1毕业设计(论文)

摘 要

此次设计是基于FUNAC Serise 0i Mate-MD的典型零件的编程与加工。

转向助力泵作为汽车转向的动力源，是转向系统的“心脏”部位。在发达国家中，大小汽车的动力转向装车率已接近100%，目前，国内的许多车型已开始采用动力转向。因此在推广和使用转向泵的过程中，必须了解和掌握其性能、原理，才能做到正确使用和维护。 一、工作原理

转向泵主要有叶片、齿轮式、柱塞式等几种。从目前国内发展来看，推广使用最多的为叶片泵。主要零件有定子、转子、配油盘、叶片、泵体及后盖等。泵体内装有流量控制阀和安全阀。当泵工作时滑阀有一定开度，使流量达到规定要求，多余的流量又回到泵的吸烟腔内。若油路发生堵塞或意外事故，使系统压力超过泵的最大工作压力时，安全阀打开，滑阀全部开启，所有压力油均回到吸油腔，对系统起安全保护作用。 二、使用与维护注意事项

1、正确选择所用液压油的牌号，否则会影响泵的效率及寿命。

2、所用液压油必须清洁，经常检查，定期更换油泵吸油路上的滤油网。司机在加油时，必须备有过滤装置，确保油液的清洁度。并经常检查、清洗或更换过滤装置，保持油路畅通。

3、若较长时间不使用转向泵，重新起动时，不得立即满负荷工作，至少应有十分钟的空载运转时间。

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4、使用时应经常检查转向泵有无渗漏现象，运转是否正常，有无冲击或异常噪音，以便及时发现并排除故障。

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目 录

第一章：绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

1.1汽车动力转向系统概述

1.1．1汽车转向助力泵的类型及工作原理

1.2 汽车助力转向泵简介 1.3 国内外对叶片泵的研究 1.4 本课题研究的意义与价值 1.5 本文研究目标及内容

第二章：泵体及定子曲线的设计及优化„„„„„„„„„„„„„„

2.1现有双作用叶片泵的定子曲线及其优缺点

2.1.1 双作用叶片泵的工作原理 2.1.2双作用叶片泵的定子曲线

2.1.3常见双作用叶片泵的定子曲线及其优缺点

2.2定子曲线的设计及优化

2.2.1 无冲击、低噪声定子曲线的特性 2.2.2 定子曲线的设计及优化

2.3定子曲线的评估

2.3.1理论曲线的评估 2.3.2零件的材料与技术要求

第三章：零件的加工„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

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3.1零件特征分析

3.1.1零件图样分析 3.1.2加工方法选择 3.1.3工序划分 3.1.4加工路线确定 3.1.5工件装夹与夹具选择 3.1.6编程尺寸确定

3.2选择机床、工艺装备等

3.2.1机床选择 3.2.2刀具选择 3.2.3量具选择

3.3工艺参数确定 确定切削用量 填写工艺文件

第四章：编制加工程序单„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 结语 致谢 参考文献

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第一章：绪论

1.1汽车动力转向系统概述

近几十年来，我国的汽车工业得到了迅速发展，为满足对舒适性和安全性的更高要求，越来越多的汽车车型采用转向系统，液压动力转向系统工作压力高、结构紧凑，动力缸的尺寸小、重量轻；油液具有不可压缩性、灵敏度高；油液的阻尼作用可以用来吸收路面冲击；动力装置无需润滑。故液压动力转向系统有利于节能、降噪以及转向盘操作力控制。但也有其不可忽视的缺点，如能耗较大、噪声较高等。

1.1．1汽车转向助力泵的类型及工作原理

转向助力是协助驾驶员作汽车方向调整，为驾驶员减轻打方向盘的用力强度，当然，助力转向在汽车行驶的安全性、经济性上也一定的作用。

就目前汽车上配置的助力转向系统和我能看到的资料，大致可以分为三类： 第一， 机械式液压动力转向系统； 第二， 电子液压助力转向系统； 第三， 电动助力转向系统。

机械式液压动力转向系统

机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、、压力流量控制阀体、V型

传动皮带、储油罐等部件构成。

无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。所以，也在一定程度上浪费了资源。可以回忆一下：开这样的车，尤其是低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。

还有，机械式液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高，这也是耗资源的一个原因所在。

一般经济型轿车使用机械液压助力系统的比较多。

电子液压助力转向系统

主要构件：储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器

等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。

工作原理：电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。

电动助力转向系统(EPS)

英文全称是Electronic Power Steering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向

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器、以及畜电池电源所构成。

主要工作原理：汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多

1.2 汽车助力转向泵简介

在动力转向系统中，转向助力泵作为其心脏部件，直接影响到汽车的转向和操作稳定性。汽车动力转向泵具有小排量、高转速的特点。绝大多数转向泵采用双作用叶片泵，双作用片泵也称为平衡式叶片泵，与齿轮泵、柱塞泵相比，叶片泵由于具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低的突出特点，在各种类型的汽车上获得了广泛的应用。除了液压泵外，转向泵内部一般还包括控制流量、压力的阀件，这些阀件和液压泵一起构成了转向泵的液压回路。目前开式液压动力转向系统的应用比闭式系统更为广泛，其能耗问题也比较突出，因此本文选择了开式液压动力转向系统中常用的双作用叶片式转向泵作为研究对象。

