固定板的数控加工工艺设计 rt.docx
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固定板的数控加工工艺设计rt
黑龙江农业经济职业学院
毕业论文
固定板的数控铣削加工工艺设计
姓名：
王英
指导教师：
贾学武
专业：
数控技术
班级：
081班
2010年7月26日
目录
摘要1
前言2
1零件加工工艺分析3
1.1零件图的工艺分析3
1.2上表面轮廓的加工内容4
1.3下表面轮廓的加工内容4
2零件的定位和装夹方式的选择4
2.1零件的定位4
2.2装夹方式的选择4
3刀具的选择5
4工艺参数的确定5
4.1基准的选择5
4.2切削用量的选择5
4.3进给速度的确定5
4.4主轴转速的确定5
5数控加工工艺卡片6
6编制加工程序7
7程序校验10
结论11
参考文献12
致谢13
固定板的数控铣削加工工艺设计
摘要：
数控机床加工工艺研究的宗旨是，如何科学地，最优地设计加工工艺，充分发挥数控机床的特点，实现在数控加工中的优质、高产、低耗。
本文将通过板类零件的铣削加工方法和采用的数控设备，详细介绍如何选用切削参数，切削刀具，夹具以及编程的方法。
全文共七个部分，主要内容包括：
零件分析；刀具选择；确定工件的装夹方法；合理选择切削用量；加工工艺卡；程序编制；校验。
关键词：
工艺分析，刀具的选择，切削用量，进给路线
前言
随着科学技术的发展，普通机床越来越不能满足市场的需求，其劳动强度大，危险性高，且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，因为数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。
它加工精度高、质量稳定、生产效率高、具有较高的柔性,适应性强，广泛应用于航天、军工、造船、汽车和模具加工等行业，成为企业生产加工首选工具。
在企业生产中，数控机床能否达到加工精度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标，这不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也与操作者对所加工零件的工艺分析和加工方案的确定密切相关。
1.零件加工工艺分析
加工零件的图纸如图1以及上下表面实体图，如图2、图3所示，毛坯材料为45号调质钢。
图1
技术要求：
1.未注长度尺寸允许偏差±mm。
2.零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。
3.去除毛刺飞边。
图2图3
1.1零件图的工艺分析
该零件属于板类零件，需要对其平面和外轮廓进行铣削，零件最大的特点就是上下两个表面均需要加工，这就决定该零件需要掉头加工，是立式数控铣床的常见加工对象。
加工时需要保证其平面度和表面粗糙度。
零件材料为45号钢，调质状态，具有良好的切削性能。
毛坯外型尺寸为130mm*130mm*33mm的正方体，零件外形规则，易于装夹。
1.2上表面轮廓的加工内容
图2所示的上表面轮廓是平面凸轮廓，其主要加工内容包括：
（1）上表面加工，保证零件的高度为10mm。
（2）由Φ110mm的圆和R6.2mm的圆弧组成的十字花形轮廓，应选用Φ10mm的立铣刀保证其加工精度和刀具半径的补偿量。
（3）Φ110mm圆弧轮廓曲线部分加工R1mm弧形倒角，需选用R5mm的球头铣刀，粗糙度Ra6.3um。
（4）上表面轮廓零件中还需要加工两个交叉的椭圆，加工椭圆需要运用宏程序，用Φ10mm的立铣刀一次走到完成。
4个R10mm的通孔加工。
由于该通孔较深为保证其精度，需先选用Φ7.8mm的钻头刀先钻后用Φ10mm的立铣刀铣通孔。
1.3下表面轮廓的加工内容
图3所示的上表面轮廓是平面凸轮廓，其主要加工内容包括：
（1）下表面的加工，保证零件的高度为8mm。
（2）R45、R25、R17.5的整园用同一把Φ20mm的立铣刀一次走到完成圆的内轮廓。
（3）零件中还包括4个相同的曲线圆弧，为保证圆弧间的轮廓精度，选用Φ10mm的键槽铣刀，并运用旋转指令，以减少加工次数，提高其加工效率。
（4）正方形的4个角是R60的圆角，用Φ80的面铣刀加工，既保证加工精度又节省加工时间。
2.零件的定位和装夹方式的选择
2.1零件的定位
1）.尽可能使设计基准、工艺基准与编程计算基准统一，以减少基准不重合和数控编程中的计算工作量。
2）.减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部或大部分的待加工表面，以提高加工效率和保证加工精度。
3）.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。
2.2装夹方式的选择
1）.尽量采用通用夹具。
2）.零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间。
3）.加紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开，避免加工路径中刀具与夹具元件发生干涉.
