渐开线涡轮数控工艺及加工.docx

设计说明书课题名称渐开线涡轮数控工艺及加工设计题目：渐开线涡轮数控工艺及加工设计要求：1、计算机绘制零件图和三维造型图2、完成涡轮的工艺规程：工艺过程卡、工序卡等3、完成涡轮数控加工的工装设计4、用自动编程和宏功能编写涡轮的渐开线曲面加工程序5、用G代码编制涡轮椭圆槽数控加工程序6、用仿真软件的DNC方式进行仿真加工7、编写毕业设计说明书8、毕业设计答辩图纸：手工绘制夹具总装图（Al）一张CAD绘制零件图（A4）3张指导老师：徐晓风、林天极老师摘要4-5一、设计课题分析5二、工艺规程分析设计6-9三、夹具设计10-11四、零件设计及加工步骤11（一）零件的造型设计11-13（二）零件的MaSterCam后外理加工13-15（三）零件宏程序编制15-17五、仿具系统加工验证17-18六、其它方面说明18-19参考文献20设计小结21-22摘要：本课题设计的是渐开线涡轮数控工艺及加工,是叶片油泵的重要零件之一，我们要通过数控加工来实现加工要求。对于数控专业来说,本课题的毕业设计是具有很大意义的.根据渐开线涡轮零件图制定加工工艺方案及数控加工工序卡，利用ProZE绘制三维造型。本设计侧重于数控加工工艺,数控编程及工装设计。数控加工具有柔性程度高、自动化程度高、加工精度高且加工质量稳定可靠、生产效率高、生产管理现代化等优点。数控加工作为现代机械制造业的重要标志，随着个性化产品日益为消费者钟爱，数控加工技术显得日益重要。随着CAD/CAM软件技术的进一步发展，几乎所有的个性化产品设计都在CAD软件中设计完成.并与CAM软件结合使三维造型出来的产品可以直接生成NC代码。这样使产品开发到产品出货的周期大大缩短，是现代制造业发展的必然趋势。关键词：三维造型工艺夹具设计模拟前言：随着我国制造业的发展，数控加工的需求也在增加，它总的发展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。而渐开线涡轮加工充分的适应了现代化生产的需要.数控加工技术已广泛应用于机械加工制造业中，如数控铳削、镇削、车削、线切割、电火花加工等，其中数控铳削是复杂多变零件的主要加工方法。数控设备为精密复杂零件的加工提供了基本条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的，这是因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括刀具的形状和尺寸、切削用量、走刀路径等工艺信息。对于简单的模具零件，通常采用手工编程的方法，对于复杂的模具零件，往往需要借助于CAM软件编制加工程度，如Pro/E、UG、MaSterCAM等。无论是手工编程或计算机辅助编程，在编制加工程序时，选择合理的工艺参数，是编制高质量加工程序的前提。在本课题所采用的加工软件是MaSterCam,该技术是近年来工程技术领域中发展最迅速，最引人注目的一项高级技术，它已成为工业生产现代化的重要标志。它对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。在毕业设计中我、MaSterCam加工，充分的学习他们的优点，用于渐开线涡轮的加工。一、设计课题分析：本课题是工业高压变量叶片油泵的关键零件之一，叶片由X-Y平面的渐开线参数方程投影曲线与锥形回转面合成，反面有椭圆槽、四个螺纹孔。零件图结构很清晰，难点重点就是涡轮正面的加工。以往这种零件的加工多半是通过靠模来完成，这种加工方法的缺点是工作量大，精度差。很难适应现在的社会发展，但现在有数控加工技术，减少了手工的步骤，既能保证精度，又能节省时间，更重要的是很大程度上缓解了劳动者工作量。数控加工是根据零件的材料、几何形状编写相应的工序工艺；设计相应的夹具；用软件造型再获得相应的加工程序；导入仿真软件进行模拟加工；最后到数控机床进行加工。数控加工有许多方法，这里指的是我们在做毕业设计时加工渐开线涡轮所需的步骤。而此次设计的渐开线涡轮正是油泵的一个重要零件。对其进行工艺工装设计有着实际性的作用和意义。另外对于数控专业来说,本课题的设计可以让我们能全面的运用所学知识，培养我们独立思考的能力，培养我们搞工艺工装设计的思维能力，培养我们今后发展的能力。在这里需要指出的是，加工所需要的程序可以通过手工编程，自动编程等等一系列方法来实现，在对渐开线涡轮的加工中，我选择自动编程来完成。至于渐开线涡轮的应用，目前用于旋转式流体机械比较多。用于泵也比较广泛，泵是一种面广量大的通用机械，应用于国民经济的各个领域，如农田水利、石油化工、电力、建筑、环保、轻工食品等各行业，需要量很大。随着产品技术水平的提高和节约能源的要求，泵的应用范围正在迅速扩大。二、工艺规程分析设计:1、零件分析：渐开线涡轮是按一定规律环绕在圆柱面上的等宽槽。该零件按中小批量生产，生产纲领为月产100O件。涡轮材料为不锈钢。(lGrl8Ni9Ti),具有良好的耐蚀性和冷塑性变形性能;钢因塑性和韧性很高,切削性较差；为此在切削过程中需使用水性切削冷却液，以减少切削热变形。该零件的尺寸精度要求不是很高，但是在普通机床上是无法加工的，因此选用带有数控回转台的立式数控铳床进行加工。渐开线涡轮正面上的每一个截面在高度上都是不相等的，一般选用立铳刀进行加工。渐开线涡轮加工前通常是一个实心的圆柱体，要经过车削、开槽、粗加工、精加工等工序。2、工艺分析及安排：(1)工序顺序安排原则(a)原则：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。(b)机械加工工艺路线按工序的性质不同一般可分为粗加工，半精加工和精加工三个阶段。表面质量要求特别高时，还应增加光整加工阶段。(c)零件的机械加工路线中，第一道工序往往都是加工精基准，然后使用精基准定位，进行后续加工，如轴类零件先钻中心孔，箱体类零件先加工平面、定位销孔等。(2)工艺安排原则和方法制定工艺规程定的原则是：在保证产品质量的前提下，最大限度的提高生产率和降低制造成本。工件是工艺系的核心。各种加方法都是根据工件的被加表面类型、材料和技术要求等来确定的。