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本科生畢業(yè)設計 題 目：后端蓋零件UG編程及夾具設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 完成時間： 摘 要： 本篇畢業(yè)設計主要針對數(shù)控機床的加工及編程的介紹，對后端蓋零件進行工藝性分析，包括加工工藝的選擇和制定，還包括各零件的程序的手工編制。 文章的主要內(nèi)容為后端蓋零件的工藝分析和零件的手工程序編制。并在零件的手工編程中用到了G01 直線插補命令、G02/G03圓弧插補指令；G81鉆孔；M98調(diào)用子程序指令等。 關鍵詞：手工編程,指令,數(shù)控加工,工藝規(guī)程,定位誤差,加工余量 Abstract：This graduation project mainly had the numerical control engine bed and the programming introduction, the ear components technological analysis craft parameter choice cutting tool choice, the components procedure manual establishment, the procedure simulation, the UG modelling and the entity simulation processing finally has made the design summary, the acknowledgment language, the reference tabulation and the appendix. Article primary coverage for components craft analysis, components manual programming, but also has to make engineers modelling and the entity simulation processing.Used the G02/G03 circular arc interpolation instruction in the components manual programming; G81 drill hole; M98 transfer subroutine instruction. Key words：Manual programming；Circular interpolation instructions；drilled；subroutine programs. 目 錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 5 1.1 數(shù)控機床的介紹 6 1.2 數(shù)控編程 6 第二章 后端蓋數(shù)控加工工藝分析 7 2.1 后端蓋零件分析 8 2.2 刀具、量具的選擇 9 2.3 編制加工工藝 10 2.4 手動編制程序 11 2.5 確定切削用量及基本時間 12 第三章 工件的手動編程 13 3.1 數(shù)控編程的定義及分類 14 3.1.1數(shù)控編程的定義 17 3.1.2數(shù)控編程的分類 17 3.1.3編程方法的選擇 18 3.2 編程原點的確定 18 3.3 零件造型及加工 19 3.4 后端蓋零件的仿真加工 20 第四章 鏜孔夾具設計 20 4.1定位基準的選擇 20 4.2定位元件的設計 20 4.3切削力及夾緊力的計算 22 4.4定位誤差分析 23 4.5對刀塊的設計 24 4.6夾緊裝置的設計 26 4.7夾具設計及操作的簡要說明 26 總結(jié) 26 參考文獻 27 致謝 28 第一章 緒論 1.1數(shù)控機床的介紹 數(shù)字控制（Numerical Control,簡稱NC）技術是近代發(fā)展起來的一種用數(shù)字化信息進行控制的自動控制技術，在機床領域具體指的是用數(shù)字化信號對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。定義中的“機床”不僅指金屬切削機床，還包括其他各類機床，如線切割機床，三坐標測量機等。 數(shù)控系統(tǒng)（NC System）是指采用數(shù)字控制技術的控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)，能自動閱讀輸入載體上預先給定的數(shù)字值和指令，并將其譯碼，處理，從而自動的控制機床進給運動進行零件加工。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。 數(shù)控機床（NC Machine Tools）又稱CNC機床，數(shù)字化信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品。它能利用數(shù)字化信息（指令，代碼）對機床的進給運動和加工過程進行控制，即把刀具和工件之間的相對位置，機床電動機的啟動和停止，主軸變速，刀具的選擇，工件的夾緊松開，冷卻電動機的開關等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字信息送入數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機床自動加工出所需要的工件。 