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遼寧工程技術大學 課 程 設 計 題 目：數控銑削加工工藝設計與編程加工 班　　級：機械11-4 姓　　名：宋士彬 指導教師：孫遠敬 完成日期：2015.1.29 摘 要 數控技術的應用不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造成為了工業(yè)化的象征，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國民生計的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。本文介紹了數控銑削中心的結構與原理，然后就典型凸臺類零件加工方法以及加工工藝和程序進行了詳細的說明。 關鍵詞：加工中心； 典型零件； 加工工藝；程序  ABSTRACT The application of numerical control technology not only brought revolutionary change to traditional manufacturing，Make manufacturing has become the symbol of the industrialization, and with the continuous development of numerical control technology and application field expands, it to some of the important national life is playing a more and more important role in the development of industry. This paper introduces the structure and principle of CNC milling center, then the typical convex parts machining method and machining process and procedure in detail. Keywords: Machining center; Typical parts; The processing technology; The program 目 錄 一.設計說明 2 二.圖樣分析 2 1. 圖面分析 2 2．精度分析 3 (1)尺寸精度 3 （2）形位精度 3 （3）表面粗糙度 3 三.工藝分析及處理 3 1．數控銑削加工零件與加工 4 （1）機床與毛坯 4 （2）數控銑削加工分析 4 2．數控銑削加工工件的安裝方式 4 3.數控銑削加工刀具 5 （1）刀具的選用 5 4.數控銑削加工工序 7 1）數控銑削加工工序的劃分 7 2）工步順序的安排原則 7 3）工序順序的安排原則 7 四.加工用量的選擇與確定 9 五.編程參數的計算 9 1 切削參數的選擇 9 （1） 主軸轉速（n） 9 （2） 進給速度 (f) 9 （3）切削深度和切削寬度 9 2 基點的計算 9 六.編程加工 10 1建立工件坐標系 10 2程序編制的原則 11 3數控加工程序編制 11 一.設計說明 根據如圖1所示的零件圖，通過圖樣分析、工藝分析、加工用量的選擇、程序的編制完成工件的數控程序設計。 圖1零件圖 1. 工件表面去毛倒棱 2. 加工表面粗糙度側平面及孔Ra1.6m.底平面為Ra3.2m 3. 材料45鋼 圖2立體圖 二.圖樣分析 在圖樣分析中，首先要正確分析零件圖，確定零件的加工部位與順序，并根據零件圖的技術要求，分析零件的形狀、基準面、尺寸公差和粗糙度要求等。 1.圖面分析 如圖1-1所示的零件是典型的方圓結合類零件，通過對此零件圖的分析可知道：此零件的外輪廓圓臺、正方圓弧凸臺、三角凸臺，中心有一個通孔。雖然該零件軌跡曲線不太復雜，但有著嚴格的幾何精度要求，必須保證其尺寸精度和幾何精度，所以加工難度較大。 2．精度分析 (1)尺寸精度 如圖1-1所示的零件中精度要求較高的尺寸主要有四方體尺寸加工誤差為0.03mm、六邊形和整圓尺寸的加工誤差為0.04mm、 深度尺寸為0.05mm、孔的尺寸為Ф10H8等。 