1.3 国内外对叶片泵的研究（参考文献[14]）

叶片泵是目前中高压液压系统中使用较广的一种泵。随着液压技术的不断发展，叶片泵的高压化导致了叶片泵顶部与定子内表面接触应力的急剧升高,加剧了磨损,一旦受力不平衡,会引起叶片与定子内表面的撞击振动，从而激发噪声。 50年代后期，国外出现压力等级为14.0Mpa的叶片泵时，其噪声值为75dB(A)，噪声值过高成了一个急需解决的问题。从1960年起国外开始重视叶片泵噪声问题，不断进行降噪研究，到70年代末和80年代中期，一系列性能优良的低噪声叶片泵相继问世，噪声值一般可控制在65dB(A)以下，其中日本油研公司研制的PV2R系列叶片泵，噪声值甚至低至51-62dB(A)，已达到低于同等功率电动机噪声的水平。另外，像美国的Denison“T6”系列叶片泵，都较好的控制了叶片泵的噪声值，属于性能优良的低噪声叶片泵。

随着国产汽车工业的发展，国内许多厂家进行了汽车动力转向泵的国产发。目前为止，已有许多种动力转向泵实现了国产代。国内的许多厂家通常采用“反靠”靠模的加工方法加工定子内曲线条件好些的厂家使用精密测会仪器对定子样品尺寸进行较高精度的测绘，然后在数控机床上加工定子内曲线。这些加工方法虽然能较好地仿制出国外定子内曲线的形状，但因在加工过程中不可避免地带入了误差。这种误差为系统误差，导致最终所得的定子内曲线与实际的最佳过渡曲线形状不符，同时，又由于国内当前的生产加工条件差，定子内曲线加工精度难以满足要求，存在加工误差。

1.4 本课题研究的意义与价值

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与齿轮泵或轴向柱塞泵等其他形式的液压泵不同，双作用式叶片泵使用寿命不是取决于轴承的寿命，而主要取决于定子内表面与叶顶的磨损程度。叶片泵是目前中高压液压系统中使用较广的一种泵。叶片泵的高压化会引起叶片与定子内表面的撞击振动，从而激发噪声。噪声不仅给环境带来污染，而且大大影响了泵的使用性能，降低了泵的使用寿命。因此，叶片泵的噪声控制成了一个急待解决的问题。

在叶片泵的低噪声研究中，定子内曲线一直被有关专家视为关键因素。为了解决这一问题，有必要对叶片泵定子内曲线进行优化设计，进一步降低叶片泵工作时的噪声，提高其工作效率。

1.5 本文研究目标及内容

本文对汽车助力转向系统的工作原理进行了简单分析，对汽车助力转向泵，主要是双作用叶片泵进行了介绍。通过对叶片泵的定子曲线进行分析对比，高次型曲线能充分满足叶片泵对定子曲线径向速度、加速度和跃动等特性的要求，尤其在控制叶片振动，降低噪声方面具有出的优越性。本文主要对高次型定子曲线进行了分析。

双作用叶片泵的结构特点

(1)配油盘。双作用叶片泵的配油盘,在盘上有两个吸油窗口2、4和两个压油窗口1、3,窗口之间为封油区,通常应使封油区对应的中心角β稍大于或等于两个叶片之间的夹角，否则会使吸油腔和压油腔连通，造成泄漏，当两个叶片间密封油液从吸油区过渡到封油区(长半径圆弧处)时,其压力基本上与吸油压力相同,但当转子再继续旋转一个微小角度时，使该密封腔突然与压油腔相通，使其中油液压力突然升高,油液的体积突然收缩,压油腔中的油倒流进该腔,使液压泵的瞬时流量突然减小,引起液压泵的流量脉动、压力脉动和噪声,为此在配油盘的压油窗口靠叶片从封油区进入压油区的一边开有一个截面形状为三角形的三角槽(又称眉毛槽),使两叶片之间的封闭油液在未进入压油区之前就通过该三角槽与压力油相连,其压力逐渐上升,因而缓减了流量和压力脉动，并降低了噪声。环形槽

c与压油腔相通并与转子叶片槽底部相通,使叶片的底部作用有压力油。 (2)定子曲线。定子曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线组成的。过渡曲线应保证叶片贴紧在定子内表面上,保证叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度的

变化均匀,使叶片对定子的内表面的冲击尽可能小。 过渡曲线如采用阿基米德螺旋线,则叶片泵的流量理论上没有脉动,可是叶片在大、小圆弧和过渡曲线的连接点处产生很大的径向加速度,对定子产生冲击,造成连接点处严重磨损,并发生噪声。在连接点处用小圆弧进行修正,可以改善这种情况,在较为新式的泵中采用“等加速一等减速”曲线,如图3-15(a)所示。这种曲线的极坐标方程为：

ρ=r+ θ2 (0＜θ＜a/2 ρ=2r-R+ (θ- ) (a/2＜θ＜a (3-21)

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式中符号见图3-15所示。

图-1定子过渡曲线

由式(3-21)可求出叶片的径向速度dp/dt和径向加速度d2p/dt2,可知:当0＜θ＜α/2时,叶片的径向加速度为等加速度,当α/2＜θ＜α时等减速。由于叶片的速度变化均匀,故不会对定子内表面产生很大的冲击,但是,在θ=0、θ=α/2和θ=α处,叶片的径向加速度仍有突变,还会产生一些冲击,如图2-15(b)所示。所以在国外有些叶片泵上采用了三次以上的高次曲线作为过渡曲线。

