端盖加工中心加工完整版论文邢永贺.docx
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端盖加工中心加工完整版论文邢永贺
综合实训报告
端盖零件的数控加工及工艺分析
学校名称（电大）天津工程高级技工学校
班级08秋数控技术（机电方向）
姓名邢永贺
学号0912********
目录
一、摘要………………………………………………………………………………3
二、概述………………………………………………………………………………4
2.1数控机床的特点………………………………………………………………4
2.2数控机床的发展趋势…………………………………………………………4
三、加工前的准备……………………………………………………………………5
3.1加工步骤………………………………………………………………………5
3.2工序划分的主要原则…………………………………………………………5
3.3数控机床的选择………………………………………………………………5
3.4装夹方式和夹具的选择………………………………………………………6
3.5刀具的选择……………………………………………………………………6
3.6切削用量………………………………………………………………………7
3.7确定定位基准………………………………………………………………8
四、数控加工………………………………………………………………………9
4.1加工工艺决策………………………………………………………………9
4.2零件图形……………………………………………………………………9
4.3加工刀具……………………………………………………………………10
4.4加工工序……………………………………………………………………11
4.5加工程序………………………………………………………………………16
五、致谢……………………………………………………………………………23
六、参考文献………………………………………………………………………24
一、摘要
数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制出以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。
本文主要采用FANUC系统对零件进行数控编程加工。
首先是对工件进行加工工序的确定，并且进行工艺分析，装夹方式的选择，切削用量的确定。
再对刀具进行了选择。
然后就工艺路线进行编程加工。
数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,因此掌握数控铣床的加工编程技术尤为重要。
关键词：
数控技术、数控编程加工、精度
二、概述
2.1数控机床的特点
数控机床是指应用了数控技术对其加工过程进行自动控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床，因此也称做NC 机床。
由于现代数控系统是通过计算机进行控制的，因此，将数控机床又称为CNC机床。
数控机床作为一种新型的自动化机床、在具有高自动程度的同时还具有广泛的通用性。
这是因为数控机床都具有以下一些共同的优点：
（1）适应范围广
数控机床通过执行已编制好的加工程序来控制机床执行机构，对零件进行自动加工。
当加工对象的尺寸或局部形状变化时，只需对零件加工程序进行修改；当改变加工对象时，只需重新编制一个数控加工程序。
因此数控机床可适应多种不同零件的加工。
（2）生产准备周期短
在数控机床上加工新的零件，大部分准备工作是针对零件的工艺分析和编制数控加工程序，而不是去准备钻模、镗模及其他的专用工具、夹具等工艺装备，这样大大缩短了生产准备时间。
（3）工序高度集中
在数控机床上加工，特别是在带有自动换刀系统的数控机床上加工，往往是工件一次装夹后，完成尽可能多的加工内容。
这样就可以减少机床、夹具的数量和因重复装夹定位造成的误差，同时还能够缩短工序转换、等待和装夹等辅助加工时间。
（4）生产效率和加工精度高
数控机床在加工时可以采用较大的切削用量。
特别是一些重切数控机床，其切削用量可以是普通金属切削机床常用量的十几倍。
同时，数控机床还具有相当高的加工精度和质量稳定性。
这主要是有机电结合的设计特点所决定的，首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机构和各种消除间隙结构等，是机械传动的误差尽可能小；其次是采用了软件精度补偿技术，对机械传动误差进行补偿；第三是用程序控制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。
这些措施不仅保证了较高的加工精度，同时还保证了较高的质量稳定性。
（5）能完成复杂型面的加工
数控系统不仅可以控制机床多个轴的运动，而且能驱动多个轴联动，使刀具在三维空间中能实现任意的轨迹运动，使得许多在普通机床上无法完成的复杂型面的加工成为可能。
（6）有利于生产管理的现代化
在数控机床上加工零件，能准确地计算加工工时和费用，其工序高度集中，节省了工装夹具、简化了中间检验工序、减少了半成品的管理环节，有利于实施现代化的生产管理模式。
同时，数控机床使用了数字信息控制，为计算机辅助设计、制造及实现生产过程的计算机管理与控制奠定了良好的基础。
2.2数控机床的发展趋势
随着社会的多样化需求及相关技术的不断进步，数控机床也向着更广的领域和更深的层次发展。
当前，数控机床的发展主要呈现出如下趋势：
2．2.1高速化
随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。
（1）主轴转速：
机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；
（2）进给率：
在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；
（3）运算速度：
微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫；
（4）换刀速度：
目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。
德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。
2．2.2高精度化
数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。
2．2.3功能复合化
