数控毕业设计端盖类零件的加工与分析.docx

1、数控毕业设计端盖类零件的加工与分析声 明 本人所呈交的端盖类零件的加工分析，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 2011年4月8日 【摘要】端盖类零件在实际生产中非常常见，该课题所涉及的零件“十字凸台”即为典型端盖类零件。本文根据零件图纸及其技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，根据分析的结果，确定了该零件的设备选用、刀具使用、装夹方式、加工方法、走刀路线和切削用量等，并采用手工编程编制

2、了该零件的数控加工程序。【关键词】：端盖类零件；数控加工；工艺分析；编程引言数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）简称数控(CNC)是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控机床是采用计算机实现数字程序控制的技术，通过计算机按事存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。它的出现以及所带来的巨大效益，引起世界各国科技界的普遍重视。随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造

3、工业水平的重要标志。数控机床作为装备制造业的核心技术应用，是现代制造业的关键设备，对制造业提高加工质量和效率有着重要的意义。数控铣在数控加工中占了一定的地位，它可以加工外形、曲面、孔、螺纹等形状特征，下面来介绍一下一十字凸台数控铣削加工工艺过程及编程。一、零件图样分析分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的工艺编制及加工结果。主要包括以下几项内容：分析加工轮廓的几何条件：主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。分析形状和位置公差要求：对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要

4、受机床机械运动副精度的影响。分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。图1-1 十字凸台的零件图如图1-1所示为十字凸台的零件图，该零件主要加工部位有平面、轮廓、分层轮廓等，图中尺寸标注齐全，零件的尺寸公差较高，表面粗糙度一般，材料为铝件，质软，易于切削加工。二、选择加工设备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

5、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 主轴转速(rpm)：50-6000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)：6三、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

6、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量。根据零件的图样分析以及零件的材料要求，选择铝件；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505030mm。四、确定装夹方案从图1-1中可以看出该零件属于规则的方形零件，易于装夹，因此可以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

7、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。五、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。（一）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

8、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，又因该零件为铝，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。在粗铣时应尽快的去除零件的加工余量，给精加工留与合适的切削深度，本题中给0.3mm余量。（二）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

9、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。（三）工艺路线的安排根据该零件的结构工艺性、生产规模和技术要求，确定该零件的工艺路线如下所述：工序1 下料，准备505030mm的方块，材料为铝。工序2 装夹零件，加工零件外型、阶梯等轮廓。工序3 去上道工序毛刺。工序4 调头装夹，铣削零件底面，保证总厚度为16mm。工序5 去毛刺。工序6 检验。六、刀具的选择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，

10、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。（一）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

11、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。（二）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(1/4-1/6)RD，以保证

12、刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r，即直径为d=2Re=2(R-r)，编程时取刀具半径为Re=0.95(Rr)。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。综上所述，并根据该零件的结构特性，确定该零件的数控加工刀具如表6-1所示。表6-1 数控铣削刀具卡片刀具号刀具名称刀具规格加工表面T01面铣刀60mm上下两平面T02立铣刀10mm粗铣第一个阶梯轮廓以及外轮廓T03立铣刀12mm精铣第一个阶梯轮廓以及外轮廓T04立铣刀6mm粗铣第二个阶梯轮廓T05立铣刀8mm精铣第二个

13、阶梯轮廓T06立铣刀16mm粗精铣八方轮廓七、切削用量的选择（一）切削用量对机械加工的影响1对加工质量的影响Vc的影响。因为Vc对切削温度影响最大，所以Vc主要是通过来影响加工质量的。随着Vc的增加，上升，工件的温升变形和刀具磨损加快，使误差加大。同时，工件表面层的热应力、金相组织发生变化，使工件表面质量下降。F的影响。F主要是通过已加工表面的残留面积来影响表面粗糙度的。在中等以上f时，降低f可降低表面粗糙度值；但当低速切削（0.050.15mm/r）时，由于存在塑性变形故可使Ra增大。的影响，主要是通过切削力来影响加工质量的。随着的加大，切削力成正比地增加，工艺系统发生变形、振动等，使加工精