1.1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展 1）產(chǎn)生 ①機械產(chǎn)品的自身要求 ②單件、多品種小批量零件約占80%以上 2）發(fā)展 1952年 美國Parsons公司和MIT 三坐標數(shù)控立銑床 1955年 數(shù)控機床進入實用化階段-復雜曲面加工 數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件-電子管時代 1959年 采用晶體管和印制板電路-第二代數(shù)控系統(tǒng) 1965年 出現(xiàn)小規(guī)模集成電路-第三代數(shù)控系統(tǒng) 1970年 出現(xiàn)小型計算機代替專用硬接線裝置 ——第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)） 1974年 以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng) ——第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC系統(tǒng)） 3）我國 1958年 起步 20世紀 60年代末70年代初 — 研制出一些晶體管式數(shù)控系統(tǒng) 20世紀80年代初 1985年 進入實用階段 1986—1990年 數(shù)控機床大發(fā)展時期 1991年 300多種 1.1.2 數(shù)控技術發(fā)展趨勢 1）高可靠性 ①提高元器件和系統(tǒng)的可靠性 ②采用抗干擾技術，提高數(shù)控系統(tǒng)對環(huán)境的適應能力 ③使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化和標準化 ④提高自診斷及保護功能 2）高柔性化 柔性：指機床適應加工對象變化的能力 3）高精度化 ①利用數(shù)控系統(tǒng)的補償功能 ②采用高分辨率，高響應性的絕對位置傳感技術 ③提高數(shù)控機床機械本體中基礎大件的結(jié)構剛性和熱穩(wěn)定性 4）高速度化 ①機械方面：提高切削速度和減少輔助時間 ②數(shù)控系統(tǒng)：CPU 5）復合化 ①工序復合化 ②功能復合化 6）制造系統(tǒng)自動化 1.1.3數(shù)控機床數(shù)控裝置 計算機數(shù)控裝置是數(shù)控機床的重要組成部分，它起到了對機床進行控制，并完成零件自動加工的專用電子計算機。計算機數(shù)控裝置接收數(shù)字化了的零件圖樣和工藝要求等信息，按照一定的數(shù)學模型進行插補運算，用運算結(jié)果實時地對機床的各運動坐標進行速度和位置控制，完成零件的加工，在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，數(shù)控裝置起到了關鍵的作用。 隨著科學技術的進步，特別是微電子技術和計算機技術的發(fā)展，使數(shù)控系統(tǒng)不斷得到最新硬軟件資源而飛速發(fā)展。各著名的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，平均每三年就有一種新型號數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品誕生。數(shù)控機床的應用也從解決疑難零件加工、批量零件自動化生產(chǎn)，到進入家庭作坊，越來越廣泛地應用到各種場合，同時也不斷對數(shù)控系統(tǒng)的硬軟件提出新的要求。集中地表現(xiàn)在要求有開放式結(jié)構的數(shù)控系統(tǒng)、適應技術發(fā)展和用戶自己開發(fā)的功能。目前一些發(fā)達家和地區(qū)，如歐洲、美國、日本等，都相繼進行開放式結(jié)構數(shù)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)，開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本結(jié)構有硬件平臺、軟件平臺、一個用戶可擴展的硬軟件空間和應用開發(fā)環(huán)境。 1. 硬件平臺：由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠提供，或是選擇通用的標準模塊，但其配置可由用戶在較大范圍內(nèi)選擇，如控制軸數(shù)、控制方式、各種外部設備等。 2.軟件平臺：由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠提供，或CNC軟件開發(fā)商提供，它是系統(tǒng)的核心軟件，即CNC、PLC的基本軟件，同時提供好的用戶開發(fā)應用軟件的環(huán)境。 3.應用軟件：用戶在數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠提供的硬軟件平臺基礎上，開發(fā)專用軟件、硬件，實現(xiàn)用戶要求的控制功能。 計算機（PersonalComputer--PC）的高速發(fā)展和廣泛應用，為我們開發(fā)以PC為基礎（PCBased）、開放式結(jié)構的數(shù)控系統(tǒng)提供了一種有效的途徑。PC從80年代初作為辦公用的計算機，發(fā)展到今天，已成為進入各領域的主流計算機，被廣泛用于過程控制和自動化領域。PC的主頻已達到450MHz，可以滿足各種CNC高速實時控制系統(tǒng)的要求，豐富的軟件資源，如DOS、Windows、C語言等開發(fā)工具，大量可利用的外部設備，如CRT、平板顯示器、光盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、鍵盤等硬件支持。PC的芯片集成度越來越高，PC的產(chǎn)量逐年增加，都為以PC為基礎的CNC系統(tǒng)縮 小體積、有高的性能價格比提供了條件，由于以PC為基礎的CNC系統(tǒng)充分利用PC的硬軟件資源，就可以跟隨PC的發(fā)展而不斷采用新的技術。早期使用Intel80286、80386，現(xiàn)在是PentiumⅢ，操作系統(tǒng)也從DOS發(fā)展到Windows等，所以以PC為基礎的CNC系統(tǒng)得到越來越快的發(fā)展和應用。 以PC為基礎的CNC系統(tǒng)結(jié)構方式有以下3種： 第1種是把數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠開發(fā)的數(shù)控專用硬件和軟件裝到PC的母板上，用ISA或PCI總線，保留原PC的整體形象。 