赵茂 毕业设计2.doc

1 绪论数控技术是现代制造业的核心技术。随着我国正逐步成为世界制造基地，企业对数控技术应用方面的人才需求日益迫切。进入20世纪90年代，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展数控技术、不断采用计算机控制等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络的发展。作为现在的我们，更应将理论知识和实际操作紧密联系起来。我现在选择数控工艺分析与加工这个话题，因为涉及的范围广，基本能将我们在大专三年里所学的知识综合运用起来。从图纸的设计，机床的选择，刀具的选择，工艺文件编制，零件加工，工艺文件编制，零件加工，精度的检测与公差的配合到分析结果的全过程，将理论知识与实际操作结合起来，做到有根有据。本课题不但复习和巩固了所学的各科知识，还培养了综合运用能力，操作能力，以及初步的设计能力。在整个设计中，一方面培养了独立思考和分析问题解决问题的能力；另一方面，还培养了良好的技能操作。2零件的加工工艺2.1零件图的分析零件图的工艺分析，是指对所设计的零件在满足使用要求的前提下进行制造的可行性和经济分析。零件如图2-1所示：其余AA4xR64XR204XR8图2-1弧形槽零件由图2-1可知: 该零件图是由一个100mm100mm20mm的长方体。2.2机床的选择 选择机床时主要考虑以下因素： 机床的规格与工件的外形尺寸相适应，即大件用大机床，小件用小机床。 机床的精度应与工件加工精度要求相适应。机床精度过低，不能保证加工精度，机床加工精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择。 机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件小批量生产用通用设备或数控机床，大批量生产应选高效专用设备。与现有的条件相适应。要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床，避免“闭门造车”。由于该零件由弧形槽、孔、外轮廓构成，加工难度适中，根据零件加工的精度，可以选择机床为FANUC 0i系统立式数控铣床，详见表2-1。表2-1 机床的选择工作台面积（长*宽）450*1370mm工作台承载工件最大值700kg行程（纵向横向垂向）机动650450500主轴电机功率5.57.5Kw主轴锥孔BT40主轴转速20-6000rmin进给速度(X、YZ)5-8000mmmin快速移动(X、YZ)10000mmmin刀库容量10(可选16)把相邻刀具最大直径100mm间隔刀具最大直径200mm刀具最大长度250mm刀具最大重量6Kg定位精度0.018mm重复定位精度0.012mm主配控制系统FANUC 0i-MB2.3夹具的选择由于该零件需在数控铣床上加工，这就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。我的零件属单件生产，这就要求夹具能够快速的装夹，自身还应具有相当好的刚性和耐用性，所以我选择了平口虎钳作为本次加工的夹具。2.4刀具的选择选择刀具时，一般优先采用标准刀具。选择时应注意以下几点：同一批刀具的切削性能和使用寿命要稳定；必须具有较高的精度，以适应数控加工的高精度和自动换刀的要求；刀具及其刀柄等附件的可靠性及适应性更高，以免在数控加工中发生意外损坏而影响加工顺利进行；刀具的耐用度应比普通机床的刀具更高，以减少更换、刃磨刀具及对刀次数，发挥数控机床的效益；刀具的断屑和排屑性能要好。综上所述分析，我选择12mm的平面铣刀上平面和夹持面，刀具的选用见表2-2。表2-2 刀具卡片序号刀具号刀具名称长度补偿半径补偿1T0110mm平底刀H1D12T028mm平底刀H2D23T0315mm钻头H3编制赵茂审核刘家伦批准刘家伦共1页第1页2.5毛坯的选择毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，材料消耗就越少，机械加工的劳动量也越少，同时也应综合考虑材质和加工成本等实际情况。因此，我选择的是100mm100mm20mm的铝作为我的毛坯。2.6定位基准的选择基准的定义在零件图上或实际的零件上，用来确定其他点、线、面位置时所依据的那些点线面称为基准。基准的分类设计基准：零件工作图上用来确定其他点、线、面位置的基准，为设计基准。工艺基准：是加工，测量和装配过程中使用的基准，又称制造基准。基准的选择原则若要保证加工面与不加工面的相互位置关系时，应以不加工表面作为粗基准；若需要保证某重要表面的余量均匀，应选择该表面之毛皮面为粗基；若需保证多个表面均有足够的余量，应选择余量小的表面作为粗基准；粗基准表面应尽可能平整、光滑和有足够的尺寸，以保证定位的尽量准确和夹紧的可靠；基准一般不得从复使用。加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准。