椭圆凸台工艺分析与加工

成人教育毕业论文
论文题目：椭圆凸台的工艺分析与加工专业名称：机械工程及自动化
学生姓名：龚丽
指导教师姓名：张超锋
指导教师职称：教授
院系（点）：
日期：年月日
摘要
随着科学技术的发展，数控技术已经广泛运用于工业控制的各个领域，尤其在机械制造业中应用十分广泛。

而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。

数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。

数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。

1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。

本文开篇主要介绍了数控技术的现状，紧接着对椭圆凸台零件进行工艺分析、再确定其加工工艺路线，加工设备及其工艺在装备的选择，最后编制出该零件的相关工艺卡片及编制零件的数控加工程序，最终对本文做出总结。

关键词：，数控编程，数控技术，数控加工，工艺技术，铣床，加工工艺
目录
第一章绪论 (1)
1.1课题研究的背景与意义 (1)
1.2数控加工的发展与现状 (1)
1.3 课题研究的内容 (2)
第二章椭圆凸台的工艺分析 (3)
2.1 零件的工艺分析 (3)
2.1.1 零件结构的工艺分析 (3)
2.1.2 零件的技术要求分析 (3)
2.2 毛坯的选择 (4)
2.2.1机械加工中常用毛坯的种类 (4)
2.2.2 零件的材料 (5)
2.2.3毛坯的选择技术 (5)
2.2.4毛坯选择的原则 (6)
2.2.5 毛坯形状与尺寸的确定 (6)
2.3 定位基准的选择 (7)
2.4 工艺路线的拟定 (8)
2.5 工序的划分 (8)
2.5.1 加工顺序的安排 (8)
2.5.2 制定加工工艺 (8)
第三章椭圆凸台的数控加工 (11)
3.1 加工顺序 (11)
3.2 工艺装备的选择 (11)
3.2.1 机床的选择 (11)
3.2.2 工件的装夹 (12)
3.2.3 刀具及其切削参数的选择 (12)
3.2.4 量具的选择 (13)
3.3 填写工序文件 (14)
3.4粗精加工的方法 (15)
3.5 确定切削余量 (15)
3.6表面加工方法的选择 (16)
第四章数控加工编程 (17)
4.1数控编程的分类 (17)
4.2 编程方法的选择 (17)
4.3编程原点的确定及数值计算 (17)
4.3.1编程原点的确定 (17)
4.3.2编程数值计算 (18)
4.3.3刀具轨迹 (18)
4.3.4加工程序清单 (20)
结论 (21)
参考文献 (22)
致谢 (23)
第一章绪论
1.1课题研究的背景与意义
数控技术是当今世界制造业中的先进技术之一，它涉及到计算机辅助设计和制造技术，计算机模拟及仿真加工技术，机床仿真及后置处理，机械加工工艺，装夹定位技术与夹具设计与制造技术，金属切削理论，以及毛坯制造技术等多方面的关键技术。

数控技术的发展具有良好的社会和经济效益，对国家整个制造业的技术进步，提高制造业的市场竞争力有着重要的意义。

数控技术是用数字或数字信号构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的一门技术，简称数控即NC。

数控技术综合运用了微电子、计算机、自动控制、精密检测、机械设计和机械制造等技术的最新成果，通过程序来实现设备运动过程和先后顺序的自动控制，位移和相对坐标的自动控制，速度、转速及各种辅助功能的自动控制。

数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统，而数控机床则是采用数控系统进行自动控制的机床。

其操作命令以数字或数字代码即指令的形式来描述，其工作过程按照指令的控制程序自动进行。

所谓数控加工，主要是指用记录在媒体上的数字信息对机床实施控制，使它自动地执行规定的加工任务。

数控加工可以保证产品达到较高的加工精度和稳定的加工质量；操作过程容易实现自动化，生产率高；生产准备周期短，可以大量节省专用工艺装备，适应产品快速更新换代的需要，大大缩短产品的研制周期；数控加工与计算机辅助设计紧密结合在一起，可以直接从产品的数字定义产生加工指令，保证零件具有精确的尺寸及准确的相互位置精度，保证产品具有高质量的互换性；产品最后用三坐标测量机检验，可以严格控制零件的形状和尺寸精度。

