安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工

1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工 摘 要 數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用使普通機(jī)械被 數(shù)控機(jī)械所代替，使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化。 本次設(shè)計(jì)主要完成以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：安裝底座的零件圖紙與技術(shù)要求 分析、零件二維圖繪制及三維建模；制定數(shù)控加工工藝卡片文件；進(jìn)行 零件的夾具設(shè)計(jì)并進(jìn)行夾具圖二維圖及三維建模裝配圖繪制；對(duì)零件編 程并完成加工仿真。根據(jù)鑄件的形狀特點(diǎn)、零件尺寸及精度，選定合適 的機(jī)床設(shè)備以及專用夾具設(shè)計(jì)，通過準(zhǔn)確的計(jì)算并查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定 了安裝底座的尺寸及精度，在材料的選取及技術(shù)要求上也作出了詳細(xì)說 明，并在結(jié)合理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算機(jī)輔助

2、軟件繪制了各部分 零件及裝配體的立體圖和工程圖，以保障安裝底座的加工制造。 關(guān)鍵字：圖紙分析，數(shù)控加工工藝，專用夾具，數(shù)控編程，加工仿真 12 安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工 姓名學(xué)號(hào) 0引言 0.1概述 本課題起源于裝配制造業(yè)安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控技術(shù)，通過此次 畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以初步掌握編制數(shù)控加工工藝規(guī)程的方法，學(xué)會(huì)查閱有關(guān) 資料，能合理編制數(shù)控加工過程卡片、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工刀 具卡片等工藝文件，能合理的確定加工工序的定位與夾緊方案。 能使用AutoCAD正確繪制機(jī)械零件的二維圖形，能通過使用 UGNX6.C軟件繪制零件的三維圖，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力及建模能力。 編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，

3、并正確繪制有關(guān)圖表。在畢業(yè)設(shè)計(jì)工 作中，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識(shí)與實(shí)際操作技能，分析與解決設(shè)計(jì)任 務(wù)書中的相關(guān)問題。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，綜合運(yùn)用數(shù)控加工刀具和數(shù)控工藝、 工裝夾具的設(shè)計(jì)等專業(yè)知識(shí)來分析與解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題。 依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，進(jìn)行資料的調(diào)研、收集、加工與整理和正確使 用工具書；掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范；掌握實(shí)驗(yàn)、測(cè) 試等科學(xué)研究的基本方法；以及與解決工程實(shí)際問題的能力。 0.2本設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容 本次對(duì)于安裝底座工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控加工的主要任務(wù)是： 1、分析零件圖紙與技術(shù)要求； 2、三維建模。根據(jù)零件二維視圖建立三維視圖； 3、 制定機(jī)械加工工藝文件。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)資

4、料、生產(chǎn)條件與生產(chǎn) 綱領(lǐng)，制定零件機(jī)械加工工藝規(guī)程，編寫工藝規(guī)程卡片； 4、夾具設(shè)計(jì)。繪制工件夾具圖； 5、編制數(shù)控加工程序、仿真加工與課題制作 6、工件檢驗(yàn)。選用合理的測(cè)量工具與設(shè)備檢驗(yàn)工件的加工質(zhì)量。 在這整個(gè)過程中，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能，分析與解 決實(shí)際相關(guān)問題 1零件分析 1.1零件圖分析 圖1.1所示為安裝底座零件二維圖，其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，中批量生產(chǎn) 1000件。圖1.2為零件的三維圖 技忒要求； 1. 表面濟(jì)醤* 圖1.1安裝底座零件二維圖 圖1.2安裝底座三維圖 該零件材料為40Cr,需進(jìn)行鍛打，毛坯為精鑄件，主要應(yīng)用于裝配 管道，起管道的連接及固定作用，為中批量生產(chǎn)類

5、型產(chǎn)品。該零件為由 外螺紋，內(nèi)螺紋，凹形槽，圓弧曲面，內(nèi)孔，沉孔，倒斜角，臺(tái)階等表 面組成，加工表面較多且都為平面、曲面及各種孔，因此適合采用加工 中心加工。 1.2技術(shù)要求分析 該零件在熱處理后有眾多精度要求較高的項(xiàng)目：23mm1內(nèi)孔公差尺 寸為 23 0.05mm 2.2mm內(nèi)孑L至U23mn內(nèi)孔間中心距為 9.5 士 0.2mm 18mn內(nèi)孔公差尺寸為 18 0.182mm15內(nèi)孔公差尺寸為 15 0010mm14.2mm內(nèi)孔公差尺寸為 14.2 mm20.1mm內(nèi)圓深 度為2.1 J5mm20.1mm內(nèi)圓公差尺寸為 20.1壘mn,14.2mm內(nèi)孔 到20.1mm內(nèi)孔間中心距為49.2

