1、数控铣床毕业设计 漯河职业技术学院毕 业 设 计 （2013届）题 目 凸件的加工 系（院） 漯河职院机电系 专 业 数控技术 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 张超凡老师 上交日期 2014.01.04 摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量
2、，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析加工方案进给路线控制尺寸第2章 数控机床的产生与发展 2.1 数控机床的产生 2.2 数控机床的发展第1章 前 言在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗
3、位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目
4、的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。 第二章 数控机床的产生及发展 2.1数控机床的产生 在机械制造工业中并不是所有的产品零件
5、都具有很大的批量，单件与小批量生产的 零件（批量在10100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。 为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。 根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerica
6、l ，缩写）。 数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。 2.2 数控系统的发展 从年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用CNC系统
7、。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。 2.2 机床的发展趋势 数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 （1）工序集中 20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。 目前，加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需0.52秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了
8、加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。 （2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出。 （3）方便使用 数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。 1）加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM软件
9、加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。 近年来，发展起来的图形交互式编程系统（WOP，又称面向车间编程），很受用户欢迎。这种编程方式不使用G、M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。 2）使用方法 数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。 第3章 工艺方案分析 3 .1 零件图 技术要求 1 去除毛刺 尖角倒钝 3 无热处理和硬度
10、要求 3.2 零件图分析 该零件表面由五边形、倒角四边形、四个盲孔、一个圆内槽等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45锻件96mm96mm，无热处理和硬度要求。3.3 确定加工方法加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。通过以上图形数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为铣削，采用数控铣床。3.4 确定加工方案 零件上比较精密表面的加工，铣床常常是通过粗加工、精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，
11、还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。用虎钳夹住底部，开粗到96mmX96mm高50mm的尺寸，加工表面，加工96mmx96mm四边形外形，加工90mmX90mm外形，加工五边形，加工内槽，加工盲孔 该凸件加工顺序为： 预备加工-开粗96mmX96mm高50mm-铣面-粗铣96mmX96mm轮廓-粗铣五边形-粗铣内槽 -精铣床96mmX96mm轮廓-粗铣90mmX90mm轮廓-精铣五边形轮廓-精铣内槽 -钻盲孔。第4章 工件的装夹4.1 定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的
12、加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。 4.2定位基准选择的原则 1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。 4.3确定零件的定位基准以底面为定位基准 4.4装夹方式的选择 为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，
13、加工成本及操作安全都有直接影响。 4.5数控铣床常用的装夹方式采用虎钳装夹，因为虎钳滑动面及底面，经过精密研磨，平行度精准，虎钳本体使用球墨铸铁FCD60制造，抗张力强，耐磨性高，不易变形。虎钳滑动面热处理HRC45以上，保持长久耐磨精度最适合于普通铣床，CNC数控铣床，机械加工，模具制造业使用。 4.6 确定合理的装夹方式 本次采用的是一次性装夹，用虎钳夹住20mm-30mm,合理的控制自由度。第5章 刀具及切削用量 5.1 选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀
14、具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，
15、避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。5.2 选择数控铣削用刀具本次铣削采用机架刀与钨钢到配合使用，这样能提高效率。5.3 设置刀点和换刀点铣床一般采用的是中心对刀，以工件正100mm处作为换刀点5.4 确定切削用量 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主
16、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:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。第6章 零件的加工6.1 凸件的工艺分析（1） 技术要求 图为一个凸件，精度要求不高，只有表面粗糙度有要求，还有就是内槽必须保证在正负0.02之间，其余精度为自由公差（2） 毛坯选择 本次的毛坯选用100mmX100mm高55的45锻件作为毛坯，比图片尺寸稍大一点，这样以便于更好的报图片的要求（3） 定位基准选择 在铣床上面一般以一个面作为定位基准，本次图形我们采用的是把底面
17、作为定位基准。（4） 热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。加工工序的划分一般可按下列方法进行：刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。以加工部位分序法 对于加工内容很多
18、的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。（5） 走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹
19、，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上6.2 凸件加工工艺 （1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到
20、精、由近到远的原则确定。工是一个凸件，所以对其进行外形的排料粗加工（留0.5的加工余量）让后对内槽进行粗加工，最后，精加工外形、精加工内槽、钻孔。（2）选择刀具1）整体开粗 选用80的面铣刀进行开粗2）铣外形粗加工 选用16的硬质合金机夹刀进行外形的开粗3)内槽的粗铣 选用10的硬质合金到进行开粗4)外形与内槽的精加工 选用10的硬质合金到进行精加工5)盲孔的加工 选用10的麻花钻进行加工（3）选择切削用量工序内容（走刀路线）工序号工序名称工序内容（走刀路线）切 削 用 量设 备T刀具转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm1铣床整体开粗80盘铣刀40020%0.5铣床2铣床外形开粗16机夹
21、刀200020%0.5铣床3铣床 内槽开粗10硬质合金刀160020%0.5铣床4铣床 外形精加工10硬质合金刀170020%0.2铣床5铣床 内槽精加工10硬质合金刀170020%0.2铣床6铣床 钻孔10的麻花钻80020%0.3铣床(1)UG自动编程二维图形加工(2)零件仿真程序%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X1.5142 Y2.0499 S0 M03N0050 G43 Z.3937 H00N0060 Z-.0787N0070 G1 Z-.1969 F9.8 M08N0080 Y2.01
22、98N0090 X1.6068 Y1.8924N0100 X1.742 Y1.7063N0110 G0 X1.8346 Y1.5789N0120 X1.9025 Y1.6006N0130 Z-.0787N0140 Z.3937N0150 X1.3197 Y2.0823N0160 Z-.0787N0170 G1 Z-.1969N0180 X1.3126 Y2.0294N0190 X1.4052 Y1.902N0200 X1.781 Y1.3846N0210 G0 X1.8736 Y1.2572N0220 X1.9387N0230 Z-.0787N0240 Z.3937N0250 X1.0965
23、Y2.089N0260 Z-.0787N0270 G1 Z-.1969N0280 Y2.0589N0290 X1.189 Y1.9315N0300 X1.7812 Y1.1164N0310 G0 X1.8738 Y.989N0320 X1.9387N0330 Z-.0787N0340 Z.3937N0350 X.9017 Y2.0891N0360 Z-.0787N0370 G1 Z-.1969N0380 Y2.059N0390 X.9943 Y1.9316N0400 X1.7812 Y.8485N0410 G0 X1.8738 Y.7211N0420 X1.9387N0430 Z-.0787N
24、0440 Z.3937N0450 X.6844 Y2.0891N0460 Z-.0787N0470 G1 Z-.1969N0480 Y2.0458N0490 X.7929 Y1.9316N0500 G2 X.8459 Y1.868 I-.4566 J-.4339N0510 G1 X1.7812 Y.5806N0520 G0 X1.8738 Y.4532N0530 X1.9387N0540 Z-.0787N0550 Z.3937N0560 X.3785 Y2.0891N0570 Z-.0787N0580 G1 Z-.1969N0590 Y1.9939N0600 X.5232 Y1.9316N06
25、10 G2 X.7185 Y1.7754 I-.1869 J-.4339N0620 G1 X1.7812 Y.3126N0630 G0 X1.8738 Y.1852N0640 X1.9387N0650 Z-.0787N0660 Z.3937N0670 X1.9025 Y-1.6006N0680 Z-.0787N0690 G1 Z-.1969N0700 X1.8346 Y-1.5789N0710 X1.742 Y-1.7063N0720 X1.6068 Y-1.8924N0730 G0 X1.5142 Y-2.0198N0740 Y-2.0499N0750 Z-.0787N0760 Z.3937
26、N0770 X1.9387 Y-1.2573N0780 Z-.0787N0790 G1 Z-.1969N0800 X1.8736 Y-1.2572N0810 X1.781 Y-1.3846N0820 X1.4051 Y-1.9021N0830 G0 X1.3125 Y-2.0295N0840 X1.3196 Y-2.0826N0850 Z-.0787N0860 Z.3937N0870 X1.9387 Y-.989N0880 Z-.0787N0890 G1 Z-.1969N0900 X1.8738N0910 X1.7812 Y-1.1164N0920 X1.189 Y-1.9316N0930 G
27、0 X1.0964 Y-2.059N0940 Y-2.0891N0950 Z-.0787N0960 Z.3937N0970 X1.9387 Y-.7211N0980 Z-.0787N0990 G1 Z-.1969N1000 X1.8738N1010 X1.7812 Y-.8485N1020 X.9943 Y-1.9316N1030 G0 X.9017 Y-2.059N1040 Y-2.0891N1050 Z-.0787N1060 Z.3937N1070 X1.9387 Y-.4532N1080 Z-.0787N1090 G1 Z-.1969N1100 X1.8738N1110 X1.7812
28、Y-.5806N1120 X.8459 Y-1.868N1130 G2 X.7929 Y-1.9316 I-.5096 J.3703N1140 G0 X.6844 Y-2.0458N1150 Y-2.0891N1160 Z-.0787N1170 Z.3937N1180 X1.9387 Y-.1852N1190 Z-.0787N1200 G1 Z-.1969N1210 X1.8738N1220 X1.7812 Y-.3126N1230 X.7185 Y-1.7754N1240 G2 X.5232 Y-1.9316 I-.3822 J.2777N1250 G0 X.3785 Y-1.9939N12
29、60 Y-2.0891N1270 Z-.0787N1280 Z.3937N1290 X-1.8161 Y-2.0499N1300 Z-.0787N1310 G1 Z-.1969N1320 Y-1.9681N1330 X-1.9542 Y-1.8924N1340 G2 X-2.0428 Y-1.8383 I.5298 J.9668N1350 G0 X-2.1731 Y-1.7499N1360 X-2.2002N1370 Z-.0787N1380 Z.3937N1390 X-1.2364 Y-2.0891N1400 Z-.0787N1410 G1 Z-.1969N1420 Y-1.9802N143
30、0 X-1.3862 Y-1.9316N1440 X-1.7164 Y-1.8243N1450 G2 X-2.0428 Y-1.6401 I.292 J.8987N1460 G0 X-2.1618 Y-1.537N1470 X-2.2202 Y-1.5594N1480 Z-.0787N1490 Z.3937N1500 X-.7267 Y-2.0891N1510 Z-.0787N1520 G1 Z-.1969N1530 Y-1.9803N1540 X-.8764 Y-1.9316N1550 X-1.6677 Y-1.6745N1560 G2 X-2.0819 Y-1.3589 I.2433 J.7489N1570 G0 X-2.1686 Y-1.2274N1580 X-2.2395N1590 Z-.0787N1600 Z.3937N1610 X-2.2002 Y1.7499N1620 Z-.0787N1630 G1 Z-.1969N1640 X-2.1731N1650 X-2.0428 Y1.8383N1660 G2 X-1.9542 Y1.8924 I.618
