雙面型腔件三維造型、編程仿真及數(shù)控銑削加工工藝含NX三維及CAD圖.zip,雙面,型腔件,三維,造型,編程,仿真,數(shù)控,銑削,加工,工藝,NX,CAD
摘要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是通過應(yīng)用UG軟件、機(jī)械設(shè)計(jì)資料和所學(xué)的知識(shí)對(duì)雙面型腔件進(jìn)行工藝分析、三維建模、數(shù)控加工編程及加工。工藝分析是設(shè)計(jì)產(chǎn)品重點(diǎn)；三維建模、數(shù)控加工編程是UG軟件的重點(diǎn)所在，具有操作簡(jiǎn)單和修改方便等優(yōu)點(diǎn)；加工是對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。
關(guān)鍵詞: UG軟件、工藝分析、建模、編程、加工
III
Abstract
The graduation project is through the application of UG software, mechanical design information and knowledge learned in the cavity of the double-sided documents for process analysis, three-dimensional modeling, NC programming and machining. Process analysis is to design product priorities; three-dimensional modeling, NC programming is the focus of UG software, is simple and easy and modified; processing of products is designed to detect.
Keyword ：UG software ，Process Analysis，Modeling ，Programming，Processing
目錄
摘要 II
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1 UG介紹 1
第二章 雙面型腔工藝分析與設(shè)計(jì) 2
2.1計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型 2
2.2零件圖的工藝分析 2
2.2.1讀圖和審圖 3
2.2.2數(shù)控加工內(nèi)容的選擇 3
2.2.3零件結(jié)構(gòu)的工藝性 3
2.2.4重要部位加工精度分析 4
2.3毛坯 4
2.3.1毛坯種類的選擇 4
2.3.2加工余量 4
2.4基準(zhǔn)的選擇 5
2.5夾具的選擇 5
2.6機(jī)床的選擇 6
2.7刀具材料的選擇 6
2.8工藝路線 7
2.8.1 工序、工步的劃分 7
2.8.2 加工順序的安排 7
2.8.3 工藝路線 7
2.9切削用量、刀具及切削液 9
2.9.1粗銑基準(zhǔn)A、上表面 9
2.9.2粗銑凸臺(tái) 11
2.9.3鉆2-?12通孔 13
2.9.4切削液的選擇 14
第三章UG造型編程及加工 16
3.1三維造型 16
3.2數(shù)控加工編程 19
3.2.1凸臺(tái)的數(shù)控加工編程 19
3.2.2鉆2-?12（H7）通孔的數(shù)控加工編程 22
3.3加工 24
結(jié)論 25
參考文獻(xiàn) 26
致謝 27
外文翻譯 28
第一章 緒論
1.1 UG介紹
Unigraphics（簡(jiǎn)稱UG）是西門子公司推出的集CAX（CAD/CAM/CAE的總稱）于一體的三維參數(shù)化軟件。UG軟件從20世紀(jì)70年代開發(fā)以來，經(jīng)歷了基于圖樣（1974年）、基于特征（1988年）、基于過程（1995年）和基于知識(shí)（2000年）的發(fā)展階段，功能不斷擴(kuò)展，在CAX等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。UG軟件包括CAD/CAE/CAM計(jì)算機(jī)鋪助工業(yè)設(shè)計(jì)、知識(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)交換和其他特殊應(yīng)用等功能。
UG軟件在CAD方面的建模和造型分為兩個(gè)模塊——實(shí)體造型和自由曲面造型。在造型功能方面，除其他軟件所具有的通用功能外，它還擁有靈活的復(fù)合建模、齊備的仿真照相、細(xì)膩的動(dòng)畫渲染和快速的原型工具，僅復(fù)合建模就可以讓用戶在實(shí)體建模、曲面建模、線框建模和基于特征的參數(shù)建模中任意選擇，使設(shè)計(jì)者可根據(jù)工程設(shè)計(jì)實(shí)際情況確定最佳建模方式，從而得到最佳設(shè)計(jì)效果。在加工功能方面，UG針對(duì)計(jì)算機(jī)鋪助制造的實(shí)用性，適應(yīng)性和效能性，通過覆蓋制造過程，實(shí)現(xiàn)制造的自動(dòng)化、集成化和用戶化，從而在產(chǎn)品制造周期、產(chǎn)品制造成本和產(chǎn)品制造質(zhì)量等方面提供了極大的效益。
