数控加工工艺与编程综合设计.docx

1、数控加工工艺与编程综合设计吉林工业职业技术学院毕业设计（论文）题 目： 数控加工工艺和编程综合设计 学生姓名： 某某某 系 部： 化工机械系 专 业： 数控技术 班 级： 数控 3210 指导教师： 某某 一、摘要 1二、配合件设计的内容及步骤 2 1、零件加工工艺的分析 3 1.1 零件的技术要求分析 5 1.2 零件的结构工艺分析 62、编程尺寸的确定 7 2.1 计算各节点的坐标尺寸 93、毛坯的选择 104、工艺过程设计 11 4.1 板料凸件加工工步顺序的安排 13 4.2 板料凹件加工工步顺序的安排 14 5、选择机床、工艺装备等 17 5.1 刀具的选择方案 18 5.2 铣削用

2、量的确定 19 6、确定切削用量 207、工艺文件 21 7.1 工序卡片 22 7.2 刀具卡 238、编制加工程序单 24三、小结 25四、参考文献 26摘 要一个国家数控机床的水平和拥有量是衡量其工业现代化程度、衡量国家综合竞争力的重要指标，而数控机床的核心技术正是数控系统。虽然我国在低档经济型数控机床上的数控系统基本实现了国产化，但在中高档的数控系统方面还处于劣势地位。两年前，日本法那克公司和德国西门子公司在中国以12000台和7000台的销售数量，基本垄断了中国中高档数控系统市场数控机床的出现以及带来的巨大利益，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展数控机床是当前我国机械制造业技

3、术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。数控机床的大量使用，需要大批熟练掌握现代数控技术的人员。数控技术的使用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和使用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。随着科技的发展，数控技术也在不断的发展更新，现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CAD/CAM的使用是一项实践性很强的技术。如像UG , PRO/E , Cimitron , MasterCAM ,CAXA制造工程师等。 数控技术是技术性极强的工作，尤其在模具领域使用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工

4、工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。本文主要通过铣削加工薄壁配合件的数控工艺分析和加工，综合所学的专业基础知识，全面考虑可能影响在铣削、钻削、绞削加工 中的因素，设计其加工工艺和编辑程序，完成配合要求。 关键词: 铣削、钻削、绞削、 CAD/CAM 薄壁板类配合件零件加工1、零件加工工艺的分析1）、零件的技术要求分析零件的尺寸公差在0.050.1mm之间，且凸件薄壁厚度为8mm，区域面积较大，表面粗糙度也比较高，达到了Ra3.2um,相对难加工，加工时容易产生变形，处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达到要求。定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。该零件首先以一个毛坯件的一个平面为

5、粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。材料名称: 铝 型材热处理：正火。强度较高，塑性和韧性尚好，最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件。 2）、零件的结构工艺分析 零件形状如1-1、1-2图所示，有轮廓加工、板件凸、凹件加工及打孔等。由于典型零件需要配合的薄壁零件，形状比较简单，但是工序复杂，表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。为了保证加工精度和表面质量，根据毛胚

6、形状和尺寸，分析采用两次定位（一次粗定位，一次精定位）装夹加工完成，按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工.。零件基本尺寸：11011030 零件图样1、毛坯选择1）毛坯分析 根据零件的设计和运用领域等方面，零件形状尺寸、力学性能、批量大小以及学校现有的设备要求，选择零件的材料。：材料的力学性能： 退火钢抗拉强度:600(MPa)； 屈服强度:355(MPa)； 延 长 率:16%断面收缩率:40%； 布氏硬度: 197（HB）；：批量大小：小批量生产：零件形状尺寸： 由零件凸模1-1、凹模1-4图样尺寸为116mm116mm34mm， ：学校

7、现有的设备：立式加工中心 2）毛坯的选择选择毛坯尺寸为116mm116mm34mm 的铝材，类型为型材。2、工艺过程的设计1）选择定位基准：通常毛料未经任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，在选择走刀方式时加以考虑选择逆铣，还有毛刺，装夹前应进行钳工去毛刺处理，再以面作为粗基准加工精基准定位面。凸件 ：任选116mm34mm的面用面铣刀加工，即为定位基准。凹件 ：任选116mm34mm的面用面铣刀加工，即为定位基准2）选择毛坯各表面加工方法：表面的加工顺序是先里后外，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓薄壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部位先加工，对剩余部

8、粗铣后就开始精加工。由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。3）确定加工顺序：铣削底面和侧面凸件：粗铣夹持面粗铣上平面精铣上平面粗铣内轮廓（挖槽）编程去除槽内多余残料铣槽内圆孔粗铣槽内凹球槽粗铣外轮廓粗铣凸台编程去除多余残料精铣椭圆槽精铣槽内球槽精铣凸台精铣夹持面 。 选择和之前加工完成的116mm34mm面相邻的116mm34mm面加工，用夹具将工件夹持稍微可以松动，目测之前加工的面和夹具底面垂直，然后用千分尺测是否垂直，读表后，用扳手轻微修改工件垂直度，直到工件垂直为止，夹紧，然后用面铣刀加工此面。切削量不要太多（11.5mm）。 将工件旋转90度至未加工的一