(3)叶片的倾角。叶片在工作过程中,受离心力和叶片根部压力油的作用,使叶片和定子紧密接触。当叶片转至压油区时,定子内表面迫使叶片推向转子中心,它的工作情况和凸轮相似,叶片与定子内表面接触有一压力角为β,且大小是变化的,其变化规律与叶片径向速度变化规律相同,即从零逐渐增加到最大,又从最大逐渐减小到零,因而在双作用叶片泵中,将叶片顺着转子回转方向前倾一个θ角，使压力角减小到β′,这样就可以减小侧向力FT,使叶片在槽中移动灵活,并可减少磨损,如图3-16所示,根据双作用叶片泵定子内表面的几何参数,其压力角的最大值βmax≈24°。一般取θ=(1/2)βmax,因而叶片泵叶片的倾角θ一般10°～14°。YB型叶片泵叶片相对于转子径向连线前倾13°。但近年的研究表明,叶片倾角并非完全必要,某些高压双作用叶片泵的转子槽是径向的,且使用情况良好。

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第二章 泵体及定子曲线的设计及优化

2.1现有双作用叶片泵的定子曲线及其优缺点

2.1.1 双作用叶片泵的工作原理 （参考文献[4]）

如图3-1所示为双作用式叶片泵工作原理图。双作用叶片泵由泵体、定子,转子、叶片、左、右配流盘和传动轴组成。定子与转子中心重合。定子

图-2双作用叶片泵的工作原理图

与泵体固定在一起，其内表面是由与转子同心的四段圆弧组成，即两段半径为R的大圆弧和两段半径为r的小圆弧及四段过渡曲线组成。当叶片由小半径向大半径移动时，两叶片间密封容腔容积逐渐增大，由于产生局部真空，使油液在大气压作用下，通过吸油窗口从油箱吸入泵内，而当从大半径向小半径移动时，叶片后缩，容积逐渐减小，油压上升，将油从压油窗口压出。当泵连续转动，能够重复吸油、压油过程而连续供油。由于双作用叶片泵有两个吸油腔，两个压油腔，转子每转一转，叶片泵便完成两次吸油、两次压油过程，故称双作用式叶片泵。且两对吸压油腔是对称于转子轴分布的，故径向液压力对其作用力为零，即是平衡的，故又称此泵为卸荷(平衡)叶片泵，因排量不可调，所以称为定量泵。

2.1.2双作用叶片泵的定子曲线（参考文献[2]） 1.定子曲线介绍

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图-3 叶片泵定子曲线

双作用叶片泵的定子曲线半径为R和 r的大，为使吸油压油顺利进行，使泵正常工作，对过渡曲线的要求是：能保证叶片贴紧在定子内表面上，以形成可靠的密封工作，腔能使叶片在槽内径向运动时速度，加速度变化均匀，以减小流量的脉动了，当叶片沿着槽向外运动时，叶片对定子内表面的冲击应尽量小，以减小定子曲面的磨损。

为了便于分析讨论定子曲线的特征,过渡曲线径向通常用极坐标表示, 分别为过渡和圆弧的包角，定子中心O到曲线上任一点的矢径 是转角 的函数，变化范围为0-a，定子曲线的范围角(幅角)，定义 为曲线的速度 为曲线的加速度， 为曲线的加速度变化率，以后称跃动， 是转角速度。 常数，定子曲线的升程是长半径之差。

2. 定子曲线对噪声的影响

定子曲线对叶片泵噪声的影响表现为两个方面:(1)由定子曲线产生的流量的脉动;(2)由定子曲线产生的叶片运动不平稳而造成的机械噪声，通常表现为叶片与定子内撞击振动，这种撞击振动说明在泵运转过程中，叶片有瞬时脱离定子的现象。

2.1.3常见双作用叶片泵的定子曲线及其优缺点 1.常用定子曲线

通常，大多数双作用叶片泵的定子内曲线采用的是等加速等减速曲线(又称抛物线型曲线)，也有一部分用的是正弦曲线和余弦曲线。它们的轨迹、速度、加速度和跃动。曲线如图3-3所示 图 3-3 常见定子曲线特性

将上述各项特性随过渡角变化的数学方程列于表3-1中。 表3-1 常见定子曲线的数学方程

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2. 各种定子过渡曲线特点分析

定子过渡曲线通常有正弦加速曲线，余弦加速曲线，等加速等减速曲线，修正的阿基米德螺线几种。采用正弦曲线作过渡曲线，则在过渡区，叶片的径向加速度按正弦规律变化，叶片不会产生刚性冲击和柔性冲击，但叶片的最大加速度较大，在过渡区叶片容易产生脱空现象；采用阿基米德螺线作为过渡曲线时，则过渡曲线的径向升程或极半径按阿基米德螺线规律变化，叶片在阿基米德螺线上滑动时，叶片连接点易磨损;采用等加速等减速过渡曲线，在连接点处，在过渡曲线与圆弧的连接点及过渡曲线的中点加速度发生突变而造成“软冲”现象。高次曲线通过对参数的调整可满足瞬时流量均匀性和减小振动的要求。国内外的研究表明，采用高次曲线叶片泵的噪声通常是较小的，为现代高性能低噪声叶片泵广泛采用。

从控制叶片的振动和噪声来说，上述三种定子内曲线都不具备良好的性能，不是理想的无冲击的定子内曲线，不适应于高性能低噪声叶片泵。

3. 高次型曲线

高次曲线方程的通式可写成:

