数控技术毕业设计箱体零件的工艺分析与数控加工.docx
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数控技术毕业设计箱体零件的工艺分析与数控加工
箱体零件的工艺分析与数控加工
声明
本人所呈交的箱体零件的工艺分析与数控加工，是我在指导老师和查阅相关著作独立进行分析研究取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
2010/3/22
【中文摘要】
通过对企业中箱体零件进行加工工艺的分析、数控程序的编制以及在机床上进行实体的加工，使自己对企业产品整个工艺及加工流程有进一步的了解，并且也使自己的动手能力有了很大的提高。
同时，为保证零件的加工精度和生产效率，也使自己对实际加工中所使用的机床、夹具、切削用量及刀具的选择等有了更深入的认识，将自己所学的理论知识和实践知识充分联系起来,使我的专业知识有了进一步的拓展和提高。
【关键词】：
箱体，工艺分析，编程
ABSTRACT
Housingpartoftheenterprisethroughprocessingoftheanalysis,thepreparationofCNCprogramsandmachinetoolsforShitiprocessing,tomaketheirenterpriseproductsandprocessingproceduresthroughouttheprocesshaveabetterunderstandingandalsotheirpracticalabilitytohavegreatlyimproved.Toensurethemachiningprecisionandefficiency,butalsototheiractualprocessingusedinmachinetools,fixtures,cuttingtoolselectionandadeeperunderstandingofhistheoryoflearnedknowledgeandpracticalknowledgefullylinkedtomyprofessionalknowledgehasbeenfurtherexpandedandenhanced.
【KEYWORD】:
housingprocessanalysisprogramming
目录
引言……………………………………….…………………………………………………1
一、箱体零件加工数控设备简介……………..……………..……………….……………1
（一）加工中心的分类以及加工对象…………………………………………..…..1
（二）加工中心的工艺特点.........................................................................................2
（三）“DMC80H”加工中心的主要参数……………………………………….....2
（四）“DMC80H”加工中心的组成……………………………………………….3
（五）“DMC80H”加工中心的加工特点..................................................................5
二、箱体零件的加工工艺分析………………………………………………………...…5
（一）结构与材料的分析……………………………………………………………..5
（二）零件夹具的选择………………….……………………………………………6
（三）工件的装夹………….…………………………………………………………6
（四）刀具的选择与确定…………………………………………………………..11
（五）零件的工艺路线分析.………………………………………………………14
（六）零件的程序编制………………………………………………………….….15
三、加工重点和难点分析.…..…………………………………………………………....19
附录…………………………………………………………………………………….…20
小结…………………………………………………………………………………….….21
参考文献……………………………………………………………………………….…22
致谢………………………………………………………………………………….……23
引言
1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。
它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。
1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床（铣床）。
加工中心（MachiningCenter,MC）是从数控铣床发展而来的。
与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统、伺服控制系统、机床本体、控制介质、辅助系统等各个部分组成，但是加工中心又不同于数控铣床，加工中心和数控铣床最本质的区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，而在数控铣床上却不能自动换刀。
由于具有自动换刀功能，工件在一次装夹后，数控系统就可以控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的于东轨迹及其他辅助功能，依次完成上多面多工序加工，从而实现了钻、铣、镗、扩、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能，所以适合加工各类箱体、壳体、盘类、板类、模具等要求比较高的零件。
