空心模加工工艺及专用机床设计.docx

辽宁工业大学机械专业综合课程设计（论文）题目：空心模加工工艺及专用机床设计学院：机械学院专业班级：机械204班学号：XXxXX学生姓名：XXX指导教师：XXX教师职称：副教授起止时间：2021.12.14-2022.L1课程设计（论文）任务及评语学号XXXXXX学生姓名XXX专业班级机械204班课程设计（论文）题目空心模加工工艺及专用机床设计课程设计(论文)任务1 .设计内容（1）设计对象来源于生产实践，带有复杂空间曲面的机械零件；（2）针对指定零件，完成工艺分析，加工工艺规程制订（不做切削用量计算）；就其中的数控加工内容，利用软件CAM功能完成工艺编制、切削仿真；如若可能，利用斯沃软件完成加工仿真；针对其中某道工序设计专用机床（组合机床）或自动化程度较高的专用夹具，完成三图一卡（工序图、加工示意图、尺寸联系图、生产率计算卡）；编写设计说明书等。2 .技术参数与要求（1）工件材料：45（2）全部尺寸公差：±0.03,各形位公差：0.05,粗糙度：Ra3.2（3）毛坯形式：自定（4）生产纲领：20万件/年指导教师评语及成绩图纸（20%）说明书（20%）答辩（40%）平时（20%）成绩：指导教师签字：年月日学院：机械学院教研室：机制目录第1章机械加工工艺规程设计11.1 生产纲领计算及生产类型的确定11.2 确定毛坯及毛坯图11.3 拟定工艺路线21.4 各工序机床，刀具，卡具选择3第2章专机设计62.1 工序图62.2 加工示意图82.3 尺寸联系图102.4 生产效率卡11第3章数控加工CAM编程及加工仿真133.1 粗加工曲面选择刀具和参数设置133.2 精加工曲面选择刀具和参数设置163.3 加工轨迹仿真图形17第4章总结18参考文献19附录20第1章机械加工工艺规程设计1.1 工艺分析及生产类型确定1.1.1 生产纲领计算及生产类型的确定生产纲领：20万件/年N=Qm*(l+a%)(l+b%)(IT)a取0.1%,b取0.1%,Q=200000,m=lN=200400件/年该零件属于大批量生产。1. 1.2工艺分析本题目零件材料代号为45,其力学性能：。2600MPa,216%,硬度HB196-241。毛坯形式为精密铸件，生产批量为年产20万件，生产纲领为大批量生产。确定零件的重要表面为型腔和上表面，为了确定精基准，先加工下底面，再加工上表面，为保证加工余量均匀可利用型腔表面定位加工零件孔，然后加工侧面，最后以底面和孔定位加工型腔。全部尺寸公差为0.03,形位公差为0.05,粗糙度为Ra3.2。根据要求及工件外形采用钻削组合机床，难加工处选用数控机床加工，型腔用加工中心加工。1.2 确定毛坯及毛坯图毛坯：材料为45号钢，根据生产纲领选择精密铸造毛坯，如图Ll所示。尺寸：长25Onlnb宽15Omnb高125mm,孔径15mm型腔RAM取3mm图1.1毛坯图1.3 拟定工艺路线表1.1工艺路线I粗铳下表面II粗铳、半精铳上表面IIlIV精铳下表面钻钱四个孔V粗、半精铳侧面VI铳侧面槽VlI粗铳型腔VIII精铳型腔1.4 各工序机床、刀具、卡具的选择1.4.1 粗铳下表面工件材料：45钢机床：X52K夹具：专用夹具1加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为ITll,Ral2.5刀具：高速钢镶齿套式面铳刀0160定位夹紧：以工件上表面定位限制3个自由度，然后专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.2 粗铳、半精铳上表面工件材料：45钢机床：XK5025A夹具：专用夹具2加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,Ra3.2刀具：高速钢圆柱铳刀050定位夹紧：以工件下表面定位限制3个自由度，然后专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.3 半精铳下表面工件材料：45钢机床：X52K夹具：专用夹具3加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,Ra3.2刀具：高速钢镶齿套式面铳刀0160定位夹紧：以工件上表面定位限制3个自由度，然后专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.4 钻较四个孔工件材料：45钢机床：专用机床夹具：专用夹具4加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,孔与上表面垂直度0.05,孔位置度0.05,孔表面粗糙度Ra3.2刀具：硬质合金莫氏锥柄麻花钻014.8,硬质合金锥柄机用校刀015定位夹紧：以工件上表面定位限制3个自由度，型腔限制3个自由度，用专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.5 粗铳、半精铳侧面工件材料：45钢机床：XK5025A夹具：专用夹具5加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,Ra3.2刀具：高速钢粗加工立铳刀015,莫氏锥柄立铳刀010定位夹紧：以工件下表面限制3个自由度，孔限制3个自由度，专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.6 