数控铣削毕业设计

薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 1摘要随着我国机械产业的迅速发展，数控行业必然朝着高效化、精密化、和全球化方向发展。而数控加工作为机械加工行业中最重要的单元之一，也必将迈上一个新的台阶。它对我国的经济的影响也会越来越重要。数控铣是机械加工的一种重要方法，可以加工形状复杂的精密零件。本毕业设计，介绍了本课题意义和数控制造加工工艺，讨论了数控加工程序的编制，分析了手工编程的方法和应用。在此基础上，利用 UG 软件对零件的数控编程进行了讨论和具体实践，对结果进行了仿真验证，生成了该零件的数控加工程序。通过本次毕业设计，达到了掌握数控编程技术的目的。关键词：UG；机械加工；数控铣；数控编程 Abstract：The rapid development of Chinas machinery industry, the industry must move efficient CNC, precision, and globalization direction. The CNC machining for mechanical processing industry one of the most important unit, will also move to a new level. Chinas economy, its impact will become increasingly important.CNC machining Milling is an important way to the precision machining of complex shape parts. The graduation project, introduced the subject of the meaning and CNC manufacturing processes, discussed the preparation of numerical control processing, analysis and application of manual programming methods. On this basis, the use of UG CNC programming software components are discussed and concrete practice, simulation results were generated by the part of the CNC machining process. Through this graduation project, reaching to grasp the purpose of numerical control programming.Key words: UG; mechanical processing; CNC milling; CNC Programming薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 2目 录前言 .41 工艺规程的设定 .51.1 产品的零件图分析 .51.1.1 产品的用途性能及工作条件 .51.1.2 主要技术要求 .51.2 毛坯的选择 .61.2.1 毛坯的种类 .61.2.1 常见毛坯的种类 .61.2.2 毛坯的选择 .61.3 定位基准的选择 .71.3.1 工件定位的方法 .81.3.2 常见的装夹方式 .81.3.3 夹具的确定 .81.4 工艺路线的拟定 .81.4.1 设计数控加工工艺路线 .81.4.2 切削参数的选择 .91.5 数控加工工序卡 .101.6 数控加工刀具卡 .102 数控加工零件三维建模设计（CAD 部分） .112.1 UG 软件介绍 .112.2 UG NX5 的工作环境 .122.3 三维造型设计步骤 .122.3.UG 中三维建模的功能菜单介绍 .122.3.2 零件实体三维建模过程 .122.4 零件的加工程序 .133 零件的数控加工仿真（CAM 部分） .173.1 工件坐标系的确定 .173.2 设置工件坐标系零点 .183.3 工件的定位与夹紧方法 .183.3.1 工件的定位 .183.3.2 工件的夹紧 .183.4 实体加工仿真 .183.4.1 工作设定 .183.4.2 用 8 的平底刀进行挖槽（一般挖槽）铣削 .193.4.3 用 22 的平底刀进行外形（2D）铣削 .193.4.4 用 8 的平底刀进行挖槽（一般挖槽）铣削 .203.4.5 用 5 的中心钻钻中心孔 .213.4.6 用 9 的钻头钻孔 .213.4.7 用 10 的绞孔刀绞孔 .21结束语 .22参考文献 .23薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 3前言数控技术(Numerical Control，简称 NC)是近代迅速发展起来的一门自动控制技术，它是工厂自动化的实用化基础技术，是综合计算机、自动检测、及高精密机械等高技术的产物，对国民经济主导工业的发展具有举足轻重的推动作用。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业渗透形成的机电一体化产品，计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。NC 技术从发明到现在，已有近 50 年的历史。近年来，机械产品更新换代的速度不断加快，而且朝着大型、成套复杂、精密、高效、高运行参数等方向发展，从而对机械制造工艺提出了更高的要求。