基于UG鋁合金缸體零件的仿形加工設計

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本科畢業(yè)設計（論文） 題 目：基于UG鋁合金缸體零件的仿形加工設計 學 院：________________________ 專 業(yè)：________________________ 姓 名：________________________ 學 號：________________________ 指導教師：________________________ 2016年2月25日 摘要 文章的主要內容為基于UG鋁合金缸體零件的仿形加工設計,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調用子程序指令等。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，對鋁合金缸體進行工藝性分析，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。 本次設計的題目是基于UG鋁合金缸體零件的仿形加工設計，重點在于對鋁合金缸體加工的工藝性和力學性能分析，對鋁合金缸體的加工工藝規(guī)程進行合理分析，對鋁合金缸體進行加工工藝的規(guī)程設計，包括了鋁合金缸體的數(shù)控銑削加工，并且介紹了數(shù)控加工工藝及數(shù)控編程。 關鍵詞：鋁合金缸體；編程；工藝；數(shù)控加工 Abstract This paper mainly introduces the current situation and development prospect of automotive beauty decoration industry, car beauty industry is experiencinga hitherto unknown development opportunity, there are good prospects for development. But due to the current situation of enterprise development disorder, not standardized, quality of personnel is low, which seriously restrict the development of the industry. Through the professional knowledge of the designer to master the relevantinformation on the Internet, as well as the current situation at home and abroad, the design scheme, after a detailed investigation, this graduation design is to design a set of practical multifunctional baby chair.This design is begins with the argument, introduces in detail the scheme analysis, design process and calculating process. Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1制造工業(yè)的重要性 2 2 零件結構工藝分析 3 2.1零件的分析 4 2.1.1零件的作用 6 2.1.2零件的尺寸工藝分析 8 2.2零件的主要技術要求 10 2.2.1內孔的精度及位置精度 10 2.2.2其他要求 11 2.3時間定額計算及生產(chǎn)安排 12 3 工藝規(guī)程設計 13 3.1選擇定位基準 14 3.2選擇加工設備和工藝設備 15 3.3機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 15 4 數(shù)控加工工藝設計 15 4.1 數(shù)控編程的定義及分類 16 4.1.1數(shù)控編程的定義 18 4.1.2數(shù)控編程的分類 20 4.1.3編程方法的選擇 22 4.2 編程原點的確定 24 4.3 零件造型及加工 26 4.4 鋁合金缸體的仿真加工 26 4.5 加工程序清單 27 結論 28 致謝 29 參考文獻 30 1 緒論 1.1 制造工業(yè)的重要性 機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟中一個十分重要的產(chǎn)業(yè)，它為國民經(jīng)濟各部門科學研究、國防建設和人民生活提供各種技術裝備，在社會主義建設事業(yè)中起著中流砥柱的作用。