典型零件型腔加工 毕业论文.doc

冀中职业学院毕业论文 i 典型零件型腔加工 摘 要 随着科学技术的发展，数控机床在生产中大力应用使我国人力市场 上出现了数控人才的紧缺现象，为了弥补这个空缺我国职业高等院校开 展可类似的社会紧缺型人才的培训教育。 经过三年在学校的学习，紧跟社会人才需要，加强我的专业技能在 系部老师的辅导下即将完成学业，在三年中掌握一些必要的机械设计， 在我即将毕业之时，我的毕业设计课题就是型腔零件数控编程加工。本 次设计综合了我三年所学的各种机械知识最为重要的是联系大三所学的 课程。其中包括了工件的分析，加工工序，刀具选择及加工工序程序大 部分是使用 caxa 制造工程师编制的，之后在动手联系起来。 关键词：， 冀中职业学院毕业论文 ii 目 录 第一章 数控机床的概述 .3 1.1 数控机床的介绍 .3 1.1.1 数控车床的发展背景 .3 1.2 我国数控机床的发展水平 .5 1.2.1 数控机床的发展意义 .5 1.2.2 数控机床的分类 .7 1.3 培养复合型人才，掌握高科技技术 .8 第二章 零件的分析及认识 10 2.1 绘制零件图 .10 2.1.1 零件图的分析 .10 2.1.2 零件加工前准备工作 .12 2.1.3555555555555555555555555555555555555 12 2.2 零件加工工艺分析 .13 2.2.1 毛坯零件的选择 .13 2.2.2 编写工艺过程卡 .13 第三章 数控加工 14 3.1 零件加工工序规程的制定 14 3.1.1 工序卡片的制定 .14 3.1.2 设定工件坐标系 15 3.1.3 数控铣削加工分析及程序的编写 15 3.2 零件的加工操作及安全 .18 3.2.1 零件的夹紧 .18 3.2.2 对刀操作 .18 2. 3.3 成品零件 20 冀中职业学院毕业论文 3 第一章 数控机床的概述 1.1 数控机床的介绍 1.1.1 数控车床的发展背景 数控车床采用了最新的自动化技术和产品，均具有模块化、开放、灵活而又统一 的结构，提供了可视化界面和网络集成功能，具备多通道多数控轴功能，适用于所有 工艺。此外，采用最新芯片技术的超高速处理器等高端硬件和光纤传输技术在新型的 数控系统中得到应用，大幅度提高了数控系统的性能。 机床工具行业由金属切削机床、金属成形机床、铸造机械、木工机床、量刃具、 磨料磨具、机床附件（含滚动功能部件）、机床电器（含数控系统）八个小行业组成， 是为国民经济各领域提供工作母机的基础装备产业，是国防军工现代化建设急需的战 略性产业，是国家综合竞争实力的重要标志。数控机床属于高端制造装备，是国家培 育和发展战略性新兴产业的重要领域。 作为全球最大的机床生产国、进口国和消费国，中国早期的机床均属国营，生产 效率欠佳，出口比例较低；在国内机床企业大力改革、裁汰冗员，大量崛起“人员精 简、产值高”的民营企业等事件后，情况得到好转。我们看到，一批改革者在早期的 国有体制中探寻着新的发展道路，中国机床企业正在呈现百家争鸣之势。 在中国的机床市场，我们可以看到的是国有、外资、合资、民营等各种模式经营 的机床企业。除了原有传统的国有企业，其他家企业看到的是中国这个庞大的市场。 机床行业调研报告显示，到 2020 年，航空航天、船舶、汽车、发电设备制造所需要的 高档数控机床与基础制造装备 80%左右将立足国内；高档数控机床也被纳入高端装备制 造业“十二五”规划的重点工程范围内。 在中国日渐成熟的的机床市场，用户对产品的挑剔性也随着之加大。如何平衡各 个机床的性价比，来自台湾机床正在得到众多用户认可。毕竟先期经过了向欧美与日 冀中职业学院毕业论文 4 本的市场交流，台湾制造明显具有更多的来自第一世界的先进元素，但是与大陆一水 之隔的台湾，因为在人力物力距离等方面优势，价格又与欧美日的产品低很多。而这 些，对于正在渴望先进，口袋中钱又不多的中国用户来说无疑不是一个福音。作为世 界上曾经销量排名第一的友嘉集团来说，正因为得到了中国众多用户的支持，正在变 得更加强大。 