6、 士0.01mm29mn圓柱公差尺寸為 29莒口卬29mn圓柱高度尺寸為2jmm R9.1內(nèi)圓深度為 2；05mm M22X1外螺紋相當(dāng)于基準(zhǔn)A面的同軸度為0.02 ,18mm內(nèi)孔 當(dāng)于基準(zhǔn)A面的同軸度為0.02 ,29mm圓柱當(dāng)于基準(zhǔn)A面的同軸度為 0.02 ,，以及其他各表面粗糙度要求等。上述技術(shù)要求決定了須加工的表 面及相應(yīng)加工方案。 2零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 2.1選定毛坯 根據(jù)零件的熱處理前尺寸及考慮夾具方案的設(shè)計(jì)，選擇的毛坯材料 牌號(hào)為40Cr,毛坯種類為精鑄件，毛坯外形尺寸為 75.7mm75mM58mm 如圖 1.3 所示。 圖1.3安裝底座熱處理前三維圖 2.2選擇定位基準(zhǔn)

7、選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，首先是從保證工件加工精度要求出發(fā)的，因此， 選擇定位基準(zhǔn)時(shí)先選擇粗基準(zhǔn)，再選擇精基準(zhǔn)。 221粗基準(zhǔn)的選擇： 按照粗基準(zhǔn)的選擇原則，為保證不加工表面和加工表面的位置要求， 應(yīng)選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)，故在加工凹形曲面時(shí)，選擇180.1：2mn內(nèi) 孔以及工件底平面作為粗基準(zhǔn)。 2.2.2精基準(zhǔn)的選擇： 按照精基準(zhǔn)的選擇原則，為符合基準(zhǔn)重合原則以及基準(zhǔn)統(tǒng)一原則， 故在加工M22X1時(shí)，選擇18 0.1182mm內(nèi)孔作為精基準(zhǔn)。 2.3工藝路線的設(shè)計(jì) （1）工藝路線的設(shè)計(jì)為保證幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各 項(xiàng)技術(shù)要求，必須判定合理的工藝路線。 由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為成批生產(chǎn)，所以 XH71

8、4立式加工中心配以專用的工、 夾、量具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率和減少機(jī)床數(shù)量，使生產(chǎn)成 本下降。 針對(duì)零件圖樣確定零件的加工工序?yàn)椋?工序一：（18孔及底平面定位） 1）粗銑凹形槽。 2）精銑凹形槽至尺寸要求。 3）孔的定位，鉆4.5沉孔。 工序二：（29圓柱面及工件上下平面定位） 1）鉆15及18孔的中心孔。 2）粗鉆鉸15孔，锪18孔。 3）精鉆鉸15孔，锪18孔至尺寸要求。 工序三：（18孔及工件上下平面定位） 1）鉆4-M4螺紋孔中心孔。 2）攻4-M4螺紋孔至尺寸要求。 3）粗鉆鉸2.2孔。 4）精鉆鉸2.2孔至尺寸要求。 5）粗銑R9.1及20.1內(nèi)圓。 6）精銑R9.1及2

9、0.1內(nèi)圓至尺寸要求。 7）所有面去銳邊毛刺。 2.4確定切削用量和工時(shí)定額 切削用量包括背吃刀量、進(jìn)給速度或進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度 （用于恒線速切削）。其具體步驟是：先選取背吃刀量，其次確定進(jìn)給 速度，最后確定切削速度。（參考資料數(shù)控加工工藝及設(shè)備） 工時(shí)定額包括基本時(shí)間、輔助時(shí)間、地點(diǎn)工作服務(wù)時(shí)間、休息和自 然需要時(shí)間以及準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間。 2.4.1背吃刀量ap的確定 根據(jù)零件圖樣知工件表面粗糙度要求為全部 3.2，故分為粗銑、半 精銑、精銑三步進(jìn)行。 因此選擇粗銑的背吃刀量為3.5mm半精銑的背吃刀量取1.5mm精 銑時(shí)圓周銑側(cè)吃刀量取0.35mm 242進(jìn)給量f的確定 由文獻(xiàn)10表2

