1、数控加工毕业论文2924276摘 要全球科技文化水平正在日新月异地变化，机械化程度更是呈突飞猛进的发展趋势。数控技术是20世纪40年代后期发展起来的一种自动化加工技术。对此,我们学院提倡培养技术型人才的基本理念更是符合当代国情的发展要求。为达到这一目标,我们应将理论知识和实际操作紧密联系起来。带凸台和盖子的烟灰缸是一种综合型零件。它能够有效的把我们三年所学的各类知识综合在一起运用，如设计与制造运用到的数控编程与加工、数控加工工艺、机械制图、机械制造与设计以及数控刀具等。经过查阅各类书籍，得出了该零件合理的数控加工工艺方案。为使零件经过数控加工得到最佳的精度和设计要求，该零件的设计和制造都利用到
2、了数控加工工艺方面的许多知识。关键词：烟灰缸；铣削加工；工艺设计；机械设计。1 绪论42 零件的分析52.1 结构分析72.2 精度分析72.3 毛坯、余量分析83 设备的选择84 工艺文件的编制104.1 定位基准的选择104.1.1 粗基准的选择104.1.2 精基准的选择114.2 夹具、刀具以及冷却液的确定124.2.1 夹具的确定124.2.2 刀具的选择144.2.3 冷却液的确定144.3 工艺方案的确定154.4 切削用量的确定164.4.1 切削速度Vc174.4.2 确定主轴转速174.4.3 切削进给速度174.4.4 背吃刀量的确定184.5 进给速度的确定194.6
3、填写工艺文件204.6.1 机械加工工艺过程卡204.6.2 数控加工工艺卡215 零件的加工305.1 数控加工过程305.2 部分手工编制的程序单326 零件的质量分析37结束语38致谢39参考文献401 绪 论随着机械行业的不断发展，近年来数控加工和数控设备的应用呈突飞猛进的趋势。包括以组合机床为主的大量生产方式的出现，机床都在向以数控设备为主的生产方式转变。社会上对掌握数控技术的人才需求量越来越大，在我们学院数控设备的更新速度也越来越快。为适应实际社会生产的能力和提高全面的数控加工能力，必要将自己学到的知识运用于实践当中，这样既可以巩固自己所学的知识，又可以提升自己的动手能力有。此设计
4、是烟灰缸零件的加工，也是作为数控专业学生，在毕业之前对所学知识的运用和总结。说明书就是根据我们数控专业学生所需掌握的知识及技术要求编写的，它体现了数控加工各个方面的特点。并合理的制定出了数控加工工艺规划。自己利用设备，亲自动手执行零件的实体加工，加工出合格的零件。这样既能对三年学习的数控编程与加工、数控加工工艺、机械设计基础、机械制造及基础、机械制图等多门学科的理论知识进行巩固，又能锻炼我们的实际动手能力和实际加工过程中问题的处理。在这过程中我具体地了解了工件、刀具的材料、加工的工序、以及热处理等等一系列的知识。这对于我今后的工作和学习都打下了夯实的基础。2 零件的分析 其余 图2-1烟灰缸底
5、座图图2-2烟灰缸上盖图图2-3装配图2.1 结构分析从图2-1、2-2可以看出该零件的加工内容主要有平面、轮廓、凸台、型腔等。需要粗、精铣上下平面、外轮廓、凸台、型腔等加工工序才能完成。由图2-1可以看出零件底座加工的重难点在于需要两次装夹加工才能完成，在图2-3中可以看出整个零件在加工过程中的重难点是如何控制和保证零件在加工完成后能很好地达到配合要求。2.2 精度分析该零件最高精度等级为IT9级。部分外轮廓无尺寸精度要求。凸台外轮廓四边的粗糙度为1.6，接触处的粗糙度为3.2，其它表面粗糙度均为6.3。底座和上盖的配合采用间隙配合。但加工时由于装夹不当极容易生产震动。如果定位不好也会导致表
6、面粗糙度，加工精度难以达到要求。毛坯材料不得有裂纹和气孔，并锐边去毛刺，符合GBT1804-M国家标准。2.3 毛坯、余量分析 毛坯主要是指锻件和铸件，因模锻时的欠压量与允许的铣模量会造成余量多少不等，铸造时也会因沙型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不充分、不稳定。在铣削时，一次定位将决定工件的“命运”，加工过程的自动化很难照顾到此处余量不足的问题。因此，除板料外，不管是锻件，铸件，还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均有较充分的余量。余量大小主要考虑加工时要不要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度。由以上分析，该零件的材料我选择铸铝（铸铝：硬度
7、较低，具有良好的切削性能且加工后较易得到精度和表面质量的要求）。其底座毛坯尺寸为105mm105mm30mm，盖子毛坯尺寸为105mm105mm21mm。各留有5mm的加工余量。3 设备的选择我院有多台具有FANUC-0i系统的数控铣床，但应根据加工零件的结构形状、精度要求、表面质量等考虑选择数控设备。综合以上因素，我选择了KVC650数控立式加工中心，这台机床加工时的功率、转速、切削力、工作台面积等参数不仅能满足加工要求，而且它还是一台加工中心，能够减少多次人为换刀而带来的误差。其具体参数如表3-1所示：表3-1立式加工中心KVC650参数名称：立式加工中心规格型号：KVC650工作台面积（
