数控铣床及加工中心产品加工.docx
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数控铣床及加工中心产品加工
数控铣床及加工中心产品加工
［摘要］近年来数控加工在模具领域应用越来越广泛，本课题结合结合企业生产实
选取烟灰缸下模进行数控编程与加工，从中探索与培养应用所学知识解决生产现场实问题的能力。
［关键字］数控加工缸模具编程探索与培养
[Abstract]Inrecentyearsthenumericalcontrolprocessingwasgettingmoreandmorewidespreadinthemolddomainapplication,thistopicunionunionenterpriseproducedsolidtheselectionash-traystampingdietocarryonthenumericalcontrolprogrammingandtheprocessing,exploredandtheraiseapplicationstudiestheknowledgesolutiontoproducethescenesolidquestionability
[Keywords]numericalcontrolprocessingAsh-traymoldProgramsExplorationandraise
前言
三年来通过对数控专业的学习和一段时间的实习，对数控机床和编程的操作
有一定程度的了解和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来
锻炼自己，检验自己的掌握程度。
这次设计就达到了这样的目的，使自己更了解
数控机床，对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实
际操作水平更上一层楼。
根据数控岗位适应性较强、需求量和紧缺性较大、有较强实际操作技能和较
丰富加工工艺的数控技术人才目标，本课题对数控加工知识体系进行了整体优化
并结合模具设计的一些知识，选取了烟灰缸进行模具设计，最后开模，转出下模
IGES并转入Mstercam进行编程，后处理出程序，最后到数控加工中心对烟灰缸
模具下模进行加工。
其中包括零件的加工方案，加工工艺分析，工艺流程等。
训
练了我们的理论知识又训练了实践要求，体现了理论与实践的有机结合，具有广
泛的实用性及适应性。
通过这次设计还可以了解数控机床的日常维护与保养。
这次设计是对我三年学习和实习的一次终结，也为毕业后从事数控及机械等
专业方面的相关工作打下良好的基础
目录
摘要………………………………………………………………………………………
（1）
前言………………………………………………………………………………………（3）
目录………………………………………………………………………………………（4）
第一章概论………………………………………………………………………………（5）
第二章数控加工工艺分析……………………………………………………………（8）
2.1零件图样分析……………………………………………………………（8）
2.2工件的装夹与定位………………………………………………………（8）
2.3机床选择……………………………………………………………………（9）
2.4加工工序是划分…………………………………………………………（9）
2.5刀具选择…………………………………………………………………（9）
2.6切削用量的选择…………………………………………………………（11）
2.7加工余量的选择…………………………………………………………（11）
2.8拟订数控加工…………………………………………………………（11）
第三章烟灰缸的模具设计……………………………………………………………（13）
3.1Pro/ENGINEER介绍………………………………………………………（13）
3.2烟灰缸产品的三维设计…………………………………………………（13）
3.3烟灰缸模具设计…………………………………………………………（14）
3.4从Pro/ENGINEER系统转出IGES并转入Mstercam中……………………（15）
第四章烟灰缸下模数控编程与加工……………………………………………………（16）
4.1Mastercam简介…………………………………………………………（16）
4.2烟灰缸下模编程…………………………………………………………（16）
4.3烟灰缸下模数控加工……………………………………………………（17）
第五章数控机床日常保养与维护……………………………………………………（18）
结论………………………………………………………………………………………（20）
致谢语……………………………………………………………………………………（20）
参考文献…………………………………………………………………………………（20）
第一章概论
数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。
该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。
一、数控机床的组成
数控机床一般由下列几个部分组成：
1.主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
他是用于完成各种切削加工的机械部件。
2.数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
3.驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。
当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
4.辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。