對于尺寸精度要求，主要通過加工過程中的精確對刀，正確選用刀具的磨損量和正確選用合適的加工工藝等措施來保證。 （2）形位精度 如圖1-1所示的零件中主要的形位精度有四方體、六方體、整圓相對于外形中心線的對稱度，加工表面相對于工件底平面的平行度等。 對于形位精度的要求，在對刀精確的情況下，主要通過工件在夾具中的正確安裝等措施來保障。 （3）表面粗糙度 如圖1-1所示的零件中，所加工表面底面的表面粗糙度R3.2m，所加工表面?zhèn)绕矫婧涂椎谋砻娲植诙纫缶鶠镽1.6m。 對于表面粗糙度要求，主要通過選用正確的粗、精加工路線，選用合適的切削用量等措施來保證。加工完成后需要進行清根操作，同時還要對整個零件進行手動去毛倒棱，自檢自查。 三.工藝分析及處理 數控銑削加工工藝的實質，就是在分析零件精度和表面粗糙度的基礎上，對數控銑削的機床選擇、毛坯選擇、加工方法、裝夾方式、切削加工進給路線、刀具選擇以及切削用量等工藝內容進行正確而合理的選擇。 1．數控銑削加工零件與加工 （1）機床與毛坯 如圖1-1所示的零件選用的機床為FANUC-0i系統(tǒng)的數控銑床，毛坯材料選用45鋼，尺寸為Φ80mm*35mm的圓鋼。 （2）數控銑削加工分析 為了保證零件的各項精度需求，本工件采用對整個零件進行先粗加工，在精加工的加工方案。粗加工主要用于去除工件余量，對于粗加工后的精加工余量，在保證加工余量的基礎上，應盡量減少精加工余量。粗加工時，應以保證加工效率為主，因此粗加工一般使用大直徑刀具。數控銑床加工零件時，粗加工和精加工一般采用順銑即左刀補的加工方式。 2．數控銑削加工工件的安裝方式 由于該工件為單件加工，所以在加工過程中選用通用夾具進行定位與裝夾。根據加工要求選用三爪卡盤為夾具，工件裝夾后，首先找正工件側母線與主軸方向平行，然后找正工件中心，并將該點設為工件坐標系的原點。 夾具的要求，在數控銑削加工過程中，夾具是用來裝夾被加工工件的，因此必須保證被加工工件的定位精度，并盡可能做到裝卸方便、快捷。 選擇夾具時應優(yōu)先考慮使用通用夾具，使用通用夾具無法裝夾、或者不能保證被加工工件的定位與加工工序的定位精度時，才采用專用夾具，專用夾具的定位精度較高，成本也較高。 對于本設計凸臺類零件銑削加工的夾具選擇三角卡盤。 3.數控銑削加工刀具 在零件加工中，刀具的選擇是一項非常重要的工藝內容。刀具選擇的好壞，將直接影響到工件的精度和質量。在加工時，主要根據工件材料、工序內容、機床的加工能力等。 傳統(tǒng)的機床加工對刀具的要求比較低，而數控機床對刀具的要求則特別高。現代數控機床轉速高，加工精度高，加工性狀多種多樣，而且加工的很多的零件的部位都是微細窄小表面，需要的刀具很小，因此，數控機床上的刀具就要有很高的要求。數控機床刀具一般要有高的強度、高剛度、高耐熱耐磨性和硬度。在加工時要仔細選擇刀具。 在數控銑床上，銑削零件側面時一般用高速鋼圓柱立銑刀，銑削上表面時多用硬質合金端面銑刀，加工溝槽時一般用硬質合金立銑刀，而對于一些底面圓或圓弧型的溝槽要用球頭銑刀，鉆孔時一般用的是高速鋼鉆頭。數控銑削表面時一般速度較高。 （1）刀具的選用 數控機床必須有與其相適應的切削刀具配合，才能充分發(fā)揮作用。數控加工中所用的刀具，必須適應數控機床所特有的工作條件，才能與機床在最佳配合條件下工作，從而充分發(fā)揮數控機床應有的作用。 由于數控機床具有多把刀具連續(xù)生產的特點，如果刀具設計、選擇使用不合理，就會造成斷屑、排屑困難或刀刃過早磨損而影響加工精度，甚至發(fā)生刀刃破損而無法進行正常切削，產生大量廢品或被迫停機，數控機床所用刀具不僅數量多，而且類型、材料、規(guī)格尺寸及采取的切削用量和切削時間也不相同，刀具耐用度的相差很懸殊。因此，在選用數控機床的刀具時，必須考慮到與刀具相關的各種問題。 數控機床對刀具的要求： 1)適應高速切削要求，具有良好的切削性能 2)高的可靠性 3)較高的刀具耐用度 4)高精度 5)可靠的斷屑及排屑措施 6)精確迅速的調整 7)刀具標準化、模塊化、通用化及復合化 對于本設計凸臺類零件銑削加工的刀具及其參數選擇見表2。 在刀具的選用中，粗加工選用直徑較大的刀具，本零件加工中選用Ф16mm的立銑刀進行加工，為減少換刀次數，粗、精加工中采用同一種刀具。 這個零件先用Ф16mm的立銑刀、Ф9mm的鉆、Ф16mm的立銑刀進行粗銑，再用Ф16mm的立銑刀進行精銑，用Ф2.5mm的鉆鉆定位孔，用Ф10mm的鉸刀對定位孔進行精加工。