基座的加工工艺规程及程序论文.docx
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基座的加工工艺规程及程序论文
基座的加工工艺规程及程序论文
南京信息职业技术学院
毕业设计论文
作者张南林学号21053P41
系部机电学院
专业数控技术
题目基座的加工工艺规程设计及程序设计
指导教师宋强
评阅教师
完成时间：
2013年5月23日
毕业设计（论文）中文摘要
基座的加工工艺规程及程序设计
摘要：
数控加工工艺与设计的内容包括选择适合的机床、刀具、夹具、走刀路线及切削用量等，还要有合理的加工方法、工艺参数等。
对此我设计了基座零件的加工工艺设计。
介绍了数控加工工艺和数控的特点，加工工艺过程的概念，数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容，数控加工工艺与数控编程的关系，设计方法，对此零件如何工艺分析，程序如何编辑等。
利用CAD/CAM软件及G代码指令进行手工编程。
关键词：
基座数控加工工艺工艺分析工艺过程工艺参数
毕业设计（论文）外文摘要
1概述
1.1数控铣削加工工艺基础知识
工艺规程是工人在加工的指导性文件。
由于普通铣床受控于操作工人，因此，在普通铣床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，铣床的切削用量、走刀路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。
数控铣床加工的程序是数控铣床的指令性文件。
数控铣床受控于程序指令，加工的全过程是按程序指令自动进行的。
因此，数控铣床加工程序与普通铣床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。
数控铣床加工程序不仅要包括零件的供应过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸以及铣床的运动过程。
因此，要求编程人员对数控铣床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非熟悉。
工艺方案的好坏不仅会影响铣床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。
（1）加工对象的形状复杂、工序繁多。
由于数控铣床比普通铣床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算，所以在数控铣床上通常安排复杂的工序。
数控铣床能高效地完成复杂零件的加工，多用来加工具有复杂轮廓和较高精度要求的零件，甚至普通铣床难以完成的零件，使的零件的加工工艺复杂。
（2）工艺安排更为详尽。
与普通铣削加工相比，数控铣削加工往往在一个数控程序中完成多种加工工序，如铣削、钻孔、换刀等。
因此，数控铣削加工工艺中要全面考虑对刀点、换到点及加工路线等问题。
（3）加工精度高。
在加工中心上加工，其工序高度集中，一次装夹即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次装夹所产生的装夹误差，因此，加工表加工中心面之间能获得较高的相互位置精度。
同时，加工中心多采用半闭环，甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，与普通机床相比，能获得较高的尺寸精度。
（4）精度稳定。
整个加工过程由程序自动控制，不受操作者人为因素的影响。
同时，没有凸轮、靠模等硬件，省去了制造和使用中磨损等所造成的误差，加上机床的位置补偿功能和较高的定位精度和重复定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。
（5）效率高。
一次装夹能完成较多表面的加工，减少了多次装夹工件所需的辅助时间。
同时，减少了工件在机床与机床之间、车间与车间之间的周转次数和运输工作量。
（6）表面质量好。
加工中心主轴转速加工中心和各轴进给量均是无级调速，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整到最佳数值，从而提高了各加工表面的质量。
（7）软件适应性大。
零件每个工序的加工内容、机床切削用量、工艺参数都可以编人程序，可以随时修改，这给新产品试制，实行新的工艺流程和试验提供了方便。
1.2数控铣削加工工艺的主要内容
（1）选择适合在数控铣床上加工的零件，确定工序内容
（2）分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求：
包括零件是否需要数控铣削加工和合适何种数控加工铣床加工。
