十字架飞镖模具设计与数控加工 毕业设计(论文).doc

武汉纺织大学毕业设计（论文） 十字架飞镖模具设计与数控加工 学生姓名; 学生学号: 院（系）: 高等职业技术学院 年级专业: 数控技术 指导教师: 二一二年十二月 武汉纺织大学 毕业设计（论文）任务书 课题名称： 十字架飞镖模具设计与数控加工 完成期限：2012 年 11 月 1 日至 2012 年 12 月 31 日 院系名称 高等职业技术学院 指 导 教 师 专业班级 数控 102 指导教师职称 副教授 学生姓名 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容 1. 资料收集、文献查询、整理和归纳能力； 2. 毕业设计课题理解、分析能力； 3. 设计方案分析、比较和拟定能力； 4. 零件尺寸联系拟定能力； 5. 零件设计和数控加工能力； 6. 表述及写作能力； 7. 独立思考、分析及解决问题能力。 二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、 作品等数量和质量等具体要求） 1、任务： 完成零件结构尺寸拟定；零件设计、数控自动编程与数控加工；缮写出设 计计算说明书。 2、要求： 方案设计正确，零件设计合理、正确。图纸绘制符合国家标准规范（cad 方式） 。设计计算说明书规范，文字通畅，达到 10000 字以上。 三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料 1、主要参数： 图 1 零件图 2、主要参考资料： 1 冯炳尧，韩泰荣主编. 模具设计与制造简明手册m. 上海：上海科学 技术出版社，1998 2 黄道业主编. 数控铣床编程、操作及实训m.合肥:合肥工业出版社， 2005 3 陈明，刘刚，钟敬文主编. caxa 制造工程师数控加工m. 北京：北 京航空航天大学出版社，2006 4 廖念钊主编. 互换性与技术测量m. 北京：中国计量出版社，2000 5 张幼桢主编. 金属切削原理及原理m. 北京：国防工业出版社，1990 四、毕业设计（论文）进度表: 表 1-1 进度表 序 号 起止日期 计划完成内容 实际完成情况 检查人签名 检查日期 1 11.111.6 布置任务，收集资 料，熟悉课题 2 11.711.14 总体结构方案或数 控加工工艺方案设 计 3 11.1512.5 结构总图或数控加 工程序设计 4 12.612.18 零件图设计或零件 数控加工制作 5 12.1912.26 撰写毕业设计说明 书 6 12.2712.29 准备毕业设计答辩 武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告 课题名称 零件模型设计与数控加工 院系名称 高 职 院 专 业 数控技术 班 级 数控 102 学生姓名 一、课题背景与文献综述 1. 课题研究的意义 通过此次的设计，让我掌握模具设计，数控加工所需的工艺知识，提高合理设计 模具的数控编程能力。也让我能够在数控加工时，能够根据实际情况，充分考虑各种 制造方法的特点从而选择最佳的工艺方案。锻炼我把所学专业知识运用在实际设计生 产中的实践能力，为以后在实际生产设计中打下良好的基础。 本次的毕业设计对我们具有很大的意义：掌握各种制造方法对模具结构的要求， 具有分析模具结构工艺的能力，能够加工出工艺性能良好的模具结构。培养理论联系 实践的设计思想，训练综合运用机械设计，数控加工编程和有关课程的理论，结合生 产实践分析和解决工程实践问题的能力，巩固、加深和宽展有关机械设计和数控加工 方面的知识。在设计过程中，培养独立思考、深入钻研，主动的、创造的进行设计。 2.所属领域的发展状况 模具被称为工业产品之母，是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、 日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。没有模具，就 没有高质量的产品。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已 成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。 近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使模具的制造水平比十年前进 了一大步，为了快速发展我国的模具技术，在国家产业政策和与之配套的一系列国家 经济政策的支持和改革开放方针引导下,我国模具正向着高效率、自动化、大型、微 型、精密、高寿命模具的方向迅速发展。 除了国内良好的市场环境外，对中国模具行业来说，国际模具市场更加呈现出高 速前行的态势。从模具设计和制造技术方面来看模具的发展趋势可归纳如下几个方面。 1）标准化 开展模具标准化工作，使通用零件标准化、系列化、商品化，以适应大规模地成 批地生产成型模具。 2）高效率、自动化 大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的 模具，对改善判件质量、提高生产效率，降低产品成本起了很大的作用。 3）计算机辅助设计和制造技术 cad/cam 技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实践证明，cad /cam 技术是模 具制造的发展方向。大力开展企业信息化工程，可从计算机辅助工艺设计开始向计算 机集成制造乃至向虚拟制造发展，逐步深化和提高。 4）超精加工和复合加工 随着精密成型模具日益增多，必须用超高精度的模具来制造超高精度的零件。超 精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工技术在今后的 模具制造中将要进一步扩大应用。 二、研究内容 本课题主要按照老师的安排，完成某个零件的相关模具设计和数控加工过程，主 要研究设计的内容有： 1、完成零件的分模。 2、完成模具凸模的数控加工编程，选择合理的加工步骤，并生成相对应的 g 代 码。 3、完成设计零件的数控加工。 4、完成设计计算说明书以及进行设计答辩。 三、研究方法及步骤 综合运用机械设计及其有关课程的专业理论知识，明确设计的任务和要求，并拟 定设计计划，注意掌握进度，在老师的指导下按时完成。设计分阶段进行，每一阶段 的设计都要认真检查，没有原则错误时才能继续进行下一阶段的设计，保证设计质量， 完成设计任务。 