1、数控铣削编程与操作设计一、设计题目数控铣削编程与操作设计技术要求：表面粗糙度为1.6。二、设计任务1零件图工艺分析。2确定装夹方案。3确定加工顺序。4选择加工用刀具。5合理选择切削用量。6拟订数控铣削加工工艺卡片。7根据加工工艺步骤编写加工程序。8完成工件的操作加工。三、应完成的技术资料1、开题报告（1500字左右）。2、毕业设计说明书（10000字左右）。3、绘制A3零件图。开题报告一毕业设计题目来源按系里所发的毕业设计用图1技术要求：表面粗糙度均为1.6，尺寸精度除1200.02外均为一般精度。2毛坯尺寸： 24013030。3材料：硬铝（LY12）。技术资料：1绘制A3图纸2绘制装夹方式
2、图3填写数控加工工艺卡片4编制加工程序清单二选题设计的意义数控技术在世纪年代以后得到迅速发展，数控机床不仅在宇航，造船，军工等领域广泛应用，而且也进入了汽车，机床，模具等机械制造行业。目前，在机械行业中，单件、小批量的生产所占的比例越来越大。机械产品的精度和质量也不断地提高。所以，普通机床越来越难以满足加工精度零件的需求。数控机床在机械行业中十分普遍。作为数控技术专业的学生，数控编程加工工艺设计是必须要经历的一个重要实践环节，通过本环节的锻炼，力争把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的，提高解决实际问题的能力。三基本内容1工艺分析这部分主要是根据零件图纸进行工艺分析，确定工艺基准，
3、分析加工的难点，分析加工加工工艺内容，加工的工艺性分析，加工工艺的路线设计，其中包括工序的划分和顺序的安排等内容。2工件的材料工件材料是选择加工刀具和切削液的基本依据，根据设计任务书的要求，采用底面已经精加工，外形尺寸为 ：24013030mm，材料为硬铝（LY12）的方料。3工件的装夹根据工件尺寸，须加工四个侧面，因此不宜用平口钳装夹。但只加工顶面时可以用平口钳。根据图纸的加工要求，加工四个侧面时，可以用组合压板来装夹工件。4.加工设备加工设备选用东豪数控床身铣床，型号DH-320，采用西门子802s/c系统，工作台面积3201370mm，主轴电机功率4kw。5加工方案的确定选用组合压板装夹
4、工件并校正工件，根据图纸的粗糙度要求，选用16mm的细齿高速刚直柄立铣刀对四周轮廓进行粗精加工。分析图纸可知加工第二个凸面时侧边间隙为（120-101.5）/2mm，即至少要选用直径小于9mm的刀具。考虑到加工上凸台时要去除的材料多，为保证轮廓的加工精度和生产效率，要求粗加工时尽量选择直径较大的铣刀进行铣削，所以加工内轮廓时选用8mm的细齿高速刚直柄立铣刀。根据加工设备的性能要求，加工四周轮廓时主轴转速为1800r/min,进给率为540mm/min。加工内轮廓时主轴转速为2000r/mm,进给率为400mm/min。冷却液为柴油和煤油的混合液。6加工顺序分析根据图纸要求，确定工艺工艺基准和加
5、工顺序，先保证工艺基准和设计基准重合，其次在排列加工顺序时，考虑加工应力对工件加工精度的影响。根据任务书设计要求，宜先加工顶面，再加工四周轮廓，这样一来可以减少切削顶面时产生的飞溅切削划伤先加工的顶面,最后加工内轮廓。7加工工艺卡片根据加工顺序和刀具，拟订加工工艺卡片，内容包括材料的名称，毛料的尺寸，校验机床及夹具，加工部位的工序内容，程序名称，每道工序所选用的刀具直径，以及备注等内容。8加工程序加工程序是数控机床自动加工零件的指令，人工编程既复杂又容易出错，所以现代数控机床都采用计算机辅助编程。计算机辅助编程效率高，安全性好，并且可以模拟加工过程。本加工程序用MasterCAM9.0软件生成
6、加工程序。在生成加工程序前必须根据机械加工等相关知识，选择合适的加工工艺方法，安排加工工序，确定粗精加工的刀具，切削用量，进退路径，主轴转速等参数输入MasterCAM软件中，由MasterCAM系统自动计算出机加工余量。并动态显示出和粗加工，精加工所对应的加工表面的刀位轨迹和机床代码，即加工程序。9加工准备这部分主要是结合工艺和刀具，确定各个部位的具体加工方法，并针对加工方法，准备刀具，夹具，配置加工程序，利用MasterCAM系统的通讯模块与数控机床进行数控加工。也可以利用数据传输软件与数控机床进行通讯，从而实现DNC加工。10生产率零件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间，该零件使用组
7、合压板装夹和MasterCAM自动编程。生产效率高，适用于单件，小批量生产。四加工的重点和难点1重点从图纸上的技术要求反映有表面粗糙度要求精加工，精度等级为IT8IT9，加工时重点考虑。另外，四周轮廓也有公差要求，也是加工的重点。同时也要考虑刀具直径的大小，防止产生过切损坏工件。2难点零件的加工难点在于零件的装夹，由于零件的总高仅为25mm，且要加工四周外轮廓和内轮廓，不能用平口钳直接装夹，使用组合压板夹具时，又必需考虑刀具是否与夹具发生干涉。在完成加工区域后，改变装夹位置，加工上次装夹位置的余量的加工方法也是难点。五设计提纲1零件图工艺分析2确定装夹方案3确定加工顺序4选择加工用刀具5合理选
