铣削零件的数控加工工艺及编程设计.docx

1、铣削零件的数控加工工艺及编程设计毕业设计说明书题 目 典型铣削零件的数控加工工艺及编程 专 业 班 级 学生姓名 指导教师 年 月 日摘要此零件为一平面槽形零件，本文主要通过分析零件图纸，找出所需的数据，确定零件形状；然后确定加工的装夹方案，设计合理的夹具；接着就是根据分析图纸所得的数据，以及装夹的方法，编写加工工艺路线及设定铣削参数与铣削用量；最后就是根据前面的分析，编写加工程序，进行零件加工。关键词：工艺路线 切削用量 数控编程 典型铣削零件的数控加工工艺及编程前言数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位

2、。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 现就一平面槽形零件数控铣削加工工艺分析举例。平面槽形零件是数控铣削加

3、工中常见的零件之一。其轮廓曲线由直线-圆弧、圆弧-圆弧、圆弧-非圆曲线以及非圆曲线等组成.加工中多采用两轴以上联动的数控铣床,加工工艺过程也大同小异，下面以下图所示的平面槽形凸轮为例,分析其数控铣削加工工艺。1 零件图图1.1为该零件的二维图，图1.2为该零件的三维图。零件材料45#钢。图1.1 零件二维图图1.2 零件三维图1.1 零件图的分析零件的视图应符合国家标准要求，位置准确，表达清楚；几何要素（点、线、面）之间的关系（如相交、相切、平行）应准确，尺寸标注应完整清晰。从图1.1可以看出，该零件的的主要加工部位为零件上下表面、150150外轮廓、圆弧外形、槽、中间40的孔；该零件的视图符

4、合国家标准要求，位置精确，表达清楚，几何要素间的关系准确，尺寸标注完整。1.2 技术要求分析零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性，以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度大，增加不必要的成本。从图1.1中可以看出该零件的加工尺寸精度要求较高，最高公差达到0.03mm，在数控铣削中可以达到此要求；其表面

5、粗糙度要求为全部加工表面Ra3.2um，在数控铣削中可以达到此要求。该零件无形位公差要求，在这里按照IT10IT12来确定。2 设备的选择由于该零件属于单件小批量生产，因此不用考虑生产效率等问题，只要在能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可，但为了减少人为的换刀量，根据现有的数控机床，确定选择由云南CY集团有限公司生产的CY-VMC850系列数控立式加工中心，其主要技术参数如下：系统配置： FANUC 工作台面积(mm)：460950(5001050) 行程(X-Y-Z)(mm)：800500550主轴锥孔：BT40 主功率(KW)：7.5/11 主轴变速系统转速(rpm)：50

6、-6000伺服 机床结构：台湾主轴、全防护、贴塑滑轨、电柜空调 备注：16把斗笠式刀库、20把圆盘式刀库 机床重量(吨)：63 工件的装夹3.1 毛坯的选择毛坯是根据零件所要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差；其次将毛坯加工余量叠加在零件相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差，其总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此毛坯要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动

7、量。根据零件的图样分析以及零件的材料要求，选择45#钢；依据毛坯的选择原则，综合考虑零件的使用要求，以及机械加工的效率和经济性，确定毛坯的尺寸为15515535mm。3.2 零件的装夹从零件图中的分析可以看出，该零件属于规则的方形零件，因此可选择数控铣削通用夹具机用虎钳。在数控铣床加工中，对于较小的零件，在粗加工、半精加工和精度要求不高时，是利用机用虎钳进行装夹的。机用虎钳装夹的最大优点是快捷，但夹持范围不大。使用机用虎钳安装工件时的注意事项：1）在工作台上安装机用虎钳时，要保证机用虎钳的正确位置。当机用虎钳底面没有定位键时，应该使用百分表找正固定钳口面。2）夹持工件时的位置要适当，不应该装夹