從農(nóng)業(yè)機械到工業(yè)機械，從輕工業(yè)機械到重工業(yè)機械，從航空航天設備到機車車輛、汽車、船舶等設備，從機械產(chǎn)品到電子電器、儀表產(chǎn)品等，都必須有機械及其制造。減速器也是有些設備中所不可缺少的，我們應該了解減速器的機械制造工藝過程才能把產(chǎn)品制造出來。 2 零件結構工藝分析 本文首先對鋁合金缸體進行分析，通過對鋁合金缸體進行研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、機械加工余量、基準選擇、工序尺寸和毛坯尺寸的確定，以及切削用量和工時的計算等相關內容。為了提高勞動生產(chǎn)率，與指導老協(xié)商后，感覺用數(shù)控編程比較合適。 在這次畢業(yè)設計中，根據(jù)課題所給的零件圖、技術要求，通過查閱相關資料和書籍，了解和掌握了的機械加工工藝和編程的一般方法和步驟，并運用這些方法和步驟進行了夾具設計，整個設計得指導思想“簡便、效率高、非常經(jīng)濟”。 窗體底端 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 題目給出的零件是鋁合金缸體，鋁合金缸體軸承、軸、齒輪的安裝載體來使用的，一個設備是通過各種不同零件組成的，其中包括各種機構，例如傳動機構、執(zhí)行機構，以及一些其他結構，故鋁合金缸體零件的加工精度和表面光潔度直接影響著裝配的精度和機械設備的使用性能，可以說，一個加工精度高的鋁合金缸體與加工精度的低的鋁合金缸體相比，其傳動效果很明顯。所以研究和制定鋁合金缸體零件的數(shù)控加工工藝規(guī)程和編程就尤為重要。圖1、圖2分別為鋁合金缸體的三維圖紙和CAD圖紙。 圖1 鋁合金缸體三維圖 圖2 鋁合金缸體零件圖 2.1.2 零件的尺寸標注分析 零件圖上的尺寸是制造、檢驗零件的重要依據(jù)，生產(chǎn)中要求零件圖中的尺寸不允許有任何差錯。在零件圖上標注尺寸，除要求正確、完整和清晰外，還應考慮合理性，既要滿足設計要求，又要便于加工、測量。 關于尺寸標注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公稱尺寸、基本尺寸、參考尺寸、重復尺寸等等。 該零件圖說標注的尺寸均完整，符合國家要求，位置準確，表達清楚。 2.2 零件的主要技術要求 由以上分析可知，該鋁合金缸體的主要加工表面是外輪廊和孔系。因此，對于鋁合金缸體來說，加工過程中的主要問題是保證孔系的加工精度比保證軸系的加工精度要容易，處理好孔和平面之間的的相對關系。 2.2.1內孔的精度及位置精度 鋁合金缸體的主要加工面為上、下輪廊的銑削加工，、通孔的數(shù)控車削加工，其表面粗糙度要求分別為。4-通孔的鉆、鉸削加工，其表面粗糙度為。 2.2.2其它要求 鋁合金缸體加工方案，應該選擇能夠滿足較為復雜類零件平面加工的加工設備，例如數(shù)控機床。除了從加工精度和加工效率方面考慮外，也要適當考慮經(jīng)濟因素。依據(jù)零件圖我們確定鋁合金缸體的加工工藝及加工路線，對于關鍵工序，我們應該在數(shù)控銑床上面進行加工比較合適。 2.3 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 假設該零件年產(chǎn)量為30萬件。設每天的產(chǎn)量為1300件。根據(jù)相關標準，當零件的加工批量為中小批量的時候，時間定額的計算公式為： （大量生產(chǎn)時） 故，相對于大批量生產(chǎn)，其計算公式如下： 其中： —單件時間定額 —基本時間（機動時間） —輔助時間。 —一些除了加工工件以外時間的總和。 工序：粗、精銑外輪廊 機動時間： 輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.43，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則 ：根據(jù)相關計算切削時間的資料有， 單間時間定額： 因此應布置兩臺機床同時完成本工序的加工。當布置兩臺機床時， 即能滿足生產(chǎn)要求。 （1）、銑削寬度的選擇 查《機械制造工藝設計簡明手冊》表3.1—27有 半精銑— 這里取 （2）、銑削每齒給量的選擇 查《機械制造工藝設計手冊》表3—28有 （3）、銑削深度的選擇 查《機械制造工藝設計手冊》表3—29有 （4）、銑削速度的選擇 查相關計算切削時間的資料有 所以： （5） 計算切削時間 查相關計算切削時間的資料》表1.4—15 可知： 所以， （6）計算銑削力 相關計算切削時間的資料有 ： 式中： 所以，=93n。 3 工藝規(guī)程設計 3.1 選擇定位基準 鋁合金缸體胡加工工序較為簡單，主要粗基準選擇毛坯的左右端面，精基準選擇已經(jīng)銑削好的左右端面。 