复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。
采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。
2．2.4高可靠性
数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。
为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。
2．2.5多媒体技术的应用
多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，因此也对用户界面提出了图形化的要求。
合理的人性化的用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
三、加工前的准备
3．1加工步骤
在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。
3.2工序划分的主要原则
1、保证加工质量；
2、合理使用设备；
3、先粗后精。
4、先主后次。
5、先基准后其他。
6、尽量减少换刀次数
3.3数控机床的选择
通过零件图样分析可知该端盖的材料为铸铁，毛坯为铸件。
该工件结构简单，但端面圆跳动要求较高，该零件中间的内腔孔径粗糙度要求较高，零件的周边和外部基本上不需要加工，加工主要是孔的尺寸精度和表面粗糙度。
Φ60外圆和Φ75外圆，周边为115X115的面要求端面圆跳动较高。
通过零件的工艺分析可知，确定该零件在立式加工中心上加工。
根据零件外形尺寸及图纸的要求，选定XH714型立式加工中心来进行加工。
3.4装夹方式和夹具的选择
3.4.1．夹具的选择
数控加工对夹具主要有两大要求：
一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。
选用夹具时，通常考虑以下几点：
1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。
2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。
4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。
3.4.2．夹具的类型
数控车床上的夹具主要有两类：
一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。
数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。
如：
平口钳。
3.4.3．工件装夹方法的选择
数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：
1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
通过分析，该端盖零件形状较简单，尺寸较小，但加工面与加工面之间的圆跳动要求较高。
故选用通用台钳，三爪卡盘，数控分度工作台，工装，尾座，螺栓等。
3.5刀具的选择
3.5.1选择数控刀具的原则
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。
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，不仅需要冈牲好、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。
根据所要加工的内容，所需刀具有面铣刀、镗刀、反镗刀、中心钻、立铣刀等，其规格根据加工尺寸选择。
一般来说，粗铣铣刀直径应选小一些，以减少切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹。
考虑到多次走刀间的重叠量及减少刀具种类，经综合分析确定粗、精铣C面时所选用，粗、精铣铣刀直径都选为Φ100mm。
其他刀具根据孔径尺寸确定。
刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。
XH714型加工中心主轴锥孔为ISO40，适用刀柄为BT40（日本标准JISB6339），故刀柄柄部应选择BT40型式。
具体所选刀具参考刀具工序卡。
3.6切削用量
3.6.1确定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
确定进给速度的原则：
当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。
一般在100一200mm/min范围内选取；在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取；当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取；刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
3.6.2 确定主轴转速
S=1000V/πd
试中S--主轴转速,r/min;
V--切削速度,m/min
d--工件待加工表面直径;mm
计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。
铣削时的切削速度
工件材料
硬度/HBS
高速钢铣刀v/（m/min）
硬度合金铣刀v/（m/min）
18钢
<225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36~75
主轴 转 速 应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。
其计算公式为:
n= 1 0 00 v/7 1D
式 中:
v— 切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定; n一一主轴转速，单位为r/min, D— 工件直径或刀具直径，单位为mm。
计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。
3．6.3 确定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
确定进给速度的原则:
当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。
