機(jī)械制造及其自動化綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)控

1、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)說明書 姓 名 xx 班 級 xxx 學(xué) 號 xx 指導(dǎo)教師 吳祥、邱亞蘭鹽城工學(xué)院機(jī)械學(xué)院二一五年十二月目錄前言.1一丶實(shí)驗(yàn)課題.3二丶設(shè)計(jì)課程的任務(wù)和要求.3三丶軸的設(shè)計(jì).41軸的材料選擇.42軸的工藝分析.43軸的工藝規(guī)程設(shè)計(jì).44機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定.55選擇加工設(shè)備.66確定切削用量及基本時間.7四丶軸套的設(shè)計(jì).81零件的分析.82工藝規(guī)程設(shè)計(jì).83機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯的確定.9五丶螺母的設(shè)計(jì).101零件的材料及其力學(xué)性能.102結(jié)構(gòu)形狀分析.103工藝路線及其加工.114檢驗(yàn).12參考文獻(xiàn).13附件.141程序清單.162數(shù)控加工工藝文件.25

2、3仿真加工截圖.26前言專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是應(yīng)用型本科學(xué)生豐富實(shí)踐知識和專業(yè)技能，獲得工程實(shí)踐能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力、分析與解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。本綜合實(shí)驗(yàn)是在學(xué)完CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等理論課程和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對學(xué)生所學(xué)知識和技能的一個綜合性的應(yīng)用訓(xùn)練。通過本實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生應(yīng)在以下方面得到鍛煉：1、通過對數(shù)控技術(shù)，CAD/CAM技術(shù)的了解和應(yīng)用，理解現(xiàn)代先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的理念和方法。2、對生產(chǎn)中所遇到的典型零件能夠進(jìn)行加工工藝分析和數(shù)控編程，并能進(jìn)行模擬加工操作。3、在選

3、定的機(jī)床上能夠根據(jù)制定的工藝加工出合格的零件。4、對加工后的零件能夠運(yùn)用工具正確地進(jìn)行精度測量，并能分析誤差產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)的辦法一丶實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容提要綜合實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是零件設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)數(shù)控編程（手工編程和自動編程）零件仿真加工零件實(shí)際加工加工精度測量加工質(zhì)量分析裝配等。涉及的主要課程有：數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)、精度設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械制造裝備等。綜合實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在數(shù)控技術(shù)及CAM技術(shù)的應(yīng)用，讓學(xué)生獲得數(shù)控技術(shù)、數(shù)控設(shè)備、數(shù)控加工及CAM等工程應(yīng)用能力和方法的訓(xùn)練。二丶實(shí)驗(yàn)課程的任務(wù)和要求(一) 綜合實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)1、二維及三維零部件設(shè)計(jì)根據(jù)給定的條件，分別完成產(chǎn)品的

4、二維圖紙和三維造型設(shè)計(jì)。2、工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控編程分析制訂零件的加工工藝規(guī)程，編制出合理的零件加工程序。3、仿真加工利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件，檢驗(yàn)程序的正確性，仿真加工出合格的零件。4、實(shí)際加工根據(jù)實(shí)際情況和條件，選擇部分零件在數(shù)控機(jī)床上加工，直到加工出出合格的零件。5、裝配并檢驗(yàn)對加工完成的零件進(jìn)行精度檢驗(yàn)，并進(jìn)行裝配，（二）綜合實(shí)驗(yàn)的物化成果要求1. 提交自行設(shè)計(jì)的二維、三維零件圖各一套。 2提交數(shù)控加工專用工藝文件一套，一般包括：數(shù)控加工工藝卡、工序卡、數(shù)控加工走刀路線圖，機(jī)床調(diào)整卡等，有些還包括刀具調(diào)整卡，數(shù)控加工程序說明卡等。3完成數(shù)控加工模擬操作項(xiàng)目文件一套。4. 部分同學(xué)提交實(shí)際加工

