上盖板的数控铣削加工工艺及编程版本二.docx
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上盖板的数控铣削加工工艺及编程版本二
毕业设计说明书
题目上盖板零件的数控铣削加工工艺及编程
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年月日
摘要
本文主要讲述上盖板零件的数控铣削加工工艺，通过对零件图纸的分析，确定该零件的加工工艺、刀具、切削用量，制定出该零件的机械加工工艺过程卡片及数控加工工序卡，然后利用UG软件绘制出该零件的三维实体图，并运用UG的二维转换工具绘制出零件的二维图，再采用软件对零件进行自动编程，最终将程序录入机床，完成该零件的加工。
关键词：
数控铣削加工工艺切削用量数控编程
上盖板零件的数控铣削加工工艺及编程
绪论
毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节，是评价我们是否是一个合格大学生的一个很重要标准，因此在做毕业设计时，我都是怀着很重视的态度去做的。
在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，有点迷茫，由于从没有做过这样的设计，经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。
它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。
随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。
同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。
随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。
由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。
随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区（如广东，浙江、江苏、山东），数控人才更是供不应求，所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。
要成为数控编程员就要具备：
掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如UG、CAXA、PROE等；熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。
经过两个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，两个多月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学到了很多，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等等。
1工艺分析
如图1.1所示为上盖板零件二维图，该零件材料为45钢，由于版面过小，图纸不是很清晰，有看不清之处请参阅附件2所示。
根据图纸的技术要求，试对该零件进行工艺分析及绘制该零件的CAD图，并运用实体造型软件绘制其实体，最终完成该零件的加工。
图1.1上盖板零件二维图
1.1零件图样的分析
分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的工艺编制及加工结果。
主要包括以下几项内容：
分析加工轮廓的几何条件：
主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。
分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。
分析形状和位置公差要求：
对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。
分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。
从图1.1以及附图1可以分析可知，该零件为一平板型零件，其主要特征由圆弧、直线、孔、槽等构成；图中尺寸标注准确、无误、清晰；该零件的尺寸公差要求较高，最高公差为0.027mm，在加工时要注意保证尺寸；该零件形状和位置公差要求也挺高，在装夹时应注意保证，机床也应该选择精度高点的；零件的表面粗糙度为3.2，在数控铣削中很容易保证，该零件无热处理要求。
从以上分析可知，该零件在加工中，重点需要考虑零件的尺寸精度，另外，在装夹时应对零件进行跳动矫正，以保证图中的同轴度。
1.2加工设备的选择
