机械工艺夹具毕业设计154模型A数控工艺与编程.docx
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机械工艺夹具毕业设计154模型A数控工艺与编程
毕业设计
设计题目：
模型A
系别：
机电工程系
专业：
数控加工
班级：
数一班
姓名：
指导老师：
毕业设计任务书
一.题目：
模型A
二.已知生产纲领：
1.该产品年产量500件
2.备品率5％
3.废品率2％
三.设计内容和要求
1.零件图一张
2.机械加工工艺规程一份
3.设计说明书一份
4.加工成品零件一件
时间2006-8-12----2006-11-20
指导老师：
前言
经过几年的漫长而愉快的大学生活，我们终于即将毕业迈出校园面向崭新的未来在备。
毕业前夕为了把我们从学生过渡到生产实用性人才,
学校为我们准备了这样一次机械加工综合技能训练,这对我们来说是极好的锻练，也是总结经验测试自己能力的时候.在拿到任务说明书时，我
就下定决心努力做到最好。
通过本次的综合技能的训练，在完成各工件过程中不但学会了怎么处理各种加工过程中的麻烦还学会了许多如何运用我的所学的知识,并且
进一步巩固了我们所学的基本理论知识和提高实际的动手操作的能力。
也让我树立生产和经济观念以及全局观念,养成了做事更加认真严谨,学
会了如何运用手上的技术资料和参考资料把自己工作做好。
在此次的毕业设计过程中.我的辅导老师对我给予了耐心的指导和帮助，同时协助我查阅相关的资料和文献，并到生产现场实地调查，而且
我要加工的工件认真的帮我分析研究了各种处理方法。
通过指导老师的帮助，我现在具有了一定的制定工艺规程的能力，能综合运用数控程、
机械制造工艺学、夹具设计、公差等我们所学过的课程的基本理论和方法，并能较熟练地使用相关的机械手册及技术参考资料。
可以对一
般的零件进行手工编程的方法以及在现有的数控设备上加工零件的技能。
最后，对给予我在此次毕业设计过程中大力支持和热情帮助过我的老师以及我的指导老师表示衷心的感谢。
目录
第一章零件的工艺性分析
一.零件的结构工艺性分析
二.零件的技术要求
三.零件的材料
第二章零件工艺规程的设计
一.确定零件的生产类型和生产纲领
二.确定零件毛坯的制造形式
三.制定工艺路线的理论原则及制定工作路线
四.基准的选择
五.工序路线的制定
六.确定零件的工序尺寸和加工余量
第三章数控机床的工艺装备及夹具、刀具的选择
一.机床的选择
二.夹具的选择
三.刀具的选择
四.工序尺寸及机械加工余量的校核
五.确定切削用量及基本时间Tj等
第四章数控加工程序编制方法的选择
一.数控加工程序的编制
二.数控加工程序的内容
结束语
参考文献
第一章零件的分析
一.零件的结构工艺性分析
在初步了解零件的功能用途后，有必要对零件进行结构工艺分析，找出技术关键，以便在拟定工作规程时采用适当的工作措施加以保证。
1.零件的结构分析
总的来说我的零件由3部分组成,小端由1个M16螺纹和1个宽3的深度1的退刀槽构成,中间是1个R23的圆球有6个R30宽度为R5的圆形凹槽在圆球上分布,另一端则是需要铣床铣出1个心形。
2.零件的工艺性分析
（1）.从零件图可以看出主要表面是由一个球体和6个分布在球体周围的球形槽是右车车削和铣削来完成的,其中6个球形槽是由分度头来完成的,它们是以轴线为基准加工的。
（2）这个工件只有1个位置精度就是小端相对于轴心线的垂直度是0.04。
3.零件的设计基准
通过对零件图的分析可以看出零件基准为轴心线。
二.零件的技术要求
1.表面精度
螺纹表面粗糙度要求为Ra1.6，其余表面粗糙度Ra3.2。
2.位置精度
本零件只有1个位置精度是垂直度。
3调制处理
通常将淬火+高温回火成为调质处理。
调质处理的目的是使零件获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合机械性能。
4.发蓝
将钢铁工件放入某些氧化性溶液中，使其表面形成0.6到0.8µm致密而牢固的Fe
O
薄膜的工艺方法为发蓝，又叫氧化处理。