为使该方程的三阶导数存在而且连续光滑变化，次数至少不得低于5次，即要求n≥5。为了 和 的值，保证叶片受力良好，方程次数也不宜太高，一般取 ≤8。由此可以得到5次、6次、7次、8次四条定子曲线，这些高次曲线已在国内新开发的叶片泵中获得成功的应用，实践证明该方法对降低叶片的振动与噪声有较明显的作用。

2.2 定子曲线的设计及优化

2.2.1 无冲击、低噪声定子曲线的特性（参考文献[12]）

无冲击、低噪声叶片泵对定子曲线的速度、加速度、跃动等特性的具体要求是:

(1)速度特性

速度特性曲线光滑连续，沿线有突变。为保证叶片泵输出流量脉动尽可能小，要求相邻间隔为叶片间隔角的任意点的速度组合等于或近于常数。

(2)加速度特性

加速度特性曲线连续光滑，没有突变，不出现加速度为无穷大的点。最大加速度受叶片不脱离定子条件的。

(3)加速度变化率

要求跃动特性曲线连续光滑，没有突变，不出现J值为无穷大的点， 的最大值受低噪声性能的。如果定子曲线的J值在较小范围内变化且保持连续，能在一定程度上抑制叶片的振动，称之为低噪声曲线。不但J值的连续变化，更好地实现叶片无冲击的径向运动，这样的定子曲线称为无冲击低噪声曲线。

2.2.2 定子曲线的设计及优化（参考文献[13]）

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1、概述

双作用叶片泵的定子曲线，一般都是由四段与转子同心且轴对称圆弧(两段大半径、两段小半径)的工作曲线和四段中心对称的过渡曲线所组成。其关键便是过渡曲线的设计。下文所称的定子曲线既指过渡曲线。所要求的定子曲线需要满足以下条件：

(1)为了保证输出的流量脉动要小，加速度曲线要相对于本身中轴对称。 (2)控制最大加速度值n ，以保证在油泵刚开始工作时叶片不会脱离定子。 (3)定子曲线不能够有硬冲及软冲现象，且要尽量减小曲线的度跳动值-，来降低油泵工作时的噪音。

(4)尽量减小叶片的压力角T以及曲线的最高速度 ，来保证叶片有良好的受力状态。所用符号的含义：

R一长轴半径； v一叶片径向度速度； r一短轴半径； a—度加速度； β一圆弧段所对应的中心角； J—度跳动；

α一过渡曲线所对应的中心角； τ一叶片压力角； ρ—过渡曲线上的半径值； L一叶片长度； — 包络线上的半径值；

一叶片顶端圆角半径；

一转子在过渡曲线上的转角； 一定子曲线半径径向偏差。

2、1定子曲线的设计方案

为了避免叶片厚度造成的偏差，将过渡曲线的设计分两步走，以此来保证所得到的叶片运动规律符合实际情况：

(1)以叶片顶端圆角圆心为基点，不考虑叶片的厚度，根据要求先设计出理论曲线，其所展示的运动规律为叶片顶端圆角圆心的运动规律。

(2)建立叶片顶端圆角的数学模型，找出其在顶端圆角圆心按照理论曲线运动时实际包络线，此包络线便为最终定子曲线。 2、2理论曲线的设计

为了做到定子曲线完全没有硬冲及软冲现象，必须依靠高阶曲线，高阶曲线的一般表达式为：

为度速度，体现叶片的径向速度； 为度加速度，影响叶片的径向惯性力；

为度跳动，主要反映曲线的助振作用以及影响噪声大小；

为叶片压力角，即定子对叶片反作用力与叶

片径向运动方向之间的夹角，影响叶片的受力状态。

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从最优化的角度出发。希望能够使曲线的度跳动指标趋于极小，同时兼顾度加速度等指标，给出了以下优化方程式：

其中，大度跳动值

和

为加权因子，因为曲线的长短轴半径已知，从尽可能的减小最

值和较小的

值。通过在专门求解

的角度出发，选取了较大的

最优化模型的计算机软件包LINGO8．0下编程计算。用分枝定界法(B—and—B)得到以上优化方程式的全局最优解。且将得到的结果输入MATLAB软件。得到理论曲线的表达式。 2、3计算实际包络线

首先，建立叶片和曲线接触时的数学模型，如图2所示。图中FF为叶片与定子曲线在接触点上的公切线、NN为接触点公法线、o为叶片顶端圆角圆心、r为叶片顶端圆角半径、tao为叶片压力角、虚线为依照传统方案不考虑叶片厚度时的定子曲线、实线为实际定子曲线、为叶片径向偏差、为叶片中心线与公切线FF的交点、A为叶片中心线与实际定子曲线交点。

图-4 包络线数学模型示意图

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计算式：

如果先得到定子曲线再定叶片的参数，实际情况就如图所示。根据所建的数

学模型可以得到其曲线径向偏差为：

在得到数学模型后，便通过MATLAB软件的符号运算功能，得到最终的包络线的方程。

2.3定子曲线的评估

2.3．1理论曲线的评估

定子曲线的评估主要是分析比较定子曲线的几个重要参数 o、^r等等。通过对理论曲线进行评估来检验设计方案的可行性。本文对于理论定子曲线的评估主要是以参考文献叫提出的7阶高性能定子曲线为参考，来比对两条曲线的各项重要数据，从而评估所设计的定子曲线。

2.3.2零件的材料与技术要求

材料 GCr15 CR12MOV 或 38CrMOAl

热处理：淬火HRC60 . 38CrMOAl . 氯化HRC65～70 . 加工要求：端面平行度0.002mm 内圆柱面与端面的垂直度0.008mm 内孔光洁度 ▽9