8、长X宽）：405X1370mmT型槽（槽数-宽度X间距）：5-16X60mm工作台承载工件最大值：700Kg行程（纵向横向垂向）机动：主轴电机功率：5.57.5Kw主轴锥孔：BT40主轴转速：进给速度（X、YZ）：5-8000mmmin快速移动（X、YZ）：10000mmmin刀库容量：10（可选16）把相邻刀具最大直径：100mm刀具最大长度：250mm定位精度：0.018mm重复定位精度：0.012mm4工艺文件的编制4.1定位基准的选择4.1.1粗基准的选择选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑
9、原则：1、选择重要表面为粗基准2、选择不加工表面为粗基准3、选择加工余量最小的表面为粗基准4、选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 以便工件定位可靠、夹紧方便。5、 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次因为粗基准本身就是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。在加工零件产品之前铣削装夹面时，用作粗基准装夹的是毛坯的两侧面，如下图4-1所示：图4-1粗基准示意图4.1.2精基准的选择精基准的选择应保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则。1、“基准重合”原则：为满足加工表面相对设计基准的位置精度，应选择加工表面的设计基准为定
10、位基准。2、“基准统一”原则：当某一组精基准定位可以比较方便的加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用粗精基准定位。3、“自为基准”原则：当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准。4、“互为基准”原则：为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。在加工零件产品时，用作装夹零件的部位是已经加工过夹持面，如下图4-2所示：图4-2精基准示意图4.2夹具、刀具、冷却液的确定4.2.1夹具的确定夹具是一种装夹工件的工艺设备，广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、配件、焊接和检测等工艺过程中。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的
11、工艺设备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生率和产品的制造成本等。 1、专用夹具：一般在产品相对稳定、批量较大的生产中采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。除大批量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术和经济分析。 2、组合夹具：组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高的精度和赖磨性，可组装成各种夹具。夹具用完可拆卸，清洗后可留、待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用并具有减少专用夹具数量等优点。 3、通用夹具：已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其尺寸、结构已经规范化，而且具有一
12、定的通用性，这类夹具适应性强，可用于一定形状和尺寸范围内的各种工件，价格便宜。其缺点是夹具精度不高，生产率也比较低，较难装夹。一般实用于单件小批量生产中。4、数控加工的特点对夹具提出几点要求：1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调试夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节约生产费用。2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。4）夹具上各零件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。经综合分析：该零件应选用平口虎钳装夹。平口虎钳图如下图所示：图4-3平口虎钳4.2.2刀具
13、的选择切削用刀具材料应具备的性能如表4-1所示： 表4-1 切削所用刀具材料应具备的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度（常温及高温状态）耐磨损性化学稳定性良好耐氧化性耐扩散性高韧性（抗弯强度）耐崩刃性、耐破损性低亲和性耐溶着、凝着（粘刀）性高耐热性耐塑性变形性磨削成形性良好刀具制造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性、耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利、微小切削性能4.2.3冷却液的确定现有冷却液分为：水溶液、乳化液和切削油三大类。通过查阅资料选择常用的冷却液，根据表4-2进行选择。表4-2 常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液
