凹凸模数控铣削加工工艺及程序设计定稿.docx
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凹凸模数控铣削加工工艺及程序设计定稿
2013届本科生毕业论文学号：
0
成绩：
凹凸模数控铣削加工工艺与程序设计
系部：
机电工程
专业：
机械设计制造与其自动化
学生姓名：
姚良玉
指导教师：
谢雪如
二〇一三年四月
毕业论文诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文《凹凸模数控铣削加工工艺与程序设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。
论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。
本声明的法律结果由本人独自承担。
毕业论文作者签名：
姚良玉
2013年4月20日
摘要
数控机床的出现以与带来的巨大利益，引起世界各国科技界和工业界的普
遍重视。
发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂
自动化的基础。
数控机床的大量使用，需要大批熟练掌握现代数控技术的人员。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
随着科技的发展，数控技术也在不断的发展更新，现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CAD/CAM的应用是一项实践性很强的技术。
如像UG,PRO/E,Cimitron,MasterCAM,CAXA制造工程师等。
数控技术是技术性极强的工作，尤其在模具领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。
本文主要通过铣削加工薄壁配合件的数控工艺分析与加工，综合所学的专业基础知识，全面考虑可能影响在铣削、钻削、铰削加工中的因素，设计其加工工艺和编辑程序，完成配合要求。
【关键词】铣削钻削铰削CAD/CAM薄壁板类配合件零件加工
Pickto
TheadventofNCmachinetoolwhichbringhugebenefits,technologyandindustryaroundtheworld.
Seriously,thedevelopmentofnumericalcontrolmachinetoolisthenecessarywayofcurrentinourcountrymechanicalmanufacturingindustrytechnicalinnovation,isthefactoryinthefuture;
Thebasisofautomation,UseofCNCmachinetools,needalargenumberofskilledpersonnelofmodernnumericalcontroltechnology.Theapplicationofnumericalcontroltechnologynotonlybringsrevolutionarychangetotraditionalmanufacturingindustry,manufacturingindustryhasbecomeasymbolofindustrialization,andwiththecontinuousdevelopmentofnumericalcontroltechnologyandapplicationfieldexpands,ittothenationaleconomyandpeople'slivelihoodsomeimportantindustryplaysamoreandmoreimportantroleinthedevelopment.
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【Keywords】strandedmillingdrillingcuttingCAD/CAM
Thinplateassembliespartsprocessing
第1章零件加工工艺的分析………………………………………1
1.1零件的技术要求分析…………………………………1
1.2零件的结构工艺分析…………………………………1
1.3编程尺寸的确定………………………………………4
1.4毛坯的选择……………………………………………5
1.5工艺过程设计…………………………………………5
1.5.1定位基准确定……………………………………6
1.5.2零件加工方案确定………………………………6
1.5.3零件加工走到路线确定…………………………6
1.6选择机床、工艺装备等………………………………8
1.6.1数控机床与系统选择……………………………8
1.6.2夹具与装夹方案确定……………………………8
1.6.3刀具选择方案……………………………………9
1.6.4量具选择方案……………………………………11
1.7确定切削用量…………………………………………11
第2章凹凸模数控加工………………………………………13
2.1数控工艺文件…………………………………………13
2.1.1凹模的加工工艺文件……………………………13
2.1.2凸模的加工工艺文件……………………………17
2.2数控加工程序设计……………………………………21
小结…………………………………………………………………25
参考文献……………………………………………………………26
致谢 ……………………………………………………………27
第1章零件加工工艺的分析
1.1零件的技术要求分析
零件的尺寸公差在0.05—0.1mm之间，且凸模薄壁厚度为8mm，区域面积较大，表面粗糙度也比较高，达到了Ra1.6um,相对难加工，加工时容易产生变形，处理不好可能会导致其壁厚公差与表面粗糙度难以达到要求。
定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。
该零件首先以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。
材料名称:
45钢型材
热处理：
正火。
强度较高，塑性和韧性尚好，最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以与对心部强度要求不高的表面淬火零件。
1.2零件的结构工艺分析
零件形状如1-1、1-2图所示，有轮廓加工、凸、凹模加工与孔加工等。
由于典型零件需要配合的薄壁零件，形状比较简单，但是工序复杂，表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。