（3）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如划分工序顺序，处理与分数控加工工序的衔接等。
（4）加工工序的设计，如选取零件的定位基准，夹具方案的确定。
工步划分、刀具选择和确定切削用量等。
（5）数控加工程序的调整，如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿及确定加工路线等。
（6）处理数控铣床上部分工艺指令，编制工艺文件。
1.3数控编程方法
数控编程可以手工完成，即手工编程，也可以由计算机辅助完成，即计算机辅助数控编程。
采用计算机辅助数控编程需要一套专用的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的APT语言和以CAD软件为基础的交互式CAD/CAM－ＮＣ编程集成系统。
1.3.1手工编程
指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序的检验，均由人工完成，如图1-1；
图1-1手工编程过程
1.3.2自动编程
自动编程是指在编程过程中，在计算机上用相应的cad软件建模，通过后置处理编制的程序，在通过媒介传输到机床上，即把零件的工艺过程、工艺参数及其他辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、格式，编成加工程序，再记录于控制介质即程序载体（磁盘等），输人数控装置，从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。
可以大大减轻编程人员的劳动强度，将编程效率提高几十倍甚至上百倍，同时解决了手工编程无法解决的复杂零件的编程难题。
而手工编程就是自己编好程序，然后手动输入到机床里的，而当一些复杂的零件，用手工编就有一定困难，出错的概率也比较大，是用手工编不出来的，这时我们选择自动编程。
如下图1-2；
图1-2CAD/CAM系统数控编程原理
数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。
数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。
现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。
2基座零件加工工艺
图2-1基座零件图
图示为基座零件图。
已知该零件的毛柸为410mm*260mm*90mm的方形坯料，材料为HT250。
其主要功能是使工件定位和夹紧。
2.1零件图工艺分析
该零件由平面、圆、孔系、U型槽、外轮廓组成。
其中有4个Ф8和4个Ф12的孔，2个Ф20的孔，1个Ф200的圆，1个141.42*141.42的内方，4个U型槽，2个开口槽。
长度和厚度公差为±0.1，孔径公差为±0.1，表面粗糙度为3.2。
根据上述分析基座零件的外轮廓和U型槽的加工应分粗铣、半精铣、精铣三个阶段进行；4-Ф8孔的加工分为钻中心孔、钻孔二个阶段进行；4-Ф12孔的加工分为钻中心孔、钻孔、扩孔三个阶段进行；Ф20的孔的加工分为钻中心孔、钻孔、扩孔三个阶段进行。
以保证表面粗糙度要求，同时以底面定位，提高装夹刚度以满足垂直度要求。
2.2材料分析
灰铸铁：
牌号：
HT250标准：
GB9439-88
特性及适用范围：
为珠光体类型的灰铸铁。
其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。
可用于要求高强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、填料箱本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需经表面淬火的零件
化学成分：
碳C：
3.16～3.30硅Si：
1.79～1.93锰Mn：
0.89～1.04硫S：
0.094～0.125磷P：
0.120～0.170
力学性能：
抗拉强度σb（MPa）：
250硬度：
（RH=1时）209HB试样尺寸：
试棒直径：
30mm
热处理规范及金相组织：
热处理规范：
（由供方定，以下为某试样的热处理规范，供参考）铸态
金相组织：
片状石墨＋珠光体零件材料为HT250。
2.3选择数控机床
由于基座零件的上表面为孔、圆、外轮廓和U型槽，只需单工位加工即可完成。
故选择立式加工中心。
加工表面不多，只有粗铣、半精铣、精铣、钻孔、扩孔等工步，所需刀具不超过20把，选用华中立式加工中心即可满足上述要求，工件一次装夹后可自动完成铣钻铰攻螺纹等工步的加工。
华中立式加工中心见下图2-2：
图2-2华中数控XHK714立式铣床加工中心
主要结构特点：
