机械数控零件加工工艺与编程毕业设计.docx

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机械数控零件加工工艺与编程毕业设计

毕业设计

 

数控零件加工工艺与编程

CNCPartsMachiningTechnologyandProgramming

班级:

学生姓名:

   学号:

指导教师:

职称:

导师单位:

论文提交日期:

 

摘要

数控加工因为其高柔性、高精度、高度自动化与高效率的特点,在机械制造业中的应用越来越广泛,在当今社会的位置越来越重要。

本次设计我使用手动编程。

本次毕业设计是关于某个零件的加工工艺与程序进行分析与编制,在本次设计中,通过对零件的图形分析,材料分析,选好了加工毛坯尺寸,另外还对加工的工序.工艺进行分析,从而手工将加工零件的全部工艺过程、工艺参数、位移数据等以规定的代码、程序格式写出,编制出了适合所选铣床的程序。

完成这次设计我做了以下工作:

1.零件图进行分析。

本零件是对称图形,尺寸要求不高,但是有圆角、曲面和二次曲线较复杂的结构,对加工的程序要求高。

根据零件图,合理的构思出加工顺序,并数字化建模,用UG软件画出零件的立体图,并选择毛坯材料和尺寸。

2.零件工艺性分析。

加工的零件是对称的图形,一零件的几何中心为进刀点,也作为程序的原点。

非加工的边缘四周区域是正方形,所以方便装夹,对夹具的要求不高。

台虎钳足以满足零件装夹的要求。

加工零件选择合理道具,粗铣毛坯量大,用面铣刀进行加工,其余的用φ6的立铣刀加工。

球面用φ6球面铣刀加工。

根据刀具和零件的要求算出切削用量,制定工艺卡片。

3.数控铣床零件加工程序的编制。

手动编写出零件的加工程序,零件的程序中应用到了倒圆角的宏程序,球面的宏程序,二次曲线的宏程序。

使用了G68旋转固定循环。

零件加工的是内部结构,所以由上之下,由中间到四周进行加工。

根据工艺卡片的要求分先后分别进行粗精加工。

关键词:

零件的分析装夹工艺编程宏程序

 

Abstract

Becausethenumericalcontrolprocessingitshighflexibility,thehighaccuracy,highlyautomatedandthehighefficiency'scharacteristic,isgettingmoreandmorewidespreadinmachine-buildingindustry'sapplication,isnowgettingmoreandmoreimportantinsociety'sposition.

Thisgraduationprojectiscarriesontheanalysisandtheestablishmentaboutsomecomponentsprocessingcraftandtheprocedure,inthisdesign,throughtothecomponentsgraphanalysis,thematerialanalysis,chosetheprocessingblankdimension,inadditiontoprocessingworkingprocedure.Thecraftcarriesontheanalysis,thusthehandworkwillprocessthecodewhich,theprogramformatthecomponentsthecompletetechnologicalprocess,thetechnologicalparameter,thedisplacementdataandsoonstipulatedtowrite,establishedhassuitedchoosesmillingmachine'sprocedure.Completesthisdesigntoobtainfromthefollowingseveralsteps:

1.thepairgivesthedetaildrawingcarriesontheanalysis.Thiscomponentsarethesymmetricfigure,thesizerequestarenothigh,buthasthefillet,thesurfaceandtheconicsectioncomplexstructure,requestshightotheprocessingprocedure.Accordingtothedetaildrawing,thereasonableideaprocessingsequence,andthedigitizedmodelling,drawsthecomponentswiththeUGsoftwaretheblockdiagram,andchoosesthesemifinishedmaterialsmaterialandthesize.

2.thecomponentscarryonthetechnologicalanalysis.Theprocessingcomponentsarethesymmetricalgraph,acomponents'geometriccenteristhefeedspot,alsoasprocedurezeropoint.Thenon-processing'sedgeallaroundregionisasquare,thereforetheconvenientattireclamps,isnothightojig'srequest.Thebenchvisesatisfiestherequestwhichsufficientlythecomponentsattireclamps.Theprocessingcomponentschoicereasonablestageprop,theroughmillingsemifinishedmaterialsquantityisbig,carriesontheprocessingwiththefacemillingcutter,otherusesφ6endmillprocessing.Thesphericalsurfaceprocesseswithφ6thesphericalcutter.Figuresoutthecuttingspecificationsaccordingtothecuttingtoolandthecomponentsrequest,theformulationprocesschart.

3.thenumericalcontrolmillingmachinecomponentsaddtheprojecttheforewordestablishment.Manualcompiledthecomponentstheprocessingprogram,inthecomponentsprocedureappliestheroundanglegreatprocedure,thesphericalsurfacegreatprocedure,theconicsectiongreatprocedure.UsedG68torevolvethefixedcycle.Whatcomponentsprocessingistheinternalstructure,thereforefrom,toallaroundcarriesontheprocessingfromamong.Carriesonthethickprecisionworkseparatelysuccessivelyaccordingtoprocesschart'srequestminute.

keyword:

ComponentsanalysisClampingProcessProgrammingMacroprograms

 

第一章绪论

数控是现代机械加工的主流,并随着科学技术的发展,在不断进步。

但是机械产品的结构越来越合理,其性能、精度和效率日趋提高,更新换代频繁,生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转换。

[1]因此,数控技术应用加工效率有待提高。

据统计数控加工与编制加工程序的时间之比为1:

30,所以提高生产效率,程序的编制是关键。

短时间内制定零件的加工程序,可以有效的缩短数控加工时间。

本次零件的手动编程,缩短编程时间,提高生产效率。

数控零件加工工艺与编程设计中,采用了手动编程。

手动编程与自动编程应用较多。

自动编程是用CAD/CAM根据三维零件生成程序,虽然方便,可以生成复杂零件的程序,但是当需要改动时,改动较大,影响加工效率。

手动能绘制简单零件的程序,但是适应零件的范围广,改动很快捷,这次零件结构简单,适合手动编程。

在零件加工前对其进行工艺分析,编制程序的基本知识和基本理论进行了解;选用机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法;掌握数控工艺加工方法和数控加工程序编程方法。

1.1零件图分析与数字化建模

分析零件图选择毛坯的尺寸,对零件加工尺寸、表面粗糙度等技术要求综合分析,得出零件的加工过程,最后选择合适的机床。

根据零件图,用UG生成零件图的同时定下零件的内部腔体的加工顺序。

目前主要的CAD/CAM软件有UG、PRO/E、CAXA、MasterCAM等。

但是UG作为模具行业适用最广的数字化制图软件,和数控联系紧密。

它不仅三维建模功能强大,而且整个软件功能齐全,仿真刀路加工很形象,再加上对UG数字化建模的熟悉,所以选择了UG这个软件生成零件的立体图。

适用UG时,我用到了长方体的命令来生成毛坯,用草图功能画出两正交椭圆,并修剪好两椭圆相交的二次曲线轮廓,再使用拉伸求差的命令得到内部结构。

再使用边倒圆功能来满足零件的要求。

最后在适用草图功能,画出球面的截面二维图形,最后回转求差得到球面图形。

两椭圆正交形成的内腔,然后倒圆角,再对内腔底部的轮廓进行边倒圆,最后铣出球面。

1.2零件的工艺分析

零件形状是对称的,所以用零件的几何中心为加工中心。

毛坯选择的是长方体,四周便与装夹,用台虎钳能满足零件的加工,而且现有数控铣床用的夹具就是台虎钳,节约选择夹具的时间。

装夹好零件,根据铣床的加工特点,合理的制定出加工路线。

零件是内腔结构,所以从中心入刀,每层进给3mm的深度,分层铣削,先粗加工,加工完测量尺寸,改刀补进行精加工。

根据需要加工的内部轮廓给出的条件,查相关的表,计算出加工零件时所需要的切削速度,主轴转速和背吃刀量,选择所需的刀具(精加工和粗加工选择不同的刀具加工),并制定出道具卡片和工艺卡片。

1.3手动编写程序

了解数控程序的意义和编制的格式、要求、特点等,在结合零件的内部结构,编制出合理的程序。

以零件上表面的几何中心为零件的程序原点,用宏程序编写出曲线的轮廓,球面轮廓,倒圆角轮廓。

虽然现在程序有自动编程,半自动编程,但是我选择手动编程是因为,在简单的程序,自动与半自动都是由很多的坐标构成的,这对于机床本身就有不小的运算负荷,机床存储空间不能满足不说,加工的效率也很难保证,对于球面加工CAD/CAM软件是不能智能分辨曲面的概念。

