机械数控零件加工工艺与编程毕业设计.docx

1、机械数控零件加工工艺与编程毕业设计 毕业设计数控零件加工工艺与编程CNC Parts Machining Technology and Programming 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 导师单位： 论文提交日期： 摘 要 数控加工因为其高柔性、高精度、高度自动化与高效率的特点，在机械制造业中的应用越来越广泛，在当今社会的位置越来越重要。本次设计我使用手动编程。本次毕业设计是关于某个零件的加工工艺与程序进行分析与编制，在本次设计中,通过对零件的图形分析,材料分析,选好了加工毛坯尺寸,另外还对加工的工序.工艺进行分析,从而手工将加工零件的全部工艺过程、工艺参数、位移数据

2、等以规定的代码、程序格式写出,编制出了适合所选铣床的程序。完成这次设计我做了以下工作：1.零件图进行分析。本零件是对称图形，尺寸要求不高，但是有圆角、曲面和二次曲线较复杂的结构，对加工的程序要求高。根据零件图，合理的构思出加工顺序，并数字化建模，用UG软件画出零件的立体图，并选择毛坯材料和尺寸。2.零件工艺性分析。加工的零件是对称的图形，一零件的几何中心为进刀点，也作为程序的原点。非加工的边缘四周区域是正方形，所以方便装夹，对夹具的要求不高。台虎钳足以满足零件装夹的要求。加工零件选择合理道具，粗铣毛坯量大，用面铣刀进行加工，其余的用6的立铣刀加工。球面用6球面铣刀加工。根据刀具和零件的要求算出

3、切削用量，制定工艺卡片。3.数控铣床零件加工程序的编制。手动编写出零件的加工程序，零件的程序中应用到了倒圆角的宏程序，球面的宏程序，二次曲线的宏程序。使用了G68旋转固定循环。零件加工的是内部结构，所以由上之下，由中间到四周进行加工。根据工艺卡片的要求分先后分别进行粗精加工。关键词: 零件的分析 装夹 工艺 编程 宏程序AbstractBecause the numerical control processing its high flexibility, the high accuracy, highly automated and the high efficiencys charact

4、eristic, is getting more and more widespread in machine-building industrys application, is now getting more and more important in societys position.This graduation project is carries on the analysis and the establishment about some components processing craft and the procedure, in this design, throu

5、gh to the components graph analysis, the material analysis, chose the processing blank dimension, in addition to processing working procedure. The craft carries on the analysis, thus the handwork will process the code which, the program format the components the complete technological process, the t

6、echnological parameter, the displacement data and so on stipulated to write, established has suited chooses milling machines procedure. Completes this design to obtain from the following several steps:1.the pair gives the detail drawing carries on the analysis. This components are the symmetric figu

7、re, the size request are not high, but has the fillet, the surface and the conic section complex structure, requests high to the processing procedure. According to the detail drawing, the reasonable idea processing sequence, and the digitized modelling, draws the components with the UG software the

8、block diagram, and chooses the semifinished materials material and the size. 2.the components carry on the technological analysis. The processing components are the symmetrical graph, a components geometric center is the feed spot, also as procedure zero point. The non-processings edge all around re

9、gion is a square, therefore the convenient attire clamps, is not high to jigs request. The bench vise satisfies the request which sufficiently the components attire clamps. The processing components choice reasonable stage prop, the rough milling semifinished materials quantity is big, carries on th

10、e processing with the face milling cutter, other uses 6 end mill processing. The spherical surface processes with 6 the spherical cutter. Figures out the cutting specifications according to the cutting tool and the components request, the formulation process chart.3.the numerical control milling mac

11、hine components add the project the foreword establishment. Manual compiled the components the processing program, in the components procedure applies the round angle great procedure, the spherical surface great procedure, the conic section great procedure. Used G68 to revolve the fixed cycle. What

