数控支承板毕业设计.docx

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数控支承板毕业设计

第一章零件图工艺分析

1.1零件结构和加工工艺要求分析

1.1.1支承板的形状结构分析

支承板底座的主体结构式一个厚度为25mm，长为230mm，高为170mm的长方体，所用的材料为45钢，调制处理加工，加工完成后对表面进行黑色处理，长方体的4个侧棱分别加工成C20mm的侧棱，其余的棱线均做成C1的倒角正中央先从上向下加工1个Φ40H7mm的通孔，在铣一个Φ80.5mm，深度为12mm的凹槽，从侧面铣一个宽度为14mm，深度为12mm的通槽，前后对称面的左右两侧各加工1个Φ25H7的通孔，在这两个孔的四周再各加工4个M8的螺纹通孔，工件上还加工2个Φ22H7的通孔，在这两个通孔四周个加工2个M6的螺纹孔工件的中部还加工6个M6的螺纹通孔（如图1.1）。

图1.1

1.1.2尺寸要求分析

零件的长度方向的尺寸以左右对称面为基准，宽度方向以前后对称面为基准。

2个Φ22H7通孔的定位尺寸是Φ230mm，30°，周围的2个M6的螺纹盲孔的定位尺寸是36mm，其他孔的定位尺寸比较简单，从图上可以看得清楚。

1.1.3技术要求分析

该零件对Φ40H7通孔和2个Φ22H7通孔的孔壁的表面粗糙度要求比较高，需加工到Ra为1.6，前后通槽的两侧面及地面需加工到Ra为3.2μm，其余表面加工到Ra6.3μm。

加工该零件时，要注意形位公差的要求，对前后通槽的对称面和2个Φ25H7通孔的对称面有对称度公差的要求，公差值为0.01mm，以Φ40H7通孔的轴线为基准；对2个Φ22H7通孔的轴线有位置度公差的要求，公差值为Φ0.01mm，也以Φ40H7通孔的轴线为基准；对底面有平行度公差的要求，公差值为0.01mm，以上面为基准。

毛坯为240x180x30的板材，在普通铣床上加工成230mmx170mmx25mm的长方料，上、下两表面加工成Ra为3.2μm，四周侧面加工成Ra为6.3μm。

1.2毛坯和材料的选择

选材不当是材料方面导致失效的主要原因。

问题出在材料上，但责任在设计者身上。

最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。

另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。

材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。

图1.2

根据以上要求零件毛坯选择45钢，毛坯尺寸是根据图纸而确定大小，根据本设计图纸选择毛坯大小为240mmx180mmx30mm的毛坯（如图1.2）。

1.3定位基准的选择

粗基准选择应当满足以下要求：

（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。

目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。

如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

例如：

机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。

因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。

这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3）选择加工余量最小的表面作为粗基准。

可以保证该面有足够的加工余量。

（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。

有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。

多次使用难以保证表面间的位置精度。

精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。

基准面的选择应遵循以下原则：

（1）基准重合原则，直接选择加工表面的设计基准为定位基准。

（2）基准统一原则，同一零件的多道工序尽可能选择同一定位基准。

（3）自为基准原则，某些要求加工余量小而均匀的精加工或光整加工工序，选择加工表面本身作为定位基准。

（4）互为基准反复加工原则，使各加工表面之间具有较高的位置精度，或为使加工表面具有均匀的加工余量，可采取两个加工表面互为基准反复加工的方法。

（5）便于装夹原则。

图1.3粗基准面

本零件基准的选择粗基准面为C面，粗铣定位基准面后粗精铣B面，后铣4个侧棱→以B面为精基准面精铣C面至高度到25mm（如图1.3）。

1.5刀具的选择

刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。

选择Φ30mm的硬质合金立铣刀铣4个侧棱的C25mm倒棱和Φ80.5mm的凹坑；选择Φ12mm的高速钢键槽铣刀铣前后通槽；分别选择Φ39.6mm、Φ24.6mm、Φ21.6mm、Φ5.15mm、Φ6.91mm高速钢钻头加工孔和螺纹底孔；分别选择Φ40mm、Φ25mm、Φ22mm硬质合金铰刀加工Φ40H7、Φ25H7、Φ22H7光孔；选择M6、M12高速钢丝锥加工螺纹孔；选择倒角铣刀加工所有的C1mm的倒角（如表1.2）。