为了保证加工精度和表面质量，按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工.。
零件基本尺寸：
100×80×25，四面已铣好。
凹模1-1
凸模1-2
凹模
凸模
1.3编程尺寸的确定
计算各节点的坐标尺寸
凹件：
外凹槽：
0（-40，-50）、1（-40，-40）、2（-40，-21）、3（-34，-15）、4（-22.80，-15）、5（-18.39，-16.94）、6（18.39，-16.94）、7（22.80，-15）、8（34，-15）、9（40，-21）、10（40，-40）。
中间凹槽：
1（29，-5）、2（34，0）、3（34，7.5）、4（28，13.5）、5（22.80，13.5）、6（17.29，15.92）、7（-17.29，15.92）、8（-22.80，13.5）、9（-28，13.5）、10（-34，7.5）、11（-34，-7.5）、12（-28，-13.5）、13（-22.80，-13.5）、14（-17.29，-15.92）、15（17.29，-15.92）、16（22.80，-13.5）、17（28，-13.5）、18（34，-7.5）、19（29，5）。
两端U形槽：
1（-60，-6）、2（-50，-6）、3（-44，-6）、4（-44，6）、5（-50，6）。
中间大孔：
1（-18.5，-5）、2（-23.5，0）、3（23.5，0）、4（-18.5，5）。
两通孔：
P（-30，-28）、Q（30，28）。
凸件：
两端凹槽：
0（-45,-50）、1（-45，-40）、2（-45，-15）、3（-40，-10）、4（-35，-10）、5（-35，10）、6（-40，10）、7（-45，15）、8（-45，40）。
外凸台：
0（-40，-50）、1（-40，-40）、2（-40，-21）、3（-34，-15）、4（-22.80，-15）、5（-18.93，-16.94）、6（18.93，-16.94）、7（22.80，-15）、8（34，-15）、9（40，-21）、10（40，-40）。
中间凸台：
1（20，0）、2（17.65，0）、3（17.65，10）、4（-17.65，10）、5（-17.65，-10）、6（17.65，-10）。
两通孔：
P（-30，28）、Q（30，-28）。
1.4毛坯选择
1、毛坯分析
根据零件的设计和运用领域等方面，零件形状尺寸、力学性能、批量大小以与学校现有的设备要求，选择零件的材料。
①：
材料的力学性能：
退火钢抗拉强度:
≥600（MPa）；
屈服强度:
≥355（MPa）；
延长率:
≥16%断面收缩率:
≥40%；
布氏硬度:
≤197（HB）；
②：
批量大小：
小批量生产
③：
零件形状尺寸：
由零件凸模1-1、凹模1-2图样尺寸为100mm×80mm×25mm，毛坯四面已铣好。
2、毛坯的选择
选择毛坯尺寸为100mm×80mm×25mm的钢材，类型为型材。
1.5工艺过程的设计
1.5.1定位基准确定
通常毛料未经任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，在选择走刀方式时加以考虑选择逆铣，还有毛刺，装夹前应进行钳工去毛刺处理，再以面作为粗基准加工精基准定位面。
凹件：
任选100mm×25mm的面用立铣刀加工，即为定位基准。
凸件：
任选100mm×25mm的面用立铣刀加工，即为定位基准。
1.5.2零件加工方案确定
1、选择毛坯各表面加工方法：
表面的加工顺序是先里后外，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓薄壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部位先加工，对剩余部粗铣后就开始精加工。
由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。
2、确定加工顺序：
凹模：
备料100mm×80mm×25mm→粗铣外凹槽→精铣外凹槽→粗铣内凹槽→精铣内凹槽→粗铣两端U形槽→精铣两端U形槽→粗铣中间大孔→精铣中间大孔→打两中心孔→扩两通孔→铰两通孔→去毛刺→检验各尺寸
凸模：
备料100mm×80mm×25mm→粗铣两端槽→精铣两端槽→粗铣外凸件槽→精铣外凸件→粗铣中间凸台→精铣中间凸台→打两中心孔→扩两通孔→铰两通孔→去毛刺→检验各尺寸。
1.5.3零件加工走刀路线确定确定
定义：
数控加工过程中刀具相对于被加工工件的运动轨迹。
根据零件图样，确定走刀路线（即加工工时最短，又能保证质量），下面确定该走刀路线：
凹模：
凸模：
1.6选择机床、工艺装备
1.6.1数控机床与系统
选用加工中心（FAUNC——SK417D）
加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。
因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
5-1
工作台面尺寸
（长×宽）
405×1307（mm）
主轴锥孔/刀柄形式
24ISO40/BT40（MAS403）
工作台最大纵向行程
650mm
主配控制系统
FANUC0iMate-MC
工作台最大横向行程
450mm
换刀时间（s）
6.5s
主轴箱垂向行程
500mm
主轴转速范围
60—6000（r/min）
工作台T型槽
（槽数-宽度×间距）
5-16×60mm
快速移动速度
10000（mm/min）
主电动机功率
5.5/7.5（kw）
进给速度
5—800（mm/min）
脉冲当量（mm/脉冲）
0.001
工作台最大承载（kg）
700kg
机床外形尺寸
（长×宽×高）（mm）
2540mm×2520mm×2710mm
机床重量（ kg）
4000kg
1.6.2夹具与装夹方案的选择
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、几何形状以与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。
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虎钳。
此时，主要考虑以下几点：
1.夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；
2.必须保证最小的夹紧变形；
3.装卸方便，辅助时间应尽量短；
4.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；