当零件形状越复杂，加工精度要求越高，设计更改越频繁，生产批量越小的情况下，数控加工的优越性就越容易得到发挥。

数控加工系统在现代机械产品中占有举足轻重的地位，得到了广泛的应用。

数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化的基础，是发展数控机床和先进制造技术的最关键技术，应用数控技术是提高劳动生产率和制造业的产品质量必不可少的重要手段。

数控机床作为数控技术实施的重要装备，成为提高加工产品质量，提高加工效率的有效保证和关键。

1.2数控加工的发展与现状
随着电子技术的发展,1946年世界上第一台电子计算机问世,由此掀开了信息自动化的新篇章。

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。

由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。

1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。

1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。

20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

进入20世纪90年代以来，数控技术呈突飞猛进之势，正朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化、信息网络化及CIMS方向发展。

与传统加工相比，数控机床的加工工艺与通用机床加工工艺在方法与内容上有许多相似之处，但在数控机床上加工凸轮板比在通用机床上加工凸轮板的工艺要复杂的多，并且在控制方式上也有所不同，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。

在数控加工前，要将机床的运动过程、凸轮板的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础，合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则无法做到全面周到的考虑凸轮板加工的全过程，以及正确、合理地编制凸轮板的加工程序。

1.3 课题研究的内容
本课题研究了各种毛坯，以及每种毛坯是用什么材料做成的。

椭圆凸台在加工过程中要用到哪些工艺、机床、刀具。

选择刀具和工艺相对应的刀具切削用量和进给量。

在加工过程中需要使用到得量具，对此零件进行加工时的工艺步骤是怎样的。

需要对零件的工艺、所以用到的机床、刀具、切削用量、进给量等进行分析，阐述为什么会选择这样的工艺、机床、刀具、切削用量和进给量。

对于一个凸轮板来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中一部分加工内容适合数控加工。

这就需要对凸轮板图进行仔细的工艺分析，选择那些最合适、最需要进行数控加工的内容和工序。

在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控机床的优势。

在选择时一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容可作为优先选择内容；
（2）通用机床难加工，质量难以保证的内容应作为重点选择内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在的富裕加工能力时选择。

第二章椭圆凸台的工艺分析
图1.1 零件图
2.1 零件的工艺分析
如图1.1所示为椭圆凸台的零件图，图中若有不清晰之处请看附图。

该零件的生产批量为单件小批量生产。

2.1.1 零件结构的工艺分析
该零件的结构主要由外型轮廓、型腔、槽、通孔及螺纹孔等组成，这些部位的加工在普通机床上很难完成其加工，因此选择在数控机床上加工，这样不仅能够加工所有部位，并能提高加工效率。

2.1.2 零件的技术要求分析
零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。

进行
零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性，以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。

同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度大，增加不必要的成本。

从图1.1分析得知，该零件的尺寸精度有：厚度1205.0±的精度等级为IT11级、尺寸5005.0±的精度等级为IT10级、尺寸7505.0±的精度等级为IT9-10级，其余未注公差等级按IT12进行加工；形状精度按GB1184-80控制；表面粗糙度要求有：台阶轮廓、椭圆内壁的表面粗糙度均为Ra1.6um ，其余表面粗糙度为Ra6.3um 。

2.2 毛坯的选择
毛坯的选择是凸轮板设计中的重要一环，合理选择毛坯的类型，会使凸轮板的制造工艺简单、生产率高、质量稳定、成本降低。

为能合理选择毛坯，需要了解和掌握各种毛坯的特点、适用范围及选用原则。

2.2.1机械加工中常用毛坯的种类
毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法，机械制造中常用的毛坯有以下几种：
(1)铸件
形状复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。