4）.考虑到工件的尺寸为120*120*33mm，所以不适合采用压板，因为压板是装夹长宽尺寸较大而高度较小的工件。
如果装夹高度较大的零件则会产生夹不紧，甚至产生刀柄与压板干涉。
综上所述：
根据零件的要求，本零件采用机用精密平口虎钳进行装夹。
机用平口虎钳的安装和找正，将虎钳下面的两个滑块放入工作台的梯形槽里，使用杠杆式百分表进行对虎钳的找正。
利用百分表式基准面与工作台轴线平行，然后固定虎钳。
3.刀具的选择
选择数控刀具时，首先应优先选用标准刀具，必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用刀具。
在数控铣削加工时使用的刀具主要为铣刀，包括面铣刀、立铣刀、球头铣刀、三面刃盘铣刀、环形铣刀等。
除此之外还有各种孔加工刀具，如钻头（锪钻、铰刀、镗刀）、丝锥等。
如是小直径立铣刀，选刀还应考虑机床的最高转速能否达到刀具的最低切削速度（60m\min）。
刀具半径R小于朝轮廓内侧弯曲的最小区率半径Rmin,一般可取R=（0.8-0.9）Rmin；如果Rmin过小，为提高加工效率，可先采用大直径刀具进行粗加工，在对轮廓残留余量过大的局部处理后在对整个轮廓精加工。
此固定板材质为45号钢调质，硬度为HB≤229，属于中碳钢，强度较高，塑性和韧性尚好，并且考虑到成本，粗加工采用高速钢刀具。
高速钢刀具适合大切削量小进给，适合粗加工。
精加工时考虑到表面粗糙度，所以采用硬质合金刀具。
硬质合金刀具适合高转速、大进给、小吃刀量。
加工该零件有较小的圆角过渡面，所以应采用较小直径的球头铣刀。
为了较大平面的加工，采用半径较大的立铣刀加工。
4.工参数的确定
4.1基准的选择
基准一般选择加工坐标系的加工原点，而加工原点一般与对刀中心重合，这样方便对刀计算，也能提高加工加工精度。
所以一般基准点选择工件的中心点或者是毛坯四个角点中的其中一个。
因为该零件的加工坐标选在了工件的中心，所以加工的基准点选在了工件的中心。
在加工该零件时先加工四个定位孔，再以定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
4.2切削用量的选择
在机械加工中一般应遵守“先粗后精”的加工顺序，即先进行粗加工，再进行半精加工，最后进行精加工和光整加工。
因为此零件的毛坯料为正方体，所以在加工该零件时只需加工毛坯上下表面。
对工件进行粗加工时要注意走刀路线和切削要素。
采用小进给大切削量，尽可能用较少的移刀距离去除较多的坯料。
并且要考虑到下一把刀的吃刀量，适当确定切削深度，以防刀具吃刀量过大，加工表面产生毛刺或者折刀。
精加工尽可能高转速小进给，尽量保证表面光洁度。
最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度，走刀速度大约是半精加工的1.5倍，这样表面会更亮一些。
4.3进给速度的确定
进给速度F是刀具切削时，单位时间内工件与刀具沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。
对于多齿刀具，其进给速度F、主轴转速n、刀具齿数z和每齿进给量fz的关系为:
F=nzfz
4.4主轴转速的确定
在确定工艺参数时，主轴转速和切削速度之间的关系是：
N=1000V/πD
式中V为刀具的切削速度，单位m/min；n为主轴转速，单位r/min；D为刀具直径，单位mm。
5.数控加工工艺卡片
根据上面的工艺分析确定各项的工艺参数并选择刀具，制定如表1所示的工艺卡和刀具卡：