（1）XK714数控床身铣床钢性很高、加工精度好，可以自动连续完成对零件的铣、钻、镗、扩、铰等多种工序加工，适用于中等批量生产的各种平面、阶梯面、沟槽、圆弧面、螺旋槽、齿轮、齿条、花键、孔等各种形状零件的加工。
可广泛应用于机械行业及其他行业的机械加工、机修部门，尤其对于成批零件加工、模具加工和较精密零件加工具有很强的适用性。
（2）主轴采用主轴变频专用电机配用进口变频器经过两档齿轮机械变速以实现机床主轴的无级调速。
变速操纵机构采用间歇齿条机构控制，通过高低档转换手柄以实现手动挂档变速。
（3）主轴松拉刀机构具有响应快、力量大、稳定性好等特点。
（4）X、Y、Z坐标均采用交流伺服电机通过高精度无齿隙联轴器与精密级滚珠丝杠副直联，丝杠轴承采用高精度、高刚性成组角接触球轴承，稳定性好、精度高，保证了机床的传动刚性，位置精度和高传动精度。
机床配有全封闭防护罩及自动冷却系统，见下表2-1。
表2-1机床的主要规格与参数
项目
单位
参数
机床型号
XK714
X，Y，z方向进给速度范围
mm/min
0～3000
X，Y，Z方向快速移动速度（Max）
mm/min
8000
主轴转速范围（变频，无级）
rpm
60～6000（无极）
主轴锥孔
ISO40
主轴刀柄
BT40
刀柄拉钉
P40T
主电机功率
Kw
5.5
主轴额定输出扭矩
Nm
36
主轴最大输出扭矩
Nm
52
主轴箱垂直移动最大距离（Z）
mm
500
工作台纵向移动最大距离（X）
mm
600
工作台横向移动最大距离（Y）
mm
400
工作台（宽×长）
mm
400×1000
工作台最大承载重量
kg
500
T型槽（数量×槽宽×中心距）
mm
3×18×85
进给轴电机额定转矩
垂直方向（Z）
Nm
11（带抱闸）
纵横方向（X／Y）
Nm
11
定位精度
mm
0.01/300
重复定位精度
mm
±0.005
机床显示精度
0.001
机床电源乃总功率
Mpa
3P/50Hz/380V/15KVA
气源
mm
0.6
机床外形尺寸（长×宽×高）
kg
2740×2150×2257
机床重量（毛重/净重）
4000
数控系统HNC-21/22M华中“世纪星”数控系统
2.4设计工艺
2.4.1选择加工方法
（1）表面的粗糙度要求为Ra3.2。
可选择“粗铣----精铣”方案。
（2）孔加工方法的选择。
孔加工前，为了便于钻头定位，先用中心钻钻中心孔，然后再钻孔。
内孔的加工方案在很大程度上取决于内孔本身的尺寸精度和粗糙度，对于精度较高粗糙度较小的表面一般不能一把刀加工到图纸要求的尺寸报表表面粗糙度，而要分工步进行加工。
该零件孔的加工方案选择如下：
1孔4-Ф8表面粗糙度为Ra3.2，选择“中心钻-----钻”方案。
2孔4-Ф12表面粗糙度为3.2，选择“中心钻-----钻-----扩孔”方案。
（3）U型槽加工方法。
槽表面的加工方案在很大程度上取决于内槽表面本身的尺寸精度和粗糙度。
对于U型槽，表面粗糙为Ra3.2，选择，“粗铣-----精铣方案”。
2.4.2确定加工顺序及走刀路线
按照基面先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。
外轮加工采用顺铣方式，内轮廓加工采用逆铣方式，刀具沿切线方向切入与切出。
（1）铣六方保证400mm*250mm*80mm
（2）去毛刺0.2~05*45°
（3）钻一个深度是30mm,Φ42的孔。
铣圆保证Ф200mm
1 粗铣轮廓。
2 精铣轮廓。
3 走刀路线：
表面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定。
因而所选铣刀直径为Ф40mm。
故它沿X方向一次进给，其铣削路线见图2-3。
在原点下刀依次粗加工半径39.9,79.8,99.7mm的圆，每次下刀3mm，加工十次；精加工时加工半径100mm的圆。
图2-3X方向铣削路线
（4）铣内方
1 粗铣圆，去除大部分余量。
2 粗铣轮廓，留0.3mm单边余量。
3 精铣轮廓到要求尺寸。
4 走到路线：
斜方轮廓的粗精铣削加工由于受余量和R10的影响，因而所选立铣刀为Ф20mm，其铣削路线见图2-4。
先用铣刀直径为Ф40mm的刀加工一个半径65的圆，每次深度为3mm，加工十次，去除多余余量；用Ф20mm的铣刀粗铣内方单边余量0.3mm；再用Ф10mm的精加工，通过修改刀补分三次加工。
5
图2-4斜方轮廓铣削路线
（5）加工4-Ф8孔保证Ф8、Ra3.2
1 钻中心孔。
2 扩4-Ф8孔至要求尺寸。
（6）加工4-Ф12孔保证Ф12、Ra3.2
1 钻中心孔。
2 钻4-Ф12孔。
3 扩4-Ф12孔至要求尺寸。
4 走到路线：
所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证。
图2-5所示为各孔加工工步的进给路线;打中心孔----钻孔（----扩孔）.
