1、穿甲弹模型的数控制造毕业设计穿甲弹模型的数控制造毕业设计摘 要 (1)1 数控加工概述 (4)1.1 数控加工工艺的主要内容 (4)1.2 数控加工的特点 (5)1.3 数控加工的适应性 (6)2 数控加工工艺系统2.1数控机床加工工件的基本过程 (8)2.2数控加工工艺系统的基本组成 (8)2.3数控机床的主要类型 (10)2.4数控刀具的种类 (11)2.5数控机床夹具的类型和特点 (13)3 数控加工工艺设计与分析 3.1 技术要求 (14)3.2 毛坯的选择 (15)3.3 数控加工的定位基准选择 (17)3.4 数控机床的选择 (18)3.5 刀具的选择 (19)3.6 切削液的选择
2、 (20)3.7 数控加工零件工艺性分析 (21)3.8 加工方法的确定 (24)3.9零件的安装与夹具的选择 (25)3.10工序工步的划分 (27)3.11 切削用量的确定 (28)3.12 工序尺寸和编程尺寸 (29)3.13 对刀点与换刀点的确定 (30)3.14 加工路线的确定 (31)3.15 进给路线的控制 (32)4 数控加工程序的编制4.1 数控加工程序的格式 (34)4.2 数控加工程序单 (35)5 炮弹零部件的三维图形 (70)致 谢 (73)参考文献 (74)毕业设计任务书 (75)1.数控加工概述数控（Numerical Control,NC）技术是指用数字化的信息
3、对某一对现象进行控制的技术，控制对象可以是位移、角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、时间流量等物理量，这些量的大小不仅是可以测量的，而且可以经A/D或D/A转换，用数字信号来表示。数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易与在工厂或车间实行计算机管理，还是车间设备总数减少，节省人力，改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力和综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件
4、的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断提高。社会生产力的不断提高和科学技术的飞速发展，机械制造技术有了深刻的变化。由于社会对产品多样化的需求更加强烈多品种，中小批量生产比重明显增强，采用机械传动的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多样化的加工要求机床数控技术的应用。一方面，促使机械加工的大量前期准备工件与机械加工过程连为一体；另一方面，促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模
5、具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。1. 1数控加工工艺主要内容所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。数控加工与普通机床加工在方法和内容上很相似，但加工过程的控制方式却大相径庭。以机械加工中小批量零件为例，在通用机床上加工，就某工序而言，其工步的安排、机床运动的先后次序、进给路线及相关切削参数的选择等，虽然也有工艺文件说明，但操作上往往是由操作者自行考虑和确定的，而且是用手工方式进行控制的。在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需要的全部工艺
6、信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输入数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构-使机床实现加工运动的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编辑程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。可见，实现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺做必要的准备工作和编程后的善后处理工作。严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。因此，数控 工艺主要包括以下几方面的内容：1） 选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。2） 进行数控加工工艺设计。3） 对零件图形进行必要的数学处理。4） 编写加
7、工程序（自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序-加工程序）5） 按程序单进行制作控制介质。6） 对程序进行校验与修改。7） 首件试加工与现场问题处理。8） 数控加工工艺技术文件的编写与归档。1.2数控加工的特点数控加工与通用机床加工相比，在许多方面遵循一致的原则，在使用方法上也有很多相似之处。但由于数控机床本身自动化程度较高，设备费用较高，设备功能较强，使数控加工相应形成了如下几个特点：1.数控加工的工艺内容十分明确而具体进行数控加工时，数控机床是接受数控系统的指令，完成各种运动实现加工的。因此，在编制加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺因素，如切削用量、进给路线、刀具的几何形状，
8、甚至工步的划分与安排等一一作出定量的描述，对没一个问题都要给出确切的答案和选择。而不能像用普通机床加工时，在大多数情况下，对许多具体的工艺问题，由操作工依据自己的实践经验来自行考虑和决定。2.数控加工的工艺工作相当准确而严密在数控工艺的设计中必须要注意加工过程中的每一个细节，做到万无一失。尤其是对图形进行数学处理、计算和编程时，一定要准确无误。因此，要求编程人员除必须具备扎实的工艺基础知识和较丰富的实际工作经验外，还必须具有耐心和严谨的工作作风。 3.数控的工序相对集中一般来说，在普通的机床上加工是根据机床的种类进行的单工序的加工。这种“多序合一”现象也属于“工序集中”的范畴，极端情况下，在一
