数控技术毕业论文板件数控铣削加工Word文档格式.docx

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附录…………………………………………………………………………25

附录一：

板件数控铣削的刀具卡片………………………………………26

附录二：

板件数控铣削的工艺过程卡片…………………………………27

附录三：

板件数控铣削的工序卡片………………………………………28

参考文献………………………………………………………………………29

摘要

随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（工厂、汽车、轻功、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率质量是先进制造技术的主体。

高速高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量的档次，缩短生产周期和提高市场竞争力。

而对与数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案、选择合适的道具，确定的切削用量，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需做一些处理。

并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。

本文根据数控机床的特点，针对具体的板件进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，而确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。

通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序的等方面的优势。

关键词机床选择刀具工艺分析夹具加工程序

一、数控零件分析

1、零件介绍

如图零件图所示，该零件为板类零件，材料是45号钢，45＃钢是一种中碳钢，含碳量45%，广泛用于机械制造，机械性能很好，用于制造要求高强度、高塑性、高韧性的重要零件。

生产批量80件，无热处理工艺等其他要求。

毛坯为125×

85×

24mm。

该零件视图正确，表达直观、清楚，绘制符合国家标准，尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、合理。

此零件不仅精度要求高，可以看到轮廓的周边曲线和粗糙度值要求也较高。

2、加工技术要求分析

板件是板类的零件，该零件的加工重点是内孔，一般情况，这类零件精度要求较高，M12H7螺纹孔尺寸精度要求为IT7级，表面粗糙度Ra为3.2um，采用钻底孔-粗铣-精铣-攻螺纹达到精度要求，Φ8H7孔精度要求较高采用钻底孔-扩孔-绞孔，尺寸公差小、也有平行度、粗糙度要求。

该零件轮廓和孔、型腔的尺寸差较大，须多把刀具才能满足。

如图1所示，从图中公差算出最高尺寸精度最高为M12-7H，为IT7级，表面粗超度最高为Ra3.2um。

二、数控加工工艺的确定

图1

零件总体分析：

该零件为板类零件，无热处理要求，有上下表面粗糙度要求，平行度要求，精度为IT7，在加工过程当中必须注意保证精度和减少加工装夹次数，从零件图纸看该零件的加工要领在于如何保证精度和平行度及编程过程中如何把程序尽量缩短，避免程序的出错，还有就是该零件两个型腔内的四个沉孔孔底是平底，而不是有角度的，高度也只有4，选刀也要注意不要选钻头。

选毛坯：

因该零件要求材料45#，上表面和下表面都有粗糙度要求，且要求平行度为0.04，四周没有粗糙度和垂直度要求，可以设定毛坯尺寸为（125×

24）mm，如图1：

1、机床的选择

由于该零件是大批量生产，换刀次数多，精度最高为IT7，如果选取数控铣床，换刀浪费时间，故选brotherTC-S2Z型立式加工中心，其主要技术参数为：

X轴行程为480mm、Y轴行程为360mm、Z轴行程为270mm，工作台尺寸为600mm×

300mm，主轴端面至工作台面距离为580mm，最大负载（均匀负载）重量：

150Kg,主轴转速10-10000min-1,进给速度XxYxZ轴快速移动速度：

36x36x50m/分，切削进给速度：

1-10000（X,Ymm/分）、1-20000（Zmm/分）,定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和0.01mm，刀库容量为14把。

2、夹具和装夹方案的选择

（1）夹具的选择

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。

从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。

在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。

夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。

夹具种类按使用特点可分为：

①万能通用夹具。

如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。

②专用性夹具。

为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。

常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模（引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具）、镗模（引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具）和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。

③可调夹具。

可以更换或调整元件的专用夹具。

④组合夹具。

由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

（2）装夹方案的选择

在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。

在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。

数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以我根据零件的形状考虑选择平口钳。

此时，主要考虑以下几点：

⑴夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；

⑵必须保证最小的夹紧变形；

⑶装卸方便，辅助时间应尽量短；

⑷对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；

⑸夹具结构应力求简单；

⑹夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。

该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高。

所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。

使用注意事项：

①夹紧工件时要松紧适当，用手板紧手柄，不得借助其他工具加力。

②强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。

③不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业。

④对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈。

因该零件上表面和下表面都有粗糙度要求，且要求平行度为0.04，需要先铣一个面为粗基准面，再调为反面装夹粗、精铣反面并保证粗糙度，最后以精基准面铣原先的粗基准面并保证平面粗糙度和平面的平行度并保证尺寸精度，故选机用虎钳为夹具，就机床本身只限制了X方向的自由度，工件底面的垫铁限制Z方向的自由度，此零件是中小批量加工的，为提高效率，需限制Y方向的自由度，所以用靠铁限制Y方向的自由度。

