数控论文铣削盖板类零件的加工 1.docx

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数控论文铣削盖板类零件的加工1

西安航空技术学院毕业论文

课题名称数控铣削盖板类零件的加工

姓名黄文峰

学号091031—38

专业数控技术

班级091031

指导老师王中胜

2011年12月

前言

从20世纪中叶数控技术出现以来，数控铣床给机械制造业带来了革命性的变化。

数控铣床加工具有如下特点：

加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

数控铣床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。

数控铣床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。

现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。

数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。

数控铣床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。

随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。

此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等

1958年我国开始研制数控机床，1975年又研制出第一台加工中心。

我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势。

目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。

数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如：

数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。

前言-----------------------------------------------------------2

摘要-----------------------------------------------------------4

第一章绪论---------------------------------------------------5

第一节数控铣床的简介---------------------------------------5

第二节本论文研究的目的及意义-------------------------------5

第二章数控铣床的概况----------------------------------6

第一节　数控铣床的组成和工作原理----------------------------7

第二节　数控铣床的分类--------------------------------------8

第三节　数控铣床的主要功能和加工特点------------------------8

第四节　数控加工在机械制造中的地位和作用--------------------10

第三章数控加工的准备阶段---------------------------------------11

第一节数控加工刀具的要求-----------------------------------11

第二节装夹方式和夹具的选择---------------------------------12

第三节数控铣床安全操作规程---------------------------------14

第四章加工注意事项-------------------------------------------15

第五章实例加工-----------------------------------------------15

第一节零件图纸--------------------------------------------16

第二节　材料的选择------------------------------------------17

第三节　铣床的对刀------------------------------------------17

第四节　零件的加工工艺性分析--------------------------------18

第五节　编制加工工艺过程------------------------------------19

第六节编制数控刀具及加工工艺卡----------------------------20

第七节UG程序导出------------------------------------------21

第八节　编程程序--------------------------------------------28

毕业设计总结-------------------------------------------------31

致谢----------------------------------------------------------32

参考文献------------------------------------------------------33

摘　要

数控技术及数控铣床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。

数控技术及数控铣床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。

数控铣床是现代加工车间最重要的装备。

它的发展是信息技术（1T）与制造技术（MT）结合发展的结果。

现代的UG、制造技术，都是建立在数控技术之上的。

掌握现代数控技术知识是现代数控技术专业学生必不可少的。

数控装置也逐渐由NC向CNC发展。

其高速、高效、高精度、高可靠性的特性以及其模块化、智能化、柔性化和集成化的快捷方便使其在生产制造中成为越来越重要的角色。

本文内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。

并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。

关键词：

数控铣床加工工艺数控编程UG

第一章绪论

一数控铣床的简介

数字控制（NumericalControl）技术，简称为数控技术，是一种自动控制技术，它用数字指令来控制机床的运动。

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。

数控铣床是数控加工中一类重要的机床，它能够进行铣削、钻削、铰孔、忽孔、攻螺纹孔、切削螺纹等工艺过程；数控铣削加工中心则进一步具有刀库和自动换刀机构，在工件的一次装夹中，可以集铣、钻、镗等加工为一体，对两个或两个以上的表面自动完成加工，生产效率高，加工质量好，适合箱体、立体曲面、型腔等非回转体的加工。

数控铣削中心又有立式或卧式两种。

数控铣床及其加工中心的编程有刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿和孔加工固定循环指令。

二本论文研究的目的及意义

使我们了解数控铣床的加工工艺范围、特点、方式、及加工对象，掌握常用刀具的选用、夹具的使用等。

通过对数控技术的发展，极大地改变了人们的制造手段和方法，本文通过对数控铣床及数控系统的介绍和典型铣床零件的加工规程的分析从而进一步提高对数控铣床的认识程度，并掌握铣床零件加工的规程。

第二章　数控铣床的概况

一数控铣床的组成及工作原理

数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：

1、辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

2、主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。

3、控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。

4、机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

5、进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

数控原理涉及到的内容特别多：

如数控系统的总成，结构、机床插补运行的过程、位置反馈检测的过程、原理电机的种类、工作特性等、PLC的工作方式！

简言之就是：

工作原理是数控装置内的计算机对以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，向机床进给等执行机构发出命令，执行机构则按其命令对加工所需各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制，从而完成工件的加工。

