1、某型客机AQ806零件制造工艺设计及数控加工毕业论文(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 某型客机AQ8-06零件制造工艺设计及数控加工 系 别机械工程系专 业机械设计制造及其自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保
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4、照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要本文对某航空客机接头零件进行制造工艺设计分析及数控加工的设定，包括：粗精加工阶段划分，切削方式，刀具的选用，切削用量参数设置及走刀路线的确定等，并利用UG软件加工模块，设置加工参数，自动生成数控加工刀路及程序，并进行后置处理操作；选用VNUC4.0对部分数控加工程序进行仿真模拟，观察加工过程，修改不足之处。实际应用表明UG软件在数控加工中的应用不仅仅大大节省了计算工作量，而且避免了手工编程的出错率，大幅提搞了加工质量和加工生产周期。关键词：制造工艺设计；UG数控加工；仿真模拟； AbstractThis paper manu
5、facturing process design analysis and NC machining setting, on a flight joint part includes: the coarse and fine processing stages, cutting, cutting tool selection, setting and cutting line cutting parameters is determined, and the use of UG software processing module, set up the parameter of proces
6、sing, automatic generation of NC machining tool path and program, and post processing operation; using VNUC4.0 for simulation of NC machining program part, to observe the process, modify the shortcomings. Practical applications show that the application of UG software in NC machining is not only gre
7、atly reduce the calculation, but also avoids the manual programming error, be in the processing quality and production cycle.Keywords: manufacturing process design; UG machining; simulation;1.1 数控加工定义 41.2 数控加工技术的起源，实际意义 4 1.2.1 数控加工技术的起源 4 1.2.2 数控加工技术的实际意义 52引言 62.1题目分析 62.2方案 73. 数控加工工艺的分析及定制 83.
8、1零件的工艺分析 8 3.1.1 凸铣台 103.2刀具的选择 113.3加工切削用量的分析及确定 123.4加工路线的确定 143.6进给速度的确定 153.7背吃刀量的确定 154. UG软件加工功能 164.1 UG加工概述 164.2 UG零件操作、制造过程和加工过程 165.UG中 CAM模块生成加工刀具轨迹 175.1利用CAM模块生成粗精加工轨迹 186. 零件的仿真模拟加工 216.1利用VNUC4.0仿真软件仿真加工 216.2建立工件坐标系 246.3程序的加载和修改 247.经济分析 25结束语 27致 谢 27参考文献 28附录 程序清单 29 1绪论1.1数控加工定义
9、 数控加工（numerical control machining），是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。数控技术是现代制造技术的基础，它的广泛应用使普通机械被数控机械所代替，使全球制造业发生了根本变化。数控技术的水准、拥有和普及程度已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志之一。1.2数控加工技术的起源，实际意义，发展方向1.2.1数控加工技术的起源1946年诞生了
10、世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1.数控（NC）阶段（19521970年）.早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（
11、NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。2.计算机数控（CNC）阶段（1970年现在）.到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的通用两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统
12、。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机；1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC（国外称为PC-BASED）。 还要指出的是，虽
13、然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的数控，实质上已是指计算机数控了。1.2.2数控加工实际意义 数控机床是根据加工程序对工件进行自动加工的先进设备，工件的加工质量主要由机床的加工精度、工艺和加工程序的质量决定，基本上排除了机床操作人员手工操作技能的影响，但对操作者的综合素质提出了较高的要求。尤其是在我国开始逐渐普及数控加工技术的初期，很多企业拥有先进的数控机床，但数控加工工艺及加工程序的质量却很低，数控机床操作人员的数量和素质不能满足数控加工快速发展的要求，导致产品质量差，加工效率低。目前，符合数控加工实际需要的数控机床操作人员还存在较大的缺口