9、面，然后用千分表测垂直度，用G92指令和面铣刀加工，再以此面为零点，将零件切削到116mm113mm34mm 。 将工件旋转90度至未加工的一面，然后用千分表测垂直度，用G92指令和面铣刀加工，再以此面为零点，将零件切削到113mm113mm34mm 。 然后加工113mm113mm的面，用G92指令和面铣刀将此面稍微洗掉一点（11.5mm） 。 将工件翻过来切削另一面，用G92指令和面铣刀稍微切掉一点，以此面为零点，将工件切削到113mm113mm32mm 。 精铣上平面，工件尺寸铣过之后为113mm113mm30mm 。 粗铣长半轴为X为39短半轴Y为29的椭圆槽，以及去除残料。 铣直径为

10、8的内圆孔，粗铣球半径为15的球槽。 粗铣凸台，去除多余残料。 精铣椭圆槽（X40，Y30），粗铣SR15的球槽，精铣凸台。+1 将工件旋转精铣夹持面110mm110mm30mm 。凹件：粗铣夹持面粗铣上平面精铣上平面粗铣凹槽编程去除凹槽中多余残料粗铣定位槽精铣槽底面精铣定位槽翻面铣掉夹持面。 选择和之前加工完成的116mm34mm面相邻的116mm34mm面加工，用夹具将工件夹持稍微可以松动，目测之前加工的面和夹具底面垂直，然后用千分尺测是否垂直，读表后，用扳手轻微修改工件垂直度，直到工件垂直为止，夹紧，然后用面铣刀加工此面。切削量不要太多（11.5mm）。 将工件旋转90度至未加工的一面，

11、然后用千分表测垂直度，用G92指令和面铣刀加工，再以此面为零点，将零件切削到116mm113mm34mm 。 将工件旋转90度至未加工的一面，然后用千分表测垂直度，用G92指令和面铣刀加工，再以此面为零点，将零件切削到113mm113mm34mm 。 然后加工113mm113mm的面，用G92指令和面铣刀将此面稍微洗掉一点（11.5mm） 。 将工件翻过来切削另一面，用G92指令和面铣刀稍微切掉一点，以此面为零点，将工件切削到113mm113mm32mm 。 精铣上平面，工件尺寸铣过之后为113mm113mm30mm 。 粗铣长半轴为X为31短半轴Y为21的椭圆槽，以及去除残料。以及两个定位槽

12、。 精铣椭圆槽（X32，Y22），精铣定位槽。 将工件旋转精铣夹持面110mm110mm30mm。4） 确定走刀路线 定义：数控加工过程中刀具相对于被加工工件的运动轨迹 。 根据零件图样，确定走刀路线（即加工工时最短，又能保证质量），下面确定该走刀路线：配合件走刀路线：先粗、精加工椭圆的外轮廓 粗、精加工内腔及球槽 粗精加工定位台3、选择机床、工艺装备1）数控机床及系统 选用加工中心（FAUNCVMC850） 加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。因此，提高加工

13、中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。 5-1工作台面尺寸（长宽）4051307（mm）主轴锥孔/刀柄形式24ISO40 / BT40（MAS403）工作台最大纵向行程650mm主配控制系统FANUC 0iMate-MC工作台最大横向行程450mm换刀时间（s）6.5s主轴箱垂向行程500mm主轴转速范围606000( r/min)工作台T型槽（槽数-宽度间距）5-1660mm快速移动速度10000（mm/min）主电动机功率5.5/7.5（kw）进给速度5800（mm/min）脉冲当量（mm/脉冲）0.001工作台最大承载(kg

14、)700kg机床外形尺寸(长宽高)(mm)2540mm2520mm2710mm机床重量(kg)4000kg2）选择工艺装备（1）夹具的选择机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及和其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。 夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀

15、具和工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（ 使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。 按进给方式铣床夹具可分为直线进给式、靠模进给式和圆周进给式三种。1、直线进给式铣床夹具：这类铣床夹具用得最多，夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。2、靠模铣床夹具：靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动，它用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。3、圆周进给式铣床夹具：可在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转工作台的铣床上使用。这种夹具结构紧凑，操作方便，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。 现

16、代的数控铣床夹具除用到常用的虎钳、分度头和三爪夹盘等通用夹具外还有万能组合夹具、多工位夹具、气动或液压夹具、专用铣切夹具和真空夹具等（2） 装夹方案的选择 在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以我根据零件的形状考虑选择平口虎钳。此时，主要考虑以下几点：1夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；2必须保证最小的夹紧变形；3装卸方便，辅助时间应尽量短；4对小型零件或工序时间