设计步骤如下： 1、 明确本课题的设计要求； 2、 收集、分析、消化原始资料，收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备 及特殊加工资料等，以备设计模具时使用； 3、 把所给的零件进行分模； 4、 选择合适的数控加工方案； 5、 按照选定的方案进行模具的数控加工； 6、 整理资料并行归档。 四、主要参考资料： 1 冯炳尧，韩泰荣主编. 模具设计与制造简明手册m. 上海：上海科学技术出 版社，1998 2 黄道业主编. 数控铣床编程、操作及实训m.合肥:合肥工业出版社，2005 3 廖念钊主编. 互换性与技术测量m. 北京：中国计量出版社，2000 4 张幼桢主编. 金属切削原理及原理m. 北京：国防工业出版社，1990 5 王启平主编. 机械制造工艺学（第五版）m. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版 社，2006 指导教师签名： 年 月 日 摘 要 本文主要研究旋纽模具的数控铣削工艺以及在此基础上的数控铣床的程序 编制。了解数控铣床在旋纽模具加工中的运用，从而完成旋纽模具数控铣削工 艺性分析以及编写数控加工工艺文件。 数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床诞生之日起，数控 编程技术就受到了广泛关注，成为cad/cam系统的重要组成部分，各工业发达国 家业投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统。本文以数控编程中的加 工工艺分析及设计为出发点，着力分析零件图，从数控加工的实际角度出发， 以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在了解数控加工 铣削基础、数控铣床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工方案、 确定加工路线和加工内容以及对一些特殊的工艺问题处理的基础上，控制数控 编程过程中的误差，从而大大缩短了加工时间，提高了效率，降低了成本。 此次设计采用caxa制造工程师软件，caxa制造工程师从设计、编程到 生成g代码完全由软件来实现，设计和加工效率大大提高。 关键词：模具设计； 数控铣削； 数控加工工艺； caxa 制造工程师 目 录 1 绪论 .1 1.1 前 言 1 1.2 本文的研究背景与意义 1 1.3 数控编程技术的历史 2 2. 零件模具的造型 4 2. 1 caxa 制造工程师 cad/cam 系统 .10 2. 2 零件模具的造型 10 3. 零件模具的加工工艺分析 13 3. 1 数控加工工艺 13 3.1.1 分析零件图 .14 3.1.2 数控加工工艺概念与工艺过程 .15 3.1.3 数控铣床加工的工艺设计特点 .15 3.1.4 数控铣床加工工艺的主要内容 .18 3.2 加工方法的确定 .18 3.3 数控加工工艺路线的设计 .18 3.3.1 数控铣削加工零件的工序顺序 .19 3.3.2 数控铣削工序的各工步顺序 .20 3.4 走刀路线的设计 .20 3.4.1 铣削平面的加工路线 .21 3.5 夹具的选择 .22 3.6 刀具的选择 .22 3.6.1 铣削用刀具及其选择 .22 3.6.2 刀具材料应该满足零件的加工要求 .23 3.7 铣削用量的确定 .23 3.7.1 吃刀量的选择 .23 3.7.2 每齿进给量的选择 .24 3.7.3 主轴转速的确定 .25 3.8 数控加工工艺文件 .25 4. 零件模具的数控加工 27 4.1 粗加工的参数设置 .27 4.2 等高线粗加工的参数设置 .32 4.3 精加工的参数设置 .38 4.4 轨迹仿真 .42 4.5 生成 g 代码 .46 4.5 数控铣床上的加工 .49 5. 小 结 50 参考文献 51 附 录 52 致谢 54 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 1 页 1 绪论 1.1 前 言 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了 其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改 造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机 床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来 了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技 术(1t) 与制造技术(mt) 结合发展的结果。现代的 cad/cam、fms、cims、敏 捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识 是现代机电类专业学生必不可少的。 本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般 步骤。并利用 caxa 制造工程师软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计， 实现加工仿真。利用数控仿真系统软件完成仿真加工。利用 cad/cam 软件及 g 代码指令进行手工编程。 1.2 本文的研究背景与意义 当今，在电子技术和计算机技术的高速发展的同时，制造业发生了根本性 的变化，其中一个重要的标志就是数控技术的广泛应用。普通机床逐渐被高效 率、高精度的数控机床所代替，制造业正朝着高自动化、高智能化的方向发展。 与普通机床相比，数控机床可显著提高加工效率和加工精度，例如烟灰缸模具 中非圆的平面曲线，普通机床根本无法加工，或是加工精度很低，或是加工时 间很长，而使用数控机床可以在很短的时间内加工出来，其加工精度和加工效 率是普通机床所无法达到的。数控技术在短短几十年内得到了飞速发展，并己 形成了巨大的生产力。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床 诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为 cad/cam 系统的重要组成 部分，各工业发达国家也投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 2 页 此次采用的 caxa 制造工程师从设计、编程到生成 g 代码完全由软件实现， 设计和加工效率大大提高，现已广泛用应于塑模、锻模、汽车覆盖件拉伸模、 压铸模等复杂模具的生产以及汽车、电子、航空航天等行业的精密零件加工。 