选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基准面。根据选定的基准面加工与否，又将定为基准分为粗基准的精基准，所以定位件的中心基准就是零。2.7切削液的选择切削液是为提高加工效率而是用的液体。它可有效的减小摩擦，改善散热条件，从而降低切削力、切削温度和减小刀具磨损，提高生产率和加工表面质量。切削液具有冷却、润滑、清洗和防锈的作用。常用的包括有水溶液、乳化液和切削油。三种切削液的比较如表2-3。表2-3 切削液冷却液名称主要成分主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化悸冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压油润滑根据材料材料的特性等综合性分析，我选择乳化液作为这次加工的切削用液。2.8材料分析铝型材热处理是铝材加工企业一项重要的工艺，也是工厂要求严格的生产工序。它目的是通过对铝材的加热、保温、冷却，改变铝材内部的组织，从而获得所期望的性能。不同的加热温度、不同的保温时间和不同的冷却方式，将使金属获得不同的组织和性能，使其处于不同的热处理状态。 但在这次毕业设计中，我选用的是铝材而不是生铁，它不能用来热处理，用它来加工的优点是它的硬度比生铁要小一些，这便于在铣削零件时更快的加工出零件，而且道具的损耗也不会那么大。2.9工艺分析2.9.1加工工序的划分数控加工工序的划分主要有以下几种方法：按定位方式划分工序；按所用刀具划分工序；按粗、精加工化分工序；按加工部位划分工序；综上所述，在划分工序时，一定要视零件的与工艺性机床的功能零件数控加工内容的多少安装次数以及生产组织状况等实际情况灵活的进行划分。因此，我以第一种方法作为我划分工序的依据，即第一道工序是铣夹持面；第二道工序是铣上平面，粗铣弧形槽，精铣弧形槽。2.9.2工步的划分划分工步要从精度读和效率两方面考虑。同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，还是全部加工表面都先粗加工后精加工分开进行，主要根据零件的精度要求考虑；对于既要加工平面又要加工孔的零件，可以采用“先面后孔”的原则划分工步；按所用刀具划分工步；在一次安装中，尽可能完成所有能加工的表面，有利于保证表面相互位对于我所要加工的零件，其工步划分主要遵循了先面后孔和全部加工表面都先粗加工后精加工分开进行，这样减少了换刀次数，有利于达到加工精度要求。对于我所要加工的零件，其工不划分主要遵循了先面后孔和全部加工表面都先粗加工后精加工分开进行，这样减少了换刀次数，有利于达到精度要求。2.9.3加工顺序的安排加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，结合定位和夹紧的需要一起考虑，重点应保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形。其遵循的原则有以下几点：基准先行；先面后孔，先简单后复杂；先粗后精；减少安装次数。在此次加工中，加工顺序的划分主要按照基准先行来确定的：第一次装夹：铣夹持面。第二次装夹：面铣刀铣上平面，立铣刀铣粗铣弧形槽， 立铣刀精铣弧形槽，立铣刀初铣外轮廓，立铣刀精铣外轮廓。2.9.4进给路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹成为进给路线。确定进给路线主要是确定粗加工及及空行程的进给路线，因为精加工的进给路线基本上都是按零件的轮廓进行的。确定进给路线的原则有：选择工件刚性破坏小的路线，以减少加工变形对加工精度的影响；寻求最短的进给路线，以提高加工效率；切入和切出的路线应考虑外延，以保证加工表面的质量；完工时的最后一刀一次走刀连续加工，以免产生刀痕等缺陷连续加工。数控铣床上安排走刀路线时，好要尽量避免交接处重复加工，减少接刀痕迹，保证零件表面质量，安排奥刀具切入和切出的进给路线。直线进刀容易在工件表面留下进刀或退刀的微观痕迹，但沿圆弧段方向进刀或退刀，既不会影响表面加工质量也不会留下痕迹。进给路线也有三种方式：往复型走到方式：切削加工过程中，顺铣，逆铣交替进行，表面质量差但是加工效率高。单方向走刀方式：在切削交工过程中，只有顺铣和逆袭，表面质量高但是效率低。环切走刀方式：综合了往复型走刀方式和单方向走刀方式的优点。经过对比分析，我选择环切走刀方式，粗铣的时候用逆铣，精铣的时候用顺铣，这样就保证表面质量的同时也保证了加工效率。2.10加工余量的确定加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。加工余量有工序余量和加工总余量（毛坯余量）之分。工序余量是指相邻两工序的工序尺寸之差；加工总余量（毛坯余量）是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。显然，总余量Z总与工序余量Zi的关系为： （2-1）式中n为该加工表面的工序数目。