数控铣削加工工艺设计论文与编程加工学位论文.docx
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数控铣削加工工艺设计论文与编程加工学位论文
辽宁工程技术大学
课程设计
题目：
数控铣削加工工艺设计与编程加工
班 级：
机械11-4
姓 名：
宋士彬
指导教师：
孙远敬
完成日期：
2015.1.29
摘要
数控技术的应用不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造成为了工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民生计的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
本文介绍了数控铣削中心的结构与原理，然后就典型凸台类零件加工方法以及加工工艺和程序进行了详细的说明。
关键词：
加工中心；典型零件；加工工艺；程序
ABSTRACT
Theapplicationofnumericalcontroltechnologynotonlybroughtrevolutionarychangetotraditionalmanufacturing，Makemanufacturinghasbecomethesymboloftheindustrialization,andwiththecontinuousdevelopmentofnumericalcontroltechnologyandapplicationfieldexpands,ittosomeoftheimportantnationallifeisplayingamoreandmoreimportantroleinthedevelopmentofindustry.ThispaperintroducesthestructureandprincipleofCNCmillingcenter,thenthetypicalconvexpartsmachiningmethodandmachiningprocessandprocedureindetail.
Keywords:
Machiningcenter;Typicalparts;Theprocessingtechnology;Theprogram
目录
一.设计说明2
二.图样分析2
1.图面分析2
2．精度分析3
（1）尺寸精度3
（2）形位精度3
（3）表面粗糙度3
三.工艺分析及处理3
1．数控铣削加工零件与加工4
（1）机床与毛坯4
（2）数控铣削加工分析4
2．数控铣削加工工件的安装方式4
3.数控铣削加工刀具5
（1）刀具的选用5
4.数控铣削加工工序7
1）数控铣削加工工序的划分7
2）工步顺序的安排原则7
3）工序顺序的安排原则7
四.加工用量的选择与确定9
五.编程参数的计算9
1切削参数的选择9
（1）主轴转速（n）9
（2）进给速度（f）9
（3）切削深度和切削宽度9
2基点的计算9
六.编程加工10
1建立工件坐标系10
2程序编制的原则11
3数控加工程序编制11
一.设计说明
根据如图1所示的零件图，通过图样分析、工艺分析、加工用量的选择、程序的编制完成工件的数控程序设计。
图1零件图
1.工件表面去毛倒棱
2.加工表面粗糙度侧平面及孔Ra1.6µm.底平面为Ra3.2µm
3.材料45钢
图2立体图
二.图样分析
在图样分析中，首先要正确分析零件图，确定零件的加工部位与顺序，并根据零件图的技术要求，分析零件的形状、基准面、尺寸公差和粗糙度要求等。
1.图面分析
如图1-1所示的零件是典型的方圆结合类零件，通过对此零件图的分析可知道：
此零件的外轮廓圆台、正方圆弧凸台、三角凸台，中心有一个通孔。
虽然该零件轨迹曲线不太复杂，但有着严格的几何精度要求，必须保证其尺寸精度和几何精度，所以加工难度较大。
2．精度分析
（1）尺寸精度如图1-1所示的零件中精度要求较高的尺寸主要有四方体尺寸加工误差为0.03mm、六边形和整圆尺寸的加工误差为0.04mm、深度尺寸为0.05mm、孔的尺寸为Ф10H8等。
对于尺寸精度要求，主要通过加工过程中的精确对刀，正确选用刀具的磨损量和正确选用合适的加工工艺等措施来保证。
（2）形位精度如图1-1所示的零件中主要的形位精度有四方体、六方体、整圆相对于外形中心线的对称度，加工表面相对于工件底平面的平行度等。