9、台加工中心可以完成工件的全部加工内容。 由于数控加工的特点和数控机床本身的性能与功能，使数控加工体现如下优点：1. 柔性加工程度高2. 自动化程度高3. 加工精度高4. 加工质量稳定可靠5. 生产效率高6. 良好的经济效益7. 有利于生产管理的现代化1.3数控加工的适应性 数控机床是一种高度自动化的机床，有一般机床所不具备的许多优点，所以数控机床加工技术的应用范围在不断扩大，但数控机床这种高度机电一体化产品，技术含量高，成本高，使用与维修都有较高的要求。根据数控加工的优缺点和国内外大量应用实践，一般可按适应程度将零件分为下列三类： 1.最适应数控加工的零件类 1）形状复杂，加工精度要求高，用普
10、通的机床很难加工或虽然能加工但很难保证加工质量的零件。2）用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。3）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件。4）必须在一次装夹中合并完成铣、镗、铰或攻螺纹等多工序的零件。2.较适应数控加工零件类1） 在通用机床上加工必须制造复杂的专用工装的零件。2） 需要多次更改设计后才能定型的零件。3） 在通用机床上加工需要做长时间调整的零件。4） 用通用机床加工时，生产效率很低或体力劳动强度很大的零件。3.不适应数控加工零件类1）生产批量大的零件 2）装夹困难或完全靠找定位来保证加工精度的零件。3）加工余量很不稳定的零件，且在数控机床上无在线检测系
11、统用于自动调整零件坐标位置。4）必须用特定的工艺装备协调加工的零件。总上所述，建议：对于多品种小批量零件；结构复杂，精度要求较高的零件；需要频繁改型的零件；价格昂贵，不允许报废的关键零件和需要最小生产周期的急需零件采用数控加工。图11表示普通、专用、数控机床的零件加工批量与综合费用的关系。图12表示零件复杂程度及批量大小与机床的选用关系。 1-1 1-22.数控加工工艺系统2.1数控机床加工工件的基本过程从下面的图中可以看出数控机床加工工件的基本过程，即从零件图到加工好零件的整个过程。2.2数控加工工艺系统基本组成 机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件等组成的统一整体，成为工艺系统。数控加工工
12、艺系统是由数控机床、夹具、刀具和工件等组成的，如下图所示。（1） 数控机床 采用数控技术或装备了数控系统的机床，称为数控机床。它是一种技术密集度和自动化程度都比较高的机电一体化加工装备。数控机床是实现数控加工的主体。（2） 夹具 在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置系统称为夹具。在机械制造工厂，夹具的使用十分广泛，从毛坯制造到产品装配以及检测的各个生产环节，都有许多不同种类的夹具。夹具是实现数控加工的纽带。（3） 刀具金属切削刀具是现代机械加工中的重要工具。无论是普通机床还是数控机床都必须依靠刀具才能完成切削工作。刀具是实现数控加工的桥梁。（4） 工件工件是数控加工的对象。2.3数控
13、机床的主要类型 1.按加工方式和工艺用途分类 这种分类方法和普通机床的分类方法相似，按切削方式不同，可分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床等。 有些数控机床具有两种以上切削功能，例如：以车削为主兼顾铣、钻削的车削中心；具有铣、镗、钻削功能，带刀库和自动换刀装置的镗铣加工中心（简称加工中心）。另外，还有数控电火花线切割、数控电火花成型、数控激光加工、等离子弧切割、火焰切割、数控板材成型、数控冲床、数控剪床、数控液压机等各种不同种类的数控加工机床。2. 按加工路线分类数控机床按其刀具与工件相对运动的方式，可分为点位控制、直线控制和轮廓控（1） 点位控制-刀具与工件相对运动时，只控制
14、从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和方向。这中控制方式多用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等。（2） 直线控制-刀具与工件相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还要保证平行坐标轴的直线切削运动。由于只作平行轴的直线进给运动，因此不能加工复杂的工件轮廓。这种控制方式用于简易的数控车床、数控铣床、数控磨床。（3） 轮廓控制-刀具与工件相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时控制，因此可以加工平面曲线轮廓或空间曲面轮廓。采用这种控制方式的数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心。3. 按可控制联动的坐标轴分类（1） 两坐标联动-数控机床能同时控制两个坐标轴
15、联动，即数控装置同时控制X和Z方向运动，可用于加工各种曲线轮廓的回转类零件。如果机床本身有X、Y、Z三个方向的运动，数控装置只能同时控制两个坐标方向，实现两个坐标轴联动，但在加工中能实现坐标平面的变换。（2） 三坐标联动数控装置能同时控制三个坐标轴联动，铣床称为三坐标数控铣床，可用于加工曲面零件。（3） 两轴半坐标联动数控机床本身有三个坐标能做三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标只能做等距周期移动，可加工空间曲面零件。数控装置在ZX坐标平面内控制X、Z两坐标联动，加工垂直面内的轮廓表面，控制Y坐标作定期等距移动，即可加工出零件的空间曲面。（4） 多坐标联动数控装置能同时