图2－5各孔加工工步的进给路线
（7）铣开口槽
1 粗铣轮廓。
2 精铣轮廓。
3 走到路线：
U型槽的粗精加工由于受R11的影响，因而选立铣刀为Ф20mm，其铣削路线见图2-6,可以用同把刀完成粗精加工。
图2-6U型槽铣削路线
（8）加工2-Ф20孔
1 钻中心孔。
2 钻2-Ф20孔。
3 扩2-Ф20孔至要求尺寸。
4 走刀路线：
见图2-5。
（9）加工U型槽
1 粗铣U型槽，留0.30mm单边余量。
2 精铣U型槽至要求尺寸。
3 走到路线：
开口槽粗精铣选用立铣刀直径为Ф40,其铣削范围见图2-7，每次加工深度为3mm，加工二十次。
图2-7开口槽铣削路线
2.4.3确定装夹方案和选择夹具
基座零件毛坯的外形比较规则，因此在加工上平面、圆、孔系、U型槽、外轮廓、开口槽时。
选平口虎钳来夹紧使零件伸出8mm左右，下面用垫块垫起，夹紧用百分表找正。
2.4.4选择刀具
所需有中心钻、钻头、立铣刀。
其规格根据加工尺寸选择，表面粗铣铣刀直径应选大一些，以增大切削面积，但要考虑到刀库允许装刀直径也不能太大;表面精铣铣刀直径应选小一些，以减少误差。
刀具选择时应注意：
（1）零件表面采用立铣刀加工，根据圆半径选择立铣刀直径，使铣刀工作时减少时间消耗。
（2）采用立铣刀加工，铣刀半径受轮廓最小曲率半径限制，R=10mm。
（3）孔加工各共步的刀具直径根据加工余量和孔径确定。
表2-2刀具卡片
产品名称
零件图号
工序号
刀具号
刀具名称
刀具型号
刀具刃数
刀具角度
刀具刃长
刀具全长
刀具材料
01
T01
立铣刀
Ф40
4
38
102
硬质合金
02
T02
立铣刀
Ф20
4
22
70
硬质合金
03
T03
中心钻
Ф3
4
60°
3
50
硬质合金
04
T04
钻头
Ф8
2
40
70
硬质合金
05
T05
钻头
Ф10
2
40
70
硬质合金
06
T06
钻头
Ф12
2
45
80
硬质合金
07
T07
钻头
Ф14
2
45
80
硬质合金
2.4.5确定切削用量
根据零件图知，该零件材料切削性能较好。
铣削圆平面、斜方、U型槽及两侧型腔时，留精加工余量0.3mm。
该零件表面粗糙度要求为Ra=3.2μm，可分粗铣、半精铣、精铣三步。
半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5～2mm；精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5mm。
（1）铣刀的切削参数计算（Ф40立铣刀）
1 刀具转速n（单位：
r/min）
v=16m/min，见下表2-5；
由式v=πdn/1000知n=1000v/πd
则n=1000×16/3.14×40
=127.4r/min
2 刀具进给速度vf（单位：
mm/min）
f=0.18mm/z见下表2-3；
由式v=nzf知v=127.4×2×0.18
=45.9mm/min
其它铣刀切削参数计算类同，切削参数见表2-4．
（2）钻头的切削参数计算（Ф3中心钻）
1 刀具转速n（单位：
r/min）
v=8m/min见下表2-5；
由式v=πdn/1000得n=1000v/πd
n=1000×8/3.14×3
=849.3r/min
2 刀具进给速度vf（单位：
mm·min）
f=0.05mm/z，见下表2-3；
由式v=nzf知v=1000×2×0.05
=100mm/min
其它钻头切削参数计算类同，切削参数见下表2-4,2-5,2-6。
表2-4铣刀每齿进给量
工件材料
每齿进给量f（mmz）
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.01-0.15
0.10-0.25
0.02-0.05
0.10-0.15
铸铁
0.12-0.20
0.15-0.30
表2-5铣削速度参考表
工件材料
硬度（HBS）
铣削速度v/ms
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<225
18-42
66-150
225-325
12-36
54-120
325-425
6-21
36-75
铸铁
<190
21-36
66-150
190-260
9-18
45-90
260-320
4.5-10
21-30
表2-6高速钢钻头加工钢件的切削用量
钻头径直
材料强度
σ=520-700xp.
（3545钢）
σ=700-900xp.
（15Cr20Cr）
σ=1000-1100xp.