一、箱体零件加工数控设备简介
（一）加工中心的分类以及加工对象
加工中心按床身结构和主轴结构的不同可以分为以下4类：
1.卧式加工中心（HMC）：
主轴轴线为水平状态设置的加工中心。
（图1）2.立式加工中心（VMC）：
主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。
（图2）3.龙门式加工中心4.万能加工中心。
图1DMC80H卧式加工中心
图2立式加工中心
加工中心的加工对象主要有：
1．箱体类零件2．复杂曲面①凸轮类②整体叶轮类③模具类3．异形件。
（二）加工中心的工艺特点
加工中心是备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床，与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺特点：
1．加工精度高2．表面质量好3．质量稳定4．生产效率高5．具有较强的故障自诊断功能6．软件适应性强。
与普通机床相比，加工中心所用的刀具应具有更高的强度、硬度和耐磨性；悬臂镗孔时，无辅助支承，刀具还应具备很好的刚性；加工中，切屑易堆积，甚至缠绕在工件和刀具上影响加工顺利进行，因此需采取断屑措施并及时清理，与其他数控机床相比，加工中心存在着结构较复杂、对操作者的技术水平要求高、维修管你难度大等缺点。
另外加工中心价格较昂贵，一般在几十万到几百万元，一次性投入较大，因此零件的加工成本较高。
（三）“DMC80H”加工中心的主要参数如表1-1：
表1-1DMC80H主要参数
技术参数
单位
X轴行程
800
mm
Y轴行程
800
mm
Z轴行程
1050
mm
主轴驱动功率
35/25
kw
最大转速
18,000（24,000）
rpm
X/Y/Z轴快移进给速度
100
m/min
刀柄
Sk50
托盘尺寸
630x630
mm
最大载重
800
kg
刀库容量
40
（四）“DMC80H”加工中心的组成
1．计算机数控系统：
用来接收加工程序的各种信息，然后向伺服系统发出执行指令。
内部有专用计算机、线路板等；外部有程控面板（CNCControlUnit）、机床动作操作面板（OperationPanel）以及屏幕显示器（CRT）等。
（图3）
图3西门子840D操作面板
2．伺服控制系统：
用来准确的执行数控系统发出的各种命令，通过驱动电路和执行元件，完成所要求的各种工作，并可对其位置、速度等进行控制。
3．控制介质：
是驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
他在数控系统的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。
当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
（图4）
图4主轴进给
4．辅助系统：
是数控机床的一些必要的配套部件，用以保证机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。
它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台，还包括3刀具及监控检测装置等。
5．机床本体：
包括主轴箱、进给机构、导轨、刀库、床身。
它是机床的主要机械结构部分。
（图5）
图5刀库
（五）DMC80H加工中心的加工特点
德马吉DMC80H经济型全功能加工中心通过高效生产和组装方法。
可将机床配置为标准型或可选型（配以固定刀具和动力刀具）。
两个工作台交替工作，大大的较少了安装工件的时间，DMC80H加工中心可以连接两个程序，按下连接按钮，当第一个程序运行完，便会自动调换工作台做第二个程序。
机床本身自带外冷却液和内冷却液。
高科技元件如可编程尾座、数字伺服驱动器和高分辨率测量系统的使用可使机床的空闲、时间减少高达30%。
另一个显著特点是采用了最新的带有3D软件的Siemens控制器。
其具有X、Y、Z、B四轴联动，减少零件的工艺编排，提高的生产效率。
二、箱体零件的加工工艺分析
（一）结构与材料的分析
该零件为箱体类铸件，主要加工内孔、钻孔、铰孔、铣削端面、攻螺纹的加工。
其材料是铸铁，材质较硬，具有良好的切削性能。
同时该零件也具有不规则外形，通用夹具或者组合夹具都无法做到这一点，因此在加工时因采用专用夹具。
图6分别是010工序和020工序的夹具。
图6010工序专用夹具
图7020工序专用夹具
（二）零件夹具的选择
1．加工中心加工所使用的夹具，一般要求比普通机床夹具的结构更紧凑、简单和可靠，夹紧准确、迅速、操作方便、安全并保证足够的刚性，同时应注意以下几点：
①.加工部位要尽量敞开
②.夹具应能在机床上实现定向安装
③.在加工过程中无需更换夹紧点
④.装卸使用方便
2．加工中心常用的夹具包括通用夹具、组合夹具和专用夹具
通用夹具：
可装夹各种零件的机床附件和装夹元件
组合夹具：
由一套已标准化的结构及元件按加工需要组合而成的夹具
专用夹具：
专门为某一工件的某一道或几道工序加工而设计的夹具
专用夹具的特点：
①结构合理，刚性强，装夹稳定可靠，操作方便
②提高安装精度及装夹速度
③加工后尺寸比较稳定，互换性较好
（三）工件的装夹
工件装夹注意事项：
1．使用各靠模板装夹校正零件到合适的位置，安装完毕后，随时取掉靠模板
2．扳手用100N•M
