薄板零件加工工艺分析与仿真.docx
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薄板零件加工工艺分析与仿真
薄板零件加工工艺分析与仿真
【摘要】
薄板零件在实际生产中非常常见，也有很多用途。
本文根据零件图纸及其技术要求,对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，根据分析的结果，确定了该零件加工时的设备选用、刀具使用、装夹方式、加工方法和走刀路线等，并采用自动编程编制了该零件的数控加工程序与仿真。
【关键词】：
薄板零件；数控加工；工艺分析；编程；仿真
引言
、零件图样分析
、选择加工设备
三、毛坯的选择
四、确定装夹方案
五、工艺路线
（一）表面加工方法的选择
（二）加工阶段的划分
（三）工艺路线的安排
六、刀具的选择
一）刀具的选择原则
二）数控铣削刀具的选择
七、机械加工工艺过程卡片
八、数控编程
（一）铣削平面时的程序...
（二）铣削轮廓时的加工程序总结
12
参考文献
13
谢辞
14
引言
用数字代码形式的信息（程序指令）控制按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。
数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。
随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。
此外还有能自动换刀、进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
数控铣在数控加工中占了一定的地位，它可以加工外形、曲面、孔、螺纹等形状特征，下面来介绍一下薄板零件的数控铣削加工工艺过程及编程。
一、零件图样分析
分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的工艺编制及加工结果。
主要包括以下几项内容：
分析加工轮廓的几何条件，主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。
分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择。
分析形状和位置公差要求，对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。
分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。
’二
图1-1薄板的零件图
如图1-1所示为薄板的零件图，该零件主要加工部位有平面、轮廓、分层轮廓等。
图中尺寸标注齐全，零件的尺寸公差要求一般，表面粗糙度要求一般，技术文件要求键槽粗糙度为3.2，其余平面为12.5。
材料为铝件，质软，易于切削加工。
二、选择加工设备
由于该零件属于单件小批量生产，因此不用考虑生产效率等问题，只要在能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可，但为了减少人为的换刀量，根据现有的数控机床，确定选择由云南CY集团有限公司生产的CY-VMC850系列数控立式加工中心，其主要技术参数如下：
系统配置：
FANUC
工作台面积（mm）:
460X950（500>1050）
行程（X-Y-Z）（mm）:
800X500X550
主轴锥孔:
BT40
主功率（KW）:
7.5/11
主轴转速（rpm）：
50-6000
机床结构：
台湾主轴、全防护、贴塑滑轨、电柜空调备注：
16把斗笠式刀库、20把圆盘式刀库机床重量（吨）：
6
三、毛坯的选择
毛坯是根据零件所要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。
毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。
确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：
首先选取毛坯加工余量和毛坯公差；其次将毛坯加工余量叠加在零件相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差，其总的要求是：
减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。
因此毛坯要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。
根据零件的图样分析以及零件的材料要求，选择铝件；依据毛坯的选择原则，综合考虑零件的使用要求，以及机械加工的效率和经济性，确定毛坯的尺寸为210X110X35mm。
四、确定装夹方案
从图1-1中可以看出该零件属于规则的零件，易于装夹，因此可以选择数控车床夹具——平口钳。
使用平口钳安装工件时的注意事项：
1.车床安装机用平口钳时应擦净钳底平面、工作台面，安装工件时应擦净钳口平面、钳体导轨面及工件表面。
2.车床工件在机用平口钳上装夹后，铣去的余量层应高出钳口上平面，高出的尺寸以铣刀铣不着钳口上平面为宜。
3.车床工件在机用平口钳上装夹时，放置的位置应适当，夹紧工件后钳口受力应均
匀。
的选择工序集中和分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。
（一）表面加工方法的选择
表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理加工方法。
在选择时一般先根据表面的精度及粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的，即确定加工方案。
由于获得同一精度和粗糙度的加工方法有几种，在选择时除了考虑生产率要求和经济效益外，还应考虑下列因素：
1．工件材料的性质。
2．工件的结构和尺寸。
3．生产类型。
4．具体的生产条件。
从图1-1中可以看出，该零件最高要求的表面粗糙度为Ra3.2um精度要求较高，又因该零件为铝，其切削性能好，硬度低，因此确定该表面的加工方法为：