目前铸件大多用砂型铸造，它又分为木模手工造型和金属模机器造型。

木模手工造型铸件精度低，加工表面余量大，生产率低，适用于单件小批生产或大型零件的铸造。

金属模机器造型生产率高，铸件精度高，但设备费用高，铸件的重量也受到限制，适用于大批量生产的中小铸件。

其次，少量质量要求较高的小型铸件可采用特种铸造（如压力铸造、离心制造和熔模铸造等）。

(2)锻件
机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。

锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。

自由锻造锻件可用手工锻打（小型毛坯） 、 机械锤锻（中型毛坯）或压力机压锻（大型毛坯）等方法获得。

这种锻件的精度低，生产率不高，加工余量较大，而且零件的结构必须简单；适用于单件和小批生产，以及制造大型锻件。

模锻件的精度和表面质量都比自由锻件好，而且锻件的形状也可较为复杂，因而能减少机械加工余量。

模锻的生产率比自由锻高得多，但需要特殊的设备和锻模，故适用于批量较大的中小型锻件。

(3)型材
型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其它特殊截面的型材。

型材有热轧和冷拉两类。

热轧的型材精度低，但价格便宜，
用于一般零件的毛坯；冷拉的型材尺寸较小、精度高，易于实现自动送料，但价格较高，多用于批量较大的生产，适用于自动机床加工。

(4)焊接件
焊接件是用焊接方法而获得的结合件，焊接件的优点是制造简单、周期短、节省材料，缺点是抗振性差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。

除此之外，还有冲压件、冷挤压件、粉末冶金等其它毛坯。

2.2.2 零件的材料
机械加工中常用的材料有：
（1）45钢——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。

性能：综合性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。

小型件宜
采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

应用：主要用于制造强度高的运动件。

（2）QT42-10
性能：为铁素体型球墨铸铁，韧性和塑性较高。

低温时，韧性向脆性转变，但低温冲击值较高，且有一定的抗温度急
性变和耐蚀性。

应用：在农机中用于铧犁、犁柱、差速器壳等；通用机械中用作阀体、高低压气缸等；还可用于输电线路的钢帽等。

该零件的材料为LY12，LY12是旧牌号，新牌号是2A12，这是一种高强度硬铝，可进行热处理强化，在退火和刚淬火状态下塑性中等，点焊焊接性良好，用气焊和氩弧焊时有形成晶间裂纹的倾向；合金在淬火和冷作硬化后其可切削性能尚好，退火后可切削性低；抗蚀性不高，常采用阳极氧化处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力。

LY12为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。

很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。

该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件。

温度高于125°C，2024合金的强度比7075铝合金的还高。

热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。

抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。

广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件。

2.2.3毛坯的选择技术
在选择毛坯时应考虑下列因素：
（一）零件的生产纲领大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造技术，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。

如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷拉和冷轧型材。

单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造技术。

（二）零件材料的技术性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。

（三）零件的结构形状和尺寸形状复杂的毛坯，一般采用铸造技术制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。

一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。

（四）现有的生产条件选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。

2.2.4毛坯选择的原则
选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。

毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且对零件的加工质量、加工方法、生产率及生产成本都有很大的影响。

因此，选择毛坯要从毛坯的制造和机械加工两方面综合考虑，以求得最佳的技术经济效果。

在选择毛坯时应考虑下列因素：
1.零件材料及力学性能要求，例如材料为铸铁的零件，应选择铸造毛坯。

对于重要的钢制零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯；形状较简单及力学性能不太高时，可用型材毛坯；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。

2.零件的结构形状与大小，轴类零件毛坯，如直径和台阶相差不大，可用棒料；如各台阶尺寸相差较大，则宜选用锻件。

大型零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；中小型零件可用模锻件或特种铸造件。

3.生产类型，大批大量生产时，应选用毛坯精度和生产率均较高的毛坯制造方法，和精密如模锻、金属型机器造型铸造和精密铸造。

单件小批生产时，可采用木模手工造型铸造或自由锻造。

4.现有生产条件，选择毛坯时，必须考虑现有生产条件，如现有毛坯制造的水平和设备情况，外协的可能性及经济性等。

5.充分利用新工艺、新材料，为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑应用新工艺、新技术和新材料。

