肥皂盒的数控加工工艺与编程卜友国.docx
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肥皂盒的数控加工工艺与编程卜友国
摘要…………………………………………………………………………2
前言…………………………………………………………………………3
第1章?
数控加工工艺……………………………………………………4
1.1数控加工工艺内容的选择…………………………………………4
1.2数控加工工艺分析……………………………………………………5
第2章肥皂盒数控铣削加工工艺的分析…………………………10
2.1零件图工艺分析………………………………………………………11
2.2选择设备………………………………………………………………11
2.3工件的定位基准装夹方案的确定……………………………………11
2.4确定加工顺序及进给路线……………………………………………12
2.5刀具的选择……………………………………………………………14
2.6切削用量的选择………………………………………………………14
2.7数控加工工艺文件的填写……………………………………………15
第3章?
数控加工程序……………………………………………………22
设计总结……………………………………………………………………26
致谢……………………………………………………………………27
参考文献…………………………………………………………………28
肥皂盒的数控加工工艺与编程
07数控31卜友国
摘要:
数控铣削加工方案的拟订是制订铣削工艺规程的重要内容之一，本设计是根据数控铣削加工的工艺方法，首先分析了数控加工工艺的内容选择及特点，然后安排工序的先后顺序，确定刀具的选择和切削用量的选择等设计的。
根据设计思想总结了数控铣削加工工艺的一些综合性的工艺原则，结合箱盖类零件的加工工艺，提出加工方案，通过分析，确定了一套合理加工肥皂盒的方案。
关键词：
铣削加工、加工工艺、肥皂盒
前言
近年来，数控机床的功能日趋完善，许多企业逐步采用数控机床代替普通机床。
数控加工与常规加工相比，具有自动化程度高，加工精度高，加工质量稳定，对加工对象的适应性强，生产效率高，并且易于建立计算机通讯网络等特点。
数控机床是典型的机电一体化产品，综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断合计算机等多方面的技术。
数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是中国制造业提高制造能力和水平、提高市场适应能力和竞争能力的必由之路。
数控铣削加工是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一。
自从我国加入WTO以来，国内的汽车工业、航空航天工业得到了快速发展，大量具有复杂曲面的零件，如模具、叶片和螺旋桨等，都需要用数控铣床进行加工。
第1章数控加工工艺的制定
1.1数控加工工艺内容的选择
1.数控铣削加工特点
（1）灵活、通用：
数控铣床、加工中心适合多品种不同结构形状工件的加工，能完成钻孔、镗孔、铰孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面（凸轮）、攻螺纹等加工。
（2）加工精度高：
数控铣床、加工中心具有较高的加工精度，一般情况下都能保证工件精度。
另外，数控加工还避免了操作人员的操作失误，同一批加工零件的尺寸同一性好，大大提高了产品质量。
（3）生产效率高：
数控铣床、加工中心具有铣床、镗床和钻床的功能，使工序高度集中，大大提高了生产效率并减少了工件装夹误差。
数控铣床的主轴转速实现无级变速，有利于选择最佳切削用量。
数控铣床具有快进、快退、快速定位功能，可大大减少机动时间。
（4）能加工形状复杂：
它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的平面曲线轮廓和空间曲面轮廓，这是由于数控机床有多个进给坐标轴联动的特点。
（5）减轻操作者劳动强度：
数控铣床对零件加工是按事先编好的加工程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸刀具、工件和中间测量及观察机床运行外，不需要进行繁重的重复性手工操作，大大减轻了劳动强度。
2.适合数控铣削的加工内容
数控铣床与普通铣床相比，具有加工精度高、加工零件的形状复杂、加工范围广等特点。
根据数控铣床的特点，适合数控铣床加工的内容主要有以下几类：
（1）曲线轮廓或曲面等复杂结构：
工件的平面曲线轮廓，指零件有内、外轮廓为复杂曲线，被加工面平行或垂直于水平面。
数控铣削加工时，一般只需用3坐标数控铣床的两坐标联动就可以把它们加工出来。
工件的曲面，一般指面上的点在三维空间坐标变化的面，一般由数学模型设计出的，加工时铣刀与加工面始终为点接触。
加工曲面类零件一般采用三坐标联动的数控铣床，往往要借助于计算机来编程加工。
（2）在普通铣床上加工难度大的工件结构：
对尺寸繁多，划线与检测困难，普通铣床上加工难以观察和控制的零件适合数控铣床加工，宜选择数控铣床加工。
（3）当在普通铣床上加工，难以保证工件尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求时，宜选择数控铣床加工。
（5）一致性要求好的零件：
在批量生产中，由于数控铣床本身的定位精度和重复定位精度都较高，能够避免在普通铣床加工时人为因素造成的多种误差，故数控铣床容易保证成批零件的一致性，使其加工精度得到提高，质量更加稳定。
1.2数控加工工艺设计分析
程序编制人员在进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。
此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。
1、机床的合理选用
在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。
第一种情况：
有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。
第二种情况：
已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。
无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。
概括起来有三点：
①要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。
②有利于提高生产率。
③尽可能降低生产成本（加工费用）。
2、数控加工零件工艺性分析
数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。
（1）零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则
1）．零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。
这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。
由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。
由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。
2）．构成零件轮廓的几何元素的条件应充分
在手工编程时要计算基点或节点坐标。
在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。
因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。
如圆弧与直线，圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时，变成了相交或相离状态。
由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下手。
遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。
（2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点
1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。
这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高。
2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。
零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。
3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。
4）应采用统一的基准定位。
在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。
因此要避免上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。
零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，要设置工艺孔作为定位基准孔（如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔）。
