毕业设计论文_四星件的机械加工工艺规程设计及编程.doc

四星件的机械加工工艺规程设计及编程四星件的机械加工工艺规程设计及编程 指导教师：廖 璘 志 2010 级数控专业 学号： 201011447 姓名：龚郑权 摘要 在产品的开发、研制工作中,设计技术、试验技术、工艺技术是产品开发、研制的 三大技术。工艺技术是将设计成果物质化的加工技术,工艺技术通常通过工艺文件进行 固化。工艺文件是工艺技术的载体,是工艺标准化的主要方式。在企业中,工艺文件通 常是:工艺方案、工艺路线表、工艺流程图、工艺规程、工序卡、检验规租、检验卡、 设备操作规程、材料消耗定额表、工艺装备图册、工艺文件目录等。规程和卡的区别 在于规程编制的对象一般是产品,卡的编制对象是针对具体工序。另有一种工艺文件, 其内容比较综合,按标准的格式进行编写,以标准的形式审批、发布。 本毕业设计主要阐述机械加工工艺规程设计对零件生产加工的影响及作用，在数 控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将 机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线都编入程序， 这就要求程序设计人员应有多方面的知识基础。在执行工艺规程过程中，可能会出现 前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的 应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。 关键词：数控技术；工艺规程；切削用量；手工编程 目目 录录 1 绪 论.1 2 机械加工工艺和工序分析.4 2.1 零件加工工艺过程分析.4 2.1.1 零件图样分析4 2.1.2 定位基准选择5 2.1.3 工艺方案拟定5 2.1.4 加工设备选择5 2.2 零件加工工序分析.6 2.2.1 加工步骤7 2.2.2 夹具和装夹方案的选择8 2.2.3 选择刀具9 2.2.4 走刀路线的确定11 2.2.5 确定工序尺寸12 2.2.6 确定切削用量12 2.2.7 冷却液的选择14 2.3 工艺文件的填写.15 3 程序的编制.20 3.1 数控编程的定义.20 3.2 数控编程的内容与步骤.20 3.3 数控编程的分类.21 3.3.1 手工编程21 3.3.2 自动编程21 3.4 加工程序的编写.21 3.4.1 数控加工程序的结构21 3.4.2 主要数控加工功能指令22 3.4.3 加工程序24 3.5 零件加工准备、仿真及检测.29 结 论.30 致 谢.31 参考文献.32 1 1 1 绪绪 论论 机械加工工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、 表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过 工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 本毕业设计主要阐述机械加工工艺对零件生产加工的影响及作用，在数控机床上 加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运 动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线都编入程序，这就要求 程序设计人员应有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否 则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工 程序。 数控技术是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优 越性。对于现代制造业，数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件。而 一般的普通机床根本无法满足这个要求。就连仿形机床和组合机床也解决不了高精度 与小批量这个矛盾。现代的数控机床其突出的优点是可以进行高精度加工和多样化加 工，完全可以取代其他的加工方法。由于数控机床是按照预定的程序自动加工，加工 过程不需要人工干预，加工精度还可以通过软件进行校正及补偿，因此可以提高零件 的加工精度，稳定产品的质量。特别对于多品种、少批量的零件更是如此。在这里通 过对工件图形结构分析、精度分析、毛坯余量分析、结构工艺性分析。 在选定加工方法、划分工序后，工艺路线拟定的主要内容是合理安排这些加工方 法和加工工序的顺序。零件的加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工 序，这些工序的安排直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。因此在设计 工艺路线时要安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问 题。本课题研究的零件加工应遵循切削加工顺序的安排及设计原则，基面先行原则、 先粗后精原则、先主后次原则、先面后孔原则先内后外原则、上道工序的加工不能影 响到下道工序的定位于夹紧原则、以相同方式或同一刀具加工的工序，最好连续完成， 以减少重复定位次数在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小 的工序。 制造业是国民经济的基础，但复杂装配件在加工的过程中就可能会出现重复定位 引起的偏差，导致零件加工精度难以保证的问题，使零件不能进行装配。本课题是对 2 复杂装配件进行工艺规程设计，以克服多次装夹引起的偏差难题而确保装配的精度。 