如精铸、精锻、冷轧、冷挤压和粉末冶金等在机械中的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料，大大提高了经济效益。

2.2.5 毛坯形状与尺寸的确定
毛坯的选择是凸轮板设计中的重要一环，合理选择毛坯的类型，会使凸轮板的制造工艺简单、生产率高、质量稳定、成本降低。

为能合理选择毛坯，需要了解和掌握各种毛坯的特点、适用范围及选用原则
毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量
等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。

但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。

毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。

铸件公称尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。

毛坯余量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。

如铸造毛坯的加工余量，是由铸件最大尺寸、公称尺寸（两相对加工表面的最大距离或基准面到加工面的距离）、毛坯浇注时的位置（顶面、底面、侧面）、铸孔的尺寸等因素确定的。

对于单件小批生产，铸件上直径小30mm 和铸钢件上直径小于60mm 的孔可以不铸出。

而对于锻件，若用自由锻，当孔径小于30mm 或长径比大于 3 的孔可以不锻出。

对于锻件应考虑锻造圆角和模锻斜度。

带孔的模锻件不能直接锻出通孔，应留冲孔连皮等。

毛坯的形状和尺寸的确定，除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等技术因素的影响。

在这种情况下，毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。

例如，为了加工时安装方便，有的铸件毛坯需要铸出必要的技术凸台。

技术凸台在零件加工后一般应切去。

又如车床开合螺母外壳，它由两个零件合成一个铸件，待加工到一定阶段后再切开，以保证加工质量和加工方便。

根据该零件的技术要求，确定该零件的毛坯为77mm×52mm×13mm。

其毛坯图如图2.1所示。

图2.1 毛坯图
2.3 定位基准的选择
基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。

否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

1.粗基准选择：粗基准选择应为后续加工提供精基准，保证加工面与不
加工面之间的位置要求或合理分配各加工面的余量，两者矛盾，对该零件应以要求与余量均匀的重要表面为粗基准，故该零件选择未加工的零件上下表面中的一面为粗基准加工上侧面。

2.精基准选择：应该主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，为消除基准不重合误差，应该以设计基准为精基准，该零件选择两长侧面为精基准。

2.4 工艺路线的拟定
拟订工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。

工艺路线的的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性。

2.5 工序的划分
2.5.1 加工顺序的安排
加工顺序的安排应按照先粗后精、先面后孔、基面先行等原则进行，根据该凸轮板的结构，确定其加工顺序为：
1)下料制造毛坯；
2)热处理正火；
3)以上下表面中的一面定位，另一面压紧，铣外轮廓，保证尺寸75±
0.05mm，50±0.05mm；
4)以上下表面中的一面定位，夹零件外轮廓，铣另一平面，保证表面粗
糙度Ra3.2um；
5)以铣好的平面定位，夹零件外轮廓，铣另一面，台阶外型轮廓、椭圆
槽、型腔、通孔、螺纹；
6)去毛刺；
7)热处理调制处理HRC50～55；
8)检验；
9)入库。

分析以上工艺内容，基本合理，可按照此顺序加工该零件。

2.5.2 制定加工工艺
1.铣平面
技术要求：铣削平面以上下表面中的一面定位，另一面压紧，铣外轮廓，保证尺寸75±0.05mm，50±0.05mm；
加工工艺：
(1)用平口钳夹紧工件
(2)刀具：Ф20立铣刀，Ф16面铣刀
(3)切削参数：Ф16面铣刀转速600 进给200
Ф20立铣刀转速1800 进给150
(4)铣削出外轮廓
2.铣削工件外轮廓R10，留出工件高度8
加工工艺：
(1)调整立铣刀高度
(2)刀具：Ф10立铣刀
(3)切削参数：Ф10立铣刀转速2000 进给100
(4)铣削出外轮廓
3.铣削轮廓
加工工艺：
(1)对刀外形铣削
(2)刀具:Ф8立铣刀
(3)切削参数：Ф8立铣刀转速1800 进给150
(4)铣削出轮廓
4.铣削内椭圆。