5、的零件一套。5編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份。一丶實(shí)驗(yàn)課題1.車削加工根據(jù)所給的結(jié)構(gòu)要素和毛坯，（圓棒料尺寸30mm×170mm；材質(zhì)：2A12(舊牌號LY12)），要求對如下三個零件的結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成結(jié)構(gòu)和制造工藝設(shè)計(jì)報(bào)告(含圖紙)。根據(jù)提交的制造工藝，制作這三個零件并裝配成具有一定轉(zhuǎn)動功能的作品。 （1）結(jié)構(gòu)要素零件1(臺階軸)：含有半徑為8的球頭、10°斜度的錐面、與孔有轉(zhuǎn)動配合要求的20外圓和M16× 1.5外螺紋。零件2(套)：內(nèi)孔與零件1的20外圓裝配后能精密轉(zhuǎn)動。零件3(螺母)：內(nèi)螺紋與零件1的M16×1.5螺紋擰緊后，零件2在零件1的軸肩與

6、螺母之間能靈活轉(zhuǎn)動，螺母外表面應(yīng)有便于上述擰緊的結(jié)構(gòu)。（2）設(shè)計(jì)要求根據(jù)上述結(jié)構(gòu)要素及其要求，畫出裝配圖，并進(jìn)行規(guī)范、正確的標(biāo)注，提出適當(dāng)?shù)募夹g(shù)要求；根據(jù)上述裝配圖，畫出三個零件圖，并進(jìn)行規(guī)范、正確的標(biāo)注，提出適當(dāng)?shù)募夹g(shù)要求。三丶軸的設(shè)計(jì)1丶軸的材料選擇根據(jù)軸的工作條件初選州的材料為LY12，調(diào)質(zhì)處理2丶軸的工藝分析3丶尺寸精度外伸斷面為R8球面，其尺寸公差等級為IT6.IT7，接著是長為11.6mm的10的圓柱面，然后是斜度為10°的錐面和長為6mm的21的圓柱面，長為7mm的28的圓柱面，長為15mm的20的圓柱面，之后是一段長為22mm的M16x1.5螺紋，其尺寸公差等級可按I

7、T14級，20處為與套配合，其尺寸公差等級為IT7級，28和24處設(shè)有配合其他要求的零件，尺寸公差可按IT14級，16處為螺母配合，其尺寸公差為IT6-IT7公差常取IT64丶位置精度配合軸頸對支承軸頸一般有徑向圓跳動貨同軸度要求，裝配定位用的軸肩對支承軸頸一般有斷面圓跳動或垂直度要求，徑向圓跳動和端面圓跳動公差通常為0.01mm0.03mm，高精度軸為0.001mm、0.005mm該軸頸徑向和端面圓跳動均為0.015mm,其對稱度均為0.02mm，其圓柱度為0.005mm。5丶表面粗糙度的要求軸頸的表面粗糙度值Ra應(yīng)與尺寸公差等級相適應(yīng)，由尺寸精度可確定粗糙度值，外伸端軸段Ra值取1.6mm

8、，軸肩斷Ra值取0.8mm,28和20處值取3.2mm,軸環(huán)處與最外端取1.6mm。三丶工藝規(guī)程設(shè)計(jì)3.1確定毛坯的制造形成通過對零件圖所示數(shù)據(jù)實(shí)際加工中條件的要求，需要對零件圖進(jìn)行分析，兵制定詳細(xì)的工藝規(guī)程的路線，根據(jù)工藝路線進(jìn)行加工設(shè)計(jì)。要加工如圖所示的零件，在圖紙上所顯示的實(shí)際加工出的零件所需要達(dá)到的尺寸，而我們知道，加工出的零件需要制定我們所選用的毛坯尺寸，首先要設(shè)定毛坯的種類（1） 本工件的材料為LY12，宜選用鍛件毛坯（2） 本工件加工余量大，加工精度低，生產(chǎn)效率不高且結(jié)構(gòu)簡單，宜選用鍛件毛坯（3） 由于本工件是批量生產(chǎn)，宜選用鍛件毛坯（4） 由實(shí)際加工工藝水平及經(jīng)濟(jì)性決定毛坯的形

9、狀和尺寸盡量與工件存儲相接近綜上所述，確定選用毛坯的種類為自由鍛件3.2基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基準(zhǔn)選擇得正確合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高，否則加工工藝過程中會問題百出，更有甚者還會造成零件大批報(bào)廢。（1） 粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)主要選擇第一道機(jī)械加工工序的定位基準(zhǔn)，以便為后續(xù)的工序提高精準(zhǔn)，選擇粗基準(zhǔn)出發(fā)點(diǎn)是：1、 要考慮如何分配加工表面余量2、 要考慮怎樣保證不加工面與加工面間的尺寸及相互位置要求。由于每個表面都要求加工為保證各表面有足夠的余量，應(yīng)選擇加工余量最小的面為粗基準(zhǔn)，現(xiàn)選28外圓柱端面和斷面為基準(zhǔn)，在車床上用帶有子口的三抓卡盤夾住工件，消除

