腰形槽加工.docx
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腰形槽加工
《数铣加工工艺与编程》
课程项目设计说明书
项目名称：
腰形槽底板零件数铣加工工艺设计与编程
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1零件的分析
如图1所示为腰型槽底板的二维模型图，图2所示为腰型槽底板的三维模型图。
制定出该零件的加工工艺方案，编制其数控加工程序，并对程序进行仿真加工。
图1零件的二维图
图2零件三维图
1.1零件的尺寸标注分析
零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。
在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。
关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。
该零件图所标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。
本零件是一个矩形零件，零件从上到下，从左到右的尺寸标注分析：
零件的上层部分厚度为5mm左边是一个角度为80度的三角形，接着是一个与三角形底边成37.7度角的矩形，宽为60.73mm，与三角形的一边与半径为20mm的圆相切，矩形的另一边为半径为40mm，角度为100度的圆弧。
在零件上层的中心补位为直径为42mm的圆形槽，槽内有以零件中心为原点，角度为120度，直径为10mm的三个孔，圆形槽旁边有一宽度为14mm的角度为60度，两边圆半径为7mm的腰型槽。
零件的下层部分为100mm*80mm*15mm的矩形。
1.2零件的几何要素分析
从图1分析得知，该零件主要由圆形槽，腰型槽，孔等特征组成，这些特征在普通车床上难以完成，需要在数控车上加工。
1.3零件的技术要求分析
该零件的尺寸精度要求有：
尺寸3+0.060的尺寸精度等级为IT8级、尺寸5+0.0750的尺寸精度等级为IT8级、尺寸500-0.10的尺寸精度等级为IT8级、尺寸3×Ф10+0.0220的尺寸精度等级为IT8级，其余未注尺寸精度公差按IT12进行控制。
表面粗糙度要求有：
圆形槽，腰型槽，的表面粗糙度为Ra6.3um,孔的表面粗糙度为Ra1.6um，其余未注表面粗糙度为Ra3.2um。
综上所述，该零件的加工精度较高，应设计比较合理的加工方案，选择合适的刀具，合适的切削参数等等。
2毛坯及夹具的确定
2.1毛坯的确定
2.1.1常见的毛坯种类
毛坯的种类主要包括铸件、锻件、型材、焊接件等。
不同的毛坯制造方法所适应的材料、零件形状结构和尺寸有很大的差异，其生产成本和生存率也不同。
铸件：
铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经打磨等后续加工手段后，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。
锻件：
是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。
型材：
是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料（如塑料、铝、玻璃纤维等）通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。
焊接件：
通过加热或者加压（或者两者兼用），并且用（或不用）填充材料，使被焊工件之间形成原子间结合的物件。
冷冲压件：
是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需要的零件。
其他毛坯：
它包括冲压、粉末冶金、冷挤、塑料压制等毛坯。
2.1.2毛坯的确定
综合考虑，根据以上因素及零件的技术要求，确定该零件的毛坯为矩形材料，其尺寸为（100±0.027）mm×（80±0.023）mm×20mm，材料为45钢，表面粗糙度为Ra3.2
2.2夹具的选择
2.2.1数控车床工装夹具的概念
1.数控车床夹具的定义和分类
在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。
车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。
通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具，例如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧卡套和通用心轴等；专用夹具是专门为加工某一特定工件的某一工序而设计的夹具。
