底板数控铣削加工.docx
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底板数控铣削加工
学生毕业论文（设计）
论文题目：
底板数控铣削加工
第一章数控加工技术概述·································1
数控加工在机械制造业中的地位和作用···················1
数控加工的特点·······································6
自动化程度高·········································6
加工精度高，加工质量稳固······························6
对加工对象的适应性强·································6
生产效率高···········································7
易于成立运算机通信网络·······························7
数控加工编程的目的和方式······························7
编程的目的··········································7
编程的方式··········································8
第二章数控仿真技术······································9
第三章数控加工工艺编····································10
零件分析··············································10
毛坯的选择········································10
机床的选择·········································11
肯定装夹方案·······································12
零件图的加工工艺分析·································13
零件的工艺分析·····································14
3.2.2零件的加工工艺设计·································15
一、编制加工工艺··········································16
二、肯定加工工序及走刀线路································17
三、切削用量选择··········································18
四、拟定数控加工工序卡片··································19
第四章数控加工程序的的编制······························22
Mastercam软件编程简介································22
成立坐标系···········································22
Mastercam编程截图····································22
Mastercam编程程序····································28
第五章斯沃模拟加工······································35
斯沃软件简介·········································35
对刀的关键步骤·······································35
加工进程的截取·······································36
第六章致谢··············································39
参考文献·················································40
第一章数控加工技术概述
数控加工在机械制造业中的地位和作用
随着科学技术的飞速进展，机械产品结构愈来愈合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大量大量生产向多品种小批量生产转化。
因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
大量大量的产品，如汽车、拖沓机与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。
可是应用这些专用生产设备进行生产，生产预备周期长，产品改型不易，因此使产品的开发周期增加。
在机械产品中，单件与小批量产品占到70%~80%，这种产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，大体上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。
专门是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或借助划线和样板用手工操作的方式来加工，加工精度和生产效率受到专门大的限制。
由于数控机床综合应用了电子运算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术功效，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点。
因此，采用数控加工方式，解决了机械制造中常规加工技术难以解决乃至无法解决的单件、小批量，专门是复杂型面零件的加工。
应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的进展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高靠得住性的机械产品。
目前，应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门慢慢扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了庞大的经济效益。