表1数控加工工序卡片
数控加工工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
固定板
45号钢
01
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
001
O1111、O1122、
O1133、O1144
机用平口虎钳
01
XK714G
数控实训车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速n（r/min）
进给速度F（mm/min）
背吃刀量ap（mm）
量具
备注
1
粗铣十字花形圆弧圆留有0.5mm的余量；
T01
Φ10立铣刀
800
200
2
游标卡尺
2
精铣十字花形圆弧控制高度尺寸达Ra3.2
T01
Φ10立铣刀
1000
120
0.5
游标卡尺
3
粗铣深度为3mm的椭圆留有0.5mm的余量
T01
Φ10立铣刀
800
240
2
游标卡尺
4
精铣深度为3mm的椭圆控制高度尺寸达Ra3.2
T01
Φ10立铣刀
1000
150
0.5
游标卡尺
5
粗铣深为2mm的方留有0.5的余量
T01
Φ80面铣刀
800
300
2
6
精铣深为2mm的方精度达到Ra3.2
T01
Φ80面铣刀
1000
200
0.5
7
粗铣带圆角的方留有0.5的余量
T01
Φ20立铣刀
1000
300
2
游标卡尺
8
精铣带圆角的方精度达到Ra3.2
T01
Φ20立铣刀
1200
200
0.5
游标卡尺
9
粗铣R45、R25、R17.5的整圆留有0.5的余量
T01
Φ20立铣刀
1000
300
2
游标卡尺
10
精铣R45、R25、R17.5的整圆精度达到Ra3.2
T01
Φ20立铣刀
1200
200
0.5
游标卡尺
11
钻Φ16的圆
T02
R7.8钻头刀
800
500
12
倒R1圆角
T01
R5球头铣刀
800
200
13
粗铣圆弧轮廓
T03
Φ10键槽铣刀
1000
300
0.15
14
精铣圆弧轮廓
T03
Φ10键槽铣刀
1100
200
0.15
6.编制加工程序
根据上、下表面轮廓如图4、5所示的图纸编制加工程序：
图4图5
上表面十字花轮廓加工程序
O1111（程序号）
g54（确定工件坐标系及加工平面）
m03s800f120（主轴正转，转速800rr/min进给速度120mm/min）
g00z10.（定位到循环起点）
x0.y0.
g42g0x6.2y70.d01（建立刀具半径补偿）
x6.2y30.
g01z0.5
g01x6.2y11.2z-3.
g03x11.2y6.2r5.（逆铣半径为5的圆弧）
g01x30.y6.2
g02x30.y-6.2r6.2（顺铣半径为6.2的圆弧）
g01x11.2y-6.2
g03x6.2y-11.2r5.
g01x6.2y-30.
g02x-6.2y-30.r6.2
g01x-6.2y-11.2
g03x-11.2y-6.2r5.
g01x-30.y-6.2
g01x-6.2y30.
g02x6.2y30.r6.2
g01x6.2y11.2
g01z10（主轴抬起）
g40g0y10.（取消刀具半径补偿）
m05（主轴停止）
m30（程序结束）
上表面两个椭圆轮廓的加工程序
椭圆1椭圆2
O112201133
G54G54
M03S1000F240M03S1000F240
G0Z10.G0Z10.
X0.Y0.X0.Y0.
G01X20.Z-3.G01X20.Z-3.