1.2.1机床的选择
加工设备是完成零件加工的必不可少的，合理的选择加工设备，能有效的提高零件的加工精度及加工效率，同时也能降低操作者的劳动量。
本题中的零件结构规则，为一方形零件，零件中加工部位较多，所需要的刀具较多，为了减少换到次数，所以选择数控加工中心进行加工。
1.2.2夹具的选择
（1）常用的铣床装夹方法
1）机用虎钳
在数控铣床加工中，对于较小的零件，在粗加工、半精加工和精度要求不高时，是利用机用虎钳进行装夹的。
机用虎钳装夹的最大优点是快捷，但夹持范围不大。
使用机用虎钳安装工件时的注意事项：
①在工作台上安装机用虎钳时，要保证机用虎钳的正确位置。
当机用虎钳底面没有定位键时，应该使用百分表找正固定钳口面。
②夹持工件时的位置要适当，不应该装夹在机用虎钳的一端。
③安装工件时要考虑铣削时的稳定性。
④铣削长形工件时，可使用两个夹具把工件夹紧。
2）三爪卡盘
在数控铣床加工中，对于结构尺寸不大、且零件外表面为不需要进行加工的圆形表面，可以利用三爪卡盘进行装夹。
三爪卡盘也是铣床的通用卡具。
3）圆盘工作台
圆盘工作台用来铣削加工比较规则的内外圆弧面零件的装夹。
4）直接在铣床工作台上安装
在单件或少量生产和不便于使用夹具夹持的情况下，常常采用这种方法。
使用压板螺母、螺栓直接在铣床工作台上安装工件时，应该注意压板的压紧点尽量靠近切削处，应该使得压板的压紧点和压板下面的支撑点相对应。
5）利用角铁和V形铁装夹工件
此类装夹方式适合于单件或小批量生产。
角铁常常用来安装要求表面互助垂直的工件；圆柱形工件（如轴类零件）通常用V形铁装夹，利用压板将工件夹紧。
6）专用夹具装夹工件
在大批量生产中，为了提高生产效率，常常采用专用夹具装夹工件。
使用此类夹具装夹工件，定位方便、准确、夹紧迅速、可靠，而且可以根据工件形状和加工要求实现多件装夹。
7）组合夹具装夹工件
组合夹具是由一套预制好的标准元件组装而成的。
标准元件有不同的形状、尺寸和规格。
应用时可以按照需要选用某些元件，组装成各种各样的形式。
组装夹具的主要特点是元件可以长期重复使用，结构灵活多样。
8）分度头
分度头是铣床的重要附件。
各种齿轮、正多边形、花键以及刀具开齿等分度，都可以使用分度头分度。
使用分度头和分度头尾座顶尖安装轴类工件时，应使得前后顶尖的中心线重合。
（2）装夹方法的选择
由图可知，该零件需要进行两次装夹方能完成所有加工，根据以上铣床的装夹方法以及该零件的工艺特性，确定该零件的装夹方法如下：
1）第一次装夹，从零件图可以得知，图中有一个A基准，所以在第一次装夹中一定要加工出A基准，因此，第一次装夹加工的部位为有凸台的一面，由于零件较规则，所以采用机用平口虎钳装夹即可。
2）第二次装夹，第一次加工完毕后，由于A基准孔与¢25孔是同时加工的，所以本次装夹可用¢25以及大平面为基准定位，加工另一面，也采用平口虎钳装夹，但是需要注意的是：
在采用平口虎钳装夹时，应该找正¢25孔中心，使其跳动在0.01mm内。
1.3数控加工工艺路线设计
数控加工的工艺路线设计玉普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于它仅是几道数控加工工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。
由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中间，因而在工艺路线设计中一定要兼顾常规工序的安排，使之与整个工艺过程协调。
1.3.1工序的划分
在数控机床上加工零件与普通机床加工相比，工序可以比较集中。
根据数控加工的特点，数控加工工序的划分有按定位方式划分工序、按所用刀具划分工序、按粗、精加工划分工序、按加工部位划分工序等。
本题中的零件可根据定位方式也可说是装夹次数来划分工序。
具体工序如下：
工序1装夹零件，铣有凸台的一面。
工序2装夹零件，铣另外一面。
1.3.2工步的划分
划分工步主要从加工精度和效率两方面考虑。
合理的工艺不仅要保证加工出符合图样要求的工件，同时应使机床的功能得到充分发挥。
因此，在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对工件的不同表面进行加工。
对于较复杂的工序，为了便于分析和描述，常在工序内又细分为工步。
本题零件的工步内容可以参见工序卡片里的描述。
1.4数控加工刀具的选择
刀具材料的种类很多，常用的有工具钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。
碳素工具钢和合金钢因耐热性很差，故只宜做手工刀具。
陶瓷、金刚石和立方氮化硼由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，因而仅在较小的范围内使用。