10、工件的六個自由度達(dá)到完全定位。（2） 精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合是，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。3.3制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，能得到合理的保證。工藝路線方案工序1：下料及正貨處理，車左端面并以左端面30mm外圓為粗基準(zhǔn)選用普通臥式數(shù)控車床及三爪卡盤夾具。工序2：依次粗車R8的球面，10mm的軸段，和斜度為10°的錐面和21mm的軸段，28mm的軸段。工序3：掉頭車右端面，并以右端面30mm外圓為粗基準(zhǔn)選用C6210臥式車床并加專用夾具。工序4：依次粗車、半精車、精車右端16mm軸段，20mm軸段。工序5

11、：割4×2退刀槽。工序6：在16mm軸段上車M16×1.5外螺紋12mm.工序7：在掉頭精車R8的球面，10mm的軸段，和斜度為10°的錐面和21mm的軸段，28mm的軸段。工序8：鉗工去毛刺。工序9：終檢。3.4機(jī)械加工質(zhì)量，工序尺寸及毛坯尺寸確定1、 階梯軸零件材料為LY12硬度為170217HBS，毛坯重量約為14.38kg鋼質(zhì)模鍛件的機(jī)械加工余量按TB385-85確定，確定時根據(jù)估算的鍛件質(zhì)量加工精度及鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)，由機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊中可查得除孔外內(nèi)外表面的加工余量（1） 鍛件質(zhì)量：根據(jù)零件成品質(zhì)量為14.38kg，估算為2.5kg。（2） 加

12、工精度：零件的各表面一般加工精度為IT7。（3） 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)S 假設(shè)鍛件的最大直徑為35mm長為100mmM外廓包容體=（3.5/2)2×10×7.859=0.754kgm鍛件=25kg故S=0.1432、 根據(jù)上述原始資料及加工工藝分別確定加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：（1） 外圓表面28mm 1）其加工長度為7mm,此時余量Z=3mm2）鍛件重量喂14.83kg鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)為S4，鍛件材質(zhì)洗漱為M1，鍛件輪廓尺寸在3038mm,故其長度方向偏差為（2）外圓錐面（10°）其加工長度為23.15mm，表面粗糙度值Ra為1.6mm，此時直

13、徑余量2Z=3，滿足加工要求。（3） 外圓R8球面及10mm表面其加工長度為8+6.25+11.6=25.85mm,2Z=2mm。(4)21mm表面和28mm軸段其加工長度為6+7=13mm，表面粗糙度值為1.6mm此時直徑余量2Z=3mm,已滿足加工要求。 (5)20mm表面和16mm軸段其加工長度為15+22=37mm，表面粗糙度值為1.6mm此時直徑余量2Z=3mm,已滿足加工要求。3.5選擇加工設(shè)備1、 選用最常用的C62101臥式機(jī)床。2、 選用三爪卡盤夾具。3、 硬質(zhì)合金車刀、割刀、螺紋刀。4、 0.02和0.01分度值的千分尺根據(jù)上述方法個外援加工面的量具如下表：工序加工面尺寸量

14、具粗車工序R8mm10mm21mm28mm20mm16mm分度值為0.02，測量范圍0-150游標(biāo)卡尺（GB1214-85）半精車R8mm10mm10°錐面21mm28mm20mm16mm分度值為0.02，測量范圍0-150游標(biāo)卡尺精加工20mm分度值為0.01外徑百分尺3.6確定切削用量及基本時間（1） 由于需加工單邊余量僅為3.5mm，可在多次走刀內(nèi)確定，故 =（35-28）/2=3.5mm（2） 進(jìn)給量f刀桿尺寸為160mm×25mm,3mm，工件直徑為20-40mm時按C6210-1機(jī)床的進(jìn)給量選擇f=0.4mm/r(3) 進(jìn)給力Fmax=3520N=570-670