铳侧面槽工件材料：45钢机床：XK5025A夹具：专用夹具5加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,Ra3.2刀具：高速钢普通直柄立铳刀010定位夹紧：以工件下表面限制3个自由度，两个孔限制3个自由度，专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.7 粗铳型腔工件材料：45钢机床：XK5025A夹具：专用夹具6加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为ITlI,Ra6.3刀具：高速钢普通直柄立铳刀010定位夹紧：以工件下表面限制3个自由度，两个孔限制3个自由度，专用夹具夹紧。工序简图见附录。1.4.8 精铳型腔工件材料：45钢机床：加工中心夹具：专用夹具6加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,Ra3.2刀具：高速钢普通直柄立铳刀05定位夹紧：以工件下表面限制3个自由度，两个孔限制3个自由度，专用夹具夹紧。工序简图见附录。第2章专机设计2. 1工序图本专用机床的用途是来完成工序IV,液压回转工作台上可一次装夹四个工件，两个工件同时加工，一个钻孔和一个钱孔。2. 1.1工序设计工件材料：45钢机床：专用机床夹具：专用夹具4加工要求：尺寸达到工序要求，加工精度为IT7,孔与上表面垂直度0.05,孔位置度0.05,孔表面粗糙度Ra3.2刀具：硬质合金莫氏锥柄麻花钻014.8,硬质合金锥柄机用钱刀015定位夹紧：以工件下表面定位限制3个自由度，型腔限制3个自由度，用专用夹具夹紧。3. 1.2时间定额的确定钻削时间定额：背吃刀量:7.4mm取f=0.2mmr切削速度为40mmin妞*+亡由计,由l00°匕IOooX40皿/.“I、机床主轴转速：n=-=861rmn(2-1)d04X14.8基本时间：z=1+z'(2-2),firD-l+(2-3)cotTr2=(3-5)4一单件小批生产时的试切附加长度/总=14Ommf=0.2mmrn=861rmin机动时间0=08min,辅助时间Zf=0.2xrz=0.16nin钱削时间定额：背吃刀量：0.Imm取f=0.35mmr切削速度为10mmin由公式2T得，机床主轴转速：n=213r/min×5由公式2-2、2-3得，机动时间Ej=I.88min,辅助时间O=O.2x%=0.38min综上，绘制空心模零件被加工工序图如图2.1所示。图2.1空心模零件被加工工序2.2加工示意图本道工序对孔进行加工，考虑到孔较深，所以钻钱分开。柄麻花钻014.8mm,硬质合金锥柄机用钱刀015mmo2. 2.1钻孔计算轴向切削力F,切削转矩T,切削功率P的计算公式F=3.48D,4/°80-75=3.48X14.814XO.2o8X6OO075=5062.7NT=5.87D2/07=5.87×14.82X0,2×6OO07=22641.lNmmP-TV9740rf）2264L1×4O9740x3.14x14.8=2.0kw式中：屈服强度（MPb）F切削力（N）D钻头直径（mm）f每转进给量（mmr）T切削扭矩（Nmm）V切削速度（mmin）P切削功率（kw）钻四个孔的功率ZP=4P=8KW电机功率：%>%=9.4KW（77=0.85）刀具的选用硬质合金莫氏锥钻削扭矩:钻削功率:总轴向力：F=4F=20250.87V(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)初定主轴转速，由公式2-11000×40Q么“/n=861y.14.8x3.14mm滑台每分钟进给量的计算吁，（2-10）可得Vf=86ix.2=1722mmmin式中：n一主轴转速（r/min）f主轴进给量（mmr）”/一滑台每分钟进给量（mm/min）主轴直径的确定d=BWT（2-11）式中：d一轴的直径（mm）；T一轴所传递的转矩（N-m）；B一系数。B与扭矩角有关，当为非刚性主轴时，B=6.2I22641Td=6.2××-=24.1n,取主轴直径为25mm,主轴外伸长度为：L=115mm,141因为是立式钻床，所以L=I15-15=100mm,D/4为40/28,接杆莫氏圆锥号为2。由于钻削力学参数大于较削,较刀主轴部分采用钻削结果,零件可互换降低维修成本。2.2.2工作循环工件的厚度为l=123mm由公式2-3得切入长度:1=5mm排屑长度：Z2=15mm切出长度：&=IOmnI钻套局度：H=32un因此刀具的工进长度为138mm,取14OnnII,考虑到工件的装卸取快退长度为20Omlib则快进为60mm,加工示意图如图2.2所示。图2.2加工示意图2.3尺寸联系图由加工示意图计算可知道：电机功率：p29.妹W总轴向力：FYjF×k=20250.8×1.5=30376.27V(2-12)所以由总轴向力选取滑台的型号为1HY50型，由此可确定立柱型号为1CL50,立柱侧底座型号为1CD501,动力箱型号为ITD50。根据电机功率，确定电机型号Y160MY,11KW。多轴箱的尺寸为40OnlmX400mm。前备量20mm、后备量180mm、行程20Omm、总行程400mm。