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第三章：零件的加工

3.1零件工艺分析

图-五 零件实物图

3.1.1零件图样分析

此次加工零件的结构较简单，精度要求高，各加工表面之间有严格的公差要求。该零件的材料为45锻件。零件的类型由平面曲线轮廓类和孔组成，全部加工部位都集中在一个面上，即XY平面。零件图形上各加工部位的尺寸标注完整无误。所铣削的零件外轮廓比较简单（仅直线和圆弧相切），通过自动编程可达到技术要求，图纸相关尺寸坐标已给出可考虑用手工编程方法进行，但要保证对称公差0.02、平面度、及3mm侧边，所以装夹时要注意保证零件强度，不发生倾斜等现象。加工孔时，技术要求较高必须进行二次加工。加工零件时必须达到尺寸精度和表面粗糙度要求。

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零件三维图形

3.1.2加工方法选择

在数控加工中，选择加工方法主要考虑所选加工方法要与实零件的表面特征，所要求达到的精度及表面的粗糙度相对应。此加工涉及到的表面粗糙度为1.6及孔的粗糙度要求，因此，加工方法选择平面铣切削加工；即采用端面铣刀和立铣刀进行加工铣削。孔采用先钻后铰进行。

3.1.3工序划分

加工过程中，为减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具的加工的内容安排在一个工序（或工步）中，按照加工表面的性质和要求，将粗加工，精度加工分为依次进行的不同工步，一般按“先粗后精”、“基准先行”、“先面后孔”、“先主后次”、适当集中等原则，安排各表面的切削加工、辅助工序的先后次序。零件为锻件，因此可采用以下加工顺序：保证上下面平行度及底面平面度

点孔——钻孔Ф3.1孔——铰孔——铣内腔轮廓——检验

3.1.4加工路线确定

加工路线是刀具在整个加工工序中的切削运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一，因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟订出的走刀路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，要考虑各方面的工艺要求。根据数控加工进给路线原则，此加工的具体加工路线如下：

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选择的加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。当铣削零件内轮廓时，刀具切削运动采用圆形环行切路线较合理，且在切削中使用顺铣模式，计算比较简单。一般采用圆柱立铣刀侧刃切削材料。在刀具运动时，每两行刀具轨迹之间，加工表面不能重叠，总存在没有被加工去除的间隙部分。每两行刀具轨迹的刀间距越大，没有被加工去除的残留量就越多，从而，切削余量不均匀时，是后续精加工的最大障碍，而不能保证零件加工表面的公差和质量。位了避免后面可能出现的加工问题，需要进行半精加工操作，其目的是消除刀间距的残留量，达到均匀的余量要求。在每层Z形走刀铣削结束后，接着在不抬刀的情况下环绕外轮廓一周进行半精加工，光整外轮廓表面，得到均匀的精加工余量。在切削工件时应选择合理的进、退到方式，其刀具切入工件时，应避免沿零件外轮廓的法向（垂直方向）切入，而应沿外轮廓曲线延长线的切向（水平方向）切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕，保证零件曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，要沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。

加工孔时，将刀具在XY平面内迅速、准确地运动到孔中心线位置，然后再沿Z向运动进行加工，由于孔况下可能使用一把或多把刀具。

此外，轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中要引起工件、刀具、机床系统的相对变形。进给停顿，切削力减小，刀具会在进给停顿处的零件轮廓上留下划痕。为了考虑铣削表面的粗糙度加工精度，可以采用多次走刀的方法，使最后精加工余量较少。一般以0.20到0.50mm为宜。精铣时应尽量用顺铣，以减少被加工零件的表面粗糙度。为提高生产效率，在确定加工路线时，应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。

3.1.5工件装夹与夹具选择

该零件形状结构简单且规则，外轮廓已预先加工，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，但要求孔是盲孔，可选用专用镶块工装辅助夹具装夹，两边用螺钉锁紧，但要保证夹具元件夹紧后不能与刀具运动轨迹发生干涉。

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装夹方式

3.1.6编程尺寸确定

根据零件的几何形状关系，节点坐标已给出，主要的尺寸有Ф3.2的孔、内圆弧的长短径，工件圆点设置在中心，保证对称度，深度面见图纸。 其它节点尺寸为对称值。

3.2选择机床、工艺装备等

3.2.1机床选择

根据工件尺寸大小、精度要求高低，及工件形状，更因此件为单件生产，考虑加工成本，此零件选用数控铣床加工，数控系统为FNAUC数控系统，由于工件尺寸为146mmX100mmX20mm，选用广东鑫泰科技集团有限公司生产的GSVM8050A加工中心进行加工，机床主要参数：加工范围600mmX450mmX450mm，中型通用自动化加工机床，适用于各类中型机械零件和具有复杂型腔及标准化模板的加工，一次装夹后可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序的加工，大功率高扭矩主轴电机，无齿轮变速箱、机床噪音、振动和发热量小 8000rpm高精高速主轴，采用P4级高精度轴承，可进行刚性攻丝 整体式高强度米汉纳铸铁床身 高频感应淬火磨削矩形导轨，表面喷涂氟塑树脂，手工刮研，可获理想的配合精度 高精度丝

第 18 页 共 32 页

杆与大转距伺服奠基直连，消除间歇，增加进给刚度，确保重复定位精度0.002mm 选配数控转台可实现四轴联动控制。

3.2.2刀具选择

根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好，使用寿命高的刀具。选择，平底立铣刀、钻头、铰刀等。