1
第二章 雙面型腔工藝分析與設(shè)計(jì)
2.1計(jì)算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型
企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量和進(jìn)度計(jì)劃稱為生產(chǎn)綱領(lǐng)。企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類稱為生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型一般可分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)三種類型。
一、計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)
本雙面型腔件是某產(chǎn)品，該產(chǎn)品年產(chǎn)量400臺(tái)，備品率10%，機(jī)械加工廢品率大約2%，則零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為
N=Qn（1+a%+b%）
=400×1×（1+10%+2%）
=448件/年
二、確定生產(chǎn)類型
表2-3 生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型的關(guān)系
生產(chǎn)類型
零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)/件
重型零件（>100kg）
中型零件(10～100kg)
輕型零件(<10kg)
單件生產(chǎn)
<5
<10
<100
小批生產(chǎn)
5～100
10～200
100～500
中批生產(chǎn)
100～300
200～500
500～5000
大批生產(chǎn)
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生產(chǎn)
>1000
>5000
>50000
該零件的年產(chǎn)量為448件，其質(zhì)量為2.64kg，根據(jù)表2-3，可以確定其生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)。
2.2零件圖的工藝分析
在數(shù)控銑削加上中，對(duì)零件圖的工藝分析的主要包括零件結(jié)構(gòu)工藝性分析、選擇數(shù)控銑削的加工內(nèi)容、零件毛坯的工藝性分析和加工方案分析。目的在于，一是審查零件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及熱處理等的技術(shù)要求是否合理，是否便于加工；二是通過工藝分析，對(duì)零件的工藝要求有進(jìn)一步的了解，以便制訂出合理的工藝規(guī)程。
2.2.1讀圖和審圖
(1)該零件圖表達(dá)完整、清晰，尺寸、公差、表面粗糙度及有關(guān)技術(shù)要求齊全、明確。
(2)該零件2-?8.5和SR20表面粗糙度為Ra6.3um，?38、?20、上表面和底面表面粗糙度為Ra1.6um其余為Ra3.2um。參數(shù)合理，利于加工。
(3)該零件的定位基準(zhǔn)為底面，必須先滿足該面的精度。
(4)該零件選用的材料為45鋼，價(jià)格低廉，加工難度不大，能夠保證零件
件的各方面要求。
零件的技術(shù)要求有未注尺寸公差為IT13。加工要素有平面、凸臺(tái)、曲線、曲面、型腔和孔類加工。主要加上內(nèi)容包括上下平面、內(nèi)外型腔、孔類加工。
2.2.2數(shù)控加工內(nèi)容的選擇
該零件加工內(nèi)容主要是平面、凸臺(tái)、曲線、曲面、型腔和孔類等的加工，如果采用普通機(jī)床，像曲面（球面）、曲線等，難加工，質(zhì)量難以保證，而且效率低，工人手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，故將全部采用數(shù)控機(jī)床加工。
2.2.3零件結(jié)構(gòu)的工藝性
該零件的加工的各工藝性能良好，耗工不大。（零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。好的結(jié)構(gòu)工藝性會(huì)使零件易于加工，節(jié)省工時(shí)、材料；差的結(jié)構(gòu)工藝性會(huì)使零件加工困難、浪費(fèi)工時(shí)、材料，甚至無法加工。）
2.2.4重要部位加工精度分析
該零件結(jié)構(gòu)雖然看似復(fù)雜，但是卻易于加工。根據(jù)圖紙上的標(biāo)注，該零件的尺寸精度（尺寸精度:限制加工表面與其基準(zhǔn)間的尺寸誤差不超過一定的范圍）在IT7～9之間；位置精度（位置精度:限制加工表面與其基準(zhǔn)間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等）是要保證?38、?20、?50與基準(zhǔn)A的垂直度，凸臺(tái)底面與基準(zhǔn)A的平行度。
2.3毛坯
2.3.1毛坯種類的選擇
制造機(jī)械零件（或產(chǎn)品）所選用的毛坯有鑄件、鍛件、沖壓件、焊接件、型材等。