12、components processing is the internal structure, therefore from, to all around carries on the processing from among. Carries on the thick precision work separatelysuccessively according to process charts request minute.key word: Components analysis Clamping Process Programming Macro programs第一章 绪论数控

13、是现代机械加工的主流，并随着科学技术的发展，在不断进步。但是机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转换。1因此，数控技术应用加工效率有待提高。据统计数控加工与编制加工程序的时间之比为1：30，所以提高生产效率，程序的编制是关键。短时间内制定零件的加工程序，可以有效的缩短数控加工时间。本次零件的手动编程，缩短编程时间，提高生产效率。数控零件加工工艺与编程设计中，采用了手动编程。手动编程与自动编程应用较多。自动编程是用CAD/CAM根据三维零件生成程序，虽然方便，可以生成复杂零件的程序，但是当需要改动时，改动较大，影响加工效率。手

14、动能绘制简单零件的程序，但是适应零件的范围广，改动很快捷，这次零件结构简单，适合手动编程。在零件加工前对其进行工艺分析，编制程序的基本知识和基本理论进行了解；选用机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法；掌握数控工艺加工方法和数控加工程序编程方法。1.1 零件图分析与数字化建模分析零件图选择毛坯的尺寸，对零件加工尺寸、表面粗糙度等技术要求综合分析，得出零件的加工过程，最后选择合适的机床。根据零件图，用UG生成零件图的同时定下零件的内部腔体的加工顺序。目前主要的CAD/CAM软件有UG、PRO/E、CAXA、MasterCAM等。但是UG作为模具行业适用最广的数字化制图软件，和数控联系紧密。它不仅三

15、维建模功能强大，而且整个软件功能齐全，仿真刀路加工很形象，再加上对UG数字化建模的熟悉，所以选择了UG这个软件生成零件的立体图。适用UG时，我用到了长方体的命令来生成毛坯，用草图功能画出两正交椭圆，并修剪好两椭圆相交的二次曲线轮廓，再使用拉伸求差的命令得到内部结构。再使用边倒圆功能来满足零件的要求。最后在适用草图功能，画出球面的截面二维图形，最后回转求差得到球面图形。两椭圆正交形成的内腔，然后倒圆角，再对内腔底部的轮廓进行边倒圆，最后铣出球面。1.2 零件的工艺分析零件形状是对称的，所以用零件的几何中心为加工中心。毛坯选择的是长方体，四周便与装夹，用台虎钳能满足零件的加工，而且现有数控铣床用的

16、夹具就是台虎钳，节约选择夹具的时间。装夹好零件，根据铣床的加工特点，合理的制定出加工路线。零件是内腔结构，所以从中心入刀，每层进给3mm的深度，分层铣削，先粗加工，加工完测量尺寸，改刀补进行精加工。根据需要加工的内部轮廓给出的条件，查相关的表，计算出加工零件时所需要的切削速度，主轴转速和背吃刀量，选择所需的刀具（精加工和粗加工选择不同的刀具加工），并制定出道具卡片和工艺卡片。1.3 手动编写程序了解数控程序的意义和编制的格式、要求、特点等，在结合零件的内部结构，编制出合理的程序。以零件上表面的几何中心为零件的程序原点，用宏程序编写出曲线的轮廓，球面轮廓，倒圆角轮廓。虽然现在程序有自动编程，半自

17、动编程，但是我选择手动编程是因为，在简单的程序，自动与半自动都是由很多的坐标构成的，这对于机床本身就有不小的运算负荷，机床存储空间不能满足不说，加工的效率也很难保证，对于球面加工CAD/CAM软件是不能智能分辨曲面的概念。2手动编制宏程序，不仅语言简练而且严谨。3它把机床功能参数与编程语言结合，而且灵活的参数设置也使机床具有最佳的工作性能，同时也给予操作人员极大的调整空间。另外宏程序使编程人员从繁琐的、大量重复性的编程工作中解脱出来。+所以用宏程序编制了曲线、圆角、球面的加工程序，结合数控铣床的加工特点，完成这次设计。随着科学的进步，数控技术也在随着提高，我觉得以后的数控加工会有很大的发展前景