數控刀具明細表如表2 表2 數控刀具明細表及數控刀具卡 零件圖號 零件名稱 材料 數控刀具 明細表 程序編號 車間 使用設備 45#鋼 數控銑床 刀具號 刀位號 刀具名稱 刀具 換刀方式 加工部位 直徑 長度 手動/自動 設定 補償 設定 T1 1號刀位 Φ16mm立銑刀 20mm 10.2 20 手動 外形輪廓 T2 2號刀位 Φ2.5mm鉆 14.5mm 15 手動 中心孔定位 T3 3號刀位 Φ9mm鉆頭 10mm 5 25 手動 鉆孔 T4 4號刀位 Φ10H8鉸刀 8.5mm 12 手動 鉸孔 T5 5號刀位 Φ16mm立銑刀 9mm 12 手動 外輪廓 編制 審核 批準 第1頁 共1頁 表3工藝過程卡 零件名稱 零件材料 毛坯種類 毛坯硬度 毛重/kg 凈重/kg 45#鋼 工序號 工序名稱 設備名稱及型號 夾具 進給量(mm/r) 主軸轉速 切削速度 冷卻液 1 粗銑外形輪廓 數控加工中心 三爪卡盤 0.25mm/r 600r/min 113m/min 乳化液 2 中心鉆定位 數控加工中心 三爪卡盤 0.025mm/r 2000r/min 376m/min 乳化液 3 鉆孔 數控加工中心 三爪卡盤 0.1mm/r 600r/min 18m/min 乳化液 4 鉸孔 數控加工中心 三爪卡盤 0.1mm/r 1000r/min 31m/min 乳化液 5 精銑外形輪廓 數控加工中心 三爪卡盤 0.1mm/r 1000r/min 251m/min 乳化液 6 手動去毛倒棱，自檢自查 4.數控銑削加工工序 1）數控銑削加工工序的劃分 ①以一次安裝能夠進行的加工為一道工序 ②以一個完整的數控程序能夠連續(xù)進行加工的內容為一道工序 ③以零件的類同結構內容使用一把刀具進行加工為一道工序 ④以粗加工、精加工劃分工序 2）工步順序的安排原則 ①先粗后精 ②先近后遠 ③內外交叉 ④保證工件加工剛度原則 ⑤同一把銑刀盡量連續(xù)加工原則。 3）工序順序的安排原則 ①先加工定位面，即前道工序的加工能夠為后面的工序提供精加工基和合適的裝夾表面。制定零件的整個工藝路線實質上就是從最后一道工序開始從后往前推，按照前道工序為后道工序提供基準的原則來進行安排。 ②先加工平面后加工孔，先加工簡單的幾何形狀，后加工復雜的幾何形狀。 ③對于零件精度要求高，粗、精加工需要分開的零件，先進行粗加工，后進行精加工。 ④以相同定位、夾緊方式安裝的工序，應該連續(xù)進行，以便減少重復定位次數和夾緊次數。 ⑤加工中間穿插有通用機床加工工序的零件加工，要綜合考慮合理安排加工順序。 對于本設計凸臺類零件銑削加工的工序安排見表3。 通過一次工件的加工可以發(fā)現，只有不斷的進行設計分析，不斷的總結，才能更好的完善零件加工的流程，加工出更加標準的工件。 數控銑削加工分十一步切削進行加工，工序如下: 1)粗銑外型輪廓：采用 Ф16mm的立銑刀，粗銑加工內外型輪廓，單邊留精加工余量0.3mm。 2)定位孔加工：采用Ф2.5mm的中心鉆，對Ф10H8的定位孔定位。 3)鉆孔加工 ： 采用Ф9.8的標準麻花鉆，對前一步加工成型的定位孔進行鉆孔加工，加工深度為35mm。 4)鉸孔加工： 采用Ф10H8的鉸刀，對圖中 Ф10H8的孔進行鉸孔加工 5)精銑外型輪廓：采用Ф16mm的立銑刀，精銑加工外型輪廓成型達到要求 6）清根 數控加工工序卡和切削用量選擇見表4。 表4 數控加工工序卡 單位 數控加工工藝卡 產品名稱或代號 零件 名稱 材料 45鋼 車間 使用設備 數控加工室 數控加工中心 工藝序號 工藝名稱 工步號 工步內容 夾具 量具及檢具 刀具 主軸轉速 （r/min） 進給速度(mm/min) 背吃 刀量 備注 1 粗銑外形輪廓 三爪卡盤 游標卡尺 T01 600 150 5 單位 數控加工工藝卡 產品名稱或代號 零件名稱 材料 45鋼 車間 使用設備 數控加工室 數控加工中心 工藝序號 工藝名稱 工步號 工步內容 夾具 量具及檢具 刀具 主軸轉速 （r/min） 進給速度(mm/min) 背吃刀量 備注 1 中心鉆定位 三爪卡盤 游標卡尺 T02 2000 50 0.5D 單位 數控加工工藝卡 產品名稱或代號 零件名稱 材料 45鋼 車間 使用設備 數控加工室 數控加工中心 工藝序號 工藝名稱 工步號 工步內容 夾具 量具及檢具 刀具 主軸轉速 （r/min） 進給速度(mm/min) 背吃刀量 備注 1 鉆孔 三爪卡盤 游標卡尺 T03 600 60 0.5D 2 鉸孔 三爪卡盤 游標卡尺 T04 1000 100 單位 數控加工工藝卡 產品名稱或代號 零件 名稱 材料 45鋼 車間 使用設備 數控加工室 數控加工中心 工藝序號 工藝名稱 工步號 工步內容 夾具 量具及檢具 刀具 主軸轉速 （r/min） 進給速度(mm/min) 背吃 刀量 備注 1 精銑外形輪廓 三爪卡盤 游標卡尺 T04 1000 100 0.2 四.