該材料選用的是45鋼，故該零件力學(xué)性能要求較高。45鋼屬于中碳鋼，是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中應(yīng)用最廣泛的一類。該零件屬于小批量生產(chǎn)故采用自由鍛件（大量生產(chǎn)應(yīng)選精度和生產(chǎn)率都較高的毛坯制造方法。如鑄件應(yīng)采用金屬模機(jī)器造型或精密鑄造;鍛件應(yīng)采用模鍛或冷軋、冷拉型材等;單件小批量生產(chǎn)則用木模手工造型或自由鍛件）。
2.3.2加工余量
加工余量（加工余量是指加工過程中從加工表面切除的金屬層厚度）大小，直接影響零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。加工余量過大，不僅增加機(jī)械加工勞動(dòng)量，降低生產(chǎn)率，而且增加材料、工具和電力的消耗，增加成本。但若加工余量過小，又不能消除前工序的各種誤差和表面缺陷，甚至產(chǎn)生廢品。該零件采用查表修正法確定加工余量，余量如下:
根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.3-25毛坯尺寸定為145×105×29(長(zhǎng)×寬×高)。
表2.3-25 方塊類鍛件的機(jī)械加工余量及偏差 （mm）
鍛件高度H
鍛件截面邊長(zhǎng)A、B
≤100
101～150
a
b
a
b
≤50
4±1
4±1
5
5
51～100
5
5
6±2
6±2
注：只截取部分
工序余量：
面（所有）加工：根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表13-27（第1050頁），當(dāng)加工面長(zhǎng)度小于等于300mm，加工面寬度小于等于100mm時(shí)，精銑余量為0.5mm，那么粗銑余量為2mm。
孔加工：2-?12（H7）根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表13-14（第1050頁），當(dāng)加工孔的直徑為12mm時(shí)，鉆（工序尺寸為?11mm，余量為1mm），擴(kuò)孔鉆（工序尺寸為?11.85mm，余量為0.15mm），鉸至尺寸；
2-?8.5查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.3-48（第495頁），當(dāng)加工孔的直徑為8.5mm時(shí)，鉆（工序尺寸為?8.4mm，余量為0.1mm），鉸至尺寸；
2-?15直接加工至尺寸。
2.4基準(zhǔn)的選擇
所謂基準(zhǔn)是用來確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。
該零件的表面全部都需要加工，加工該零件的上平面、凸臺(tái)、孔、球面、內(nèi)圓時(shí)以基準(zhǔn)A為定位基準(zhǔn)，加工底面、型腔時(shí)，以上平面為定位基準(zhǔn)。該零件既遵循了“基準(zhǔn)重合”原則（為了較容易地獲得加工表面對(duì)其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的相對(duì)位置精度要求，應(yīng)選擇加工表面的設(shè)計(jì)為其定位基準(zhǔn)。這一原則稱為基準(zhǔn)重合原則），“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則（當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以比較方便地加工其他表面時(shí)，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用此精基準(zhǔn)定位，這就是“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則），又遵循了“互為基準(zhǔn)”原則（為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可采用互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的原則）
2.5夾具的選擇
本零件采用銑床用平口虎鉗裝夾工件，型號(hào)為QH160參數(shù)如下：
名稱
型號(hào)
鉗口寬度
鉗口最大張開量
鉗口高度
定位鍵寬度
銑床用平口虎鉗（mm）
QH160
160
125
50
18
2.6機(jī)床的選擇
機(jī)床的選擇：
(1)機(jī)床規(guī)格應(yīng)與工件的外形尺寸相適應(yīng)，及大件用大機(jī)床，小件用小機(jī)床。
(2)機(jī)床精度應(yīng)與工件加工精度要求相適應(yīng)。
本零件選擇加工選用XD-40數(shù)控立銑床 ，參數(shù)如下：
1、工作臺(tái)
工作臺(tái)規(guī)格 長(zhǎng)×寬（mm） 800×400
T型槽尺寸 槽寬(mm) 18H7×130×3(中央T型）
工作臺(tái)最大載重(kg) 300
2、坐標(biāo)范圍
X坐標(biāo)(mm) 600
Y坐標(biāo)(mm) 400
Z坐標(biāo)(mm) 540
主軸中心線距Z向?qū)к壝婢嚯x(mm) 460