010工序工件装夹：
图8B180
图9B90
图10B270
图11B0
020工序工件装夹：
图12B0
图13B90
图14B180
图15B270
（四）刀具的选择与确定
加工中心的刀具由成品刀具和标准刀柄组成。
其中成品刀具部分与通用刀具相同，如铣刀、钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀、丝锥等。
标准刀柄是加工中心必备的辅具，刀柄和机床的主轴孔相对应没。
加工中心的刀柄已经系列化和标准化，其锥柄和机械手抓卸部分都已有相应的标准。
1．刀具切削部分材料必须具备以下性能条件：
较高的硬度和耐磨性
②较高的强度和韧性
较高的耐热性
较好的导热性
⑤良好的工艺性
2．切削用量表
①铣削速度V：
指铣刀旋转时的圆周线速度，单位为m/min
计算公式：
v=лdn/1000
式中：
d------铣刀直径，mm
n-------主轴（铣刀）；转速r/mm
从上式可得到：
主轴（铣刀）；转速n=1000v/лd
铣削速度V推荐值如表2-1：
表2-1铣削速度推荐值
工作材料
硬度/HB
铣削速度V/（m/min）
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
低、中碳钢
255～290
15～36
54～115
高碳钢
325～375
8～12
36～48
合金钢
225～325
10～24
37～80
工具钢
200～250
12～23
45～83
灰铸铁
230～290
9～18
45～90
可锻铸铁
200～240
15～24
72～110
中碳铸钢
160～200
15～21
60～90
②进给量F：
在铣削过程中，工件相对铣刀的移动速度称为进给量，有三种表示方法：
1）每齿进给量af:
mm/z
2）每转进给量f:
mm/r
3）每分钟进给量Vf:
mm/min
三种进给量的关系为：
Vf=f·n=af·z·n
进给量F推荐值如表2-2：
表2-2进给量推荐值
工作材料
硬度/HB
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
立铣刀
端铣刀
立铣刀
端铣刀
低碳钢
150～200
0.03～0.18
0.15～0.3
0.06～0.22
0.2～0.35
中、高碳钢
225～325
0.03～0.15
0.1～0.2
0.05～0.22
0.12～0.25
灰铸铁
180～220
0.05～0.15
0.15～0.3
0.10～0.2
0.2～0.4
可锻铸铁
200～240
0.05～0.15
0.15～0.3
0.08～0.15
0.15～03
合金钢
280～320
0.03～0.12
0.07～0.12
0.05～0.12
0.08～0.2
工具钢
HRC35～46
0.04～0.1
0.1～0.2
铝镁合金
95～100
0.05～0.12
0.2～0.3
0.08～0.3
0.15～0.38
③铣削层用量：
1）铣削宽度ae:
铣刀在一次进给中所切掉工件表层的宽度，单位为mm。
一般取铣刀直径的50%～60%
2）背吃到量ap：
铣刀在一次进给中切掉工件表层的厚度，单位为mm。
一般粗加工立铣不得超过7mm，端铣2～5mm，精铣约0.1～0.5mm。
3.刀具列表：
010工序刀具及切削参数如表2-3：
表2-3刀具及切削参数
刀具名称
刀具编号
刀具直径D（mm）
进给量F（mm/min）
主轴转速S（rpm）
面铣刀
960007
100
1250
500
面铣刀
958011
80
1300
650
内冷U钻
081701
17
300
2500
倒角刀
432201
22
650
14000
丝锥
572004
20
1000
400
玉米铣刀
845007
50
900
1100
镗孔刀
516001
160
100
500
玉米铣刀
842506
25
1000
2500
成型刀具
992201
100
500
450
面铣刀
956303
63
950
1100
Boring
730001
100
108
700
镗孔刀
468301
183
40
380
钻头
270610
6
600
5000
丝锥
570803
8
725
580
钻头
271002
10
1200
5650
丝锥
571201
12
1391
5795
非标钻头
270811
8
600
3500
盘铣刀
880003
100
300
350
U钻
273501
35
400
2000
铰刀
393601
36
1400
1500
020工序刀具及切削参数如表2-4：
表2-4刀具及切削参数
刀具名称
刀具编号
刀具直径D（mm）
进给量F（mm/min）
主轴转速S（rpm）
面铣刀
958011
80
1350
650
玉米铣刀
843209
32
700
1700
端铣刀（粗铣）
791211
12
600
1500
端铣刀（精铣）
791207
12
1100
3200
台阶钻
271903
19
125
1250
钻头
271902
19
300
1200
玉米铣刀
842506
25
1150
2400
钻头
272502
25
500
2300
端铣刀
792024
20
2000
3500
钻孔刀具
270601
6
600
5000
插铣刀
193001
30
700
1650
铰刀
392010
20
940
12000
槽铣刀
892103
21
1936
3228
丝锥
570803
8
800
640
钻头
458801
88
150
650
螺纹铣刀
852501
25
1200