5.夹具结构应力求简单；
6.夹具应便于与机床工作台与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。
1.6.3刀具选择方案
结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆弧与槽特点，加工工序复杂。
为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，粗、精加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求。
刀具材料应具备的性能：
希望具备的性能
作为刀具使用时的性能
希望具备的性能
作为刀具使用时的性能
高硬度（常温与高温状态）
耐磨损性
化学稳定性良好
耐氧化性耐扩散性
高韧性（抗弯强度）
耐崩刃性耐破损性
低亲和性
耐溶着、凝着（粘刀）性
高耐热性
耐塑性变形性
磨削成形性良好
刀具制造的高生产率
热传导能力良好
耐热冲击性耐热裂纹性
锋刃性良好
刃口锋利表面质量好微小切削可能
对刀具的基本要求：
（1）刚性要好。
铣刀刚性要好的目的有二：
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，不仅会影响零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，从而降低了零件的表面质量。
除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能等也非常重要。
切削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、切削性能与加工余量，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加工质量的前提。
具体选择的刀具将在工艺文件里表现出来。
2.6.4量具选择方案
在机械制造中用以直接或间接测出被测对象量值的工具、加工中心仪器、仪表等称为计量器具。
计量器具主要分为量具和量仪（仪器、仪表）两大类。
其中量具是指那些能直接表示出长度单位和界限的简单计量工具。
量仪是利用机械、光学、气动、电动等原理将长度放大或细分，且结构较为复杂的计量器具，一般在计量室中使用。
零件的几何参数的测量包括：
长度、角度、表面粗糙度与形位公差。
用来测量零件的量具有：
1、钢直尺：
用来测量长度的一种最常用的简单量具；
2、游标卡尺：
可以用来测量内、外尺寸、孔距、高度和深度；
3、千分尺：
这类量具较为精密。
可用来测量外圆直径、长度、厚度；
测量表面粗糙度采用比较法，将零件表面与表面粗糙度样块比较，用目测或手摸判断被加工表面粗糙度；用比较法评定表面粗糙度虽然不精确，但由于器具简单，使用方便，迅速。
4、百分表：
在铣削工件时，用来测量工件是否垂直。
1.7确定切削用量
1、主轴转速的确定
主要根据允许的切削速度Vc（m/min）选取：
n=
其中Vc-切削速度
D-工件或刀具的直径（mm）
2、进给速度的确定
粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。
通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。
曲面轮廓的精加工的每齿进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出机床的额定功率。
粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要受温度的限制。
通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定。
切削进给速度F时切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。
它与铣刀的转速n、铣刀齿数z与每齿进给量
（mm/z）的关系为:
F=
ZN
每齿进给量
的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。
工件材料的强度和硬度越高，
越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，
就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。
切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。
3、背吃刀量的确定
背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2～0.5mm。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度与进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
第2章凹凸模数控加工
2.1数控加工工艺文件
2.1.1凹模SX50--01的加工工艺卡
1、凹模的刀具卡
南昌理工学院
数控加工刀具卡
材料
生产类型
零件名称
加工设备
45钢
单件
凹模
SK417D
工序号
刀具
加工内容
加工参数
刀具号
刀具名称
刀具直径
（mm）
半径
补偿
D
主轴转速
（r/min）
进给量
10
T01
立铣刀
¢10
铣外凹槽
5.0
1000
300/80
10
T01
立铣刀
¢10
铣中间凹槽
5.0
1000
300/80
10
T02
立铣刀
¢6
铣两端U形槽
3.0
1000
300/80
10
T01
立铣刀
¢10
铣中间大孔
5.0
1000
300/80
20
T03
中心钻
A3
打中心孔
1000
150
20
T04
麻花钻
¢11.80
钻两通孔
1000
150
20
T05
铰刀
¢12H7
铰两通孔
1000
150
2、凹模的数控加工工艺过程卡
南昌理工学院
数控加工工艺过程卡
零件名称
零件图号
材料
毛坯类型
毛坯尺寸
凹模
SX50--01
45钢
板料
100×80×25mm
工序号
工序名称
工序内容
使用机床
工装
10
下料
按100×80×25mm准备坯料
锯床
20
铣削
1
粗铣外凹槽
数控铣床
虎钳
2
精铣外凹槽
3
粗铣内凹槽
4
精铣内凹槽
5
粗铣两端U形槽
6
精铣两端U形槽
7
粗铣中间大孔
8
精铣中间大孔
30
钻削
1
打两中心孔
数控铣床
虎钳
2
扩两通孔
3
铰两
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