8、择切削用量6拟订数控铣削加工工艺卡片7根据加工工艺步骤编写加工程序8完成工件的操作加工设计说明书摘 要数控机床加工工艺研究的宗旨是，如何科学地，最优地设计加工工艺，充分发挥数控机床的特点，实现在数控加工中的优质、高产、低耗。本文将通过凸台零件的铣削加工方法和采用的数控设备，详细介绍如何选用切削参数，切削刀具，夹具以及计算机辅助编程的方法。 关键词：刀具 夹具 程序绪论数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是当今先进制造技术最核心的技术。当今世界各国制造也广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高动态多变市场的适应能力和竞争能力。1数控加工的工作原理数控加工就是将加工数据和工
9、艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入的信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件-机床的伺服机构发送脉冲信号，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数控机床，从而加工零件。所以数控加工的关键是加工数据和加工参数的获取，即数控编程。2数控编程及其发展数控机床和普通机床不同，整个加工过程不需要人的操作，而由程序来进行控制。在数控机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求，确定合理的加工路线及工艺参数，计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转，切削液的开关，变速，换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成
10、数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或程序载体 ）上；最后输入到数控机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工作的全部加工过程。因此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程。手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工来完成的。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也也比较简单，出错的机会较少，这时用手工编程将十分繁琐，费时，而且容易出错，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况，影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。手工编程在数控车床加工应用广泛。（2）自动编
11、程。自动编程有两种：APT软件编程和和CAM软件编程。APT软件是利用计算机和相应的处理程序，后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外，（有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算，编写程序单，制作控制介质，程序检验等各项工作均由计算机自动完成。编程人员只需要根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自动地进行数值计算，后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动穿出数控加工纸带，或者将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥
12、机床工作。CAD/CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算，前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，在通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使一些计算繁琐，手工编程困难，或手工无法遍出的程序都能够实现。CAD/CAM软件辅助编程常用于数控铣床及加工中心程序的编制。本设计根据零件的具体加工部位和零件的结构工艺特点，选择CAD/CAM计算机辅助编程的方式生成加工程序。二数控加工工艺分析与说明（一）零件图工艺分析制订零件的数控加工铣削加工工艺时，首先要对零件图进行工艺分析。其内容包括：（1）数控铣削加工内容的选择。数控机床的加工范围比普通机床的工艺