那么，影响加工余量的因数有：前工序的尺寸公差；前工序的位置误差；前工序的表面质量；本工序的安装误差；其它热处理引起的工件变形。在保证了加工质量的前提下，加工余量越小越好。确定加工余量有以下三种方法:查表修正发；经验估计法；分析计算法；根据现有的设备，我通过经验估计法来确定加工余量，粗加工余量3mm，经加工余量为0.5mm。2.11切削用量的选择数控加工中的切削用量是表示数控机床主运动和进给运动大小的重要参数。选择好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度三者能彼此协调相互适应，已形成最佳的切削参数。选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、刀具说明书、切削用量手册，并结合经验而定。2.11.1切削深度的确定切削深度是指垂直于进给方向上，代加工表面与已加工表面间的距离。切削深度（背吃刀量）是根据余量来确定的，在工艺系统刚性允许时，应尽可能选取较大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。根据零件的厚度，我选择切削深度粗铣为1.5-2.5mm，精铣为0.5mm。2.11.2铣削进给速度F 铣削进给速度是指铣削单位时间内工件与车刀沿进给方向相对位移，单位为mm/min。因为材料为铝，硬度HRC为70120，刀具材料为高速钢，所以铣削速度选取为70-100mm/min。2.11.3主轴转速的确定主轴转速应根据应许的铣削深度和工件的尺寸来选择，其计算公式为： n=1000Vc/D （2-2）式中Vc为切削速度，单位为mm/min。D为刀具的直径或工件的直径，单位为mm。计算的主轴转速n 最后要根据机床有的或较接近的转速取百位近似值。确定加工方案。2.11.4铣削参数确定铣削用量根据工件材料、刀具材料及图样要求选取。铣削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。铣削用量选择的原则是：保证零件加工质量和表面粗糙度，充分发挥刀具铣削性能，最大可能地保证刀具的耐用度，并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产效率，降低生产成本。在简单零件的加工程序中，需设定以下几种参数：机床：立式数控铣床。夹具：V形块结合平口钳定位和夹紧。刀具：12mm立铣刀。加工参数选择：见表2-5。表2-5 切削参数表序号加工内容刀具规格主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）刀具半径补偿（mm）类型材料续表2-51粗、精铣弧形槽12三刃立铣刀高速钢800,1000下刀：2050铣轮廓：1002006.16.2（粗铣）6.05（半精铣）2粗、精铣外轮廓12三刃立铣刀高速钢800,1000下刀：2050铣轮廓：100200计算得出（精铣）3钻孔15钻头高速钢8001003零件加工步骤3.1实施零件加工准备工作安装夹紧平口钳，利用V形块、平行垫铁定位夹紧工件圆钢毛坯；安装夹紧刀具和刀柄；对刀，设定工件坐标系G54；录入程序，人工作图检查程序；空运行测试、调试程序；表层试切检验加工加工程序及相关数据设定是否正确；3.2弧形槽铣削加工数学处理编程零点及工件坐标系的确定。各节点数值计算。其他主要内容按规定格式编写程序单。按“程序编辑步骤”输入程序，并检查程序。修改程序。弧形槽铣削一般工作过程分析零件图，明确加工内容确定弧形槽加工方案制订加工计划实施零件弧形槽加工监测加工过程评估加工质量。 4工艺文件编制通过对弧形槽零件配合套件零件进行加工工艺分析，我们对零件加工时所需的各种参数和所需的设备要求进行以下工艺卡片的编制。图2-1弧形槽工件加工艺过程卡级加工工艺工序卡见表4-1、4-2.表4-1 弧形槽廓工件加工工艺过程卡零件名称零件材料毛坯种类毛坯硬度切削液弧形槽工件铝板料100工序号工序名称设备名称及型号夹 具主轴转速/(r/min)冷却液1粗铣弧形槽FANUC 0i机用平口钳800乳化液2精铣弧形槽FANUC 0i机用平口钳1000乳化液3粗铣外轮廓FANUC 0i机用平口钳800乳化液4精铣外轮廓FANUC 0i机用平口钳1000乳化液5钻15孔FANUC 0i机用平口钳800乳化液5清洁手工煤油表4-2 弧形槽加工工艺工序卡工厂数控加工工序卡片产品名称零件名称材料零件图号弧形槽零件弧形槽铝014XR84XR204xR6工序号01程序编号O1使用设备数控铣床车间夹具名称宜宾职业技术学院国家数控基地平口虎钳材科铝零件号系统FANUC工步号工步内容G功能T刀具切削用置转速（r/min）进给（mm/r）背吃刀量(mm)加工弧形槽1初铣弧形槽G02,G03T01018000.40.22精铣弧形槽G02,G03T010110000.10.2编制赵茂审核刘家伦批准刘家伦第1页表4-3 弧形槽外轮廓加工工艺过程卡工厂数控加工工序卡片产品名称零件名称材料零件图号弧形槽零件弧形槽铝024xR64XR204XR8工序号02程序编号O2使用设备数控铣床车间夹具名称宜宾职业技术学院国家数控基地平口虎钳材科铝零件号系统FANUC工步号工步内容G功能T刀具切削用置转速（r/min）进给（mm/r）背吃刀量(mm)加工弧形槽零件的外轮廓及钻孔1初铣外轮廓G41,G42T02028000.40.22精铣外轮廓G41,G42T020210000.10.23钻孔G83T03038000.10.2编制赵茂审核刘家伦批准刘家伦第2页5加工程序编制 根据对零件的分析和加工工艺的分析，对弧形槽分别进行加工程序编制。