3.2 制定工藝路線 本次設計的零件是鋁合金缸體，根據(jù)先面后孔原則，本次先以內孔定位加工鋁合金缸體的各個面，然后再是孔。后續(xù)工序安排應當遵則。先粗加面，再粗加工孔。對于滾刀支架加工，需要精加面。按上述原則亦應工孔系，但在實際生產(chǎn)中這樣安排不利于保證孔和平面的相互垂直度。加工工后，將工件清凈。清洗后用壓凈。保證零件于。 根據(jù)以上分析，現(xiàn)將鋁合金缸體的工藝路線制定如下： 3.3 選擇加工設備和工藝設備 由圖樣分析，該圖樣需要銑削該鋁合金缸體的外輪廊，銑削中間的粗銑、通孔，鉆、鉸孔等，在這里我們在銑輪廓時選用端面車刀，溝槽銑刀，錐柄麻花鉆頭，機用鉸刀等等。而鉆削加工時我們可以選用麻花鉆頭，量具可選用0--150mm為75-100mm的測量游標卡尺，外徑千分尺，游標深度卡尺、塞規(guī)等。 3.4 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 (1)毛坯種類的選擇 由于零件尺寸不大，結構比較復雜，因此我們采用鑄造作為毛坯的制作形式，從而提高勞動生產(chǎn)率，降低成本。 (2)確定毛坯的加工余量 根據(jù)毛坯制造方法采用的金屬型鑄造，查取《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2.5，“鋁合金缸體”零件材料采用鑄造。材料為AQPS016，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。 4 數(shù)控車加工工藝設計 4.1 數(shù)控編程的定義及分類 4.1.1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、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。 4.1.2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)。 4.1.3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。 4.2編程原點的確定 該鋁合金缸體均為規(guī)則的板狀零件，其坐標原點可設在兩端面中心上，這樣方便編程坐標的計算。其坐標原點如圖3.2所示。 圖3.2 編程原點的確定 4.3 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，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，可通過列表數(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。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)。 4.4 鋁合金缸體的仿真加工 通過制造工程師軟件，對鋁合金缸體進行三維實體建模，得出建模后的圖形如下： 零件1 4.4.1 粗銑鑄件上下倫廊 1、 刀具軌跡 2、 加工參數(shù) 4.4.2 粗銑、半精銑83X51.6深2mm溝槽 2、 加工參數(shù) 4.4.3 銑、通孔 1、刀具軌跡 2、 加工參數(shù) 4.5 加工程序清單 程序 解釋說明 O0001 程序號 T0101（90外圓車刀） 換1號刀 M03 S500 主軸正轉，轉速500 M08 切削液開 G00 X54 Z2 快速運動至循環(huán)起點 G71 U2 R2 建立G71車削循環(huán) G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F120 設定起終程序段，精車余量 N100 G00 X22.4 徑向進刀 G01 Z0 F100 靠近工件 X26.4 Z-2 F80 倒角 N200 W-7 粗銑外輪廊 G00 Z-75 快速運動至下一切削點 G71 U2 R2 建立G71車削循環(huán) G71 P300 Q400 U0.2 W0.2 F120 設定起終程序段，精車余量 N300 G00 X42.5 快速進刀 G01 Z-78 F100 切削進刀 X51.99 Z-105 銑外輪廊 N400 Z-106 退刀 G00 X100 徑向退刀 Z100 軸向退刀 T0202（84外圓車刀） 換2號刀 M03 S800 主軸正轉，轉速800 G00 X54 Z2 快速運動至循環(huán)起點 G00 X29 Z2 快速運動至循環(huán)起點 G76 P010060 Q100 R100 粗銑 G76 X24.4 Z-17 P1200 Q500 F2 設定參數(shù) G00 X100 Z100 快速運動至換刀點 M05 主軸停止 M09 切削液關 N10 G92 X70 Z10 （設立坐標系，定義對刀點的位置） N20 G00 U-70 