发蓝能提高工件表面的抗腐蚀能力，有利于清除工件的残余应力，减少变形。
还能使边面光泽、美观，发蓝可用化学法和电解法。
化学法又可分为碱性法和非碱性法。
碱性法应用最多。
5.零件检验类别为二类检验。
三.零件的材料（40Cr）
1.性能特点
40Cr的性能特点是具有良好的综合力学性能和合适的淬透性。
2.成分特点
名称
C
Mn
Si
Cr
40Cr
0.37—0.45
0.17—0.37
0.5—0.8
0.8—1.1
3.热处理特点
40Cr属于低淬透性合金调质刚，它的热处理特点是油淬临界淬透直径为20—40mm，调质后强度比碳钢高，一般δb=800—1000Mpa,δs=600—800Mpa,αk=60—90j/cm²。
其合金元素总量小于2.5%。
常用作中等截面，要求机械性能比碳钢高的调质件。
第二章零件工艺规程的设计
一.确定零件的生产类型和生产纲领
确定生产类型主要依据是零件的生产纲领。
生产纲领是企业在计划期限内应当生产的产品产量和进度计划，即年产量。
包括合品率和废品率在内的一年产量。
零件的生产纲领的计算式如下：
N=Qn（1+α%）（1+β%）
N——零件的生产纲领（件/年）
Q——产品的年产量（台/年）
N——每台产品中该零件的数量（件/台）
α——零件的备品率
β——零件的废品率
生产类型的具体划分，可根据生产纲领和产品及零件的特征或工作地每月担负的工序数来确定。
按设计要求零件的生产类型为中批生产。
二.确定零件毛坯的制造形式
在制定零件机械加工工艺规程前一定要确定毛坯。
包括选择毛坯类型及制造方法，确定毛坯精度。
零件机械加工的工序数量，材料消耗的劳动量，在很大程度上与毛坯有关。
例如：
毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯的精度越高。
则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗也少。
机械加工的生产率也可提高，成本则可降低，但毛坯的制造费用提高了。
因此，确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面综合考虑。
毛坯的类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。
确定毛坯还要考虑如下因素：
1、零件的材料及力学性能。
2、零件的形状和尺寸。
3、生产类型。
4、具体生产条件。
5、充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。
我所加工的模型件A的材料是钢材，并且大部分表面为回转加工表面，各台阶直径尺寸相差不多，因此选择棒料为毛坯。
三.制定工艺路线的理论原则及制定工艺路线
1.制定工艺路线的理论原则
（1）.零件图及技术要求
零件图及其技术条件，是制造零件的主要依据，在零件图上应包括：
结构技术条件，材料在制订工艺路线时首先应对零件的构造要求进行详细的工艺分析，以便掌握加工要求和保证质量。
（2）.零件的毛坯图
毛坯图是根据零件图设计的。
对于一些强度要求不高的零件可选用型材作毛坯，用型材的规格尺寸制造零件所需的长度，对此综合训练的零件总强度有一定的要求，且属于中批生产，所以选用的毛坯应经过热处理等工序。
（3）.生产类型
生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为三种基本类型：
单件生产、成批生产、大量生产。
模型件A为中批生产。
（4）.生产条件
主要应从现有的机床设备出发来制定工艺路线。
使现有的设备充分利用，并且为了更好的保证质量，提高劳动生产率，降低生产成本，制定工艺过程时也要注意新技术的引用及现有的实际设备情况等综合考虑。
总的来说，在制定工艺路线时，应使零件上各尺寸精度，位置精度，表面粗糙度和各项技术指标均能得到保证，同时也要尽量提高生产率，降低生产成本，从而获得最好的经济效果。
]2.加工阶段的划分