以优质、低耗、洁净、灵活为特征的先进数控加工工艺在发达国家得到发展和普遍应用，也受到国内有关人士的高度重视。数控编程是指将零件的加工顺序，工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数（主轴运动、进给速度、进给量等）以及辅助操作（换刀、冷却液开关、工件夹紧松开）等加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序单的过程。数控编程方法有两种，即手工编程和自动编程。手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、确定加工路线和工艺参数至编写数控程序加工单均由人工来完成。它一般对几何形状不太复杂，所需的加工程序不长，计算比较简单的零件比较合适。自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作都由计算机辅助完成。采用自动编程时，是通过 CAD/CAM 软件系统对图形进行数学处理、编写程序、检验程序等处理工作，通过某些 CAD/ CAM 软件以作图的方法做出三维造型，输入刀具的几何形状，设置刀具参数，定义刀具相对于工作的运动方式，生成走刀轨迹，动态仿真显示加工过程。它解决了许多手工编程无法解决的复杂零件的编程难题，编程工作效率高。所有这些都是通过和计算机的一系列“对话” ，告诉计算机必要的信息，让其生成加工程序，而且所有过程都可在计算机显示屏上直观、形象的表示出来，使得工件在上机床加工前编程人员可预知会可能发生的问题。因此它已成为当前程序编制的主要方法，在这里我用的方法显然是自动编程。要想用图形数控自动编程的方法编制数控程序，就要借助 CAM 软件。常用的有 unigraPhics(UG)、Cimatron、Pro/E、CATIA、EUCLID、MasterCAM 等。本文所用的软件是 MasterCAM。薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 41 工艺规程的设定1.1 产品的零件图分析1.1.1 产品的用途性能及工作条件由于本产品的材料是 LY12，该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150C 以下的工作零件。热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著。1.1.2 主要技术要求技术要求：1.未标注尺寸公差 IT12 级2.所有锐边去毛刺薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 53.孔口倒角 C11.2 毛坯的选择1.2.1 毛坯的种类1.2.1 常见毛坯的种类数控加工中常见的毛坯主要有：轧制件、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金和塑料压制件等，其材料则根据零件的作用与性能不同而各不相同。1.2.2 毛坯的选择合理的选择毛坯不仅影响到毛坯的本身的制造工艺和时间及费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大的影响。因此，选择毛坯时应从毛坯制造和机械加工两方面综合考虑以求得到最佳效果。毛坯的选择主要包括：1) 毛坯种类的选择 毛坯的种类有很多，每种毛坯又有许多不同的制造方法；2) 毛坯形状与尺寸的确定；3) 选择毛坯时应考虑的因素 主要包括：a) 零件的材料及力学性能要求b) 零件的结构形状与尺寸c) 现有的工艺设备。在本设计中，由于该零件的规格为 12010026，材料为 LY12，则可选一规格12010030 的毛坯，再经大盘刀修正至符合 12010026 规格的六方。三维实体图如下图所示薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 61.3 定位基准的选择根据加工的工艺过程，下面分别阐述粗、精基准选择的原则：（1） 粗基准的选择 为了保证加工表面与不加工面间的相互位置要求，一般选择不加工面为粗基准； 粗基准的选择应考虑合理分配各加工表面的加工余量； 粗基准应避免重复使用 粗基准精度低，表面粗糙，重复使用会造成大的定位误差，从而引起相应加工面出现大的位置误差，因此在同一尺寸方向上一般只允许使用一次； 作为粗基准的表面应平整光洁，应避开铸造浇冒口、分配面、铸造区边等表面缺陷，以保证工件定位可靠，夹紧方便。（2） 精基准的选择精基准的选择应能保证零件的加工精度和装夹可靠方便，精基准的选择一般应遵从以下原则： 基准重合原则 采用设计基准作为定位基准称为基准重合； 基准统一原则 在零件的整个加工过程或相关的某几道工序中，选用同一个（或一组）定为基准进行定位，称为基准统一原则； 自为基准原则 对于某些精度要求很高的表面，在精加工或光整加工工序中要求加工余量均匀时，可以选择加工表面本身作为定为基准进行加工； 互为基准原则 为了使加工面间有较高的位置精度，可采用互为定位基准，反复加工的原则； 便于装夹原则 所选择的精基准应保证加工精度、方便装夹。在本设计中，从零件图纸可发现:零件的设计基准是 120100 的矩形对角线中心，而该圆心又可通过 120100 的四边进行定位。所以可以以矩形对角线中心及 120100的四边作为零件的定位基准。