主軸斷面距工作臺(tái)上平面距離(mm) 150--690
3、進(jìn)給
X、Y、Z向切削進(jìn)給速度(mm/min) 1—5000
X、Y、Z向快速進(jìn)給速度(m/min) 20（X、Y） 15（Z）
主軸最高轉(zhuǎn)速(r/min) 5000（8000可選）
4、主軸系統(tǒng)
主軸功率(kW) 7.5
主軸錐孔 7：24
主軸前支承直徑(mm) Φ70
主軸軸承潤(rùn)滑方式 油脂潤(rùn)滑
5、精度
定位精度(mm) （國標(biāo)） X、Z：0.020 Y：0.016
重復(fù)定位精度(mm) （國標(biāo)） X、Z：0.008 Y：0.006
2.7刀具材料的選擇
刀具材料選用硬質(zhì)合金，鉆頭、鍵槽刀、擴(kuò)孔刀和鉸刀選用高速鋼。硬質(zhì)合金的切削速度比高速鋼高4～10倍，切削力強(qiáng)，但其沖擊韌性與抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)比高速鋼差，成本高。
2.8工藝路線
2.8.1 工序、工步的劃分
加工該零件按加工部位劃分工序（對(duì)于加工內(nèi)容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾個(gè)部位，如內(nèi)腔、外形、曲面或平面）。
加工該零件，構(gòu)成工步的任一要素（加工表面、刀具及加工連續(xù)性）改變后，都將視為另一個(gè)工步。
2.8.2 加工順序的安排
總的原則是前面的工序?yàn)楹罄m(xù)工序創(chuàng)造條件，作為基準(zhǔn)的準(zhǔn)備。具體原則如下：
（1）先粗后精
（2）先主后次
（3）先面后孔
（4）先基準(zhǔn)后其他
2.8.3 工藝路線
根據(jù)以上本零件的工藝路線如下：
工藝路線方案一：
鍛→熱（調(diào)質(zhì)處理）→銑（上、下平面）→銑（四周邊）→銑（粗精銑凸臺(tái)）→銑（粗精銑內(nèi)圓）→銑（粗精銑孔）→銑（粗精銑球面）→鉆（鉆、擴(kuò)、鉸）→銑（粗精銑型腔）→銑（粗精銑孔）→鉗（清洗、去毛刺）→檢（檢驗(yàn)入庫）
工藝路線方案二：
鍛→熱（調(diào)質(zhì)處理）→銑（上、下平面）→銑（四周邊）→銑（粗精銑凸臺(tái)）→銑（粗精銑內(nèi)圓）→銑（粗精銑球面）→銑（粗精銑孔）→銑（粗精銑型腔）→銑（粗精銑孔）→鉗（清洗、去毛刺）→檢（檢驗(yàn)入庫）
上述兩個(gè)工藝方案特點(diǎn)在于：方案一的孔是采用鉆、擴(kuò)、鉸加工，方案二所有的孔采用銑加工。如果采用方案二，孔小選擇的刀具直徑也小，很容易斷刀，切削效率也不高，所以方案一比較合理。
工藝過程方案：
010
鍛
1鍛造成形
020
熱
1去應(yīng)力退火
030
銑
1粗銑底面，留余量0.5mm
2精銑底面至尺寸
3調(diào)面，粗銑上平面，留余量0.5mm
040
銑
1粗銑100×24兩端面，留余量0.5mm
2精銑100×24兩端面至尺寸
3粗銑140×24兩端面，留余量0.5mm
4精銑140×24兩端面至尺寸
050
銑
1粗銑凸臺(tái)，單邊留余量0.5mm
2精銑上平面至尺寸
3精銑凸臺(tái)至尺寸
060
銑
1粗銑?50內(nèi)圓，留余量0.5mm
2粗銑?20mm、深度為10mm的內(nèi)圓，留余量0.5mm
3精銑?50內(nèi)圓至尺寸
4精銑?20mm、深度為10mm的內(nèi)圓至尺寸
070
銑
1粗銑?26通孔，留余量0.5mm
2精銑 ?26孔至尺寸
080
銑
1粗銑球面，留余量0.5mm
2精銑球面、R3圓弧至尺寸
090
鉆
1鉆2-?12（H7）通孔，留余量1mm
2鉆2-?8.5通孔，留余量0.1mm
3擴(kuò)2-?12（H7）通孔，留余量0.15mm
4鉸2-?12（H7）通孔至尺寸
5鉸2-?8.5通孔至尺寸
6加工2-?15mm、深度為8.5mm的沉孔至尺寸
100
銑
1粗銑型腔，留余量0.5mm
2精銑型腔至尺寸
110
銑
1粗銑?38mm、深度為15mm的孔，留余量0.5mm
2精銑?38mm、深度為15mm的孔至尺寸
120
鉗
1去除毛刺，銳邊
2清洗
130
檢
1檢驗(yàn)入庫
2.9切削用量、刀具及切削液
2.9.1粗銑基準(zhǔn)A、上表面
1. 選擇刀具
（1） 根據(jù)表1.2（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第5～6頁），選擇YT15硬質(zhì)合金刀片。
根據(jù)表3.1（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第84頁），銑削深度αp≤4mm時(shí)，端銑刀直徑d0為80mm，αe為60mm。但已知銑削寬度100mm，故應(yīng)根據(jù)銑削寬度αe≤120mm，選擇d0=200mm。由于選擇標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金端銑刀，故齒數(shù)z=8（表3.15，在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第95～96頁）。
（2） 銑刀幾何形狀（表3.2，在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第84～86頁）：由于σb <650MPa，故選擇kr=20°,kr’=5°,a0=8°，a0’=9°，λs=-10°，γ0=5°。