随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增加，复杂形状的零件愈来愈多，精度要求也愈来愈高；另外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期愈来愈短，传统的加工设备和制造方式已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状的高效高质量加工要求。
因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控（NC）加工技术取得了迅速进展和普遍应用，使制造技术发生了根本性的转变。
尽力进展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造技术推动，是当前机械制造业进展的方向。
数控技术是机械加工现代化的重要基础和关键技术。
应用数控加工可大大提高生产率、稳固加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各类复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行运算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力，改善劳动条件，有利于加速产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力和综合经济效益。
数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期预备工作与机械加工进程联为一体，使零件的运算机辅助设计（CAD）、运算机辅助工艺计划（CAPP）和运算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断提高。
数控加工技术也是进展军事工业的重要战略技术。
美国与西方各国在高级数控机床与加工技术方面一直对我国进行封锁限制，因为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能的数控机床加工。
我国的航空、能源、交通等行业也从西方引进了一些5坐标机床等高级数控设备，但其利用受到国外的监控和限制，不准用于军事用途的零件加工。
这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。
数控加工的特点
同常规加工相较，数控加工具有如下特点。
1.2.1自动化程度高
在数控机床上加工零件时，除手工装卸工件外，全数加工进程都由机床自动完成。
在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，如此减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。
1.2.2加工精度高，加工质量稳固
数控加工的尺寸精度通常在~0.1mm之间，目前最高的尺寸精度可达±0.0015mm，不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量维持稳固。
1.2.3对加工对象的适应性强
数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。
当加工对象改变时，除相应改换刀具和解决工件装夹方式外，只要从头编写并输入该零件的加工程序，即可自动加工出新的零件，没必要对机床作任何复杂的调整，如此缩短了生产预备周期，给新产品的研制开发和产品的改良、改型提供了捷径。
1.2.4生产效率高
数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时刻短。
目前，数控车床的主轴转速已达到5000r/min~7000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度达到100m/s~200m/s，加工中心的主轴转速已达到20000r/min~50000r/min，各轴的快速移动速度达到18m/min~70m/min。
1.2.5易于成立运算机通信网络
由于数控机床是利用数字信息，易于与运算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统联接，形成运算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。
固然，数控加工在某些方面也有不足的地方，其表此刻数控机床价钱昂贵，加工本钱高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难。
为了提高数控机床的利用率，取得良好的经济效益，需要切实解决好加工工艺与程序编制、刀具的供给、编程与操作人员的培训等问题。
数控加工编程的目的和方式
1.3.1编程的目的
编制数控加工程序时，要把加工零件的工艺进程、运动轨迹、工艺参数和辅助操作等信息按必然的文字和格式记录在程序载体上，通过输入装置，将控制信息输入到数控系统中，使数控机床进行自动加工。
从分析零件图样开始到取得正确的程序载体为止的全进程，称为零件加工程序的编制，以后也简称为编程。
简而言之，就是为了驱动数控铣床把零件加工出来。
1.3.2编程的方式
数控加工的编程方式主要有手工编程和自动编程两类。
（1）手工编程
编制程序的进程，即从分析零件图样、制定工艺线路及选用工艺参数，进行数值计算等都是由人工完成的，这种编程方式称为手工编程。
对于点位加工或几何形状简单的零件，不需要通过复杂的计算，程序段不多，现在利用手工编程方式较为适合。
但对于形状复杂、工序较长的零件，需要进行繁琐的计算，程序段很多，犯错也难于校核，现在尽可能采用自动编程。
（2）自动编程
自动编程时，程序员按照零件图样和工艺要求，利用有关CAD/CAM软件，如Mastercam、Cimatron、Pro/ENGINEER、UG、CATIA、PowerMILL、I-DEAS、SolidWorks、CAXA等，先利用CAD功能模块进行造型，然后再利用CAM模块产生刀具路径，进而再用后置处置程序产生NC代码（与手工编程一样的数控程序），就可以够通过DNC传输软件，传给数控机床，实现边传边加工。
由此可见，自动编程与手工编程比较，具有编程时刻短、减少编程人员劳动强度、犯错机缘少、编程效率高。
第二章数控仿真技术
数控机床加工仿真技术，模拟实际机床加工环境及其工作状态，是一个应用虚拟现实技术与数控加工操作技术培训的仿真软件。