第2種是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠,在自己生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中嵌入PC機的主板,這種嵌入式結(jié)構，展現(xiàn)的是生產(chǎn)廠的整體結(jié)構特點，使用生產(chǎn)廠的專用總線或混合總線結(jié)構. 第3種是使PC經(jīng)光纜，用高速串行口總線（或ARCNET等）和數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠開發(fā)的專用硬軟件進行通信。 1.1.4 數(shù)控加工的介紹 1.1.4.1 數(shù)控加工過程 與傳統(tǒng)加工比較，數(shù)控加工與普通機床加工方法與內(nèi)容上有許多相似之處，不同點主要表現(xiàn)在控制方式上。以機械加工為例，用普通機床加工零件時，工序的安排、機床運動的先后次序、走刀線路及有關切削參數(shù)的選擇等，都是由操作者自行考慮和確定的，而且是用手工操作方式來進行控制的。操作者總是根據(jù)零件和工序卡的要求，在加工過程中不斷改變刀具與工件的相對運動軌跡和加工參數(shù)（位置、速度等），使刀具對工件進行切削加工，從而得到所需要的合格零件。如果采用自動車床，仿形車床和仿形銑床加工，雖然也能達到對加工過程的自動控制目的，但其控制是通過預先配置的凸輪、擋塊及靠模來實現(xiàn)的。而在CNC機床上，傳統(tǒng)的人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)的自動控制所取代。其工作過程是：首先要將被加工的零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程中主軸速度和進給速度的變換、冷卻液的開關、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進行相應的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸以及輔助動作相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。 1.1.4.2 數(shù)控加工中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如圖所示 成形運動 進給伺服系統(tǒng) 插補處理 刀補處理 譯碼 加工程序 切削運動、機床I/O裝置 PLC控制 （1） 譯碼 譯碼程序的主要功能就是將用文本格式（通常用ASCII碼）表達的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補處理程序所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構（格式），該數(shù)據(jù)結(jié)構用來描述一個程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標值，進給速度，主軸轉(zhuǎn)速， G代碼，M代碼，刀具號，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標志的存放順序和格式。 （2） 刀補處理（計算刀具中心軌跡） 為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設計的進給路線編制的，而數(shù)控機床在加工過程中控制的是刀具中心（準確地說是刀位點）軌跡因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的處理程序 （3） 插補計算 數(shù)控編程提供了刀具運動的起點、終點和運動軌跡，而刀具怎么從起點沿運動軌跡走向終點則由數(shù)控系統(tǒng)的插補裝置或插補軟件來控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補周期定時運行，它將由各種線性（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進給速度F，實時計算出各個進給軸在內(nèi)的位移指令（），并送給進給伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)成形運動。 （4） PLC控制 CNC系統(tǒng)對機床的控制分為對各坐標軸的速度和位置的“軌跡控制”和對機床動作的“順序控制”或稱“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機床運行過程中，以CNC內(nèi)部和機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器、等開關信號狀態(tài)為條件，并按預先規(guī)定的邏輯關系對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運行等進行控制，PLC控制就是實現(xiàn)上述功能的模塊 通過所述，數(shù)控機床加工原理就是講預先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過譯碼、刀補處理、插補計算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實現(xiàn)零件的自動化加工。 1.1.5 數(shù)控機床的特點 與通用機床和專用機床相比，數(shù)控機床具有以下主要特點： 1)加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)在一般的數(shù)控機床的精度都能達到0.001mm 2)能完成普通機床難以完成的加工或根本不能加工的復雜零件的加工。 3)生產(chǎn)效率高，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速，進給速度和快速定位速度高，通過合理選擇切削參數(shù)，可充分發(fā)揮刀具的切削性能，減少切削時間，不僅加工過程穩(wěn)定，而且能保證加工效果的高精度。