13、范围大，价格比普通机床高得多，因此，数控机床选择加工内容时，应从实际需要和经济性等方面考虑。通常选择零件的曲线轮廓，空间曲面和尺寸协调的高精度线面。该零件主要由两个凸台平面及曲线轮廓组成，根据毛坯尺寸还要进行四周轮廓的加工，所以该零件全部采用数控机床进行加工。（2）零件结构工艺性分析。该零件第二层与前后两侧边的距离为（120-101.5）/2，大约为9.225mm,所以加工内轮廓的刀具直径不宜大于9.225mm，否则容易产生少切或切不到毛坯的情况。由于毛坯材料为硬铝，硬铝大约为95100HB，退火和淬火状态下塑性中等，焊接性好，切削加工工艺性良好。在条件允许的情况下，可以进行退火处理。（3）零
14、件毛坯的工艺性分析。零件在进行数控铣削加工时，由与加工过程的自动化，余量的大小，如何装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。由于该零件有较高的粗糙度要求，选择毛坯时应留有充分，稳定的加工余量。毛坯的余量保留均匀，加工时考虑到刀具等原因，可设置分加层切削。加工时先粗加工，留0.5mm的加工余量，再进行精加工。另外，选择方料作为毛坯，适应性强，每次装夹可以加工出较多的表面。（4）加工方案分析。加工方案又称加工工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序，工步及走到路线等内容。在数控机床的加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化
15、，加上材料不同，批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制订加工方案时，应该进行具体分析和区别，对待，灵活处理。只有这样，才能使所制订的加工合理，从而达到质量优，效率高和成本低的目的。本方案加工工序为：第一道工序：铣削零件顶面，选用80的高速刚面铣刀，从最高点0开始往下加工到-5结束。Z轴分层铣削，每次切深2mm。切削进给速度F设为1000mm/min,主轴转速S设为700r/min,Z轴进给率为300mm/min,提刀速度为500mm/min，打开冷却液，预留量为0。计算后刀具路径如图1-1所示。第二道工序：铣削零件四周侧面，选用15的高速刚立铣刀，从最高点-5开始往下加工到-31（实际深度
16、为30-5=25，但为了防止底面时留有加工不完的余量，所以加工深度应大于25，即31-5=26）结束。XY平面分次粗铣削2次，每次1.5mm，精铣1次，每次0.5mm。Z轴分层铣削，每次切深3mm，Z轴方向不精铣。切削进给速度F设为500mm/min,主轴转速S设为2000r/min,Z轴进给率为300mm/min,提刀速度为500mm/min，打开冷却液，预留量为0。计算后刀具路径如图1-2所示。第三道工序：铣削零件内轮廓凸台面，选用8的高速刚立铣刀做挖糟加工，第一个凸台面从最高点-5开始往下加工到-12结束。第二个凸台面从-12开始加工到-20结束。Z轴分层铣削，每次切深2mm。切削进给速
17、度F设为500mm/min,主轴转速S设为2000r/min,Z轴进给率为300mm/min,提刀速度为500mm/min，打开冷却液，预留量为0。计算后刀具路径如图1-3所示。图1-1 计算后刀具路径图1-2计算后刀具路径图1-3计算后刀具路径（二）确定装夹方案数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控机床上工件的装夹与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不复杂，只要有简单的定位，夹紧机构就可以了。在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定位基准和夹紧方案。另一方面，数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，二是要协调零件和机床坐标系的尺寸
18、关系。除此之外，还要考虑以下几点：（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，节省生产费用。（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，方便，可靠，以便缩短机床的停顿时间。夹具上的零部件应不防碍机床对零件个表面的加工，即夹具要开敞，其定位，夹紧机构部件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。基于以上原则，本加工夹具方案为：第一道工序采用平口钳装夹毛坯，加工上表面。如图1-4所示。第二道工序采用螺旋组合压板装夹毛坯，加工四周侧面。如图1-5、1-6所示。为了加工到底面时贯通，要在工件下面垫上厚度适当的且要求较高的