2.選擇切削用量
（1） 決定銑削深度αp 由于加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)完成，則
αp =h=2mm
（2） 決定每齒進(jìn)給量fz 采用不對(duì)稱端銑以提高進(jìn)給量。根據(jù)表3.5（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第88頁），當(dāng)使用YT15,銑床功率為7.5KW（XD-40立式銑床）時(shí)，
fz=0.09～0.18mm/z
但因采用不對(duì)稱端銑，故取
fz=0.18mm/z
（3） 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命 根據(jù)表3.7（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第88～89頁），銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.2mm，由于銑刀直經(jīng)d0=200mm，故刀具壽命T=240min（表3.8，在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第89頁）
（4） 決定切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf 切削速度vc可根據(jù)公式計(jì)算，也可以直接由表中查出。
根據(jù)表3.15（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第95～96頁），當(dāng)d0=200mm，z=8，αp ≤5mm，fz≤0.18mm/z時(shí)，vt=129m/min，nt=206r/min，vft=263mm/min。
各修正系數(shù)為：kmv=kmn=kmvf=1.13
ksv=ksn=ksvf=0.8
故 vc=vtkv=129×1.13×0.8=116.616m/min≈117m/min
n=ntkn=206×1.13×0.8=186.224r/min≈187r/min
vf=vftkvf=263×1.13×0.8=237.752mm/min≈238mm/min
（5）校檢機(jī)床功率 根據(jù)表3.23（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第104頁） ，當(dāng)σb <560～1000MPa，αe≤100mm，αp ≤2mm，d0=200mm，z=8， vf=238mm/min，近似為
Pcc=3.2kw
XD-40立式數(shù)控銑床，機(jī)床主軸允許的功率為
Pcm=7.5kw
故Pcc
10～13mm，σb <800MPa時(shí)
ft=0.25～0.31mm/r
修正系數(shù)為 ktf=0.5
故 f=ftktf=（0.25～0.31)×0.5=0.125～0.155mm/r
（2）按鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量：根據(jù)表2.8（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第51頁），σb >570～680MPa，d0=11mm時(shí)
f=0.65～0.78mm/r
從以上進(jìn)給量比較可以看出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為f=0.125～0.155mm/r，取f=0.155mm/r。
（二）決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 由表2.12（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第54頁），當(dāng)d0=11mm時(shí)，鉆頭后刀面最大磨損量取為0.5mm，壽命T=45min。
（三）決定切削速度 由表2.14（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第55～56頁），σb =600MPa的45鋼加工性屬5類。
由表2.13（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第55頁），當(dāng)加工性為第5類，切削速度近似為vt=19m/min。
切削速度的修正系數(shù)為（見表2.31）：ktv=1.0，kcv=1.0，kiv=1.0，kxv=0.87
因此vc=vtkv=19×1.0×1.0×1.0×0.87=16.53m/min≈17m/min
n=470.8r/min≈471r/min
（四）校檢機(jī)床功率 根據(jù)表2.22（在切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)第63頁），機(jī)床功率近似為
Pcc=1.1kw
XD-40立式數(shù)控銑床，機(jī)床主軸允許的功率為
Pcm=7.5kw
故Pcc
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