而且不需要在加工過程中進行測量檢查，就能連續(xù)的完成整個加工過程，減少輔助動作時間和停機時間 1)柔性高，通用性強 2)有利于制造技術向綜合自動化方向發(fā)展。數(shù)控機床是機械加工自動化的基礎設備之一，當今以數(shù)控機床為基礎建立起來的FMC,FMS,CIMS等綜合自動化系統(tǒng)使機械制造的集成化，自動化和智能化得以逐步實現(xiàn)。 3)功能豐富。CNC系統(tǒng)不僅能控制機床的運動，而且還對機床進行全面的監(jiān)控，自診斷報警，通信管理等。 4)減少人工勞動強度，改善勞動條件，實現(xiàn)一人多機操作 5)不足：初期投資大，維修維護難度大，同時對操作人員的技術水平要求較高。 1.1.6 數(shù)控機床的特點與分類 1.1.6.1 按工藝用途分類 （1）普通數(shù)控機床 為了不同的工藝需要，與傳統(tǒng)的通用機床一樣，有數(shù)控車、銑、鉆、磨及鏜床等，而且每一類都有好多品種。這類機床的工藝性能與通用機床相似，所不同的是它們能自動的加工精度較高、形狀更復雜的零件。 （2）數(shù)控加工中心 數(shù)控加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床。典型的機床有鏜銑加工中心和車削加工中心 （3）多坐標數(shù)控機床 有些復雜形狀的零件，用三坐標數(shù)控機床無法完成加工，需要三個以上的坐標的合成運動才能加工出來所需要的曲面形狀，于是出現(xiàn)多坐標聯(lián)動的數(shù)控機床，其特點是數(shù)控裝置同時控制多坐標的聯(lián)動，現(xiàn)在常用的有4、5、6坐標聯(lián)動的數(shù)控機床 （4）數(shù)控特種加工機床 包括數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控激光切割機床 1.1.6.2 按控制運動的方式分類 （1）點位控制數(shù)控機床：它是指能控制刀具相對于工件的精確定位控制系統(tǒng),而在相對運動的過程中不能進行任何加工。 通過采用分級或連續(xù)降速，低速趨近目標點，來減少運動部件的慣性過沖而引起的定位誤差。 （2）直線控制數(shù)控機床:它是指控制機床工作臺或刀具以要求的進給速度，沿平行于某一坐標軸或兩軸的方向進行直線或斜線移動和切削加工的機床。這類數(shù)控機床要要求具有準確的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半徑和長度的補償功能以及主軸轉(zhuǎn)速控制的功能?，F(xiàn)代組合機床也算是一種直線運動控制數(shù)控機床。 （3）輪廓控制的數(shù)控機床:它是指能實現(xiàn)兩軸或兩軸以上的聯(lián)動加工，而且對各坐標的位移和速度進行嚴格的不間斷控制，具有這種控制功能的數(shù)控機床?，F(xiàn)代數(shù)控機床大多數(shù)有兩坐標或以上聯(lián)動控制、刀具半徑和長度補償?shù)鹊裙δ堋０绰?lián)動軸數(shù)也可分兩軸聯(lián)動、兩軸半、三軸、四軸、五軸聯(lián)動等。隨著制造技術的發(fā)展，多坐標聯(lián)動控制也越來普遍 1.1.6.3 按進給伺服系統(tǒng)類型分類 由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床按進給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （1）開環(huán)數(shù)控機床 這種控制系統(tǒng)采用步進電機，無位置測量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進電機工作，如圖1-1所示，這種控制方式對執(zhí)行機構不檢測，無反饋控制信號，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設備成本低，調(diào)試方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進電機的限制。 圖1-1 開環(huán)控制系統(tǒng) （2）閉環(huán)數(shù)控機床 這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機，有位置測量元件和位置比較電路。如圖1-2所示，測量元件安裝在工作臺上，測出工作臺的實際位移值反饋給數(shù)控裝置。位置比較電路將測量元件反饋的工作臺實際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作，直至到達實際位置，誤差值消除，此稱之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機床的剛性好，對機床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復雜，而且設備的成本高。 圖1-2 閉環(huán)控制系統(tǒng) （3）半閉環(huán)數(shù)控機床(圖1-3) 這種控制系統(tǒng)的位置測量元件不是測量工作臺的實際位置，而是測量伺服電機的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過推算得出工作臺位移值，反饋至位置比較電路,與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償數(shù)控機床傳動鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。 圖1-3 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 1.1.6.