3.2.3量具选择

量具可选用带表游标卡尺、游标深度尺。

3.3工艺参数确定

3.3.1确定切削用量

切削用量是主轴转速（切削速度），背吃量和进给量三要素。在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床、刀具的能力，使切削加工既快又省，选择原则为：粗加工时求省时，精加工时保质量。具体数值见工艺卡。

3.3.2填写工艺文件

按加工顺序将各工序、工步的加工内容、刀用刀具、切削用量填写工序卡片。同时将刀具编写、刀具结构、刀片型号材料等填写刀具卡片。将走刀路线用规定的线条表达出来，既方便编程又能防止刀具与工件、夹具碰撞，说明复杂工序。 具体卡片见附表。

第 19 页 共 32 页

控工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车 间 工艺002 O000_ 平口钳 GSVM80加工中心 数控车间 程片

工步号 工 步 内 容 刀具号 刀具规格 主轴转速进给速度（r/min） （mm/min） 背吃刀量 备注 1 点孔,倒角 1# Ф10 3000 200 2 钻2个Ф3.1孔 2# Ф3.1 3000 300 3 铰孔 5# Ф3.2 1000 100 4 粗铣内圆弧 3# Ф16 550 100 0.5mm 5 精铣内圆弧 4# Ф12 1000 350 1.73mm 6 检验 编 制 审 核 批 准 2011年 5月14 日 共1页 第 1页 第 20 页 共 32 页

数加工过卡

数控加工刀具卡片

产品名称 或代号 工步号 刀具号 001 刀具名称 中心钻 深孔钻 铰刀 直柄立铣刀 直柄立铣刀 审 核 零件 名称 刀柄型号 BT40 BT40 BT40 底座 零件 图号 001 程序号 O0001 刀 具 直径/mm Ф10 Ф3.1 Ф3.2 刀长/mm 补偿量/mm 备注 1 2 3 4 5 编制

1# 2# 5# 共 1页 第 1页 3# 4# BT40 Ф16 BT40 Ф12 批准

第 21 页 共 32 页

第四章：编制加工程序单

程序卡片：

程序名称：O0371 % O0008 主程序 G80G90G40G17 M6T1 T2 M3S3000 M8 GG90G43H01G0Z50 X0Y22 M98P81 G55G0X0Y22 M98P81 G56G0X0Y22 M98P81 G57G0X0Y22 M98P81 G58G0Y22X0 M98P81 G59G0X0Y22 M98P81 G0Z50 G.1P01G0X0Y22 M98P81 G.1P02G0X0Y22 M98P81 G.1P03G0X0Y22 M98P81 G.1P04G0X0Y22 M98P81 G.1P05G0X0Y22 子程序 G80G90G40 M6T5 T3 M8 M3S650 G.1P13G0X0Y22 M98P83 G.1P14G0X0Y22 M98P83 G.1P15G0X0Y22 M98P83 M98P82 G.1G0X0Y22P26 M98P82 G.1G0X0Y22P27 M98P82 G.1G0X0Y22P28 M98P82 G.1G0X0Y22P29 M98P82 G.1G0X0Y22P30 M98P82 G0Z50 G.1P13X0Y0Z150. M9 G.1P16G0X0Y22 M98P83 G.1P17G0X0Y22 M98P83 G.1P18G0X0Y22 第 22 页 共 32 页

M98P81 G.1P06G0X0Y22 M98P81 G0Z50 G.1P07G0X0Y22 M98P81 G.1P08G0X0Y22 M98P81 G.1P09G0X0Y22 M98P81 G.1P10G0X0Y22 M98P81 G.1P11G0X0Y22 M98P81 G.1P12G0X0Y22 M98P81 G0Z50 GX0Y0Z150 M9 N2 G80G90G40 M6T2 T5 M03S3000 M8 G90G80 X0GG0Y22 M98P82 G0G55X0Y22 M98P82 G0G56X0Y22 M98P82 G0G57X0Y22 M98P82 M98P83 G0Z50 G.1P19G0X0Y22 M98P83 G.1P20G0X0Y22 M98P83 G.1P21G0X0Y22 M98P83 G.1P22G0X0Y22 M98P83 G.1P23G0X0Y22 M98P83 G.1P24G0X0Y22 M98P83 G0Z50 G.1P25G0X0Y22 M98P83 G.1P26G0X0Y22 M98P83 G.1P27G0X0Y22 M98P83 G.1P28G0X0Y22 M98P83 G.1P29G0X0Y22 M98P83 G.1P30G0X0Y22 M98P83 M9 G0Z50 G0G.1P13X0Y0Z150 G90G80G40 M6T3 T4 M8 第 23 页 共 32 页

G0G58X0Y22 M98P82 G59G0X0Y22 M98P82 G0Z50 G.1P01G0X0Y22 M98P82 G.1P02G0X0Y22 M98P82 G.1P03G0X0Y22 M98P82 G.1P04G0X0Y22 M98P82 G.1P05G0X0Y22 M98P82 G.1P06G0X0Y22 M98P82 G0Z50 G.1P07G0X0Y22 M98P82 G.1P08G0X0Y22 M98P82 G.1P09G0X0Y22 M98P82 G.1P10G0X0Y22 M98P82 G.1P11G0X0Y22 M98P82 G.1P12G0X0Y22 M98P82 G0Z50 G0X0GY0Z150 M9 N3 M3S550 G.1G90G43H03P13G0Z50 X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P14G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P15G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P16G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P17G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P18G0X3.46Y-6.975 M98P84 G0Z50 G.1P19G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P20G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P21X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P22G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P23G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P24X3.46Y-6.975 M98P84 G0Z50 G.1G0P25X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P26X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P27X3.46Y-6.975 M98P84 第 24 页 共 32 页