产品名称或代号

零件名称

零件图号

序号

刀具号

刀具名称

数量

加工表面

刀具半径

刀尖角

1

T01

Φ30mm硬质合金立铣刀

1

倒棱、铣Φ80.5mm凹坑

0.2

2

T02

Φ12mm高速钢键槽铣刀

1

铣前后通槽

0.2

3

T03

Φ39.6mm高速钢钻头

1

钻Φ39.6mm孔

0.2

4

T04

Φ40mm硬质合金铰刀

1

加工Φ40H7光孔

5

T05

Φ24.6mm高速钢钻头

1

钻Φ24.6mm孔

0.2

6

T06

Φ25mm硬质合金铰刀

1

加工Φ25.7mm光孔

0.2

7

T07

Φ21.6mm高速钢钻头

1

钻Φ21.6mm孔

0.2

8

T08

Φ22mm硬质合金铰刀

1

加工Φ40H7光孔

0.2

9

T09

Φ5.15mm高速钻头钢

1

钻M6螺纹底孔

0.2

10

T10

M6的高速钢丝锥

1

加工M6螺纹

0.2

11

T11

Φ6.91mm高速钢钻头

1

钻M8螺纹底孔

0.2

12

T12

M8的高速钢丝锥

1

加工M8螺纹

0.2

13

T13

倒角铣刀

1

倒所有的C1mm倒角

14

T14

中心钻

1

Φ3mm加工各孔的中心孔

表1.2

1.6切削用量选择

1.6.1切削用量选择原则

合理选择切削用量的原则是：

粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，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。

具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

1.6.2选择背吃刀量和侧吃刀量

表1.3

查表后倒棱面的加工，侧吃刀量取af=5吗，分5次走刀加工完成；

dw-dm

切削深度ap的计算公式：

ap=2

式中：

  dw—待加工表面外圆直径，单位mm

  dm—已加工表面外圆直径，单位mm.

粗铣Φ80.5mm凹坑，采用环形走刀，背吃刀量af=2.2mm，侧吃刀量af=15mm，加工后背吃刀量留ap=0.4mm的余量，侧吃刀量留af=0.5mm的余量；

粗铣前后通槽，背吃刀量ap=11.5mm，侧吃刀量af=6mm，底面留0.5mm加工余量，侧面各留1mm的加工余量；

精铣前后通槽，分左右两次走刀，每次走刀被吃刀量ap=0.5mm，侧吃刀量af=1mm。

1.6.3主轴转速

主轴转速n的公式：

n=1000Vc/∏D

式中：

  D—工件或刀尖的回转直径，单位mm

        Vc—切削速度，单位m/min

（1）Φ30mm硬质合金立铣刀，

D=30mm，根据表1.3切削速度取vc=60m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×60/3.14×30=636r/min，n可取680r/min；

（2）Φ12mm高速钢键槽铣刀，

D=12mm，根据表1.3切削速度取vc=25m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×25/3.14×12=663r/min，n可取700r/min；

Φ39.6mm高速钢钻头，根据表1.3切削速度取vc=25m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×25/3.14×39.6=187r/min，n可取200r/min；

Φ40mm硬质合金铰刀，根据表1.3切削速度取vc=60m/min,

n=1000Vc/∏D=1000×60/3.14×40=465r/min，n可取480r/min；

Φ24.6mm高速钢钻头，根据表1.3切削速度取vc=22m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×22/3.14×24.6=263r/min，n可取280r/min；

Φ25mm硬质合金铰刀，根据表1.3切削速度取vc=60m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×60/3.14×25=745r/min，n可取760r/min；

Φ21.6mm高速钢钻头，根据表1.3切削速度取vc=20m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×20/3.14×21.6=288r/min，n可取300r/min；