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類 將機床分為高、中、低擋（經(jīng)濟型）數(shù)控機床 見下表: 功能 抵擋 中檔 高檔 分辨率 10 1 0.1 進給速度 815 1524 15100 驅(qū)動軸數(shù)（軸） 開環(huán) 半閉環(huán)或閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng) 通信功能 23 24 35 顯示功能 一般無 RS-232或DNC接口 可有MAP通信接口，有聯(lián)網(wǎng)能力 內(nèi)裝PLC 無 有 有較強的PLC 主CPU 8位、16位 32位或32位以上的多CPU 1.2. 數(shù)控編程 數(shù)控機床和普通機床不同，整個加工過程中不需要人的操作，而由程序來進行控制。在數(shù)控機床加工零件時，首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數(shù)、計算刀具中心運動軌跡及其位置數(shù)據(jù)；然后然后把全部工藝過程以及其他輔助功能（主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、切削液的開關、變速。換刀等）按運動順序，用規(guī)定的指令代碼及程序格式編制成數(shù)控加工程序，經(jīng)過調(diào)試后記錄在控制介質(zhì)（或稱程序載體）上；最后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，以此控制數(shù)控機床完成工件的全部加工過程。因此，把從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全部過程為零件加工程序的編制。 數(shù)控編程一般分為手工編程和自動編程兩種 1.2.1手工編程 手工編程是指程序編制的整個步驟幾乎全部是由人工完成的。對于幾何形狀不太復雜的零件，所需要的加工程序不長，計算也比較簡單，出錯機會較少，這時用手工編程即及時又經(jīng)濟，因而手工編程仍被廣泛的應用于形狀簡單的點位加工及平面輪廓加工中。但是工件輪廓復雜，特別是加工非圓弧曲線、曲面等平面，或工件加工程序較長時，使用手工編程將十分繁瑣、費時，而且容易出錯，常會出現(xiàn)手工編程工作跟不上數(shù)控機床的加工情況，影響數(shù)控機床的開動率。此時必須用自動編程的方法編制程序。 1.2.2自動編程 自動編程有兩種：APT軟件編程和CAM軟件編程 APT軟件是利用計算機和相應的處理程序、后置處理程序?qū)α慵闯绦蜻M行處理，以得到加工程序的編程方法。在具體的編程過程中，除擬定工藝方案仍主要依靠人工進行外（有些自動編程系統(tǒng)能確定最佳的加工工藝參數(shù)），其余的工作，包括數(shù)值計算、編寫程序單、制作數(shù)控介質(zhì)、程序檢驗等各項工作均有計算機自動完成。編程人員只需要根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語言編寫出零件加工的源程序，送入計算機，由計算機自動地進行數(shù)值計算、后置處理，編寫出零件加工程序單，并在屏幕模擬顯示加工過程，及時修改，將加工程序通過直接通信的方式送入數(shù)控機床，指揮機床工作。CAM軟件是將加工零件以圖形的形式輸入計算機，有計算機自動進行數(shù)值計算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時修改，再通過后置處理形成加工程序輸入數(shù)控機床進行加工。自動編程的出現(xiàn)使得一些計算繁瑣、手工編程困難、或手工無法編出的程序都能夠?qū)崿F(xiàn)。 第二章后端蓋數(shù)控加工工藝分析 2.1后端蓋零件的分析 由零件圖可知，該零件為鍛造零件，采用先熱壓模鍛造工件后，在普通銑床上面四周銑光后再進行正式上數(shù)控機床加工，材料為20Cr鍛件。 后端蓋零件四周側(cè)面的銑削加工可以在普通銑床上完成，數(shù)控銑為后續(xù)粗精加工的工序。主要為銑高度的上下平面，143X130深2.0MM凹臺面，65X37.5深2.0MM凹臺面以及35XR17.5深2.0MM凹臺面等等有精度和粗糙度要求的底面，寬7mm溝槽，∮51H7、∮60、∮62H7∮68內(nèi)孔，M65X2內(nèi)螺紋、寬3mm深2.75mm溝槽等等工序的車削加工，∮54H8孔的鏜削加工，以及5-∮20，4-∮3、∮10、∮15，等孔的鉆、絞削加工。 2.2刀具、量具的選擇 由圖樣分析，該圖樣需要數(shù)銑的輪廓我們在銑輪廓以及各個凹臺時選用φ20mm立銑刀?！?0，4-∮3、∮10、∮15的孔采用直柄麻花鉆頭，量具選擇0--150mm游標卡尺，75-100mm外徑千分尺，深度游標卡尺等。 2.3編制加工工藝 2.3.1 粗銑、半精銑四周側(cè)面 安裝 平面銑刀并對刀，設定刀具參數(shù)，加工上表面至精度要求. 2.3.2 粗銑、半精銑上下端面，保證高度尺寸到位 1）粗銑上、下端面。 2）半精銑上、下端面。 2.3.3 粗銑2-65X37.5深3.0MM凹臺至尺寸。 安裝 平面銑刀并對刀，設定刀具參數(shù)，加工上表面至精度要求. 2.3.4確定安裝定位方案 選擇工作臺作為定位面，側(cè)面作為夾緊平面，首先手動銑削底面，精加工到基準面后，再以機用平口鉗定位，用百分表將機用平口鉗的固定鉗口側(cè)面找正放平，然后在鉗口處利用標準塊墊平，一定要考慮墊鐵與加工部位是否干涉，銑面時注意銑面的精度。 2.3.5背吃刀量 它主要根據(jù)機床，夾具，工件和刀具的剛性決定。在允許的條件下，最好一次性切除余量，以提高加工效率，這里選擇一次切除余量（即5.0mm） 2.3.6 主軸轉(zhuǎn)速n 根據(jù)允許的切削速度v選取轉(zhuǎn)速 式中，D為刀具直徑（mm），v由刀具壽命決定。 Φ90mm立銑刀切削速度v常選為10-25m/min.這里取，則主軸轉(zhuǎn)速 Φ28鉆頭速度常選為則主軸轉(zhuǎn)速 M10絲攻速度常選為則主軸轉(zhuǎn)速 這里選取 2.3.7 進給量 通常是根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料進行選擇。