1 通过此次的设计，让我掌握模具设计，数控加工所需的工艺知识，提高合 理设计模具的数控编程能力。也让我能够在数控加工时，能够根据实际情况， 充分考虑各种制造方法的特点从而选择最佳的工艺方案。锻炼我把所学专业知 识运用在实际设计生产中的实践能力，为以后在实际生产设计中打下良好的基 础。 本次的毕业设计对我具有很大的意义：掌握各种制造方法对模具结构的要 求，具有分析模具结构工艺的能力，能够加工出工艺性能良好的模具结构。培 养理论联系实践的设计思想，训练综合运用机械设计，数控加工编程和有关课 程的理论，结合生产实践分析和解决工程实践问题的能力，巩固、加深和宽展 有关机械设计和数控加工方面的知识。在设计过程中，培养独立思考、深入钻 研，主动的、创造的进行设计。 1.3 数控编程技术的历史 零件加工程序的编制是数控加工的基础，国内外数控加工统计表明，造成 数控设备空闲的原因大约 2030是编程引起的，可见数控编程直接影响设 备的使用效率。数控机床出现不久，计算机就被用来帮助解决复杂零件的加工， 称为计算机辅助编程或自动编程。 自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，有数控语 言自动编程和图形交互自动编程。语言自动编程就是利用计算机以专门的数控 语言编写零件的源程序，来实现自动编制零件数控加工程序。近年来，计算机 技术发展十分迅速，计算机的图形处理能力有了很大的增强。因而“图形交互 自动编程”应运而生，并在 70 年代以后，得到迅速的发展和推广应用。 “图形交互自动编程”是一种计算机辅助编程技术，它是通过专用的计算 机软件(如机械 cad 软件)来实现。利用 cad 软件的图形编辑功能，通过使用鼠 标、键盘、数字化仪等将零件的几何图形绘制在计算机上，形成零件的图形文 件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的实时对话方式，在计算机屏幕上 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 3 页 指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可以自动进行必要的数 学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工 轨迹。这种编程方法，不需要编制零件加工源程序，编程方法简单易学，与语 言自动编程相比，具有速度快、直观性好、使用简单、便于检查等优点。因此， “图形交互自动编程”已成为目前国内外先进的 cad/cam 软件所普遍采用的数 控编程方法。 二十世纪八十年代，在 cad/cam 一体化概念的基础上，出现了并行工程的 概念。为了适应并行工程发展的需要，数控编程技术正向集成化和智能化方向 发展。进入二十世纪九十年代，随着 web 技术的不断发展，传统的产品设计、 制造和生产模式正在发生深刻的变革，出现了协同设计制造、异地设计制造、 全球制造等一系列新概念和新技术。将 web 技术和 cam 技术相结合，成为 cam 系统的又一重要发展方向。 目前正在研制的新一代 cam 系统将采用面向对象、面向工艺特征的基本处 理模式，系统的自动化水平、智能化程度将大大提高。系统结构将独立于 cad、capp 系统而存在，为 capp 的发展留下空间，更符合网络集成化的要求。 1.4 数控铣床结构、使用、操作步骤等情况简介 数控铣床形式多样，不同类型的数控铣床在组成上虽有所差别，但却有许 多相似之处。下面以 xk5040a 型数控立式升降台铣床为例介绍其组成情况。 锯 040a 型数控立式升降台铣床配有四 3ma 数控系统，采用全数字交 流伺服驱动。 该机床由 6 个主要部分组成即床身部分，铣头部分，工作台部分，横进给 部分，升降台部分，冷却、润滑部分。 (1)床身 床身内部布局合理，具有良好的刚性，底座上设有 4 个调节螺栓，便于机床 进行水平调整，切削液储液褴设在机床座内部。 (2)铣头部分 铣头部分由有级(或无级) 变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精 度轴承上保证主轴具有高回转精度和良好的刚性；主轴装有快速换刀螺母， 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 4 页 前端锥采用 1$0505 锥度；主轴采用机械无级变速，其调节范围宽，传动平稳， 操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，可节省辅助时间，刹车时通过制动手 柄撑开止动环使主轴立即制动。启动主电动机时，应注意松开主轴制动手柄。 铣头部件还装有伺服电机、内齿带轮、滚珠丝杠副及主轴套简，它们形成垂直 方向(z 方向)进给传动链，使主轴作垂向直线运动。 (3)工作台 工作台与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装 在工作台右端的伺服电机驱动的。通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠剐，从而使 工作台获得纵向进给。工作台左端装有手轮和刻度盘，以便进行手动操作。床 鞍的纵横向导轨面均采用了 turclle b 贴塑面，从而提高了导轨的耐磨性、运 动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。 (4)升降台(横向进路部分) 升降台前方装有交流伺服电机驱动床鞍作横向进给运动，其传动原理与工 作台的纵向进给相同。此外在横向滚珠丝杠前端还装有进给手轮，可实现手 动进给。升降台左侧装有锁紧手柄，轴的前端装有长手柄，可带动锥齿轮及升 降台丝杆旋转，从而获得升降台的升降运动。 (5)冷却与润滑装置 冷却系统。机床的冷却系统是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等 组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，冷却泵将切削液从底座内储液池打至 出水管，然后经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。 润滑系统及方式。润滑系统是由手动润捐油泵、分油器、节流阀、油管 等组成。机床采用周期润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒、 纵横向导轨及三向滚珠丝杆进行润滑，以提高机床的使用寿命。 