1.3.1 工件定位的方法常用的工件定位方法主要有以下三种：（1）直接找正法 薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 7工件定位用百分表、划针或目测的方法在机床直接找正某些表面，以保证被加工表面的位置精度的一中方法；（2）划线找正法 先在工件上用工具标示出加工表面的位置，再安装工件时用划针找正工件的方法；（3） 夹具位法 用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的方法。由于毛坯形状是规则的六方体，又是用虎钳装夹，则可利用虎钳两钳口进行定位，当做正面加工时，则可利用小百分表寻找同心圆 10 与 20 的圆心，以此确定正面加工时的加工原点。1.3.2 常见的装夹方式常见的装夹方式有：通用夹具装夹（如虎钳） 、通用可调整夹具装夹（如平台加压板）、使用组合夹具装夹、使用成组夹具装夹等。1.3.3 夹具的确定数控加工的特点使得对夹具有两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对一致；二是要协调零件与机床坐标系之间的尺寸关系。数控机床夹具的选择和设计应尽可能的选用通用夹具或组合夹具，在成批生产时才考虑专用夹具，夹具设计要求结构简单，尽可能利用通用元件拼装的可调组合夹具，尽量减少零件的装夹次数，力争做到一次装夹尽可能完成更多的或全部的加工内容，而且要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以缩短辅助时间充分发挥数控机床的功能。夹具的安装要准确可靠，具备足够的强度和刚度以减少其变形对工件加工精度的影响。夹具应不妨碍工件各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量等。在本设计中，由于所要加工材料的规格为 12010030，属于薄壁零件，可直接用虎钳加垫铁进行装夹，加工时工件露出钳口在 5cm 左右（能保证夹紧就行） ， （注:使用虎钳装夹前应调整虎钳固定钳口，保证其在与机床相应坐标方向的平行度。装夹时注意调节垫铁高度，以保证能夹紧且在进行切削加工时刀具不会与虎钳钳口相撞。 ）1.4 工艺路线的拟定1.4.1 设计数控加工工艺路线分析零件图后可发现:所有轮廓在同一水平面上，且该面轮廓形状规则，加工内容简单，各轮廓尺寸要求较低。但图纸中心有一拱形应用宏程序进行加工。1.4.2 切削参数的选择（1）切削用量的选择原则数控铣削加工中的切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 8切削用量的选择原则是：在保证零件的加工精度和表面粗糙度的前提下，允许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，最大限度地提高生产率，以降低成本。1) 粗加工切削用量的选择原则粗加工时一般以提高生产效率为主，兼济经济性和加工成本。提高切削速度，加大进给量和背吃刀量都能提高生产效率。由于切削速度对刀具的使用寿命影响比较大吃刀量和进给量对刀具使用寿命的影响相对较小，所以粗加工时首先选用较大的吃刀量和进给量，最后根据刀具的质量和机床的刚性、功率及切削环境等确定合适的切削速度。 2) 半精加工、精加工切削用量的选择原则半精加工和精加工的切削用量选择既要保证加工质量，又要兼顾生产效率和刀具的使用寿命。半精加工和精加工的切削用量的选择要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求，及粗加工后所留下的加工余量来决定。一般情况采用小的吃刀量和进给量，在保证刀具磨损极限的情况下，尽可能采用大的切削速度。（2）切削用量的确定1. 背吃刀量与侧吃刀量的确定在要求工件表面粗糙度值 Ra 为 3.2um12.5um 时，可分粗铣与半精加工两步进行，粗铣背吃刀量与侧吃刀量取同。粗铣后留 0.5mm1mm 的余量，在半精铣时完成。依据刀具性能及经验确定：粗铣的侧吃刀量与背吃刀量为刀具直径的 75%，背吃刀量则可根据刀具条件与加工条件酌情加减。2. 切削速度与主轴转速的确定根据查资料可知：铝的切削速度范围在 80120m/min 左右。现实加工则可根据实际情况酌情加减，在设计中初步确定为 80m/min。主轴转速的计算为：=1000 /( )nucD其中 切削线速度（m/min） ；uc主轴转速（r/min） ；n刀具直径（mm） 。D根据公式计算，再综合经验值确定数值如下：10 键槽铣刀转速 5000r/min3. 进给速度的确定进给速度 与每齿进给量有关 ，即uf fz薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 9=ufnz式中 进给速度（mm/min） ；f主轴转速（r/min） ；铣刀齿数；z每齿进给量（mm/z） 。fz根据公式计算，在综合经验公式：= 1/10uxyf)(n 1/20zf)(确定如下：10 键槽铣刀进给速度 500mm/min1.5 数控加工工序卡按照基面先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序详见下表数控加工工序卡工序号 工序内容 转速(r/min)进给速度(mm/min)工艺装备5 挖槽（一般挖槽） 3000 80 虎钳、平底刀10 外形铣削（2D） 3000 150 虎钳、平底刀15 挖槽（键槽） 5000 200 虎钳、平底刀20 钻中心孔 5000 500 虎钳、中心钻25 钻孔 3000 400 虎钳、钻头30 铰孔 4000 100 虎钳、铰孔刀35 曲面粗加工 3000 100 虎钳、圆刀40 曲面精加工 5000 150 虎钳、球刀1.6 数控加工刀具卡数控加工刀具卡刀具名称 刀具直径 总长 刃长 刀柄直径 材料点钻 5 75 50 5 高速钢 HSS薄壁零件工艺设计、程序编制及加工 10钻头 9 75 60 10 高