14、。据统计，2000年我国仅数控加工操作工就短缺60万人。 数控机床是典型的机、电、液、气一体化的设备，对使用操作人员的要求较高，是国家劳动和社会保障部要求持职业资格证书上岗的技术复杂性工种。数控机床的操作不同于普通机床对操作者的经验和手工技巧的要求，需要操作人员具有较好的工艺基础知识和较高的综合素质，能够不断了解和掌握先进加工技术的实际应用。 数控机床要按照数控加工程序自动进行零件的加工，必须由机床操作人员具体实施。可以说，数控加工工艺方案是通过机床操作人员在数控机床上实现的，数控加工现场经验的积累又是提高数控加工工艺和数控加工程序质量的基础。因此，数控机床的操作是企业生产过程中一个重要的环节
15、，数控机床操作人员的素质和水平将直接影响企业的生产效率、产品质量以及生产成本，高素质的数控机床操作人员是保证数控加工工艺得以正确和顺利实施的重要条件之一。2引言2.1题目分析高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。数控加工取代传统加工占据生产制造的主导地位已成为一种趋势，但由于历史的原因，传统的加工设备与先进的数控机床并存，是目前乃至今后很长一段时期内大多数制造企业的设备现状。如何从工艺的角度根据各企业的设备现状、产品生产规模、零件结构形式与加工精度要求等方面来合理地进行产品工艺方案设计，充分发挥企业现有数控设备与传统设备的加工效率，使企业设备资源与人力资源得到充分利用，需要从多个方面
16、来探讨。其中数控编程系统正向集成化，网络化和智能化方向发展。毕业设计题目是航空某客机零件的制造工艺设计及数控加工。这是一个基于计算机的工程设计型题目，该题目来源于工程实践中，属于加工制造综合的课题。该题目要求对加工零件、加工工艺、工艺装备和加工中存在的问题进行现场调研并用UG软件对零件进行加工，并生成零件二维工程图，对数控工艺进行详细设计，编写制造大纲，用UG软件生成刀轨输出NC代码。该题目要求的重点和难点就体现在对航空类零件工艺的分析和用CADCAM软件进行模拟加工及刀轨的生成。2.2方案在应用UG软件实现对航空类零件数控加工前需要明确几个较为重要的问题；此零件是航空零件，对零件的设计和加工
17、精度要求都比较高，所以对零件的加工操作比较严格，既要考虑零件加工的先后顺序，装夹方式，也要考虑零件的材质和加工参数。 根据发下来的零件，进行各方面的分析，有如下考虑：1）该零件的材质是板材， 由于其强度和硬度相对较低，塑性较小， 对刀具磨损小， 且热导率较高，切削温度较低，适于较高切削速度切削，切削力小工件变形小；2）该零件结构特点：接头件，选用三轴数控机床即可；根据零件特点及装夹余量毛坯可选31x100x313）铣削方式一般采用顺铣，可以获得比逆铣较高的表面质量，刀具材料可选为W18Cr4V高速钢或YG6（粗加工、半精加工）、YG8（粗加工）硬质合金，选取较大前角，切削刃要磨得锋利，刀具表面
18、粗糙度要小；4）装夹方式选用压板即可. 图2-1毛坯+零件 图2-2毛坯草图 3. 加工工艺的分析及定制3.1零件的工艺分析 零件轴测图3-1 粗铣图3-2精铣圆角图3-3精铣外形图3-43.1.1 铣凸台 外型再细分：粗铣外型、精铣外型、切断零件；为保证加工质量和合理的使用设备、人力，零件的加工过程通常按工序的性质不同，可将加工阶段分为：粗加工 大量切除毛坯表面多余金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，提高加 工效率；半精加工 使主要表面达到一定精度，留有一定精加工余量；精加工 保证主要表面的尺寸精度及表面粗糙度要求；光整阶段 对于零件精度及表面粗糙度要求很高的表面，需要光整加工；注意事项
19、：应用高速切削技术加工薄壁零件的关键在于切削过程的稳定性。随着零件壁厚的降低, 零件的刚性减低, 加工变形增大, 容易发生切削振颤，影响零件的加工质量和加工效率。在生产中应充分利用零件整体刚性的刀具路径优化方案，尽可能使零件的未加工部分作为正在铣削部分的支撑，使切削过程处在刚性较佳的状态。对于侧壁的铣削加工，在切削用量允许范围内，采用大径向切深、小轴向切深分层铣削加工，充分利用零件整体刚性。为防止刀具对侧壁的干涉，可以选用或设计特殊形状铣刀，以降低刀具对工件的变形影响和干扰。对于较深的型腔和侧壁的高效铣削加工，合理的大长径比刀具可以有效的解决该类问题。在较高的机床主轴转速和功率状态下，通过调整
20、刀具的悬伸长度来调整机床刀具工件工艺系统的自然频率，避开可能的切削振动，可用较大的轴向切深铣3.2刀具的选择在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。削深腔和侧壁，实践表明该方法有较大的金属去除率和较高的表面完整性。 刀具示意图3-5加工中心用立铣刀大多采用弹簧夹套装夹方式，使用时处于悬臂状态。在铣削加工过程中，有时可能出现立铣刀从刀夹中逐渐伸出，甚至完全掉落，致使工件报废的现象，其原因一般是因为刀夹内孔与立铣刀刀柄外径之间存在油膜，造成夹紧力不足所致。立铣刀出厂时通常都涂有防锈油，如
21、果切削时使用非水溶性切削油，刀夹内孔也会附着一层雾状油膜，当刀柄和刀夹上都存在油膜时，刀夹很难牢固夹紧刀柄，在加工中立铣刀就容易松动掉落。所以在立铣刀装夹前，应先将立铣刀柄部和刀夹内孔用清洗液清洗干净，擦干后再进行装夹。 当立铣刀的直径较大时，即使刀柄和刀夹都很清洁，还是可能发生掉刀事故，这时应选用带削平缺口的刀柄和相应的侧面锁紧方式。立铣刀夹紧后可能出现的另一问题是加工中立铣刀在刀夹端口处折断，其原因一般是因为刀夹使用时间过长，刀夹端口部已磨损成锥形所致，此时应更换新的刀夹。由于立铣刀与刀夹之间存在微小间隙，所以在加工过程中刀具有可能出现振动现象。振动会使立铣刀圆周刃的吃刀量不均匀，且切扩量