目前，国内已经出现了各类数控加工教学系统，而且也应用于数控操作人材培训的教学中。
利用运算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅能够迅速提高被培训人员的理论、操作水平，而且安全、靠得住，培训费用低。
数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个重要执行单元。
它不仅在数控加工进程中为产品设计提供了可制造性的分析，而且在数控系统的学习和培训中，为被培训人员提供了完善的学习方式和学习环境。
数控仿真系统完全模拟真是零件的加工进程，能够查验各类数控指令是不是正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全。
第三章数控加工工艺编制及仿真
零件分析
从零件图纸上，分析得出，该零件结构尺寸完整，标注正确。
该零件为底座，起支撑整个机床的作用，保证了机床的正常运转，同时还能适当的减轻整个机械运转时产生的强烈震动和噪声，有效地延长了机床的寿命。
该零件的主要表面特征有：
长50、宽30的凹槽，2×Φ6的孔的内表面，4×Φ10的孔及2×Φ10的孔组成。
凹槽的长度公差为500+,，宽的公差为300+,，凹槽倒圆角R5。
底座底面、端面、顶面和2×Φ6的孔的内表面和2×Φ10的孔的精度值为。
4×Φ10的孔的公差为Φ100+，精度值为。
3.1.1毛坯的选择
从各类各样的材料当选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作。
按照载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其散布状况，该零件为机床底座经受紧缩载荷较大，可选铸铁为毛坯。
选取原因：
（1）载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其散布状况:
机床底座经受紧缩载荷的零件应选铸铁。
（2）零件的工作条件:
机床机械运转时产生的强烈震动和噪声,铸铁材料吸振性能好，能够使机床器在工作时从必然程度上减缓强烈震动和降低噪声，改善工作环境。
（3）零件的尺寸及质量：
该零件外结构复杂，组成表面结构特征较多，尺寸较大，应选用适合铸造的材料，可选择HT。
（4）经济性:
从零件尺寸及质量，该零件尺寸较大、质量大，为了减少材料的浪费和减少材料去除量，可用铸造毛坯。
综上所述：
毛坯选用HT200铸件，铸件为130x130x30的长方体，铸件结束后，毛坯会有残余应力，还应对毛坯安排人工高温时效，其工艺一般采用：
加热至500℃~550℃保温2h，以不高于30℃/h随炉冷却，200℃左右出炉空冷。
即铸造成型后，对铸件进行退火处置，可消除铸造后产生的铸造应力，提高材料的综合力学性能。
该机床底座在工作进程中经受冲击载荷，和各类应力作用，故采用热处置退火，淬火，回火处置才可知足零件的加工要求。
生产类型为中批生产，选择木摸机械砂型铸件毛坯。
3.1.2机床的选择
按照零件结构选用加工中心。
在加工中心上加工零件的特点是：
被加工零件通过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和改换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，持续地对工件各加工面自动地进行钻孔、铰孔、镗孔、铣削等多工序加工。
由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时刻及工件周转、搬运和寄存时刻，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。
肯定装夹方案
经综合分析：
该零件形状规则，尺寸、结构规范。
考虑生产类型为中批生产。
按照前面定位基准的选择，决定选择一般在产品相对稳固、批量较大的生产中采用各类专用夹具，可取得较高的生产率和加工精度。
装夹时先以周围面为基准加工上下底面，再以加工好的底面为基准加工周围面，最后用周围面为基准加工长50，宽30的凹槽。
故选用虎钳装夹周围面加工上下底面。
因在机床加工中,对于形状规则，尺寸、结构规范的零件,在粗加工,半精加工和精度要求不高时,机用虎钳装夹点快捷长处极为适合。
用压板安装工件加工周围面。
因为压板对于尺寸较大的或形状比较复杂的工件进行安装有较好效果。
最后用虎钳装夹周围面加工长50，宽30的凹槽。
零件图的加工工艺分析
定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有专门大的影响。
合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。
不然加工工艺进程中会问题百出更有甚者还会造成零件大量保废，是生产无法正常进行。
本零件加工当选用的基准如下：
（1）粗基准：
底平面，用来加工另一底面，并作为后续加工基准。
（2）精基准：
以粗加工后的底座周围面为主要的定位精基准，即以机床底座的周围面为精基准。
底座周围面结构简单便于装夹。
有以下优势：
1）基准重合原则：
加工基准、定位基准、测量定位基准三者统一;2）便于装夹的原则;3）便于的加工原则。
批量加工时在工件坐标系已经肯定的情形下，保证对刀的可能性和方便性。
综上所述，故选择机床底座表面为粗基准，以此加工机床底座周围面；选择机床底座周围表面为精基准，以此加工机床底座底面和其它表面
3.2.1零件的工艺分析
加工方式的选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求，由于取得同一级精度及表面粗糙度的加工方式一般有许多，因此在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差等要求全面考虑。
通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，按照各机床加工精度最理想的加工方式为铣削、镗和钻。
因为铣床加工精度一般为IT9～IT8,表面粗糙度为～.镗床加工精度一般为IT9～IT8,表面粗糙度为Ra20～。
钻床用于钻孔加工精度可达IT13～IT11,表面粗糙度Ra80～Ra20；用于扩孔精度达IT10,表面粗糙度Ra10～Ra5.；用于铰孔精度可达IT7,表面粗糙度Ra5～。
磨床加工精度一般为IT6～IT5,表面粗糙度为～.