机床行业的旺盛需求仍将保持高速增长，但对高档数控机床需求将不断上升，对 中低档机床工具产品的需求则将不断下降。就我们所处于的 2011 年的市场来说，截至 到目前，呈现热求的趋势。但与往年各个季度发展趋势不同的是，第二季度提前出现 淡季的特点，市场同比下降。作为中国市场的销售大户，友嘉切身感受明显，相信其 他家机床企业也有切身体会。 相对于汽车行业的消费下降来说，工程机械、航空航天、纺织、印刷、食品等市 场发展处于平稳之中。据悉，友嘉在 2011 年前四个月已经达到 2500 台的销量。仅仅 四月单月就达到了 800 多台，此销售量创历史最高水平，很多其它机床企业一年的销 售量。由于大陆市场一直需求旺盛， 友嘉销售水平是台湾机床企业排名后十位销售量 总和。 冀中职业学院毕业论文 5 1.2 我国数控机床的发展水平 1.2.1 数控机床的发展意义 目前，我国的机床工业正处于一个快速发展和提高的时期，在基础技术、设计及 制造工艺、高端技术和新功能开发等方面都取得了长足的进步。机床工业的发展壮大 得益于自动化新技术在机床工业中持续广泛的应用和推广，数控机床的发展和进步无 不带有自动化创新技术应用的烙印。 中国机床主机企业的特点很明显：大而全，小而不强，小而不精；尤其在配套能 力方面一直是中国机床企业的软肋；产业分工不清晰，专业化程度不强；自主创新能 力薄弱，尚未完全掌握基础、关键、共性技术；高性能数控系统和功能部件的发展滞 后于主机，与数控机床发展相应的产业链体系还不够完善种种因素制约机床产业 快速、可持续发展。随着逐步学习日本、美国的技术设计理念，把主要市场投向汽车、 模具、电子等高端产业，采用技术合作或引进外资的方式吸引日本、台湾企业，使机 床产业得到大幅度的发展。 数控系统是数控机床的核心，是数控机床的大脑。更快更强的数控系统使得数控 机床具备了更加强大的运算和处理能力，能够完成更为复杂和精细的加工。近日，全 球知名数控系统生产商均推出了新型的数控系统，如西门子公司推出了 840dsl 和 828d 系统，日本发那科 fanuc 公司开发了用于高档复合化机床的多通道多轴纳米 cnc，三菱 公司研制了 m700v 系列 cnc。 高速高精度并不仅仅是指数控机床对工件的加工速度要高要快，生产的产品精度 更高，还要求数控机床在工件加工的整个过程中都要高速运转、精确定位，以减少工 冀中职业学院毕业论文 6 件在准备、加工、转运、收储等各个环节占用的时间，综合提高工厂的生产效率，降 低生产成本。更高精度的机械产品在实际使用中会带来更多的益处，如减少运转过程 中的摩擦和发热，降低能源损耗，使整机运转更加平稳可靠，减少故障出现的几率等。 为了实现高速高精度的目标，自动化产品厂商们加大了技术投入和开发力度，研发了 更多的自动化产品应用于数控机床，如直线电机、电主轴、更高线数的编码器、精度 更高更稳定的光栅尺等，这些自动化产品为数控机床实现高速高精度功能提供了强有 力的支持。 当今的机械加工更趋向于高精度、多品种、小批量、低成本、短周期和复杂化的 加工，复合加工是数控机床的一个重要技术发展方向。复合功能使数控机床显著提高 了工件成品的生产速度，能够大大消除散列工序加工过程中的运输、装夹及等待时间， 使加工周期大大缩短并降低加工车间的在制品数量。工件在机床上只有一次装夹定位， 既减少了加工辅助时间，又提高了工件的加工精度。显然，复合加工机床对自动化产 品的要求更高。复合功能的实现依赖于针对工件和刀具的实时检测与智能判断、数据 运算、刀具管理及系统控制。高灵敏度的探针、高速处理芯片、体积更小、响应速度 更快的传感器和执行器等自动化产品和技术在机床上将会得到更为广泛的应用。 冀中职业学院毕业论文 7 1.2.2 数控机床的分类 按工艺用途分类； 金属切削类数控机床,包括数控车床,数控钻床，数控铣床,数控磨床，数控镗床发 及加工中心.这些机床都有适 数控机床的构造 用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的 生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。