它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
5.编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
二、数控机床的优缺点
和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：
1、加工效率高。
利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。
而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。
2、加工精度高。
同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。
3、劳动强度低。
由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。
所以劳动强度很低。
4、适应能力强。
数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。
5、工作环境好。
数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。
和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下缺点：
1、价格昂贵一次投资较大，价格昂贵。
2、维修和操作较复杂数控机床要求具有较高技术水平的工人和维修人员进行操作和维修。
数控机床是科学技术水平发展的结果。
高技术产品，一定要求有较高水平的人才操作和维修。
3、系统复杂，维护费用高。
三、数控加工对象
数控机床适用用与多品种中小批生产和对形状比较复杂、精度要求较高的零件加工，也适用于对产品更新频繁、生产周期要求短的零件加工。
四、数控现状
近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。
目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。
五、数控机床的分类
数控技术除了广泛用于各种机床上外，也用于各种机械的运动控制上。
由于控制系统及传感元件的发展，机床的智能化程度越来越高，工艺范围也更广。
从控制原理和主要性能上看，可安下列分类。
1．按工艺用途分类
按工艺特点可分为普通数控机床和加工中心。
普通数控机床有数控车床、数控镗铣床、数控磨床、数控齿轮加工机床、数控
压力加工机床、数控电加工机床等等。
加工中心是带有刀库和自动换刀机械手的数控机床，在机台上可实现不同工艺加工，通常可完成钻、扩、绞、攻罗纹、镗、铣等多工序加工，为扩大加工范围和减少辅助时间，有些加工中心还能自动更换工作台、刀库和主轴。
车铣中心由数控车床发展而来，它有车铣功能
2．按加工路线分类
（1）点位控制数控机床只要求机床的移动部件从一点到另一点的定位精度，对其移动的路线不做要求。
（2）轮廓加工数控机床这种机床的数控系统能够同时控制多个坐标轴联合动作，多不同形状的工件轮廓表面进行加工。
3．按有无检测装置分类
分为：
开环、全闭环和半闭环控制系统的数控机床。
（1）开环控制系统的数控机床，没有位置检测装置，因此加工精度较低，通常由步进电动机驱动。
这种系统结果简单、价格便宜，使用于精度要求不高的数控铣床。
（2）全闭环控制系统的数控机床装有位置检测装置，且位置检测装置装在机床和移动部件上，可以把坐标移动的准确位置检测出来并反馈给计算机，因此装有全闭环系统的数控机床的加工精度很高。
（3）半闭环控制系统的数控机床也有位置检测装置元件，与全闭环控制的数控机床的不同之处是检测元件为圆盘形，装在伺服电机的尾部，用测量电动机转角的方式检测坐标位置。
由于电动机到工作台之间的传动部件有间隙、弹性变形和热变形等因素，因而检测的数据与实际的坐标值有误差。
但是由于半闭环数控系统价格比较便宜、结构比较简单，安装调试比较方便、检测元件不容易受到损害等优点多用于加工精度要求不是很高的数控机床。
4．按可联动的坐标轴数分类
有两轴、三轴、四轴、五轴联动的数控机床等等。
由于可联动的坐标轴数的不同使机床的加工能力区别大，例如镗铣床，如果只有两坐标轴联动，则只能加工平面曲线表面。
若能三坐标轴联动，则能加工三维空间曲面。
在加工多维曲面时，为使刀具能合理切削，刀具回转中心线也要转动，因此需要更多的坐标联动。
五轴联动的镗铣床能够加工螺旋浆桨表面。
在了解坐标轴联动数时，要考查控制软件的功能机床所具有的坐标轴数，不等于坐标轴联动数。
具有的伺服电动机数也不等于坐标轴联动数。
所谓坐标轴联动数。
所谓坐标轴联动数是指由同一个插补程序控制的移动坐标轴数。
这些坐标轴的移动规律是由所加工的轮廓表面来规定的。
第二章数控加工工艺分析
2.1零件图样分析
如图2-1所示为烟灰缸下模具模形。
图2-1烟灰缸下模
零件名：
烟灰缸下模
材料：
45#钢，45#钢是典型的中碳钢，含碳0.45%，硬度HRC20-30
技术要求：
曲面的表面粗糙度Ra1.6；拔模斜度20度与30度；
形状分析：
该零件底下是一个六方体，上表面是模具的分形面；零件上部分是烟灰
缸模型，拔模斜度20度，烟灰缸外围四周曲面和分形面之间无圆角过度；烟灰缸顶面有三个带倒角R5的烟槽，烟灰缸侧面倒角R12；里面是个装烟灰的型腔，拔模斜度为30度，型腔四周曲面与低面之间过度圆角R8；其余倒角为R5。
2.2工件装夹与定位
工件定位与安装的确定是工艺设计中不可缺少的环节，对任何加工方法来讲都十分重要，合理地选择工件的定位基准和夹压方式是确定工件安装的关键。
工件安装的好坏会直接影响工件的加工质量。
在工序高度集中的数控机床上加工零件，如何提高零件的定位精度，最大限度地减少零件的夹压变形更为重要，应给予足够的重视。
根据工件尺寸，坯料尺寸选择160mm×160mm×44mm，坐标原点为于工件上表面中心，工件材料45#钢，属于叫容易切削的材料。