[2]手动编制宏程序,不仅语言简练而且严谨。

[3]它把机床功能参数与编程语言结合,而且灵活的参数设置也使机床具有最佳的工作性能,同时也给予操作人员极大的调整空间。

另外宏程序使编程人员从繁琐的、大量重复性的编程工作中解脱出来。

+

所以用宏程序编制了曲线、圆角、球面的加工程序,结合数控铣床的加工特点,完成这次设计。

随着科学的进步,数控技术也在随着提高,我觉得以后的数控加工会有很大的发展前景。

这次的毕业设计很重要,贴合实际,跟住了时代的步伐。

第二章零件图的分析与数字化建模

2.1零件图见图1

图1数控加工二维零件图

2.2零件图的分析

根据零件图1可知该零件整体是由(100mm*100mm)的正方形拉伸30mm成的长方体,所以准备一个105*105*35的长方体为加工毛坯,加工表面后得到100*100*30的尺寸。

在长方体上表面由两个椭圆正交形成的阶梯形内腔,第一阶梯2mm深,第二阶梯向里偏置2mm深度为8mm。

并且在两椭圆正交形成的四个拐角进行倒圆角,第一阶梯椭圆圆角半径R=8mm,第二阶梯椭圆半径R=10mm。

,在内腔的底部整个轮廓进行边倒圆,边倒圆半径R=4mm。

在零件底部中央需要加工一个深度为4mm,宽度为35mm的球面。

圆球的半径R=40.28mm。

2.2.1零件的加工表面分析

本零件表面未给出加工要求,所以只要按照一般的表面处理方法即:

先铣毛坯的四周便与装夹,因为零件是对称的,所以再以把不加工的一面加工平,把其作为放置平面,用台虎钳装夹在铣床工作台上。

留粗加工余量。

2.2.2零件的技术要求分析

由零件图1可知,该零件的加工轮廓由曲线、圆弧及直线构成,其形状复杂,所以加工需要采用数控机床铣削加工。

零件的尺寸公差为IT14,表面粗糙度为给出要求,按一般数控加工方法,可以保证达到要求。

腹板厚度30mm,且面积大,加工时不易发生振动,对加工的不利影响较小。

该零件为对称图形,且只在一面上加工铣削,所以只需要一次装夹就能加工出来。

零件的加工深度最深为14mm所以选择刀具长度在20mm以上的刀具。

改腔体内部有边倒圆(R=4mm),所以要选择球头铣刀。

该腔体有阶梯布置,第一第二阶梯拐角出倒圆角半径分别为R=8mmR=10mm,但是这些圆角在XZ平面内,只需要一把Φ6mm的立铣刀就够了。

零件的尺寸标注较统一,且无封闭尺寸;构成该零件轮廓形状的各几何元素条件充分无互相矛盾之处,有利于编程和数控加工。

2.3零件的材料分析

已给出材料45钢,HBS250,适合数控加工。

2.4零件的加工过程

整体加工步骤是由上而下的加工,以零件的中心为原点,每次下3mm的深度,把大部分的余量铣去。

然后用椭圆一层层的往下铣削除,每次铣3mm的深度,最后一次铣4mm,然后旋转90度,重复以上步骤。

注意的是在底部加工椭圆是留一个高4mm宽4mm的台阶,为下面边倒圆留加工余量。

用宏程序编出两椭圆相交拐角处倒圆角的四分之一轮廓,然后旋转加工成整体轮廓。

一同样的方法一层层套用该宏程序,加工出圆角。

接下来是边倒圆,宏程序边倒圆。

最后是在底部加工圆球。

2.5零件毛坯的设计

根据本设计的要求,给出的毛坯的尺寸是除上表面以外的其它表面均已经加工,固定毛坯的尺寸为100*100*30mm,材料用45钢。

2.6数字化建模

UG软件建模如:

