z250.0

G73Z850.0M09

M05

G72$G590[D=-0.4]

G72$G221[X=10.0,Y=8.0,H=498,P=0.5]

G72$M6[V20=1]

M01

N25T1181

[V961=160]

（ROUGHMILLDIA54.0ROUND）

（DIA.25.0RIPPAE/M）

（1NDPASS）

（PET-5508）

G72$G221[X=10.0,Y=8.0,H=498,P=0.1]

G72$G590[D=0.4]

S80M03

G57H901

M11

B[V50]

M10

G0G90X226.0Y102.0

G43Z150.0H399

M08

G1Z68.0F1000

G1Z24.0F250.

G01G41X225.5Y114.5D399F30（外形、方形槽和小耳朵的外形粗加工）

X208.

X161.

G3X148.Y101.5I0.0J-13.

G1Y50.5

G3X161.Y37.5I13.J0.0

G1X208.

X225.5

G40X226.Y50.F200

G01Z68.0F500

G00Z250.0

G73Z850.0M09

M05

G72$G590[D=-0.4]

G72$G221[X=10.0,Y=8.0,H=498,P=0.5]

G72$M6[V20=1]

M01

N40T1272

[V961=220]

（DIA.36.0*2D880UDRILL）

（HOLDER****）

（INSERT****）

（MINCUTTINGLENGTH=105.0MM）

G72$G221[X=0,Y=0,H=498,P=0.2]

S220M03

G57H903

M11

B[V52]

M10

G0G90X12.7229Y112.9084

G43Z150.0H399

M50

G98G87Z[21.3633+40.3]R105.0Q1.0F20

Y76.3603

Y39.7982

G00G80Z200.0M9（优钻进行打孔）

G73Z850.0

G72$G221[X=0,Y=0,H=498,P=0.5]

G72$M6[V20=1]

M01

M00（CHECKINSERT）N90T1229

[V961=160]

（ROUGHMILLSLOT40.0MM）

（DIA.32.0L/SR6.0RIPPAE/M）

（2NDPASS）

（PET-5578）

G72$G221[X=5.0,Y=0.0,H=498,P=0.1]

G72$G590[D=1.0]

S75M03

G57H903

M11

B[V52]

M10

G90G00X12.7221Y-10.0

G43Z150.0H399M08

G01Z[21.8633+50.0]F500

G01G41X32.7221Y8.0D399F20

G01Y150.0

G01X-7.2779

Y8.0

G40G01X12.7221Y-10.0

G01Z150.0F1000

G73Z850.0

G72$G590[D=-0.5]

S75M03

G57H903

M11

B[V52]

M10

G90G00X12.7221Y-10.0（槽进行精加工,小耳朵的圆弧处进行精加工）

G43Z150.0H399M08

G01Z[21.8633+25.0]F500

G01G41X32.7221Y8.0D399F20

G01Y150.0

G01X-7.2779

Y8.0

G40G01X12.7221Y-10.0

G01Z150.0F1000

G73Z850.0

G72$G221[X=0.0,Y=15.0,H=498,P=1.5]

G72$G590[D=-0.5]

G72$M06[V20=1]

M01

N95T1185

[V961=160]

（ROUGHMILLSLOT40.0MM）

（DIA.32.0L/SR6.0RIPPAE/M）

（1NDPASS）

（PET-12291）

G72$G221[X=5.0,Y=0.0,H=498,P=0.1]

G72$G590[D=0.3]

S75M03

G57H903

M11

B[V52]

M10

G90G00X12.7221Y-10.0

G43Z150.0H399M08

G01Z[21.3633+0.3]F500

G01G41X32.7221Y8.0D399F20

G01Y150.0

G01X-7.2779

Y8.0

G40G01X12.7221Y-10.0

G01Z150.0F1000（外轮廓圆弧的精加工）

G73Z850.0

S80M03

G57H906

M11

B[V55]

M10

G90G00X-19.0Y149.0

G43Z150.0H399M08

G01Z20.5F500

G01G41X-17.0Y129.061D399F30

G01X18.0

G40G01X35.0Y149.0

G00Z250.0

G90G00X35.0Y1.0

G43Z150.0H399M08

G01Z20.5F500

G01G41X18.0Y22.939D399F30

G01X-2.0

G40G01X-12.0Y1.0

G00Z250.0

G73Z850.0

G72$G221[X=0.0,Y=15.0,H=498,P=1.5]

G72$G590[D=-0.3]

G72$M06[V20=1]

M01

N100T1230

[V961=160]

（FINISHOUTERPROFILE）

（DIA.32.0CAR.E/M）

（PET-****）