14、度和表面粗糙度下降。2对刀具使用寿命的影响刀具耐用度T与刀具总刃磨次数n的乘积称为刀具寿命。它是一把刀从开始使用到完全报废所经过的切削时间。对刀具寿命的影响主要从对耐用度的影响来分析。Vc、f、增加时，刀具磨损加剧，耐用度降低，其中影响最大的是Vc，其次是f，影响最小的是，因此，贵重、精密的刀具是不宜采用高速切削和大进给量切削的。3对生产效率的影响在一定的切削条件下，合理选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。（二）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

15、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7-1所示。表7-1 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）

16、切深（mm）粗精粗精粗精铣平面T01600100020012030.5第一个台阶轮廓及外轮廓T02/T031200180015010020.3第二个台阶轮廓T04/T05180025002001502.50.3铣八方轮廓T06120018001501002.50.3八、机械加工工艺过程卡片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。表8-1 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称十字凸台材料铝毛坯尺寸505030mm序号工序名称

17、工序内容车间设备工装1下料制作505030mm板块机加车间2铣铣削零件外形轮廓及阶梯轮廓，上表面等机加车间铣削加工中心机用虎钳3钳去毛刺4铣铣削平面机加车间铣削加工中心机用虎钳5钳去毛刺6检检验图上各处尺寸表8-2 数控加工工序卡片机械加工工序卡（工序2）产品名称十字凸台材料铝毛坯尺寸505030mm工步号工步内容主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）1装夹零件，对刀。2粗铣零件上表面60020023精铣零件上表面10001200.54粗铣外轮廓120015025精铣外轮廓180012000.36粗铣第一个台阶轮廓120015027精铣第一个台阶轮廓18001200.3

18、8粗铣第二个台阶轮廓180015029精铣第二个台阶轮廓25001500.310粗铣八方形轮廓1200150211精铣八方形轮廓18001200.3九、数控编程编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件

19、，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。本题中的零件形状复杂，尺寸不易于计算，因此采用自动编程，但对于平面铣削，仍然采用手工编制。以下便是该零件的加工程序清单（一）铣削平面时的程序O0001T01 M06M01G00 G90 G54 X60 Y0G43 H1 Z25 M08G00 Z-2G01 X-60 F200Z-2.5 S1000X60 F150G00 Z150 M30（二）铣削轮廓时的加工程序该部分的加工是由Mastercam X3自动编制的程序，其走刀轨迹

20、如图9-1、9-2、9-3、9-4所示。图9-1铣削零件外轮廓的走刀路径该次切削过程中，Z轴分两次切削，每次的进刀量为9mm；X-Y方向分3次进刀，最后一次进刀时的切削量为0.3mm，即精加工。图9-2铣削第一个台阶轮廓的走刀路径该次走刀过程中，Z轴一次切削完成，X-Y方向分4次切削，最后一次进刀量为0.3mm，即精加工。图9-3 第二个阶梯轮廓的走刀路径图9-4 第三个阶梯轮廓的走刀路径根据以上走刀路径，采用CAM软件自动生成这几个轨迹的程序如下：N100 O0002 N102 T2 M6N104 G0 G90 G54 X57.452 Y-4.265 A0. S3000 M3N106 G43

21、 H1 Z25.N108 Z5.N110 G1 Z-7.85 F50.N112 X50.381 Y2.806 F150.N114 G3 X36.239 R10.N116 G2 X27.541 Y-.796 R12.301N118 G1 X-11.459N120 G2 X-23.759 Y11.504 R12.3N122 G1 Y50.504N124 G2 X-11.459 Y62.804 R12.3N126 G1 X27.541N128 G2 X39.841 Y50.504 R12.3N130 G1 Y11.504N132 G2 X36.239 Y2.806 R12.3N134 G3 Y-11

22、.336 R10.N136 G1 X43.31 Y-18.407N138 G0 Z17.15N140 X53.916 Y-.729N142 Z5.N144 G1 Z-7.85 F50.N146 X46.845 Y6.342 F150.N148 G3 X32.703 R10.N150 G2 X27.541 Y4.204 R7.3N152 G1 X-11.459N154 G2 X-18.759 Y11.504 R7.3N156 G1 Y50.504N158 G2 X-11.459 Y57.804 R7.3N160 G1 X27.541N162 G2 X34.841 Y50.504 R7.3N164