如图2所示：

另外，对垫铁也有一定的要求，因为我们加工的零件有通孔和螺纹孔，做的垫铁在工件底面的时候不能在加工当中被加工到，垫铁在加工当中只有放在工件底面的固定钳口和活动钳口两侧，不能放到中间，，所以垫铁需要两块，其中垫铁厚定位20mm，长度要求的

是保证零件放上去能保证零件的平行度，故长度定为100mm，最后的宽度则以机用虎钳的钳口深度确定才能保证垫铁上面的零件在加工过程中能够完全加工到而不会铣伤机用虎钳。

具体放置方法如图3所示：

图2

图3

3.确定编程原点

因为该零件为板类零件，根据编程原点的确定原则：

1）编程坐标原点应选在零件图的尺寸基础上，这样便于坐标值的计算，并减少计算错误。

2）编程坐标原点尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。

3）对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上；

不对称的零件，编程坐标原点应设在外轮廓的某一角点上。

4）Z轴方向的零点一般设在工作表面

5）容易找正对刀，对刀误差小。

6）方便编程。

7）在毛坯上的位置能够容易、准确的确定，并且进给的加工余量均匀。

如图4所示：

图4

4、刀具的选择

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。

零件台阶、内轮廓铣削刀具的选用：

台阶轮廓铣削过程中，为提高加工质量与加工效率，在条件允许的情况下应选用大径尺寸的刀具。

型腔铣削时，刀具直径受限制，该零件内接圆弧半径为R7.5，因此型腔铣削可以选用直径为Ф12的硬质合金钢铣刀，齿数z等于3，外轮廓选用相同规格的刀具，且粗精铣也用同规格的铣刀。

零件孔加工和螺纹加工刀具的选用：

该零件4-Ф8H7孔加工选用Ф7的钻头打底孔，再分扩孔、铰孔，2×

M12-7H的螺纹孔选择Ф10的麻花钻打底孔，然后再用M12的机用丝锥攻螺纹。

5、零件的加工工艺性分析

5.1规定的加工工序选择

根据面加工和孔加工的要求精度、加工方法，确保零件加工部位的表面质量尺寸要求，各部位的加工方法为：

台阶面粗铣-台阶面精铣、型腔选择粗铣→型腔精铣的加工方法；

Φ8H7mm通孔采用钻底孔、铰孔的方法，Φ20mm沉孔一次性铣到位的加工方法；

M12H7螺纹孔采用打底孔、扩孔、铰孔、攻螺纹的加工方法。

板件要求外形轮廓精度高，尺寸公差IT7级。

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左侧部位，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，再加工件下表面，加工坐标系G54建立在工件表面上，零件的对称中心处。

工件上表面加工工序为：

1、铣大台阶面，保证尺寸不小于120×

80×

20，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

2、精铣台阶面，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

3、粗铣内轮廓外形，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

4、精铣内轮廓外形，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

5、先用Ф3中心钻定位，再钻Ф8孔、M12螺纹孔，选用的Ф3麻花钻头（T2）

6、铣内轮廓4mm厚度，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

7、铣内轮廓R7.5的周边，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

8、铣边角料，选用Ф12硬质合金铣刀（T1）

9、打孔Ф8孔，选用Ф7麻花钻（T3）

10、扩孔Ф8孔，选用Ф7.85扩孔钻（T4）

11、绞孔Ф8孔，选用Ф8H7铰刀（T5）

12、钻孔2*20孔，选用Ф10.25钻头（T6）

13、粗铣Ф20沉头孔，选用Ф16三齿硬质合金铣刀（T7）

14、精铣Ф20沉头孔，选用Ф16三齿硬质合金铣刀（T7）

15、攻螺纹2*12，选用Ф12机用丝锥（T8）

5.2加工工艺设计

1）选择加工方案

面粗糙度为3.2，采用粗铣---精铣方案即可；

孔尺寸精度要求为IT7级，粗糙度为3.2为防止钻偏，按钻中心孔一钻孔一扩孔一铰孔方案进行；

20mm沉头孔在孔基础上一次加工到位即可。

2）确定加工顺序

按照先粗后精、先面后孔的原则及为了减少换刀次数不划分加工阶段来确定加工顺序。

具体加工路线为：

粗、精铣面-----粗、半精、精铣孔-----钻各光孔和中心孔-----钻、扩、铰-----钻孔、再倒角，具体见附录表三。

3）确定装夹方案和选择夹具

分析该板件零件形状不是特别复杂、尺寸较小，四个侧面较光整，加工面与非加工面之间的位置精度要求高，故可选通用台钳，以板件底面和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。