19、等高垫块后再压紧。如图 1-7 所示。第三道工序采用平口钳装夹毛坯，加工内轮廓凸台。使用平口钳时应注意：工件应当紧固在钳口比较中间的位置，装夹高度以铣削尺寸高出钳口平面 35mm 为宜，用平口钳装夹表面粗糙度较差的工件时，应在两钳口与工件表面之间垫一层铜皮，以免损坏钳口，并能增加接触面。使用组合压板时应注意：必须将工作台面和工件底面擦干净，不能拖拉粗糙的铸件、锻件等，以免划伤台面。另外，压板的位置要安排得妥当，要压在工件刚性最好的地方，不得与刀具发生干涉，夹紧力的大小也要适当，不然会产生变形。.支撑压板的支承块高度要与工件相同或略高于工件，压板螺栓必须尽量靠近工件，并且螺栓到工件的距离应小于螺
20、栓到支承块的距离，以便增大压紧力。螺母必须拧紧，否则将会因压力不够而使工件移动，以致损坏工件、机床和刀具，甚至发生意外事故。图1-4 平口钳1-底座 2-固定钳口 3-活动钳口 4-螺杆图1-5铣削前后侧面图1-6铣削左右侧面图1-7组合压板安装工件的方法1-工作台2-支承块3-压板4-工件5-双头螺柱6-等高垫（三）确定加工顺序数控加工顺序对零件的加工精度和表面质量有直接影响，因此，确定好的加工顺序是保证铣削加工精度和表面质量的工艺措施之一。工件加工顺序的确定与工件表面状况，要求的零件表面质量、机床的进给机构的间隙、刀具的耐用度及零件的轮廓外形等有关。铣削加工顺序一般有以下几点原则：1.先粗
21、后精铣削按照粗铣半精铣精铣的顺序进行，最终达到图纸要求。粗加工应以最高的效率切除表面的大部分余量，为半精加工提供定位基准和均匀适当的加工余量。半精加工为主要表面精加工作好准备，即达到一定的精度、表面粗糙度和加工余量，加工一些次要表面达到规定的技术要求。精加工使各表面达到规定的图纸要求。2.先面后孔平面加工简单方便，根据工件定位的基本原理，平面轮廓大而平整，以平面定位比较稳定可靠。以加工好的平面为精基准加工孔，这样不仅可以保证孔的加工余量较为均匀，而且为孔的加工提供了稳定可靠的精基准；另一方面，先加工平面，切除了工件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，可减少因毛坯凹凸不平而使钻孔时钻头引偏和防止扩、铰孔
22、时刀具崩刃；同时，加工中便于对刀和调整。3.先主后次主要表面先安排加工，一些次要表面因加工面小，和主要表面有相对位置要求，可穿插在主要表面加工工序之间进行，但要安排在主要表面最后精加工之前，以免影响主要表面的加工质量。基于以上原则，本零件的加工顺序为：先加工顶面，再加工四周侧面轮廓，这样加工的目的是减少切削顶面产生的飞贱切屑划伤先加工好的侧面，最后加工凸台内轮廓。另外，刀具切入材料和切出材料时是忌讳突然切入和切出材料的，要用较好的姿态逐渐切入和切出材料，使受力的变化尽量平缓，以免影响刀具的寿命。因此，加工顶面时可以采用螺旋下刀方式，加工侧面时设置进/退刀向量为轮廓的切线方向即刀具沿着工件切线方
23、向切入、切出。因零件加工精度要求较高，选用顺铣的加工方法。因为顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。精铣时尤其是零件材料为铝合金、钛合金时，尽量用顺铣的加工方式。（4）选择加工刀具刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。选择刀具主要是选择刀具的材料、种类及几何参数，主要是根据零件材料切削加工性，工件表面几何外形和尺寸大小来选择。数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点。另外，数控加工刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下几点：（1） 刚性要好（尤其是粗加工刀具），精度高，热变形小。（2） 互换性好
24、，便于快速换刀（3） 寿命高，切削性能稳定、可靠（4） 刀具尺寸便于调整，以减少换刀调整时间（5） 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除（6） 系列化、标准化，以利于编程和刀具管理数控加工刀具的选择是在数控的人机交互状态下进行的，应根据机床的加工能力，工件材料的性能，加工工序，切削用量及其他相关因素来正确选用刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度高，在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常选用立铣刀；铣削平面时，用硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，可选择镶硬质合金刀片的铣刀；对于一些立体型面和变化斜角轮廓
25、外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。数控铣削加工常用的是端铣刀和立铣刀。1.端铣刀在立式数控铣床上铣削平面时一般采用机械夹固式可转位硬质合金刀片式端铣刀，外形如图1-8所示。刀齿等分排列在刀体端面上，刀杆部分很短，刚性好，且硬质合金铣刀适用于高速铣削，铣出的工件表面粗糙度较好，生产率较高。2.立铣刀立铣刀利用分布在圆柱表面的主切削刃进行加工，端面的副切削刃不通过中心，起修光作用。立铣刀一般由高速钢或硬质合金制成，对于直径较大的硬质合金立铣刀多做成镶刀片式。立铣刀分为直柄和锥柄两种（如图1-9所示），直径较大的立铣刀一般制成锥柄。立铣刀又可分为粗齿、中齿和细齿三种，粗齿立铣