22、比原定值增大，影响加工精度和刀具使用寿命。但当加工出的沟槽宽度偏小时，也可以有目的地使刀具振动，通过增大切扩量来获得所需槽宽，但这种情况下应将立铣刀的最大振幅限制在0.02mm以下,否则无法进行稳定的切削。在正常加工中立铣刀的振动越小越好。 当出现刀具振动时，应考虑降低切削速度和进给速度，如两者都已降低40%后仍存在较大振动，则应考虑减小吃刀量。如加工系统出现共振，其原因可能是切削速度过大、进给速度偏小、刀具系统刚性不足、工件装夹力不够以及工件形状或工件装夹方法等因素所致，此时应采取调整切削用量、增加刀具系统刚度、提高进给速度等措施。在模具等工件型腔的数控铣削加工中，当被切削点为下凹部分或深腔
23、时，需加长立铣刀的伸出量。如果使用长刃型立铣刀，由于刀具的挠度较大，易产生振动并导致刀具折损。因此在加工过程中，如果只需刀具端部附近的刀刃参加切削，则最好选用刀具总长度较长的短刃长柄型立铣刀。在卧式数控机床上使用大直径立铣刀加工工件时，由于刀具自重所产生的变形较大，更应十分注意端刃切削容易出现的问题。在必须使用长刃型立铣刀的情况下，则需大幅度降低切削速度和进给速度。采用顺铣有利于防止刀刃损坏，可提高刀具寿命。但有两点需要注意：如采用普通机床加工，应设法消除进给机构的间隙；当工件表面残留有铸、锻工艺形成的氧化膜或其它硬化层时，宜采用逆铣。3.3加工切削用量的分析及确定切削用量包括切削速度( 主轴
24、转速) 、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下。粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量
25、；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量, 这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下： 粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。当
26、冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取ap=0.050.8mm；半精加工时，取ap=1.03.0mm。 一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。在数控加工中，一般L的取值范围为: L=(0.60.9)d。进给量( 进给速度)是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具, 其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z 及每齿进给量fz的关系为:
27、Vf=fn=fzzn。粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的f；反之，适当降低f。精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。一般，精铣时可取2025mmmin, 精车时可取0.100.20mmr。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进
28、给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。 (4) 切削速度Vc（mmin）的选择根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。 (5) 主轴转速n(r
29、min) 主轴转速一般根据切削速度VC来选定。计算公式为: n=1000VCD.式中，D为工件或刀具直径（mm）。 数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。3.4加工路线的确定 加工路线是指数控机床在加工过程中刀具相对零件的运动轨迹和方向。加工路线的确定是与加工精度和表面粗糙度密切相关的。因此妥善的安排加工路线，对于提高加工质量和保证零件的技术要求是非常必要的，加工路线的确定应考虑以下几点：（1）尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间。例如在机床快速进给的过程中，可以采用刀具快速进入的方法，当距离工件表面5mm时候，停止快速进刀，这样就有效的减
30、少了进退刀时间。（2）在铣削加工零件轮廓时，要恰当地考虑顺铣或逆铣加工方式零件表面有硬皮时，加工时应选用逆铣，避免刀具崩刀，精加工时选用顺铣，零件表面无硬皮时，粗、精加工均应选用顺铣，例如：在加工本零件端面的过程中，由于零件表面无硬皮，所以粗铣阶段我选用了逆铣的加工方法，而在精加工过程中，则选用了顺铣加工，因为顺铣既有利于提高零件的表面加工质量又有利于减小刀齿磨损。（3）选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓的法向切入、切出及进给中途停顿，确保零件轮廓平滑过渡，以免在切入点，切出点和停顿点处留下接刀痕。3.5主轴转速的确定 切削速度大也可以提高生产率，但是提高生产率的最有效措施还是尽可能采
31、用大的切削深度。因为切削速度与刀具耐用度的关系比较密切，随着切削速度的加大，刀具耐用度将急剧下降，采用立铣刀铣削轮廓时，切削速度可达200mmin以上主轴转速应根据允许的切削速度和工件的直径来选择。其计算公式为： n=1000v(D)式中：v为切削速度，单位为mmin，由刀具的耐用度决定；n为主轴转速，单位为rmin；D为工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。对于加工比较容易变形的薄壁零件采用分层加工，这样有利于散热，同时可以防止变形。又由于零件的结构特点，零件轮廓的拐角比较多，所以转速不能过大，否则零件的轮廓外形可能会被损坏，主轴转速的最后确定还应根据加工零件的材料性能决定的。本次加工的材料是铝合金所以比较容易加工。机床的主轴转速可以给到3000 6000rmin.3.6进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中，在接近拐角处应当适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓
