制动泵壳体的机械加工工艺规程设计

长春工业大学毕业设计论文 毕业实训 《制动泵壳体Ⅰ的机械加工 工艺规程设计》 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 2011--2014年度毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：气泵壳体的机械加工工艺规程设计 设计组姓名： 班级： 指导教师姓名： 一、设计（论文）内容 1、机械加工工艺规程设计； 2、机械加工工序设计（几个主要工序采用数控加工）； 3、选择数控机床、编制数控加工程序； 4、编写设计说明书； 5、翻译一篇数控技术方面的外文资料。 二、设计（论文）的目的 1、根据机械零件的产品图纸、技术要求及产品的生产纲领，确定毛坯类型、制定工艺路线、进行工序设计。 2、在工序设计中，尽量采用数控加工，熟练掌握数控机床操作面板上各按键的功能，熟悉数控系统的基本功能和操作。 3、熟悉、掌握数控加工程序的编制及应用。 4、掌握零件设计与加工的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和等。 三、设计（论文）的主要技术指标 1、产品图纸（见附件I）。 2、产品用途为轻型客、货车（≤1吨）制动泵壳体 3、生产纲领为：年产20万件。 4、论文撰写规范，条理清晰；译文外文出处明确，翻译准确。 四、进度安排 1．团队构成及分工 项目组：第 组 职能 成员 项目角色 任务分工 成绩 组长 崔洁欣、郭金红 设计 工艺规程设计、 外文翻译、设计说明书 组员 徐梓郡、郭大伟 设计 工序设计、 外文翻译、设计说明书 袁东成、 陆建宇、王晗 设计 工序设计、数控加工 程序设计、设计说明书 杜云龙、 吴迪、张鑫 设计 工序设计、数控加工 程序设计、设计说明书 毕业设计时间共12周，具体工作进度建议如下表： 2．系统开发进度 序号 任务名称 开始时间 完成时间 持续时间 1 熟悉设计内容、 收集收集资料 2011.3.8 4天 2 工艺规程设计 2011.3.14 10天 3 工序设计 2011.3.28 28天 4 数控加工程序设计 2009-4-27 14天 5 撰写设计说明书 2009-5-11 21天 6 外文翻译 2009-6-1 7天 7 设计整理、打印 2009-6-8 3天 8 答辩 2009-6-11 2天 摘要 随着中国经济的快速发展，“中国制造”开始行销全球。2006年，中国制造业的GDP增加值达到10956亿美元，首次在总量上超过日本，成为世界排名第二的制造大国；2007年，中国制造业的GDP增加值达到13000亿美元。陕西渭河工模具总厂是机械电子行业数控模具专业生产企业。从最初的研发试制到现在的数控机床的应用，设计和制造了许多典型的数控加工的零件，在国内赢得了良好的声誉。近年来，随着数控的发展不断应用，我厂生产了大批的精密数控机床及加工零件，特别是多工位级数控车床和多工位传递数控铣床，从设计上还是制造方面均可与进口零件相媲美。 我厂应用数控车床技术起步较早，不但是在设计和加工上应用了数控模拟技术，同时在工艺参数上，特别是复杂零件的几何参数上也应用了数控模拟技术，被陕西省科技厅、国家科技部授予“数控示范企业"称号。近10年来，在零件设计上已经全部采用了数控模拟技术，部分加工上也应用了数控编程技术。我厂零件设计应用平台硬件是美国SGI工作站，软件是美国EDS公司的UG软件，近年来又购进了"电子图板"设计软件。同时，针对本厂所设计的范围我们做了许多标准件的图库，此项工作大大地提高了设计速度。数控车、铣加工技术在该厂应用面比较广，但存在的不足主要有二点：一是由于软件引进较早，且一直没有升级。 　　关键词: 数控，模拟，制造 “Guizhou University school insignia” Numerical Control practice 　　Abstract 　　Along with the Chinese economy fast development, “China makes” starts to sell the whole world.In 2006, the Chinese manufacturing industry GDP increase in value achieved 1,095,600,000,000 US dollars, for the first time surpass Japan in the total quantity, becomes the world to be listed the second manufacture great nation; In 2007, the Chinese manufacturing industry GDP increase in value amounts to 1,300,000,000,000 US dollars..The Shaanxi Weihe River jig has the main plant is the mechanical electronic profession labor mold specialized production enterprise.Trial produces from the initial research and development to the present Numerical Control application, designed and makes many models to flush the mold coldly, in domestic has won the good prestige. In recent years, along with the Numerical Control unceasing application, my factory has produced large quantities of precise ramming mold, specially the multi-location level enters the mold and the multi-location transmission mold, no matter makes the aspect from the design to be possible to compare favorably with with the import mold. My factory applies the Numerical Control technology start early, not only has applied the Numerical Control technology in the design and the processing, simultaneously in the craft parameter, specially in the complex components geometry parameter also has applied the imitate technology, by the Shanxi Province science and technology hall, National Technical department is awarded “Numerical Control imitate the demonstration enterprise " title. In the recent 10 years, already completely used the imitate technology in the mold design, in the part processing have also applied the imitate technology.My factory mold design applies the platform hardware is American SGI Workstation, the software is American EDS Corporation's UG software, in recent years has purchased " the electronic chart board " design software. At the same time, we has made many standard letter map storages in view of this factory design scope, this work enhanced the design speed greatly. The Numerical Control technology quite is broad in my factory application surface, but exists the insufficiency mainly has three points: One is as a result of the software introduction early, also has not promoted, misses 11 editions with the present UG edition. 　　Key word: Numerical Control, imitate, manufacture 　　 目录 1.零件的分析------------------------------------------------1 2.工艺规程设计----------------------------------------------2 2.1确定毛坯的制造形式--------------------------------------2 2.2基面的选择----------------------------------------------5 2.3制定工艺路线--------------------------------------------11 2.4机械加工余量的确定--------------------------------------21 2.5确定切削用量及基本工时----------------------------------24 2.5.1工序--------------------------------------------------24 2.5.2工序--------------------------------------------------25 2.5.3工序--------------------------------------------------25 2.5.4工序--------------------------------------------------25 2.5.5工序--------------------------------------------------26 2.5.6工序--------------------------------------------------26 2.5.7工序--------------------------------------------------27 2.5.8工序--------------------------------------------------27 3．数控程序的设计------------------------------------------27 4．设计体会------------------------------------------------30 5．参考文献------------------------------------------------35 6. 英文翻译------------------------------------------------36 7. 附件II-------------------------------------------------68 1．零件的分析 1.1零件的作用 气泵壳体，是汽车制动系统的重要组成部分，液压制动装置是利用彼此独立的双腔或单腔制动主缸(总泵)通过两套独立管路分别控制一个或两个制动轮缸(分泵)。制动泵汽车的刹车系统分为两种，一种叫油刹，一种叫气刹，我简单做一下介绍：。 1.1.1油刹结构简单，安装空间小，只是需要刹车总泵、分泵、油杯及连接管路，不需要其他的附属设备；气刹就复杂多了，除了刹车总泵、分泵、刹车管路外，还有打气泵（通过皮带与发动机连接）、储气筒、高压控制器（调节压力，车用可以达到8个大气压）、继动阀等部件，需要安装空间大，结构较复杂，而且为了确保安全，后刹车分泵现在都是断气刹车（增加费用、结构复杂）。 1.1.2油刹反应速度稍慢、刹车柔和、力度小；气刹反应迅速、刹车粗暴、力度大（气压高，可以达到8个大气压）。 因此有这些原因，一般油刹大都在中小型汽车，体积小、结构简单，本身车轻，不需要太大的力度，近几年有向中型车发展的趋势（载重在10吨以下，一些19座以下的中型客车，都采用油刹）。气刹大都在大型货车、大客车上使用，车大有空间、需要的刹车力度大，使用距离长，反应速度需要快，增加的费用反映在整台车上所占比例也不多。 我们一般接触到的大多为小型车辆，所以本文主要谈油刹系统。 1.1.3刹车的工作原理主要是来自摩擦，利用刹车片与刹车碟（鼓）及轮胎与地面的摩擦，将车辆行进的动能转换成摩擦后的热能，将车子停下来。一套良好有效率的刹车系统必须能提供稳定、足够、可控制的刹车力，并且具有良好的液压传递及散热能力，以确保驾驶人从刹车踏板所施的力能充分有效的传到总泵及各分泵，最后作用于轮胎产生制动效果。车辆刹车时，会产生大量的热能，而这些热能必然会传导至整个刹车系统，而首当其冲的就是刹车油。 刹车油是一种很稳定的压力油,具有不可压缩性，化学品和高温都不易令它变质。它的作用是有效的传递制动力，达到使车辆减速或停止的目的。由于刹车油在汽车制动系统中的重要作用，国际和国内对刹车油的生产具有严格的规定和标准。 1.1.4制动液泵级别有高低，级别越高，安全保障性越好。一般情况下，微型、中低档汽车适宜选取符合HZY3标准的制动液泵，而中高档车建议选择HZY4标准的制动液。当然，微型、中低档汽车选择HZY4也没有任何问题，而且更好。HZY5标准的制动液主要用于军工方面，一般在民用方面采用的较少，适用于沙漠等苛刻条件。 这样，当其中一套管路失效时，另一套管路还可以在各个车轮起制动作用，比单管路制动系统安全可靠。使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外力，而这些外力的大小都是随机的、不可控制的，因此汽车上必须装设一系列专门装置以实现上述功能。 1.2零件的工艺分析 气泵壳体共有四个加工面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下： 1、 以∅25.4为中心的加工表面。 这组加工表面包括：一个∅25.4的孔及其倒角，还有∅40的外圆，∅38的槽。 2、 还是以∅25.4为中心，调过头，加工另一个表面，同样要加工一个∅40的外圆，∅38的槽。 3、 以∅25.4孔的中心为加工基准，车∅40的外圆。 4、 以∅25.4孔的中心为加工基准，铣14.5×61的端面。 2. 工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式： 确定毛坯的原则：应在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。提高毛坯制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，同时也可能会增加毛坯的制造成本，要根据零件生产类型和毛坯制造的生产条件综合考虑。毛坯制造形成组织和力学性能会有很大差别，正确选择毛坯制造工艺方法，可以发挥材料的性能潜力，提高毛坯的内部质量。锻件、挤压件和压铸件的力学性能明显高于砂型铸件零件.材料为HT200，批量生产，以提高生产率，保证加工精度上考虑采用模铸成型。毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。 2.1.1．毛坯的种类 (1) 铸件 铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。 (2) 锻件 锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。 (3) 型材 型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。 (4) 焊接件 焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件 (5) 冷冲压件 冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。 2.1.2 毛坯选择时应考虑的因素 (1) 零件的材料及机械性能要求 零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。 (2) 零件的结构形状与外形尺寸 (3) 生产纲领的大小 (4) 现有生产条件 (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，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用 零件的毛坯选择     材料的成形过程机械制造的重要工艺过程。机器制造中，大部分零件是先通过铸造成形、锻压成形、焊接成形或非金属材料成形方法制得毛坯，再经过切削加工制成的。毛坯的选择，对机械制造质量、成本、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。     通常，零件的材料一旦确定，其毛坯成形方法也大致确定了。例如，零件采用zl202、ht200、qt600-2等，显然其毛坯应选用铸造成形；齿轮零件采用45钢、ld7等常采用锻压成形；零件采用q235、08钢等板、带材，则一般选用切割、冲压或焊接成形；零件采用塑料，则选用合适的塑料成形方法；零件采用陶瓷，则应选用陶瓷成形方法。反之，在选择毛坯成形方法时，除了考虑零件结构工艺性之外，还要考虑材料的工艺性能能否符合要求。 毛坯选择的原则：  毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。 2.1.3工艺性原则： 零件的使用要求决定了毛坯形状特点，各种不同的使用要求和形状特点，形成了相应的毛坯成形工艺要求。零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量，和对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。对于不同零件的使用要求，必须考虑零件材料的工艺特性（如铸造性能、锻造性能、焊接性能等）来确定采用何种毛坯成形方法。例如，不能采用锻压成形的方法和避免采用焊接成形的方法来制造灰口铸铁零件；避免采用铸造成形方法制造流动性较差的薄壁毛坯；不能采用普通压力铸造的方法成形致密度要求较高或铸后需热处理的毛坯；不能采用锤上模锻的方法锻造铜合金等再结晶速度较低的材料；不能用埋弧自动焊焊接仰焊位置的焊缝；不能采用电阻焊方法焊接铜合金构件；不能采用电渣焊焊接薄壁构件等等。选择毛坯成形方法的同时，也要兼顾后续机加工的可加工性。如对于切削加工余量较大的毛坯就不能采用普通压力铸造成形，否则将暴露铸件表皮下的孔洞；对于需要切削加工的毛坯尽量避免采用高牌号珠光体球墨铸铁和簿壁灰口铸铁，否则难以切削加工。一些结构复杂，难以采用单种成形方法成形的毛坯，既要考虑各种成形结合的可能性，也需考虑些结合是否会影响机械加工的可加工性。 2.1.4 适应性原则：   在毛坯成形方案的选择中，还要考虑适应性原则。既根据零件的结构形状、外形尺寸和工作条件要求，选择适应的毛坯方案。 例如，对于阶梯轴类零件，当各台阶直径相差不大时，可用棒料；若相差较大，则宜采用锻造毛坯。 形状复杂和薄壁的毛坯，一般不应采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻、压力铸造和熔模铸造，多数采用自由锻、砂型铸造和焊接等方法制坯。 零件的工作条件不同，选择的毛坯类型也不同。如机床主轴和手柄都是轴类零件，但主轴是机床的关键零件，尺寸形状和加工精度要求很高，受力复杂且在期使用过程中只允许发生很微小的变形，因此要选用具有良好综合力学性能的45钢或40cr，经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则采用低碳钢圆棒料或普通灰口铸铁件为毛坯，经简单的切削加工即可完成，不需要热处理。再如内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，应具有良好的综合力学性能，故高速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。对于受力不大且为圆形曲面的直轴，可采用圆钢下料直接切削加工成形。 2.1.5 生产条件兼顾原则  毛坯的成形方案要根据现场生产条件选择。现场生产条件主要包括现场毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性，但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法。 为此，毛坯选择时，应分析本企业现有的生产条件，如设备能力和员工技术水平，尽量利用现有生产条件完成毛坯制造任务。若现有生产条件难以满足要求时，则应考虑改变零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通过外协加工或外购解决。 （1）常用的毛坯类型 各种轧制型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件以及注塑成形件等。（联合加工） （2）典型机械零件毛坯的选用 轴类、盘套类和机架箱体类三大类 (装有齿轮和轴承的轴，多采用锻件毛坯，也可采用圆钢 其轴颈处要求有较高的综合力学性能，常选用铸铁HT200 承受重载或冲击载荷，以及要求耐磨性较高的轴多选用合金结构钢 (盘套类毛坯的选择 2.2基面的选择： ① 同时是装配基面的刮面。 ② 与已经加工好面有直接精度关系的刮面。 ③ 与几个刮面都有精度关系的刮面。 ④ 相互有精度关系的几个刮面中，精度要求最高或工作量最 大的刮面。 2.2.1安排其他刮面的刮削顺序时应考虑以下几点。 ① 与基面有直接精度关系的面先刮。 ② 较大、较长的面先刮。 ③ 形状复杂、测量困难的面先刮。 ④ 轴承刚性较好、精度不易变化的面先刮。 此外，还应考虑工件刮削时支承的方便和合理性、起吊与翻身 的次数等因素。 表面加工方法的选择： 在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法所能获得的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的，工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件(生产类型、设备状况、工人的技术水平等)选用最适当的加工方法，加工出合乎图纸要求的机器零件。具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到加工质量要求。选择定为基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定加工顺序等。基准重合原则：应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。零件的加工过程，就是零件表面经加工获得符合要求的零件表面的过程。 基准重合原则： 即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差 基准不重合误差： 由于所选的定位基准与设计基准不重合而产生的误差。 基准不重合误差的大小等于设计(工序)基准与定位基准之间的联系尺寸a(定位尺寸)的公差Ta 2.2.2常用加工表面的方法 零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样。（五大类机床） 车削加工：各种回转表面。如外圆、内圆、螺纹 钻削加工：孔 铣削加工：平面、沟槽（键槽、螺旋槽） 刨削加工：平面、V型槽 磨削加工：外圆、内圆、锥面、平面 此处还有镗削加工、拉削加工、光整加工、特种加工 影响加工精度的因素及提高精度的措施 　（1）产生加工误差的原因 　　① 加工原理误差 　　②工艺系统的几何误差 　　③工艺系统受力变形引起的误差 　　④工艺系统受热变形引起的误差 　　⑤工件内应力引起的加工误差 　　⑥测量误差 　（2）减少加工误差的措施 　　①减少工艺系统受力变形的措施 　　a. 提高接触刚度，改善机床主要零件接触面的配合质量，如机床导轨及装配面进行刮研； 　　b. 设辅助支承，提高局部刚度，如细长轴加工时采用跟刀架，提高切削时的刚度; 　　c. 采用合理的装夹方法，在夹具设计或工件装夹时，必须尽量减少弯曲力矩； 　　d. 采用补偿或转移变形的方法。 　　②减少和消除内应力的措施 　　a. 合理设计零件结构，设计零件时尽量简化零件结构、减小壁厚差、提高零件刚度等； 　　b. 合理安排工艺过程，如粗精加工分开，使粗加工后有充足的时间让内应力重新分布，保证工件充分变形，再经精加工后，就可减少变形误差； 　　c. 对工件进行热处理和时效处理。 　　③ 减少工艺系统受热变形的措施 　　a. 机床结构设计采用对称式结构； 　　b. 采用主动控制方式均衡关键件的温度； 　　c. 采用切削液进行冷却； 　　d. 加工前先让机床空转一段时间，使之达到热平衡状态后再加工； 　　e. 改变刀具及切削参数； f. 大型或长工件，在夹紧状态下应使其末端能自由伸缩。 工艺路线的拟订 2.2.3表面加工方法和加工方案的选择 （1）加工面的技术要求——经济精度——正常工作条件下所达到的加工精度 （2）工件材料的性质及热处理 （3）工件的形状和尺寸 （4）结合生产类型考虑生产率和经济性 （5）现有生产条件 2.2.4加工阶段的划分 粗加工阶段——尽快切除余量——高生产率 半精加工阶段——继续减少加工余量，为精加工作准备，次要面加工 精加工阶段——达到要求的加工精度和表面粗糙度 光整加工和超精密阶段——降低表面粗糙度值 原因：①保证加工质量 ②合理使用设备 ③便于安排热处理 ④及时发现毛坯缺陷，保护精加工表面 加工阶段划分——针对零件加工的整个过程、针对主要加工面 2.2.5工序集中与工序分散 工序集中——工序少，内容多 ——装夹次数少，位置精度高，设备数量少，工人少 工序分散——工序多，内容少 ——设备工装简单，调整方便，切削用量合理；设备多，工人多 2.2.6加工顺序的安排 （1）机械加工顺序的安排——①先基准后其它 ②先粗后精 ③先主后次、穿插进行 ④先面后孔 基准加工→主要面粗加工→次要面加工→主要面半精加工 →次要面加工→修基准→主要面精加工 （2）热处理工序的安排 1）预备热处理——正火和退火——粗加工前 时效处理——粗加工前、后 调质处理——粗加工后，半精加工前 2）最终热处理——淬火——精加工、磨削前 渗碳淬火——半精加工后 渗氮——尽量靠后 表面处理（电镀及氧化）——最后 毛坯制造→退火或正火→主要面粗加工→次要面加工 →调质（或时效）→主要面半精加工→次要面加工 →淬火（或渗碳淬火）→修基准→主要面精加工 （3）辅助工序的安排 检验——粗加工后，精加工0前；转车间前后；重要工序前后，完工后 去毛刺——钻、铣、刨、拉后，淬火前 辅助工序——清洗、防锈、去磁、平衡等 2.2.7粗基准的选择： 粗基准的选择原则 工件加工的第一道工序所用基准都是粗基准，粗基准选择正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件监工的全过程产生巨大影响。选择粗基准，一般应遵循以下几项原则： （1） 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则。 （2） 合理分配加工余量的原则。 （3） 便于装夹得原则。 （4） 粗基准一般不得重复使用的原则。 以上四项粗基准原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次选择。 粗基准的含义：基准是在零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。未经过机械加工的基准称为粗基准 合理分配加工余量的原则：从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。便于装夹的原则：为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。粗基准一般不得重复使用的原则：在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。经过机械加工的基准称为精基准，未经过机械加工的基准称为粗基准。按有关粗基准的选择原则，以不加工表面作粗基准，现取零件外圆表面 40为粗基准，以消除四个自由度，再用一个定位螺栓支撑端面处，消除自由度。 2.2.8精基准的选择： 精基准的选择原则 选怎精基准一般应遵循以下几项原则： （1） 基准从何原则 应尽可能选择所加工表面的工序基准为精基准，几样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。 （2） 统一基准原则 应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对应位置关系。 （3） 互为基准原则 当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准的方法进行加工。 （4） 自为基准原则 一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准进行加工。 以上四项选择经济准的原则，有时不可能满足，应根据实际条件进行取舍。精加工的含义：基准是在零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。经过机械加工的基准称为精基准经过机械加工的基准称为精基准，未经过机械加工的基准称为粗基准。 ①统一基准原则： 应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系。互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。 ②自为基准原则： 一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则：被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置 基面选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，可以使零件大批报废，使生产无法正确进行。考虑基准重合的问题，当设计基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸计算。 3制定工艺路线： 制定工艺路线的定义： 工艺路线是生产过程的一个基本部分。它指定了从原材料到成品生产每步所需的每个工序的顺序。工艺路线包含有执行每个工步的工作中心的信息，以及关于生产所需要的工具和资源（生产资源/工具）的信息。工艺路线也包括每个工序执行的计划时间（标准值）。这个标准值是提前期计划、生产成本和能力计划的基础。就象物料主记录、物料单和工作中心，工艺路线被认为是主数据。它们不参照订单而创建。 数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于它仅是几道数控加工工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而且要兼顾常规工序的安排，使之与整个工艺过程协调吻合。 零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。 在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度 零件工艺性分析也是数控规划的第一步，在此基础上，方可确定零件数控加工所需的数控机床、加工刀具、工艺装备、切削用量、数控加工工艺路线，从而获得最佳的加工工艺方案，最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求。 3.1.数控加工的基本过程 3.1.1概念： 数控加工：就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。 数控机床：是一种用计算机来控制的机床 数控系统：用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都是。 数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式(数控语言或符号)编制的。 编程：就是把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用数字指令形式(数控语言)记录在介质上，并输入数控系统。 数控加工程序编制方法分类： 手工(人工)编程和自动编程之分。 3.1.2概念： 手工编程：程序的全部内容是由人工按数控系统所规定的指令格式编写的。 自动编程：即计算机编程可分为以语言和绘画为基础的自动编程方法。 数控机床加工过程框图 数控加工工艺的内容： (1) 选择并确定进行数控加工的零件及内容； (2) 对零件图纸进行数控加工的工艺分析； (3) 数控加工的工艺设计； (4) 对零件图纸的数学处理； (5) 编写加工程序单； (6) 按程序单制作控制介质； (7) 程序的校验与修改； (8) 首件试加工与现场问题处理； (9) 数控加工工艺文件的定型与归 3.1.3数控加工工艺路线制定所需的原始资料 （1）零件设计图纸、技术资料，以及产品的装配图纸。 （2）零件的生产批量。 （3）零件数控加工所需的相关技术标准如企业标准和工艺文件。 （4）产品验收的质量标准。 （5）现有的生产条件和资料。工艺装备及专用设备的制造能力、加工设计 和工艺装备的规格及性能、工人的技术水平。 3.1.4毛坯状态分析 大多数零件设计图纸只定义了零件加工时的形状和大小，而没有指定原始毛坯材料的数据，包括毛料的类型、规格、形状、热处理状态以及硬度等。编程时，对毛料的深入了解是一个重要的开始，利用这些原始信息，有利于数控程序规划。 （1）产品的装配图和零件图分析 对于装配图的分析和研究，主要是熟悉产品的性能、用途和工作条件，明确零件在产品中的相互装配位置及作用，了解零件图上各项技术条件制定的依据，找出其主要技术关键问题，为制定正确的加工方案奠定基础。当然普通零件进行工艺分析时，可以不进行装配图的分析研究。 （2）零件图的工艺性分析 对零件图的分析和研究主要是对零件进行工艺审查，如检查设计图纸的视图、尺寸标注、技术要求是否有错误、遗漏之处，尤其对结构工艺性较差的零件，如果可能应和设计人员进行沟通或提出修改意见，由设计人员决定是否进行必要的修改和完善。 ①零件图的完整性和正确性分析 零件的视图应符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、平行）应准确；尺寸标注应完整、清晰。 ②零件技术要求分析 零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热表处理要求等，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，加工难度加大，增加不必要的成本。 ③尺寸标注方法分析 零件图的尺寸标注方法有局部分散标注法、集中标注法和坐标标注法等。对在数控机床上加工的零件，零件图上的尺寸在能够保证使用性能的前提下，应尽量采取集中标注或以同一基准标注（即标注坐标尺寸）的方式，这样既方便了数控程序编制，又有利于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。 ④零件材料分析 在满足零件功能的前提下，应选用廉价的材料，选择材料时应立足于国内，不要轻易选择贵重和紧缺的材料。 ⑤零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。通过对零件的结构特点、精度要求和复杂程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格 3.1.5加工阶段的划分选择： 粗加工阶段：高效的切除加工表面上的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸上接近成品零件. 半精加工阶段：切除粗加工后留下的误差，是被加工工件达到一定的精度，为精加工做准备。 精加工阶段：保证各零件达到需要精度的要求。 光整加工阶段：对于要求很高的零件来说表面粗糙度要求很小的表面都需要光整加工阶段，其主要任务是减少表面粗才程度的进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面见位置的精度作用。 将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是： (1)保证零件加工质量； (2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理； (3)有利于合理利用机床设备。 此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。确定加工方法之后，就要按零件加工的生产类型和工厂具体的时间条件确定工艺过程的工序数。确定加工的工艺过程。 在产品的生产过程中，与原材料变为成品有直接关系的过程称为工艺过程。例如，铸造、锻造、焊接和零件的机械加工等。 3.1.6机械加工工艺过程 在工艺过程中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和性能使之变为成品的工艺过程，称为机械加工工艺过程。 3.1.7机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由若干个顺次工序组成的，通过这些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。 3.1.8工序 一个(或一组)工人，在一台机床上(或一个工作地点)，对一个(或同时几个)工件连续加工所完成的那一部分机械加工工艺过程。 这里必须注意，构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序内的工作是连续完成的。5.工序的集中于分散及先后顺序的安排 工序的集中原则：按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，将许多工序组成一个集中工序，最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。 工序的分散原则：按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些，最大限度的工序分散就是每个工序只包括一个简单工步。传统的流水线、自动线生产基本是按工序分散原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。采用数控机床、加工中心按工序集中原则组织工艺过程，生产适应性反而好，转产相对容易，虽然设备的一次性投资较高，但由于有足够的柔性，仍然受到愈来愈多的重视。为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如，退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。为消除工件内应力安排的热处理工序，例如，人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸件，在粗加工前后都要进行时效处理(人工时效或自然时效)，使材料组织稳定，日后不再有较大的变形产生。为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。为保证零件制造质量，防止产生废品。 加工误差分析 就制造工艺过程而言，产品质量主要取决于零件的制造质量和装配质量。零件的制造质量一般用几何参数(如形状、尺寸、表面粗糙度)、物理参数(如导电性、导磁性、导热性等)、机械参数(如强度、硬度等)及化学参数(如耐蚀性等)来表示。上安装体加工误差产生的原因主要有：     (1)机床误差的影响 影响机床加工精度的主要因素有主轴的回转精度、移动部件的直线运动精度以及成形运动的相对关系。主轴的回转精度通常反映在主轴径向跳动、轴向窜动和角度摆动上，它在很大程度上决定着被加工表面的形状精度。本例采用的铣式加工中心机床是UMC600万能加工中心，它的机床精度目前是国际上机械加工类机床中顶尖级的，其各项技术指标都在0．001mm之内。对于上安装体的加工精度影响较小。     (2)夹具定位误差分析 上安装体的加工用夹具采用1个大平面和1个定位销(菱形销)及1个圆柱销定位。1个圆柱销限制x和y的移动及1个大平面限制z的转动和移动，定位销(菱形销)限制了x和y的转动，满足了六点定位原理。经定位误差分析计算，能满足零件加工精度要求。 规划加工刀具路径：     规划上安装体几何图形外形加工刀具路径包括加工坯料、对刀点的确定、加工几何图形的选择、加工刀具的选择及刀具参数的设置等内容。 加工坯料及对刀点的确定：     在规划上安装体几何图形外形加工刀具路径前，先利用Mastercam系统提供的边界框命令确定加工几何图形所需要的坯料尺寸，并将图形中心移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。在加工时，工件在机床加工尺寸范围内的安装位置是任意的，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系中的确切位置。对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置的参考点。在工艺设计和程序编制时，应以操作简单、对刀误差小为原则，合理设置对刀点。 规划加工刀具路径：     规划上安装体几何图形加工刀具路径主要包括刀具的选择、刀具参数的设定、加工顺序的选择、加工参数(安全高度、下刀方式、补偿方式、补偿量、切削量等)的设定。     铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率并获得满意加工质量的前提条件。加工路线的选择主要应考虑：     (1)尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率；     (2)保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；     (3)有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程工作量；     (4)切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定，被加工工件材料、加工工序以及其它工艺要求，并结合实际经验来确定。 实体加工模拟：     在对上安装体几何图形进行实际加工前，利用Mastercam9．0计算机软件提供的实体加工模拟功能进行电脑实体加工模拟，最大限度的降低能源和材料消耗，提高加工效率。 MasterCAM系统对上安装体几何图形所规划的加工刀具路径及刀具参数设置等资料产生的一个刀具路径文件，MasterCAM系统称其为NCI文件。它是一个AscII文字格式文件，含有生成的NC代码的全部资料，包括一系列刀具路径的坐标值、进给量、主轴转速、冷却液控制指令等，但它无法直接应用于 CA140机床，必须先通过后处理程序P0ST转成NC代码后才能被CA6140机床所使用。 窗体顶端 生产工艺准备： 生产工艺是要解决产品如何制造的问题。生产工艺准备工作的内容包括：对产品设计的工艺性进行分析和审查、拟定工艺方案、编制工艺文件、设计制造工艺装备与专用设备、确定产品质量控制与技术检验方法及调整生产线等。 生产工艺准备工作的根本任务是：根据产品设计的要求，采用先进的工艺技术，保证产品的加工制造符合高效率、高质量、低消耗、安全和环保的要求，使产品达到预定的质量标准。 技术的选择 技术的选择是工艺过程选择的主要内容之一。技术的选择包括：从理论上考虑是否具有制造某种产品所需的技术；确定采用何种技术是可行的即对具体工艺技术方案进行选择，从而使可能性装化为可行性。 当今世界，科学技术飞速发展，新技术层出不穷。某些技术上的突破可以使困境中的企业摆脱危机，取得经营上的成功。但并不是所有新技术都能迅速显示出其应用前景和经济价值。例如，从海水中提取淡水的技术，已存在多年，可以说已具备了生产这种产品的可能性，但是，在有淡水资源的地区，是不会采用这种技术生产淡水的，其主要原因是生产成本太高。这就是说，仅从生产的经济性角度考虑是不行的。因此，在选定产品之前，必须对制造产品所需技术的可能性与可行性做出至少是笼统的回答。 具体的技术选择是很复杂的，其主要过程是： 首先，要依靠技术专家考虑工程技术上的可行性。例如，两片金属材料的成型、连接和精加工过程，有很多种不同的工艺选择方案可供选择，显然，在寻求最有工艺方案时，工作量是很大的。一般来说，经过训练有素的技术专家的鉴别，可以剔除大量不合理的工艺方案。 其次，进行技术选择时，还需要从经济角度考虑，即从技术所具备的功能角度，选择具有适当功能的技术，而不是具有过剩功能的技术。通常，具有不同功能的技术，其使用费用也不同。一味追求高技术，在生产经营中是不可取的。因此，技术方案的选择，不论是自行研究还是引进，均应根据产品性能、质量标准以及生产规模等，特别要根据本企业的具体情况来确定。 计算机辅助制定工艺路线系统 计算机辅助制定工艺路线系统不仅可以寻找最优工艺路线，而且还可确定一些辅助信息，例如，所要加工制造零件的形状、精度和标准时间等。计算机辅助制定工艺路线系统包括四个组成部分： 第一部分是处理几何形状。首先，人机对话方式把原材料的原始形状数据输入存储器，以备需要时在荧光屏上进行检索。从原始材料最初形状变成零件最终形状所要使用的各种单元图形，以及各种附加信息，如形状、精度等，也可以在荧光屏上检索出来。所需要处理的项目都以“菜单”方式列出，操作人员可以从中选取某些项目，并把既定的数据输入计算机。计算机在接收到所有的必须信息后，就可以将各单元图形拼接在原材料图形的规定位置上，并将这些部分除掉。与此同时，还要检查相应工序的工艺可行性。操作人员对处理过的形状检查之后，便可为下一次的加工制定单元图形。重复这一过程，就可以得到零件的最终形状。 第二部分是决定加工顺序（工艺路线）。在上面的程序中，把形成零件所需的全部单元图形存入后，就可以自动地确定出最优的加工顺序，同时也确定了所要使用的生产设备。进行工作时，首先按照基本形状单元的主要工艺路线程序来安排单元图形，然后再按照附加工艺表面（如钻孔、切槽、螺纹加工等）的工艺路线程序安排单元图形。这样，就会在荧光屏上显示出零件的加工顺序，以及各加工部位和尺寸。操作人员只需检验结构是否合理即可。 第三部分是计算生产时间。有关切削条件和其他补充加工等信息，如尺寸测量和加工后的表面检验等，在需要时也可存入计算机。存入计算机中的每个工序所需的生产时间，要根据标准时间数据，并考虑到生产设备、工艺装备和工件安装方面的变更情况加以计算。 第四部分是打印输出。从上述过程中得到的结果，可作为推荐的加工顺序，连同被加工制造零件所需的其他信息，如形状、精度、切削条件、生产时间等等，一并打印输出。 决策支持系统和专家系统 决策支持系统和专家系统是指制定决策的可行方案，收集和分析用于评估决策方案的相关信息，并且验证哪个或哪组方案是最佳方案的由各部门专家组成的一个系统。这一系统可以用来支持甚至取代决策工作窗体底端。 需在下列场合安排检验工序： （1)粗加工全部结束之后； （2)送往外车间加工的前后； （3)工时较长和重要工序的前后； （4)最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线确定加工方法之后，就要按零件加工的生产类型和工厂具体的时间条件确定工艺过程的工序数。确定加工的 （1）工艺过程 在产品的生产过程中，与原材料变为成品有直接关系的过程称为工艺过程。例如，铸造、锻造、焊接和零件的机械加工等。 （2）机械加工工艺过程 在工艺过程中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和性能使之变为成品的工艺过程，称为机械加工工艺过程。 （3）机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由若干个顺次工序组成的，通过这些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。 （4）工序 一个(或一组)工人，在一台机床上(或一个工作地点)，对一个(或同时几个)工件连续加工所完成的那一部分机械加工工艺过程。 这里必须注意，构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序内的工作是连续完成的。机械加工工序安排：先加工定位基准面，在加工其他表面，先加工主要表面在加工次要表面，先安排粗加工在进行精加工，先加工平面，在加工孔。 3.1.9工艺路线的拟定: 主要任务： 表面加工方法的选择 ， 加工顺序 的安排， 整个工艺过程中工序的数量 。 （1)表面加工方法的选择 零件的加工，实质上就是这些简单几何表面(外圆柱面、孔、平面或成形表面)加工的组合。因此，在拟定零件的加工工艺路线时，首先要确定构成零件各表面的加工方案。 ①选择加工方法要能保证加工表面尺寸精度 要求和表面粗糙度 要求 ②所选择的加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置精度要求。 ③选择加工方法要与零件材料加工性 能、热处理 状况相适应。 ④选择加工方法要与生产类型（批量） 相适应。 ⑤选择加工方法要与本厂现有生产条件 相适应。 （2)加工顺序的安排 加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产效率和降低成本都有重要的作用，是拟定工艺路线的关键之一。 切削加工顺序的安排 热处理工序的安排 辅助工序的安排 (1)切削加工顺序的安排 ①先粗后精， ②先安排粗加工，中间安排半精加工， ③最后安排精加工和光整加工。 (2)热处理工序的安排 为消除工件内应力安排的热处理工序，例如，人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸件，在粗加工前后都要进行时效处理(人工时效或自然时效)，使材料组织稳定，日后不再有较大的变形产生。为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行加工阶段的划分通常以热处理为界。 (3)辅助工序的安排 检验工序是保证产品质量的必要措施之一。 一般安排在粗加工完全结束以后， 重要工序加工前后， 零件在车间之间转换时， 零件全部加工结束之后进行。 有时在某些工序之后还应安排一些如去毛刺、清洗、去磁、涂防锈油等辅助工序。 (4)工序的集中与分散(确定工序的原则—数量） 在安排了加工顺序以后，就需将加工表面的各步加工，按不同的加工阶段和加工顺序组合成若干个工序，从而拟定出整个加工路线。 组合成工序时可采用工序集中或工序分散的原则。   工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工的内容多。 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少。 2.4.机械加工余量的确定： 2.4.1加工余量 加工余量是指在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。 加工余量可分为总加工余量和工序加工余量(工序余量)两种。工序余量又可分单边余量和双边余量两种。 在平面上，加工余量为非对称的单边余量。 在回转表面(外圆和孔)上，加工余量为对称的双边余量，其实际切除的金属层的厚度为加工余量之半。 2.4.2加工余量的确定 （1）分析计算法 （2）查表修正法 (应用广泛 ) （3）经验估计法 单件小批量生产时，中小型零件常见工序的加工余量为： 粗加工余量约为1—1.5mm； 半精加工余量约为0.5—lmm； 高速精车余量约为0.4—0.5mm； 低速精车余量约为0.1—0.3mm； 磨削余量约为0.15—0.25mm。 2.4.3切削用量和工时定额的确定 切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量---- 切削三要素。 工时定额：加工一个零件所用时间。 在单件小批生产中 工时定额一般由工艺员确定， 切削用量则一般根据加工者的经验自行确定。 2.4.4机床与工艺装备的选择 2.4.5机床的选择 成形要求、规格尺寸、机床的精度 、生产率 2.4.6工艺装备的选择 (1)夹具的选择：单件小批生产，应尽量选用通用夹具 (2)刀具的选择 一般采用通用刀具或标准刀具，必要时也可采用高生产率的刀具。刀具的类型、规格和精度应符合零件的加工要求。 (3)量具的选择 单件小批生产应采用通用量具。 拟定该轴的工艺过程中，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工及热处理要求。要求不高的外圆在半精车时就可加工到规定尺寸，退刀槽、越程槽、倒角和螺纹应在半精车时加工，键槽在半精车后进行划线和铣削，调质处理安排在粗车之后。调质后一定要修研中心孔，以消除热处理变形和氧化皮。磨削之前，一般还应修研一次中心孔，以提高定位精度。 2.4.7机床的设备与工艺装备的选择 设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应，精度等级应与本工序加工要求相适应，电机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备(包括夹具、刀具、量具和辅具)；在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。机床设备和工艺装备的选择不仅要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性 2.4.8指定工艺路线。 （1） 镗孔 （2）车外圆 去毛刺R0.2 （3）车外圆 （4）铣平面 保证尺寸51±0.23 （5）钻孔倒角120°及至螺纹深度8±0.11，攻丝M8-6H （6）钻孔4- 2- 锪孔保证角度118°±1°深度14±0.13铰孔2-保证 35 ±0.19 倒角1X120° （7）珩磨内孔 （8）攻丝4-M8-6H 保证13±0.13，2-M10X1-6H保证12±0.13 2.4.9机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定。 “制动泵Ⅰ壳体”零件材料为铸铁，硬度HT200，GB9439-88生产类型为批量生产，采用模铸造成毛坯，根据上述材料及加工工艺，分别确定各加工表面机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： （1）内孔 孔精度要求界于IT7～IT8之间，参照《工艺手册》2，3 确定工序尺寸及余量为： 镗孔： （2）车外圆： 车槽： 车端面：余量规定2-2.5㎜,取Z=2㎜，满足要求。 （3）铣平面：《工艺手册》铣削余量2～2.2,取Z=2㎜，满足要求。 （4）珩磨内孔：由《机械制造工艺设计简明手册》查得Z=0.02㎜,影响加工余量的因素 　 　影响加工余量的因素如下： 　 　 前工序的表面质量（包括表面粗糙度 Ha和表面破坏层深度 Sa ）；2.前工序的工序尺寸公差 Ta ；3.前工序的位置误差ρa，如工件表面在空间的弯曲、偏斜以及空间误差等；4.本工序的安装误差εb。所以本工序的加工余量必须满足下式用于对称余量时，用于单边余量时。三、确定加工余量的方法。加工余量大小，直接影响零件的加工质量和生产率。加工余量过大，不仅增加机械加工劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。但若加工余量过小，又不能消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。因此，必须合理地确定加工余量。其确定的方法有：1.经验估算法：经验估算法是根据工艺人员的经验来确定加工余量。为避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大。适于单件小批生产。2.查表修正法：此法根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正。这是一种广泛使用的方法。3.分析计算法：这是对影响加工余量的各种因素进行分析，然后根据一定的计算式来计算加工余量的方法。此法确定的加工余量较合理，但需要全面的试验资料，计算也较复杂，故很少应用。具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到加工质量要求。选择定为基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定加工顺序等。基准重合原则：应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。 机械加工时加工余量的确定评论 2.5.确定切削用量及基本工时 2.5.1工序 本工序采用计算法确定切削用量 （1）加工条件： 工件材料：45# 铸造 硬度 HT200 加工要求：车外圆 车槽 车端面 镗孔 铰孔 倒角 机床：六角机床 刀具：刀片材料 YG8 刀杆尺寸16X25㎜2 Kr=90 VO=15° （2）计算切削用量： 1）粗车外圆 eq \o\ac(○,1)进给量f ,根据《切削用量简明手册》表1-4 f～(0.4～0.5),取f=0.5 eq \o\ac(○,2)切削速度 查表得Vc=90m/min eq \o\ac(○,3) 确定主轴转速 ns=1000Vc/πd=1000X90/40π=716.56(r/min) 按机床说明书 见《工艺手册》表4.2-8 选取n=720 720=1000Vc/πd 实际速度Vc=90.43m/min eq \o\ac(○,4) L=9㎜ La=5㎜ Lb=14㎜ tm=(L+La+Lb)/nwf=28/720x0.5=0.078(min) 2) 粗车端面 eq \o\ac(○,1) 进给量f 根据《切削用量简明手册》f～(0.4～0.5),取f=0.5mm/r eq \o\ac(○,2)切削速度 查表得Vc=90m/minVc=90m/min eq \o\ac(○,3)确定主轴转速：ns=1000Vc/πd=716.56(r/min) 按机床说明书，表4.2选取nw=720 720=1000Vc/πd 实际速度Vc=90.43m/min eq \o\ac(○,4)L=22㎜ La=5㎜ Lb=25㎜ tm=L+La+Lb/nwf=52/720x0.4=0.063(min) 3) 车槽 eq \o\ac(○,1)进给量f 根据《切削用量简明手册》f～(0.4～0.5),取f=0.5 eq \o\ac(○,2)切削速度Vc 查表Vc=90m/min eq \o\ac(○,3)确定主轴转速：ns=1000Vc/πd =716.56(r/min) 按机床说明书，表4.2选取nw=720 实际速Vc=90.43m/min eq \o\ac(○,4)L=4.5 tm=L/nw=4.5/720x0.4=0.079(min) 4) 镗孔 1) 进给量f 根据《切削用量简明手册》f～(0.4～0.5),取f=0.5 mm/r 2) 镗削速度Vc 查表Vc=30m/min 3) 确定主轴转速：ns=1000Vc/πd =191(r/min) 按机床说明书，表4.2选取nw=380 实际速度Vc=39.83m/min 4) tm=(84+6)/nwf=0.43 5) 铰孔 eq \o\ac(○,1)进给量f 根据《切削用量简明手册》f～(0.4～0.5),取f=0.5 mm/r eq \o\ac(○,2)切削速度 查表得Vc=30m/min eq \o\ac(○,3)确定主轴转速：ns=1000Vc/ πd=191(r/min) 按机床说明书，表4.2选取nw=380 实际速度Vc=30m/min eq \o\ac(○,4)tm=(84+6)/nwf=0.6(min) 6) 为短时间，倒角去毛刺，转速与车端面速度一样720m/min,手动进给fm=0.14min 去毛刺时间 fm=0.26min 2.5.2工序 车外圆，车槽，车端面 保证尺 寸4.5±0.09 ,2±0.07倒角45°去毛刺 选用机床：六角机床。步骤同工序Ⅰ中（1）（2）（3）（6）数据相同 2.5.3工序 车外圆，环形槽及平面。 (1) 进给量f 根据《切削用量简明手册》取f=0.35 mm/r (2) 切削速度 查表得 V=48.5m/min (3) 确定主轴转速：ns=1000Vc/πd =1000X90/80 =193(r/min) 按机床说明书，表4.2选取nw=400 实际速度Vc=50.24m/min (4) tm=40+5+45/nwf=90/400x0.4=0.65(min) 2.5.4工序 铣平面 保证尺寸51±0.23 （1） fz=0.08㎜/齿 （参考《切削手册》表3-3） （2） 切削速度 参考有关手册 确定 V=0.45m/s,即V=27m/min （3） 采用三面刀铣刀 dw=255㎜,齿数Z=20，则 ns=1000V/πd=38r/min ns取37.5r/min, 故实际切削Vc=26.5(m/min) （4） 当nw=37.5r/min 工作台以每分钟进给量fm fm=fz*z*nw=0.08x20x37.5=60(㎜/min) 查机床说明书 刚好有fm=60㎜/min,故直接选用该值。 （5） 切削过程中，由于是粗铣，利用作图法，可得铣刀行程 L=20+10+10=40㎜ tm=L/fm=0.66(min) 2.5.5工序 钻孔，倒角120°攻丝 M8-6H （1） 钻孔；根据查表可得： 1） Vc=30m/min ns=1000Vc/πd=1000x30/3.14x9.2=1137r/min 查手册 选取nw=1350r/min,实际切削速度Vc=21m/min tm=5+5+10/nwf=0.06(min) (2) 倒角120° 查有关手册 V=30㎜/min ns=1320r/min 选取手册中的数值 nw=1350r/min 实际Vc=25㎜/min tm=1+1+2/1350x0.104=0.028(min) (3) 攻丝M8-6H 查表V=0.1m/s=6m/min ns=238r/min 机床选取按nw=195r/min，则实际切削Vc=4.9m/min tm=L+La+Lb/nf=0.10(min) 2.5.6工序 钻孔4- (1) 钻孔4-，2- 根据有关资料介绍，利用钻头进行钻孔时，有如下关系 f=(1.2～1.8).f钻 … v=(1/2～1/3).v钻… f钻 v钻 为实际加工时切削用量 令f=1.35 f钻=0.76m/r v=0.4 v钻=7.7m/min ns=1000V/ =397(m/min) nw=400r/min 实际切削速度 V=6.7x3.14x400/1000=8.41(m/min) tm=14+4+18/0.76x400=0.12(min) t1m总=0.12x4=0.49(min) t2m总=（14+4+18）x2/0.76x400=0.25(min) (2) 铰孔2- tm=35+4+39/0.76x400=0.53(min) （3） 倒角120° tm=0.02(min).同工序工倒角120°时间 （4） 锪孔 f=1/3钻=1/3x0.6=0.2(㎜/r)按机床取0.2 ㎜/r v=1/3钻=1/3x25=8.33(m/min) ns=1000v/ =147(r/min)按机床nw=300r/min 实际速度Vc=300 x19/1000=4.7m/min tm=(1.8+5+128)/nwf=0.89(min) 2.5.7工序 珩磨 t=2.5min 抛光 t=2.5min 2.5.8工序 攻丝6-M8-6H 2-M20X1-6H 查表选取 V=0.1m/s=6m/min f=1 ns=238r/min 按机床选取 nw=195r/min 则实际速度V=4.9m/min L=L+La+Lb=13+3+16=32㎜ tm1=L/nwfX4=0.66min tm2=(12+3+15)x2/nwf=0.6min 3.数控程序的设计： 3.1 定位基准的选择 孔Φ40端向保证垂直度 3.2 切削力，夹紧力计算 刀具：合金车刀 YG8 主切削力 Fc=CFCapxFcfZyFcVcnFck,其中CFc=1770,nFc=0,ap=0.3*xFc=1.0 yFc=0.75 f=0.45 Vc=90.43 k=0.95 Fc=1770x0.31.0x0.450.75x90.43x0.94=338.4 切削力FP=1100x0.30.9x0.450.75x90.43x0.94=192.2 夹紧力Ff=590x0.31.2x0.450.65x90.43x0.94=79.2 夹紧力N〉kFc/F1=1522.8N 3.3定位误差分析 加工外圆 以工件母线为基准 · dw=△db-△jb=Td/2[1/sinθ/2-1]=0.043 3.4车床的选择:CA6140 CA6140的定义：数控车床CA6140 （1）.床身上回转直径 400MM （2）.刀架上回转直径 210MM （3）.床身导轨宽 400MM （4）.两顶尖间距离 750/1000/1500/2000MM （5）.主轴速度范围 10～1400rpm（24级） （6）.主轴通孔直径 52mm(80mm） （7）.主轴前端锥度 No.6 （8）.主电机功率 7.5Kw （9）.进给数量 64种 （10）.公制螺纹范围 1～192mm （11）.英制螺纹范围 2～24TPI(21种） （12）.床身纵向快移 4m/min （13）.横刀架行程 320mm （14）.小刀架移动行程 140mm 3.5 车床程序： （1）调头车端面： T01：外圆车刀 T02：3mm切断刀 T03：45°倒角刀 T04：镗刀 O0001 N10 T0101； N20 G50 Z10； N30 S600 M03； N40 G90 G00 X45 Z5； N50 G42 G01 X40 Z0 F100； N60 G01 Z-7.5 F0.5； N70 G40 G00 X100； N80 Z10； N90 X40； N100 G01 Z-1 F0.5； N110 X0； N120 G00 Z100； N130 X100； N140 T0202； N150 G00 X50； N160 Z-6； N170 X42； N180 G01 X38 F0.5； N190 X42； N200 Z-6.5； N210 G01 X38 F0.5； N220 X40； N230 G00 X100； N240 Z100； N250 T0303； N260 G00 X45； N270 Z2； N280 G01 Z0 F0.5； N290 Z-1； N300 G00 X100 Z100； N310 M05； N320 M30； （2）车定位面 1 加工Φ28.57的孔，先用中心钻找出孔德中心。 然后用Φ6的钻头长40mm的孔再镗孔。 O0002 N10 T0404； N20 G50 X50 Z10； N30 S1000 M30； N40 G00 X6 Z10； N50 Z0； N60 G90 G99 G86 X28 Z-40 R2 F0.5 K11； N70 G01 X28.57 F100； N80 G01 Z-40 F0.5； N90 X20； N100 G00 Z-3； N110 G01 X-28.57 F100； N120 G01 X32.57 Z0 F0.5； N130 G00 X100 Z100； N140 M05； N150 M30； （3）车定位面 2 O0003 N10 T0101； N20 G50 X100 Z10； N30 S1000 M03； N40 G00 X75 Z4 M08； N50 G01 G96 Z2 F2.5 S300； N60 G90 X65 Z-12 F0.3； N70 X60； N80 X55； N90 X50； N100 X45； N110 X40； N120 G00 X100 Z100； N130 X42 Z2； N140 G01 Z-2 F0.5； N150 G01 X0 F0.3； N160 G00 X100 Z100； N170 M05； N180 M30； 4.设计体会 数控技术专业，使我学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们两年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己的两年的大学生活做出总结,同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的研究生生活打下一个良好的基础。但是这次课程设计的确显得有点心有余而力不足: 首先是自己的心态问题,轻视这次课程设计,以为可以像以前一样轻轻松!从而就这样,自己面对课程设计困难重重,在一次又次的打击与挫折下,自己心里不免有点不满起来,然而现实就是现实,没办法,课程设计是必须完成的.虽然自己心里有这样的失败感,但在外人看来,我就是行,结果自己只能强迫自己去前进!然而自己心里怎么也没有高兴感! 结果拿去给老师检查的时候,也许一两次还可以接受,但是在需要面对改正错误四五次的时候自己的心里不免郁闷和烦躁,同时也也存在一定的不满,但是从这次设计也可以看出一些问题: 1.心态:应该保持认真的态度,坚持冷静独立的解决问题 2.基本:认真学好基本知识,扎实自己的基本知识,使面对问题时不会遇到很多挫折,从而打击自己的信心,结果使自己很浮躁,越来越不想搞这设计,故应该好好学习基本知识,一步一步的来,不要急功近利! 3.树立自己的良好形象,乐观的面对生活,坚持自己的想法和意识,也许老师和他人对你的要求高一些就不要抱怨,总的说来,虽然在这次设计中自己学到了很多的东西,取得一定的成绩,但同时也存在一定的不足和缺陷,我想这都是这次设计的价值所在,以后的日子以后自己应该更加努力认真,以冷静沉着的心态去办好每一件事。 崔洁欣 2012-8-31 在两年的大学生活里，我觉得大多数人对本专业的认识还是不够。为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业技能。我们的毕业设计课程是：制动泵体。通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。 这次毕业设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。比如，我们想加快编程程度，除了对各编程指令的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识，对于夹具的选择，切削参数的设定我们必须十分清楚。在上机操作时，我们只有练习各功能键的作用，在编程时才得心应手。因此，我总结出一个结论“理论是指导实践的基础，只有不断在实践中总结验，并对先前的理论进行消化和创新，自己的水平会很快的提高” 本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在田野老师的悉心指导下完成的。在毕业论文的完成过程中倾注了老师大量的心血和同学们的帮助，因此，在论文完成之际，特向我尊敬的老师和同学们表示衷心的感谢。 设计期间，我非常感谢田野老师，在论文的设计过程中，他教会了我许多加工实际操作方面的知识和加工工艺方面的知识。 通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度和热情. 在我毕业设计的过程中，田野老师也给我讲解了一些工艺上的问题和要注意的事项，让我在做论文时思路更加清晰，在设计过程中我还得到了老师的认真指导，也非常感谢。 郭金红 2012-8-31 数控专业毕业设计体会 虽然每学期都安排了课程设计或者实习，但是没有一次像这样的课程设计能与此次相比，设计限定了时间长，任务更加繁多、细致、要求更加严格、设计要求的独立性更加高。要我们充分利用在校期间所学的课程的专业知识理解、掌握和实际运用的灵活度。在对设计的态度上的态度上是认真的积极的。 通过上一届的毕业设计的学习，给我最深的感受就是我的设计思维得到了很大的锻炼与提高。作为一名设计人员要设计出有创意而功能齐全的产品，就必须做一个生活的有心人。多留心观察思考我们身边的每一个数控机械产品，只有这样感性认识丰富了，才能使我们的设计思路具有创造性。 为什么这样说呢？就拿我设计的单体仿形棉花打顶机来说吧，最初老师让我调研一些关于汽车刹车制动泵体的现状和存在的问题，设计一个方案出来，使结构简单，并且造价低，通用性好等特点。我选择了汽车刹车制动泵体这一课题来作为我的毕业设计这是对我的两年知识能力考查，也是对我应用这些知识能力的考查，我尽力使自己的设计减少错误，但我知道由于许多知识和能力的欠缺，肯定有一定的错误。 通过本次设计我学到的不仅仅是汽车刹车制动泵体这单一方面的了解，让我熟悉了设计的各个方面的流程，学会了把自己大学两年所学的知识运用到实际工作中的方法。从以前感觉学的许多科目没有实际意义，到现在觉得以前的专业知识不够扎实，给自己的设计过程带来了很大的麻烦。培养了自己的综合能力、自学能力，从而适应未来社会的需要与科学技术的发展需要。培养了自己综合的、灵活的运用的发挥所学的知识。 特别感谢我的导师田野老师给我的悉心指导，还有其他同学给我在设计方面给予的帮助。我觉得通过这次设计，让我了解了设计的整个流程，在设计过程中发现了自己的不足和不少的漏洞让我自己能够在以后加以改正在今后的工作中能够更好的发挥在大学两年中的知识，在我能够在以后的分工作中做的更好。 徐梓郡 2012-8-31 通过数控专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习。传统的回转体工件设计是应用系统方法分析和研究产品生产的问题和需求。现代回转体类的数控加工设计理论已经不拘泥于系统论的理论基础，开始强调产品尺寸精度，工艺严格性，从而更加有得于学生装的数控编程及操作的创新精神和实践能力。随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。 经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。 在两年的大学生活里，我觉得大多数人对本专业的认识还是不够,在大二期末学院曾为我们组织了三个星期的实习，但由于当时所学知识涉及本专业知识不多，所看到的东西与本专业很难联系起来,所以对本专业掌握并不是很理想.。为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业技能。我选择的毕业设计课程是：典型轴类零件加工。 通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。 这次毕业设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在同学等老师的悉心指导下完成的。在毕业论文的完成过程中倾注了老师大量的心血，因此，在论文完成之际，特向我尊敬的田野老师表示衷心的感谢。 在设计期间，我非常感谢田野老师，在论文的设计过程中，他教会了我许多加工实际操作方面的知识和加工工艺方面的知识。 在我毕业设计的过程中，田野老师也给我讲解了一些工艺上的问题和要注意的事项，让我在做论文时思路更加清晰，在设计过程中我还得到了老师的认真指导，也非常感谢。 通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度和热情. 郭大伟 2012-8-31 此时为期一个多月的毕业设计即将结束了，在这段时间里受益非浅。在刚拿到这个课题时，的确心里很没底，看这零件图不知从和落手，在指导老师的指导下，我还大量查看一些有关设计的参考书和资料。本次设计的在部分零件的加工工序中，采用了自动加工，从而也提高了生产的效率和质量。从中也使自己能更好的掌握自动编程，为以后的工作奠定了更坚实的基础。 在设计当中也考虑到了专用夹具，而本次的专用夹具有其优点：定位准确，夹紧较稳定可靠，夹具操作方便，成本低等特点。但也有相应的缺点：夹紧力需要靠经验和控制来协调，否则不是夹紧力过大，引起箱体的局部变形，就是夹紧力过小，导致工件不够稳定和准确，这两种情况均影响加工精度和质量，而且在拧紧压板时必须同时施力，以此来保证工件受力均匀，夹紧可靠。除此之外，意义也重大： 1、此次毕业设计中，我们可以综合运用数控机床 加工知识，机床制造工艺等课，机床夹具课和数控编程、机械制造技术等课程的基本知识，正确分析和零件的加工的定位，夹紧及工艺路线合理拟定，数控程序编程等问题，从而保证零件加工的精度和质量，生产率和经济性。 2、具等工艺装备的设计进一步培养学生的工 艺结构设计和绘图能力。 3、过此次毕业设计，也使我们对CAD软件、数控 加工编程有了进一步加强、了解，并使我们能更好掌握其特性。 4、过毕业设计和毕业实习过程中学会调查研究， 收集技术资料的方法，并能较熟悉的运用和查找有关的工具书、手册、图表资料的技术参考书。 5、此次毕业设计是我们所许的理论知识和实践知识的一次实地验证，培养我们综合运用已学理论知识和技能、分析问题、解决问题的能力。 6、通过编制工艺规程和拟定工艺路线，使我们科 学的理解，提高产品的生产率 、经济性、社会性得以统一。 7、培养我们调查研究，收集图表和资料的能力培养我们的结构设计能力和绘图能力以及数控自动加工编程；培养我们对机械加工的各类机床的了解，更好的了解各类机床的特性及应用范围，让我们今后能更好的、灵活的选择适合的某类机床来加工。 通过了本次的毕业设计，感觉自己对所学知识的重要性一步学习奠定了基础。 通过本次设计，的确使我感到“知识在于积累”、“知识是学无止境”，深感自己的欠缺，使之我发现问题从而解决问题，使今后在同样的问题能够尽快得到解决。因此，以后必须扎根于实践，从中充实自己。 总而言之，由于我的专业基础比较差，实践经验太小，实践和理论知识结合不够紧密，错误和不足之处肯定很多，请各位老师批评和指正。最后，由衷的向担任我本次毕业设计的指导老师和在大学三年的任课老师，感谢你们的耐心教导，谢谢！学生我先前有不足之处还请谅解！ 袁东成 2012-8-31 大学毕业设计是我们所必须面对的，毕业设计心得体会也是必须上缴的一种论文！这里从网上找到一篇毕业设计心得体会！希望需要毕业设计心得体会的毕业生朋友一点帮助！以便完成你的毕业设计，写出你的心得体会！！！  随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我的指导老师安艳杰对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。 张鑫 2012-8-31 5．参考文献 《数控加工与模拟》 《切削用量手册》 《夹具设计手册》 《金属刀具选择》 《几何量公差与》 《数控加工工艺手册》 《机械设计制造工艺手册》 6.英文翻译 6.1原文 雕塑表面的五轴数控机床 Yu (Michael) Wang1 and Xiaowei (Sherrie) Tang2 这篇论文描述了用五轴数控机床数控铣削雕塑表面、确定刀具位置和方向的新方法。这种方法采用表面局部曲率和刀具几何形状的分析法。在比较这些局部性质的基础上，选择最优的工具轴方向，可以将加工产生的刨削错误被排除或控制在一定的公差范围内。也提出一种准确计算加工表面尖点高度的方法。通过消除刨削误差并将粗糙度控制在指定的公差范围内，手工磨削工序所耗时间将大大减少或完全消除在复杂的模具或铸型表面的精加工中。 关键词：尖点高度，五轴加工，刀具轴的定位 6.1.1导言 CAD/CAM意义的主要方面是组成雕塑表面的3D物体的描述和制造，雕塑表面，又称自由形式表面，通常以变化的曲率定义，并以参数形式精确地表示，例如著名的Bezier和NURBS ，雕塑表面被广泛的应用在航天，造船，和汽车工业中。 传统上，用于雕塑表面产品制造的冲模和铸模用数控机床来加工，用的越来越多的是五轴数控机床。计算机控制的加工操作分为典型的两个阶段，粗加工阶段和精铣阶段。粗加工是为了从冲压模或铸模坯件上去除尽可能多的毛坯，但要保证不过多的切削或刨削，而是让刀具与设计表面充分接触，以获得精确的精加工表面。因为在加工表面上，刀具通过不可避免的产生不规则的粗糙度，所以采用手工磨削和抛光去除粗糙度并将表面粗糙度控制在精加工规定范围内。粗糙度与伸出设计表面残留在刀具重复通过邻近处的脊、峰和其他表面残余突出物有关。为了精加工雕塑表面，要求仔细计划确定五轴刀具路径。五轴机床的编程要求考虑许多重要的问题。例如，最优的刀具路径，避免干涉，提高切削效率。如果由精加工操作遗留的和可以被控制在冲模或铸型制造中要求磨和抛光的次数可以大大的减少或取消。 这篇论文的目的是为了提高数控精加工铣削的加工质量而提出五轴刀具编程的方法。论文描述这种方法集中在精加工的两个关键方面。首先，确定最优的刀具方向，消除间隙让刀具与设计表面尽可能的接触，这一点通过研究设计表面和切削刀具在接触点的局部性质而完成。另外，准确的计算连续加工经过的附近点间的粗糙度，这些计算为确定区分邻近的重复加工经过或越步最大距离提供了基础，通过消除间隙和将粗糙度控制在规定的范围内，所谓的少磨精加工有希望能够达到，人工磨削工艺所花费的时间将大大减少或完全取消。 6.1.2相关工作 雕塑表面加工有许多数控刀具编程的方法，自动编程刀具方法已经成为三—五轴数控编程的标准很长时间了，这种方法要求重复的计算程序和与表面设计参数紧密结合的加工效率。 在这个问题的许多方法中，雕塑表面在规定的近似误差内与一系列平面相似，可以在笛卡尔空间刀具路径中计划。在平面端铣刀的五轴加工，可调整刀具轴方向以避免间隙。这些方法的主要缺点是经常产生锯齿形路径。表面近似描述可导致广泛的计算结果，为精确的表面加工产生刀具路径。 最近，根据不同几何形状的概念到五轴刀具位置的应用提出了一种同曲率加工方法。刀具的位置和方向在表面局部曲率性质的基础上被确定。然而，这种方法要求广泛的曲率的线计算而且在生成的刀具路径中产生不一致空间。 精确的确定粗糙度已经成为五轴数控程序的一种挑战。传统上，计算机模拟方法像计算机图形标准Z深度缓冲技术被收集在[9，10]，其他类似的方法也在[3，4]中作了介绍。 6.1.3同参数刀具路径 同参刀具路径的产生应用最广泛，雕塑表面以参数形式描述，这里是表面一点的笛卡尔坐标矢量，同参刀具路径被定义为一组表面上的曲线，相对应的是参数或的一组常数值。图1表示了同参数曲线的产生，特别是从平面到空间的描述过程。 图1.标准参数刀具路径的再生 目前的研究中，雕塑表面数控铣削刀具接触路径被定义为同参数曲线。同参数曲线的使计算要求方面大大减少。数控程序员可选择沿方向或方向刀具路径流向，这取决于加工表面的形状。固定参数曲线不仅均匀的分布在整个表面上，而且比其他方法如等线产生法和等补偿产生法产生的刀具路径处理起来容易。 同参数刀具路径生成的过程包括两个主要任务。首先在表面上不断地选择参数或，产生刀具接触点。然后，对于五轴数控铣削，确定沿这条路径的合适的刀具轴方向。这种方法极大的简化了整个刀具位置工序并减少计算要求。加工表面上的粗糙度或峰，主要是同参数的刀具路径的越步距离造成的，然而间隙基本上是由刀具侧面在刀具接触点和表面的局部几何形状造成的。因此，粗糙度和间隙问题可粗略的区分并分别在路径产生和刀具方向最优化各自任务时处理。 6.1.4最优的刀具方向 在当前的研究中，在曲率配合的基础上形成了一种确定最优切削刀具方向的方法。曲率配合法允许数控程序员广泛的利用有效的加工半径，不需要更换刀具，而且保持局部范围准确近似性，提高加工效率。这种方法是在[8]中提到的曲率法的一种调整，这种方法是利用局部几何形状特性减少和消除间隙问题。它将确定最优刀具方向过程与刀具位置产生过程区分开来。这也排除了曲率线计算和同曲率加工法中不规则空间有关的困难。 6.2刀具方向和刀具有效曲率 沿同参数刀具路径的一定点很容易定义与表面性质相关概念（图2）： P：刀具与表面的接触点。 t：同参数刀具路径在P点的单位切线。 正交平面：经过点P垂直于t 的平面。 T：表面和正交平面在点P的相交曲线的单位切线。 N：表面和正交平面在点P的相交曲线的主垂线。 接触表面：垂直于正交平面，垂线为T的表面。 图2.表面在接触点的几何描述 在刀具接触点由两个角定义端铣刀的方向：倾斜角α和偏离角β。倾斜角是刀具轴线与主垂线N在接触平面的夹角。主垂线N与球体Z轴的夹角叫偏离角。这两个角定义了五轴机床刀具的全部方向。刀具的倾斜对于五轴机床是非常有意义的。端铣刀的使用，五轴机床使得刀具形状与表面形状尽可能紧密配合，尤其是端磨的突出切边侧面可以通过变化刀具倾斜角进行调整，这是快速有效加工雕塑表面的关键因素。 端铣刀具的有效切削表面由它的投影曲线定义。投影曲线是加工过程中正交平面上刀具底部形成的侧面投影。图3表述了三个不同的刀具倾斜角和相对应的投影曲线. 在一个局部坐标系(T,N,t)中，刀具投影曲线可表示为： （1） 其中R是切削半径， 是倾斜角。有效的刀具曲率是刀具投影曲率在刀具接触点P的曲率，定义为： （2）刀具曲率有效半径为： （3） 图3.(a)三个不同的刀具倾向;(b)相应的刀具投影曲线 端铣曲率的有效半径可随倾斜角 从0°到90°变化相应的从无穷大变化到刀具半径R。这是平面端铣比球端铣具有的一个重大优点，后者曲率有效半径始终要求是刀具的球径。 6.2.1 最优刀具方向的曲率配合 最优刀具方向法关注的是减少间隙和消除刀具去除过多材料。提出这种方法的重要因素是切刀有效曲率与加工表面范围的局部曲率配合的不同几何形状方法的应用。换言之，倾斜角 和偏离角 的选择是为了使端铣侧面与被加工表面尽可能紧密的接触这样没有过多的材料损失或误差。 曲率配合是进行在切刀投影曲线的设计表面上相交曲线之间。如图2所示，这两条曲线是在通过切刀接触点垂直于切削方向的平面内定义的，通过这两条曲线曲率的配合，在无间隙条件下获得最大的瞬时加工区域。设计表面上的相交曲线的描述如下，雕塑表面被描述为： 。 刀具接触点沿着表面同参数曲线（例如， ）被定义为： 。 刀具路径 在P点的单位切线如下： （4） 在笛卡尔坐标系 平面垂直的切矢量可简单的给出： （5） 图2所示表面与正交平面间的相交曲线必须满足下面的方程式： 和 （6） 因此，相交曲线的曲率由下式来确定： （7）（8） （9） 这个表面曲率与由刀具瞬间投影形成的曲线相配合，由 （10） 定义。这个方程用于计算平面端铣理想倾斜角 （11） 注意倾斜角只用于表面凹形范围，在这范围内曲率配合是必要的，对于凸形区域，为了最大化的去除材料，倾斜角 选0°。倾斜角定义了切削工具轴的方向，与图2中定义的切向方向t中主垂线N有关。另一个方向角——偏离角 被定义为数控机床主轴（垂直轴Z）和表面主垂线N间的夹角。这表明最优的加工要求刀具方向角不断的改变。 6.2.2 判断局部加工误差 最优刀具方向的曲率配合方法也为刀具接触点局部范围内加工准确性的估计提供了好的方法。在切削点P不断的局部加工误差定义为刀具投影曲线与表面相交曲线的区别，这两种曲线定义在正交平面N内。局部加工误差表示为： （12） 这里， 代表公式（1）中定义的刀具投影曲线， 代表公式（6）中定义的设计平面和正交平面的相交曲线。加工误差在图4中表示。这表明 和 曲线同在正交平面内。它们的曲率在接触点P相配合，这使得误差计算相对容易。局部加工误差沿主垂线N方向被计算。如果误差大于零，代表的是由平面端刀遗留的粗糙度的高度。如果误差小于零，测量的是间隙的深度。加工误差通过切刀后刀面时确定数值，并在图4中水平T方向描述。 图4.局部加工错误计算 6.2.3举例 在图5中以表面的例子说明最优刀具方向和局部加工误差判断方法。描述了 值为常数（ ）的同参数刀具路径，沿参数 从0到1变化。相对于 刀具位置，曲率配合法获得最优的切刀方向角 =0.13、 =1.05，全部在弧度内。产生的刀具投影曲线和表面相交曲线在图6中表示。它们的曲率在接触点配合。 图5.设计表面上标准参数刀具路径 图6.曲率相配结果 图7表示了一系列在刀具接触位置不同倾斜角的局部加工误差。曲线3是由最优刀具方向α=0.13弧度产生的误差。如图所示，最优刀具方向产生较小的加工误差。在刀具后刀面整个范围内没有间隙。如果选择一个较大的倾斜角 ，如例2中的 =0.16或 =0.20,切刀投影曲线有较小的曲率半径，刀具将切除较少的材料，粗糙度将增加。如果选用小的刀具倾斜角 ，如 =0.08或 =0.06,切刀将切大量的材料。然而，切削表面将伸出被加工的设计表面，产生如曲线4、5中表示的间隙误差。对于精加工希望避免间隙就像在外部纠正一样困难。然而，对于粗加工，为了获得高的加工效率可以允许在一定范围内存在间隙。 6.2.4确定尖点高度 另一个主要加工误差出现在刀具路径重复区域过多材料残留时，没有去除的材料体被定义为尖点。尖点可以由从刀具加工的表面减去部分表面来精确的描述。尖点是在邻近切削路径相交表面形成的隆起物。这条曲线叫尖点曲线。尖点曲线到部分表面的距离代表了伸出部分表面非去除材料的局部最大量。这段距离被认为尖点高度，如图8所示。因为小的尖点高度可以很大的减少设计规定的表面粗糙度要求的人工磨和抛光，控制尖点高度是五轴数控程序的一个最重要的因素。 确定尖点高度的直接方法是采用固体模型法。数控加工的计算机模拟可以通过带工件体积的工具路径外壳的布尔运算进行，这个计算过程是非常精确的。在计算机图形中隐藏表面去除基于变化的标准Z深度缓冲技术的计算过程已经在[9]中作过介绍。然而，另一种相似方法也在[3，4]中作了介绍。通常产生一系列大量的非去除材料超出部分表面上规定的一系列离散点的例子。 在这部分里，介绍计算程序的目的在于不采用昂贵的模拟而直接从几何模型中定出尖点值。这里提出这种方法的关键是计算经过重复加工邻近区域的尖点高度。尖点高度依赖三个因素：部分表面几何形状，沿刀具路径刀具方向和刀具路径附近的间隔距离。假设刀具路径是同参数的，例如，对于图8所示许多对刀具路径，第一条刀具路径沿着参数 ，接下来另一条路径沿 同参数曲线，刀具每条路径上任意点的理想方向由4.1节提到的曲率配合法确定以保证无间隙的条件。现在的问题是确定尖点值。 图8描述了提出方法的基础，给定一点 在由附近切削路径形成的尖点曲线上，并同时位于这些刀具路径的两条投影曲线上。假设刀具位置沿第一条路径，例如第一条路径在 ，在另一条刀具路径上相应的位置是 ，这样就可以确定在 点的尖点高度。通过沿一条同参数曲线如第一条刀具路径，可以确定整个尖点曲线的任一尖点高度，接下来描述的是这种方法的计算过程。 图8．加工表面的尖点 假设尖点曲线上的点分 别在刀具位置 和处 形成，在两条同参刀具路径相应的位置是 和 。刀具投影曲线在 和 的位置可以在其各自局部坐标系 和 由下式描述： EMBED Equation.3 （13） （14） 和 分别是刀具在 和 时的刀具倾斜角。如图9所示，这些椭圆曲线可以分别以参数形式表示， 和 分别是曲线参数。 （15） （16） 图9. 刀具相交的投影曲线 在球坐标系（X，Y，Z）第一条投影曲线上一点坐标 由下式得出： （17） （18） （19） 这里通过坐标变换 ， ， 将局部坐标系（N，T，t）定义在球坐标系中。类似的，第二条刀具投影曲线上一点的坐标 在球坐标系中可表示为： （20） （21） （22） 因此，这两条曲线的交点定义为尖点点 则有： （23） 这个非线性方程组完全定义了尖点曲线。如果选择同参数形式参数 或 为尖点曲线的独立参数。这些方程可以解开，得到尖点点 ，一旦发现尖点点 ，尖点高度h作为点到部分表面的距离可以计算出来，结束了确定尖点高度的全过程。 6.2.5测试举例 五轴机床数控程序法已经在UNIX操作系统执行了，为软件，描述两个数字实验。图10描述了以前在图5中描述过的一系列同参刀具路径的马鞍形表面。由于表面的对称性，仅在表面的四分之一产生刀具路径。沿着切削路径，刀具可以以最优的刀具倾斜角和偏离角被定义。图11中表示的是四分之一表面上一系列单独的刀具位置的刀具轴方向。选择半径50mm的平面端铣刀具，在刀具路径上任何位置都不产生间隙的曲率配合法确定的刀具方向最理想。同参刀具路径与间隙 表面的参数空间一致。第一条刀具路径定义在 的参数空间，尖点高度计算的数学过程在开始刀具路径后的每条切削路径时被运行。尖点高度值结果在图12被划分，尖点高度的最大值约有3mm。发生在笛卡尔空间中设计表面上的刀具路径区分的拐角处。这就是预先规定的任何形式的曲线如同参曲线。图13说明了四分之一表面的加工表面误差。自动控制板比例模型又是另一个例子。图14表示了一系列给定同参刀具路径的刀具轴方向，表面完全是的，从第一条刀具路径开始，我们获得如图15所示沿给定刀具路径不断切削的每一次峰值。 6.2.6结论 本论文是雕塑表面五轴数控加工的刀具程序的新方法。这种方法充分利用了五轴机床的灵活性，它随着相关表面上一点的局部特性改变刀具在刀具路径上独立点的方向。关键步骤包括沿切刀运动方向表面曲率的近似。选择刀具方向以便将加工误差控制在规定公差内，切除最大量的材料。 在提出的这种方法中由一系列邻近切削引起的粗糙度可以精确的计算出来，这种方法不仅能检测误差而且能将误差与相应的刀具位置方向联系起来。这时纠正加工误差和重新计划刀具路径非常有帮助。 在提出的这种方法中，刀具路径被定义为设计表面上已规定的一系列同参数曲线。铣削方向的选择由表面参数方向 , 限制。另外每条刀具路径被限制为一条同参曲线，这将增加总刀具路径长度和加工时间。峰曲线和尖点高度的概念可用于不同刀具路径产生法的发展，刀具路径不用按照设计表面上的预先规定的曲线，而且尖点高度被规定控制和下一条刀具路径的产生都是基于路径存在基础上的，通过方向控制尖点高度，刀具路径的间隔可自动得到。因此能产生有效准确的刀具路径，这在相应的工作中已经被介绍。 6.3译文 Five-Axis NC Machining of Sculptured Surfaces Yu (Michael) Wang1 and Xiaowei (Sherrie) Tang2 1Department of Mechanical Engineering, University of Maryland, Maryland, USA; 2Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA This paper presents a new method for the determination of tool position and orientation for NC milling of sculptured surfaces with a five-axis NC machine. This method uses an analysis of local curvatures of the surface and the tool geometry. Based on matching these local properties, optimal tool axis orientations are selected so that the gouging error in machining is eliminated or controlled within a specific tolerance. An accurate technique is also proposed for the computation of cusp height of the machined surface. By eliminating gouging and controlling scallops within a specified tolerance, it is expected that the time-consuming manual grinding process could be greatly reduced or completely eliminated in the finish machining of complex die or mould surfaces. Keywords: Cusp height; Five-axis machining; Tool axis orientation 1. Introduction A major area of interest in CAD/CAM is in the representation and manufacture of 3D objects composed of sculptured surfaces. A sculptured surface, also called a free-form surface, is generally defined as a surface with variable curvature and is represented mathematically by parametric forms such as the well-known Bezier and NURBS types. Sculptured surfaces are used in a variety of applications in the aerospace, ship-building, and automotive industries. Traditionally, dies and moulds used for sculptured surface product manufacture are machined with an NC machine and increasingly with a five-axis NC machine. The computer controlled machining operation is typically divided into two stages, a rough machining and then a finish milling. The goal of rough machining is to remove the maximum amount of raw material from the die or mould blank and yet to ensure no excessive cutting or gouging. Finish machining then places the cutter at its maximum contact with the design surface to obtain Correspondence and offprint requests to: Dr Y. Wang, Department of Mechanical Engineering, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA. E-mail: yuwangKglue.umd.edu a well-finished and accurate surface. Since irregular scallops between finishing tool passes are inevitably generated on the machined surface, manual surface grinding and polishing is often required to remove the scallops and to bring the surface roughness within finish specifications. The term scallop refers to ridges, cusps and other surface protrusions left between adjacent overlapping tool passes that extend above the design surface profile. Careful planning is required to determine five-axis cutter paths for the finish machining of sculptured surfaces. Programming a five-axis machine requires consideration of a number of important issues, such as optimising tool paths, avoiding interferences, and improving the cutting efficiency. If the gouge and the scallop height left by the finish machining operation are carefully controlled, then the amount of grinding and polishing required in the die or mould manufacture can be greatly reduced or eliminated. The objective of this paper is to develop a method for fiveaxis tool programming to improve machining quality in NC finish milling. The approach presented in the paper focuses on two key aspects of the finish machining. First, the optimal tool orientation is determined for the elimination of gouging and for maximum cutter contact with the design surface. This is accomplished by studying the local properties of both the design surface and the cutting tool at their contact point. Next, scallops between adjacent points on consecutive machining passes are accurately calculated. These calculations provide a basis for determining the maximum distance that separates the adjacent overlapping cutting passes, or step-over. By both eliminating gouging and controlling scallops within a tolerance specification, it is expected that so-called “grinding-less” finish machining can be achieved, for which the time-consuming manual grinding process is greatly reduced or completely eliminated. 2. Related Work There are a number of methods of NC tool programming for sculptured surface machining. The automatically programmed tool (APT) method [1,2] has been a standard for three- to fiveaxis NC programming for many years. This approach may 8 Y. Wang and X. Tang require an iterative computational procedure and the machining efficiency is closely coupled with the design parameterisation of the surface. In many recent approaches to the problem, a sculptured surface is approximated to a set of planar surfaces within a specified approximation error [3–6]. Tool paths can be planned in Cartesian space. In five-axis machining with a flat-end milling cutter, the tool axis orientations can be adjusted to avoid gouging. The main drawback of these methods is that zigzag tool paths are often generated. Also, the surface approximation representation could result in extensive computational effort to generate tool paths for accurate surface machining [6]. Recently, an iso-curvature machining method was proposed [7,8] with the application of the concepts of differential geometry to five-axis tool positioning. Tool placement and tool orientations are determined based on local curvature properties of the surface. However, the method requires extensive computation of lines of curvature and yields non-uniform spacing in the generated tool paths. Accurate determination of scallops has been a challenge for five-axis NC programming. Traditionally, computer simulation techniques such as the standard Z depth buffer technology in computer graphics are relied upon [9,10]. Other approximation methods have also been introduced [3,4] usually yielding a set of samples of the amount of unremoved material over a specified set of discrete points on the part surface. An isoscallop machining technique has been proposed in an effort to control the scallop error [11]. 3. Isoparametric Tool Paths Isoparametric tool path generation is by far the most widely used technique. For a sculptured surface represented in a parametric form r(u,v), where r is the Cartesian coordinate vector (x,y,z) of a point on the surface, isoparametric tool paths are defined as a set of curves on the surface corresponding to a set of constant values of either parameter u or v. Figure 1 shows the generation of isoparametric curves, which is essentially a mapping process from the (u,v)-plane into (x,y,z)-space. In the present study, cutter contact paths for NC milling of a sculptured surface are defined as isoparameter curves. The use of isoparametric curves results in a significant reduction in the computational requirement. The NC programmer can choose the flow of tool paths along either the u-direction or Fig. 1. Generation of iso-parametric tool paths. v-direction, depending on the shape of the machining surface. The constant parameter curves are not only distributed evenly on the whole surface, but also are relatively easier to handle than tool paths generated by other methods such as isoplanar and iso-offset generation techniques. The process of isoparametric tool path generation involves two primary tasks. First, cutter-contact (CC) points are generated on the surface by incrementing the chosen parameter, either u or v. For five-axis NC milling, then an appropriate tool axis direction along this path is determined. This approach greatly simplifies the whole tool placement process and reduces the required computation. Scallops or cusps on the machined surface are mainly the result of the step-over distances of the isoparametric tool paths, while gouging is essentially determined by the local geometries of the surface and the cutter profile at the cutter-contact point. Therefore, the scallop and the gouging problems can be roughly decoupled and handled separately in the respective tasks of tool path generation and tool orientation optimisation. 4. Optimal Tool Orientation In the present study, a technique is developed for determining the optimal cutting tool orientation based on curvature matching. The curvature matching method allows the NC programmer to take advantage of a wide range of effective cutting radii without changing tools, while maintaining accurate approximations to the local regions and improving the machining efficiency. The technique is an adaptation of the curvature matching method developed in [8]. In making use of the local geometric properties, the technique developed here focuses on the problem of gouging reduction or elimination. It separates the process of optimal cutter orientation determination from the process of cutter location generation. This eliminates the difficulties associated with the computation of curvature lines and their irregular spacing in the isocurvature machining method [8]. 4.1 Cutter Orientation and Cutter Effective Curvature It is convenient to define the following concepts related to surface properties at a cutter location point along an isoparametric tool path (Fig. 2): P: contact point between the cutter and the surface. t: unit tangent of the iso-parametric tool path at point P. Normal plane: the plane passes P and is normal to t. T: unit tangent of the intersection curve between the surface and normal plane at point P. N: principal normal of the intersection curve between the surface and normal plane at point P. Osculatory plane: the plane perpendicular to the normal plane and has T as normal. The orientation of an end-mill cutter at the cutter-contact point is defined by two angles: tilt angle a and yaw angle b. Five-Axis NC Machining of Sculptured Surfaces9 Fig. 2. Geometric description of the surface at a contact point. The tilt angle is the angle between the tool axis and the principal normal N in the osculatory plane. The angle between the principal normal N and the global Z-axis is called the yaw angle. These two angles define the complete orientation of the tool cutter in a five-axis machine. The ability to tilt the cutter is a significant benefit of fiveaxis machines. With the use of an end-milling cutter, a fiveaxis machine allows the cutter shape to match the surface shape as closely as possible [12]. Especially, the projected cutting edge profile of the end mill can be adjusted by varying the tool inclination angles. This is a critical factor for rapid and efficient machining of sculptured surfaces. The effective cutting surface of an end-mill cutter is defined by its silhouette curve. The silhouette curve is the projection of the profile formed by the cutter bottom on the normal plane during machining. Figure 3 shows three different cutter inclinations and the corresponding silhouette curves. In the local coordinate system (T, N, t), the cutter silhouette curve is expressed as: where R is the cutter radius and a is the tilt angle. The effective cutter curvature is defined as the curvature of the cutter silhouette curve at the cutter-contact point P, which is given as: The effective radius of curvature of the end-mill can vary from infinity to the cutter radius R, as the tilt angle a changes from 0to 90. This is a significant advantage of a flat-end mill over a ball-end mill, whose effective radius of curvature is always restricted to the spherical radius of the cutter. Fig. 3. (a) Three different cutter inclinations. (b) The corresponding cutter silhouette curves. 4.2 Curvature Matching for Optimal Cutter Orientation The focus of the optimal cutter orientation method is on reduction of gouging and on elimination of the excessive material removed by the cutter. An essential element of the proposed method is the application of differential geometry techniques for matching the effective curvature of the cutting tool with the local curvature of the machined surface region. In other words, the tilt and yaw angles (a,b) are selected such that the profile of the end-mill is made to match that of the surface to be machined as closely as possible, without excessive material removal or gouging. The curvature matching is between two curves: the cutter silhouette curve and the intersection curve on the design surface. Both curves are defined in the plane that passes through the cutter-contact point and is normal to the cutting direction as shown in Fig. 2. By matching curvatures of these two curves, the largest instantaneous machining area is obtained under the gouge-free condition. The intersection curve on the design surface is described as follows. For a sculptured surface described as r(u,v) {x(u,v), y(u,v), z(u,v)T, its cutter-contact point is defined as P {Px(u,v), Py(u,v), Pz(u,v)}T along an isoparametric curve of the surface (e.g. v v0). The unit tangent of the tool path r(u,v) at P is given as: In the Cartesian coordinate system {x,y,z}T the plane normal to the tangent vector is simply given as This surface curvature is matched with the curve formed by the instantaneous swept silhouette of the tool defined by Eq. (1) i.e.: Note that this tilt angle is applicable only for the concave regions of the surface, where curvature matching is necessary. For convex regions, the tilt angle a is always chosen to be 0for maximum material removal. The tilt angle defines the orientation of the cutting tool axis with respect to the principal normal N in the tangent direction t as defined in Fig. 2. The other orientation angle, the yaw angle b, is specified as the angle between a principal axis of the NC machine (e.g. the vertical axis Z) and the surface principal normal N. This indicates that optimal machining may require continuous changing in both tool orientation angles. 4.3 Estimation of Local Machining Errors The curvature matching method for optimal tool orientation also provides a good approach to the estimation of machining accuracy in the local region of the cutter-contact point. At the instant of machining at the cutter-point P the local machining error is defined as the difference between the cutter silhouette curve and the surface intersection curve, both being defined in the normal plane N. Thus, the local (instantaneous) machining error is expressed as Fig. 4. Local machining error calculation. where Cc denotes the cutter silhouette curve as defined by Eq. (1) and Ci represents the planar intersection curve between the normal plane and the design surface which is defined by Eq. (6). The machining error is shown in Fig. 4. Note that both Cc and Ci curves are planar in the normal plane and their curvatures are matched to be identical at the contact point P. This fact makes the error calculation relatively easy. The local machining error is calculated along the principal normal direction N. If the error is greater than zero, it represents the height of the scallop left by the flat-end cutter. If the error is less than zero, it measures the depth of gouging [13]. The machining error is evaluated across the lateral face of the cutting tool as represented by the horizontal T direction in Fig. 4. 4.4 Examples The optimal tool orientation and local machining error estimation methods are illustrated with an example of the surface shown in Fig. 5. An isoparametric tool path with constant vvalue (v 0.8) is shown, along which parameter u varies from 0 to 1. At the cutter location corresponding to u 0.6, the curvature matching approach results in optimal cutter orientation angles of a 0.13 and b 1.05, both in radians. The resulting cutter silhouette curve and the surface intersection curve are shown in Fig. 6. Their curvatures are matched at their contact point. Fig. 5. An iso-parametric tool path on a design surface. Five-Axis NC Machining of Sculptured Surfaces 11 Fig. 6. Curvature matching results. Figure 7 shows the local machining errors for a series of different tilt angles at the cutter-contact location. The error resulting from the optimal tool orientation a 0.13 radians is shown as curve 3. As shown in the figure, the optimal cutter orientations yield a minimal machining error without the occurrence of gouging over the entire range of the cutter lateral face. If a larger tilt angle a is chosen, for example in case 2 a 0.16 or a 0.20, the cutter silhouette curve has a smaller radius of curvature. A smaller amount of material is removed by the cutter and scallop errors increase. If a smaller cutter tilt angle a is used, for example to a 0.08 or a 0.06, a larger amount of material will be removed by the cutter. However, the cutting surface may extend beyond the design surface to be machined, causing gouging errors as shown in the figure for cases 4 and 5. For finish machining, it is desirable to avoid any gouging as it is a difficult problem to correct on the physical part. For rough machining, however, Fig. 7. Machining errors (gouge or scallop). 1: a 0.20; 2: a 0.16; 3: a 0.13; 4: a 0.08; and 5: a 0.06 (all in radians). gouging may be allowed within a certain specified range in order to obtain a higher machining efficiency. 5. Cusp-Height Determination Another major machining error occurs when an excess of material is left between adjacent overlapping cutter paths. The volume of unremoved material is referred to as a cusp. The cusp can be exactly described by subtracting the part surface from the machined surface generated by the cutter. The cusp is a ridge protrusion formed at the intersection of the swept surfaces of the adjacent cutting paths. This curve is called a cusp curve. The distance of the cusp curve to the part surface represents a local maximum of the unremoved material that extends above the part surface. This distance is referred to as cusp height, as shown in Fig. 8. Controlling cusp height is a significant factor in five-axis NC programming since a small cusp height significantly reduces the manual grinding and smoothing required by the specified surface roughness of the design. A direct method for the determination of cusps is to use a solid modelling technique. Computer simulation of NC machining can be achieved by Boolean calculations of the tool path envelope with the workpiece volume, which is computationally intensive [10]. A computational procedure based on a variation of the standard Z depth buffer technology for hidden surface removal in computer graphics has been introduced [9]. However, the simulation results of this alternative approach depend on the chosen viewing direction, and multiple simulations with different viewing directions are required. Other approximation methods have also been introduced [3,4], usually yielding a set of samples of the amount of unremoved material over a specified set of discrete points on the part surface. In this section, a computational procedure is introduced aimed at evaluation of the cusps directly from geometric models without using expensive simulation. The focal point of the technique proposed here is the calculation of the cusp height between adjacent overlapping machining passes. The cusp height depends on three factors: the geometry of the part surface, the cutter orientations along the tool paths, and the separation distance of the adjacent tool paths. The cutter paths are assumed to be isoparametric. For example, for any pair of tool paths, the first cutter path is along an isoparametric curve u u1 followed by the second path along another isoparametric Fig. 8. Machined surface with cusps. 