2. 零件模具的造型 2. 1 caxa 制造工程师 cad/cam 系统 2.1.1 cam 系统的编程基本步骤 如下： 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 5 页 1) 理解二维图纸或其它的模型数据 2) 建立加工模型或通过数据接口读入 3) 确定加工工艺（装卡、刀具等） 4) 生成刀具轨迹 5) 加工仿真 6) 后期处理生成 nc 代码 7) 输出加工代码 现在分别予以说明。 2.1.2 加工工艺的确定 加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有： a. 核准加工零件的尺寸、公差和精度要求 b. 确定装夹位置 c. 选择刀具 d. 确定加工路线 e. 选定工艺参数 2.1.3 加工模型建立 利用 cam 系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机 屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。 加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的 形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，cam 系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复 杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供 种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。 被加工零件数据也可能由其他 cad/cam 系统传入，因此 cam 系统针对此 类需求应提供标准的数据接口，如 dxf、iges、step 等。由于分工越来越细， 企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。 被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，cam 系 统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件 的外形曲面。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 6 页 (a) 刀具轨迹生成 建立了加工模型后，即可利用 caxa 制造工程师系统提供的多种形式的刀 具轨迹生成功能进行数控编程。caxa 制造工程师中提供了十余种加工轨迹生 成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要 求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所 需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。caxa 制造工程师在研制过程中深入工厂 车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了 工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在 caxa 制造工程师中做刀具 轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现， 也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承， 为满足特殊的工艺需要，caxa 制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行 编辑。caxa 制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是 否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。 (b) 后期 g 代码生成 在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行 所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的 g 代码程序或 nc 程序。caxa 制造工程师提供的后期处理功能是非常灵活的， 它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的 格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。 (c) 加工代码输出 生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。caxa 制 造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与 机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱 动机床。 2.2 零件模具的造型 a. 在【零件特征 】中选择 xy 平面，在该平面进行建模。单击 【草图】图标 ， 建立草图。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 7 页 图 2-1 零件草图 1 b. 单击【拉伸增料】图标 ，在对话框中选择类型为固定深度、深度 10，如 图 2-2 所示。 a b 图 2-2 拉伸增料 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 8 页 c. 选择上图毛坯的上表面，在该平面进行建模。单击【草图】图标 ， 建立草图。 图 2-3 零件草图 2 d. 单击【拉伸增料】图标 ，在对话框中选择类型为固定深度、深度 10，如 图 2-4 所示。 （a） 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 9 页 b 图 2-4 拉伸增料 e. 在【零件特征 】中选择 xy 平面，在该平面进行建模。单击 【草图】图标 ， 建立草图。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 10 页 图 2-5 零件草图 3 f. 单击【拉伸增料】图标 ，在对话框中选择类型为固定深度、深度 5，如图 2-6 所示 a b 图 2-6 拉伸增料 g. 