16、控制四个以上坐标轴联动，多坐标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂，主要应用于加工形状复杂的零件。五轴联动铣床可加工比较复杂的曲面零件。4.按书装置的类型分类 （1）硬件控制-主要由固定化的数字逻辑电路处理数字信息。由于功能少、线路复杂和可靠性低等缺点已经被淘汰，因而这种分类没有什么实际意义。 （2）计算机控制-用计算机处理数字信息的计算机数控系统。根据数控系统微处理器的多少，可分为单微处理器数控系统和多微处理器数控系统5.按伺服系统有无检测装置分类-开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床6.按数控系统的功能水平分类-高级型、普级型和经济型三个档次。2.4数控刀具的主要
17、种类 1.数控加工刀具的种类数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类，模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点有：减少换刀停机的时间，提高生产加工效率；缩短换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块化刀具的发展，数控刀具已经形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统、镗铣刀具系统。（1）从结构上对数控加工刀具的分类1）整体式2）镶嵌式-有可分焊接式和机夹式。根据刀体结构不同，机夹式可为可转位和不可转位。3）减振式-当刀
18、具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。4）内冷式-切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削部位。5）特殊型式-如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。（2）从制造所采用的材料上对数控加工刀具的分类 1）高速钢刀具-韧性好，硬度、耐磨性和高温硬度较硬质合金差，不适切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。在使用前要刃磨，且刃磨方便，使用于各种特殊需要的非标准刀具。 2）硬质合金刀具-切削性能优异，在数控车削中广泛应用。 3）陶瓷刀具 4）立方氮化硼刀具 5）金刚石刀具（3）从切削工艺上对数控加工刀具的分类 1）车削刀具-分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹以及切槽、切端面
19、、切端面环槽、切断等。 2）钻削刀具-分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、绞孔等。 3）镗削刀具-镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄、模块式镗刀和镗头类。从加工工艺上分为粗镗刀和精镗刀。 4）铣刀刀具-面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀等。 （4）特殊型刀具2.5数控机床夹具的类型和特点2.5.1机床夹具的类型 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程。 夹具种类繁多，可以从不同的角度对数控机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几种。（1）按夹具的使用特点分类 根据夹具在不同的生产类型中的通用特性，机床夹具可分通用夹具、专用
20、夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。 1）通用夹具-已经标准化的可加工一定的范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、尺寸已经规格化，而且已经具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。 2）专用夹具-专为某一道工序而设计制造的夹具为专用夹具。在生产相对稳定、批量大的生产中，可采用各种专用夹具，可获得高的生产效率和加工精度。专用夹具的设计周期较长、投资大。 3）可调夹具-可以适应多种工件的装夹。对不同的类型和尺寸的工件，只需要调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。 4）组合夹具-专为某工件的某一道工序组
21、装的夹具为组合夹具。组合夹具是模块化的夹具。它可缩短生产准备周期，元件能重复使用，并具有减少夹具数量等优点，因此组合夹具在单件、中小批量多品种生产和数控加工中是一种较经济的夹具。 5）拼装夹具-用专门的标准化、系列化的拼装零件拼装而成的夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效率高、结构紧凑。 （2）按使用机床分类可分车床夹具车削夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。（3） 按夹紧的动力源分类 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电磁夹具以及真空夹具等。2.5.2.数控夹具的主要特点（1）数控夹具应有柔
22、性，经过适当调整即可装夹多种形状和尺寸的工件。（2）数控夹具一般不需要导向和对刀功能，只要求具有定位和夹紧功能，就能满足使用要求，这样可简化夹具的结构。（3）数控夹具具有工序集中的特点，因此夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。（4）夹具的定位可靠，定位元件应具有高的定位精度，定位部件便于清屑，无屑积留。3.数控加工工艺设计与分析3.1技术要求分析零件的结构，该炮弹模型大多部件是属于轴类零件，零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧及螺纹等表面组成。思尖零件表面的技术要求主要是径向尺寸精度和形位精度，轴向要求不高，以上分析为一般轴类零件的分析，由于该零件轴为中批生产零件，该零件有多个直径尺寸有较严的尺