非加工设备采用数控技术，如自动装配 机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。 按运动方式分类； 点位控制；点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到 另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控钻床、数 按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。 直线控制；点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另 一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐 标轴实现斜线进给运动。 冀中职业学院毕业论文 8 1.3 培养复合型人才，掌握高科技技术 作为全球最大的机床生产国、进口国和消费国，中国早期的机床均属国营，生产 效率欠佳，出口比例较低；在国内机床企业大力改革、裁汰冗员，大量崛起“人员精 简、产值高”的民营企业等事件后，情况得到好转。我们看到，一批改革者在早期的 国有体制中探寻着新的发展道路，中国机床企业正在呈现百家争鸣之势。 中国机床主机企业的特点很明显：大而全，小而不强，小而不精；尤其在配套能 力方面一直是中国机床企业的软肋；产业分工不清晰，专业化程度不强；自主创新能 力薄弱，尚未完全掌握基础、关键、共性技术；高性能数控系统和功能部件的发展滞 后于主机，与数控机床发展相应的产业链体系还不够完善种种因素制约机床产业 快速、可持续发展。随着逐步学习日本、美国的技术设计理念，把主要市场投向汽车、 模具、电子等高端产业，采用技术合作或引进外资的方式吸引日本、台湾企业，使机 床产业得到大幅度的发展。学技术的迅猛发展使多学科交叉融合、综合化的趋势日益 增强。当今的时代，任何高科学技术成果无一不是多学科交叉、融合的结晶。因此， 如何培养出高质量的“复合型”创新型人才以满足形势发展的需要，已是摆在高等教 育面前的十分突出的问题，这就引发了高等教育的深层次的变革。许多国家的教育界 早已纷纷摒弃了专业化教育模式，把高等教育转移到提高国民整体素质的轨道上来。 从专业型教育向素质型教育的转换无疑是高等教育指导思想上的重大变革。这种 新的观念正指引着发达国家的高等教育由精英型教育向大众化的以至普及化阶段迈进。 这一经验可以对我们起借鉴的作用。多年来，由于我们把高等教育定位为专业教育， 对高等教育规模的扩大一直持审慎甚至是某种程度的压抑态度，这不能不是高教规模 得不到应有扩大的重要原因之一。 高等教育必须满足社会、经济发展的需要已成为人们共识，但对这个问题的理解上还 存在一定的片面性。由于专业课与技术的发展息息相关，随着技术进步的加快，其教 学内容陈旧化的速度也加快，因此，过多地向学生讲授一些过时的专业课程并非明智 冀中职业学院毕业论文 9 之举。更重要的是培养学生学会做人，学会学习，学会创新，这才是高校的首要任务， 而基础课教育在其中起着不可替代的作用。 冀中职业学院毕业论文 10 第二章零件的分析及认识 2.1 绘制零件图 2.1.1 零件图的分析 零件加工工艺分析 1. 结构分析 零件铣削加工成型轨迹的形状并不复杂，但是零件的加工精度和几何加工精度 要求较高。 2. 精度分析 在零件前序车削加工中，30+0.033 0mm 圆柱孔与零件的 b 面，是零件装配的 基准和数控铣削加工的定位基准，必须予以保证。 冀中职业学院毕业论文 11 在数控铣削加工中，主要 的加工部位有：零件矩形周边，长和宽均 1000.027， 垂直度为 0.05mm，表面粗糙度为 ra3.2m；零件型腔外形 980 -0.054mm，与 30 基 准孔同轴度为 0.15mm，表面粗糙度为 ra3.2m；零件型腔内形 90mm，公差为 +0.087mm，与 30 基准空同轴度为 0.15mm，表面粗糙度为 ra3.2m。必须保证曲线槽 轨迹是连续的和无阻碍的圆滑过度。 