當加工精度要求較高時，進給量應選擇小一些，查表選取每齒進給0.05mm，確定進給速度 進給速度是根據(jù)每齒進給，齒數(shù)和已知的轉(zhuǎn)速計算出來的 其余刀具進給速度可查表計算 這里選取，在實際使用中我們可以根據(jù)自身操作機床對計算的值適當?shù)淖餍┱{(diào)整。 2.4 手動編制程序 根據(jù)零件可知，手動編制的程序是有中間170MM表面光潔度為1.6位置處。 2.4.1 銑上平面 O0100 N10 G0 G90 G54X-24.Y0 S1000 M3 N20 G43 H1 Z50. N30 Z10. N40 G1 Z-5. F120 N50 G2 X-15. Y9. R9. F120 N60 G1 X15. N70 G2 Y-9 .R9. N80 G1 X-15. N90G2 X-24.Y0.R9. N100 G1 Z5. F120 N110 G0 Z50. N120M5 N130 G91 G28 Z0. N140 G28 X0. Y0 N150 M30 2.4.2 銑下平面 O0200 N10 G0G90G54X0.Y-9.A0.S1200M3 N20 G43H1Z50. N30Z10. N40 G1Z-3.F100. N50 X10.392Y9.F200. N60 X-10.392 N70 X0.Y-9. N80 Z7.F800. N90 G0Z50. N100 M5 N110 G91G28Z0. N120 G28X0.Y0.A0. N130 M30N0G91G28Z0. N140 G28X0.Y0.A0. N150 M30 2.4.3 銑2-65X37.5深3.0MM凹臺 O0300 N10 T0202 換φ8.2mm鉆頭 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N25 M03 S600 N30 Z20 M08 N40 G98 G81 X25 Y30 Z-20 R10 F60 鉆φ28孔 N80 G00 Z100 M09 N90 T00303 換M30絲攻 N100 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 攻M30孔 N110 M03 S60 N120 Z20 M08 N130 G98 G81 X25Y30 Z-24 F20 鉆φ24孔 N140 X-25 Y30 攻M30螺紋 N170 G00 Z100 M09 N180 M05 N190 M30 2.4.4 銑35XR17.5深3.0MM凹臺 O0400 N10 G0G90G54X0.Y-9.A0.S1200M3 N20 G43H1Z50. N30Z10. N40 G1Z-3.F100. N50 X10.392Y9.F200. N60 X-10.392 N70 X0.Y-9. N80 Z7.F800. N90 G0Z50. N100 M5 N110 G91G28Z0. N120 G28X0.Y0.A0. N130 M30N0G91G28Z0. N140 G28X0.Y0.A0. N150 M30 2.4.5 5-∮20孔的加工 O0500 N10 T0202 換φ20mm鉆頭 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N30 M03 S600 N40 Z20 M08 N50 G98 G81 X25 Y30 Z-20 R10 F60 鉆5-孔的第一個孔 N60 X-25 Y30 鉆5個孔的第二個孔 N70 G00 Z100 M09 N80 T00303 鉆5個孔的第三個孔 N90 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 鉆5個孔的第四個孔孔 N100 T00303 鉆5個孔的第五個孔 N110 M03 S60 N120 Z20 M08 N130 G98 G81 X25Y30 Z-24 F20 N140 G00 Z100 M09 N150 M05 N160 M30 第三章 后端蓋的自動編程與仿真加工 3.1數(shù)控編程的定義及分類 3.1.1數(shù)控編程的定義 編程是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關、刀具夾緊松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。 3.1.2數(shù)控編程的分類 數(shù)控編程又可分為手工編程和自動編程兩類。 手工編程時，整個程序的編制過程是由人工完成的。這要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備有機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。 自動編程是用計算機把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作有計算機來實現(xiàn)。 3.1.3編程方法的選擇 該零件的刀具軌跡路徑主要由直線、圓弧組成，坐標點尺寸計算方便，故采用手工編程的方式編制其加工程序。 3.2編程原點的確定 該零件為規(guī)則的回轉(zhuǎn)型零件，其坐標原點可設在軸的兩端面中心上，這樣方便編程坐標的計算。其坐標原點如圖3.1所示。 圖3.1 坐標原點 3.3 零件造型及加工 UG制造工程師 是在Windows環(huán)境下運行CAD/CAM一體化的數(shù)控加工編程軟件。軟件集成了數(shù)據(jù)接口、幾何造型、加工軌跡生成、加工過程仿真檢驗、數(shù)控加工代碼生成、加工工藝單生成等一整套面向復雜零件和模具的數(shù)控編程功能。 實體曲面結(jié)合 3.3.1 方便的特征實體造型 采用精確的特征實體造型技術，可將設計信息用特征術語來描述，簡單而準確。通常的特征包括孔、槽、型腔、凸臺、圓柱體、球體、管子等，UG制造工程師 可以方便地建立和管理這些特征信息。 先進的“精確特征實體造型”技術完全拋棄了傳統(tǒng)的體素拼合和交并差的繁瑣方式，使整個設計過程直觀，簡單。 實體模型的生成可以用增料方式，通過拉伸，旋轉(zhuǎn)，導動，放樣或加厚曲面來實現(xiàn)；也可以通過減料方式，從實體中減掉實體或用曲面裁剪來實現(xiàn)。