2．夹具作用
夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备，应用十分广泛。
它能起以下作用：
（1）保证稳定可靠地达到各项加工精度要求。
（2）缩短加工工时，提高劳动生产率。
（3）降低生产成本。
（4）减轻操作者的劳动强度。
（5）可由较低技术等级的操作者进行加工。
（6）能扩大机床工艺范围。
2.2.2夹具的确定
（1）定位基准的选择
定位基准采用基准统一原则，均以底面做基准。
（2）装夹方式的选择
用平口虎钳装夹工件，工件上表面高出钳口8mm左右。
校正固定钳口的平行度以及工件上表面的平行度，确保精度要求。
3刀具的选择
数控车床一般采用机夹可转位刀具，所用的刀具，要求有可靠的断屑性能，足够的耐用，刀片转位后有精确的重复定位精度，刀片要有足够的夹紧可靠性，此外，由于数控车床功率比较大，刚性强，要求刀具寿命较长，质量相对稳定，因此，对刀片材料的要求高，以保证刀具寿命，一般情况下大多使用涂层刀片。
3.1刀具材料的选择
数控加工中常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼、涂层刀具登。
且广泛使用气相沉积技术来提高刀具的切削性能和刀具寿命。
1.高速钢：
是含有较多钨、铬、钒合金元素的高合金工具钢，如W18Gr4V。
2.硬质合金：
是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料刀具。
3.陶瓷：
以氧化铝或者氮化硅等为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。
4.金刚石：
通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成的刀具材料。
5.立方氮化硼：
是由立方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转变而成的刀具材
料。
6.涂层刀具：
在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢（HSS）基体表面上，利用气相沉积方法涂一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物（也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上）而获得的刀具材料。
3.2该零件加工所用的刀具
待加工表面
刀具名称
刀具规格
刀具材料
轮廓边角料
立铣刀
φ20mm立铣刀
硬质合金
粗铣外轮廓
立铣刀
φ20mm立铣刀
硬质合金
精铣外轮廓
立铣刀
φ20mm立铣刀
硬质合金
中心钻孔
中心钻
φ3mm中心钻
硬质合金
钻3×φ10底孔和垂直进刀工艺孔
麻花钻
φ9.7mm麻花钻
硬质合金
铰2×φ10H7孔
铰刀
φ10mm铰刀
硬质合金
粗铣圆形槽
立铣刀
φ16mm立铣刀
硬质合金
半精铣圆形槽
立铣刀
φ16mm立铣刀
硬质合金
精铣圆形槽
立铣刀
φ16mm立铣刀
硬质合金
粗铣腰形槽
立铣刀
φ12mm立铣刀
硬质合金
半精铣腰形槽
立铣刀
φ12mm立铣刀
硬质合金
精铣腰形槽
立铣刀
φ12mm立铣刀
硬质合金
4工艺路线及其工艺卡片
4.1工艺路线的确定
4.1.1表面加工方法的选择
选择表面加工方法时，一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定最终加工方法，然后再确定精加工前的准备工序的加工方法，即确定加工方案。
由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种，选择时还要考虑生产率和经济性，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。
该零件的表面加工方法如下：
（1）去除轮廓边角料选用立铣刀，粗铣→精铣。
（2）孔的加工方法，选用中心钻。
（3）圆形槽的加工方法，选用立铣刀，粗铣→半精铣→精铣。
（4）腰形槽的加工方法，选用立铣刀，粗铣→半精铣→精铣
4.1.2工艺路线的确定
工序Ⅰ：
去除轮廓边角料，粗精加工外形轮廓，加工孔，粗精铣圆形槽，粗精铣腰形槽。
工步1去除轮廓边角料。
工步2粗铣外轮廓。
工步3精铣外轮廓。
工步4钻中心孔。
工步5钻3×φ10底孔和垂直进刀工艺孔。
工步6铰2×φ10H7孔。
工步7粗铣圆形槽。
工步8半精铣圆形槽。
工步9精铣圆形槽。
工步10粗铣腰形槽。
工步11半精铣腰形槽
工步12精铣腰形槽。
4.2工艺卡片的制定