3.加工道具分析 由零件图 1-1 可知，在零件的数控铣削加工中，使用 8 普通直柄立铣刀就可以 达到曲线槽形状的加工要求。 4.结构工艺性分析 毛坯零件为车削成型，所以工件轮廓外的切削余量不大。零件被加工表面轮廓的 最大高度为 25mm，零件轮廓的加工高度为 6mm，由零件结构可知，其 3 铣削工艺性较 好。 5.定位基准分析 该零件可以利用 30mm 圆柱孔及其 b 面作为定位基准，使用虎钳装夹零件，并将 虎钳台固定在铣床工作台上；或使用定位芯轴装夹零件，将定位芯轴及其零件装夹在 数控回转工作台上，再将数控回转工作台固定在铣床工作台上。上述装夹方式在保证 了铣削加工基准装夹定位基准与设计基准重合的同时，敞开了加工中铣刀运行的空间。 数控铣削加工方式分析 根据数控加工的原理和特点，在立式数控铣床上，用机用虎钳进行零件的装夹， 先加工零件周边外形，再加工零件的内外型面。采用此方式加工的零件轮廓精度较为 理想。 在这种数控加工的方式中，x 向控制铣床工作台做纵向直线移动；y 向控制铣床 工作台做横向直线移动；z 向控制铣床工作台做垂直直线移动。应用直角坐标的控制方 式，利用直线轴的插补运行来进行型腔零件的数控铣削加工。 工艺处理 （i） 数控加工零件前预先加工 目的是切除零件大部余量，并为数控铣削加工工序提供可靠的装夹工艺基准。 冀中职业学院毕业论文 12 其工艺内容是车削加工：用伞爪自动定心卡盘装夹零件，车削加工型腔零件内孔两端 面达精车要求。 （ii）数控铣削加工 采用直角坐标系进行型腔的数控铣削加工。 数控铣削加工安装方式 利用零件两端面作为定位基准，使用机用虎钳装夹零件，先加工零件周边外形， 再使用机用虎钳装夹零件 a,c 面加工零件内外形面，并将虎钳及其零件直接固定在铣 床工作台。本次加工将工件坐标系的原点设置在工件上表面的中心。 数控铣削加工工序 数控铣削加工分粗加工和精加工 2 次切削进行： 粗铣加工：使用可转位面铣刀，铣削加工工件周边外形，轮廓部位留精加工余量 0.67mm。 精铣加工：使用可转位铣刀，铣削加工工件周边外形达加工要求。 粗铣加工：使用 8mm 直柄立铣刀，铣削加工型腔轨迹曲线，留精加工余量 0.6mm。 精铣加工：使用 8mm 直柄立铣刀，铣削加工型腔轨迹曲线达加工要求。 2.1.2 零件加工前准备工作 (一) 用 autocad 绘制零件图一张，要求有图纸边框，标题栏等。 (二) 编写工艺过程卡； (三) 画出加工路线图； (四) 列出数控刀具表； (五) 编制加工工序卡； (六) 编写数控加工程序； (七) 画出数控铣削加工走刀路线图，注意刀具切入和切出的方法； (八) 掌握刀具，夹具的装夹与数控铣削加工的对刀等实际操作； 冀中职业学院毕业论文 13 2.1.3555555555555555555555555555555555555 2.2 零件加工工艺分析 2.2.1 毛坯零件的选择 由于腔体类零件的结构形状一般都比较复杂，且内部呈腔形，为满足减振和耐磨 等方面的要求，其材料一般都采用铸铁。为达到结构形状方面的要求，最常见的毛坯 是砂型铸造的铸件。在单件小批生产、新产品试制或结构尺寸很大时，也可采用钢板 焊接毛坯。 2.2.2 编写工艺过程卡 冀中职业学院毕业论文 14 第三章 数控加工 3.1 零件加工工序规程的制定 3.1.1 工序卡片的制定 工艺序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 * p* 垫铁 压板 数控铣床 * 工步 号 工步内容 加工 面 刀位 号 刀具 规格 主轴 转速 n/（r . min-1 ） 进给 速度 v f（mm . min-1 ） 切削 深 度 /mm 备注 1 粗铣加工零件 周边 abc t1 面铣 刀 700 100 2 2 精铣加工零件 周边 abc t1 面铣 刀 700 80 2 3 粗铣加工型腔 轨迹曲线 abc t1 t2 8 600 100 5 4 精铣加工型腔 轨迹曲线 t2 8 600 80 5 编制 张凯 审核 张凯 批准 第 页 