17、不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；5夹具结构应力求简单；6夹具应便于和机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。 该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面和加工面之间的位置精度要求不高。所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。使用注意事项：1夹紧工件时要松紧适当，用手板紧手柄，不得借助其他工具加力。2强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。3不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业。4对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈 平口虎钳夹具参数 5-2平口虎钳产品名称型号钳口宽度（mm）钳口高度（mm）钳口最大张开度（mm）定位键宽度（mm）外形尺寸长宽

18、高（mm）平口虎钳Q121601605016018500300200（3）刀具的选择方案 结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆弧及槽特点，加工工序复杂。为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，粗、精加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求。结合我院机床的实际情况，采用加工中心进行加工。加工中心VMC850。刀具材料应具备的性能：希望具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度（常温及高温状态）耐磨损性化学稳定性良好耐氧化性耐扩散性高韧性（抗弯强度）耐崩刃性耐破损性低亲和性耐溶着、凝着（粘刀）性高耐热性耐塑性变形性磨削成形性良好刀具制造的高生产率热

19、传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好微小切削可能对刀具的基本要求：（1）刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；（2）铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量和加工精度，而且会增加换刀引起的调刀和对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处理状

20、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和获得满意加工质量的前提。具体选择的刀具将在工艺文件里表现出来。（4）量具的选择方案在机械制造中用以直接或间接测出被测对象量值的工具、加工中心仪器、仪表等称为计量器具。计量器具主要分为量具和量仪(仪器、仪表)两大类。其中量具是指那些能直接表示出长度单位和界限的简单计量工具。量仪是利用机械、光学、气动、电动等原理将长度放大或细分，且结构较为复杂的计量器具，一般在计量室中使用。零件的几何参数的测量包括：长度、角度、表面粗糙度及形位公差。用来测量零件的量具有：（1）钢直尺：用来测量长度的一种最常用的简单量具；（2）游标卡

21、尺：可以用来测量内、外尺寸、孔距、高度和深度；（3）千分尺：这类量具较为精密。可用来测量外圆直径、长度、厚度；测量表面粗糙度采用比较法，将零件表面和表面粗糙度样块比较，用目测或手摸判断被加工表面粗糙度；用比较法评定表面粗糙度虽然不精确，但由于器具简单，使用方便，迅速。 （4）百分表：在铣削工件时，用来测量工件是否垂直。2.1 伺服进给系统的设计改造 数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价

22、高。2.2 数控系统的硬件电路设计数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。数控装置的设计方案通常有： 1）可以全部自己设计制作 2）可以采用单板机或STD模块或工控机改制 3）可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动 在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以不课程设计将采取第三钟方案。2.3 机械改造部分的设计2.3.1数控系统运动方式的确定数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不

23、加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由C618车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。2.3.2伺服进给系统的设计改造 数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。1）闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。2）半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自

24、身的特点，技术难度较大。3)开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上序比较，由于所改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。 在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以不课程设计将采取第三钟方案。2.4 机械改造部分的设计2.4.1主传动部分的改造设计 将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用

25、只是带动主轴旋转。2.4.2进给机构的改造将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。2.4.3其它部件的改造 刀架部分：拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。经总体设计方案的论证后，确定的C618的车床经济型数控改造的总体方案示意图如图所显：C618车床的主轴转速部分采用了变频调速交流异步电机，有级变速部分采用电磁离合器控制机构；车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动，经步进电机驱动，齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现

26、纵向、横向进给运动；刀架改成由微机控制，经电机驱动的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，需安装主轴脉冲发生器。4、确定切削用量(1) 主轴转速的确定 主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取：n= 其中Vc-切削速度 D-工件或刀具的直径（mm） 由于每把刀计算方式相同，现选取 16mm的立铣刀为例说明其计算过程。 根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。 铣削时切削速度工件材料硬度/HBS切削速度/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀铝70120100 200200 400 从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且

27、可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑： 取粗铣时： =150m/min 精铣时 ：=200m/min 代入公式中： =2985.6r/min =3980.9r/min 计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取 取=2985 r/min =3981 r/min 同理计算8立铣刀： 取 =5970r/min = 7962 r/min同理计算63盘铣刀： 取 =379r/min = 505 r/min（2） 进给速度的确定 粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越

28、多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。曲面轮廓的精加工的每齿进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出机床的额定功率。粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要爱温度的限制。通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定。 切削进给速度F时切

29、削时单位时间内工件和铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。它和铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为:F=ZN每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高，越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。 刀每齿进给量工件材料每齿进给量/（mm/z）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铝0.060.200.100.250.050.100.020.05综合选取：粗铣=0.06 mm/z 精铣=0.03mm/z 铣刀齿数z=2上面计算出： =2985 r/min =3981 r/min 将它们代入式子计算。 粗铣时：F=0.0622985 =358mm/min 精铣时：F=0.0323981 =239mm/min同理即可得出：盘铣刀进给速度： =379 r/min =505r/min铣刀齿数 Z=3F粗=69 mm/min F精 =46