10、.4-73，選擇粗銑時(shí)：fz=0.20mm/z;精銑時(shí)： fz =0.5mm/z 2.4.3切削速度vc的確定 由文獻(xiàn)10表3.1-74，選擇粗銑時(shí)：主軸轉(zhuǎn)速n=900r/min ;精銑時(shí): 主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min。 因此，相應(yīng)的切削速度分別為： 粗銑時(shí)： 兀dn兀 X16700,.n. vcm /min = 45.2m/min 1000 1000 精銑時(shí)： 兀dnn x 20 12把 100X 250 mm 8000 rpm 5-8000 mm/min 20000 mm/min 7.5/11KW X:0.016 mm 丫、Z 0.014 mn全 X:0.010 mm Y、Z:0.00

11、8mm全程 FANUC8 N.m FANUCDi-MateMC 直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ) (3) 機(jī)床性能 XH714為縱床身，橫工作臺(tái)，單立柱立式加工中心機(jī)床；可以實(shí)現(xiàn) X、Y、Z任意坐標(biāo)移動(dòng)以及三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制；X、Y、Z三坐標(biāo)軸伺服進(jìn)給 采用交流伺服電機(jī)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；X、Y、Z三軸采用進(jìn)口精密滾珠絲杠副， 及進(jìn)口滾珠絲杠專用軸承支承；主軸采用交流伺服調(diào)速電機(jī)，其額定功 率11KVy主軸最高轉(zhuǎn)速為8000rpm。主軸軸承采用高速、高精度主軸軸 承，油循環(huán)冷卻；采用蝶形彈簧夾緊刀具，氣壓松刀；刀庫為 20把刀的 斗笠式刀庫，無機(jī)械手換刀。 2.6工藝文件的設(shè)計(jì) 根據(jù)2.3工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出

12、機(jī)械加工工藝過程卡片 及工序卡片。見附表 1機(jī)械加工工藝過程卡片；附表24：數(shù)控加工工 序卡；附表78:數(shù)控加工進(jìn)給路線圖。 2.7數(shù)控加工刀具卡片的設(shè)計(jì) 根據(jù)2.3工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出機(jī)械加工刀具卡片。見 附表56:機(jī)械加工刀具卡片。 2.8數(shù)控編程 根據(jù)2.3工藝路線的設(shè)計(jì)的工序安排，編出數(shù)控加工程序。見附表 9:數(shù)控加工程序。 3安裝底座銃凹槽夾具工序工藝裝備的設(shè)計(jì) 3.1夾具設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì) 根據(jù)安裝底座的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是保證夾具的 坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定。二是要能協(xié)調(diào)安裝底座零件與機(jī) 床坐標(biāo)系的尺寸。除此之外，重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)： 1、在成批生產(chǎn)時(shí)，

13、才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 2、夾具上個(gè)零件部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對(duì)零件各表面的加工，即夾具要敞 開，其定位。夾緊原件不能影響加工中的走刀。 根據(jù)課題要求，批量生產(chǎn)1000件安裝底座零件，故需要設(shè)計(jì)專用夾 具進(jìn)行裝夾。 3.1.1夾具的定位方案的設(shè)計(jì) 工件定位方案的確定，首先應(yīng)考慮滿足加工要求。按基準(zhǔn)重合原則， 選用18孔以及工件底平面作為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖 3-1所示 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式為：F = 3n 2Pl - Ph， 其中：n為活動(dòng)構(gòu)件，n=N-1，N為構(gòu)件； Pl 低副； Ph 咼副； 所以：F =3n 2Pl-Ph =3 2一2 3-0=0 即3個(gè)支承釘限制工件的x、y