模型件A的加工阶段可划分为粗加工—精加工，它是通过程序来保证的。
划分加工阶段的目的是保证各主要表面达到设计图的质量要求，并提高尺寸精度，降低表面粗糙度。
（1）.保证加工质量
工件粗加工时，切削金属较多，产生较大的切削力和切削热，同时需要有较大的夹紧力，且内应通过粗加工还能重新分布，造成工件生产较大的变形。
划分阶段后，粗加工造成的加工误差可通过精加工得到纠正，从而提高了零件的加工精度，降低了表面粗糙度，保证了零件的加工质量。
（2）.合理地使用设备提高产品生产率
在加工时选用数控机床，可以把工件的粗加工与精加工在一道工序内完成，这样就避免了工件的二次装夹，提高了工件的形状与位置精度。
（3）.便于安排热处理
把热处理安排在精加工之前，可保证热处理引起的局部变形在精加工中得以纠正。
把粗精加工分开后，毛坯的缺陷在粗加工后即可及早发现并及时决定修补或报废，以免对报废零件继续进行精加工，而浪费工时和其他制造费用。
3.工序的集中与分散问题的分析
在制订工艺路线时，当选定各表面加工方法和确定了阶段划分后，就可以将同阶段中的各加工表面组合成若干工序，组合时可采用集中与分散的原则。
工序集中是指工件的加工集中在少数几道工序内完成，即每道工序的加工内容较多。
工序分散是将工件的加工分散在较多工序内进行，即每道工序的内容较少，最少时即每道工序仅一个简单工步。
工序集中与工序分散是拟定工艺路线时确定工序数的两种原则。
工序集中的特点是：
1．采用高效专用设备及工艺装备，生产率高。
2．工件装夹次数减少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。
3工序数目少，可减少机床数量、操作工人数和生产面积，还可简化生产计划和生产组织工作。
4．因采用结构复杂的专用设备及工艺装备，使投资大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。
工序分散的特点是：
1．设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，又易于平衡工序时间，易适应产品转换。
2．可采用最合理的切削用量，减少基本时间。
3．设备数量多，操作工人多，占用生产面积也大。
在制订工艺路线时，工序集中或分散主要取决于生产规模和零件的结构特点及技术要求。
批量小时为简化管理工作多将工序集中，大批量生产时可采用效率高的机床将工序集中。
也可以将工序分散后组织流水生产，对大型零件应适当分散。
这两种原则各有特点。
我所加工的模型件A，即遵循的是工序集中原则。
四.定位基准的选择
定位基准的选择对零件的加工尺寸和位置精度、零件各表面的加工顺序及夹具结构等都会产生举足轻重的影响，正确的选择定位基准是制订机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键问题。
在选择定位基准时，是从保证工件精度要求出发的，因而分析定位基准选择的顺序就应从精基准到粗基准。
1.精基准的选择
（1）.基准重合原则:
就是尽可能选用设计基准作为定位基准，这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起定位误差。
（2）.基准统一原则:
位置精度要求较高的某些表面加工时尽可能选用同一定位基准，这样有利于保证各加工表面的位置精度。
（3）.自为基准和互为基准原则。
（4）.择精度较高，安装稳定可靠的表面作精基准，而且所选的基准应使夹具的结构简单，安装和加工工件方便。
2.粗基准的选择
（1）.对于所有表面都要加工的零件，应选择余量和公差最小的表面做基准，以避免余量不足而造成废品。
（2）.选取光洁平整的表面，并且面积足够大，装夹稳定的表面作为粗基准
（3）.粗基准一般都只能用一次，尽量避免重复使用。
在实际工作中，定位基准的选择要符合上述所有的原则有时是不可能的，因此应根据具体情况进行分析，选出最有利的定位基准。
五.工序设计
1．工序路线
序号
工序名称
设备名称
0
下料
5
热处理
10
车基准面