若无法制出工艺孔时，最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。
此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。
3、加工方法的选择与加工方案的确定
（1）加工方法的选择
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。
一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。
此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。
常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。
（2）加工方案确定的原则
零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。
对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。
确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。
例如，对于孔径不大的IT7级精度的孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。
4、工序与工步的划分
（1）工序的划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。
首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。
一般工序划分有以下几种方式：
1）按先面后孔的原则划分工序
2）按所用刀具划分工序
3）按粗、精加工划分工序
（2）工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。
在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。
为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。
下面以加工中心为例来说明工步划分的原则：
1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。
2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。
按此方法划分工步，可以提高孔的精度。
因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。
先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。
3）按刀具划分工步。
某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。
总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。
5、零件的安装与夹具的选择
（1）定位安装的基本原则
1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
（2）选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：
一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。
除此之外，还要考虑以下四点：
1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。
2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。
4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。
6、刀具的选择与切削用量的确定
（1）刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。
不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。
铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。
选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。
曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。
在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。
（2）切削用量的确定
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。
对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
7、对刀点与换刀点的确定
在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。
“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。
由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。
对刀点的选择原则是：
1）.便于用数字处理和简化程序编制；2）.在机床上找正容易，加工中便于检查；3）.引起的加工误差小。
对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。
为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。
刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。
工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。
一致性越好，对刀精度越高。
所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。
零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。
在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值为对刀点在机床坐标系中的坐标值为（X0，Y0），如图1。
对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。
因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值（X0，Y0）来校核。
图1对刀点的确定
所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。
加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。
所谓“换刀点”是刀架转位换刀时的位置。
该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如车床）。
换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。
其设定值可用实际测量方法或计算确定。
8、加工路线的确定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：
1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。
2）使数值计算简单，以减少编程工作量。
3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣（a）还是采用逆铣（b）等。
a）顺铣b）逆铣
图2顺铣与逆铣
对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线。
除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超越量。
铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。
为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。
铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。
铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。
加工过程中，工件、刀具、夹具、机床系统平衡弹性变形的状态下，进给停顿时，切削力减小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件表面留下划痕因此在轮廓加工中应避免进给停顿。
曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。
所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。
第2章?