4）选择刀具

根据加工内容，所需刀具有面Ф12mm铣刀、Ф3mm中心钻、选用Ф10.25mm麻花钻、Ф8mm铰刀、Ф16mm立铣刀（锪孔）等，其规格根据加工尺寸选择。

精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹。

考虑到两次走刀间的重叠量及减少刀具种类，经综合分析确定粗、精铣铣刀直径都选为Ф12mm硬质合金铣刀。

其他刀具根据孔径尺寸确定。

5）确定进给路线

面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为Ф12mm，故安排沿x方向两次进给。

因为孔的位置精度要求高，机床的定位精度完全能保证，所以所有孔加工进给路线均按最短路线确定。

5.3加工工序顺序安排

按照先面后孔、先外后内、先粗后精的加工原则安排加工顺序。

（1）上表面加工

因下表面的精度要求不高，所以以底面作为基准，粗、精加工上平面,以底面作为基准先粗铣外轮廓尺寸精度可达IT7级—IT8级，表面粗糙度可达12.5μm—50μm。

再精铣外轮廓，精度可达IT7级—IT8级，表面粗糙度可达0.8—3.2μm。

因此采用粗、精铣顺序。

（2）台阶面、内轮廓和圆弧的加工

根据台阶面尺寸要求、圆弧曲率及其加工精度要求可知：

台阶面精度要求很高，公差要求为0.03mm,表面粗糙度3.2um,依其深度分层粗加工，留有合适的加工余量，所以要采用粗加工—半精加工—精加工方案来加工完成，以满足加工要求。

还有C5的倒角，要用到球形刀具，考虑行距的大小。

内轮廓加工只对表面质量有较高要求，在粗加工时留0.3mm的余量，采用同一把刀粗加工，依其深度分层粗加工，采用同一把刀精加工，减少换刀时间和增加刀具误差。

采用粗加工—精加工方案来加工完成，以满足加工要求。

在倒圆角上，用到的刀具要考虑行距的大小。

圆弧的加工没做什么要求，只对其深度尺寸限有公差，要求不高，但还是要进行粗、精铣削加工，刀具尺寸最大有所限制，所以选择ф12的立铣刀，同前面加工可以选同一把ф12粗加工刀具、另一把ф12精加工刀具。

（3）孔加工

通孔Ф18mm，H7的公差，Ra3.2um粗糙度。

通孔Ф20mm，0.022的公差，Ra3.2粗糙度，所以先钻孔，再绞孔才能完成加工达到要求。

总体加工顺序为：

下料：

在锯床下125×

24mm的毛坯；

铣上下表面，但为了考虑成本，在经过图纸分析后，铣上下表面在普铣加工过程中可以达到精度要求，也可以达到粗糙度要求，故上下表面加工过程为：

用机用虎钳夹住工件毛坯，粗铣上表面，然后翻面装夹粗精铣下表面，以粗精铣过的底面为精基准面加工后面的工序内容；

铣台阶面：

粗铣台阶面，且X方向留取0.2mm的精加工余量；

精铣台阶面，并保证周边粗糙度。

铣型腔；

粗铣型腔，且X方向留取0.2mm的精加工余量；

精铣型腔，并保证型腔的尺寸和粗糙度；

打中心孔：

用Φ3中心钻分别打深度为3mm的Φ8、M12的中心孔；

钻孔：

换用Φ7的钻头钻Φ8H7的底孔，扩孔，铰孔；

螺纹加工:

用Φ10的钻头钻M12的螺纹底孔，用铣刀铣Φ20的沉孔；

攻螺纹。

具体加工工序如见附录三。

6、板件数控加工的工艺参数

6.1加工余量的选择

在具体确定工序的加工余量时应根据下列条件选择大小:

1）对最后的加工工序，加工余量应达到图纸上规定的表面粗糙度和精度要求；

2）考虑加工方法，设备的刚性以及零件可能发生的变形；

3）考虑零件热处理时引起的变形；

4）考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。

确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下，尽量减少加工余量。

最小加工余量的数值，应保证能将各种缺陷和误差的金属层切去，从而提高加工表面的精度和表面质量。

零件表面的粗糙度为Ra3.2um，内、外轮廓精加工余量可以留0.3mm，沉孔和螺纹孔在加工当中采用螺旋线下刀可以一次铣到尺寸所需，所以沉孔和螺纹孔不用精加工余量。

6.2切削用量的确定

（1）吃刀量的确定

在零件当中，因为台阶外轮廓和型腔的深度不一样，外轮廓深度为5mm，而型腔深度为4mm，Ф8的沉孔深度为8mm，Ф20的沉孔深度为5mm，为了在加工过程中能够均匀的下刀因选择一个能综合配合的吃刀量，故粗铣外轮廓和型腔的吃刀量均为2mm，精铣为0.3mm；