对于形位精度的要求，在对刀精确的情况下，主要通过工件在夹具中的正确安装等措施来保障。
（3）表面粗糙度如图1-1所示的零件中，所加工表面底面的表面粗糙度R3.2µm，所加工表面侧平面和孔的表面粗糙度要求均为R1.6µm。
对于表面粗糙度要求，主要通过选用正确的粗、精加工路线，选用合适的切削用量等措施来保证。
加工完成后需要进行清根操作，同时还要对整个零件进行手动去毛倒棱，自检自查。
三.工艺分析及处理
数控铣削加工工艺的实质，就是在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，对数控铣削的机床选择、毛坯选择、加工方法、装夹方式、切削加工进给路线、刀具选择以及切削用量等工艺内容进行正确而合理的选择。
1．数控铣削加工零件与加工
（1）机床与毛坯
如图1-1所示的零件选用的机床为FANUC-0i系统的数控铣床，毛坯材料选用45钢，尺寸为Φ80mm*35mm的圆钢。
（2）数控铣削加工分析
为了保证零件的各项精度需求，本工件采用对整个零件进行先粗加工，在精加工的加工方案。
粗加工主要用于去除工件余量，对于粗加工后的精加工余量，在保证加工余量的基础上，应尽量减少精加工余量。
粗加工时，应以保证加工效率为主，因此粗加工一般使用大直径刀具。
数控铣床加工零件时，粗加工和精加工一般采用顺铣即左刀补的加工方式。
2．数控铣削加工工件的安装方式
由于该工件为单件加工，所以在加工过程中选用通用夹具进行定位与装夹。
根据加工要求选用三爪卡盘为夹具，工件装夹后，首先找正工件侧母线与主轴方向平行，然后找正工件中心，并将该点设为工件坐标系的原点。
夹具的要求，在数控铣削加工过程中，夹具是用来装夹被加工工件的，因此必须保证被加工工件的定位精度，并尽可能做到装卸方便、快捷。
选择夹具时应优先考虑使用通用夹具，使用通用夹具无法装夹、或者不能保证被加工工件的定位与加工工序的定位精度时，才采用专用夹具，专用夹具的定位精度较高，成本也较高。
对于本设计凸台类零件铣削加工的夹具选择三角卡盘。
3.数控铣削加工刀具
在零件加工中，刀具的选择是一项非常重要的工艺内容。
刀具选择的好坏，将直接影响到工件的精度和质量。
在加工时，主要根据工件材料、工序内容、机床的加工能力等。
传统的机床加工对刀具的要求比较低，而数控机床对刀具的要求则特别高。
现代数控机床转速高，加工精度高，加工性状多种多样，而且加工的很多的零件的部位都是微细窄小表面，需要的刀具很小，因此，数控机床上的刀具就要有很高的要求。
数控机床刀具一般要有高的强度、高刚度、高耐热耐磨性和硬度。
在加工时要仔细选择刀具。
在数控铣床上，铣削零件侧面时一般用高速钢圆柱立铣刀，铣削上表面时多用硬质合金端面铣刀，加工沟槽时一般用硬质合金立铣刀，而对于一些底面圆或圆弧型的沟槽要用球头铣刀，钻孔时一般用的是高速钢钻头。
数控铣削表面时一般速度较高。
（1）刀具的选用
数控机床必须有与其相适应的切削刀具配合，才能充分发挥作用。
数控加工中所用的刀具，必须适应数控机床所特有的工作条件，才能与机床在最佳配合条件下工作，从而充分发挥数控机床应有的作用。
由于数控机床具有多把刀具连续生产的特点，如果刀具设计、选择使用不合理，就会造成断屑、排屑困难或刀刃过早磨损而影响加工精度，甚至发生刀刃破损而无法进行正常切削，产生大量废品或被迫停机，数控机床所用刀具不仅数量多，而且类型、材料、规格尺寸及采取的切削用量和切削时间也不相同，刀具耐用度的相差很悬殊。
因此，在选用数控机床的刀具时，必须考虑到与刀具相关的各种问题。
数控机床对刀具的要求：
1）适应高速切削要求，具有良好的切削性能
2）高的可靠性
3）较高的刀具耐用度
4）高精度
5）可靠的断屑及排屑措施
6）精确迅速的调整
7）刀具标准化、模块化、通用化及复合化
对于本设计凸台类零件铣削加工的刀具及其参数选择见表2。
在刀具的选用中，粗加工选用直径较大的刀具，本零件加工中选用Ф16mm的立铣刀进行加工，为减少换刀次数，粗、精加工中采用同一种刀具。
这个零件先用Ф16mm的立铣刀、Ф9mm的钻、Ф16mm的立铣刀进行粗铣，再用Ф16mm的立铣刀进行精铣，用Ф2.5mm的钻钻定位孔，用Ф10mm的铰刀对定位孔进行精加工。
数控刀具明细表如表2
表2数控刀具明细表及数控刀具卡
零件图号
零件名称
材料