数控车床
15
车大端
数控车床
20
去毛刺
25
铣球形槽
数控铣床
30
铣心形
数控铣床
35
去毛刺
40
清洗
45
最终检验
50
发蓝
55
60
2．设计计算
1.机械加工余量
机械加工余量就是保证零件规定的质量，在加工过程中从其表面上切除的金属层它对工艺过程有一定的影响，余量不足，不能保证零件的加工质量；余量过大，不但增加机械加工的劳动量，而且增加了材料刀具、能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理地安排加工余量。
通常确定机械加工余量的方法大致有三种：
计算法、查表法和经验法。
本次设计采用查表法和经验法相结合的方法选取加工余量。
由于工件的自由公差的尺寸精度不高，可按工厂实际情况选取经济的公差值。
2.确定工序尺寸加工余量
根据参考文献，并结合现场工人的实际操作经验及毛坯尺寸选取余量。
车削时加工的总余量为10mm
切断加工余量为5mm
钻孔余量为18mm
镗孔加工余量为2mm
3.确定轴向工序尺寸及余量变化
工序的加工余量，由于受工序尺寸公差的影响，实际加工余量的数值是在一定范围内变化的，余量过大不仅增加机械加工的劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，提高加工成本。
余量过小则无法消除上工序的各种表面缺陷和误差，不能补偿本工序加工时工件的装夹误差，因此为使所确定的加工余量值比较合理，应计算出余量的变化情况。
4.确定径向工序尺寸
由于采用数控加工工艺，该零件的径向尺寸在数控机床上只用一道工序即可完成粗精加工工步，并达到尺寸要求和精度要求，故径向工序尺寸可直接采取设计尺寸并按入体原则标注偏差。
第三章数控机床的工艺装备及夹具、刀具的选择
一.机床的选择
零件的加工精度很大程度上取决于所用机床，因此必须合理的选用机床。
对于小批量生产一般选择通用机床；对于中批量则广泛采用专用机床、数控机床和组合机床。
在选择机床时应该注意，所选用机床的工尺寸范围与零件外形尺寸相适应、机床精度与工件精度相适应、机床的生产率与零件的生产率相适应。
因为本零件的尺寸小，重量轻，而且由于本零件的工艺性和结构性并不是很复杂但是又对表面质量有一定的要求，故选用数控机床加工。
2.夹具的选择
本零件是中批量生产，技术要求不高，故采用通用夹具即可完成。
因专用夹具的专用性强、成本高、不易转变、不可长时间地使用，且此零件只为中批生产，为其专门制作专用夹具成本较高，故采用通用夹具。
车外圆时，应选用耐磨性、耐热性较好的YT15硬质合金车刀；铣削加工时，铣刀宜选用高速钢中的高性能高速钢。
高性能高速钢的耐磨性与耐热性较高，能用于合金钢的加工，故选用W18Cr4高速钢铣刀。
1.刀具材料的选择
由于40Cr属于低淬透性合金调质钢并且在切削加工前预先经过调质处理，所以材料的硬度提高了，切削时的切削力相对增大，局部温度较高，线膨胀系数大，容易产生热变形，因此刀具材料应选用耐磨损、硬度高、导热性好的，另外在加工时要用冷却液，目的是为了降低温度、防止变形、降低刀具的磨损。
YG类刀具宜于加工铸铁、有色金属及其合金、非金属等脆性材料，而YT类宜于高速加工钢料。
因此车外圆时，选用耐磨性耐热性较好的硬质合金YT15的90度车刀；铣削加工时，铣刀宜选用高速钢中的高性能高速钢。
它的耐磨性与耐热性在加工过程中有明显的体现，适宜该材料的加工。
故铣刀选用直Φ10、Φ8的高速钢立铣刀。
2.刀具的结构分析
1）.车刀的结构分析
由于采用Y15硬质合金车刀，其密度为11.0～11.7g/cm，导热系数33.5W·M-1·C-1，硬度78HRC，抗弯强度为1.15GPa，工件材料40Cr的强度和硬度较高，故不宜选择较大的前角与后角。
车削时，选择的车刀前角在粗加工为γ=10°～15°，在精加工时为γ=8°～１０°，主偏角为Kr=90°，副偏角为Kr′=60°，由于工件表面上有较大的弧度，为避免刀具划伤以加工表面，应用较大的副偏角Kr′。
2）.铣刀的结构分析