机械加工工艺能保证产品质量、节约能源、降低成本，是企业进行生产准备，计 划调度、加工操作、生产安全、技术检测等的重要依据。好的工艺设计可以提高产品 生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而 使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。通过此次毕业设计，提高学生综合 运用所学专业知识解决生产实际问题的能力，为今后适应工作岗位的需要打下坚实的 基础。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接 改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的 笼统的流程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性 质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的， 粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个 步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并 将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂 都可能不太一样，因为实际情况都不一样。机械加工工艺规程是规定零件机械加工工 艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺 过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加 工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设 备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 （1）计算年生产纲领，确定生产类型。 （2）分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 （3）选择毛坯。 （4）拟订工艺路线。 （5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 （6）确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 3 （7）确定切削用量及工时定额。 （8）确定各主要工序的技术要求及检验方法。 （9）填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经 济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化， 新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修 订和完善。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个 厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 4 2 机械加工工艺和工序分析机械加工工艺和工序分析 2.2.1 1 零件加工工艺过程分析零件加工工艺过程分析 如下图 2-1 所示的零件外形轮廓复杂，平面加工量较大，还有圆角，内型腔和孔的 加工所以要选择数控铣床加工。 图图 2-1 零件简图零件简图 2.1.12.1.1 零件图样分析零件图样分析 （1）结构分析 如图所示工件是一个四星件，外轮廓由圆弧组成，曲线较为复杂。工件以 a 面为 加工基准，上表面有平行度和粗糙度要求。在上表面上有一个带有10 倒角的内型腔 和 26 的孔。 （2）精度分析 基准面，上表面和形腔底面的粗糙度均为 1.6，26 的垂直度为 0.02，上表面 5 与基准面 a 的平行度为 0.04。 （3）毛坯余量分析 毛坯的材料选 45 钢,尺寸为 120mmx120mmx25mm, 粗加工余量为 0.5mm （4）结构工艺性分析 数学模型无曲面重叠现象，曲面参数分布合理、均匀，曲面没有异常的凸起和凹 坑。 （5）零件的技术要求 1）各要素的形状应尽量简单，规格应尽量标准和统一。 2）刀具能正常的进入，退出和顺利通过加工各个轮廓，内腔，孔。 3）减少刀具或工件的装夹次数，提高工效。 2.1.22.1.2 定位基准选择定位基准选择 加工上表面及内部各型腔时以下表面及侧面为基准。加工外轮廓以配合件为基准 定位. 2.1.32.1.3 工艺方案拟定工艺方案拟定 通过查阅数控加工工艺教手册，得出各表面的加工方案如表 2-1 所示。 表表 2-1 各表面加工方案各表面加工方案 加工内容加工方案 下表面粗铣精铣 上表面粗铣精铣 各型腔底面及侧面粗铣精铣 孔 26钻扩镗 外轮廓粗铣精铣 6 2.1.42.1.4 加工设备选择加工设备选择 工件为外轮廓的加工，且平面加工量较大，还有圆角，内形腔和孔的加工 所以要 选择数控铣床加工 在此我用华中世纪星 hnc-21t 系统的数控立铣床。该系统稳定性好，耐用度高， 加工精度高。华中世纪星 hnc-21 数控系统。这是一种具有全功能的数控系统。华中 世纪星 hnc-21t 数控系统采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业 pc，配置 7.7/或 10.4/彩色液品显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元 接口、内嵌式 plc 接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序储方式以及软驱、dnc、以 太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠 性高的特点。 