Φ22mm硬质合金铣刀，根据表1.3切削速度取vc=60m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×60/3.14×22=855r/min，n可取870r/min；

Φ5.15mm高速钢钻头，根据表1.3切削速度取vc=15m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×15/3.14×5.15=874r/min，n可取900r/min；

M6的高速钢钻头，根据表1.3切削速度取vc=2.5m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×2.5/3.14×6=172r/min，n可取180r/min；

Φ6.91mm高速钢钻头，根据表1.3切削速度取vc=16m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×16/3.14×6.91=776r/min，n可取700r/min；

M8的高速钢丝锥，根据表1.3切削速度取vc=2.5m/min，

n=1000Vc/∏D=1000×25/3.14×8=138r/min，n可取150r/min；

倒角铣刀，切削速度取vc=25m/min，n可取500r/min；

中心钻，切削速度取vc=20m/min，n可取800r/min。

1.6.4进给速度

常用硬质合金或图层硬质合金切削不同材料时的切削用量推荐值见表1.4。

表1.4硬质合金刀具切削用量推荐表

刀具

材料

工件

材料

粗加工

精加工

切削速度（m／min）

进给量（mm／r）

背吃刀量（mm）

切削速度（m／min）

进给量（mm／r）

背吃刀量（mm）

硬质合金或涂层硬质合金

碳钢

220

0.2

3

260

0.1

0.4

低合

金钢

180

0.2

0.2

3

3

220

220

0.1

0.1

0.4

高合

金钢

120

0.2

3

160

0.1

0.4

铸铁

80

0.2

0.2

3

3

140

140

0.1

0.1

0.4

不锈钢

80

0.2

2

120

0.1

0.4

钛合金

40

0.3

0.2

1.5

1.5

60

60

0.1

0.1

0.4

灰铸铁

120

0.3

0.3

2

2

150

150

0.15

0.15

0.5

球墨

铸铁

100

0.2

0.3

2

120

120

0.15

0.15

0.5

铝合金

1600

0.2

1.5

1600

0.1

0.5

参考表1.4

倒棱角的加工，选取进给量fz=0.15mm/z；

粗铣Φ80.5mm凹坑，选取进给量fz=0.20mm/z；

精铣Φ80.5mm凹坑，选取进给量fz=0.10mm/z；

粗铣前后通槽，选取进给量fz=0.20mm/z；

精铣前后通槽，选取进给量fz=0.10mm/z；

钻Φ39.6mm孔，选取进给量f=0.20mm/r；

铰Φ40H7孔，选取进给量f=0.10mm/r；

钻Φ24.6mm孔，选取进给量f=0.20mm/r；

铰Φ25H7孔，选取进给量f=0.10mm/r；

钻Φ21.6mm孔。

选取进给量f=0.20mm/r；

铰Φ22H7孔，选取进给量f=0.10mm/r；

钻Φ6.91mm孔，选取进给量f=0.10mm/r；

钻Φ5.15mm孔，选取进给量f=0.08mm/r；

钻中心孔，选取进给量f=0.20mm/。

1.7 切削加工顺序

1.7.1 加工顺序的安排原则

（1）基面先行原则。

加工一开始，总是先把精基面加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。

（2）先粗后精原则。

各个表面的加工顺序按照粗加工→半精加工→精加工→光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减少表面粗糙度。