還可以用等半徑過渡，變半徑過渡，倒角，打孔，增加拔摸斜度和抽殼等高級特征功能來實現(xiàn)。 3.3.2 強大的NURBS自由曲面造型 UG制造工程師 繼承和發(fā)展了前一代版本的曲面造型功能。從線框到曲面，提供了豐富的建模手段?？赏ㄟ^列表數(shù)據(jù)，數(shù)學模型，字體文件及各種測量數(shù)據(jù)生成樣條曲線；通過掃描，放樣，拉伸，導動，等距，邊界，網(wǎng)格等多種形式生成復雜曲面；并可對曲面進行任意裁剪，過渡，延伸，縫合，拼接，相交，變形等，建立任意復雜的零件模型。通過曲面模型生成的真實感圖，可直觀顯示設計結(jié)果。 3.3.3 靈活的曲面實體復合造型模式 利用這一模式，可實現(xiàn)曲面裁剪實體，曲面生成實體曲面約束實體等混合操作，是用戶設計產(chǎn)品和模具的有利工具。 二優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工 UG制造工程師 快速高效的加工功能涵蓋了從2軸到3軸的數(shù)控銑削加工功能。 UG制造工程師 將CAD模型與CAM加工技術無縫集成，可直接對曲面，實體模型進行一致的加工操作。支持先進實用的軌跡參數(shù)化和批處理功能，明顯提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工質(zhì)量。通過的后置處理可向任何數(shù)控系統(tǒng)輸出加工代碼。 3.3.4 2軸到3軸的數(shù)控加工功能 2軸到2.5軸加工方式:可直接利用零件的輪廓曲線生成加工軌跡指令,而無需建立其三維模型:提供輪廓加工和區(qū)域加工功能,加工區(qū)域內(nèi)允許有任意形狀和數(shù)量的島.可分別指定加工輪廓和島的拔模斜度,自動進行分層加工。 3軸加工方式：多樣化的加工方式可以安排從粗加工，半精加工到精加工的加工工藝路線 3.3.5 支持高速加工 支持高速切削工藝，提高產(chǎn)品精度，降低代碼數(shù)量，使加工質(zhì)量和效率大大提高。 3.3.6 參數(shù)化軌跡編輯和軌跡批處理 UG制造工程師 的“軌跡再生成”功能可實現(xiàn)參數(shù)化軌跡編輯。只需選中已有的數(shù)控加工軌跡，修改原定義的加工參數(shù)表，即可重新生成加工軌跡。 UG制造工程師 可以先定義加工軌跡參數(shù)，而不立即生成軌跡。工藝設計人員可先將大批加工軌跡參數(shù)事先定義，而在某一集中時間批量生成。這樣，合理地優(yōu)化了工作時間。 3.3.7 加工工藝控制 UG制造工程師 提供了豐富的工藝控制參數(shù)，可以方便地控制加工過程，使編程人員的經(jīng)驗的到充分的利用。 3.3.8 加工軌跡仿真 UG制造工程師 提供了軌跡仿真手段以檢驗數(shù)控代碼的正確性?？梢酝ㄟ^實體真實感仿真如實地模擬加工過程，展示加工零件的任意截面，顯示加工軌跡。 3.3.9 通用后置處理 UG制造工程師 提供的后置處理器無需生成中間文件就可直接輸出G代碼控制指令。系統(tǒng)不僅可以提供常見的數(shù)控系統(tǒng)后置格式，用戶還可以定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式。 3.3.10 豐富流行的數(shù)據(jù)接口 UG制造工程師是一個開放的設計/加工工具，具有豐富的數(shù)據(jù)接口，它包括直接讀取三維CAD軟件如CATIA，Pro/E的數(shù)據(jù)接口；基于曲面的DXF和IGES標準圖形接口；基于實體的STEP標準數(shù)據(jù)接口；基于Parasolid幾何核心的X_T,X_B格式文件；面向快速成型設備的STL以及面向Internet和虛擬現(xiàn)實的VRML（虛擬現(xiàn)實標記語言）接口。這些保證了與目前流行的CAD軟件進行雙向數(shù)據(jù)交換，使企業(yè)可以跨平臺和跨地域與合作伙伴實現(xiàn)虛擬產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)。 3.4 后端蓋零件的仿真加工 通過UG制造工程師，對后端蓋零件進行三維實體建模，得出建模后的圖形如下： 圖3.4 后端蓋零件的UG三維造型 3.4.1 65X37.5深3.0MM凹臺輪廓銑削 1、刀具軌跡 圖3.4.1 凹臺輪廓加工刀具路徑 2、加工參數(shù) 圖3.3 凹臺輪廓刀具加工參數(shù) 圖3.4 凸臺輪廓切削用量參數(shù) 3、線框仿真加工 圖 3.5 凹臺輪廓仿真加工 3.4.3 5-∮20孔的加工 1、∮20孔加工刀具軌跡 圖3.4.5 鉆孔刀具路徑 2、刀具參數(shù) 圖3.9孔加工參數(shù) 圖3.10 孔加工參數(shù)刀具設置 第四章 鏜孔夾具設計 4.1定位基準的選擇 由零件圖可知，根據(jù)基準重合、基準統(tǒng)一原則。在選擇工藝孔的加工定位基準時，應盡量選擇上一道工序即粗、精銑兩表面工序的定位基準，以及設計基準作為其定位基準。經(jīng)過粗車、半精車、精車的外圓面以及上平面和下平面兩個平面銑好后的平面都可以作為定位基準，因此在這里，定位基準應選擇已經(jīng)車削好的∮72g6外圓面作為定位基準，其中利用后端蓋的下平面為定位平面。用夾緊裝置壓緊∮72g6外圓面。 為了提高加工效率，根據(jù)工序要求先采用底面作為基準面進行銑削加工；然后采用以粗、精銑好后的面為基準，加工其他幾個面。 4.2定位元件的設計 下平面為定位基準，鏜孔夾具體下平面為支撐，夾具體為一長方體板件，采用可調(diào)壓板壓緊工件的圓周面，底部以V型塊定位，以限制工件的六個自由度。 4.3切削力及夾緊力的計算 刀具材料：面銑刀400mm 由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表1-2-9 可得銑削切削力的計算公式： 式（2.1） 查參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得： 對于灰鍛鐵： 式（2.2） 取 ， 即 所以 由參考文獻[17]《金屬切削刀具》表1-2可得： 垂直切削力 ：（鏜削） 式（2.3） 背向力： 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： 式（2.4） 安全系數(shù)K可按下式計算： 式（2.5） 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見《機床夾具設計手冊》表可得： 所以 式（2.6） 式（2.7） 式（2.8） 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用壓板夾緊機構。 