可选配各种类型的脉冲式（hsv-16 系列全数字交流伺服驱动单元） ，模 拟式交流伺服驱动单元或步进电机驱动单元以及 hsv-11 系列串行接口伺服驱动单元。 除标准机床控制面板外，配置 40 路开关量输入和 32 路开关量输出接口、手持单 元接口、主轴控制与编码器接口。还可扩展远程 128 路输入/128 路输出端子板。 采用 7.7/(hnc-22t 为 10.4/)彩色液晶显示器（分辨率为 640480） ，全汉字操作 界面、障诊断与报警、加工轨迹图形显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用。 采用国际标准 g 代码编程，与各种流行的 cad/cam 自动编程系统兼容，具有： （1）直线插补、圆弧插补、螺纹切削、刀具补偿、宏程序、恒线速切削等功能。 （2）反向间隙和单、双向螺距误差补偿功能。 （3）内置 rs232 通讯接口，轻松实现机床数据通讯。 （4）mb flash ram(可扩充至 16mb)程序断电存储， 16mb ram（可扩充至此 32mb）加工内存缓冲区。 2.22.2 零件加工工序分析零件加工工序分析 机加工工序的划分方法在数控机床上加工零件，工序应比较集中，在一次装夹中 应尽可能完成大部分工序，首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数 控机床上完成整个零件的加工工作。若不能，则应选择哪一部分零件表面需用数控机 床加工，即对零件进行工序划分。一般工序划分有以下几种方式：按所用刀具划分工 序，即以同一把刀具完成的哪一部分工艺过程为一道工具。目的：减少安装次数，提 7 高加工精度；减少换刀次数，缩短辅助时间，提高加工效率。适用于工件的待加工表 面较多，机床连续工作时间过长（如在一个工作班内不能完成） ，加工程序的编制和检 查难度较大等情况；按安装次数划分工序，即以一次安装完成的那一部分工艺过程为 一道工序， 适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态；以粗、精加 工划分工序，即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一 部分工艺过程为一道工序。适用于加工变形大，需要粗、精加工分开的零件，如薄壁 件或毛坯为铸件和锻件，也适用于需要穿插热处理的零件；以加工部位划分工序，即 完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。适用于加工表面多而复杂的零件，此 时，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平面）将加工划为分几个部分。 综上所述，以及结合零件可将其按工序集中原则划分，保证基准统一。 2.2.12.2.1 加工步骤加工步骤 （1）粗铣加工下表面。 加工内容是下表面，根据平面加工方案，以上表面为粗基准先粗铣下表面。 （2）精铣下表面 加工内容是：根据平面加工方案，为保证零件的精度和粗造度，提高主轴转速， 和切削速度。 （3）粗铣加工上表面。 加工内容是上表面，根据平面加工方案，以下表面为粗基准先粗铣上表面。 （4）精铣上表面 加工内容是：根据平面加工方案，为保证零件的精度和粗造度，提高主轴转速， 和切削速度。 （5）粗铣 52x52 形腔并倒 r10 圆角 加工内容是：根据加工方案，以底面和侧面为定位基准，考虑到精加工，根据零 件的材料和刀具的刚性留 0.5mm 的精加工余量。 （6）精铣 52x52 形腔并倒 r10 圆角 加工内容是：根据加工方案，以底面和侧面为定位基准，为保证零件的精度和粗 造度，提高主轴转速，和切削速度。 （7）钻孔 8 加工内容是：根据加工方案，以底面和侧面为定位基准，钻 12 通孔。 （8）扩孔达到 25.5 并倒角 加工内容是：根据加工方案，以底面和侧面为定位基准，在钻 12 通孔的基础上 用 16 里铣刀进行扩孔并倒角。 （9）镗达到 26 加工内容是：根据加工方案，以底面和侧面为定位基准进行镗孔，达到加工要求 精度。 (10) 粗、精加工外轮廓 加工内容是：根据加工方案，以配合件为定位基准，进行外行铣削，从而达到加 工要求精度。 2.2.22.2.2 夹具和装夹方案的选择夹具和装夹方案的选择 机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的 装置称为夹具，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、 安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床 夹具等。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以 及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位） 、夹牢 （夹紧） 。 夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置） 、夹紧装置 、对刀引导元 件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（ 使工件在一次安装中能 完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类） 、连接元件以及夹具 体（夹具底座）等组成。 夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转 工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定 型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件；专用性夹具。为 某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强， 一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上 钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具 （用于组合机床自动线上的移动式夹具） ；可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具； 9 组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和 产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 载确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准固定工件的定位夹紧 方式，并选择合适的夹具。在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用 普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。数控机床上用的夹具应满足安装调整 方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，根据工件的加工要求，采用平口钳定位， 比较合理。可以看出工件只有厚度、平面度和垂直度要求较高，并不需要限制工件的 全部自由度，只要限制 x，y 方向的旋转和 z 轴的移动，所以我们选择不完全定位原 理。板料底面约束工件 z 轴移动 x、y 轴旋转的三个自由度，后表面约束 y 轴的移动 和 z 轴旋转的两个自由度。x 轴的移动作为对刀自由度。 综上所述，定位元件选择支承板，夹具选择机用平口钳。机用平口钳适用于中小 尺寸和形状规则的工件安装，它是一种通用夹具，一般有非旋转式和旋转式两种。前 者刚性较好，后者底座上有一刻度盘，能够把平口钳转成任何角度。在安装平口钳时 必须先将底面和工作台面擦干净，利用百分表校正钳口，使钳口相应的坐标轴平行， 以保证铣削的加工精度。如图 2-2 为常见的夹具 图图 2-22-2 机械式平口钳机械式平口钳 2.2.32.2.3 选择刀具选择刀具 常用的切削刀具有： （1）孔加工刀具 孔加工刀具有中心钻、麻花钻、扩孔钻、绞刀、镗刀、丝锥等。 （2）铣削刀具 铣刀是刀齿分布在旋转表面后端面上的多刃刀具，其几何形状较复杂，种类较多。 10 按铣刀的材料分为高速钢铣刀、硬质合金铣刀等；按铣刀结构形式分为整体式铣刀、 镶齿式铣刀、可转位式铣刀；按铣刀的安装方法分为带孔铣刀、带柄铣刀；按铣刀的 形状和用途分为圆柱铣刀、端铣刀、立铣刀、键槽铣刀、球头铣刀等，如下 2-3,2-4,2- 5,2-6 所示。 图图 2-32-3 面铣刀面铣刀 图图 2-42-4 鼓形铣刀鼓形铣刀 图图 2-52-5 成型铣刀成型铣刀 图图 2-62-6 球头铣刀球头铣刀 除上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。但因不少数控铣床 的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内孔锥度有别，须配制过渡套和拉杆。对刀具 11 的基本要求： （1）刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而采用大切削 用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点； （2）铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而 磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对 刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面 质量。 除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。 切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处 理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床 的生产效率和获得满意加工质量的前提。具体选择的刀具将在工艺文件里表现出来。 2.2.42.2.4 走刀路线的确定走刀路线的确定 (1)由于加工表面不大，粗糙度要求也不是太高，所以采用行切的方式，用 80 的面铣刀粗、精加工基准面 a，加工路线如图 2-7 所示。 图图 2-72-7 加工底面和上表面加工底面和上表面 图图 2-82-8 钻孔钻孔 (2)以 a 面为基准加工上表面，保证厚度、平行度和表面粗糙度要求。加工路线同 2-7 图所示。 (3)用 12 的麻花钻钻通孔，加工路线如图 2-8 所示： (4)用 16 的键槽铣刀加工内腔，由于一次下刀不能完全切除加工余量，所以第 一次下刀采用行切法，再采用环切法一次切除加工余量，以工件中心为工件原点，在 工件上方建立右刀补，然后切入工件进行加工。加工路线如图 2-9 所示。 