14、水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂润滑从工件材料考虑，切削铝时不得使用水溶液，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，所选高速钢刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好，它的主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。4.3工艺方案的确定根据零件图样，制定以下工艺方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，又能保证质量）分析下面三套工艺方案进行比较：方案1：（1）底座：铣夹持面粗铣上平面精铣上平面铣外轮廓粗铣凸台精铣凸台内腔粗加工内腔精加工铣47的缺口掉头装夹铣掉夹持面和四只小脚并保证尺寸精度去毛刺；（2）上盖：铣夹持面铣上平面铣外轮廓
15、内腔粗加工内腔精加工调头装夹铣掉夹持面去毛刺；方案2：（1）铣夹持面粗铣上平面精铣上平面铣外轮廓粗铣凸台精铣凸台内腔粗加工精铣内腔铣47的缺口掉头装夹铣掉夹持面和四只小脚去毛刺；（2）上盖：铣夹持面铣上平面铣外轮廓内腔粗加工内腔精加工调头装夹铣掉夹持面去毛刺；方案3：（1）铣夹持面粗铣上平面精铣上平面铣外轮廓内腔粗加工内腔精加工粗铣凸台精铣凸台铣47的缺口掉头装夹铣掉夹持面和四只小脚去毛刺；（2）上盖：铣夹持面铣上平面铣外轮廓内腔粗加工内腔精加工调头装夹铣掉夹持面去毛刺；分析：方案1将粗精加工一起完成，这样可以节省时间和换刀的次数，避免因换刀而引起的长度补偿误差。方案2中先加工凸台再加工内腔。
16、此过程中容易影响工件的热膨胀而变形，可能导致加工后配合困难。而方案3将粗精加工分开进行，增加了换刀次数和加工时间，因换刀而引起的长度补偿误差值增大。所以选择方案1加工零件。综上所述：在方案1中将外轮廓粗精铣放在一个工序中，可以减少换刀的次数，从而提高了加工的效率，减少了加工所用的时间，并且能够较好地减少工件的变形。因此采用方案1。4.4切削用量的确定切削用量应根据加工性质、加工要求、工件材料及刀具的尺寸和材料等相结合确定。切削用量包括：主轴转速，背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：1、保证零件加工质量和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能。2、保
17、证合理的刀具切削性能和耐用度。并充分发挥机床的性能，最大限度地提高生产率降低成本。4.4.1切削速度Vc切削速度的高底主要取决于被加工零件的精度，材料，刀具的材料和刀具的耐用度等因素：式中： T耐用度； fz每齿进给量 ap背吃刀量； Z铣刀齿数 D铣刀直径 式中：qv、m、yv、xv、pv、mv为指数，cv、kv为系数，都由实验确定，也可参考有关切削用量手册选用。4.4.2确定主轴转速主轴根据允许的切削速度Vc(mmin)选择N=1000VcD 其中：N-主轴转速Vc切削速度(mmin)，通常由刀具寿命来确定切削速度D-工件或刀具的直径(mm)4.4.3切削进给速度进给速度F是切削时单位时间
18、内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，是根据工件的加工精度和表面粗糙度的要求，以及刀具和工件材料进行选择，最大进给速度受到机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床和系统，最大进给速度不同，当加工精度和表面粗糙度质量要求高时，进给速度应选小一些，通常在（2050）mmin范围内选取。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。切削进给速度与铣刀的转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz的关系为：F=fzZn 根据公式可以看出：每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度越高，fz越
19、小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同内高速钢铣刀。工件表面粗糙度值越小，fz就越小。4.4.4 背吃刀量的确定在机床工件和刀具的刚度允许条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工的余量。这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量一般留0.20.3mm。根据表4-3选取切削用量：表4-3 切削用量的选取工件材料铝钢刀具直径（mm）刀槽数转速（rmin）进给速度（mmmin）转速（rmin）进给速度(mmmin)切削速度（mmin）每齿进给量（mm齿）切削速度（mmin）每齿进给量（mm齿）1223450372695842850.07260.0616228