图2

图2零件的立体图

打开UG,新建prt文件,Ctrl+m进入建模环境,选择立方体命令,创建100*100*30的长方体。

以上表面几何中心原点为椭圆的中心点,创建椭圆,长轴为80,短轴为30的椭圆。

以原点为旋转中心,把上一步创建的椭圆旋转90度。

用修建命令留下椭圆的外部轮廓①,并向外偏置2mm的距离向内偏置4mm的距离,为轮廓②和③。

将生成的椭圆轮廓②向Z轴负方向拉伸2mm的距离,并与长方体求差。

生成的椭圆轮廓①同方向拉伸6mm的距离,与长方体求差。

生成的椭圆轮廓③同方向拉伸10mm与长方体求差。

形成的内部腔体的四个边角,进行倒圆角。

第一阶梯的倒圆角R=8mm,第二阶梯的倒圆角R=10mm。

再对内腔底部进行R=4mm的边倒圆。

最后用草图在XZ平面内画出半个球面的截面轮廓,用回转中心的命令与底部求差,在底部的平面上生成一个深度为4mm,宽度为35mm的球面,球的半径R=40.28mm,完毕后保存。

 

第三章零件工艺规程的设计

3.1定位基准的的选择

3.1.1粗、精基准的选择

为精加工做准备前,需要加工一个平面,保证它的平面度。

所以粗基准为毛坯的待加工表面,及毛坯的上表面。

以它为基准,加工出一个平面,来保证零件加工的精度。

把上一步加工的平面作为精基准,这样使加工表面在一个平面的位置上。

用精基准为最终基准。

即设计基准、工艺基准和编程基准统一,这样可以减少基准不重合时产生的误差和数控编程中的计算量,并可以较少装夹次数,更保证了零件的尺寸要求。

零件的毛坯是规则(100*100*30)长方体,零件也是规则的图形,所以基准无特殊要求。

3.2装夹方案的确定

在机床加工工件时,为保证工件加工精度,必须正确装夹工件,使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置。

由于设计要求中明确提出加工工件具有对称度和平行度的特征,因此本设计中,在确定装夹方案时,重点考虑到保证工件上被加工表面的尺寸精度、平行度、对称度等。

[4]

在本设计中,采用虎台钳机构对工件进行装夹。

台虎钳夹具是常规夹具,价格便宜,而且本零件对装夹的要求不高,只要能加紧零件,保证加工平面水平即可。

所以装夹零件时候,底部加上垫块,保证毛坯水平的底面放置水平,这样粗铣加工平面,保证加工平面的平行度,台虎钳能满足要求。

虎台钳的两爪夹住100*30mm的两个面,基面用粗糙度较高的垫块顶住,防止在加工过程中,被加工工件产生振动或相对偏移。

装夹示意如图3所示。

图3零件的装夹

3.3确定加工顺序及走刀路线

加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定。

该零件是对称图形,先找到零件的中心,就能够实现零件的加工。

该零件的铣削加工中的路线包括平面内轨迹的加工进给和深的进给。

用两轴联动的数控铣床上进行加工。

对于平面内的两椭圆正交形成的内轮廓,先从中间原点开始加工,去除大部分的余量。

余量的去除时,先走中间的圆,然后十字相交去除其余的余量。

余量去完后开始进行椭圆的加工。

先从原点进刀,走到椭圆圆弧的起点,走单一椭圆,然后旋转加工出另一个椭圆。

每一层的加工都是如此。

注意的是底部留个边倒圆的余量。

加工完后进行倒圆角。

对于零件加工的深度进给有两种方法:

一种是在XZ或YZ平面内往复铣削进给到要求的深度位置,另一种是先打出一个工艺孔,然后从工艺孔的上方进给到要求的深度位置。

该零件的加工是选的第一种。

每次进给3-4mm的深度。

最后换球头铣刀加工球面。

3.4机床的选择及说明

根据以上计算要求,本设计用TK7640(不带刀库)数控铣床进行加工,这是采用FANUC-Oi系统,其自身重量为3000kg,工作台行程X、Y、Z的范围是600*400*600mm,主轴为无极变速,其变速范围是20-3000

,G00快速点定位速度最大是5000

G01直线插补速度最大是2500

,刀柄采用BT-40的型号,电源有24V低压提供控制电路以及380V高压提供主轴工作,工作台允许的最大重量为300

,气压源要求是0.6m

3.5选择零件铣削加工时的刀具

3.5.1加工本零件刀具的基本要求

(1)铣刀的刚性要好

要求铣刀刚行好的目的,因为在粗铣105*105*35的毛坯时为了提高生产效率而采用的大切削用量的需要。

再者为了适应数控铣床加工过程中切削用量难以调整的特点。

在粗铣量大时铣削防止刚性差而断刀,要选择刚性好的。

(2)铣刀的耐用度要高

在本次零件加工是φ6的立铣刀多次使用,如果刀具耐用度不高,磨损的快,不仅影响零件表面的质量和加工精度,而且会曾加换倒与对刀次数,从而导致零件加工表面留下因对刀误差形成的接刀台阶,降低零件的表面质量。