具体零件加工
名称
材料
数量
肥皂盒
45钢
1
技术要求
1去毛刺
2未注圆角R5
图3肥皂盒零件图
图4肥皂盒立体图
2.1零件图工艺分析
由图3可以看出该零件的材料为45钢，技术要求要去除毛刺，无热处理与硬度的要求，零件轮廓形状较简单。
加工内容有面、型腔以及槽的加工，并且具有较高的平行度以及表面粗糙在加工过程中应重点保证。
2.2选择设备
分析图3，根据被加工零件的外形和材料等条件，选用FANUC数控铣床。
DHK-007型数控铣床是由FANUC-0-MD系统控制，交流伺服电动机驱动刀具和工件运动的立式升降台数控铣床，能够完成钻孔、镗孔、攻螺纹、铣平面、铣方、铣圆及自动循环等功能，还可以加工各种形状复杂的异形工件。
2.3确定零件的定位基准及装夹方式
零件装夹采用机用平口钳装夹，并伸出钳口20cm左右。
装夹后需校正钳口的平行度以及装夹后工件的平行度。
平口虎钳装夹工件时，应首先找正虎钳固定钳口，注意工件应安装在钳口中间部位，工件被加工部位要高出钳口，避免刀具与钳口发生干涉，夹紧工件时注意工件上浮。
根据分析零件图，采用三面定位的方式分两次装夹：
先以底面为定位基准，然后在以A面为定位基准。
换面装夹必须严格控制平行度。
2.4确定加工顺序以及进给路线
根据零件工艺分析，工件坐标点X0、Y0设在基准上的面的中心，Z0点设在上表面。
编程圆点确定后，编程坐标、对刀位置与工件坐标原点重合，对刀方法选用手动对刀。
加工顺序：
预加工→粗铣削外形→半精铣外形→精铣外形→粗铣内腔→半精铣内腔→精铣内腔→粗铣3条封闭槽→精铣3条封闭槽→换面粗铣→精铣→去毛刺
进给路线：
（如图）
④
③⑤
②
⑥
①
⑦
⑨
⑧
图5铣削外形
④
③⑤
②①
⑥
⑩
⑨⑦
⑧
图6铣内腔
✍
✍✍
④
⑤
图7铣3条封闭槽
②
⑥
⑦③✍⑤
⑧
④
图9换面铣削
2.5刀具的选择
根据图样的形位尺寸及表面粗糙度要求，用￠20mm的粗齿、细齿立铣刀对外轮廓进行粗、细加工；选择￠8mm的键槽铣刀对内腔进行粗加工；用￠8mm的精立铣刀对带圆角方槽进行精加工；用￠5mm的键槽铣刀铣削3条封闭槽。
2.6切削参数的选择
表1各工序刀具的切削参数
加工工艺
刀具号
刀具类型
主轴转速S/（r/min）
进给速度F/（mm/min）
刀具补偿号
长度
半径
粗铣削外形
T1
￠20mm立铣刀
400
80
H01
D01
半精铣外形
T2
￠20mm立铣刀
400
100
H02
D02
精铣外形
T2
￠20mm立铣刀
500
60
H12
D12
粗铣内腔
T3
￠8mm键槽铣刀
650
80
H03
D03
半精铣内腔
T4
￠8mm立铣刀
800
100
H04
D04
精铣内腔
T4
￠8mm立铣刀
1000
80
H14
D14
粗铣3条封闭槽
T5
￠5mm键槽铣刀
2000
80
H05
D05
精铣3条封闭槽
T6
￠5mm立铣刀
2500
200
H06
D06
2.7数控加工工艺文件的填写
表2数控加工工序卡片
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
肥皂盒
零件名称
肥皂盒
共
1
页
第
1
页
材料牌号
45钢
毛坯种类
锻造
毛坯外形尺寸
100*80*25
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
设备
工艺装备
工时
准终
单件
1
预加工
加工六个表面
金工
DHK-007
机用平口钳
2
铣
粗铣削外形，留余量2mm
金工
DHK-007
机用平口钳
3
铣
半精铣外形，留余量0.5mm
金工
DHK-007
机用平口钳
4
铣
精铣外形至尺寸
金工
DHK-007
机用平口钳
5
铣
粗铣内腔，留余量2mm
金工
DHK-007
机用平口钳
6
铣
半精铣内腔，留余量0.5mm
金工
DHK-007
机用平口钳
7
铣
精铣内腔至尺寸
金工
DHK-007
机用平口钳
8
铣
粗铣3条封闭槽，留余量0.5mm
金工
DHK-007
机用平口钳
9
铣
精铣3条封闭槽至尺寸
金工
DHK-007
机用平口钳
10
铣
换面粗铣，留余量2mm
金工
DHK-007
机用平口钳
11
铣
精铣尺至尺寸
金工
DHK-007
机用平口钳
12
去毛刺
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
卜友国
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
表3刀具卡片
产品名称（代号）
肥皂盒
零件名称
肥皂盒
零件图号
程序号
工步号
刀具号
刀具名称
刀具
直径/ｍｍ
备注
1
T1
￠20mm粗齿立铣刀
￠20mm
2
T2
￠20mm细齿立铣刀
￠20mm
3
T2
￠20mm细齿立铣刀
￠20mm
4
T3
￠8mm键槽铣刀
￠8mm
5
T4
￠8mm立铣刀
￠8mm
6
T4
￠8mm立铣刀
￠8mm
7
T5
￠5mm键槽铣刀
￠5mm
8
T6
￠5mm立铣刀
￠5mm
9
T1
￠20mm粗齿立铣刀
￠20mm
10
T2
￠20mm细齿立铣刀
￠20mm
编制
卜友国
审核
批准
共1页
第1页
表4机械加工工序卡片
铣外形
机械加工工序卡片
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