铣床的工作原理如下：

分析加工图纸，编写加工程序，然后输入到电脑装置，经过私服系统和辅助控制装置反应给机床，加工成零件。

1、首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。

2、用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。

3、将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。

4、通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。

由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU）。

5、数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。

6、伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动铣床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使铣床自动完成相应零件的加工。

二数控铣床的分类

数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。

由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时，也一直把铣削加工作为重点。

　1.按主轴的位置分类

　　1）数控立式铣床

　　数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。

从机床数控系绕控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工（常称为2.5坐标加工）。

此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。

　　2）卧式数控铣床

　　与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。

为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。

这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。

　　3）立卧两用数控铣床

　　目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。

特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。

2.数控铣床按构造上分类

　　1）工作台升降式数控铣床

　　这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。

小型数控铣床一般采用此种方式。

　　2）主轴头升降式数控铣床

　　这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。

　　3）龙门式数控铣床

　　这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。

大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。

三数控铣床的主要功能和加工特点

1.数控铣床的主要功能：

　各类型数控铣床所配置的数控系统虽各有不同，其主要功能基本相同。

1）点位控制功能

　　　　此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。

　　2）连续轮廓控制功能　　

　　　　此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。

　　3）刀具半径补偿功能

　　　　此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。

　　4）刀具长度补偿功能

　　　　此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。

　　5）比例及镜像加工功能

　　　　此功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。

镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。

　　6）旋转功能

　　　　该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。

　　7）子程序调用功能

　　　　有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。

　　8）宏程序功能

　　　　该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。

2.数控铣床的加工特点：

1）零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。

2）能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。

3）能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。

4）加工精度高、加工质量稳定可靠。

5）生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度，有利于生产管理自动化。

6）生产效率高。

7）从切割原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切销方式，而不像车销那样连续切割，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。

在干式切割状况下，还要求有良好的红硬性。

四加工在机械制造中的地位和作用

随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品的生产设备提出了高性能、高精度和高自动化的要求。

在机械产品中，单件和小批量产品占到70﹪～80﹪。

由于这类产品的生产批量小、品种多，一般都采用通用机床加工，其自动化程度不高，难于提高生产效率和保证产品质量。

要实现这类产品生产的自动化成为了机械制造业中长期未能解决的难题。

为解决大批大量生产的产品的高产优质问题，一般采用专用机床、组合机床、专用自动化机床以及专用自动生产线和自动化车间进行生产。

但其生产周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。

现代机械产品的一些关键零部件，往往都精密复杂，加工批量小，改型频繁，显然不能在专用机床或组合机床上加工。

而借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。

特别对空间的复杂曲线曲面，在普通机床上根本无法实现。

为了解决单件、小批量生产，特别是复杂型面零件的自动化加工，数控加工应运而生。

自1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制了第一台三坐标立式数控铣床以来，机械制造行业发生了技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。

以后成功研制了数控转塔式冲床、数控转塔钻床、加工中心MC等。

随着CNC技术、信息技术、网络技术以及系统工程学的发展，在20世纪60年代以后先后出现了直接数字控制系统DNC、柔性制造系统FMS、柔性制造单元FMC、计算机集成制造系统CIMS等。