12 Y. Wang and X. Tang curve u u2 as shown in Fig. 8. At any point on either path, orientations of the tool are determined to be optimal by the method of curvature matching discussed in Section 4.1, ensuring the gouge-free condition. The problem now is the evaluation of the cusps. The essential basis of the proposed method is described as follows (Fig. 8). A given point Pc, on the cusp curve formed by the adjacent cutting paths, must lie simultaneously on two silhouette curves of the cutter of these paths. Given the cutter location along one path, e.g. the first path at P1(u1, v1), the corresponding cutter location on the other tool path, e.g. P2(u2,v2), can be determined to define the cusp height at Pc. By tracing along one isoparametric curve, e.g. the first cutter path, one should be able to determine the height of cusp for the entire cusp curve. A computational procedure for the approach is described in the following. Suppose the point Pc on the cusp curve is formed at the cutter positions P1(u1,v1) and P2(u2,v2) respectively, on the two isoparametric tool paths corresponding to (u u1) and (u u2). The cutter silhouette curves at positions P1(u1,v1) and P2(u2,v2) can be described in their respective local coordinate systems (T1, N1, t1) and (T2, N2, t2) by the following equations: respectively, where a1 and a2 are the cutter tilt angles at P1 and P2, respectively. As shown in Fig. 9, these elliptical curves can also be expressed in a parametric form as, respectively, Fig. 9. Intersection of the cutter silhouette curves. with s1 and s2 being the respective curve parameters. In the global coordinate system (X, Y, Z) the coordinates (x1, y1, z1) of a point on the first silhouette curve are given by: x1(s1,v1) T1xR cos(s1) N1x R sin(a1) sin(s1) Here, the local coordinate system (T, N, t) is defined in the global coordinate system by the coordinate transformation T(b) {Tx,Ty,Tz}T, N(b) {Nx,Ny,Nz}T, and t(b) {tx,ty,tz}T. Similarly, the coordinates (x2,y2,z2) of a point on the second cutter silhouette curve is expressed in the global coordinate system as: Hence, the intersection of these two curves defines the cusp point Pc, yielding: This system of nonlinear equations completely defines the cusp curve. If one chooses one of the isoparametric parameters, v1 or v2, to be the independent parameter of the cusp curve, then these equations can be solved numerically, yielding the cusp point Pc. Once the cusp point is found, the cusp height h is calculated as the distance from point Pc to the part surface, concluding the entire procedure of cusp height determination. 6. Test Examples This method of NC programming for five-axis machines has been implemented on a UNIX workstation. Two numerical experiments are presented here to evaluate the software. Figure 10 shows the saddle surface previously shown in Fig. 5 with a set of isoparametric tool paths. Owing to the symmetry of the surface, tool paths are generated only for a quarter of the surface. Along the cutting paths, the cutter is oriented with optimal cutter tilt and yaw angles. The tool axis orientations are shown in Fig. 11 for a set of individual tool positions on a quarter of the surface. A flat-end milling cutter of radius 50 mm is selected, and it is found that the optimal cutter Five-Axis NC Machining of Sculptured Surfaces 13 Fig. 10. A saddle surface with pre-specified iso-parametric tool paths. Fig. 11. Optimal tool axis orientations along the tool paths. orientations determined by the curvature matching technique produces no gouging anywhere on the tool paths. The isoparametric tool paths are uniformly spaced in the parameter space of the surface with a separation of Du 0.02. The first tool path is defined in the parameter space at u 0.01. The numerical procedure for cusp height calculation is carried out for each pair of the cutting paths following the starting tool path. The resulting cusp height values are plotted in Fig. 12. It is found that the maximum value of cusp height is about 3 mm, which occurs near a corner of the surface where the tool paths are more separated on the design surface in the Cartesian space. This is expected for any type of prespecified tool paths such as the isoparametric curves. Figure 13 illustrates the errors of the machined surface on the quarter surface. A scaled model of an automotive panel is another example. Figure 14 shows the tool axis orientations for a given set of isoparametric tool paths. The surface is fully convex. Starting from the first tool path, we obtained the cusp heights for each consecutive cut along the given tool paths as shown in Fig. 15. Fig. 12. Values of the cusp heights of the tool paths. Fig. 13. Simulated machining errors on the design surface. Fig. 14. Optimal tool axis orientations for the automotive panel surface. 14 Y. Wang and X. Tang Fig. 15. Cusp heights along the tool paths. 7. Conclusions This paper presents a new method for tool programming for the five-axis NC machining of sculptured surfaces. The method takes full advantage of the flexibility of five-axis machines. It changes the orientations of the cutter at each single point along a tool path with respect to the local properties of the surface at that point. This key process involves an approximation of the surface curvature along the direction of cutter movement. The cutter orientations are chosen so that each single cut will remove the maximum amount of material while the gouging errors are controlled within a specified tolerance. In the proposed method, scallops caused by a set of adjacent cuts are calculated accurately and completely. This method is capable not only of error detection but also of relating errors to the corresponding cutter locations and orientations. This is very helpful for machining error correction and tool path replanning. In the proposed technique, the tool paths are defined as a set of prespecified isoparametric curves on the design surface. The choice of the milling direction is constrained by the surface parameter direction u or v. In addition, each tool path is confined to an isoparametric curve. In the event that the cusp height is found to be excessive at a cutter location, the associated tool paths must then be corrected and made closer together when necessary. This will increase the total tool path length and the machining time. The concept of cusp curve and cusp height can be used for the development of a different tool path generation technique in which the tool paths do not follow any prespecified curves on the design surface. Rather, the cusp height is specified and controlled and the next tool path is generated based on the existing tool path. By direct control over the cusp height, the maximum separation of the tool paths is automatically achieved, thereby yielding efficient and accurate tool paths. This has been discussed in a related work [14]. Acknowledgement We gratefully acknowledge the financial support from the Minta Martin Aeronautic Research Foundation. References 1. G. C. Loney and T. M. Ozsoy, NC machining of free form surfaces, Computer-Aided Design, 19, pp. 85–90, 1987. 2. C.-H. Chang and M. Melkanoff, NC Machine Programming and Software Design, Prentice-Hall, 1989. 3. R. B. Jeard et al. 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Tang, Five-Axis NC Machining of Sculptured Surfaces, PhD thesis, University of Maryland Baltimore County, Department of Mechanical Engineering, Baltimore, MD 21228, 1995 7.附件II PAGE - 3 - _1143895800.unknown _1148445811.unknown _1148445860.unknown _1148445915.unknown _1148446091.unknown _1148446104.unknown _1148445891.unknown _1148445833.unknown _1143961575.unknown _1143961912.unknown _1143962345.unknown _1143962704.unknown _1143962961.unknown _1143963552.unknown _1143963658.unknown _1143962944.unknown _1143962479.unknown _1143962113.unknown _1143962276.unknown _1143961952.unknown _1143961622.unknown _1143961632.unknown _1143961782.unknown _1143961591.unknown _1143960789.unknown _1143961397.unknown _1143961406.unknown _1143961352.unknown _1143960603.unknown _1143895882.unknown _1143960113.unknown _1143960152.unknown _1143960470.unknown _1143895926.unknown _1143895853.unknown _1143893036.unknown _1143895296.unknown _1143895429.unknown _1143895439.unknown _1143895333.unknown _1143893277.unknown _1143895146.unknown _1143893164.unknown _1143280954.unknown _1143282162.unknown _1143890942.unknown _1143892873.unknown _1143892921.unknown _1143282298.unknown _1143282351.unknown _1143281689.unknown _1143281855.unknown _1143281050.unknown _1143280103.unknown _1143280302.unknown _1143280509.unknown _1143280203.unknown _1143278677.unknown _1143279059.unknown _1143279700.unknown _1143279481.unknown _1143278826.unknown _1143276942.unknown _1143276963.unknown _1012823220.unknown _1143271735.unknown