12 图图 2-92-9 加工型腔加工型腔 图图 2-102-10 加工外轮廓加工外轮廓 (5) 工件外轮廓全是由曲线组成，不便于夹装和定位，所以必须和配合件 1 配合 加工，以工件中心为工件原点，在工件上方建立右刀补，然后切入工件进行加工，由 于加工余量不大，一次切除余量并留足精加工余量。加工路线如图 2-10 所示。 2.2.52.2.5 确定工序尺寸确定工序尺寸 (1)工件毛坯为厚 25mm,工件厚为 20mm,基准面加工余量各为 2.5mm。 根据机械 加工切削数据手册查得,粗加工下刀深度为 2 mm,精加工余量为 0.5mm。 (2)上表面工序尺寸和下表面相同,粗铣形腔下刀量为 4.5mm。 留足侧面精加工余 量为 0.5mm。扩孔到 25.5mm。留足镗孔加工余量。 (3)由于外轮廓加工余量较小,一次下刀切除所有余量,只留够精加工余量 0.5mm。 2.2.62.2.6 确定切削用量确定切削用量 （1）粗铣下表面 所用刀具为 t01，面铣刀，刀具直径为 80，加工深度为 2 mm。因为加工量不大， 所以一次走刀切除全部余量，背吃刀量为 2,面铣刀铣平面，选择刀具重合度为 80%,则 侧吃刀量为 40mm，即行距为 40mm。根据机械加工切削数据手册书上查得： v=30m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=120r/min （2）精加工下表面 所用刀具为 t01，面铣刀，刀具直径为 80，加工深度为 0.5mm。面铣刀铣平面， 选择刀具重合度为 80%,则侧吃刀量为 40mm，即行距为 40mm。根据机械加工切削数据 手册书上查得： 13 v=40m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=160r/min （3）粗铣上表面 所用刀具为 t01，面铣刀，刀具直径为 80，加工深度为 2 mm。 因为加工量不 大，所以一次走刀切除全部余量，背吃刀量为 2,面铣刀铣平面，选择刀具重合度为 80%, 则侧吃刀量为 40mm，即行距为 40mm。根据机械加工切削数据手册书上查得： v=30m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=120r/min （4）精加工上表面 所用刀具为 t01，面铣刀，刀具直径为 80，加工深度为 0.5mm。面铣刀铣平面， 选择刀具重合度为 80%,则侧吃刀量为 40mm，即行距为 40mm。根据机械加工切削数据 手册书上查得： v=40m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=160r/min （5）粗铣 52x52 形腔并倒 r10 圆角 所用刀具 t02，平底立铣刀，刀具直径为 12。粗加工深度为 4mm，因为为平底立 铣刀铣平面，选择刀具重合度为 80%,则侧吃刀量为 14mm，即行距为 16mm。根据机械 加工切削数据手册书上表查得： v 取 17m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=450r/min. （6）精铣 52x52 形腔并倒 r10 圆角 所用刀具 t02，平底立铣刀，刀具直径为 12。精加工深度为 1mm，根据机械加 工切削数据手册书上表查得： v 取 20m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=530r/min. （7）钻孔加工 所用刀具 t03，麻花钻，刀具直径为 12，加工深度为 20mm，根据机械加工切 削数据手册书上查得： v=14m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=371r/min。 （8）扩孔并倒角 所用刀具 t02，平底立铣刀，刀具直径为 12，加工总深度为 15mm，z 轴分三次 进给，每次下刀 6mm。根据机械加工切削数据手册书上表查得： v 取 17m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=450r/min。 （9）镗孔达到 26 14 所用刀具 t04，硬质合金镗刀，直径为 26，加工总深度为 15mm，根据机械加 工切削数据手册书上表查得： v 取 23m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=280r/min. （10）粗铣轮廓 所用刀具 t05，立铣刀，直径为 20，加工总深度为 15mm，根据机械加工切削 数据手册书上表查得： v 取 23m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=366r/min。 （11）精铣轮廓 所用刀具 t05，立铣刀，直径为 20，加工总深度为 15mm，根据机械加工切削 数据手册书上表查得： v 取 30m/min 因此根据公式：dn=1000v 求得转速 n=477r/min。 根据分析的基础上编写相应的机械加工工艺过程卡片，具体卡片见 2.3 工艺文件 的填写。 2.2.72.2.7 冷却液的选择冷却液的选择 由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与 刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。大量的切削热被工件吸收 9%30%、切屑 吸收 50%80%、刀具吸收 4%10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有 52%传 入麻花钻。 