坯料四周表面已经在普通机床设备上加工到尺寸。
工件装夹在工作台上，夹具用通用螺钉压板，利用螺栓和压板将工件固定在机床工作台上即可。
2.3机床的选择
不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择机床本次加工选用的加工设备是大连机床集团研制生产的VDL1000A立式加工中心，该机床可实现X、Y、Z三轴联动，其主要技术参数如表2-1所示。
表2-1机床参数
数控系统
FANUC-01数控系统
行程范围
X
200mm
Y
500mm
Z
630mm
主轴最高转速
7500r/min
主轴功率
7.5/11KW
导轨类型
高精度直线滚动导轨
2.4加工工序的划分
数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：
（1）刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所以可以完成的部位。
在用第二、第三把刀完成它们可以完成的其他部位。
这样可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。
（2）一加工部位分序法对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部位，如内形、外形、曲面或平面等。
一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
（3）以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
所述，本次工序结合（3）进行划分如下：
（1）曲面挖槽粗加工
（2）曲面平行粗加工
（3）面面平行精加工
（4）曲面等高外行精加工
2.5选择刀具
数控铣床切削加工具有高速、高效的特点，与传统铣床切削加工相比较，数控铣床对切削加工刀具的要求更高，铣削刀具的刚性、强度、耐用度和安装调整方法都会直接影响切削加工的工作效率；刀具的本身精度，尺寸稳定性都会直接影响工件的加工精度及表面的加工质量，合理选用切削刀具也是数控加工工艺中的重要内容之一。
加工中心的刀库可以安装很多把刀，在工件加工之前，必须把需要的刀具安装到刀库中，加工是再把所需刀具换到主轴上。
刀具要有很高的几何形状精度和尺寸精度，主要是切削刃部分的形状，尺寸精度和刀具长度的尺寸精度。
精加工刀具要求应高于1微米。
换刀以后数控系统用刀具补偿指令把刀尖顶部设定在同一个平面上，用半径补偿的方法保证不因刀具半径的不同而影响零件编程轨迹的变化。
加工时有时用到圆头刀、球头刀、圆弧铣刀等加工曲面，为了保证加工精度，这些刀具的几何形状和尺寸都要精确。
不同刀具的，尺寸是不完全相同的，即使是同一把刀，重磨以后的尺寸也要变化。
这是任何图形交互式自动编程系统都不可能提供的，因此必须用人机交互的方法把刀具的参数输入到系统中。
在刀库中每一把刀具都有一个号码，数控机床换刀时根据程序中的刀号换刀。
1.铣削加工刀具
1）镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀主要用于铣削平面，粗铣时铣刀直径选小一些，精铣时铣刀直径选大一些，当加工余量大且余量不均匀时，刀具直径选小一些，否则会造成因接刀刀痕过深而影响工件的加工质量。
2）对立体曲面或变斜角轮廓外形工件加工时，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀、盘形铣刀。
3）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽。
如果加工余量较小，表面粗糙度要求较高时，可选用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的端面铣刀。
4）毛坯表面或孔的粗加工，可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削。
5）加工精度要求较高的凹槽，可选用直径比槽宽小的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边。
2.刀具的材料
现今刀具材料，具体可分以下6种。
（1）高速钢高速钢是指含有较多钨、钼、钒等合金元素的高合金工具钢，俗称锋钢或白钢。
高速钢有较高的硬度（63-63HRC）、耐磨性和耐热性（约600-660℃）有足够的强度和韧性；有较好的工艺性。
目前高速钢已作为主要的刀具材料之一，广泛用于制造形状复杂的铣刀、钻头、拉刀和齿轮刀具等。
高速钢按其性能可分为通用高速钢和高性能高速钢。
按其工艺方法的不同又可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
（2）硬质合金硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等）和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）用粉末冶金的方法制成的。
碳化物决定硬质合金的硬度、耐磨性、和耐热性。
黏结剂决定了硬质合金的强度和韧性。
与高速钢相比，硬度高，耐磨性好，耐热性高。
允许切削的速度比高速钢高5-10倍。
制造工艺性比较差，但是硬质合金作为一种优异的刀具材料得到了广泛的应用。
（3）涂层刀具硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，这样，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧度。
目前涂层材料有TiC、TiN、Al2O3和TiN与TiC的复合等材料。
一般而言，相同的切削速度下，涂层高速钢刀具的耐磨损性能比未涂层的提高2-10倍；涂层硬质合金刀具的耐磨损性能比未涂层的提高1-3倍。
（4）陶瓷陶瓷材料的主要成分是Al2O3。
陶瓷是高压下成行，高温下烧结而成的。