8、在机用虎钳的一端。3）安装工件时要考虑铣削时的稳定性。4）铣削长形工件时，可使用两个夹具把工件夹紧。4 工艺路线零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择工序集中和分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。4.1 表面加工方法的选择表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理加工方法。在选择时一般先根据表面的精度及粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的，即确定加工方案。由于获得同一精度和粗糙度的加工方法有几种，在选择时除了考虑生产率要

9、求和经济效益外，还应考虑下列因素：（1）工件材料的性质。（2）工件的结构和尺寸。（3）生产类型。（4）具体的生产条件。从图1.1中可以看出，该零件表面粗糙度为Ra3.2um，精度要求较高，又因该零件为45#钢，其切削性能好，硬度低，因此确定该表面的加工方法为：粗铣精铣。4.2 加工阶段的划分针对该零件的形状特性及精度要求，将该零件划分为以下几个阶段：粗加工阶段主要任务是切除表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。精加工阶段保证各主要表面达到图样尺寸及精度要求，其主要问题是如何保证加工质量。4.3 加工顺序的安排先粗后精先安排粗加工，再安排精加工。先面后孔本题中无孔，因此先加工平面，后加工槽

10、。基面先行本题中考虑先加工下表面（无槽的那面），然后以此面为基准，加零件上表面（有带槽的那面）。4.4 工序的集中和分散经过以上所述，零件加工的工步顺序已经基本排定，如何将这些工步组成工序，就需要考虑采用工序集中还是工序分散的原则。（1）工序集中 就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是： 可以采用高效机床和工艺设备，生产率高。 减少设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力物力。 减少工件安装次数，利于保证表面间的位置精度。 采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。（2）工序分散 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成

11、，每道工序加工的内容少，工艺路线很长，其特点是： 设备和工艺装备比较简单，便于调整，易于适应产品的更换。 对工人技术要求较低。 可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。 所需设备和工艺装备数目多，操作工人多，占地面积大。在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。一般情况下，单件小批量生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。批量生产应尽可能的采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效的提高生产效

12、率。根据该零件的结构工艺性、生产规模和技术要求，确定该零件采用工序集中的方法制定加工工艺。综上所述，该零件的加工工艺路线如下所示：工序1 下料，准备15515535mm的钢板，材料45#钢。工序2 铣削平面及外轮廓，保证总厚度为32，外形尺寸为15015022mm。工序3 掉头装夹150150的边，铣削另一表面，钻孔，铣槽。工序4 去尖边毛刺。工序5 检验。5 合理的选择刀具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

13、定。5.1 刀具的选择原则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

14、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。5.2 数控铣削刀具的选择在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高度H=1500-0.15-1.00镁1500-4500=1500-0.15-1.006.2

15、 切削用量的选取粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本。它的主要目的是快速地去除工件表面的残余金属，所以在机床功率允许的前提下应尽可能的提高效率，以便提高机床的利用率。在确定切削用量时，首先应该考虑切削深度，这样可以达到在短时间内快速除去金属的目的，提高单位时间内的切削量。精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度，因此，要避免在加工过程中受力的突然变化，使切削力均匀；工件的表面粗糙度主要取决于切削速度，切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决

16、定的。综上所述，根据该零件的工艺特性，确定该零件的切削用量如表6.2所示。表6.2 数控切削用量表加工部位加工刀具号主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）切深（mm）粗精粗精粗精平面T01600100020012030.5外轮廓T02800120015010020.5铣凸台T03180018002002002.50.5铣槽T04180018002002002.50.5钻中心孔T051200150钻孔T066501002镗孔T07和T088001200120804.750.57 拟定数控加工工艺卡编制机加工艺卡片是用来指导工人加工的，一般简易的工艺卡片中需编制简易的工艺流程、工序名称、工

17、装等。固定产品的工艺卡片比较复杂，每一工步都需编制卡片，卡片中包含本工序加工图，加工刀具，测量量具，设备，定位等。本题中的机械加工工艺卡片及工序卡片见附录。8 数控编程8.1 数控编程的分类数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。（2）自动编程自动编程是指借助