刨床加工精度为IT9～IT8,表面粗糙度为Ra25～Ra1.6.一般车床的加工精度可达IT8～IT7,表面粗糙度为Ra25～.能达到加工要求。
按照机床座零件图上的各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度及加工零件的外形和材料等条件，肯定加工件各表面的加工方式，如下表所示：
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
80X80顶面
IT10
粗铣-半精铣
底座的底面
IT10
粗铣-半精铣
长50，宽20的凹槽
IT10
粗铣-半精铣
4-Φ10的孔
IT10
钻-铰
2-Φ10的孔
IT10
钻-铣
2-Φ6的孔
IT10
钻-铰
3.2.2零件的加工工艺设计
（1）遵循“先基准后其他”原则，第一加工精基准——机床座底端面和4-φ10的孔。
（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先面后孔”原则，先加机床座上端面，再加工4-φ10的孔。
辅助工序在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该机床底座工序的安排顺序为：
热处置——基准加工——粗加工——精加工。
一、编制加工工艺
按照以上机械加工工序、辅助工序、各表面的加工方式。
及考虑加工中心是高度的产品，工件装夹后，数控系统能控制按不同工序自动选择、改换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可持续完成钻、镗、铣等多种工序。
因此大大减少了工件装夹时刻，测量和机床调整等辅助工序时刻，对加工形状比较复杂，精度也能达到较高要求，品种改换频繁的零件具有良好的经济效果。
加工中心精度较高，能够达到铣床、镗床和钻床要求。
用于此零件加工更能减少机床数量，达到加工要求。
又能减少工件装夹时刻及次数，避免重复利用同一基准，会造成定位误差相当大。
提高了经济效益。
故肯定加工设备和工艺装备如下：
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
1
取料
2
热处理
3
粗铣
粗铣80X80顶面
加工中心
端铣刀、游标卡尺
3
半精铣
半精顶面以达到精度要求
加工中心
端铣刀、游标卡尺
4
粗铣
粗铣80X80底面
加工中心
端铣刀、游标卡尺
5
半精铣
半精底面以达到精度要求
加工中心
端铣刀、游标卡尺
6
粗铣
粗铣长50，宽30的凹槽
加工中心
端铣刀、游标卡尺
7
半精铣
半精铣长50，宽30的凹槽
加工中心
端铣刀、游标卡尺
8
粗铣
底座四周面
加工中心
端铣刀、游标卡尺
9
精铣
底座四周面
加工中心
端铣刀、游标卡尺
10
钻
钻4-Φ10孔
加工中心
麻花钻、铰、卡尺、塞规
11
钻
钻2-Φ6的孔
加工中心
麻花钻、铰、卡尺、塞规
12
扩
扩Φ6的孔为Φ10的孔
加工中心
铰、卡尺、塞规
13
去毛刺
去毛刺
钳工台
14
检验
检验
塞规、卡尺、百分表等
二、肯定加工工序及走刀线路
在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工线路。
即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所通过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。
加工线路的肯定第一必需保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，第二考虑数值计算简单，走刀线路尽可能短，效率较高等。
一般遵循以下几个原则：
①先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。
②先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。
由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工以后，精加工之前进行。
③先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。
如此可使工件定位夹紧稳固靠得住，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。
④基面先行用作精基准的表面，要第一加工出来。
所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工（有时包括精加工），然后再以精基面定位加工其它表面。
例如，轴类零件顶尖孔的加工。
三、切削用量选择
按照切削用量简明手册
切削速度计算公式:
铣削速度：
（m/min）
进给速度：
（mm/min）
F——进给速度mm/min
n——工件或刀具转速r/min
f——进给量mm/r故依照公式计算，得粗铣平面进给速度F=800mm/min；半精铣平面进给速度F=1000mm/min；粗铣凸台凹槽的进给速度F=1000mm/min；半精铣凸台的进给速度F=1000mm/min；精铣凹槽的进给速度F=1200mm/min
孔加工公式同上。
故依照公式计算，得钻孔进给速度F=600mm/min；扩孔进给速度F=150mm/min；绞孔进给速度F=300mm/min
背吃刀量
对于端铣刀的背吃刀量计算。
一般加工余量小于6mm的时候，能够一次进给来切除全数余量，若是在需要精铣的情形下，能够分为多次进给，最后一次背吃刀量能够取1mm。
背吃刀量是在铣削时工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，大小为Ap=Dw-Dm（Dw为工件待加工表面的尺寸单位为mm，Dm为工件已加工表面的尺寸单位为mm），若是程序设计中设定每刀的切削深度为1mm，那么计算得背吃刀量为1。
四、拟定数控加工工序卡片
零件图号
零件名称
底座零件
使用设备名称
加工中心
使用设备型号
CKA6150
换刀方式
自动换刀
程序编号
O0001
序号
工艺内容
切屑用量
备注
背吃刀量
（mm）
进给速度
（mm/min）
主轴转速
（r/min）
1
粗铣顶面
2
150
800
2
半精铣顶面
100
1000
3
粗铣底面
2
150
800
4
半精铣底面
100
1000
5
粗铣长50，宽30的凹槽
2
150
800
6
半精铣长50，宽30的凹槽
100
1000
7
粗铣四周面
2
150
800
8
精铣四周面
100
1000
9
钻4-Φ10孔
——
——
600
10
铰4-Φ10孔
——
——
150
11
钻2-Φ6孔
——
——
600
12
铰2-
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