单击【拔模】图标 ，角度设为 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 11 页 30，需过渡的元素为边面，如图 2-7 所示。 a b 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 12 页 图 2-7 拔模 h. 单击 【过渡】图标 ，半径设为 3，需过渡的元素为边面，如图 2-8 所示 a b 图 2-8 过渡 i. 最终形成模型图，如图 2-9 所示。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 13 页 图 2-9 模型图 3. 零件模具的加工工艺分析 3.1 数控加工工艺 数控铣床加工工艺过程一般是：先通过分析零件图样，明确工件适合在数 控铣削的加工内容、加工要求，然后以此为出发点确定零件在数控铣削的加工 工艺和过程顺序。 接着确定数控加工的工艺装备，如：确定何种类型、规格、技术参数的机 床；考虑工件如何装夹及装夹方案的拟定；选择适合加工的表面、结构特征和 技术要求的刀具并进行调试，明确和细化工步的具体内容，包括对走刀路线、 位移量和切削参数等的确定。数控铣床加工工艺过程如图 3-1 所示。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 14 页 加 工 图 样加 工 方 案装 夹 方 法标 准 夹 具 特 殊 夹 具 刀 具 选 择标 准 刀 具 特 殊 刀 具加 工 中 心 数 据 表刀 具 对 刀试 运 行 试 切 削工 件 毛 坯 数 控 铣 床 加 工 零 件设 计 加 工 程 序编 制 程 序输 入 介 质 图 3-1 数控铣床加工工艺过程 3.1.1 分析零件图 i 分析零件的尺寸标注 在分析零件图时，除了考虑尺寸数据是否有遗漏或重复、尺寸标注是否模 糊不清和尺寸是否封闭等因素外，还应该分析零件图的尺寸标注方法是否便于 编程。无论是用绝对、增量、还是混合方式编程，都希望零件结构的形位尺寸 从同一基准出发标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法，不仅便于编程， 而且便于尺寸之间的相互协调，并便于保持设计、制造及检验基准与编程原点 设置的一致性。不从同一基准出发标注的分散类尺寸，可以考虑通过编程时的 坐标系变换的方法，或通过工艺尺寸链解算的方法变换为统一基准的工艺尺寸。 此外，还有一些封闭尺寸，为了同时保证孔间距的公差，直接按名义尺寸 编程是不行的，在编程时必须通过尺寸链的计算，对原孔位尺寸进行适当的调 整，保证加工后的孔距尺寸符合公差要求。实际生产中有许多与此相类似的情 况，编程时一定要引起注意。 2、分析加工的质量要求 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 15 页 检查零件加工结构的质量要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度 在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。 虽然数控铣床的加工精度高，但对一些过薄的腹板和缘板零件应认真分析结构 特点。这类零件在实际加工中因较大切削力的作用容易使薄板产生弹性退让变 形，从而影响到薄板的加工精度，同时也影响到薄板的表面粗糙度。当薄板的 面积较大而厚度又小于 3mm 时，就应充分重视这一问题，并采取相应措施来保 证其加工的精度。如在工艺上，减小每次进刀的切削深度或切削速度，从而减 小切削力等方法来控制零件在加工过程中的变形，并利用 cnc 机床的循环编程 功能减少编程工作量。 在用同一把铣刀、同一个刀具补偿值编程加工时，由于零件轮廓各处尺寸 公差带不同，很难同时保证各处尺寸在尺寸公差范围内。这时一般采取的方法 是：兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，改为对 称公差。采用同一把铣刀和同一个刀具半径补偿值加工。 3.1.2 数控加工工艺概念与工艺过程 数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段 的总和，应用于整个数控加工工艺过程。 数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用 技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程是利用切削 刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等， 使其成为成品或半成品的过程。 数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成的数控加工工 艺系统中完成的。数控机床是零件加工的工作机械，刀具直接对零件进行切削， 夹具用来固定被加工零件并使之占有正确的位置，加工程序控制刀具与工件之 间的相对运动轨迹。工艺设计的好坏直接影响数控加工的尺寸精度和表面精度、 加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响加工的安全性。所以掌握 数控加工工艺的内容和数控加工工艺的方法非常重要。 3.1.3 数控铣床加工的工艺设计特点 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 16 页 工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通铣床受控于操作工人， 因此，在普通铣床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，铣床的切削用 量、进给路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。数控铣床加工的 程序是数控铣床的指令性文件，数控铣床受控于程序指令，加工的全过程都是 按程序指令自动进行的，因此，数控铣床加工工艺与普通铣床工艺规程有较大 差别，涉及的内容也较广。数控铣床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而 且还要包括切削用量、进给路线、刀具尺寸以及铣床的运动过程。工艺方案的 好坏不仅会影响铣床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。