铣刀应选用粗齿，并有较大的容屑空间和单齿强度，最好采用顺铣的加工方法，以减少加工硬化，并且可提高刀具耐用度和已加工表面的表面质量。
铣模圆形凹槽时，按设计尺寸要求选用Φ10的球头铣刀；铣心形时,按设计要求应选用Φ10立铣刀。
3.量具的选择
为了在机械加工过程中保证零件的加工尺寸精度和提高测量效率的要求，需要适当地选用各种通用及常用量具。
此零件的量具如下：
尺寸R23选用R23的凸样板
尺寸R20选用R51.26的凹样板
尺寸R30选用R30凹样板
尺寸M20×2选用M20环规
径向尺寸及轴向尺寸选用游标卡和千分尺即可。
四.工序尺寸及机械加工余量的校核
1.确定工序尺寸及其偏差的原则
与设计尺寸有关的工序尺寸偏差，可取用设计尺寸及偏差或进行尺寸换算来确定。
与保证设计尺寸没有直接关系的工序尺寸偏差，可按本工序的经济精度来确定，最后按入体原则标注成偏差形式。
2.确定工序加工余量
根据参考文献，并结合现场工人的实际操作经验及毛坯尺寸选取余量。
精加工余量为0.2mm
切断加工余量为3mm
磨削时的总余量为0.3mm
镗孔加工余量为1.6mm
内槽加工余量为5.4mm
3.确定轴向工序尺寸及余量变化
工序的加工余量，由于受工序尺寸公差的影响，实际加工余量的数值是在一定范围内变化的，余量过大不仅增加机械加工的劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，提高加工成本。
余量过小则无法消除上工序的各种表面缺陷和误差，不能补偿本工序加工时工件的装夹误差，因此为使所确定的加工余量值比较合理，应计算出余量的变化情况。
4.确定径向工序尺寸
由于采用数控加工工艺，该零件的径向尺寸在数控机床上只用一道工序即可完成粗精加工工步，并达到尺寸要求和精度要求，故径向工序尺寸可直接采取设计尺寸并按入体原则标注偏差。
五.确定切削用量及基本时间Tj等
确定切削用量的原则是：
粗加工时根据机床功率与刚性，宜选用较大的切削用量；精加工时为保证精度，宜选用较小的切削用量。
合理的切削用量可以提高生产率、加工质量和刀具耐用度。
根据《数控加工技术-综合技能训练指导书》查表得，各工序的切削用量如下:
车外圆
V＝2M/s
ap=2.5mm
f=0.3.5mm/r
经计算得：
N=
=
r/s=573r/min≈755r/min
基本时间计算公式为：
Tj=
辅助时间计算公式为：
Tf=（15～20）%Tj
总时间公计算式为：
Tz=Tj+Tf
其中：
Tj－基本时间min
Tf－辅助时间min
Tz－总时间min
L－工作行程量（mm）
f－进给量（mm/r）
n－机床转述（r/s）
i－工作行程（走刀次数）
Tj=
min
Tf=20%×3.4=0.68min
Tz=3.4+0.68=4.08min
精车外圆、螺纹
查表得：
V＝1.5M/s
ap=0.3mm
f＝0.2mm/r
经计算得：
N=
=
r/s=573r/min≈755r/min
Tj=
min
Tf=20%×0.353=0.07min
Tz=0.353+0.07＝0.423min
铣心形、铣球形槽
查表得
V=0.5M/s
af=0.05mm
ap=4mm
经计算得：
N=
=
r/s=955r/min≈900r/min
Tj=10.65min
min
Tf=20%×8.88=1.77min
Tz=8.88+1.77＝10.65min
第四章数控加工程序编制方法的选择
一.数控加工程序的编制
1.数控加工的特点
（1）.采用数控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。
（2）.数控机床可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。
（3）.采用数控机床在生产效率上，可以比普通机床提高2～3倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十倍甚至几十倍。
（4）.可以实现一机多用。