（3）先主后次原则。

零件上的工作表面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。

（4）先面后孔原则。

对于箱体、支架和机体类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，后加工孔和其他尺寸。

（5）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。

根据以上原则，将零件加工顺序、所采用的刀具和切削用量等参数编入表1.5所示的加工工序卡中以指导编程和加工操作。

数控加工工序卡片

产品名称或代号

零件名称

零件图号

　支承板

工序号

程序编号

夹具名称

夹具编号

使用设备

车间

　1

　通用夹具

数控加工车间　

工步号

工步内容

刀具号

刀具规格

（mm）

主轴转速

（r/min）

进给量（mm/z）

背吃刀量

（mm）

1

铣4个侧棱的C25mm倒棱

T01

Φ30

680

0.15

5

2

粗铣Φ80.5mm凹坑

T01

Φ30

680

0.20

2.2

3

精铣Φ80.5mm凹坑

T01

Φ30

680

0.10

0.4

4

粗铣前后通槽

T02

Φ12

700

0.20

11.5

5

精铣前后通槽

T02

Φ12

700

0.10

0.5

6

钻中心孔

T14

中心钻

800

0.20

7

钻一个Φ39.6mm的通孔

T03

Φ39.6

200

0.20

19.8

8

用铰刀加工Φ40H7光孔

T04

Φ40

480

0.10

0.2

9

钻2个Φ24.6mm的通孔

T05

Φ24.6

280

0.20

12.3

10

用铰刀加工2个Φ25H7光孔

T06

Φ25

760

0.10

0.2

11

钻2个Φ21.6mm的通孔

T07

Φ21.6

300

0.20

10.8

12

用铰刀加工2个Φ22H7光孔

T08

Φ22

870

0.15

0.2

13

钻10个M6的螺纹底孔，4个深度为15mm，6个为通孔

T09

Φ5.15

900

0.10

2.6

14

用丝锥加工M6螺纹，4个深度为15mm，6个为通孔

T10

M6

180

15

钻8个M8的螺纹底孔，为通孔

T11

Φ6.91

700

0.08

3.5

16

用丝锥加工M8螺纹

T12

M8

150

17

加工所有C1mm的倒角

T13

表1.5

3.8工艺路线设计

方案一：

（1）锯床据毛坯240x180x30。

（2）基准以4面分中粗铣底板毛坯6面，各面给磨床留余量0.5mm。

（3）基准以4面分中，精磨底板6面。

使底板加工尺寸为230x170x25

（4）粗铣侧棱C20

（5）粗，精铣凹槽部位及倒角

（6）钻，扩，铰孔Φ40通孔

（7）钻，扩，铰孔2-Φ22通孔

（8）钻，扩，铰孔2-Φ25通孔

（9）钻螺纹孔8-M8通孔

（10）钻螺纹孔6-M6通孔

（11）钻螺纹孔4-M6

（12）去毛刺，倒角，攻丝

（13）入库

方案一的特点是装夹次数少避免了多次装夹产生的误差。

方案二：

（1）锻造毛坯240x180x30。

（2）选择粗基准面为C面，粗铣定位基准面后粗精铣B面，后铣4个侧棱；以B面为精基准面精铣C

（3）铣，铣4个侧棱的C25mm倒棱

（4）铣，粗、精铣Φ80.5mm凹坑

（5）钻，钻中心孔

（6）钻，钻一个Φ39.6mm的通孔

（7）铰，用铰刀加工Φ40H7光孔

（8）钻，钻2个Φ24.6mm的通孔

（9）铰，用铰刀加工2个Φ25H7光孔

（10）钻，钻2个Φ21.6mm的通孔

（11）铰，用铰刀加工2个Φ22H7光孔

（12）钻，钻10个M6的螺纹底孔，4个深度为15mm，6个为通孔

（13）攻丝，用丝锥加工M6螺纹，4个深度为15mm，6个为通孔

（14）钻，钻8个M8的螺纹底孔，为通孔

（15）攻丝，用丝锥加工M8螺纹

（16）去倒角，加工所有C1mm的倒角

（17）检验，入库

方案二的特点是：

装夹时保证底面平整，确保加工精度。

比较上述两套方案后不难看出，方案一的装夹次数比较少，看上去貌似更加的简便，节省工时，但细细分析一下，可以发现，方案一在保证零件精度上有所欠缺，毛坯的材料分布欠均匀，即使夹具的自定心能力再好也不能保其起精度。

虽然方案二装夹次数比较多，但是保证了底面平整，保证了零件的精度。

综合上述，方案二优于方案一，因此本设计的工艺路线选择方案一。

第二章零件加工程序的编制

2.1数控程序编制的一般方法

数控程序编制的一般方法主要有手动编程和自动编程。

手动编程，即整个编程过程由人工完成，对编程人员的要求高，要熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力。