#1=20#1=10
#2=10#2=20
#3=0#3=0
WHILE[#3LE360]DO1WHILE[#3LE360]DO1
#4=#1*COS[#3]#4=#1*COS[#3]
#5=#2*SIN[#3]#5=#2*SIN[#3]
g01x[#4]y[#5]f200g01x[#4]y[#5]f200
#3=#3+2#3=#3+2
END1END1
G00Z10G00Z10
M05M05
M30M30
下表面四个圆弧轮廓的加工程序
主程序子程序
O1133O3333.
g54G42g0X40.870Y70.D01
m03s1100f240G01z1
g0z10.G0X40.87Y18.866
x0.y0.G01Z1.
m98p3333G02X40.87-18.866R45.Z-5.
g68x0.y0.p90.G02X22.959Y-10.29R10.
m98p3333G03X22.85Y10.29R25.
g68x0.y0.p180.G02X40.87Y18.866R10.
m98p3333G02X40.87Y-18.866R45.
g68x0.y0.p270.G01Z10
m98p3333G40G0X22.959Y-10.29
g69M99
g0z10
m05
m30
此段程序是利用旋转指令进行的简易编程，用此功能可以将工件旋转某一指定角度。
另外，工件的形状由许多相同的图形组成，可将图形单元编成子程序，然后用主程序的旋转指令调用。
这样可简化编程、省时、省存储空间。
直径为90、50、35的圆的加工程序
O1144
G54
M03S1500F200
G0Z10.
X0.Y0.
G0X35.Y0.
G01Z1.
G02X35.Y0.I-35.J0.Z-3.
G02X35.Y0.I-35.J0.
G01Z10.
G0X7.5
G01Z1.
G02X7.5Y0I-7.5J0Z-3.
G02X7.5Y0I-7.5J0Z-6.
G02X7.5Y0I-7.5J0Z-9.
G02X7.5Y0I-7.5J0Z-12.
G02X7.5Y0I-7.5J0Z-15.
G02X7.5Y0I-7.5J0Z-15.
G01Z10
M05
M30
Φ16的通孔的加工程序
o1155
g54
m03s1000f200
x0.y0.
……
g01z-14.
g01z10.
m05
m30
直径为10mm圆的加工程序
O1166
……
X0.Y0.
G01Z1.
G83X0.Y0.Z-34.R5.Q-5.F60
G83X45.96.Y45.96.Z-34.R5.Q-5.F60
G83X-45.96.Y45.96.Z-34.R5.Q-5.F60
M05
M30
7.程序校验
把编制好的程序通过数控机床的操作面板输入到数控装置，数控装置自动进行校验。
当确认程序正确后，方可进行零件的加工。
结论
近年来,数控机床大量用于制造业中,数控机床的广泛应用，给机械制造业的生产方式及产品结构带来了深刻的变化。
成为企业生产的关键机床,给企业带来了很大的效益;数控技术的水平和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控机床的日趋精密，这就要求数控操作人员的操作技术水平必须达到一定的程度，方能体现数控机床的高精度、高速度、高效率、高柔性，而决定操作技术水平的就是对零件的工艺性分析、加工方案的确定以及编程。
本文以板类掉头零件的加工为例，充分体现了数控铣床的特点以及正确的对零件进行工艺分析和安排加工方案的重要性。
参考文献
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重庆大学出版社，2006.7.
[2]李超.数控加工实例[M].辽宁：
辽宁科学技术出版社，2005.5.
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机械工业出版社，2002.
[4]余英良主编.数控加工编程及操作[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[5]顾京.数控加工编程及操作.[M].北京：
高等教育出版社，2005.9.
致谢
这次设计毕业论文使我与老师还有同学的关系更进一步了，毕业论文中遇到的许多问题都是在贾学武老师和同学们的帮助下解决的，让我感受到了老师和同学无私的关怀，所以在这里我真诚地感谢帮助过我的老师和同学们。
在此更要感谢我的指导老师，是您的悉心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。
在我的学业和毕业设计的制作工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。
贾老师渊博的专业知识，严谨的治学态度、精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范,使我深受启迪。
从尊敬的指导老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。
在此我要向我的指导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
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