1100
成型铣刀
993101
31
780
1200
（五）零件的工艺路线分析。
1．加工方法的选择：
加工零件表面主要是平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等。
①平面、平面轮廓及曲面的加工方法：
铣削。
②孔加工方法：
有钻削，扩削，铰削和镗削。
③螺纹加工：
加工出底孔，然后在攻螺纹。
2．加工阶段的划分：
依据工件的精度要求，同时要考虑到生产批量、毛坯质量、加工中心的加工条件。
3．加工顺序的安排：
①在安排加工工序时同样要遵循“基面先行”、“先面后孔”、“先主后次”及“先粗后精”的一般工艺原则。
②定位基准的选择直接影响到加工工序的安排，作为定位基准的面应先加工好，以便为加工其他面提供一个可靠的定位基准。
4.工艺路线分析：
010工序
①粗铣零件B180度方向的面保证42+2，80±0.2，91±0.2的尺寸。
（不需精加工）
②粗加工零件B90度方向Φ160H11孔的尺寸留有0.3mm的余量。
然后精镗Φ160H11的孔。
③粗加工零件B0度方向的四个面，保证该面到Φ160H11孔中心的距离100±0.1。
.钻4×M20底孔至Φ17mm,底孔深44mm，倒4×M20孔端倒角，攻4×M20螺纹孔。
④粗镗B180度方向Φ183H9的孔，留有0.3mm的余量，精镗Φ183H9的孔。
钻4×M12底孔至Φ10mm，底孔深Φ28mm（钻头带有倒角），攻4×M12的螺纹孔。
钻Φ8H9的定位孔。
⑤粗加工B90度方向四个槽保证13±0.1，R12.5，25的尺寸。
钻4×M8底孔至Φ6mm，底孔深18mm，攻4×M8螺纹孔。
⑥粗铣B0度的两个腿的端面，保证102-0.3，140±0.2。
（不需精加工），钻Φ36H8孔至Φ35（有预孔），再铰孔Φ36H8。
020工序
①粗铣B0,B90度的面。
（不需精加工）
②粗铣B0,B180度保证82的尺寸。
（不需精加工）
③粗铣B0,B180度保证66±0.1，44H9的尺寸，留有0.2mm的余量，精铣66±0.1，
44H9。
④钻B0,B180度Φ20E7＆Φ32H7的孔，留有0.1mm的余量，再粗铣Φ34的孔，再铰孔到Φ20E7＆Φ32H7。
⑤粗铣B0度保证97，47的尺寸，铣Φ25的孔，钻2×M8的底孔至Φ6mm，攻M8的螺纹。
（不需精加工）
⑥钻B0,B180度4×M8的底孔至Φ6mm，攻M8的螺纹。
⑦钻B90度M90底孔至Φ88mm，在用螺纹铣刀铣出M90的螺纹。
⑧成型铣刀从B0,B180度的Φ34的孔中铣一刀，保证42+2的尺寸
（六）零件的程序编制
零件按照工序划分编制如下：
010工序
SETZEROPOINT坐标系（加工零点）
N10R0=0R1=0R2=430R3=0R4=0;B0G54
N20L54
N30R0=0R1=0R2=430R3=0R4=0;B90G55
N40L55
N50R0=0R1=0R2=430R3=0R4=0;B180G56
N60L56
M60
N70T960007
N80M6
N90G0G56B180F1250S500M3
N100X-180Y105Z400D1
N110Z100
N120G01X-100
N130G01Y-80
N140G00Z400
N150X180Y105
N160Z100
N170G01X100F500
N180G01Y-80
N190Z400M9
N200T958011
N210M6
N220G0G54B0F1350S650M3
N230X-70Y144Z400
N240Z130.2
N250G1Y-76
N260X69
N270Y72
N280X-12Y68
N290G0Z400M9
N300T08I701
M310M6
N320G0G56B180F700S3500M13
N330X75Y80Z400M7
N340Z108
N350R2=108R3=62R10=350
N360G81
N370X75Y80
N380Y-80
N390X-75
。
。
。
。
。
。
。
。
N2760T393601
N2770M6
N2780G0G54B0F1400S1500M13
N2790X225Y-250Z500M7
N2800Z99
N2810G1Z67
N2820Z99
N2830G1Z500
N2840G56B180
N2850X-225Y-250
N2860Z99
N2870G1Z67
N2880G0Z99
N2890Z500M9
N2900T0
N2910M6
N2920M67
N2930M30
020工序
SETZEROPOINT
N10R0=0R1=0R2=320.25R3=0R4=0;B0G54
N20L54
N30R0=0R1=0R2=320.25R3=0R4=0;B90G55
N40L55
N50R0=0R1=0R2=320.250R3=0R4=0;B180G56
N60L56
N70T958011
N80M60
N90M6
N100G0G55B180F1350S650M3
N110X-75Y143Z390D1
N120Z100
N130G1Y-65
N140G0Z120
N150X77Y143
N160Z100
N170G1Y-65
N180G0Z390
N190G56B90
N200X-74Y126
N210Z100
N220G1Y-65
N230G0Z120
N240X74Y126
N250Z100
N260G1Y-65
N270G0Z390M9
N280T843209
N290M6
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