目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。
（1）高速钢
高速钢是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、钒等合金元素的高合金工具钢，它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。
因刃磨时易获得锋利的刃口，故高速钢又称“锋钢”。
（2）硬质合金
硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等），用Co、Mo、Ni作黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。
其常温硬度可达78—82HRC，能耐850—1000℃的高温，切削速度比高速钢高4—10倍，但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，因此很少做成整体式刀具。
实际使用中，常将硬质合金倒排焊接或用机械夹固在刀体上。
综上所述，并根据该零件的结构工艺特性，确定该零件加工所用的刀具如表3.1所示。
表3.1数控加工刀具卡片
刀具号
刀具名称
刀具规格
加工表面
刀具材料
第一次装夹用的刀具
T01
面铣刀
¢200mm面铣刀
上下两表面
硬质合金
T02
立铣刀
¢20mm
外形轮廓
硬质合金
T03
面铣刀
¢50mm
铣凸台
硬质合金
T04
立铣刀
¢16mm
铣四个耳朵外形
硬质合金
T05
立铣刀
¢12mm
铣槽
硬质合金
T06
中心钻
¢2mm
钻中心孔
高速钢
T07
麻花钻
¢11.5mm
钻¢12孔的底孔和¢25孔的底孔
高速钢
T08
铰刀
¢12
mm
铰¢12
mm孔
硬质合金
T09
麻花钻
¢24.5mm
扩¢25孔的底孔
高速钢
T10
铰刀
¢25
mm
铰¢25
mm孔
硬质合金
T11
立铣刀
¢20mm
扩¢28孔
硬质合金
第二次装夹用的刀具
T01
面铣刀
¢200mm面铣刀
铣下表面
硬质合金
T02
立铣刀
¢20mm
铣内圆槽
硬质合金
T03
键槽铣刀
¢18mm
铣垫圈槽
硬质合金
1.5.切削用量的选择
与传统加工相比，数控加工的显著特点是:
自动化程度高、加工质量稳定；适合复杂型面零件的加工；高速化、高精度、高效率；工艺复杂、一机多用；柔性化高。
“工欲善其事，必先利其器”。
刀具的切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量，因此，数控加工中切削用量确定至关重要。
编程人员必须掌握切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。
切削用量是在机床调整前必须确定的重要参数，它对切削力、功率消耗、刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和表面质量等均有明显的影响。
因此，合理选择切削用量对提高切削效率，保证加工质量和降低加工成本具有重要的作用。
所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
要确定合理的切削用量，既要从理论上充分认识切削用量，又要将理论上得出的切削用量运用到实际中去，这样才能综合机床、刀具、加工材料确定最佳的切削用量。
1.5.1切削用量的具体参数
零件的切削过程可看作是刀具从零件的毛坯上切除多余工件材料的过程。
刀具和工件之间的相对运动包括主运动和进给运动。
主运动的速度即为切削速度V，进给运动的大小用进给量f来表示，吃刀的大小称为切削深度ap。
切削速度、进给量和切削深度称为切削用量的三要素。
（1）切削速度V。
在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度表示为：
v=πdn/1000（m/min）
式中d表示完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）；n表示主运动的转速（r/min）。
（2）切削深度ap。
ap等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距：
对于车削：
ap=（dw-dm）/2（mm）；对于铣削：
ap为吃刀深度。
（3）进给速度F。
F表示工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量：
vf=n*f（mm/min）
表6.1切削用量选取表
材质
布氏硬度
抗拉强度
切削速度m/分
每齿进给量MM/齿
平面铣刀、槽铣刀
立铣刀
粗铣
精铣
负前角
正前角
铸铁
低硬度
中硬度
高硬度
HB
〈=170