(3)其他的注意点

除以上两点之外,铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能等也非常重要。

因为加工的是内部腔体,排削更加重要,不然切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削在倒圆角,铣球面时影响表面质量。

[5]

总之被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量,选择刚性好、耐用度高的铣刀,是充分发挥数控铣床的生产效率并或得满意加工质量的前提条件。

3.5.2本次加工使用铣刀种类

加工中心刀具一般由刀具和刀柄两部分组成,由于要完成自动换刀功能,要求刀柄满足主轴的自动松开夹紧的功能,以及满足自动换刀机构的机械抓取、移动定位功能。

常用的铣刀有:

高硬度铣刀、T型槽铣刀、球头端铣刀、超长硬质合金球头铣刀、精加工镜面球头铣刀、半精加工球头铣刀、球头铣刀等。

为了零件加工的需要,现在主要以常用的面铣刀、立铣刀、模具铣刀(包括球头铣刀)加以简要介绍。

(1)面铣刀

粗铣毛坯105*105*35时,需要大面积切削量的铣刀,面铣刀适用于加工平面,尤其适合加工大面积平面。

主偏角为90°的面铣刀还能同时加工出与平面垂直的直角面。

(2)立铣刀

在这次加工中,为内部腔体的加工,铣到内部的圆角,曲面面,边倒圆等。

立铣刀主要用于加工沟槽、台阶面、平面和二维曲面很适合本次加工。

(3)模具铣刀

在这次加工中,要加工R40.28mm球面,所以用到了球头铣刀。

球头立铣刀它的结构特点是球头或断面上布满了切削刃,圆周刃和球头刃圆弧连接,可以作径向和轴向进给。

3.5.3加工零件刀具的选用

根据零件的结构特点,铣削内腔轮廓时,铣刀直径受到椭圆内腔限制见图4,取φ6的立铣刀。

粗加工时选用φ6的高速钢立铣刀,精加工时选用φ6的硬质合金立铣刀。

加工底面的球时,选择φ6的硬质合金球头立铣刀。

所选刀具及其加工表面见表1[6]零件加工刀具卡片。

图4刀具在椭圆最小轮廓位置时的加工

 

表1零件加工刀具卡片

产品名称或代号

零件名称

平面两椭圆正交内腔零件

零件图号

1

序号

刀具号

刀具

加工表面

备注

规格名称

数量

刀长/mm

1

T01

Φ80面铣刀

1

45

粗铣毛坯

2

T02

Φ6平头立铣刀

1

30

去除内腔大部分余量

3

T02

Φ6平头立铣刀

1

30

铣两椭圆

4

T02

Φ6平头立铣刀

1

30

铣内腔轮廓

铣圆角

5

T02

Φ6平头立铣刀

1

30

内腔底部边倒圆

6

T03

Φ6球头立铣刀

1

30

底部球面

附:

粗加工时选用φ6的高速钢立铣刀,精加工时选用φ6的硬质合金立铣刀

3.6切削用量的选择

切削用量包括主轴转速(切削速度)、切削深度或宽度、进给速度(进给量)等。

切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。

精加工内腔两椭圆轮廓时留0.1mm的铣削余量。

3.6.1进给量

)与进给速度

)的选择

铣削加工的进给量是指刀具转一周,工件与道具沿进给运动方向的相对位移量;进给速度是指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。

进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数,根据零件表面的表面粗糙度、加工要求精度、刀具及材料等因素,参考表2选取。

工件刚性差或刀具强度低时,应取小值。

铣刀为多齿刀具,其进给速度

、刀具转速

、道具齿数

及进给量

的关系为

[6]

表2铣刀每齿进给量fz

工件材料

每齿进给量

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

0.10-0.15

0.10-0.25

0.02-0.05

0.10-0.15

铸铁

0.12-0.20

0.15-0.3

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