14、方向的轉(zhuǎn)動(dòng)度以及z方向的移動(dòng)度, 圖3-1安裝底座的定位方案 3.1.2夾具的夾緊方案的確定 工件夾緊方案的確定，取工件的29圓柱端面進(jìn)行夾緊，采用固定 手柄壓緊螺釘夾緊機(jī)構(gòu)，如圖3-2所示。采用固定手柄壓緊螺釘夾緊機(jī) 構(gòu)，在夾具設(shè)計(jì)過程中，以考慮工件的受力情況，故在29圓柱端面與 固定手柄壓緊螺釘之間增加光面壓塊，光面壓塊在此處起到緩沖及平衡 受力的作用。采用固定手柄壓緊螺釘通過光面壓塊將工件在側(cè)面夾緊， 其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。固定手柄壓緊螺釘選用：AM1（X 120JB/T 800631999。 圖3-2安裝底座的夾緊萬案 一 3.1.3夾具對(duì)刀裝置方案的確定 因考慮零件的復(fù)雜性，故將夾具

15、本次零件加工選擇機(jī)床對(duì)刀點(diǎn)在工 件坐標(biāo)系的20.1圓心上，這有利于保證精度，減少誤差。 采用試切的對(duì)刀方法：具體步驟為該零件選擇20.1孔為編程零點(diǎn), 本次試切首先選擇零件的右側(cè)面為試切點(diǎn)，左右撥動(dòng)主軸，手輪移動(dòng)X 軸，使刀具微碰零件，此時(shí)記下 X的機(jī)械坐標(biāo)輸入到G54或G55的X 中，本次試切再選擇零件的下表面為試切點(diǎn)，上下?lián)軇?dòng)主軸，手輪移動(dòng) Y軸，使刀具微碰零件，此時(shí)記下 Y的機(jī)械坐標(biāo)輸入到G54或G55的 Y中，至此，X , Y軸對(duì)刀完成；Z軸的對(duì)刀，如以工件端面為0點(diǎn)，將 銑刀擦到工件表面，記下此時(shí)Z軸的機(jī)械坐標(biāo)，輸入到G54或G55中。 3.1.4夾具與機(jī)床連接方案的設(shè)計(jì) 該夾具為孔

16、系夾具，它的元件 17 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工 以孔定位，螺紋連接，元件定位精度高，夾具的組裝簡便，剛性好，又 便于數(shù)控機(jī)床編制加工程序。 3.2夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在選擇夾具體的毛坯的結(jié)構(gòu)時(shí)，從結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、 標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。在機(jī)床夾具設(shè) 計(jì)手冊(cè)表1-9-1為各種夾具體毛坯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。則選鑄造 結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠淇设T造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀?？箟簭?qiáng)度大，抗振性好。易于 加工，但制造周期長，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。材料多采用 HT15-30或HT20-40。將夾具分為基礎(chǔ)體及夾具體，夾具體主要起到連接 專用夾具

17、的作用，而基礎(chǔ)體則起到支撐及定位的作用。另外，在夾具體 上還進(jìn)行倒角，以便增加夾具的強(qiáng)度及剛度。 3.3夾具的理論計(jì)算 3.3.1定位誤差的分析與計(jì)算 主要是可換圓柱銷及支承釘?shù)亩ㄎ?。因此，定位誤差在于可換圓柱 銷及支承釘之間的定位誤差。 支承釘?shù)亩ㄎ徽`差按公式3.1計(jì)算： ya =hcot (3.1 ) 由于工件定位垂直表面與工件上表面間的角度為0。 所以，匚ya =hcot =11 cot0mm=0 3.3.2夾緊力的分析與計(jì)算 本套夾具靠固定手柄壓緊螺釘實(shí)現(xiàn)夾緊。因此，夾緊力的計(jì)算則在 于固定手柄壓緊螺釘所需的力。 固定手柄壓緊螺釘夾緊力P按 3.2公式計(jì)算： T=Qrtan（屮）+廿（

18、3.2） Q 夾緊力， 螺紋升角，M16選2 29 ； 螺紋摩擦角，=10 ； .支撐表面摩擦力矩的計(jì)算力臂，選擇.J dc15 = 5 ； 33 f 螺母支撐面的摩擦因素，選擇f =0.178 ； 通過計(jì)算，M16孔定位的螺釘所需夾緊力為：T=180N 因?yàn)楣饷鎵簤K起到緩沖作用，故夾緊力需增加一倍。 因此總共所需夾緊力為：T總=2T=180NX 2=360N 3.3.3夾具的質(zhì)量計(jì)算 本套夾具的質(zhì)量主要來自于夾具體及基礎(chǔ)體的質(zhì)量。因方便計(jì)算， 故經(jīng)過優(yōu)化及對(duì)一些孔的忽略不計(jì)，最后得到的質(zhì)量計(jì)算為： m二 = 7.85 10“（148268 15148 220 25 148 175 14 2