18、。这次的毕业设计很重要，贴合实际，跟住了时代的步伐。第二章 零件图的分析与数字化建模2.1 零件图 见图1图1 数控加工二维零件图2.2 零件图的分析根据零件图1可知该零件整体是由（100mm*100mm）的正方形拉伸30mm成的长方体，所以准备一个105*105*35的长方体为加工毛坯，加工表面后得到100*100*30的尺寸。在长方体上表面由两个椭圆正交形成的阶梯形内腔，第一阶梯2mm深，第二阶梯向里偏置2mm深度为8mm。并且在两椭圆正交形成的四个拐角进行倒圆角，第一阶梯椭圆圆角半径R=8mm，第二阶梯椭圆半径R=10mm。，在内腔的底部整个轮廓进行边倒圆，边倒圆半径R=4mm。在零件底

19、部中央需要加工一个深度为4mm，宽度为35mm的球面。圆球的半径R=40.28mm。2.2.1 零件的加工表面分析本零件表面未给出加工要求，所以只要按照一般的表面处理方法即：先铣毛坯的四周便与装夹，因为零件是对称的，所以再以把不加工的一面加工平，把其作为放置平面，用台虎钳装夹在铣床工作台上。留粗加工余量。2.2.2 零件的技术要求分析由零件图1可知，该零件的加工轮廓由曲线、圆弧及直线构成，其形状复杂，所以加工需要采用数控机床铣削加工。零件的尺寸公差为IT14，表面粗糙度为给出要求，按一般数控加工方法，可以保证达到要求。腹板厚度30mm，且面积大，加工时不易发生振动，对加工的不利影响较小。 该零

20、件为对称图形，且只在一面上加工铣削，所以只需要一次装夹就能加工出来。零件的加工深度最深为14mm所以选择刀具长度在20mm以上的刀具。改腔体内部有边倒圆（R=4mm），所以要选择球头铣刀。该腔体有阶梯布置，第一第二阶梯拐角出倒圆角半径分别为R=8mmR=10mm，但是这些圆角在XZ平面内，只需要一把6mm的立铣刀就够了。零件的尺寸标注较统一，且无封闭尺寸；构成该零件轮廓形状的各几何元素条件充分无互相矛盾之处，有利于编程和数控加工。2.3 零件的材料分析已给出材料45钢，HBS250，适合数控加工。2.4 零件的加工过程整体加工步骤是由上而下的加工，以零件的中心为原点，每次下3mm的深度，把大部

21、分的余量铣去。然后用椭圆一层层的往下铣削除，每次铣3mm的深度，最后一次铣4mm，然后旋转90度，重复以上步骤。注意的是在底部加工椭圆是留一个高4mm宽4mm的台阶，为下面边倒圆留加工余量。用宏程序编出两椭圆相交拐角处倒圆角的四分之一轮廓，然后旋转加工成整体轮廓。一同样的方法一层层套用该宏程序，加工出圆角。接下来是边倒圆，宏程序边倒圆。最后是在底部加工圆球。2.5 零件毛坯的设计根据本设计的要求，给出的毛坯的尺寸是除上表面以外的其它表面均已经加工，固定毛坯的尺寸为100*100*30mm，材料用45钢。2.6 数字化建模UG软件建模 如：图2图2 零件的立体图打开UG，新建prt文件，Ctrl