加工用量的選擇與確定 由于如圖1-1所示零件的加工是凸臺類零件的銑削加工，所以精加工時，凸臺類類零件的加工余量為1mm。具體加工過程中的用量選擇與確定見表3 五.編程參數的計算 1 切削參數的選擇 （1） 主軸轉速（n） 對于高速鋼刀具，切削速度v取20m/min~30 m/min，根據公式“n=1000v/3.14D”選取粗加工時主軸轉速n=600r/min，精加工時主軸轉速n=1000r/min。 （2） 進給速度 (f) 粗加工時,為提高生產效率，在工件質量保證的前提下，可選擇較高的進給速度，一般為100mm/min~200mm/min，本零件加工中粗加工進給速度取150mm/min。精加工時，為保證精加工精度要求和表面粗糙度要求，印選較小的進給速度，一般在50mm/min~100mm/min的范圍中選取，本零件精加工進給速度取50mm/min。 刀具空行程的進給速度一般取G00速度，或在600mm/min~1500mm/min的范圍中選取。 （3）切削深度和切削寬度 采用高速鋼刀具粗加工時，切削深度一般選取刀具直徑的0.5倍~0.8倍，本零件的粗加工中的切削深度取5mm。精加工時，為了保證工件表面質量，一般在深度方向一次性切深。 高速鋼刀具的切削寬度可取刀具直徑的0.75倍~1倍，具體加工過程中的刀具選擇與確定見表2。 2 基點的計算 圖3基點坐標標注 A (-15 -25.98) B (-30 0 ) C (-15 25.98 ) D (15 25.98) E (30 0 ) F (15 -25.98) G (0 -25.98) H (-22.5 12.99) I (22.5 12.99) M (-5.0 -43.3) N (-25.0 -25.98) 六.編程加工 1建立工件坐標系 銑床上編程坐標原點的位置是任意的，它是編程人員在編制程序時根據零件的特點來選定的，為了變成方便，一般要根據工件形狀和標注尺寸的基準以及計算最方便的原則來確定的工件上某一點為坐標原點，具體選擇注意如下幾點： (1) 編程坐標原點應選在零件圖的尺寸基準上，這樣便于坐標值的計算， 減少計算錯誤。 (2) 編程坐標原點應盡量選在精度較高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。 (3) 對稱的零件，編程坐標原點應設在對稱中心上；不對稱的零件，編程坐標原點應設在外輪廓的某一角上。 (4) Z軸方向的零點一般設在工件表面。本設計選擇Φ10圓的圓心處為工件編程X、Y軸原點坐標，Z軸原點坐標在工件上表面。 2程序編制的原則 工件坐標系原點的選擇原則: 1)工件原點應該選擇在工件的設計基準上，以便于編程。 2)工件原點盡量選擇在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上。 3)工件原點最好選擇在工件的對稱中心上。 3數控加工程序編制 (1)粗細外輪廓主程序 D01=8.5 O051 G90G94G21G40G54F100 G91G28Z0. M03S600 G90G00X-50.Y-50. Z30. M08 G01Z-5.F100 M98P101 G01Z-10.F100 M98P101 G01Z-15.F100 M98P101 G01Z-20.F100 M98P101 m00 G01Z-5. M98P102 G01Z-10. M98P102 G01Z-15. M98P102 m00 G01Z-5. M98P103 G01Z-10. M98P103 m00 G01Z-5. M98P104 G91G28Z0. M30 四方圓弧子程序 O0101 G90G41G01X-30.D01 