15、MPa, 2mm， f0.75mm/r 時，進(jìn)給力故實(shí)際進(jìn)給力為：（4） 選擇車刀磨銼標(biāo)準(zhǔn)及耐用度車刀后刀面最大磨損量取1mm,可轉(zhuǎn)位車刀耐用度T=30mm（5） 確定切削速度V當(dāng)用YT15硬質(zhì)合金車刀加工=600700Mpa鋼料，3mm,f0.75mm/r，切削速度v=109m/min。（6） 計(jì)算基本工時T=t/nf=2s其他軸段方法類似。四丶軸套的設(shè)計(jì)4.1零件的分析a） 內(nèi)孔與零件軸的20外圓裝配功能精密轉(zhuǎn)動b） 套筒工藝性分析1、 以外圓為基準(zhǔn)的加工賣你這組加工面包括軸肩的各個端面和內(nèi)孔。2、 以內(nèi)圓為基準(zhǔn)加工面，這組加工面還包括外圓、鉆孔、銑頂面槽。5.2工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（確定毛坯的制

16、造形式）1） 零件的材料為LY12，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)以及零件在工作過程中所受的載荷情況，選用精密模鑄造。2） 基面的選擇粗基準(zhǔn)的選擇，以零件的上端不加工平面作為粗基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)的選擇，加工內(nèi)圓面精基準(zhǔn)。3） 制定工藝路線從零件的集合形狀：尺寸精度及位置精度等技術(shù)，要求測定如下工藝路線工序號工序名稱0下棒料5正火HB3125-15610車端面保證總長17mm 15車外圓保證總長17mm20鉆直徑為19的通孔25車外圓28mm30車端面保證總長17mm35擴(kuò)孔19.5深1740精鏜孔19.5-2045半精車外圓28mm50倒角1×45°55質(zhì)檢60入庫 5.3機(jī)械加工余量、工序尺寸及

17、毛坯尺寸的確定機(jī)械手手指材料為LY12，質(zhì)量為2.6kg,采用砂型機(jī)鑄造毛坯不加工表面毛坯尺寸不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差，有鍛造可直接獲得2） 套筒的圓面還有外圓面，精度要求較高，所以要進(jìn)行精銳，其加工余量為2.5mm。套筒的端面精度要求較低，一次走刀切除，余量為2mm。5.4確定切削用量及基本工時1） 粗車16、20、28、21、28、10、和10°錐面a、 車削深度，因?yàn)閳A弧面沒有精度要求，故可以選擇=1.0mm，一次走刀即可完成所需長度。b、 機(jī)床功率為7.5kw,查切削手冊f=0.140.24mm/r,選較小量f=0.14mm/rc、查后刀量最大磨損及壽命查

18、切削手冊表3.7后刀面最大磨損為1.01.5mm。五丶螺母的設(shè)計(jì)5.1零件的材料及力學(xué)性能1）材料該零件材料為LY12，LY12是12#硬鋁的老牌號，航空零件中常用，LY12是舊牌號，新牌號是2A12，這是一種高強(qiáng)度硬鋁，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，在退火和剛淬火狀態(tài)下塑性中等，點(diǎn)焊焊接性良好，用氣焊和氬弧焊時有形成晶間裂紋的傾向；合金在淬火和冷作硬化后其可切削性能尚好，退火后可切削性低；抗蝕性不高，常采用陽極氧化處理與涂漆方法或表面加包鋁層以提高其抗腐蝕能力。4.2結(jié)構(gòu)形狀分析1） 該零件從形狀上分析，其總結(jié)構(gòu)為圓柱體，四周為C1倒角，因其結(jié)構(gòu)形狀較為簡單，屬于加工成型，故其結(jié)構(gòu)形狀工藝性合理。2）

19、尺寸該零件的外形尺寸為16×28×22孔的加工可在與其配合的零件加工時保證因而該零件的加工尺寸較小，減化了加工工序，降低了加工難度，可保證加工質(zhì)量，故其尺寸工藝性較為合理3） 精度為了滿足塑件尺寸精度和表面粗糙度的要求，根據(jù)蘇醒精度等級（精度等級為IT4IT5級）確定模具制造精度為IT6IT7級4） 熱處理為了消除毛坯在加工后的缺陷，改善其工藝性能，且為后續(xù)工藝作出組織準(zhǔn)備和提高工件使用性能及使用壽命采用調(diào)質(zhì)方式進(jìn)行熱處理。4.3工藝路線及其加工1） 設(shè)備確定以為該零件采用組織集中工序，所以選擇通用設(shè)備C41-250型空氣錘、加熱爐、銑床、刨床、磨床、鉸床、坐標(biāo)磨床等。（2） 工藝裝備和選擇a、 夾具的選