22、+m进入建模环境，选择立方体命令，创建100*100*30的长方体。以上表面几何中心原点为椭圆的中心点，创建椭圆，长轴为80，短轴为30的椭圆。以原点为旋转中心，把上一步创建的椭圆旋转90度。用修建命令留下椭圆的外部轮廓，并向外偏置2mm的距离向内偏置4mm的距离，为轮廓和。将生成的椭圆轮廓向Z轴负方向拉伸2mm的距离，并与长方体求差。生成的椭圆轮廓同方向拉伸6mm的距离，与长方体求差。生成的椭圆轮廓同方向拉伸10mm与长方体求差。形成的内部腔体的四个边角，进行倒圆角。第一阶梯的倒圆角R=8mm，第二阶梯的倒圆角R=10mm。再对内腔底部进行R=4mm的边倒圆。最后用草图在XZ平面内画出半个球

23、面的截面轮廓，用回转中心的命令与底部求差，在底部的平面上生成一个深度为4mm，宽度为35mm的球面，球的半径R=40.28mm，完毕后保存。第三章 零件工艺规程的设计3.1 定位基准的的选择3.1.1 粗、精基准的选择为精加工做准备前，需要加工一个平面，保证它的平面度。所以粗基准为毛坯的待加工表面，及毛坯的上表面。以它为基准，加工出一个平面，来保证零件加工的精度。把上一步加工的平面作为精基准，这样使加工表面在一个平面的位置上。用精基准为最终基准。即设计基准、工艺基准和编程基准统一，这样可以减少基准不重合时产生的误差和数控编程中的计算量，并可以较少装夹次数，更保证了零件的尺寸要求。零件的毛坯是规

24、则（100*100*30）长方体，零件也是规则的图形，所以基准无特殊要求。3.2 装夹方案的确定在机床加工工件时，为保证工件加工精度，必须正确装夹工件，使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置。由于设计要求中明确提出加工工件具有对称度和平行度的特征，因此本设计中，在确定装夹方案时，重点考虑到保证工件上被加工表面的尺寸精度、平行度、对称度等。4在本设计中，采用虎台钳机构对工件进行装夹。台虎钳夹具是常规夹具，价格便宜，而且本零件对装夹的要求不高，只要能加紧零件，保证加工平面水平即可。所以装夹零件时候，底部加上垫块，保证毛坯水平的底面放置水平，这样粗铣加工平面，保证加工平面的平行度，台虎钳能满足

25、要求。虎台钳的两爪夹住100*30mm的两个面，基面用粗糙度较高的垫块顶住，防止在加工过程中，被加工工件产生振动或相对偏移。装夹示意如图3所示。图3 零件的装夹3.3 确定加工顺序及走刀路线加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定。该零件是对称图形，先找到零件的中心，就能够实现零件的加工。该零件的铣削加工中的路线包括平面内轨迹的加工进给和深的进给。用两轴联动的数控铣床上进行加工。对于平面内的两椭圆正交形成的内轮廓，先从中间原点开始加工，去除大部分的余量。余量的去除时，先走中间的圆，然后十字相交去除其余的余量。余量去完后开始进行椭圆的加工。先从原点进刀，走到椭圆圆弧的起点，走单一椭圆，然后

26、旋转加工出另一个椭圆。每一层的加工都是如此。注意的是底部留个边倒圆的余量。加工完后进行倒圆角。对于零件加工的深度进给有两种方法：一种是在XZ或YZ平面内往复铣削进给到要求的深度位置，另一种是先打出一个工艺孔，然后从工艺孔的上方进给到要求的深度位置。该零件的加工是选的第一种。每次进给3-4mm的深度。最后换球头铣刀加工球面。3.4 机床的选择及说明根据以上计算要求，本设计用TK7640（不带刀库）数控铣床进行加工，这是采用FANUC-Oi系统，其自身重量为3000kg，工作台行程X、Y、Z的范围是600*400*600mm，主轴为无极变速，其变速范围是20-3000，G00快速点定位速度最大是5