正因为 数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工与普通加工相比具 有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费 用高等特点。数控加工工艺上与普通加工工艺也具有一定的差异。 a. 数控加工工艺内容要求更加具体、详细 普通加工工艺：许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形 状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据 实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过 多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。 数控加工工艺：所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。 数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量 和其他特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程 中更需要确定详细的各种工艺参数。 b. 数控加工工艺要求更严密、精确 普通加工工艺：加工时，可以根据加工过程中出现的问题，比较自由地进 行人为调整。 数控加工工艺：自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先 精心考虑，否则导致严重的后果。如攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤 满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续加工。又如非数控机床加工，可以 多次“试切”来满足零件的精度要求；而数控加工过程，严格按规定尺寸进给， 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 17 页 要求准确无误。因此，数控加工工艺设计要求更加严密、精确。 c. 制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 编程尺寸并不是零件图上设计的尺寸的简单再现。在对零件图进行数学处 理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系 重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。 d. 考虑进给速度对零件形状精度的影响 制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑进给速度对加工零件形状精度 的影响。在数控加工中，刀具的移动轨迹是由插补运算完成的。根据插补原理 分析，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低，导致工件 的轮廓形状精度越差。尤其在高精度加工时，这种影响非常明显。 e. 强调刀具选择的重要性 复杂形面的加工编程通常采用自动编程方式。自动编程中，必须先选定刀 具再生成刀具中心运动轨迹，因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说， 若刀具预先选择不当，所编程序只能推倒重来。 f. 数控加工工艺的特殊要求 1) 由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因此在同等情 况下，数控机床切削用量比普通机床大，加工效率也较高。 2) 数控机床的功能复合化程度越来越高，因此现代数控加工工艺的明显特 点是工序相对集中，表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上 尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容比普通机床加工的工序内 容复杂。 3) 由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时， 要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。 g. 数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 18 页 普通工艺中，划分工序、选择设备等重要内容，对数控加工工艺来说属于 已基本确定的内容，所以制定数控加工工艺的着重点是整个数控加工过程的分 析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。复杂表面的刀具运动轨迹生成 需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。这也是数 控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。 3.1.4 数控铣床加工工艺的主要内容 根据实际应用需要，数控铣床加工工艺主要包括以下内容： 确定适合在数控铣床上加工的零件或加工内容。 对拟定在数控铣床加工的零件或加工内容进行工艺分析。通过分析被加 工零件的图样，针对零件加工结构内容及技术要求初步拟定适当的工艺 措施。 确定零件的总体加工方案。包括确定零件整个加工过程的工序划分、各 工序间的顺序、数控铣床上加工工序与非数控加工工序的衔接等。 数控铣床上的加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确 定、工步的划分、刀具的选择和确定切削用量及确定加工路线等。 确定数控加工前的调整方案。如对刀方案、换刀点、刀具预调和刀具补 偿方案及确定加工路线等。 3.2 加工方法的确定 机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆 柱面或曲面、廓形面等基本表面组成的。加工方法的选择原则是保证加工表面 的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，应结合零件的结构形状、尺寸大小、材料及生 产类型等因素全面考虑。 根据十字架模具的特征，采用数控铣削加工。 3.3 数控加工工艺路线的设计 数控加工工艺路线设计是下一步工序设计的基础，其设计的质量会直接影 响零件的加工质量与生产效率。