（合金钢）
切削用量
V
（mmin）
F
（mmr）
V
（mmin）
F
（mmr）
V
（mmin）
F
（mmr）
1-6
8-25
0.05-0.1
12-30
0.05-0.1
8-15
0.03-0.08
6-12
8-25
0.1-0.2
12-30
0.1-0.2
8-15
0.08-0.15
12-22
8-25
0.2-0.3
12-30
0.2-0.3
8-15
0.15-0.25
22-50
8-25
0.3-0.45
12-30
0.3-0.45
8-15
0.25-0.35
2.5填写数控加工工序卡片
为更好地指导编程和加工操作把该零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表所示基座零件加工工艺卡片表2-6中．
零件号
001
零件名称
基座
编制日期
2010.10
程序号
O1000
编制
工步号
程序段号
工步内容
刀具号
刀具补偿
半径补偿
刀具规格
备注
1
N10
钻中心孔
T03
H03
Ф3
1个
2
N11
钻中心孔
T03
H03
Φ42
1个
3
N12
粗铣圆
T01
H01
D01
Ф40
粗铣圆型腔
4
N13
精铣圆
T01
H01
D01
Ф40
精铣圆型腔
5
N14
粗铣斜方
T02
H02
D02
Ф20
铣斜方型腔
6
N15
精铣斜方
T02
H02
D02
Ф20
7
N16
钻中心孔
T03
H03
Ф3
4个
8
N17
钻4-Ф8孔
T04
H04
Ф8
4个
9
N18
钻中心孔
T03
H03
Ф3
4个
10
N19
钻Ф10孔
T05
H05
Ф10
4个
11
N20
钻4-Ф12
T06
H06
Ф12
4个
12
N21
铣两侧型腔
T01
H01
D01
Ф40
粗铣型腔
13
N22
精铣型腔
T02
H02
D02
Ф20
精铣型腔
14
N23
钻中心孔
T03
H03
Ф3
2个
15
N24
钻Ф14孔
T07
H07
Ф14
2个
16
N25
2-Ф20孔
T02
H02
D02
Ф20
2个
17
N26
粗铣U型槽
T02
H02
D02
Ф20
粗铣U型槽
18
N27
精铣U型槽
T02
H02
D02
Ф20
精铣U型槽
3各工序加工仿真
3.1仿真软件的介绍
仿真软件（英文simulationsoftware），专门用于仿真的计算机软件。
它与仿真硬件同为仿真的技术工具。
仿真软件是从50年代中期开始发展起来的。
它的发展与仿真应用、算法、计算机和建模等技术的发展相辅相成。
1984年出现了第一个以数据库为核心的仿真软件系统，此后又出现采用人工智能技术（专家系统）的仿真软件系统。
这个发展趋势将使仿真软件具有更强、更灵活的功能、能面向更广泛的用户。
目前比较风行的是虚拟现实仿真软件，比如虚拟现实仿真平台（VR-Platform）
3.2仿真软件的主要功能
①源语言的规范化和处理，即规定描述模型的符号、语句、句法、语法，检测源程序中的错误和将源程序翻译成机器可执行码。
②仿真的执行和控制。
③数据的分析和显示。
④模型、程序、数据、图形的存储和检索。
可以通过对软件的设计来实现这些功能。
仿真软件分为仿真语言、仿真程序包和仿真软件系统三类。
其中仿真语言是应用最广泛的仿真软件。
仿真程序包是针对仿真的专门应用领域建立起来的程序系统。
软件设计人员将常用的程序段设计成通用的子程序模块，并设计一个主程序模块，用于调用子程序模块。
仿真研究人员使用这种程序包可免去繁重的程序编制工作。
仿真程序包除不具备仿真软件的功能①以外，至少具备功能②、③、④中的任一种。
仿真软件系统以数据库为核心将仿真软件的所有功能有机地统一在一起，构成一个完善的系统。
它由建模软件、仿真运行软件（语言）、输出结果分析报告软件和数据库管理系统组成。
3.3仿真软件的作用
计算机数控仿真是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术。
该技术面向实际生产过程的机床仿真操作，加工过程三维动态的逼真再现，能使每一个学生，对数控加工建立感性认识，可以反复动手进行数控加工操作，有效解决了因数控设备昂贵和有一定危险性，很难做到每位学生“一人一机”的问题，在培养全面熟练掌握数控加工技术的实用型技能人才方面发挥显著作用。
3.4各工序仿真加工
（1）加工N10,N11工序：
用Φ3,Φ42中心钻钻中心孔，见下图3-1；
图3-1中心孔
程序
O1000主程序号
N10钻中心孔
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