18、数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。综合考虑该零件的外形，确定该零件的编程方法为：加工平面、外轮廓及孔时采用手工编程。加工凸台、槽时采用Master CAM X3 进行自动编程。8.2 加工程序清单O0001（工序2）T01 M06；面铣刀M01G00

19、G90 G54 X190 Y-10 M03 S600G43 H1 Z50 M08G00 Z-1.5G01 X-190 F200G00 Z-2 S1000G01 X190 F120G00 Z150T02 M06；20立铣刀M01G00 G90 G54 X90 Y-90 M03 S800G43 H2 Z50 M08G00 Z-22G42 X75 D02 (D02=9.5)G01 Y75 F150X-75Y-75X75G40 G01 X90 F300 G41 Y-75 D03 (D03=10) S1200G01 X-75 F100Y75X75Y-75G40 G01 Y-90 F300G00 Z150

20、M05M30加工完成后检验总厚度，控制在32mm，外轮廓尺寸为图样尺寸要求内。O0002（掉头装夹后的程序）T01 M06；面铣刀M01G00 G90 G54 X190 Y-10 M03 S600G43 H1 Z50 M08G00 Z-5G01 X-190 F200G00 Z-10G01 X190 F200G00 Z-11.5G01 X-190 F250G00 Z-12.03G01 X190 F120G00 Z150T03 M06；20立铣刀M01M98 P0003G00 Z150T04 M06；10立铣刀M01M98 P0004G00 Z150T05 M06M01G00 G90 G54 X0

21、 Y0 M03 S1200G43 H5 Z50 M08G98 G81 Z-2 R2 F150G80 Z150T06 M06M01G00 G90 G54 X0 Y0 M03 S650G43 H6 Z50 M08G98 G83 Z-23 R2 F100G80 Z150T07 M06M01G00 G90 G54 X0 Y0 M03 S800G43 H7 Z50 M08G98 G73 Z-23 R2 F100G80 Z150T08 M06M01G00 G90 G54 X0 Y0 M03 S1200G43 H8 Z50 M08G98 G76 Z-23 R2 Q0.3 F80G80 Z150M30子程序O

22、0003；铣凸台子程序O0004；铣槽N106 G0 G90 G54 X-97.309 Y62.91 S1200 M3N108 G43 H3 Z25.N110 Z2.N112 G1 Z-2.5 F50.N114 X-77.309 F200.N116 G3 X-57.309 Y82.91 R20.N118 G2 X-15.509 Y146.651 R69.5N120 X139.891 R100.5N122 Y19.169 R69.5N124 X-15.509 R100.5N126 X-57.309 Y82.91 R69.5N128 G3 X-77.309 Y102.91 R20.N130 G1

23、X-97.309N132 X-89.309 Y62.91 F50.N134 X-69.309 F200.N136 G3 X-49.309 Y82.91 R20.N138 G2 X-10.549 Y140.051 R61.5N140 X134.931 R92.5N142 Y25.769 R61.5N144 X-10.549 R92.5N146 X-49.309 Y82.91 R61.5N148 G3 X-69.309 Y102.91 R20.N150 G1 X-89.309N152 X-81.309 Y62.91 F50.N154 X-61.309 F200.N156 G3 X-41.309 Y

24、82.91 R20.N158 G2 X-5.589 Y133.369 R53.5N160 X129.971 R84.5N162 Y32.451 R53.5N164 X-5.589 R84.5N166 X-41.309 Y82.91 R53.5N168 G3 X-61.309 Y102.91 R20.N170 G1 X-81.309N172 X-73.309 Y62.91 F50.N174 X-53.309 F200.N176 G3 X-33.309 Y82.91 R20.N178 G2 X-.629 Y126.567 R45.5N180 X125.011 R76.5N182 Y39.253 R45.5N184 X-.629 R76.5N186 X-33.309 Y82.91 R45.5N188 G3 X-53.309 Y102.91 R20.N190 G1 X-73.30