19、148 36.5 36.5 2 148 196 10 -心36.5 122） = 16.74 kg 3.4夾具的簡要使用操作說明 本夾具用于加工安裝底座的凹形曲面（工件材料40Cr）。工件以底 平面、內(nèi)孔 18和29圓柱端面在可換圓柱銷5、支承釘6、固定手柄 壓緊螺釘9上定位，由固定手柄壓緊螺釘9夾緊工件。 4零件的仿真加工 4.1 UGNX6.0仿真加工 圖4.1凹槽粗銑削 4.2凹槽精銑削 4.3鉆攻4-M4螺紋孔及2.2通孔 4.4鉆鉸4.5沉孔 4.2課題制作 此次課題制作，本次設(shè)計(jì)共分為8個(gè)部分，第一部分為零件圖及工 藝分析，主要是圖形分析。第二、三部分為加工機(jī)床的選擇和裝夾方法 的

20、確定。第四、五部分主要是寫工藝方面的內(nèi)容，其中包含工藝過程、 工藝簡圖，并標(biāo)注出定位和夾緊方式、所用機(jī)床、所用刀具、所用切削 用量等。第六部分主要介紹了運(yùn)用 CAM軟件編制零件的數(shù)控加工程序以 及其生成過程。第七、八部分為設(shè)計(jì)總結(jié)及參考文獻(xiàn)。 在零件圖分析方面分為三步，第一先分析零件的結(jié)構(gòu)，了解零件大 致形狀。第二是尺寸精度公差要求。第三則是技術(shù)要求等等。在這一階 段，必須對(duì)零件圖有所識(shí)別能力。特別是注意形位公差，零件尺寸公差， 粗糙度等方面。 在零件的工藝方面，根據(jù)零件各個(gè)部分的加工所要達(dá)到的粗糙度分 別進(jìn)行分析，如外形輪廓，沉孔，通孔等結(jié)構(gòu)。在擬定工序方面，對(duì)上 述的說法進(jìn)行詳細(xì)的說明。在

21、加工順序說明里，對(duì)三個(gè)工序安排進(jìn)行分 析。 在數(shù)控加工工藝方面，涉及到許多方面，在腦海中必須出現(xiàn)如何加 工零件、夾具的雛形、機(jī)床的各種參數(shù)等等。數(shù)控加工內(nèi)容則是對(duì)零件 加工順序的檢驗(yàn)；數(shù)控設(shè)備則是所使用的機(jī)床；對(duì)于加工工序與工步， 當(dāng)有清晰的加工順序時(shí)，開始選擇合適的刀具，并確定正確的進(jìn)給路線 制作工藝卡片。并通過查閱切削用量手冊(cè)等相關(guān)參考文獻(xiàn)，計(jì)算出主軸 轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度，并分析切削用量。在定位方案與夾具設(shè)計(jì)方面， 確定基準(zhǔn)與夾緊方案，根據(jù)方案設(shè)計(jì)出夾具。 5結(jié)論 （1）設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用到的材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控編 程等方面的知識(shí)。通過設(shè)計(jì)，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)在腦海中的印象，并提 高了在實(shí)際中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。 （2）通過對(duì)零件和夾具的三維造型，實(shí)戰(zhàn)練習(xí)了 UG三維造型軟件 的造型模塊和AtuoCAD工程圖模塊，加深了 AutoCAD二維軟件的操作和 理解。 （3）通過對(duì)夾具的理論計(jì)算，證明本套夾具具有可行性。 （4）通過對(duì)零件的加工仿真，證明數(shù)控加工程序具有可行性。 （5）通過對(duì)夾具的三維建模，證明夾具的設(shè)計(jì)具有可行性。 （6）對(duì)使用Ofice辦公軟件時(shí)，還需要多加熟練。 （7）在進(jìn)行UG三維建模時(shí)，了解了計(jì)算機(jī)輔助制圖編程軟件的功 22 安裝底座工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控加工 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 能及使用方法。 （8）