数控加工是机械制造中的先进加工技术。

它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，为机械制造行业和国民经济产生了巨大的效益。

第三章数控加工的准备阶段

一数控加工刀具的要求及种类

1.加工刀具的要求

1）铣刀刚性要好 

一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。

2）铣刀的耐用度要高 

尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。

    除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。

总之，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和获得满意的加工质量的前提。

2.常用铣刀种类 

1）面铣刀

图3-1

2）成型铣刀

图3-2

3）球头铣

图3-3

4）鼓形铣刀

图3-4

除上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。

但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内孔锥度有别，须配制过渡套和拉杆。

二装夹方式和夹具的选择

1.装夹方式

数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，要求有以下两点：

1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。

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。

综合以上分析可选用：

平口钳。

2.夹具的选择

对夹具选择的基本要求：

1）为保持零件安装方位与机床坐标系及程编坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系。

2）为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。

3）夹具的刚性与稳定性要好。

尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。

以下为常见的夹具：

图3-5机械式平口钳

图3-6液压式平口钳

三数控铣床安全操作规程

1.安全操作基本注意事项

l）工作时请穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜，注意：

不允许戴手套操作机床；

2）不要移动或损坏安装在机床上的警告标牌；

3）注意不要在机床周围放置障碍物，工作空间应足够大；

4）某一项工作如需要俩人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致；

5）不允许采用压缩空气清洗机床、电气柜及NC单元。

2.工作前的准备工作

1）机床工作开始工作前要有预热，认真检查润滑系统工作是否正常，如机床长时间未开动，可先采用手动方式向各部分供油润滑；

2）使用的刀具应与机床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换；

3）调整刀具所用工具不要遗忘在机床内；

4）刀具安装好后应进行一、二次试切削；

5）检查卡盘夹紧工作的状态。

3.工作过程中的安全注意事项

1）禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷来清理；

2）禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位；

3）禁止加工过程中量活、变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床；

4）铣床运转中，操作者不得离开岗位，机床发现异常现象立即停车；

5）经常检查轴承温度，过高时应找有关人员进行检查；

6）在加工过程中，不允许打开机床防护门；

7）严格遵守岗位责任制，机床由专人使用，他人使用须经本人同意。

4.工作完成后的注意事项

1）清除切屑、擦拭机床，使用机床与环境保持清洁状态；

2）检查润滑油、冷却液的状态，及时添加或更换；

3）依次关掉机床操作面板上的电源和总电源。

第四章加工注意事项

1、开机前应对数控车床进行全面细致的检查，包括操作面板、导轨面、卡爪、尾座、刀架、刀具等，确认无误后方可操作。

2、数控车床通电后，检查各开关、按钮和按键是否正常、灵活、机床有无异常现象。

3、程序输入后，应仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点及语法是否正确。

4、正确测量和计算工件坐标系，并对所得结果进行检查。

5、输入工件坐标系，并对坐标、坐标值、正负号、小数点进行认真核对。

6、未装工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是否合理，有无超程现象。

7、试切时快速倍率开关必须打到较低挡位。

8、试切进刀时，在刀具运行至工件30~50㎜处，必须在进给保持下，验证Z轴和X轴坐标剩余值与加工程序是否一致。

9、试切和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修改刀补值和刀补号。

10、程序修改后，要对修改部分仔细核对。

11、必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量、触摸工件。

12、操作中出现工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等异常情况时必须停车处理。

13、紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。

第五章实例加工

一　零件图纸

件一

二材料的选择

由于各种机械的用途和性能不同，其零件的材料、结构和技术要求也各不相同。

　零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。

综上所述该零件的材料选为毛坯37㎜×142㎜×242㎜铝材料。

三铣床的对刀

对刀：

装工件，刀具主轴正转500

对X轴:

将刀移到工件一侧轻碰

提刀上来，相对坐标X清零

移刀到工件另一侧，记录当前坐标X1

将刀移到X1/2处，X清零

对Y轴:

将刀移到工件一侧轻碰

提刀上来，相对坐标Y清零

移刀到工件另一侧，记录当前坐标Y1

将刀移到Y1/2处，Y清零

对Z轴（对工件表面清零即可）

设置工件坐标：

1,对刀完成后（到在X0Y0Z0）

2,POS—坐标—一般—全设

3,将刀提到安全高度

四零件的加工工艺性分析

1.加工工序

两配合件要求外形轮廓相配销孔相配，配合间隙要求等于0.06。

从图形可以出轮廓的周边曲线圆弧和粗糙值要求都比较高，零件的装夹采用平口钳。

在安装工件时，需要注意工件安装要放在钳口中间部位，安装台虎钳时，要固定好钳口，工件被加工部分要求高出钳口，避免刀具与钳口发生干涉。

加紧时，注意工件上浮。

先加工件上表面kjjhjhkjkjhhhkjkjoioiiokjhjj，再加工件下表面，加工坐标系G54建立在工件表面上，