170-180
220-300
60-90
55-80
45-60
90-120
75-105
60-90
0.5-1.2
0.3-1.0
0.2-0.8
0.3-0.9
0.3-0.8
0.2-0.6
0.15-0.4
0.1-0.3
0.1-0.2
钢
一般钢
低硬合金钢
中硬合金钢
高硬合金钢
铸钢
n/mm2
400-700
500-800
800-1100
1100-1400
400-700
120-240
90-180
60-120
25-60
45-90
150-300
120-240
60-120
30-90
75-140
0.3-1.0
0.3-0.9
0.3-0.8
0.2-0.8
0.3-1.0
0.2-0.8
0.2-0.8
0.2-0.6
0.3-0.8
0.15-0.4
0.1-0.3
0.1-0.25
0.08-0.15
0.1-0.3
黄铜
150-600
300-900
-
0.25-0.50
青铜
90-300
150-300
-
0.25-0.50
铝
900-4500
>=1500
-
0.15-1.00
镁
1500-4500
>=1500
-
0.15-1.00
1.5.2切削用量的选取
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。
它的主要目的是快速地去除工件表面的残余金属，所以在机床功率允许的前提下应尽可能的提高效率，以便提高机床的利用率。
在确定切削用量时，首先应该考虑切削深度，这样可以达到在短时间内快速除去金属的目的，提高单位时间内的切削量。
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。
它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度，因此，要避免在加工过程中受力的突然变化，使切削力均匀；工件的表面粗糙度主要取决于切削速度，切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决定的。
综上所述，根据该零件的工艺特性，确定该零件的切削用量如数控加工工序卡所示。
2.机械加工工艺卡片及数控加工工序卡片
编制机加工艺卡片是用来指导工人加工的，一般简易的工艺卡片中需编制简易的工艺流程、工序名称、工装等。
固定产品的工艺卡片比较复杂，每一工步都需编制卡片，卡片中包含本工序加工图，加工刀具，测量量具，设备，定位等。
2.1机械加工工艺卡片
（工厂名）
综合工艺过程片卡
产品名称及型号
零件名称
上盖板
零件图号
材料
名称
毛坯
种类
零件重量
毛重
牌号
尺寸
净重
性能
每料件数
工序号
工序内容
加工车间
设备名称及编号
工艺装备名称及编号
夹具
刀具
量具
1
铸造毛坯
铸造车间
2
打磨
钳工车间
3
铣削
机加车间
数控铣削加工中心
平口钳
4
铣削
机加车间
数控铣削加工中心
平口钳
5
去毛刺
钳工车间
6
检验
检验室
7
入库
编制
抄写
校对
审核
2.2数控加工工序卡片
夹具名称
平口钳
使用设备
数控铣削加工中心
工序号
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转数/（r/min）
进给速度/（mm/min）
被吃刀量/mm
程序编号
3
1
粗铣零件上表面
T01
¢200mm面铣刀
600
200
3
O0001
2
精铣零件上表面
T01
¢200mm面铣刀
1000
200
0.5
O0001
3
粗铣外轮廓
T02
¢20mm立铣刀
1200
200
3
O0001
4
精铣外轮廓
T02
¢20mm立铣刀
1800
150
0.5
O0001
5
粗铣凸台
T03
¢50mm面铣刀
800
200
3
O0001
6
精铣凸台
T03
¢50mm面铣刀
1200
150
0.5
O0001
7
粗铣4个耳朵
T04
¢16mm立铣刀
1200
150
3
O0001
8
精铣4个耳朵
T04
¢16mm立铣刀
1800
150
0.5
O0001
9
粗铣槽
T05
¢12mm立铣刀
1500
150
2
O0001
10
精铣槽
T05
¢12mm立铣刀
1800
120
0.5
O0001
11
钻中心孔
T06
¢2mm中心钻
1200
120
O0001
12
钻12孔的底孔11.5mm和25孔的底孔
T07
¢11.5mm麻花钻
600
120
O0001
13
铰12孔
T08
¢12
mm
200
30
O0001
14
扩25孔的底孔至24.5mm
T09
¢24.5mm麻花钻
600
120
O0001
15
铰25孔至图上尺寸要求
T10
¢25
mm铰刀
200
30
O0001
16
扩28孔
T11
¢20立铣刀
1500
120
2
O0001
4
1