26、刀具有刀齿强度高、容屑空间大、重磨次数多等优点，适用于粗加工；细齿铣刀齿数多、工作平稳，适用于精加工。立铣刀切削刃数一般为三个或四个，它主要用于铣削垂直面、台阶面、小平面、凹槽等。根据零件的特征以上原则，在第一道工序中加工平面，选用不重磨硬质合金端铣刀，直径为80mm。在第二道工序中加工零件周边轮廓，选用高速刚立铣刀，直径为16mm。在第三道工序中凸台轮廓，选用高速刚立铣刀，直径为8mm。本设计中刀具选择如表1-10所示。图1-8 端铣刀 图 1-9 立铣刀表1-10 数控加工刀具卡片序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm备注1T0180mm硬质合金端铣刀1铣上表面0.52T021
27、6mm高速刚立铣刀1铣四周侧面3T038mm高速刚立铣刀1铣内轮廓编制审核批准年 月 日（五）合理选择切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量是依据零件材料的特点、刀具性能及加工精度要求确定的。通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀，侧吃刀量取刀具直径的三分之一，背吃刀量大于冷硬层厚度，切削速度和进给速度应通过试验选取效率和刀具寿命的综合最佳值。精铣时切削速度要高一些。铣削时采用的切削用量，应在保证工件加工精度和刀具耐用度、不超过铣床允许的动力和扭矩前提下，获得最高的生产率和最低的成本。铣削过程中，如果能在一定的时间内切除较多的金属，就有较高
28、的生产率，从刀具耐用度的角度考虑，切削用量选择的次序是：根据侧吃刀量先选大的背吃刀量，再选大的进给速度F，最后再选大的铣削速度V（最后转换为主轴转速S）。对于高速铣床（主轴转速在10000r/min以上），为发挥其高速旋转的特性、减少主轴的重载磨损，其切削用量选择的次序应是：VF（）。1.背吃刀量的选择当侧吃刀量d/2（d为铣刀直径）时，取（1/31/2）d；当侧吃刀量d/2d时，取（1/41/3）d；当侧吃刀量d（即满刀切削）时，取（1/51/4）d。当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，可取得更大。2.进给量F的选择粗铣时铣削力大，进给量的提高主要受刀具强度、机床、夹具等工艺系统刚性的限制
29、，根据刀具形状、材料以及被加工工件材质的不同，在强度刚度许可的条件下，进给量应尽量取大；精铣时限制进给量的主要因素是加工表面的粗糙度，为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面的粗糙度，一般采用较小的进给量。进给速度F与铣刀每齿进给量、铣刀齿数z及主轴转速S（r/min）的关系为：Fz（mm/r）或FSz（mm/min）3.铣削速度V的选择在背吃刀量和进给量选好后，应在保证合理的刀具耐用度、机床功率等因素的前提下确定。主轴转速S（r/min）与铣削速度V（m/min）及铣刀直径d（mm）的关系为：基于以上原则特点，在第一道工序的切削用量为：（刀具直径80mm,齿数8）侧吃刀量=1/2*80=4
30、0mm，2/d4080，则1/4*80=20mm，根据零件图要求，工件有较高的粗糙度要求Ra=0.83.2时，取=2mm。查金属切削手册可知铣刀的铣削速度V为180300 m/min,所以S=1000*180/（3.14*80）=711 r/min，考虑机床性能仅取S=700 r/min。查金属切削手册可知端铣刀加工铝合金时每齿进给量=0.20.3mm/z，则F=0.2*8*700=1120 mm/min，考虑机床性能仅取F=1000 mm/min。第二道工序的切削用量为：（刀具直径16mm,齿数6）侧吃刀量=1/2*16=8mm，2/d816，则1/4*16=4mm，取=3mm。查金属切削手
31、册可知铣刀的铣削速度V为180300 m/min,所以S=1000*180/（3.14*16）=3582 r/min，考虑机床性能仅取S=1800r/min。查金属切削手册可知端铣刀加工铝合金时每齿进给量=0.05mm/z，则F=0.05*6*1800=540mm/min。第三道工序的切削用量为：（刀具直径8mm,齿数4）侧吃刀量=1/2*8=4mm，2/d48，则1/4*8=2mm，查金属切削手册可知铣刀的铣削速度V为180300 m/min,所以S=1000*180/（3.14*8）=7165 r/min，考虑机床性能仅取S=2000 r/min。查金属切削手册可知端铣刀加工铝合金时每齿进给量=0.05mm/z，则F=0.05*4*2000=400 mm/min。本设计中切削用量参数选择如表1-12所示。表1-12 切削用量参数刀具编号加工内容刀具参数