20、00343610802680.07240.062022560326550752530.07230.05100282015240075550.07150.05722360284720862500.07170.04根据表4-3选取背吃刀量为：粗加工2mm,精加工0.2mm。4.5进给路线的确定进刀方式是指加工零件前，刀具接近工件表面的运动方式；退刀方式是指零件（或零件区域）加工结束后，刀具离开工件表面的运动方式。这两个概念对复杂表面的高精度加工来说是非常重要的。进刀、退刀路线是为了防止过切、碰撞和飞边，在切入前和切出后的引入点和切出点引出的线。进刀，退刀方式有如下几种：1、沿坐标轴的Z轴方向直接进
21、刀、退刀2、沿曲面的切失方向以直线进刀或退刀3、沿曲面的失方向进刀或退刀4、沿圆弧旋线或斜线退刀 5、沿螺旋线斜线进刀方式对精度要求很高的面来说，应选择沿面的切矢方向或圆弧方向进刀，退刀方式，这样不会在工件的进刀或退刀处留下驻刀痕迹而影响工件的表面加工质量。4.6填写工艺文件4.6.1机械加工工艺过程卡表4-4烟灰缸加工工艺过程片工序号工序名称工序内容设备1备料毛坯105 mm105 mm30mm2划划前后面加工线3铣削铣削夹持面虎钳粗铣各部分尺寸立式加工中心精铣各部分尺寸4钳去毛刺锉刀5清洗6检测检验各部分尺寸及精度量具表4-5烟灰缸上盖加工工艺过程片工序号工序名称工序内容设备1备料毛坯10
22、5 mm105 mm21mm2划划前后面加工线3铣削铣削夹持面虎钳粗铣各部分尺寸立式加工中心精铣各部分尺寸4钳去毛刺锉刀5清洗6检测检验各部分尺寸及精度量具4.6.2数控加工工序卡表4-6 粗精铣上表面工厂数控加工工序卡产品名称或代号零件图号烟灰缸（1）材料铸铝使用设备KVC650工序号2程序编号夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣上平面T0110082015222精铣上平面T022026503260.2表4-7粗精铣外轮廓工厂数控加工工序卡产品名称或代号零件图号烟灰缸（1）材料铸铝使用设备KVC650工序号2
23、程序编号夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣外轮廓T0220234028022精铣外轮廓T022025603260.2表4-8 粗精铣内型腔工厂数控加工工序卡产品名称或代号零件图号烟灰缸（1）材料铸铝使用设备KVC650工序号2程序编号O0003夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣内型腔T0312320034522精铣内型腔T031234503700.2表4-9粗精铣凸台轮廓工厂数控加工工序卡产品名称或代号零件图号烟灰缸（1）材
24、料铸铝使用设备KVC650工序号2程序编号O0009夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣凸台轮廓T0220234028022精铣凸台轮廓T022025603260.2表4-10粗精铣放烟槽工厂数控加工工序卡产品名称或代号零件图号烟灰缸（1）材料铸铝使用设备KVC650工序号2程序编号夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣放烟槽T047236025022精铣放烟槽T04728552860.2表4-11粗精铣底座底面工厂数控加工工序卡
25、产品名称或代号零件图号烟灰缸（1）材料铸铝使用设备KVC650工序号2程序编号夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣底座T0220234028022精铣底座T022025603260.2表4-12粗精铣上盖内型腔工厂数控加工工序卡产品名称或代号零件图号烟灰缸（2）材料铸铝使用设备KVC650工序号2程序编号O0006夹具名称平口虎钳夹具编号工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）背吃刀量mm备注1粗铣内型腔T0516243526722精铣内型腔T051632163240.2表4-13刀具卡片产品名或代号零件名称烟灰缸零件图号程序序号工步号刀具号刀具名称刀柄型号刀具直径mm刀具长度mm补偿值mm备注1T01面铣刀100mmBT4010050-252T02立铣刀20mmBT40207503T03立铣刀12mmBT40127504T04立铣刀7mmBT4077505T05球头铣16mmBT40167505零件的加工5.1数控加工过程由于该零件结构较为简单，所以采用的是手工编程，将编好的程序输入数控加工中心。在数控加工KVC650上建立G54坐标系，其操作步骤如下： 打开电源开关和加工中心上的电源开关和开机按钮，做好加工前的准备