数控加工工艺文件一般包括机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片，它们指导加工操作人员进行加工，是机械加工工艺规程设计中必不可少的部分。
该零件的工艺卡片如下列表所示。
表4-1工序Ⅰ的数控加工工序卡
单位
数控加工工序卡
产品名称
零件
材料
图号
工序号
程序编号
夹具
夹具编号
设备
编制
审核
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转
进给
背吃刀
1
去除轮廓边角料
T01
φ20mm立铣刀
400
80
2
粗铣外轮廓
T01
φ20mm立铣刀
500
100
3
精铣外轮廓
T01
φ20mm立铣刀
700
80
4
钻中心孔
T02
φ3mm中心钻
2000
80
5
钻3×φ10底孔和垂直进刀工艺孔
T03
φ9.7mm麻花钻
600
80
6
铰2×φ10H7孔
T04
φ10mm铰刀
200
50
7
粗铣圆形槽
T05
φ16mm立铣刀
500
80
8
半精铣圆形槽
T05
φ16mm立铣刀
500
80
9
精铣圆形槽
T05
φ16mm立铣刀
750
60
10
粗铣腰形槽
T06
φ12mm立铣刀
600
80
11
半精铣腰形槽
T06
φ12mm立铣刀
600
80
12
精铣腰形槽
T06
φ12mm立铣刀
800
60
5数控编程
5.1数控编程的定义及分类
5.1.1数控编程的定义
数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。
有手工编程和自动编程两种方法。
总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
5.1.2数控编程的分类
有手工编程和自动编程两种方法。
手工编程：
手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。
利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。
自动编程：
对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。
5.2编程原点的确定
该零件为规则的矩形零件，其坐标原点可设在上表面的中心处，这样方便编程坐标的计算。
其坐标原点如图5.1所示。
图5.1
5.3加工轨迹图
图5.3.1
图5.3.2
图5.3.3
图5.3.4
5.4加工程序清单
刀具卡
单位
数控刀具卡
产品名称
零件图号
零件名称
程序编号
序号
刀具号
刀具名称
刀具
补偿值
刀补号
直径
长度
半径
长度
半径
长度
1
T01
立铣刀
φ20
10.2（粗）/9.96（精）
D01
2
T02
中心钻
φ3
3
T03
麻花钻
φ9.7
4
T04
铰刀
φ10
5
T05
立铣刀
φ16
8.2（半精）/7.98（精）
D05
6
T06
立铣刀
φ12
6.1（半精）/5.98（精）
D06
5.4.1手工编程的加工程序清单
程序
解释说明
O0001;
程序号
G17G21G40G54G80G90G94；
程序初始化
G00Z50.0M07；
刀具定位到安全平面，启动主轴
T0101M03S400;
主轴正转400r/min,选择1号刀
X-65.0Y32.0；
去除轮廓边角料
Z-5.0；
G01X-24.0F80；
Y55.0；
G00Z50.0；
X40.0Y55.0；
Z-5.0;
G01Y35.0；
X52.0；
Y-32.0；
X40.0；
Y-55.0;
G00Z50.0M09；
刀具定位到安全平面
M03S700；
主轴正转，转速700r/min
G00X15.0Y-65.0；；
到达切入点
Z-5.0；
下刀
G01G41Y-50.0D01F80；
建立刀补
G03X0.0Y-35.0R15.0；
切向切入
G01X-45.0Y-35.0；
铣削外形轮廓
X36.184Y15.0；
X-31.444；
G03X-19.214Y19.176R20.0；
G01X6.944Y39.393；
G02X37.589Y-13.677R40.0；
G01X10.0Y-35；
X0；
G03X-15.0Y-50.0R15；
切向切出
G01G40Y-65.0；
取消刀补
G00Z50.0M09；
刀具定位到安全平面
M05；
主轴停
M00；
程序停，手动换φ3中心钻
M03S2000T02；
主轴正转，转速为2000r/min
G99G81X12.99Y-7.5R5.0Z-5.0F80；
钻中心通孔，
X-12.99；
X0.0Y15.0；
Y0.0；
X30.0；
G00Z180.0M09；
刀具抬到手工换刀高度
X150Y150；
移到手工换刀位置
M05；
主轴停
M00；
程序停，手工换φ9.7麻花钻，
M03S600T03；