（5）.采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展，为实现生产过程自动化创造条件。
2.数控编程的分类
数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。
手工编程是由分析图样，确定工艺过程，数值计算，编写零件加工程序单，程序的输入和检验都是由人工完成的。
特点：
对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不是很多，采用手工编程较容易完成，而且经济，及时，因此在点为加工及直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用，但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线，列表曲面的零件，用手工编程就有一定的难度，出错的几率增大，有的无法编程序。
自动编程：
用计算机编制数控加工程序的过程。
特点：
由计算机自动识图编程，编程准确，不易出错，安排走到路线合理，从而使加工准确。
3.坐标系的选择
在编写零件的加工程序时首先就是设定坐标系。
（1）.机床坐标系的设定
机床欲对工件的切削进行程序控制，必须首先设定机床坐标系。
机床坐标系是机床固有的坐标系，可根据右手直角迪卡尔坐标系来判定机床上X轴、Y轴与Z轴的正方向。
（2）.工件坐标系的设定
工件坐标系是编制时使用的坐标系，是人为设定的，设定的依据是符合图样要求。
从理论上讲，工件原点选在任何位置都是可以的，但实际上为了编程方便以及各尺寸较为直观，应尽量把工件原点的位置选择合理些。
对车床来说，工件原点一般选择在工件的轴线上并在工件的一端；对铣床来说，工件原点一般选择在工件的中心位置。
在数控机床中，工件坐标系一般使用G54指令告诉系统工件的坐标系原点所在的位置。
4.对刀点的选择
在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具在工件坐标系中的位置。
这个位置就是刀具的刀位点或刀具的中心点在工件坐标系上与坐标系原点的相对位置。
5.工件零点的选择
工件零点的确定是为了建立工件坐标系，根据零件设计图的尺寸要求，工件的零点应设在工件右端面上的轴心位置上。
二.数控加工程序的内容
车外圆（90℃车刀）
O0001
N01t0101
N02m03s755
N03G00x55
z10
N04G71U1R2P05Q06x0.2z0.2f100
N05G01x16
N06z-37.5
N07G01X20
Z20
N08m05
N09m30
车圆球和大端
O0002（R成型车刀）
N01t0202
N02m03s755
N03G00x55
z10
N04G71U1R2P05Q07x0.5z0.5f100
N05G01x24
z-37.5
N06G03x24z-75.5r23
N07G01z-90
N08G01x60
z20
N09m05
N10m30
退刀槽（切断刀）
O0003
N01t0303
N02m03s300
N03G00x30
z10
N04G01z37.5
N05x14
N06x30
N07z20
N08m05
N09m30
铣球形槽（R5球形铣刀）
O0004
N01G54x0z50
N02m03s800f100
N03G18G00x-35
N04G01z-11
N05x-19
N06G03x19z-11r30
N07G01x22
N08z10
N09G01x0z0
N10m05
N11m30
铣心形（R5立铣刀）
O0005
N01G54x0y0z50
N02m03s800f100
N03G00x-6y-24
N04z10
N05G01z-5
N06G01x0y-19D01
N07G03x0y-10r5
N08G02x-7y-7r10
N09x-12y0r23
N10x-2y9
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