尺寸联系图如图2.3所示。图2. 3尺寸联系图2.4生产效率卡根据生产纲领确定理想生产率Q,两班制取4600h,CA200000仆Q(2-13)Q=43.47L4600由加工示意图可知，加工时：快进60mm,工进140mm,快退20Omnb钻削进给速度172.2mmmin,被削进给速度74.55unmin,快速进给速度630Onlm/min。快速进给时间为M=-=O.Olmin16300140机加工时间：，粘=0.8min钻172.2140,CC.=1.88min较74.55快退时间：t、=20°=0.03min26300装卸工件时间取：=Inin定位夹紧和工件松开时间取"移=OJmin1,1死挡块停留时间取：，停=0.02nin因为回转工作台为4工位，钻、较、装卸工件同时进行，故装卸工件时间忽略不计,工进时间取钱孔时间。单件工时：I单+2+%+£移+%)(2T4)=0.01+1.88+0.03÷0.1+0.02=2.04min实际生产率：(2-15)QL£=果=2941(件h)因为采用两班制两台机床同时工作，所以：1=58.82(件h)由此可得机床负荷率：=2=竺也=73.92%(2-16)负Q58.82综上，生产率计算卡如图2.4所示:空心模困号10毛防类8H-毛匏豆量时科45便接½¾4×l5fl,r片8IV序号工步名称工整行程IWl切削速度IlMnII通给曼IWri2JSnminIHZndi较fl.砧也钻孔工修时同编助时间1安装工件0.52r*gfi.夹一0.053徜台快进6063000.014¾015fl.栩123In14040100.20.35)72.274.550.81.885比百铁停留0.026沼台伎若20063000.031工件松开0.058即下工件0.5备在L回回工作台为4工位,钻、较、装即工柞同时进行，故装卸工件时间不格2 .工进时何取较孔时问.3 .工作时间:西城制460Dh,两台机床同时加工，R1.880.16电件总工时2.04机味生产率58.82lfl=k)星姓产奉43.«(ftk)负科率73.92«图2.4生产率计算卡第3章数控加工CAM编程及加工仿真利用MASTERCAM软件进行自动编程。零件的第Vlll工序是复杂型腔表面，故采用加工中心，用MASTERCAM生成刀具轨迹仿真模拟如下：3.1MASTERCAM加工参数设置3.1.1粗加工刀具选择及参数设置粗加工刀具选择如图3.1所示，参数设置如图3.2、图3.3所示。图3.1粗加工刀具选择图3.2粗加工参数设置图3.3粗加工参数设置3. 1.2精加工刀具选择及参数设置精加工刀具选择如图3.4所示，参数设置如图3.5、图3.6所示。SurfaceFinishConstantScallop-C:MCAM9MILLNCI40多NCI-MPFANToolparametersSurfaceparametersFinishscallopparaetersTool#Head#Dir2LM2Comeent厂TobatchToolnameI5.BALLTooldiCorner2.5Feedrate1500.0Program#0Spindle2400Plunge500.0Seq100Cool<ntff二JRtract500.0Se.inc.I2:hangeHCI.厂Refpoint.厂S'HomePoS二_Il1/Cpl11Q.If)oldisplay.厂armedtext.确定即百茶助图3.4精加工刀具选择SurfaceFinishConstantScallop-CMCAM9MILLNC40才旗.NCI-MPFANTipcompRiplUIDrivesurface/solidStocktolve0SeleCt.I(624Chcksurfc/solidStocktoleave-Select.(0ToolContaixunentCooipensateInsid6CnterOutsideAddition&lSlct.确定取消都助图3.6精加工参数设置3.2MasterCAM软件仿真图形MasterCAM软件仿真图形如图3.7所示。3.3MasterCAM软件加工仿真路径MasterCAM软件加工仿真路径如图3.8所示。图3.8MasterCAM软件加工仿真路径第4章总结时光如白驹过隙，转眼间三周的专业课程设计就这样结束了。时间虽然不长,但在这短暂的时间里,我用自己辛勤的汗水,换来了巨大的收获。到了实践环节才发现理论和实际很有差距，也发现了自己能力的不足，通过这次课设在能力上得到了极大的提升。主要完成了以下工作：对零件编写加工工艺卡，进行MaStCrCam仿真加工，对空心模上表面面的四个孔加工工艺进行分析，明确孔加工的技术要求和工艺要点，选择切削用量,学会了如何画加工示意图，选择动力箱、液压滑台、侧底座等一系列通用件，画机床联系尺寸图，完成对生产效率的计算。感谢老师耐心、细致的指导。参考文献1邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程M.北京：机械工业出版社,20042杨叔子.机械加工工艺师手册LM.机械工业出版社.2001.83谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社，19964李庆余，孟广耀，岳明君.机制制造装备设计M.3版.机械工业出版社，2013.7附录：机械加工工艺过程综合卡片