由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最 终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的 现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须 使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。 而且对不同的加工材料要使用的冷却液不尽相同。通过查询资料知道常用的冷却液主 要如表 2-2 所示。 15 表表 2-22-2 常用冷却液常用冷却液 冷却液名称主要成份主要作用 水溶液水、防锈添加剂冷却、清洗 乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗、防锈 切削油 矿物油、动植物油、极压 添加剂或油性 润滑、防锈 从工件材料考虑，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。 从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。 综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用：冷却、 润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。 2.32.3 工艺文件的填写工艺文件的填写 工艺文件大致可分为三大类:第一类是规定详细操作步骤的操作型工艺文件；第二 类是为生产布设、工艺文件管理等方面使用的管理型工艺文件；第三类是有较宽适用 面,内容相对比较固定的标准型工艺文件。工艺规范属于标准型的工艺文件,通常不在 加工工序上直接使用,主要是用于指导生产操作文件和工艺管理文件的编写。 工艺文 件通常包含有企业的工艺技术诀窍,属知识产权保护的范畴。以上第一、二种类型的工 艺文件一般为企业内部的工艺文件,适用于生产使用。 (1)零件的加工工序设计，如下表 2-3 所示。 表表 2-3 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡 零件名称零件材料毛坯种类毛坯外形尺寸（mm）零件图号01 四星件45 钢板材120x120x25备注 工序号工序名称设备名称夹具工序内容刀具工时 10下料钳台虎钳下 120mmx120mmx25mm 的毛坯 16 粗加工底面数控立铣虎钳 铣削下平面，以上表面为基准，保留 0.5mm 的精加工余量 精加工底面数控立铣虎钳 铣削下平面，以上表面为基准，提高 主轴转速和切削速度 粗加工上表 面 数控立铣虎钳 铣削上表面，以下表面为基准，保留 0.5mm 的精加工余量 精加工上表 面 数控立铣虎钳 铣削上平面，以下表面为基准，提高 主轴转速和切削速度 粗铣 52x 52 型腔并倒 r10 圆角 数控立铣虎钳 铣削型腔，以底面和侧面为基准，保 留 0.5mm 的精加工余量 精铣 52x 52 型腔并倒 r10 的圆角 数控立铣虎钳 铣削型腔，以底面和侧面为基准，提 高主轴转速和切削速度 钻孔数控立铣虎钳 以底面和侧面为定位基准，钻 12 通 孔 扩孔至 25.5 并倒 角 数控立铣虎钳 以底面和侧面为定位基准，在钻 12 通孔的基础上用 16 的铣刀进行扩孔 并倒角 镗至 26数控立铣虎钳 以底面和侧面为定位基准进行镗孔， 至加工要求精度 20 加工外轮廓数控立铣虎钳 以配合件 1 为基准定位，至加工要求 精度 30去毛刺 40检验 编制龚郑权审核廖璘志批准廖璘志共 1 页 17 （2）机械加工工序卡：如表 2-4 机械加工工序卡所示。 表表 2-4 机械加工工序卡机械加工工序卡 零件图号 宜宾职业技术学院数控加工工序卡产品名称或代号 四星件 工序内容 粗、精铣下底面，粗、 精铣上平面，粗、精 52x 52 型腔并倒 r10 圆 角，钻孔，扩孔至 25.5 并倒角，镗至 26，粗、精外轮廓 材料45 钢 使用设备数控铣床 工序号20 程序编号 o1010、o1111、o1212 、o1313、o1414、o151 5 夹具名称平口虎钳 夹具编号 工步号工步内容加工面刀具号 刀具规格 /mm 主轴转速 /（r/min ） 进给速度 /（m/min） 背吃刀 量/mm 备 注 1粗铣下底面下底面t01 面铣刀 80 120302 2精铣下底面下底面t01 面铣刀 80 160400.5 18 3粗铣上平面上平面t01 面铣刀 80 120302 4精铣上平面上平面t01 面铣刀 80 160400.5 5 粗铣 52x 52 型腔并倒 r10 圆角 内型腔面t02 平底键槽 铣刀 12 450174 6 精铣 52x 52 型腔并倒 r10 圆角 内型腔面t02 平底键槽 铣刀 12 530201 7钻孔孔t03 12 麻花 钻 37114 8 扩孔至 25.5 并倒 角 孔t02 16 平底 键槽铣刀 45017 9镗至 26孔t04 26 硬质 合金镗刀 28023 10粗铣外轮廓外轮廓t05 20 立铣 刀 366232 11精铣外轮廓外轮廓t05 20 立铣 刀 477300.5 编制龚郑权审核廖璘志批准廖璘志共 1 页第 1 页 （3）数控加工刀具: 刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加 快新产品开发方面有十分重要的作用。所以应根据机床的加工能力、工件材料的性质、 加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。刀具材料切削性能的影 响也非常重要：例如切削低硬材料时可以使用高速刚刀具，而切削高硬度的材料时就 必需用硬质合金刀具，如表 2-5 所示。 