粗铣零件上表面
T01
¢200mm面铣刀
800
200
3
O0002
2
精铣零件上表面
T01
¢200mm面铣刀
1000
150
0.5
O0002
3
粗铣内孔¢58
T02
¢20mm立铣刀
1200
200
1
O0002
4
精铣内孔至图上尺寸
T02
¢20mm立铣刀
1500
150
0.5
O0002
5
粗铣垫圈槽
T03
¢18mm键槽铣刀
1200
120
O0002
6
精铣垫圈槽
T03
¢18mm键槽铣刀
1500
100
O0002
3.零件实体图及二维图的绘制
3.1实体图的绘制
该零件的实体主要有方块、槽、孔、凸台等组成，应此可以确定该零件的实体绘制过程为方块——槽——凸台——孔。
下面来详细介绍采用“UGNX4.0”软件该零件实体图的绘制。
（1）绘制方块
首先绘制出零件的方块底座，如图3.1所示。
图3.1
（2）绘制4个耳朵形槽
运用草图工具在XCYC平面上绘制如图3.2所示图形，然后采用拉伸工具，拉伸草图，得到图3.3所示实体。
图3.2图3.3
（3）绘制中间的凸台
同样运用草图工具，在XCYC平面上绘制凸台的外轮廓形状，如图3.4所示，然后采用拉伸工具，拉伸草图，得到图3.5所示实体。
图3.4图3.5
（4）实体求和
为了方便后续的孔的绘制，现将以上所绘制的实体进行求和处理，也就是将实体合并成一个实体。
运用UG的求和工具，并根据提示将以上各个实体进行合并。
（5）孔的绘制
①绘制直径为25的通孔孔的绘制有很多种，这里为了方便起见，采用拉伸除料的方式进行绘制，选择草图工具，在XCYC平面上绘制一个¢25mm的圆，然后运用拉伸工具，在对话框中输入值如图3.6所示，拉伸方式选择“求差
”，设定好后将得到如图3.7所示图形。
图3.6图3.7
②绘制沉孔继续采用草图工具，以凸台上表面为基准面，绘制一个直径为28的圆，然后拉伸此圆，除料的深度设定为-6.5mm，即可得如图3.8所示图形。
图3.8
③绘制直径为12的两孔继续采用草图工具，以XCYC平面为基准面，绘制两个直径为12的孔，深度为通孔，确定后将得到如图3.9所示图形。
图3.9
（6）成型
同理，根据以上的方法，绘制出背面的图形，最终得到零件如图3.10所示。
图3.10
（7）实体的美化
从以上图中可以看出，该实体中存在线条、草图等多余的部分，这里我们运用隐藏工具将这些多余的部分进行隐藏，得到如图3.11和3.12所示实体图。
图3.11
图3.12
3.2二维图的绘制
UG软件具有三维图转二维图的功能，可以根据之前绘制好的UG实体图，进行转换，得到DWG格式的文件，具体步骤如下：
（1）导出文件
打开原来绘制的实体图文件，单击文件菜单下的“导出”命令，选择parasolid，然后拾取零件实体，单击确定，命名文件，这里设置为sgb.x_t。
（2）新建文件
重新新建一个名为sgb.prt文件，进入建模状态，然后单击文件菜单下的“导入”命令，将上一步导出的sgb.x_t文件导入进来。
（3）制图
单击“起始”菜单下的“制图”，选择合适的图幅，这里选择A3图纸，进入制图界面，然后单击“基本视图”，设置好所需要的视图，最后得到的图形如图3.13所示。
图3.13
（4）导出“DWG”文件
单击文件菜单下的“导出”命令，选择“2D转换”，将看到如图3.14所示的对话框，在对话框中的“输出为”选项中选择“DWG文件”，在“指定输出文件”中设置文件名为“sgb”，单击确定。
即可得到DWG格式文件，然后再用CAXA电子图版打开此文件，对其进行尺寸标注。
图2.14
经过CAXA电子图版的尺寸标注，线条修改后的图形，如附件1所示。
4.数控编程
4.1编程的分类
数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。
（1）手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。
当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。
手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。
在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。
（2）自动编程
自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。
编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。
由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检
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