單個壓板夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算： 式（2.9） 式中參數(shù)由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》可查得： 其中： 夾緊力： 易得： 經(jīng)過比較實際夾緊力遠遠大于要求的夾緊力，因此采用該夾緊機構工作是可靠的。 4.4定位誤差分析 該夾具以兩個圓周面定位，要求保證孔軸線與左側(cè)面間的尺寸公差以及孔軸線與底平面的平行度公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。 兩上下平面高度線性尺寸一般公差。根據(jù)國家標準的規(guī)定，由參考文獻[15]《互換性與技術測量》表可知： ?。ㄖ械燃墸┘?：尺寸偏差為76mm 由[16]《機床夾具設計手冊》可得： 1 、定位誤差（兩個垂直平面定位）：當時；側(cè)面定位支承釘離底平面距離為，側(cè)面高度為；且滿足；則： 2 、夾緊誤差 ，由式（2.11）有：： 其中接觸變形位移值： 式（2.16） ⑶、磨損造成的加工誤差：通常不超過 ⑷、夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 4.5對刀塊的設計 在設計銑面夾具時，由于銑的平面都比較寬和大，為了確定銑的基準面，因此一般銑面夾具時都需要設計對刀塊，對刀塊一般選取機床夾具設計手冊中的標準件，本次對刀塊選取設計的標準件為直角形對刀塊。 圖3-1 直角對刀塊 4.6夾緊裝置設計 本次夾緊裝置采用自動夾緊裝置根據(jù)工況，選用的夾緊裝置基本形式如下圖： 本次設計中夾緊裝置直接通過螺紋配合固接在夾具體上，通過調(diào)整光面壓板上面的螺絲來調(diào)整工件的壓緊的要求。如下圖所示： 圖3-2 夾緊裝置圖 3.7夾具設計操作及簡要說明 該夾具采用光面壓板和六角頭支撐以及特制鐵板定位，通過這幾個自由度的限制，從而使工件固定在加工位置，在對零件進行鏜削加工過程中，很方便，同時，夾具的拆卸和更換也很方便，快捷。通過實踐和理論計算，我們知道，該夾具的夾緊機構合適 。 如下圖所示，后端蓋的零件圖如下，本課題選擇鏜削有精度要求，即∮54H8這個孔。 后端蓋零件毛坯圖紙如下圖所示： 后端蓋的鏜孔夾具裝配圖如下圖所示： 后端蓋的鏜孔夾具體圖紙如下圖所示： 總結(jié) 時間過得真快，轉(zhuǎn)眼間三年時間都過去了，在這三年中，我學到了許多專業(yè)知識，就拿這次的畢業(yè)設計來說吧，我查閱了《機械制造工藝編制及實施》，《機床夾具設計》，使我充分掌握了機床的設計方法和步驟，更重要的復習所學專業(yè)的知識，以前總認為學這些專業(yè)知識沒用，那是我太天真了，當這次的畢業(yè)設計，它幫了我不少的忙，特別是《機械制造工藝編制及實施》這課對我的畢業(yè)設計幫助特別大，都怪上課沒認真聽講，導致做畢業(yè)設計時要問比我學的好的同學，通過這次做畢業(yè)設計讓我認識到學習不是個壞事，是為了自己的，還有學習這些知識精通的話對我們找個好工作有大大的幫助，總之我除了感謝我的老師和幫助過我的同學外更要感謝自己的。 致 謝 當我寫到這里的時候，我心里是別提有多么的開心，不管前面的對與錯，總之，我覺得自己做到這里已不錯了，感謝我的老師和幫助我的同學一起到圖書館查資料的那些同學們，要不是你們恐怕我現(xiàn)在真不知道自己能做到哪里，首先您不僅在學習學業(yè)上對我以精心的指導，同時還在我改寫論文時給我鼓勵和支持，從這點看出老師當初選你當我的老師我是明智的，而且，通過這次寫論文我知道遇到什么事總要靠別人來完成，現(xiàn)在我覺得這種想法是我錯啦，也許自己做的比那些人做的會更好，同時，我要把這種態(tài)度放到工作當中，我相信我自己一定可以比別人做的出色。說實話，我從開始認真做畢業(yè)設計的時候，才領悟到知識確實是種強大的工具，我現(xiàn)在想來前面失去的，我想在通過在工作中補回來，想到這里自己說了句“呵呵”，但是話說回來，這次的畢業(yè)設計我花了挺大的功夫，雖然是苦，但心里挺開心的，我想如果大學這三年我好好來利用它的話，我的畢業(yè)設計不談在班里第一個交，最少也在前十個人之前交，最后在這里衷心的對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學的幫助。 參考文獻 1 李治安．機械制造工藝及夾具設計．西安交通大學出版社，1993：32~54 2 蔡斐．機床夾具及其精度．上?？萍即髮W出版社，1984：86~97 3 黃非候，王圈．機械工程材料學．機械出版社，1993：22~36 4 邱中懷．機械夾具．光海教育出版社，2002：33~65 5 張華． 機床夾具設計手冊．機械出版社，1999：40~55 6 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學．機床夾具設計手冊. 上?？茖W技術出版社，1979：103~121 7 李強． AutoCAD2010基礎及應用教程．電子工業(yè)出版社，2011：56~74 8 王平．機械制造工程學．廣西工業(yè)大學出版社，2000：19~39 9 張耀鵝．機械加工工藝實用手冊．北京工業(yè)出版社，2001：120~146 10 李民．機械制造工藝設計手冊．山西工業(yè)出版社，1992：36~58 11 Liao Jianmin.Fixturing analysis for stability consideration in an automated fixture design 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