G80G90G40 M6T5 T3 M8 M3S650 GX0G0Y22 M98P83 G55X0G0Y22 M98P83 G56G0X0Y22 M98P83 G57G0X0Y22 M98P83 G58G0X0Y22 M98P83 G59G0X0Y22 M98P83 G0Z50 G.1P01G0X0Y22 M98P83 G.1P02G0X0Y22 M98P83 G.1P03G0X0Y22 M98P83 G.1P04G0X0Y22 M98P83 G.1P05G0X0Y22 M98P83 G.1P06G0X0Y22 M98P83 G0Z50 G.1P07G0X0Y22 M98P83 G.1P08G0X0Y22 G.1G0P28X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P29X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P30X3.46Y-6.975 M98P84 G0Z50 G.1P13G0Z150X0Y0 M9 G80G90G40 M6T4 M8 M3S1000 T1 G.1G90G43H04P13G0 X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P14G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P15G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P16G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P17G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P18G0X-6.4Y4.218 M98P85 G0Z50 G.1P19G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P20G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P21G0X-6.4Y4.218 M98P85 第 25 页 共 32 页

M98P83 G.1P09G0X0Y22 M98P83 G.1P10G0X0Y22 M98P83 G.1P11G0X0Y22 M98P83 G.1P12G0X0Y22 M98P83 M9 G0Z50 G0GX0Y0Z150 G80G90G40 M6T3 T4 M8 M3S550 X3.46GG0Y-6.975 M98P84 G55G0X3.46Y-6.975 M98P84 G56G0X3.46Y-6.975 M98P84 G57G0X3.46Y-6.975 M98P84 G58G0X3.46Y-6.975 M98P84 G59G0X3.46Y-6.975 M98P84 G0Z50 G.1P01G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P02G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P22G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P23G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P24G0X-6.4Y4.218 18M98P85 G0Z50 G.1P25G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P26G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P27G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P28G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P29G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P30G0X-6.4Y4.218 M98P85 G0Z50 M9 GZ150Y22X220G0 M6T1 G40G90G80 M30 % % O0081 点孔，倒角 G80G90G17G40 G0X0Y22 G0G43H01Z1.5 G1Z-2.3F200 G0Z1.5 G0X4.574Y21.519 第 26 页 共 32 页

G.1P03G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P04G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P05G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P06X3.46Y-6.975 M98P84 G0Z50 G.1P07G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1P08G0X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P09X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P10X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P11X3.46Y-6.975 M98P84 G.1G0P12X3.46Y-6.975 M98P84 G0Z50 G0GX0Y0Z150 M9 N4 G80G90G40 M6T4 M8 S1000M03 T1 G90GG43H04Z50G0 X-6.4Y4.218 M98P85 G55G0X-6.4Y4.218 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X8.948Y20.098 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X12.619Y18.021 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X15.825Y15.282 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X0 G0X0Y-22 G1Z-2.3F200 G0Z1.5 G0X4.574Y-21.519 G1Z-1F200 G0Z1.5 G0X-4.574Y-21.519 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X-8.948Y-20.098 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X-12.619Y-18.021 G1Z-2F200 G0Z1.5 G0X-15.825Y-15.282 G1Z-2F200 G0Z3 G0X0 M99 % % 第 27 页 共 32 页

M98P85 G56G0X-6.4Y4.218 M98P85 G57G0X-6.4Y4.218 M98P85 G58G0X-6.4Y4.218 M98P85 G59G0X-6.4Y4.218 M98P85 G0Z50 G.1P01G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P02X-6.4G0Y4.218 M98P85 G.1P03G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P04G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P05G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P06G0X-6.4Y4.218 M98P85 G0Z50 G.1P07G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P08G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P09G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P10G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P11G0X-6.4Y4.218 M98P85 G.1P12G0X-6.4Y4.218 O0082 钻孔 G40G17G80G90 X0G0Y22 G0Z1.5G43H02 Z-15G1F300 G0Z1.5 X0Y-22 G1Z-15F300 G0Z3. M99 % % O0083 铰孔 G80G90G17G40 G0X0Y22 G0G43H05Z1.5 G1Z-13F60 G0Z1.5 G0X0Y-22 G1Z-13F60 G0Z3 M99 % % O0084 粗铣内轮廓 G90 G80 G17 G40 G43 H03 G00 X2.324 Y8.176 Z-23. G42 D03 X2.879 Y10.098 F50 G01 G02 X5. Y8.918 I-2.828 J-9.972 F60 X11.04 Y4.286 I-13.159 J-21.208 G01 X11.474 Y3.759 G02 X12.145 Y2.559 I-4.029 J-3.041 第 28 页 共 32 页