数控刀具
明细表
程序编号
车间
使用设备
45#钢
数控铣床
刀具号
刀位号
刀具名称
刀具
换刀方式
加工部位
直径
长度
手动/自动
设定
补偿
设定
T1
1号刀位
Φ16mm立铣刀
20mm
10.2
20
手动
外形轮廓
T2
2号刀位
Φ2.5mm钻
14.5mm
15
手动
中心孔定位
T3
3号刀位
Φ9mm钻头
10mm
5
25
手动
钻孔
T4
4号刀位
Φ10H8铰刀
8.5mm
12
手动
铰孔
T5
5号刀位
Φ16mm立铣刀
9mm
12
手动
外轮廓
编制
审核
批准
第1页
共1页
表3工艺过程卡
零件名称
零件材料
毛坯种类
毛坯硬度
毛重/kg
净重/kg
45#钢
工序号
工序名称
设备名称及型号
夹具
进给量（mm/r）
主轴转速
切削速度
冷却液
1
粗铣外形轮廓
数控加工中心
三爪卡盘
0.25mm/r
600r/min
113m/min
乳化液
2
中心钻定位
数控加工中心
三爪卡盘
0.025mm/r
2000r/min
376m/min
乳化液
3
钻孔
数控加工中心
三爪卡盘
0.1mm/r
600r/min
18m/min
乳化液
4
铰孔
数控加工中心
三爪卡盘
0.1mm/r
1000r/min
31m/min
乳化液
5
精铣外形轮廓
数控加工中心
三爪卡盘
0.1mm/r
1000r/min
251m/min
乳化液
6
手动去毛倒棱，自检自查
4.数控铣削加工工序
1）数控铣削加工工序的划分
①以一次安装能够进行的加工为一道工序
②以一个完整的数控程序能够连续进行加工的内容为一道工序
③以零件的类同结构内容使用一把刀具进行加工为一道工序
④以粗加工、精加工划分工序
2）工步顺序的安排原则
①先粗后精
②先近后远
③内外交叉
④保证工件加工刚度原则
⑤同一把铣刀尽量连续加工原则。
3）工序顺序的安排原则
①先加工定位面，即前道工序的加工能够为后面的工序提供精加工基和合适的装夹表面。
制定零件的整个工艺路线实质上就是从最后一道工序开始从后往前推，按照前道工序为后道工序提供基准的原则来进行安排。
②先加工平面后加工孔，先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状。
③对于零件精度要求高，粗、精加工需要分开的零件，先进行粗加工，后进行精加工。
④以相同定位、夹紧方式安装的工序，应该连续进行，以便减少重复定位次数和夹紧次数。
⑤加工中间穿插有通用机床加工工序的零件加工，要综合考虑合理安排加工顺序。
对于本设计凸台类零件铣削加工的工序安排见表3。
通过一次工件的加工可以发现，只有不断的进行设计分析，不断的总结，才能更好的完善零件加工的流程，加工出更加标准的工件。
数控铣削加工分十一步切削进行加工，工序如下:
1）粗铣外型轮廓：
采用Ф16mm的立铣刀，粗铣加工内外型轮廓，单边留精加工余量0.3mm。
2）定位孔加工：
采用Ф2.5mm的中心钻，对Ф10H8的定位孔定位。
3）钻孔加工：
采用Ф9.8的标准麻花钻，对前一步加工成型的定位孔进行钻孔加工，加工深度为35mm。
4）铰孔加工：
采用Ф10H8的铰刀，对图中Ф10H8的孔进行铰孔加工
5）精铣外型轮廓：
采用Ф16mm的立铣刀，精铣加工外型轮廓成型达到要求
6）清根
数控加工工序卡和切削用量选择见表4。
表4数控加工工序卡
单位
数控加工工艺卡
产品名称或代号
零件名称
材料
45钢
车间
使用设备
数控加工室
数控加工中心
工艺序号
工艺名称
工步号
工步内容
夹具
量具及检具
刀具
主轴转速
（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量
备注
1
粗铣外形轮廓
三爪卡盘
游标卡尺
T01
600
150
5
单位
数控加工工艺卡
产品名称或代号
零件名称
材料
45钢
车间
使用设备
数控加工室
数控加工中心
工艺序号
工艺名称
工步号
工步内容
夹具
量具及检具
刀具
主轴转速
（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量
备注
1
中心钻定位
三爪卡盘
游标卡尺
T02
2000
50
0.5D
单位
数控加工工艺卡
产品名称或代号
零件名称
材料
45钢
车间
使用设备
数控加工室
数控加工中心
工艺序号
工艺名称
工步号