陶瓷刀具的硬度高，耐磨性好，耐热性高，摩擦系数小，化学稳定性好。
到是，陶瓷的脆性大，抗弯强度低，只要一般硬质合金的三分之一左右，不能受冲击负荷。
陶瓷刀具因其材质的化学稳定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用。
（5）金刚石金刚石分为天然和人造两种，价格昂贵，应用极少。
（6）立方淡化硼立方淡化硼是由软的立方淡化硼在高压、高温条件下加入催化剂转变而成。
立方淡化硼硬度紧次于金刚石，耐磨性高，摩擦系数小。
一般在干切削条件下，对钢材进行加工。
综上所示选取刀具材料选取高速钢。
2.6切削用量的选择
在数控铣削中，对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具削用
量是三大主要要素。
这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。
经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。
编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据被加工工件材料、硬度、刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择合适的吃刀量和切削速度（进给速度和主轴转速），也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。
1．切削深度ap的选择原则：
在粗加工中，往往是在刀具允许的前提下，尽量一次切完，但是前面提到切削深度H<（1/4-1/6）ρmin在需要做两次切削的情况下，第一次切削去掉加工余量的2/3或者3/4，采用递减的原则。
考虑切削深度还要考虑工件材料的易切削加工性及刀具材料的性能。
2．切削速度的选择：
切削速度越大，加工效率越高，刀具的耐用度越低；当切削塑性材料时，如果采用中速切削最容易产生积屑瘤，增加工件的粗糙度。
应该避免在这个区间内选择切削速度。
当刀具材料为硬质合金时，切削速度可以比高速钢刀具更高，因为硬质合金刀具的红硬性更好。
在同样刀具情况下，工件材料的易切系数大时，可以采用较高的速度切削，如铝合金的易切系数大，当其切削速度选择300m/min时，45号正火钢的易切系数比铝合金小，其切削速度则选择100m/min。
3．进给速度Feedrate和Plunge的选择：
首先是选择每个刀齿的进给深度f，刀齿数为Z，则每转进给量为fZ，每分钟进给量则为
F＝fZS，
（1）
式中S为主轴转速。
Feedrate与Plunge都是进给速度，Feedrate是水平方向的，而Plunge是垂直方向的。
由于垂直方向的切削排屑更困难，往往取更小值
主轴转速的计算式为：
S＝1000V/DЛ
（2）
式中单位：
V－切削速度，m/minD－刀具直径，mmS－r/min
确定切削用量的一般步骤为：
首先确定背吃刀量，再根据工件和刀具材料确定切削速度，然后计算出主轴转速，最后确定每分钟进给速度F。
特别要注意的是，程序中的转速S发生改变时，其进给速度也要随着改变。
进给速度不是一个孤立的参数。
2.7加工余量的选择
加工余量泛指毛坯实体尺寸与工件尺寸之差。
工件加工就是把大于工件尺寸的毛坯试题加工掉，使加工后的工件尺寸、精度、表面粗糙度均能符合图样的要求。
通常要经过粗加工、半精加工、和精加工才能达到最终要求。
因此工件总的加工余量应等于中间工序加工余量之和。
工序间加工余量的选择应按以下两条原则进行。
（1）采用最小加工余量原则，以求缩短加工时间，降低工件的加工费用。
（2）应有充分的加工余量，特别是最后的工序。
加工余量应能保证达到工件图
上所规定的要求。
在选择加工余量时，还要考虑以下3种情况：
（1）由于工件的大小不同，切削力、内硬力一起的变形差异，工件愈大，变形
增加，因此要求加工余量也相应地大一些。
（2）工件热处理时引起的变形，适当的增大一点加工余量。
（3）加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性可能引起的工件变形，过大的加工余量也会由于切削力增大引起工件的变形。
综上结合一些现场加工经验本次粗加工余量留0.3mm精加工。
2.8拟定数控铣削加工
查表确定切削速度和进给量，然后计算出机床主轴转速和机床进给速度，详见表2-2
烟灰缸下模数控加工工序卡片
厂
名
数控加工工序卡片
产品名称
零件名称
材料
零件图号
烟灰缸
烟灰缸下模
45#钢
工序号
程序号
夹具名
夹具编号
使用设备
车间
工
步
号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格
mm
主轴
转速r/min
进给
速度
mm/min
背吃
刀量
mm
备注
1
曲面挖槽粗加工
余量0.3
整体粗加工
T1
Φ20圆角刀
1500
1200
23.7
2
曲面挖槽粗加工
清除余留残料
T2
Φ25平刀
1200
1500
3
曲面平行粗加工
余留量0.1
凹曲面加工
T3
Φ6角刀
2200
1000
5.1
4
曲面平行精加工
整体精加工
T4
Φ6球刀
3000
800
0.3
5
曲面等高外形精加工
余留残料加工
T5
Φ6平刀
3000
800
第三章烟灰缸的模具设计
3.1Pro/ENGINEER介绍
Pro/ENGINEER是PRT（美国参数技术）公司开发的以“参数化”及“单一数据库”为设计理念的全方位3D产品开发软件，是当今工业界热门的3D设计系统。
Pro/ENGINEER参数式设计的观念具体体现在以下几个方面。
1）3D实体模型（Solidmodel）
Pro/ENGINEER是采用3D实体模型设计产品的典范，配合其系统预设参数功能，使设计者可以随时计算出产品的体积、表面积、重心、惯性矩等物理参数，避免了传统线架构、
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