G00Z50.0M07；
刀具定位到安全平面
G99G83X12.99Y-7.5R5.0Z-24.0Q-4.0F80；
钻3×φ10底孔和垂直进刀工艺孔
X-12.99；
X0.0Y15.0；
G81Y0.0R5.0Z-2.9；
X30.0Z-4.9；
G00Z180.0M09；
刀具抬到手工换刀高度
X150Y150；
移到手工换刀位置
M05；
主轴停
M00；
程序停，手工换φ10铰刀
M03S200T04;
主轴正转，转速为200r/min
G00Z50.0M07；
刀具定位到安全平面
G99G85X12.99Y-7.5R5.0Z-24.0Q-4.0F80；
铰3×φ10孔
X-12.99；
G98X0.0Y15.0；
G00Z180.0M09；
刀具抬到手工换刀高度
X150Y150；
移到手工换刀位置
M05；
主轴停
M00；
程序停，手工换φ16立铣刀
M03S500T05；
主轴正转，转速为500r/min
G00Z50.0M07；
刀具定位到安全平面
X0.0Y0.0；
粗铣圆形槽
Z10.0；
G01Z-3.0F40；
X5.0F80；
G03I-5.0；
G01X12.0；
G03I-12.0；
G00Z50M09；
M05；
主轴停
G00Z50.0M07；
刀具定位到安全平面，启动主轴
M03S750；
X0.0Y0.0；
Z10.0；
G01Z-3.0F40；
下刀
G41X-15.0Y-6.0D05F60；
建立刀补
G03X0.0Y-21.0R15.0；
切向切入
G03J21.0；
铣削圆形槽边界
G03X15.0Y-6.0R15.0；
切向切出
G01G40X0.0Y0.0；
取消刀补
G00Z50M09；
刀具抬到手工换刀高度
X150Y150；
移到手工换刀位置
M05；
主轴停
M00；
程序停，手工换φ12立铣刀
M03S600T06；
主轴正转，转速为600r/min
X30.0Y0.0；
到达预钻孔上方
Z10.0；
G01Z-5.0F40；
下刀
G03X15.0Y25.981R30.0F80；
粗铣腰形槽
G00Z50S800；
刀具定位到安全平面，转速为800r/min
X30.0Y0.0；
Z10.0；
G01Z-3.0F40；
下刀
G41X30.5Y-6.5D06F60；
建立刀补
G03X37.0Y0.0R6.5；
切向切入
G03X18.5Y32.043R37.0
铣削腰形槽边界
X11.5Y19.919R7.0；
G02X23.0Y0R23.0；
G03X37.0R7.0；
X30.5Y6.5R6.5；
G01G40X30.0Y0.0；
取消刀补
G00Z50M09；
M05；
M30；
程序结束
5.4.2自动编程的加工程序清单
图5.4.2.1
图5.4.2.2
图5.4.2.3
图5.4.2.4
图5.4.2.5
参考文献
1.张超英,《数控机床加工工艺、编程及操作实训》,高等教育出版社，2003.9
2.倪森寿，《机械制造基础》，高等教育出版社，2005.1
3.于荣贤等，《机械制图与计算机绘图》，机械工业出版社，2004.3
4.顾京，《数控加工编程及操作》，顾京主编，高等教育出版社，2003.7
5.赵长明刘万菊，《数控加工工艺及设备》，高等教育出版社2005.9
6.陈洪涛，《数控加工工艺及编程》，高等教育出版社，2006.10
7．甘永立，《几何量公差与检测》，上海科技技术出版社2013.11
成绩评定表
序号
评分项目
得分标准
评分
1
成果40分
零件图绘制（10分）
没有制图错误，
（10分）
制图正确度在80%以上（9-6分）
制图正确度、在60%以上（5-3分）
制图正确度、在60%以下（2-0分）
零件图工艺分析及加工路线选择
（10分）
零件图工艺分析及加工路线选择正确
（10分）
零件图工艺分析及加工路线选择正确度在80%以上（9-6分）
零件图工艺分析及加工路线选择正确度在60%以上（5-3分）
零件图工艺分析及加工路线选择正确度在60%以下（1-0分）
加工工序卡、刀具卡设计
（10分）
工艺设计合理、刀具选择正确（10分）
1-5处不合理（9-6分）
6-10处不合理（5-3分）
10处以上不合理（2-0分）
加工程序设计
（10分）
程序设计准确（10分）
1-5处错误、
（9-6分）
6-10处错（5-3分）
10处以上错误（2-0分）
2
说明书书写情况
20分
文字表达清晰，字数符合要求，没有排版错误
（20分）
文字表达清晰度、排版正确率80%以上
（19-16分）
文字表达清晰度、排版正确率60%以上（15-12分）
文字表达清晰度、排版正确率60%以下
（11-0分）
总成绩（60分）
总分数：
等级：
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