一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
铣刀进给吃刀量afmm/z
工件材料
每齿进给量af
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
18号钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
3.6.4确定背吃刀量
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5m m,总之 ，切 削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。
所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
3.7确定定位基准
工件在加工时，用来确定工件在夹具中正确位置的表面（点、线、面）称为定位基准。
定位基准的选择是夹具设计中的重要工作之一。
工件的定位基准确定后，其他部分的位置也随之确定。
由于该零件分三次安装方能把工件加工完整，定位基准由每次安装过程的具体情况来定。
第一装夹如下图所示：
第二次装夹如下图所示：
第三次装夹如下图所示：
四、数控加工
4.1加工工艺决策
在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。
加工阶段划分
该零件的加工主要分三个阶段，具体情况如下：
第一阶段：
先铣出C面和周边R35的圆弧面，再用中心钻钻出4个Φ8孔和一个Φ23孔，然后再钻孔、扩孔、镗孔；
第二阶段：
以C面为基准平面，铣出Φ75的外圆，再用镗刀镗出3X0.5的凹槽；
第三阶段：
用数控分度工作台、工装和尾座将零件放置所需要的位置，然后再用中心钻钻出Φ3.9孔，精铰至要求的尺寸，在Φ4孔的基础上锪孔Φ10孔至尺寸即可。
4.2零件图形
4.3加工刀具
见下表数控加工刀具卡片表4—1
产品名称或代号
零件名称
端盖
零件图号
程序编号
工步号
刀具号
刀具名称
刀柄型号
刀具
补偿值
备注
直径／mm
长度／mm
1
T01
面铣刀Φ10mm
BT40－XM32－75
Φ100
2
T02
平底铣刀Φ30mm
BT40－XM32－75
Φ30
3
T03
中心钻Φ8mm
BT40－Z10－45
Φ8
4
T04
中心钻Φ23mm
BT40－Z10－45
Φ23
5
T05
麻花钻Φ9mm
BT40－M1－45
Φ9
6
T06
阶梯铣刀Φ14mm
BT40－MW2－55
Φ14
7
T07
镗刀Φ24.8mm
BT40-TQC50-180
Φ24.8
8
T08
镗刀Φ25mm
BT40-TQC50-180
Φ25
9
T09
镗刀Φ29.8mm
BT40-TQC50-180
Φ29.8
10
T10
镗刀Φ30mm
BT40-TQC50-180
Φ30
11
T11
平底铣刀平底铣刀Φ60mm
Φ60
12
T12
镗刀Φ75mm
BT40-TW50-140
Φ30
13
T13
中心钻Φ3.9mm
BT40－Z10－45
Φ3.9
14
T14
麻花钻Φ4mm
BT40－M1－45
Φ4
15
T15
阶梯铣刀Φ10mm
BT40－MW2－55
Φ10
编制
审核
批准
共1页
第1页
4.4加工工序：
工步号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速/（r/mm）
进给速度/（mm/min）
背吃刀量/mm
备注
数控加工工序卡片表4—2
1
粗铣C平面留余量0.5mm
T01
Φ100
300
70
3.5
2
精铣C平面至尺寸
T01
Φ100
350
50
0.5
3
粗铣周边R35圆弧
T02
Φ30
300
70
3.5
4
精铣周边R35至尺寸
T02
Φ30
400
50
0.5
5
钻4XΦ9至Φ8mm
T03
Φ8
500
50
6
钻Φ25的中心孔至Φ23mm
T04
Φ23
400
60
7
粗镗Φ25孔至Φ24.8mm
T07
Φ24.8
200
50
8
精镗Φ25孔至尺寸
T08
Φ25
250
40
9
扩4XΦ9至Φ9mm
T05
Φ9
300
60
10
锪4XΦ14mm至尺寸
T06
Φ14
150
30
11
粗镗Φ30孔至Φ29.8
T09
Φ29.8
800
70
12
精镗Φ30孔至尺寸
T10
Φ30
500
40
13
粗铣Φ75圆柱面留余量0.5mm
T11
Φ60
500
40
3.5
14
精铣Φ75圆柱面至尺寸
T11
Φ60
800
70
0.5
15
粗镗3X0.5的凹槽
T12
Φ74
400
60
16
精镗3X0.5的凹槽
T12
Φ74
500
40
17
钻Φ4至Φ3.9
T13
Φ3.79
1000
80
18
扩Φ4至尺寸
T14
Φ4
600
70
19
锪Φ10孔至尺寸
T15
Φ10
200
40
编制
审核
批准
共1页
第1页
图5镗3X0.5的凹槽进给路线
最终所要加工的零件图形如下所示：
4.5加工程序
第一次装夹用三爪卡盘和通用台钳定位，加工C面至尺寸和粗糙度的要求，C面的粗精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为Φ100mm，所以安排沿X方向两次进给（见上图1），再粗精铣出周边R35的圆弧面至尺寸要求，以C面为基准面建立坐标系XOY和Z轴（见上图2），当C面加工完了以后，用钻头为Φ8的钻头钻4个Φ9的孔，接着用钻头Φ23钻出一个Φ25的孔（见上图3），接着用钻头Φ9扩4个Φ9的孔至尺寸要求，在Φ9孔的基础上锪4个Φ14的孔至尺寸（见上图4），接着对内孔型腔加工，先用镗刀镗出Φ25的孔，接着用反镗刀镗出内孔型腔其余的部分至图纸的要求，相应的倒角用小直径的铣刀倒出图纸要求的倒角。
第一次装夹所用的加工程序如下：
O0001;
G00G49G80G40;
G91G28Z0;
T01M06;
G90G54G00X-120.Y0S300M03;
G43Z50.H01;
Z5.0;
M08;
G01Z-3.5F70;
X-112.5Y30.;
X57.5;
Y-30.;
X-112.5;
X-120.;
G00Z50.;
M09;
M05;
G00G49G80G40;
G91G28Z0;
T02M06;
G90G54G00X10.Y85.S300M03;
G43Z50.H02;
Z5.0;
M08;
G01Z-33.F70;
M98P5
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