详见表5-1。表5-1 弧形槽工件加工程序表主程序注释O0015程序号G00 G17 G40 G49 G80 G90程序初始化N1 T01 M06换一号刀（10mm平底刀），铣弧形槽N10 G00 G90 G54 X0 Y0 Z100快速定位，建立坐标系N20 S1000 M03 F120主轴正转，转速1000r/min，进给速度120mm/minN30 G00 X-30.5 Y0刀具快速移动到点X-30.5处N40 Z20刀具快速移动到零件表面N50 G01 G42 Z10 H01建立刀具半径右补偿，刀具工进到N60 G02 X-22.5 Y8 R8.0铣削半径为8mm的半圆弧N70 G03 X-8.0 Y22.5 R20.0铣削半径为20mm的半圆弧N80 G02 X8.0 Y22.5 R8.0铣削半径为8mm的半圆弧N90 G03 X22.5 Y8.0 R20.0铣削半径为20mm的半圆弧N100 G02 X22.5 Y-8.0 R8.0铣削半径为8mm的半圆弧N110 G03 X8 .0 Y-22.5 R20.0 铣削半径为20mm的半圆弧N120 G02 X-8.0 Y-22.5 R8.0铣削半径为8mm的半圆弧N130 G03 X-22.5 Y-8.0 R20.0铣削半径为20mm的半圆弧N140 G02 X-30.5 Y0 R8.0铣削半径为8mm的半圆弧N150 G40 G01 X0 Y0 Z100 F200取消刀具半径补偿，回参考点N160 M05主轴停止N170 M00程序暂停N2 T02换二号刀（8mm平底刀），铣外轮廓N10 G00 G90 G54 X0.0 Y0.0 Z100快速定位N20 S1000 M03 F120主轴转速1000 r/min，正转，进给速度120 mm/minN30 G00 X-120.0 Y-76.0 F120快速移动到点X-120,Y-76处续表N40 G01 Z15.0刀具下降至Z15处N50 G42 Z10 H02建立刀具半径右补偿，N60 G01 X32.0 Y-38.0 F120直线插补到点X32,Y-38N70 G03 X38.0 Y-32.0 R6 F80铣半径为6mm逆时针圆弧N80 G01 X38.0 Y32.0 F120直线插补N90 G03 X22.0 Y38.0 R6 F80铣半径为6mm逆时针圆弧N100 G01 X-32.0 Y38.0 F120直线插补N110 G03 X-38.0 Y32.0 R6 F80铣半径为6mm逆时针圆弧N120 G01 X-38.0 Y-32.0 F120直线插补N130 G03 X-32.0 Y-38.0 R6 F80铣半径为6mm逆时针圆弧N140 G01 G40 X-120.0退刀，取消刀具半径补偿N150 Z100快速移动刀Z100N160 X0 Y0反回参考点N170 M05主轴停止N180 M00程序暂停N3 T03换三号刀，钻孔孔N10 G54 G90 G00 X0.0 Y0.0 Z100.0建立坐标系N20 S800 M03 F60主轴正转，转速800r/min，进给速度60 mm/minN30 G00 Z20.0快速移动到上表面N40 G43 Z10.0 H03走刀到弧形槽中心，调用钻孔指令N50 G99 G83 Z-3.0 R2.0 F60钻孔到零件以下三毫米处N60 ; G80 G00 Z100.0主轴返回参考点N70 M05主轴停止N80 M02程序结束6加工质量分析6.1对加工零件的质量分析在整个加工过程中遇到了很多问题：机床精度问题、工艺设计、装夹选择、参数确定等，在指导老师和科任老师的帮助下都把问题一一解决了，以下就是质量问题的分析。加工质量问题主要是零件精度不够，表面粗糙度不够，主要原因如下：(1)机床本身的精度决定的，由于这次毕业设计零件用的是FANUC 0i系统立式数控铣床加工的，而它精度本身就达不到图纸上的精度要求。 (2)夹具和刀具的选择也是影响本次零件加工精度原因之一。零件出现误差或粗糙度达不到与刀具、夹具有关；刀具的工作条件和刀具的外形都会造成工件加工精度误差；机床主轴或因刀具的装夹不当引起的径向或端面的圆跳动等因素，都会使工件产生误差。(3)对刀的准确性也是影响加工精度的原因。由于没有机外对刀仪对刀，只能用试切法对刀，凭眼睛去观察。也因刀具太多，换刀次数多。这其中难免会产生误差，从而影响零件的精度。6.2改善的方法改善机床陈旧的现况，再提高对刀精度，把对刀误差减少到最小。在加工时选