23、寸精度和表面粗糙度等要求。但只要径向尺寸精度、各外圆的圆度和圆柱限制在直径公差的范围内，表面质量为设计要求的范围即可。在这个零件中，6个零部件中，就有5个（除图号为6外）零部件需要钻孔、扩孔、镗孔。镗削后的轴孔中心线与检验圆中心线要求同轴，其应偏移值小于0.1mm。孔端面加工后应与孔中心垂直，不垂直度一般不得超过0.15mm/m。内孔表面精度要达到Ra1.6值。此模型连接都是用螺纹来连接的，螺纹都是细牙，在加工的过程中要保证其精度要求，表面不要有毛刺，工件加工完后要用小锉刀和砂纸（粗和细）进行修整。炮弹模型的尾部是车和铣结合的，其铣后的表面Ra1.6。3.2毛坯的选择毛坯的种类很多，同一种毛坯
24、又可用多种制造方法获得，机械制造中常用的毛坯有铸件、锻件、型材和组合毛坯；零件的材料大致确定毛坯的种类，形状复杂的毛坯用铸造；薄壁零件不宜用砂型铸造，而轴类零件除无滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般为减小材料和机械加工的劳动量，宜选择锻件。图中炮弹模型，用的料是成形的不同直径的圆柱铝料。此炮弹模型的各个部件的毛坯尺寸（直径和长度）如下：零部件1如下图所示，毛坯90 长度L=75；零部件2如下图所示，毛坯62 长度L=128 （部件1） （部件2）零部件3如下图所示，毛坯55 长度L=205 （部件3）零部件4如下图所示，毛坯55 长度L=68（部件4）零部件5如下图所示，毛
25、坯55 长度L=150 （部件5）零部件6如下图所示，毛坯45 长度L=160（部件6）3.3数控加工定位基准的选择在制定工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大的影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准是一个很重要的工艺问题。轴类零件的各外圆表面、圆弧、螺纹等表面的同轴度以及主端面对轴的中心线，用两中心孔定位符合基准重合原则，并全能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外表面和端面及圆弧面，因此，常采用两中心孔定位作为轴类零件加工的定位基准。如部件6，对于所用的毛坯加工到1
26、55mm后，在A和B两端打中心孔用来定位。（部件6）零部件2，对毛坯先加工到125mm，在A和B两端打中心孔来作为定位基准，来加工右端；在加工左端时，以A端的中心孔和60的外表面作为定位基准。 （部件2）当不能采用中心孔定位时（如加工轴端孔）或加工为了提高工件的装夹刚性，可采用轴的外圆表面作为定位基准，或以外圆表面和中心孔共同作为定位基准。能承受较大的切削力，但重复定位精度不太高。零部件数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工时轴向尺寸的准确性，或是为了端面余量的均匀，工作轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致，以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘装
27、夹或采用限位支承，以工件端面或台阶面作为轴向定位基准。在加工零部件1、3、4、5时，采用爪自定心卡盘装夹，以工件的两个端面为轴向定位基准。对工件的定位有以下两点要求：（1）为保证加工表面与设计基准间的相对位置精度，应使加工表面的设计基准相对机床占有一正确的位置。（2）为了保证加工表面与其设计基准见的距离尺寸精度，当采用调整加工时，位于机床或夹具上的工件，相对与刀具必须有一正确的位置。此炮弹模型的6个部件都是轴类零件，基准的选择大致都是一样的，都是按照以上所述的方法进行选择定位基准。3.4数控机床的选择在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数
28、控机床。第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。有利于提高生产率。尽可能降低生产成本(加工费用)。再根据根据现有的生产条件和在数控中心实习的情况并考虑到加工的经济性，本例加工炮弹模型时选用：FANUC系统数控车床和SAEMENS系统数控铣床进行加工。3.5刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容
29、、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取
30、代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。炮弹模型所选用的刀具：45度外圆刀、镗刀、内孔切槽刀、内螺纹刀（60度）、90度外圆刀、60度螺纹刀、切断刀（刀宽2.5m）、切断刀（刀宽3mm）、切断刀（3.5mm） 大中心钻、小中心钻、16麻花钻、20麻花钻、 25麻花钻、30麻花钻、35麻花钻16立铣刀、25立铣刀、20球刀、30面铣刀； 镗刀3.6切削液的选择在金属切削过程中，合理选择切削液，可以改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减少刀具磨损，减少工件的热变形，从而可提高刀具耐用度，提高加工效率和加工质量。1.切削液的作用如下结构图所示： 润滑作用-减轻刀具的磨损，提高工件的表面加工质量 冷却作用-降低刀具和工件的温度，减少热变形，提高加工切削液的作用 精度 清洗作用-将机床上的切屑和杂物带走 防锈作用-生成保护膜，保护工件、机床导轨、刀架、卡盘2.切削液的种类如下结构图所示： 切削油-适应于重切削和难加工材料的切削切削液的种类 乳化液-有良好的冷却和润滑性能 水溶液-具有良好的防锈性能和润滑性能根据切削液的作用、种类，还有加工的实际设备条件，此次加工用乳化液为切削液加工。3