M98P85 G0Z50 G.1P13X0Y0Z150 M9 M6T1 T2 M3S3000 M8 G.1G90G43H01P13G0Z50 X0Y22 M98P81 G.1P14G0Y22X0 M98P81 G.1P15G0X0Y22 M98P81 G.1P16G0X0Y22 M98P81 G.1P17G0X0Y22 M98P81 G.1P18G0X0Y22 M98P81 G0Z50 G.1P19G0X0Y22 M98P81 G.1P20G0X0Y22 M98P81 G.1P21G0X0Y22 M98P81 G.1P22G0X0Y22 M98P81 G.1P23G0X0Y22 M98P81 G.1P24G0X0Y22 M98P81 X12.498 Y1.181 I-4.948 J-2.003 X12.565 Y0.023 I-9.5 J-1.131 X10.082 Y-7.591 I-12.609 J-0.099 X9.386 Y-8.385 I-5.051 J3.725 X7.609 Y-9.504 I-3.706 J3.914 G01 X7.185 Y-9.1 X6.106 Y-9.909 G02 X-0.499 Y-10.488 I-5.526 J25.069 X-5.534 Y-8.922 I0.494 J10.467 X-11.149 Y-4.161 I13.124 J21.168 X-11.604 Y-3.578 I5.001 J4.378 X-12.101 Y-2.663 I4.092 J2.814 X-12.378 Y-1.849 I5.026 J2.162 G01 X-12.493 Y-1.196 G02 X-12.507 Y1.287 I11.188 J1.303 X-10.085 Y7.586 I12.533 J-1.203 X-9.384 Y8.387 I5.1 J-3.807 X-7.7 Y9.469 I3.733 J-3.957 G01 X-7.316 Y9.602 X-6.498 Y9.819 G02 X0.496 Y10.488 I5.915 J-24.93 X2.901 Y10.091 I-0.486 J-10.436 G01 G40 X2.352 Y8.168 G00 Z5. M99 % % O085 精铣内轮廓 G90 G80 G17 G40 G43 H04 G00 X2.352 Y8.168 Z-23. G41 D04 X2.901 Y10.091 F150 G01 G03 X0.323 Y10.496 I-2.907 J-10.111 F350 第 29 页 共 32 页

G0Z50 G.1P25G0X0Y22 M98P81 G.1P26G0X0Y22 M98P81 G.1P27G0X0Y22 M98P81 G.1P28G0X0Y22 M98P81 G.1P29G0X0Y22 M98P81 G.1P30G0X0Y22 M98P81 G0Z50 G0X0Y0Z150.G.1P13 M9 G80G90G40 M6T2 T5 M3S3000 M8 G.1G90G43H02P13G0Z50 X0Y27.75 M98P82 G0G.1P14X0Y22 M98P82 G0G.1P15X0Y22 M98P82 G.1P16G0X0Y22 M98P82 G.1P17G0X0Y22 M98P82 G.1P18G0X0Y22 M98P82 X-1.492 Y10.493 I-0.865 J-26.8 X-6.874 Y9.725 I0.85 J-25.211 X-7.431 Y9.566 I2.367 J-9.326 X-8.446 Y9.097 I1. J-4.669 X-9.842 Y7.5 I2.732 J-4.583 X-10.523 Y6.9 I7.405 J-6.084 X-12.125 Y3.384 I10.574 J-6.888 X-12.566 Y-0.163 I12.438 J-3.349 X-12.458 Y-1.448 I9.615 J0.166 X-12.23 Y-2.334 I4.5 J0.702 X-11.817 Y-3.241 I5.482 J1.947 X-11.331 Y-3.943 I4.62 J2.679 X-10.792 Y-4.561 I9.987 J8.177 X-9.067 Y-6.273 I18.462 J16.873 X-5.534 Y-8.922 I16.904 J18.861 X-2.3 Y-10.094 I5.517 J8.875 X-0.326 Y-10.495 I2.903 J10.148 X3.921 Y-10.293 I0.881 J26.166 X7.041 Y-9.681 I-3.173 J24.446 X7.52 Y-9.536 I-1.841 J6.93 X8.81 Y-8.858 I-1.762 J4.922 X9.842 Y-7.5 I-3.09 J4.343 X10.525 Y-6.951 I-7.485 J6.134 X12.558 Y-0.485 I-10. J6.867 X12.537 Y0.795 I-12.441 J0.43 X12.377 Y1.843 I-6.34 J-0.428 X11.77 Y3.321 I-5.433 J-1.37 X11.241 Y4.052 I-4.975 J-3.04 X10.509 Y4.863 I-13.426 J-11.387 X7.666 Y7.44 I-17.528 J-16.485 X5.539 Y8.919 I-14.999 J-19.299 X4.453 Y9.51 I-5.632 J-9.052 X2.879 Y10.098 I-4.5 J-9.773 G01 G40 X2.324 Y8.176 第 30 页 共 32 页

G0Z50 G.1P19G0X0Y22 M98P82 G.1P20G0X0Y22 M98P82 G.1P21G0X0Y22 M98P82 G.1P22G0X0Y22 M98P82 G.1G0X0Y22P23 M98P82 G.1G0X0Y22P24 M98P82 G0Z50 G.1G0X0Y22P25 G00 Z5. M99 %

本次课题贯穿本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。传统的铣削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。现代铣削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。通过四年的大学学习我深入的理解并掌握了专业知识，加强了专业技能。我选择的毕业设计课程是：“数控铣床零件加工工艺编制”，采用的实例零件是定子。

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致谢

本论文是在我的导师余文勇教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，余老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，余教授不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向余老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时也要感谢王总，只有在你细心的教导下我在编程时才得心应手。

本设计题目、设计内容、及设计的形成是在余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，特向我尊敬的老师表示衷心的感谢。

参考文献

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范存德 《液压技术手册》 辽宁科学技术出版社 2004年3月 侯印浩《液压传动技术》山东大学出版社2001年7月

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