19 表表 2-5 刀具材料特征和用途刀具材料特征和用途 材料主要特性用途优点 高速刚比工具刚硬低速或不连续切削刀具寿命长、加工的表面较平滑 硬质合金耐磨损、耐热 可锻铸铁、碳钢、合金钢、 不锈钢、铝合金的精加工 寿命比一般工具钢高 10-20 倍 如表 2-6 所示，为数控加工工序刀具卡片。 表表 2-62-6 数控加工刀具卡数控加工刀具卡 产品名称或代号零件图号零件名称程序编号 刀具备注 工序号刀具号刀具名称刀柄型号 直径/mm长度/mm补偿值/mm 20t01面铣刀jt50-xm2-10580实测长度补偿 20t01面铣刀jt50-xm2-10580实测长度补偿 20t02立铣刀jt-m2-5012实测长度补偿 20t03麻花钻jt-m2-5012实测长度补偿 20t02立铣刀jt-m2-5012实测长度补偿 20t04镗刀jt-m2-5026实测长度补偿 20t05立铣刀jt-m2-5020实测长度补偿 编制龚郑权审核廖璘志批准廖璘志共 1 页第 1 页 20 3 程序的编制程序的编制 3.13.1 数控编程的定义数控编程的定义 为了使数控机床能根据零件加工的要求进行动作，必须将这些要求以机床数控系 统能识别的指令形式告知数控系统，这种数控系统可以识别的指令称为程度，制作程 序的过程称为数控编程。 3.23.2 数控编程的内容与步骤数控编程的内容与步骤 控编程步骤如图 4-1 所示，主要有以下几个方面的内容。 图图 3-1 数控编程步骤数控编程步骤 （1）分析图样 包括零件轮廓分析，零件尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、技 术要求的分析，零件材料、热处理等要求的分析。 （2）确定加工工艺 包括选择加工方案，确定加工路线，选择定位与夹紧方式， 选择刀具，选择各项切削参数，选择对刀点、换刀点。 （3）数值计算 选择编程原点，对零件图形各基点进行正确的数学计算，为编写 程序单做好准备。 （4）编写程序单 根据数控机床规定的指令代码及程序格式编写加工程序单。 （5）制作控制介质 简单的数控程序直接采用手工输入机床，当程序自动输入机 床时，必须制作控制介质。现在大多数程序采用软盘、移动存储器、硬盘作为存储介 质，采用计算机传输来输入机床。目前，除了少数老式的数控机床仍在采用穿孔纸带 外，现代数控机床均不再采用此种控制介质了。 21 （6）程序校验 程序必须经过校验正确后才能使用。一般采用机床空运行的方式 进行校验，有图形显示卡的机床可直接在 crt 显示屏上进行校验，现在有很多学校还 采用计算机数控模拟进行校验。以上方式只能进行数控程序、机床动作的校验，如果 要校验加工精度，则要进行首件试切校验。 3.33.3 数控编程的分类数控编程的分类 数控编程可分为手工编程和自动编程两种。 3.3.13.3.1 手工编程手工编程 手工编程是指所有编制加工程序的全过程，即图样分析、工艺处理、数值计算、 编写程序单、制作控制介质、程序校验都是由手工来完成。普通机床的加工是由操作 人员手动操作的，而数控机床的动作指令是由数控程序来控制的。数控程序的编制通 常有三种途径：第一、手工编程：第二、用数控语言进行辅助编程：第三、用 cad/cam 软件进行计算机自动编程。要熟悉一个数控机床的控制系统，掌握手工编程方法是最 为有效的途径。因为不论是用数控语言进行计算机辅助编程或是利用 cad/cam 软件进 行计算机自动编程，输出的源程序或刀位文件都必须经过后置处理系统转换成机床控 制系统规定的加工指令程序格式。所以，掌握手工编写加工指令程序的方法是数控编 程人员的基本功。 3.3.23.3.2 自动编程自动编程 自动编程是指用计算机编制数控加工程序的过程。自动编程的优点是效率高，正 确性好。自动编程由计算机代替人完成复杂的坐标计算和书写程序单的工作，它可以 解决许多手工编制无法完成的复杂零件编程难题，但其缺点是必须具备自动编程系统 或自动编程软件。自动编程较适合形状复杂零件的加工程序编制，如：模具加工、多 轴联动加工等场合。 3.43.4 加工程序的编写加工程序的编写 3.4.13.4.1 数控加工程序的结构数控加工程序的结构 一个完整的数控加工程序是由若干程序段组成，每个程序段是按照一定顺序排列、 22 能使数控机床完成某特定动作的一组指令，每个指令都是由地址字符和数字所组成。 这表示一个完整的加工程序，它由 125 个程序段按操作顺序排列而成。整个程序以“%” 开始，以 m02（或 m30）作为全程序的结束。每个程序段用序号“n”开头，用“；” 结束。具体说明如下： （1）程序段格式一般如：n_g_ x_y_z_(或 u_v_w_)i_j_k_(或 r_)t_h_(或 d_) s_m_f_； （2）程序格式 一个完整的程序必须由三部分组成，即：准备程序段、加工程序段和结束程序段。 第一、准备程序段 准备程序段是程序的准备部分，必须位于加工程序段的前面，其内容包括：程序 号 o01o99 或%，有的数控系统可以没有程序号；确定坐标值的输入方式 g90 或 g91； 建立工件坐标系：g92 或 g54g59 中的任一个；刀具选取：t_；主轴转速与 旋转方向：s_、m03 或 m04； 冷却液打开：m08；刀具快速定位： g00x_y_； g00z_； 第二、加工程序段 加工程序段是根据具体要加工零件的加工工艺，按刀具轨迹编写的。 第三、结束程序段 结束程序段一般包括以下内容：刀具快速回退到程序起点；主轴停转 m05；冷却 液关闭 m09；取消刀具补偿 g40 或 g49；程序结束代码 m02 或 m30。 注意：当程序是以%开始时，程序的最后一行一般也应以%为结束标志。程序段的 结束符号(lf、 “；”、 “*”、 “$”、cr 等)在一个程序中应保持统一。 3.4.23.4.2 主要数控加工功能指令主要数控加工功能指令 （1） 程序段序号 由字母 n 和其后几位数字组成，用来表示程序执行的顺序，用作程序段的显示和 检索。 （2） 准备功能字 准备功能字（也称 g 指令）由字母 g 和其后两位数字组成。g 指令是与机床运动 23 有关的一些指令，包括坐标系设定、坐标平面选择、坐标尺寸表示方法、插补、刀补、 固定循环等方面的指令。iso 及我国有关标准中规定的 g 指令可参考 iso-1975 以及 jb3208-83。g 代码有 g00g99 共 100 种，现列出一部分常用的 g 指令： 插补类指令： g00（快速直线） 、g01（直线） 、g02（顺圆） 、g03（逆圆）等；平面选择类指令： g17（xy 平面） 、g18（zx 平面） 、g19（yz 平面） ； 刀补类指令：g40（取消刀补） 、 g41（左刀补） 、g42（右刀补） ； 坐标方式指令：g90（绝对坐标） 、g91（相对坐标） 固定循环类指令：g80（取消固定循环） 、g81g89（各种循环） 。 （3） 坐标功能字 坐标功能字由坐标的地址代码、正负号、绝对坐标值或增量坐标值表示的数值等 三部分组成，用来指定机床各坐标轴的位移量和方向。坐标的地址代码为： x、y、z、u、v、w、p、q、r、i、j、k、a、b、c、d、e 等。坐标的数量由插补 指令决定，数值的位数由数控系统规定。 （4） 进给功能字 进给功能字由字母 f 和其后的几位数字组成，表示刀具相对于工件的运动速度。 进给速度常用的指定方法有直接指定法和时间倒数指定法。 直接指定法：在 f 后面按照规定的单位直接写出要求的进给速度，单位为 mm/min。在加工螺纹时，进给速度为主轴每转的走刀量，单位为 mm/r。 时间倒数指定法：这种指定发给出 f 后面的数字是刀具以一定的进给速度走完编 程轨迹所用时间的，单位为 min-1。 （5） 主轴转速功能字 主轴转速功能字由字母 s 和其后的几位数字组成，用以设定主轴速度。一般采用 直接指定法，即在 s 后面直接写上要求的主轴速度，单位为 r/min。 （6） 刀具功能字 刀具功能字由字母 t 和其后的几位数字组成，用来指定刀具号和刀具长度补偿。 不同的数控系统有不同的指定方法和含义，例如 t10，可表示选择 10 号刀具，刀具长 度补偿按 10 号数字拨盘所设定的数字进行补偿；又如 t1012，表示 10 号刀具，按存 储在内存中的 12 号补偿值进行长度补偿。 （7） 辅助功能字 辅助功能字（也称 m 代码）由字母 m 和其后的两位数字组成，主要用于数控机床 24 开关量的控制。如主轴的正、反转，冷却液通、断，程序结束等。iso 国际标准中， m 代码有 m00m99 共计 100 种，常用的 m 指令有：程序结束类：m00（程序暂停） 、 m01（计划停止） 、m02（程序结束）等； 主轴控制类：m03（主轴顺转） 、m04（主 轴逆转） 、m05（主轴停止） ； 冷却液控制类：m08（冷却液打开） 、m09（冷却液关闭） ；程序调用：m98（调用子程序） 、m99（子程序结束、返回主程序） 。 （8） 程序段结束符 程序段的末尾必须有一个程序段结束符号，iso 标准中为 lf，eia 标准中为 cr。 3.4.33.4.3 加工程序加工程序 由 cad 查询所得零件各节点的坐标如图 3-2 所示，编写的加工程序见表 3-1、3- 2、3-3、3-4、3-5、3-6 所示。根据数控加工工序卡和进给路线，我选择华中世纪星 hnc-21 系统的数控立铣床。该系统稳定性好，耐用度高，加工精度高。 （-52.846，28.462） （-52.486，-28.462） （28.462，-52.486） （-25.462，-52.486） （45.666，0） （-28.462，52.846） （28.462，52.846） （100，0） （，-28.462） （65.666，-20） （52.486，28.462） （65.666，20） 图图 3-23-2 加工路线及坐标加工路线及坐标 表表 3-13-1 外轮廓程序外轮廓程序 25 o1010 n10 g54 g90 g00 x100 y0 m03 s800 ； n20 z5； n30 g01 g42 d01f160； n40 x65.66 y0 f160； n50 z-20； n60 g02 x45.66 y0 r20； n70 g02x52.846y28.462 r60； n80 g03 x28.462 y52.846 r18； n90 g02 x-28.462 y52.846 r60； n100 g03 x52.846 y28.462 r18； n110 g02 x-52.846 y-28.462 r60； n120 g03 x-28.462 y-52.846 r18； n130 g02 x28.462 y-52.846 r60； n140 g03 x52.846 y-28.462 r18； n150 g02 x45.666 y0 r60； n160 g02 x65.666y20r20； n170 g01 g40x80 y0； n180 g00 z100； n190 x100 y0； n200 m30； 26 表表 3-2 铣平面程序铣平面程序 o1111 n10 g90 g54g00 x100 y80 m03 s212； n20 z5； n30 g01 z-2 f60； n40 x-40； n50 y40； n60 x100； n70 y0； n80 x-40； n90 y-40 n100 x100 n110 g00z100； n120 m30； 表表 3-3 钻孔钻孔(镗孔镗孔)程序程序 o1212 n10 g54 g90 g00 x0 y0 m03 s800 f200 ； n20 g98 g81 x0 y0 z-25 r6； n30 g00 z100； 27 n40 m30； 表表 3-4 扩孔程序扩孔程序 o1313 n10 g54 g90 g00 x0 y0