23、 G1 Y11.504N166 G2 X32.703 Y6.342 R7.3N168 G3 Y-7.8 R10.N170 G1 X39.774 Y-14.871N172 G0 Z17.15N174 X53.704 Y-.517N176 Z5.N178 G1 Z-7.85 F50.N180 X46.633 Y6.554 F150.N182 G3 X32.491 R10.N184 G2 X27.541 Y4.504 R7.N186 G1 X-11.459N188 G2 X-18.459 Y11.504 R7.N190 G1 Y50.504N192 G2 X-11.459 Y57.504 R7.N1

24、94 G1 X27.541N196 G2 X34.541 Y50.504 R7.N198 G1 Y11.504N200 G2 X32.491 Y6.554 R7.N202 G3 Y-7.588 R10.N204 G1 X39.562 Y-14.659N206 G0 Z17.15N208 X57.452 Y-4.265N210 Z-2.85N212 G1 Z-15.7 F50.N214 X50.381 Y2.806 F150.N216 G3 X36.239 R10.N218 G2 X27.541 Y-.796 R12.301N220 G1 X-11.459N222 G2 X-23.759 Y11

25、.504 R12.3N224 G1 Y50.504N226 G2 X-11.459 Y62.804 R12.3N228 G1 X27.541N230 G2 X39.841 Y50.504 R12.3N232 G1 Y11.504N234 G2 X36.239 Y2.806 R12.3N236 G3 Y-11.336 R10.N238 G1 X43.31 Y-18.407N240 G0 Z9.3N242 X53.916 Y-.729N244 Z-2.85N246 G1 Z-15.7 F50.N248 X46.845 Y6.342 F150.N250 G3 X32.703 R10.N252 G2

26、X27.541 Y4.204 R7.3N254 G1 X-11.459N256 G2 X-18.759 Y11.504 R7.3N258 G1 Y50.504N260 G2 X-11.459 Y57.804 R7.3N262 G1 X27.541N264 G2 X34.841 Y50.504 R7.3N266 G1 Y11.504N268 G2 X32.703 Y6.342 R7.3N270 G3 Y-7.8 R10.N272 G1 X39.774 Y-14.871N274 G0 Z9.3N276 X53.704 Y-.517N278 Z-2.85N280 G1 Z-15.7 F50.N282

27、 X46.633 Y6.554 F150.N284 G3 X32.491 R10.N286 G2 X27.541 Y4.504 R7.N288 G1 X-11.459N290 G2 X-18.459 Y11.504 R7.N292 G1 Y50.504N294 G2 X-11.459 Y57.504 R7.N296 G1 X27.541N298 G2 X34.541 Y50.504 R7.N300 G1 Y11.504N302 G2 X32.491 Y6.554 R7.N304 G3 Y-7.588 R10.N306 G1 X39.562 Y-14.659N308 G0 Z9.3N310 X5

28、7.452 Y-4.265N312 Z-10.7N314 G1 Z-16. F50.N316 X50.381 Y2.806 F150.N318 G3 X36.239 R10.N320 G2 X27.541 Y-.796 R12.301N322 G1 X-11.459N324 G2 X-23.759 Y11.504 R12.3N326 G1 Y50.504N328 G2 X-11.459 Y62.804 R12.3N330 G1 X27.541N332 G2 X39.841 Y50.504 R12.3N334 G1 Y11.504N336 G2 X36.239 Y2.806 R12.3N338

29、G3 Y-11.336 R10.N340 G1 X43.31 Y-18.407N342 G0 Z9.N344 X53.916 Y-.729N346 Z-10.7N348 G1 Z-16. F50.N350 X46.845 Y6.342 F150.N352 G3 X32.703 R10.N354 G2 X27.541 Y4.204 R7.3N356 G1 X-11.459N358 G2 X-18.759 Y11.504 R7.3N360 G1 Y50.504N362 G2 X-11.459 Y57.804 R7.3N364 G1 X27.541N366 G2 X34.841 Y50.504 R7.3N368 G1 Y11.504N370 G2 X32.703 Y6.342 R7.3N372 G3 Y-7.8 R10.N374 G1 X39.774 Y-14.871N376 G0 Z9.N378 X53.704 Y-.517N380 Z-10.7N382 G1 Z-16. F50.N384 X46.633 Y6.554 F150.N386 G3 X32.491 R10.N388 G2 X27.541 Y4.504 R7.N390 G1 X-11.459N392 G2 X-18.45