粗铣-半精铣-精铣。
在粗铣时应尽快的去除零件的加工余量，给精加工留与合适的切削深度，本零件中给0.3mm余量。
（二）加工阶段的划分针对该零件的形状特性及精度要求，将该零件划分为以下几个阶段：
粗加工阶段——主要任务是切除表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。
半精加工阶段——再次切除部分余量，其主要问题是为精加工的高速切削加工提供
最佳的加工条件。
精加工阶段——保证各主要表面达到图样尺寸及精度要求，其主要问题是如何保证加工质量。
（三）工艺路线的安排
根据该零件的结构工艺性、生产规模和技术要求，确定该零件的工艺路线如下所述：
工序1下料，准备210X110X35mm勺方块，材料为铝。
工序2
装夹零件，加工零件外型、
阶梯等轮廓。
工序3
加工阶梯层面
工序4
铣刀三个槽
工序5
去上道工序毛刺。
工序6
调头装夹，铣削零件底面，
保证总厚度为
工序7
去毛刺。
工序8
检验。
六、刀具的选择
30mm
刀具寿命与切削用量有密切关系。
在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
（1）刀具的选择原则
选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。
复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。
对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。
对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。
车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些，当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大
时，刀具寿命也应选得低些。
大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。
与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。
数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。
（2）数控铣削刀具的选择
在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：
一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin,—般取RD=（0.8-0.9）Rmin。
二是零件的加工高度Hv（1/4-1/6）RD，以保证刀具有足够的刚度。
三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r，即直径为d=2Re=2（R-r），编程时取刀具半径为Re=0.95（R-r）。
对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。
综上所述，并根据该零件的结构特性，确定该零件的数控加工刀具如表6-1所示。
表6-1数控铳削刀具卡片
刀具号
刀具名称
刀具规格
加工表面
T01
面铳刀
①50mm
上平面
T02
立铳刀
①20mm
粗铳平面以及外轮廓
T03
立铳刀
①10mm
精铳凹面以及外轮廓
T04
立铳刀
①8mm
铳槽
七、机械加工工艺过程卡片
编制机加工艺卡片是用来指导工人加工的，一般简易的工艺卡片中需编制简易的工
艺流程、工序名称、工装等。
固定产品的工艺卡片比较复杂，每一工步都需编制卡片，卡片中包含本工序加工图，加工刀具，测量量具，设备，定位等。
如表7-1，7-2所示。
表7-1机械加工工艺过程卡片
表7-2数控加工工序卡片
机械加工工序卡
产品名称
十字凸台
材料
铝
（工序2）
工步号
工步内容
主轴转速（r/min）
进给速度（mm/min）
1
装夹零件，对刀。
2
粗铳零件上表面
1000
200
3
精铳零件上表面
1000
150
4
粗铳外轮廓
1000
150
5
精铳外轮廓
2000
200
6
粗铳凹面轮廓
1200
150
7
精铳凹面阶轮廓
2000
100
8
铳槽
2000
100
9
精铳凹面阶轮廓
2000
100
10
调头，铳底面
2000
150
八、数控编程
编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。
数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。
手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。
这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。
对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。
自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。
本题中的零件形状比较简单，尺寸易于计算，因此采用自动编程。
以下便是该零件的加工程序清单：
一）铣削平面时的程序
N0010G40G17G90G70
N0020G91G28Z0.0
N0030T06M06
N0040G0G90X6.6929Y-3.5433S2000M03
N0050G43Z.3937H06
N0060Z.1181
N0070G1Z0.0F3.9M08
N0080G3X4.9213Y-1.7717I-1.7716J0.0
N0090G1X-4.9213F9.8
N0100Y-.5906
N0110X4.9213
N0120Y.5906
N0130X-4.9213
N0140Y1.7717
N0150X4.9213
N0160G2X6.6929Y0.0I0.0J-1.7717
N0170G1Z.1181