沉孔的加工因为是一刀铣完并保证精度，所以不用再精加工。

（2）台阶外轮廓、型腔、沉孔铣削进给速度、切削速度的确定

该零件内外轮廓及4-Ф8.01沉孔铣削根据表13和表14所提供的参考值，粗铣是切削速度选30m/min每齿进给量选0.10mm/z，精铣是切削速度选35m/min，每齿进给量选0.04mm/z。

表13铣刀每齿进给量参考值

零件材料

Fz/（mm/z）

粗铣

精铣

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

钢

0.08-0.12

0.10-0.20

0.03-0.05

0.05-0.12

铸铁

0.12-0.25

表10铣削加工的切削速度参考值

硬度/HBS

Vc（m/min）

＜225

18-42

66-150

225-325

12-36

54-120

325-425

6-21

36-75

＜190

21-36

190-260

9-18

45-90

260-320

4.5-10

21-30

主轴转速n计算公式：

n=1000Vc/πd

进给速度f计算公式：

f=n×

Fz×

z

以下n、f数值按以上两公式分别计算，并按取整原则选

Ф12铣刀Vc选70m/min，Fz选0.15mm/z；

则n=1800r/min；

f=810mm/min

Ф12铣刀Vc选80m/min，Fz选0.08mm/z；

则n=3100r/min；

f=500mm/min

Ф16铣刀Vc选70m/min，Fz选0.0.15mm/z；

则n=3700r/min；

f=1600mm/min

Ф16铣刀Vc选70m/min，Fz选0.15mm/z；

则n=1300r/min；

f=550mm/min

Ф16铣刀Vc选80m/min，Fz选0.10mm/z；

则n=1500r/min；

f=360mm/min

（3）钻螺纹中心孔和攻螺纹进给速度、切削速度的确定

该零件孔加工（含螺纹）根据《数控加工与编程》中表4.25～表4.28提供的参考值，选择切削参数如下：

M12丝锥Vc选4m/min，则n=100r/min；

f=175mm/min。

Ф8H7铰刀Vc选4m/min，F选0.4mm/r；

则n=150r/min；

f=60mm/min

Ф10扩孔钻Vc选25m/min，F选0.15mm/r；

则n=790r/min；

f=110mm/min

Ф7钻头Vc选25m/min，f选0.15mm/r，则n=1100r/min；

f=165mm/min。

Ф7.85扩孔钻Vc选25m/min，f选0.15mm/r，则n=1000r/min；

f=150mm/min。

Ф3中心钻Vc选25m/min，f选0.15mm/r，则n=2600r/min；

f=390mm/min。

三、编程的数学处理

通过CAXA绘图软件绘图所得，在该零件加工中走刀路线中基点为走刀路线图中的各基点，经查询得各刀具路线基点坐标值如下：

粗铣削外轮廓的刀具路线基点如图5所示，坐标值如下：

第1个点坐标:

X=55.225Y=56.186第2个点坐标:

X=-48.554Y=56.187

第3个点坐标:

X=-48.554Y=-56.186第4个点坐标:

X=55.225Y=-56.18

第5个点坐标:

X=-25.000Y=56.187第6个点坐标:

X=-41.200Y=39.986

第7个点坐标:

X=-41.200Y=31.311第8个点坐标:

X=-30.000Y=31.311

第9个点坐标:

X=-30.000Y=28.689第10个点坐标:

X=-41.200Y=28.689

第11个点坐标:

X=-41.200Y=-47.555第12个点坐标:

X=-32.568Y=-56.187

第13个点坐标:

X=25.000Y=-56.186第14个点坐标:

X=41.200Y=-39.986

第15个点坐标:

X=41.200Y=28.689第16个点坐标:

X=30.000Y=28.689

第17个点坐标:

X=30.000Y=31.311第18个点坐标:

X=41.200Y=31.311

第19个点坐标:

X=41.200Y=47.555第20个点坐标:

X=15.830Y=72.925

精铣削外轮廓的刀具路线基点如图6所示，坐标值如下：

X=63.578Y=55.987第2个点坐标:

X=-25.000Y=55.987

X=-41.000Y=39.986第4个点坐标:

X=-41.000Y=31.511

X=-30.000Y=31.511第6个点坐标:

X=-30.000Y=28.489

X=-41.000Y=28.489第8个点坐标:

X=-41.000Y=-47.472

X=-32.485Y=-55.986第10个点坐标:

X=25.000Y=-55.986

X=41.000Y=-39.986第