夹具是一种工艺装备。它的作用一是保证工件相对于机床和刀具具有正确的位置，这一过程称为“定位”；二是要保证工件在外力的作用下仍能保持正确位置，这一过程称为“夹紧”。要保证工艺系统各环节之间正确的几何位置，应保证工件在夹具中有正确的定位、夹具对机床具有正确的相互位置关系和夹具的正确调整。由于所加工渐开线涡轮的材料为不锈钢，外形尺寸且精度要求不高，我对该零件工件进行了以下的工艺安排：下料（车出零件的外形尺寸82.2*31.8）粗、精铳反面椭圆形槽一一钻、攻M8深8螺纹孔粗、精铳涡轮正面去毛刺检验入库。3、刀具材料的选择：刀具材料通常是指切削部分的材料。在切削过程中，刀具切削部分直接承担切削工作。刀具切削性能的好坏对于切削加工效率、刀具寿命、刀具消耗、加工成本、加工精度和表面质量都有着密切的关系。目前广泛用的刀具材料有高速钢和硬质合金。还有改善化学成分和组织的各种高效率、高性能刀具材料。如超硬高速钢、碳化钛基硬质合金、表面涂层硬质合金、立方氮化硼、陶瓷和人造金刚石等。正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类，形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提高。对于较简单的车刀类刀具，刀具材料应选项用强度高、导热性好的硬质合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。常用的硬质合金材料有：鸽钻类（YG3、YG6、YG8、），鸨钻钛类（YTl5、YTI4、YT5）,添加稀有金属碳化物类（YW1、YW2）0鸽钻类硬质合金的韧性和导热性较好，不易和切屑粘结，因此适用于不锈钢粗车加工；而YW类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好，适合于不锈钢的精车加工。由于零件材料为不锈钢（2Grl3）,属于难加工类零件，根据刀具的选择原则，在车削是选用复合涂层车刀（FNUM150404-A3）,铳削加工所用刀具如下所列：64立铳刀、66立铳刀、66.8麻花钻、M8的机用丝锥、中心钻。4、刀具几何角度的选择：刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀具耐久度、被加工表面摩擦度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响，合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。刀具前角Yo的选择：车削不锈钢时，在不降低刀具强度的条件下，应把前角适当取大一些，在刀具前角大时其塑性变形小，切削力和切削热降低，减轻加工感化趋势，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12°20°左右。车刀后角的选择车削不锈钢时的车刀后角要比车削普通碳钢时稍大一些，但后角过大又会降低刀刃强度，直接影响车刀的耐用度，因此，一般情况下车刀后角宜取6o-10°左右。车刀主偏角Kr的选择：车削不锈钢时的硬化倾向性强，易产生振动，振动又会使加工硬化严重。因此，主偏角一般宜取45°90°左右。5、切削用量的选择：正确地确定切削用量,对保证加工质量、提高生产率、获得良好的经济效益,都有着重要的意义。在确定切削用量时，应综合考虑零件的生产纲领、加工精度、和表面粗糙度、材料、刀具的材料及耐用度等方面因素。粗加工时，由于要求的加工精度较低、表面粗糙度较大，切削用量的确定应该尽可能保证较高的金属切除北和必要的刀具耐用度，以达到较高的生产率。提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率，但在这三个要素中，切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以在确定粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的切削深度，其次考虑采用较大的进给量，最后根据刀具的耐用度要求，确定合理的切削速度。具体数据的确定可参阅有关手册。半精加工、精加工时，确定切削用量首先要考虑的问题是保证加工精度和表面质量同时也要兼顾必要的刀具耐用度和生产率。半精加工、精加工时的切削深度一般根据粗加工后留下的加工余量来确定，而进给量主要根据表面粗糙度来确定。为了减少工艺系统的弹性变形和已加工表面的残留面积高度，半精加工和精加工时一般多采用较小的切削深度和进给量。在切削深度和进给量确定之后，再确定合理的切削速度。6、机床的选择：从工艺上分析：由于椭圆槽,渐开线螺旋槽形状复杂普通铳床根本无法加工,所以选择数控铳床XK5032oXK5032数控铳床主要技术参数：1、机床外形尺寸（长X宽X高）1830mnX1880mmX2050un2、工作台面积320mmX1200mm3、工作台最大行程X轴75OmmY轴35OmmZ轴400mm4、工作台T形槽宽17.46mm间距80mm数量2条5、主轴转速范围45-4500rmin6、进给速度范围52500mmmin7、快速移动速度5000mmmin8、定位精度X轴0.05mmY轴0.04mmZ轴0.04mm9、重复定位精度0.025mm三、夹具设计:1.夹具设计方案分析：对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：（1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具,以缩短生产准备时间。（2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，最好结构简单可靠、制造容易。（3）装卸零件要迅速方便，以减少机床的停机时间。（4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。由于该零件的渐开线螺旋槽和底面的椭圆槽有一定的位置要求，基本的三抓卡盘夹具不怎么理想。