工步内容
夹具
量具及检具
刀具
主轴转速
（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量
备注
1
钻孔
三爪卡盘
游标卡尺
T03
600
60
0.5D
2
铰孔
三爪卡盘
游标卡尺
T04
1000
100
单位
数控加工工艺卡
产品名称或代号
零件名称
材料
45钢
车间
使用设备
数控加工室
数控加工中心
工艺序号
工艺名称
工步号
工步内容
夹具
量具及检具
刀具
主轴转速
（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量
备注
1
精铣外形轮廓
三爪卡盘
游标卡尺
T04
1000
100
0.2
四.加工用量的选择与确定
由于如图1-1所示零件的加工是凸台类零件的铣削加工，所以精加工时，凸台类类零件的加工余量为1mm。
具体加工过程中的用量选择与确定见表3
五.编程参数的计算
1切削参数的选择
（1）主轴转速（n）对于高速钢刀具，切削速度v取20m/min~30m/min，根据公式“n=1000v/3.14D”选取粗加工时主轴转速n=600r/min，精加工时主轴转速n=1000r/min。
（2）进给速度（f）粗加工时,为提高生产效率，在工件质量保证的前提下，可选择较高的进给速度，一般为100mm/min~200mm/min，本零件加工中粗加工进给速度取150mm/min。
精加工时，为保证精加工精度要求和表面粗糙度要求，印选较小的进给速度，一般在50mm/min~100mm/min的范围中选取，本零件精加工进给速度取50mm/min。
刀具空行程的进给速度一般取G00速度，或在600mm/min~1500mm/min的范围中选取。
（3）切削深度和切削宽度采用高速钢刀具粗加工时，切削深度一般选取刀具直径的0.5倍~0.8倍，本零件的粗加工中的切削深度取5mm。
精加工时，为了保证工件表面质量，一般在深度方向一次性切深。
高速钢刀具的切削宽度可取刀具直径的0.75倍~1倍，具体加工过程中的刀具选择与确定见表2。
2基点的计算
图3基点坐标标注
A（-15-25.98）B（-300）
C（-1525.98）D（1525.98）
E（300）F（15-25.98）
G（0-25.98）H（-22.512.99）
I（22.512.99）M（-5.0-43.3）
N（-25.0-25.98）
六.编程加工
1建立工件坐标系
铣床上编程坐标原点的位置是任意的，它是编程人员在编制程序时根据零件的特点来选定的，为了变成方便，一般要根据工件形状和标注尺寸的基准以及计算最方便的原则来确定的工件上某一点为坐标原点，具体选择注意如下几点：
（1） 编程坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，减少计算错误。
（2） 编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。
（3） 对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上；不对称的零件，编程坐标原点应设在外轮廓的某一角上。
（4） Z轴方向的零点一般设在工件表面。
本设计选择Φ10圆的圆心处为工件编程X、Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在工件上表面。
2程序编制的原则
工件坐标系原点的选择原则:
1）工件原点应该选择在工件的设计基准上，以便于编程。
2）工件原点尽量选择在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上。
3）工件原点最好选择在工件的对称中心上。
3数控加工程序编制
（1）粗细外轮廓主程序D01=8.5
O051
G90G94G21G40G54F100
G91G28Z0.
M03S600
G90G00X-50.Y-50.
Z30.M08
G01Z-5.F100
M98P101
G01Z-10.F100
M98P101
G01Z-15.F100
M98P101
G01Z-20.F100
M98P101
m00
G01Z-5.
M98P102
G01Z-10.
M98P102
G01Z-15.
M98P102
m00
G01Z-5.