共 页 冀中职业学院毕业论文 15 3.1.2 设定工件坐标系 3.1.3 数控铣削加工分析及程序的编写 编 制加工 程序 （精铣 加工零 件周边 外形） n0010 g92 x200.00 y100.00 z120.00； n0020 g90 g17； n0030 m03 s750； n0040 g01 x200.00 y100.00 z70.00 f300.0； no050 z52.50 f100.0； n0060 y0.00； n0070 x-100.00 z52.50； n0080 x200.00； n0090 z52.00； n0100 x-100.00； n0110 z70.00； n0120 y100.00； n0130 m00； n0140 g01 x200.00 y100.00 z70.00 f300.0； 工作坐标系设定 a 设定切削平面 设定半精铣主轴转速 到达安全平面 近 到达加工平面 到达加工起始点 近 粗铣加工 100 尺寸 周边平面 a 近 到达加工起始点 到达加工平面起 始点 精铣加工 100 尺寸 周边平面 a z 向退刀到安全平 面 y 向退刀 暂停，将零件转动 90o 后 重新装夹 到达安全平面 近 到达加工平面 到达加工起始点 冀中职业学院毕业论文 16 n0150 z52.50 f100.0； n0160 y0.00； n0170 x-100.00； n0180 x200.00； n0190 x200.00 z52.00； n0200 x-100.00； n0210 z70.00； n0220 y100.00； n0230 m00； n0240 g01 x200.00 y100.00 z70.00 f300.0； n0250 z52.50 f100.0； n0260 y0.00； n0270 x-100.00； n0280 x200.00； n0290 z50.00； n0300 x-100.00 z52.00； n0310 z70.00； n0320 y100.00； n0330 m00； n0340 g01 x200.00 y100.00 z70.00 f300.0； 近 粗铣加工 100 尺寸 周边平面 c 近 到达加工平面 到达加工起始点 精铣加工 100 尺寸 周边平面 c z 向退刀到安全平 面 y 向退刀 暂停，将零件转的 90o 后 重新装夹 到达安全平面 近 到达加工平面 到达加工起始点 近 粗铣加工 100 尺寸 周边平面 g 近 到达加工起始点 到达加工平面起 始点 精铣加工 100 尺寸 周边平面 g z 向退刀到安全平 面 y 向退刀 暂停，将零件转动 90o 后 重新装夹 到达安全平面 近 到达加工平面 到达加工起始点 冀中职业学院毕业论文 17 n0350 z52.50 f100.0； n0360 y0.00； n0370 x-100.00； n0380 x200.00； n0390 x200.00 z50.00； n0400 x-100.00； n0410 z70.00； n0420 y100.00; n0430 m00； n0440 g01 x200.00 y100.00 z70.00 f300.0； n0450 z27.50 f100.0； n0460 y0.00； n0470 x-100.00 z27.5.； n0480 x200.00； n0490 z27.00； n0500 x-100.00； n0510 z70.00； n0520 y100.00； m0530 m00； n0540 g01 x200.00 y100.00 近 粗铣加工 100 尺寸周边平 第 4 平面 近 到达加工平面 到达加工起始点 精铣加工 100 尺寸 周边平面 c z 向退刀到安全平 面 y 向退刀 暂停，将零件转的 90o 后 重新装夹 到达安全平面 近 到达加工平面 到达加工起始点 近 粗铣加工底平面 b 近 到达加工起始点 到达加工平面起 始点 精铣加工底平 面 b z 向退刀到安全 平面 y 向退刀到 暂停，将加工平面作为基准 底面重新装夹 