27、000,G01直线插补速度最大是2500，刀柄采用BT-40的型号，电源有24V低压提供控制电路以及380V高压提供主轴工作，工作台允许的最大重量为300，气压源要求是0.6m。3.5 选择零件铣削加工时的刀具3.5.1 加工本零件刀具的基本要求(1) 铣刀的刚性要好要求铣刀刚行好的目的，因为在粗铣105*105*35的毛坯时为了提高生产效率而采用的大切削用量的需要。再者为了适应数控铣床加工过程中切削用量难以调整的特点。在粗铣量大时铣削防止刚性差而断刀，要选择刚性好的。(2) 铣刀的耐用度要高在本次零件加工是6的立铣刀多次使用，如果刀具耐用度不高，磨损的快，不仅影响零件表面的质量和加工精度，而

28、且会曾加换倒与对刀次数，从而导致零件加工表面留下因对刀误差形成的接刀台阶，降低零件的表面质量。(3) 其他的注意点除以上两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能等也非常重要。因为加工的是内部腔体，排削更加重要，不然切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削在倒圆角，铣球面时影响表面质量。5总之被加工工件材料的热处理状态、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并或得满意加工质量的前提条件。3.5.2 本次加工使用铣刀种类加工中心刀具一般由刀具和刀柄两部分组成,由于要完成自动换刀功能,要求刀柄满足主轴的自动松开夹紧的功能,以及满足自动换刀机构的机械抓取、移动定位功

29、能。常用的铣刀有：高硬度铣刀、T型槽铣刀、球头端铣刀、超长硬质合金球头铣刀、精加工镜面球头铣刀、半精加工球头铣刀、球头铣刀等。为了零件加工的需要，现在主要以常用的面铣刀、立铣刀、模具铣刀(包括球头铣刀)加以简要介绍。(1) 面铣刀 粗铣毛坯105*105*35时，需要大面积切削量的铣刀，面铣刀适用于加工平面，尤其适合加工大面积平面。主偏角为90的面铣刀还能同时加工出与平面垂直的直角面。(2) 立铣刀在这次加工中，为内部腔体的加工，铣到内部的圆角，曲面面，边倒圆等。立铣刀主要用于加工沟槽、台阶面、平面和二维曲面很适合本次加工。(3) 模具铣刀在这次加工中，要加工R40.28mm球面，所以用到了球

30、头铣刀。球头立铣刀它的结构特点是球头或断面上布满了切削刃，圆周刃和球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。3.5.3 加工零件刀具的选用根据零件的结构特点，铣削内腔轮廓时，铣刀直径受到椭圆内腔限制见图4，取6的立铣刀。粗加工时选用6的高速钢立铣刀，精加工时选用6的硬质合金立铣刀。加工底面的球时，选择6的硬质合金球头立铣刀。所选刀具及其加工表面见表16零件加工刀具卡片。图4刀具在椭圆最小轮廓位置时的加工表1 零件加工刀具卡片产品名称或代号零件名称平面两椭圆正交内腔零件零件图号1序号刀具号刀具加工表面备注规格名称数量刀长/mm1T0180面铣刀145 粗铣毛坯2T026平头立铣刀130去除内腔大部分

31、余量3T026平头立铣刀130铣两椭圆4T026平头立铣刀130铣内腔轮廓铣圆角5T026平头立铣刀130内腔底部边倒圆6T036球头立铣刀130底部球面附：粗加工时选用6的高速钢立铣刀，精加工时选用6的硬质合金立铣刀3.6切削用量的选择 切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。精加工内腔两椭圆轮廓时留0.1mm的铣削余量。3.6.1 进给量()与进给速度()的选择铣削加工的进给量是指刀具转一周，工件与道具沿进给运动方向的相对位移量；进给速度是指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件表面的表面粗糙度、加工要求精度、刀具及材料等因素，参考表2选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。铣刀为多齿刀具，其进给速度、刀具转速、道具齿数及进给量的关系为。6表2 铣刀每齿进给量fz工件材料每齿进给量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钢0.10-0.150.10-0.250.02-0.050.10-0.15铸铁0.12-0.200.15-0.3