Y20. G02X-20.Y30.R10. G01X20. G02X30.Y20.R10. G01Y-20. G02X20.Y-30.R10. G01X-20. G02X-30.Y-20.R10. G40G01X-50.Y-50. M99 六方凸臺子程序 O0102 G90G41G01X-5.Y-43.3D01 X-30.Y0. X-15.Y25.98 X15. X30.Y0. X15.Y-25.98 X-25. G40G01X-50.Y-50. M99 圓凸臺子程序 O0103 G90G41G01X15.Y-25.98D01 X0. G02X0.Y-25.98I0J25.98 G01X-15. G40G01X-50.Y-50. M99 三角凸臺子程序 O0104 G90G41G01X10.Y-43.3D01 X-22.5Y12.99 X22.5 X-10.Y-43.3 G40G01X-50.Y-50. M99 (2)定位孔加工 O0200 G90G94G21G40G54F100 G91G28Z0. M03S1500 G90G00X0.Y0. G01Z-0.5F100 Z5. G91G28Z0. M30 鉆孔 O0201 G90G94G21G40G54F100 G91G28Z0. M03S600 G90G00X0.Y0. G85X0.Y0.Z-38.R5. G80 G91G28Z0. M30 精鉸孔 O0202 G90G94G21G40G54F100 G91G28Z0. M03S300 G90G00X0.Y0. G85X0.Y0.Z-38.R5.F100 G80 G91G28Z0. M30 (3)精銑外輪廓主 D01=8 O0502 G90G94G21G40G54F100 G91G28Z0. M03S1000 G90G00X-50.Y-50. Z30. M08 G01Z-20.F100 M98P101 m00 G01Z-15. M98P102 m00 G01Z-10. M98P103 m00 G01Z-5. M98P104 G91G28Z0. M30 總結 課程設計是大學生在校學習過程中的一個重要環(huán)節(jié)。它體現了我們對在大學中所學知識的綜合應用，課程設計說明書是大學生提交的一份有一定學術價值的科技論文，是對我們學習成果的綜合性總結和檢閱，是在教師指導下所取得的科技成果的文字記錄，也是檢驗學生掌握知識的程度、分析問題和解決問題基本能力的一份綜合答卷，還是對學校人才培養(yǎng)效果的全面檢驗，是學校教育教學質量評價的重要內容。 在編寫課程設計的過程中，我翻閱了大量的相關資料，對三年多來所學專業(yè)知識進行了全面系統(tǒng)的分析、整理、總結，這不僅使我們三年多來所學的知識得到了鞏固和提高，使我們對數控技術的專業(yè)知識有了更寬廣更深入的了解，增加了對工件設計和數控加工的經驗，更重要的是，在此過程中提高了我們自學和查閱資料的能力，鍛練了我們分析和解決問題的能力。 本次課程設計，在向指導老師請教及她的精心指導過程中，我深刻體會到老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹的治學精神和深厚的理論知識水平。在此期間，我學到的不僅是我們的專業(yè)知識，還從中學習了許多待人處事的道理、方法，通過對老師們社會閱歷的了解，對我們這些大學生今后的生活和工作有了很大的幫助。在設計的過程中我們遇到的小困難也是層出不窮，在對這些困難的解決中，同學們共同分析、探討，無形中，不僅使我們之間的關系更加融洽，更培養(yǎng)了我們的團隊合作精神。 通過此次設計，我受益非淺。這對于我以后的工作和生活都有很大的幫助。 、 參考文獻 1. 余英良.數控加工編程及操作.北京：高等教育出版社，2005.1 2. 胡建生.AutoCAD繪圖實訓教程.北京：機械工業(yè)出版社，2007.6 3. 趙長明.數控加工工藝及設備.北京：高等教育出版社，2003.5 4. 周崢.工程材料與熱處理.濟南：山東大學出版社，2004.8 5. 余英良.數控銑削加工實訓及案例解析.北京：化學工業(yè)出版社，2007.9 6. 沈建峰.數控銑床/加工中心編程與操作實訓.北京：國防工業(yè)出版社，2008.3 7. 葉南海.UG NX 5.0模具設計基礎與應用提高.北京：國防工業(yè)出版社，2008.1 8. 蒲志新.數控技術.北京：理工大學出版社，2014.3