适用于几何形状不太复杂的零件；三坐标联动以下加工程序。

自动编程，即编程人员根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用叫简便的方式送入计算机，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。

自动编程适用于形状复杂的零件；虽不复杂但编程人员工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）；虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算等）。

2.1.1数控程序编制的内容及步骤

（一）分析零件图样和工艺处理

1.选择合适的对刀点

对刀点—刀具相对零件运动的起点，又称起刀点。

2.选择对刀点的原则：

（1）为了提高零件的加工精度，刀具的起点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。

（2）对刀点应选在对到方便的位置，便于观察和检测。

（3）对刀点的选择应便于坐标值的计算。

3.确定加工路线

加工路线—加工过程中刀具相对于工件运动的轨迹。

加工路线的确定应考虑以下几个方面的问题：

（1）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间，大余量切除的走刀次数要少，每一次走刀应切除尽可能多的加工内容，尽量减少或缩短空行程。

（2）在车削与铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出，而应沿零件的切向切入和切出。

（3）要选择工件在加工后变形较小的路线。

例如对细长零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸。

此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀还是多次走刀完成加工，以及在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。

（二）数学处理

先建立一个工件坐标系，根据图纸的要求，计算出刀具的运动轨迹。

（三）编写零件程序清单

加工路线和工艺参数确定后，编写程序清单。

（四）程序输入

现代数控机床，多次用键盘把程序输入到计算机中。

在通信控制的机床中，程序可以由计算机接口传送。

（五）程序校验和试切削

校验通常的方法是将控制的内容输入到数控装置中进行机床的空运转检查。

对于平面轮廓的工件，可在机床上用笔代替刀具。

坐标纸代替工件进行空运行进行绘图。

对于空间曲面零件，可用木料或塑料工件进行试切，以此检查机床运动轨迹与动作的正确性。

在具有图形显示的机床上，用模拟刀具进行试切削过程的方法进行校验。

2.2零件加工程序的编制

在完成了上述准备工作后便可以进行零件加工程序的编制，我们学习了日本的FANUC系统和德国的SIEMENS系统，本设计选择FANUC系统编程，

N10G90G54绝对坐标编程，设定工作坐标系

N20G00X0.0Y0.0

N30M03S800M08主轴正转

N40G43Z5.0H14调用刀具

N50G99G81Z-3.0R5.0F0.2

N60X-85.0Y0.0钻孔

N70X100.91

N80G80G49G00Z100.0

N90M05M09主轴停止

N100M00

N110G54G00X0.0Y0.0

N120M03S200M08主轴正转

N130G43Z5.0H03

N140G99G83Z-26.0R5.0Q3F100调用孔加工循环

N150G80G49G00Z100.0

N160M05主轴停止

N170M00

N180G54G90G00X0.0Y0.0M0.S680

N190G43H01Z3.0M08

N200G01Z-6.0F80

N210X-20.0

N220G03X-20Y0.0I2.0J0.0

N230G01G41X-40.0Y0.0D01建立刀补

N240G03-40.0Y0.0I40.0J0.0

N250G01G40X-20Y0.0F80取消刀补

N260G01Z-12.0

N270G03X-20.0Y0.0I20.0J0.0

N280G41X-40.0Y0.0D01

N290G03X-40.0Y0.0I4.0J0.0

N300M00

N310G54G90G00X0.0Y0.0M03S700

N320M00主轴暂停

N330G54G00X-30.0Y0.0

N340M03S900M08主轴正转

N350G43Z-7.0H09

N360G99G83Z-14.0R5.0Q3F60

N370Y-73.0

N380G80G00Z100.0

N390M00

N400G54G00X-30.0Y0.0

N410M03S180M08

N420G43Z-7.0H10

N430G99G84Z-14.0R5.0F180

N440Y-73.0

N450G80G00Z100.0

N460M00程序暂停

N470G54G0