M98P103
G01Z-10.
M98P103
m00
G01Z-5.
M98P104
G91G28Z0.
M30
四方圆弧子程序
O0101
G90G41G01X-30.D01
Y20.
G02X-20.Y30.R10.
G01X20.
G02X30.Y20.R10.
G01Y-20.
G02X20.Y-30.R10.
G01X-20.
G02X-30.Y-20.R10.
G40G01X-50.Y-50.
M99
六方凸台子程序
O0102
G90G41G01X-5.Y-43.3D01
X-30.Y0.
X-15.Y25.98
X15.
X30.Y0.
X15.Y-25.98
X-25.
G40G01X-50.Y-50.
M99
圆凸台子程序
O0103
G90G41G01X15.Y-25.98D01
X0.
G02X0.Y-25.98I0J25.98
G01X-15.
G40G01X-50.Y-50.
M99
三角凸台子程序
O0104
G90G41G01X10.Y-43.3D01
X-22.5Y12.99
X22.5
X-10.Y-43.3
G40G01X-50.Y-50.
M99
（2）定位孔加工
O0200
G90G94G21G40G54F100
G91G28Z0.
M03S1500
G90G00X0.Y0.
G01Z-0.5F100
Z5.
G91G28Z0.
M30
钻孔
O0201
G90G94G21G40G54F100
G91G28Z0.
M03S600
G90G00X0.Y0.
G85X0.Y0.Z-38.R5.
G80
G91G28Z0.
M30
精铰孔
O0202
G90G94G21G40G54F100
G91G28Z0.
M03S300
G90G00X0.Y0.
G85X0.Y0.Z-38.R5.F100
G80
G91G28Z0.
M30
（3）精铣外轮廓主D01=8
O0502
G90G94G21G40G54F100
G91G28Z0.
M03S1000
G90G00X-50.Y-50.
Z30.M08
G01Z-20.F100
M98P101
m00
G01Z-15.
M98P102
m00
G01Z-10.
M98P103
m00
G01Z-5.
M98P104
G91G28Z0.
M30
总结
课程设计是大学生在校学习过程中的一个重要环节。
它体现了我们对在大学中所学知识的综合应用，课程设计说明书是大学生提交的一份有一定学术价值的科技论文，是对我们学习成果的综合性总结和检阅，是在教师指导下所取得的科技成果的文字记录，也是检验学生掌握知识的程度、分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷，还是对学校人才培养效果的全面检验，是学校教育教学质量评价的重要内容。
在编写课程设计的过程中，我翻阅了大量的相关资料，对三年多来所学专业知识进行了全面系统的分析、整理、总结，这不仅使我们三年多来所学的知识得到了巩固和提高，使我们对数控技术的专业知识有了更宽广更深入的了解，增加了对工件设计和数控加工的经验，更重要的是，在此过程中提高了我们自学和查阅资料的能力，锻练了我们分析和解决问题的能力。
本次课程设计，在向指导老师请教及她的精心指导过程中，我深刻体会到老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论知识水平。
在此期间，我学到的不仅是我们的专业知识，还从中学习了许多待人处事的道理、方法，通过对老师们社会阅历的了解，对我们这些大学生今后的生活和工作有了很大的帮助。
在设计的过程中我们遇到的小困难也是层出不穷，在对这些困难的解决中，同学们共同分析、探讨，无形中，不仅使我们之间的关系更加融洽，更培养了我们的团队合作精神。
通过此次设计，我受益非浅。
这对于我以后的工作和生活都有很大的帮助。
、
参考文献
1.余英良.数控加工编程及操作.北京：
高等教育出版社，2005.1
2.胡建生.AutoCAD绘图实训教程.北京：
机械工业出版社，2007.6
3.赵长明.数控加工工艺及设备.北京：
高等教育出版社，2003.5
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山东大学出版社，2004.8
5.余英良.数控铣削加工实训及案例解析.北京：
化学工业出版社，2007.9
6.沈建峰.数控铣床/加工中心编程与操作实训.北京：
国防工业出版社，2008.3
7.叶南海.UGNX5.0模具设计基础与应用提高.北京：
国防工业出版社，2008.1
8.蒲志新.数控技术.北京：
理工大学出版社，2014.3
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