到达安全平面 近 到达加工平面 到达加工起始 冀中职业学院毕业论文 18 z70.00； n0550 y100.00 z25.50； n0560 y0.00 z52.00； n0570 x-100.00 z25.50； n0580 x200.00 z52.00； n0590 z25.00； n0600 x-100.00； n0610 z70.00； n0620 x-100.00 y100.00； n0630 x200.00； n640 z120.00； n0650 m05 m02； 点 近 粗铣加工上平 面 近 到达加工平面 到达加工平面 起始点 精铣加工上平 面 z 向退刀到安 全平面 y 向退刀 a x 向退刀 a z 向退刀 主轴停，程序结束 冀中职业学院毕业论文 19 编 制加工 程序 （ 粗精铣 加工零 件型腔） n0010 g92 x70.00 y80.00 z100.00； n0020 g90 g17； n0030 m03 s750； n0040 g01 x70.00 y80.00 z40.00 f300.0； n0050 z20.00 f100.0； n0060 y53.60； n0070 x0.00； n0080 g03 i0.00 j-53.60； n0090 g01 x70.00 y53.60 z20.00； n0100 y53.6.； n0110 x0.00； n0120 g03 i0.00 j-53.00； n0130 g01 x-39.00 y53.00 z20.00； n0140 g01 z40.00； n0150 g01 y0.00； n0160 g01 z20.00； 工件坐标系设定 a 设定切削平面 设定主轴转速并启动主轴 （1） 到达安全平面 近(2) 到达加工平面 近(3) 到达 y 向加工起点 近(4) 到达 x 向加工起点 近(4) 粗铣加工 98 转 动一周回到（4） 近(3) x 向退刀到加工起 点 (3) 到达 y 向加工起点 (4) 到达 x 向加工起点 (4) 精铣加工 98 转动一 周回到（4） (5) x 向切出 (6) z 向退刀到安全高 度 (7) y 向近刀到加工起 点 (8) z 向进刀到加工平 面 (9) 粗铣加工型腔 (10) 粗铣加工型腔 (11) 粗铣加工型腔 (12) 粗铣加工型腔 冀中职业学院毕业论文 21 n0170 g01 x-19.28 y-33.90； n0180 g01 x19.28； n0190 g01 x31.91 y-22.30 i- 19.28 j29.00； n0200 g01 y22.30； n0210 g03 x19.00 y33.90 i- 31.91 j-33.90； n0220 g02 x-19.00； n0230 x-33.00 y9.55； n0240 y-10.66； n0250 x-22.18 y-29.00； n0260 x16.00； n0270 g03 x26.00 y-19.00 i0.00 j10.00； n0280 g01 x26.00 y15.00； n0290 x12.00 y29.00 i- 14.00 j0.00； n0300 x-12.34； n0310 x-26.00 y5.34； n0320 y-4.88； n0330 x-14.62 y-36.16； n0340 x0.00 y-41.50； n0350 g03 x0.00 y-41.50 i0.00 j41.50； n0360 g01 y-42.00； n0370 g03 i0.00 j42.00； (13) 粗铣加工型腔 (14) 粗铣加工型腔 (15) 粗铣加工型腔 (16) 粗铣加工型腔 (17) 粗铣加工型腔，到 加工起始点 (18) 精铣加工型腔 (19) 精铣加工型腔 (20) 精铣加工型腔 (21) 精铣加工型腔 (22) 精铣加工型腔 (23) 精铣加工型腔 (24) 精铣加工型腔 (25) 精铣加工型腔切出 近(26) 到达精铣位置 近(26) 粗铣加工 90 转 动一周到(26) (26)