设计工 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 19 页 艺路线时应对零件图、毛坯图认真消化，结合数控加工的特点灵活运用普通加 工工艺的一般原则，尽量把数控加工工艺路线设计得更合理一些。 3.3.1 数控铣削加工零件的工序顺序 在数控铣床上加工零件，工序比较集中，在一次装夹中，尽可能完成全部 工序。根据数控机床的特点，为了保持数控铣床的精度，降低生产成本，延长 使用寿命，通常把零件的粗加工，特别是基准面、定位面的加工在普通机床上 进行。 铣削加工零件划分工序后，各工序的先后顺序排定通常要考虑如下原则： (1)基面先行原则： 用作精基准的表面应优先加工出来。 (2)先粗后精原则： 各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依 次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。 (3)先主后次原则： 零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表 面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行，放在主要加工表面加工到一定程度 后、最终精加工之前进行。 (4)先面后孔原则： 对平面轮廓尺寸较大的零件，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这 样安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过 的平面上加工孔，孔加工的编程数据比较容易确定，并能提高孔的加工精度， 特别是钻孔时的轴线不易歪斜。 对于十字飞镖来说，后 3 个原则很容易理解，不再叙述，下面重点讲述基 面先行原则，对它的应用往往是排列工序的关键，也是难点。 定位基准的选择是决定加工顺序的重要因素。在安排加工工序之前，应先 找出零件的主要加工表面，并了解它们之间主要的相互位置精度的要求。而定 位基准的选择对零件各主要表面的相互位置精度又有着直接的影响。一些彼此 有较高精度要求的表面应尽量在一次安装中加工出来，这样可减少零件的安装 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 20 页 误差对它们之间的相互位置精度的影响。 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误 差就越小。任何一个较高精度的表面在加工之前，作为其定位基准的表面必须 已加工完毕。 加工这些定位基准面时又必须以另外的表面来作为定位粗基准。因此当工 艺分析时工序的精定位基准初步确定后，向前可推出加工定位精基准的工序， 向后推出以工序的精定位基准加工的工序，这样便可以逐步得到整个工艺过程 的加工顺序的大致轮廓。 因此，根据提供的圆棒型毛坯，首先找出较为平整的表面，把它作为定位 基准进行加工。 3.3.2 数控铣削工序的各工步顺序 由于数控机床集中工序加工的特点，在数控铣床上的一个加工工序，一般 为多工步，使用多把刀具。因此在一个加工工序中应合理安排工步顺序，它直 接影响到数控铣床加工的精度、效率、刀具数量和经济性。安排工步时除考虑 通常的工艺要求之外，还应考虑下列因素： 以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的内容，最好接连进行，以减 少刀具更换次数，节省辅助时间。 在一次安装的工序中进行多个工步，应先安排对工件刚性破坏小的工步。 工步顺序安排和工序顺序安排是类似的，如都遵循由粗到精的原则。先 进行重切削、粗加工，去除毛坯大部分加工余量，然后安排一些发热小、加工 要求不高的加工内容(如钻小孔、攻螺纹等)，最后再精加工。 考虑走刀路线，减少空行程。如决定某一结构的加工顺序时，还应兼顾 到邻近的加工结构的加工顺序，考虑相邻加工结构的一些相似的加工工步能否 统一起来，用一把刀接连加工，减少换刀次数和空行程移动量。 数控工艺路线的设计是下一步走刀路线的设计基础，会对零件的加工质量 与生产效率造成较大的影响，设计工艺路线时应认真分析零件图，结合数控加 工的特点和实际经验来灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控加工工 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 21 页 艺路线设计得更趋合理。 根据以上分析，首先采用等高线粗加工，初步加工整体形状，然后用摆线 式粗加工加工出三个槽，最后采用三维偏置精加工完成最后的加工。 3.4 走刀路线的设计 在数控加工中，刀具刀位点在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹称为 走刀( 加工 )路线，它不但包括了工序的内容，而且也反映出工序的顺序。走刀 路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图， 将已经拟定出的走刀路线画上去(包括进刀、退刀路线)，这样可为编程带来不 少方便。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： 1)加工路线应保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求，且效率要高。 2)应使加工路线最短，这样可简化程序段和减少空走刀时间，以提高生产 率。 3)保证零件的工艺要求。 4)利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。 另外确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床刀具的系统刚度等 情况，确定是一次走刀还是多次走刀完成加工。 3.4.1 铣削平面的加工路线 刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线 的切向切入，以避免在切入处由于法向力过大产生刀具的刻痕而影响表面质量， 保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，在工件的轮廓处直接退刀， 会造成进给停顿，使工件表面出现凹坑，因此也应该沿零件轮廓延长线的切向 逐渐切离工件。 为保证零件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。