W-10 （從編程規(guī)劃起點，移到工件前端面中心處） N30 G01 U26 C3 F100 （倒 345直角） N40 W-22 R3 （倒 C1 圓角） N50 U39 W-14 C3 （倒非45度角） N60 W-34 精銑 N70 G00 U5 W80 （回到編程規(guī)劃起點） N80 M30 （主軸停、主程序結束并復位） N1 G92 X50 Z120 （設立坐標系，定義對刀點的位置） N2 M03 S300 （主軸以 300r/min 旋轉） N3 G00 X29.2 Z101.5 （到螺紋起點，升速段 1.5mm，吃刀深 0.8mm） N4 G32 Z19 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點，降速段 1mm） N5 G00 X40 （X 軸方向快退） N6 Z101.5 （Z 軸方向快退到螺紋起點處） N7 X28.6 （X 軸方向快進到螺紋起點處，吃刀深 0.6mm） N8 G32 Z19 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點） N9 G00 X40 （X 軸方向快退） N10 Z101.5 （Z 軸方向快退到螺紋起點處） N11 X28.2 （X 軸方向快進到螺紋起點處，吃刀深 0.4mm） N12 G32 Z19 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點） N13 G00 X40 （X 軸方向快退） N14 Z101.5 （Z 軸方向快退到螺紋起點處） N15 U-11.96 （X 軸方向快進到螺紋起點處，吃刀深 0.16mm） N16 G32 W-82.5 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點） N17 G00 X40 （X 軸方向快退） N18 X50 Z120 （回對刀點） N19 M05 (主軸停) N20 M30 （主程序結束并復位） T0101（90外圓車刀） 換1號刀 M03 S500 主軸正轉，轉速500 M08 切削液開 G00 X54 Z2 快速運動至循環(huán)起點 G71 U1 R1 建立G71車削循環(huán) G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120 設定起終程序段，精加工余量 N100 G00 X0 快速進刀 G01 Z0 F80 靠近工件 X33 平端面 X35 Z-1 倒角 Z-15 銑內孔至 G02 X45 Z-20 R5 倒圓角 G01 X47.99 平端面 X51.99 W-2 倒角 N200 X54 退刀 G00 X100 Z100 快速運動至換刀點 T0202（60鏜刀） 換2號刀 M03 S400 主軸正轉，轉速400 M08 切削液開 G00 X19.8 Z2 快速運動切削起點 M03 S800 主軸正轉，轉速800 G00 X54 Z2 快速運動至循環(huán)起點 G70 P100 Q200 精銑內孔至 G00 X100 Z100 快速運動至換刀位置 M05 主軸停止 M09 切削液關 N1 G92 X100 Z80 （設立坐標系，定義對刀點的位置） N2 M03 S400 （主軸以 400r/min 正轉） N3 G00 X6 Z3 （到循環(huán)起點位置） G72W1.2R1P5Q15X-0.2Z0.5F100（內端面粗切循環(huán)加工） N5 G00 Z-61 （精加工輪廓開始，到倒角延長線處） N6 G01 U6 W3 F80 （精加工倒 145角） N7 W10 （精加工內孔） N8 G03 U4 W2 R2 N9 G01 X30 （精加工 Z45 處端面） N10 Z-34 （精加工Φ20 外圓） N11 X46 N12 G02 U8 W4 R4 （精加工 R4 圓?。?N13 G01 Z-20 （精加工Φ54 外圓） N14 U20 W10 （精加工錐面） N15 Z3 （精加工 內孔，精加工輪廓結束） N16 G00 X100 Z80 （返回對刀點位置） N17 M30 （主軸停、主程序結束并復位 結 論 通過本次畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是基于UG鋁合金缸體零件的仿形加工，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算，查找各類典型零件的加工工藝設計及編程的相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻 [1] 劉德榮．組合夾具結構簡圖的初步探討．組合夾具，1982. 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