N0180G0Z.3937
N0190M02
二）铣削轮廓时的加工程序
该部分的加工是由UGNX6自动编制的程序，其走刀轨迹如图8-1、8-2、8-3、8-4所示。
o
O
图8-1铳削零件上表面的走刀路径
0
图8-2半精加工铳削凹面轮廓的走刀路径
©
图8-3精加工铳削凹面轮廓的走刀路径
©
图8-4精铳轮廓的走刀路径
根据以上走刀路径，采用CA瞅件自动生成这几个轨迹的部分程序如下:
N0010G40G17G94G90G70
N0020G91G28Z0.0
N0030T01M06
N0040G0G90X-3.0849Y1.1849B0.0S1000M03
N0050G43乙3937H01
N0060Z.1181
N0070G3X-3.0849Y1.1849Z-.0277I.0044J-.0865K.0232F3.9
N0080X-3.1671Y1.0984Z-.063I.0044J-.0865K.0232
N0090I.0866J0.0F9.8
N4290Y-.8043F9.8
N4300X-.5709
N4310Y-1.369
N4320X-.0197Y-1.3691
N4330Y-1.0867
N4340G3X-.1235Y-.8361I-.3543J0.0
N4350G1Z-.3858
N4360G0乙3937
N4370M02
N0010G40G17G94G90G70
N0020G91G28Z0.0
N0030T02M06
N0040G0G90X-3.1376Y1.1737B0.0S1500M03
N0050G43Z.3937H02
N0060Z.1181
N0070G3X-3.1376Y1.1737Z-.041I.0571J-.0753K.0253F7.9
N0080X-3.175Y1.0984Z-.0643I.0571J-.0753K.0253
N0090X-3.1277Y1.0166I.0945J0.0F9.8
N8640G1X2.5932Y.6821F9.8
N8650G3X2.643Y.7431I.0249J.0305
N8660G1X2.1706Y1.1289
N8670G3X2.1208Y1.0679I-.0249J-.0305
N8680G1X2.357Y.875
N8690G3X2.4868Y.836I.1121J.1372
N8700G1Z-.0748
N8710G0Z.3937
N8720M02
N0010G40G17G94G90G70
N0020G91G28Z0.0
N0030T03M06
N0040G0G90X-2.9755Y1.048B0.0S2000M03
N0050G43Z.3937H03
N0060Z.1181
N0070G3X-2.9755Y1.048Z.0068I-.0428J.0504K.0177F7.9
N0080X-3.0844Y1.0984Z-.0643I-.0428J.0504K.0177
N0090I.0039J0.0F9.8
N7310G1X2.2029Y1.1686F9.8
N7320G3X2.0884Y1.0283I-.0572J-.0702
N7330G1X2.5608Y.6425
N7340G3X2.6754Y.7827I.0573J.0701
N7350G1X2.4392Y.9756
N7360G3X2.2397Y.9555I-.0897J-.1097
N7370G1Z-.1142
N7380G0Z.3937
N7390M02
总结本次课题“薄板零件加工工艺分析与仿真”贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。
毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习。
随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。
在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。
经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。
通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度和热情。
[1].
[2].
[3].
[4].
[5].
[6].
参考文献
王启平.机械制造工艺学.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社.1990第二版李洪.机械加工工艺手册.北京:
北京出版社.1990第二版刘守勇.机械制造工艺与机床夹具.北京:
机械工业出版社.2005.第二版黄卫.数控技术与数控编程.北京:
机械工业出版社.2004.第一版李华志.数控加工工艺与装备.北京:
清华大学出版社.2005第一版胡育辉.数控加工中心.北京:
化学工业出版社.2005.第一版
谢辞
毕业论文终于完成了，在此之际，我思绪万千，心情久久不能平静。
回顾三年学习期间的日日夜夜，自己为课题的研究，兢兢业业。
欣慰之余，心里感动一丝沉重：
我即将离开我的老师和同学们。
她为我做毕业论文提供了条件。
在做论文的过程中，我遇到了许多的苦难，但是在王老师的帮助下，我的课题的设计任务得以顺利完成。
她严谨的治学态度和踏实的工作作风给我留下了深刻的印象，是我学习的榜样。
在此，向老师致以最诚挚的谢意。
同时还要感谢教育和指导过我的所有老师，你们给予我的不仅仅是知识，还有你们对知识孜孜不倦的追求精神和对生活的积极向上态度，使我终身受益。
我将在以后的工作中继续努力，不断学习，努力提高自己。
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。
我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学、同事和朋友，一并表示感谢！
在次，再次向他们表示我最诚挚的谢意，我将以最大的热情投入到工作中，以报答所以帮助我过的老师和同学。
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