铣削外表 面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件 表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓 光滑。铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 22 页 人、切出。若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切 出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。当 内部几何元素相切无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具 切入、切出点应远离拐角。 此外，轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中的切削力会使工艺系 统产生弹性变形并处于相对平衡状态，进给停顿时，切削力突然减小会改变系 统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件轮廓上留下刻痕。 为提高工件精度和减小表面粗糙度，可以采用多次走刀的方法，粗加工余 量一般以 为宜，而且精铣时宜采用顺铣，以减小零件被加工表面粗0.25m 糙度的值。 3.5 夹具的选择 数控铣床工件装夹一般都是以平面工作台为安装的基础，定位夹具或工件， 并通过夹具最终定位夹紧工件，使工件在整个加工过程中始终与工作台保持正 确的相对位置。数控加工用的夹具大都是通用性的，编程人员在大多数情况下 不进行实际设计，而是选用。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一 是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床 坐标系的尺寸。 根据数控铣床的特点和加工需要，目前常用的夹具类型有通用夹具、可调 夹具、组合夹具、成组夹具和专用夹具。一般的选择顺序是单件生产中尽量选 用机床用平口虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其 次考虑可调夹具，最后考虑选用成组夹具和专用夹具。选择时，要综合考虑各 种因素，选择经济、合理的夹具形式。 本次设计提供的毛坯为圆棒型铝合金，采用三角夹具。 3.6 刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率， 而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内 容、工件材料等因素。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 23 页 刀具选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性好、寿命长，又要求尺 寸稳定，安装调整方便。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以 提高刀具的刚性。 3.6.1 铣削用刀具及其选择 数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具 有关参数如下： 1)铣刀半径 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径 ，一般取drminr 。 （1-min(0.89)dr 1） 2)零件的加工高度 ，以保证刀具有足够的刚度。 (1/64)dhr 此外对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣 刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。 根据以上条件， 平面区域粗加工是采用 d12 的立铣刀，三维偏置精加工 时采用 r3 的球铣刀。 3.6.2 刀具材料应该满足零件的加工要求 本次加工采用的材料为尼龙棒，尼龙棒的硬度最高只有 60-80hb，硬度一般 为 71mpa，由于硬度、强度低，可选用高速钢铣刀。 3.7 铣削用量的确定 在铣削过程中，如果能在一定的时间内切除较多的金属，就会有较高的生 产效率。显然提高背吃刀量、铣削速度和进给量均能增加金属的切除量。但是， 影响铣刀使用寿命最显著的因素是铣削速度，其次是进给量，而背吃刀量的影 响最小。所以，为了保证铣刀较长的使用寿命，应当优先采用较大的吃刀量， 其次是选择较大的进给量，最后才是选择适宜的铣削速度。 武汉纺织大学 2013 届毕业设计论文 第 24 页 3.7.1 吃刀量的选择 当刀具铣削加工时，刀具切入工件包括两个方向和深度，即铣削深度 和pa 铣 削宽度 。wa （1）切削深度 。(背吃刀量)p 切削深度也称为背吃刀量，在机床、工件和刀具刚度允许的情况下， 可pa 以等于加工余量，即尽量做到一次进给铣去全部的加工余量，这是提高生产效 率的一个有效措施。只有当表面粗糙度要求 小于 时，为了保证零件的ar6.3m 加工精度和表面粗糙度，才需要考虑留一定的余量进行精加工。 （2）切削宽度 。(侧吃刀量)wa 在编程软件中称为步距，一般切削宽度 与刀具直径 成正比。在粗加工wad 中，步距取得大些有利于提高加工效率。使用平底刀进行切削时，一般 的取l 值范围为： 。而使用圆鼻刀进行加工，刀具直径应扣除刀尖的(0.69)wad 圆角部分，即 ( 为刀具直径， 为刀尖圆角半径)，而 可以取到2drrwa 。而在使用球头刀进行精加工时，步距的确定应首先考虑所能达到(0.89)d 的精度和表面粗糙度。 （3）背吃刀量或侧吃刀量与表面质量的要求 在工件表面粗糙度要求为 时，如果圆周铣削的加工余量小ar12.5m 于 ，端铣的加工余量小于 ，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量5m6 较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。 在工件表面粗糙度要求为 时，可分粗铣和半精铣两步进a3.215 行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量尽量做到一次进给铣去全部的加工余量，工艺 系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。粗铣后留