毕业设计（论文）-凸台零件的数控加工及工艺分析设计

1、1谢仑12難側22.1零件的结构特点22.2.1零件图纸的工艺分析22.2.2加工内容以及相关要求22.2.3加工要点分析22.2.4零件图纸上的尺寸标注22.2.5分析变形情况32.2.6零件的精度要求33毛坯的选择33.1分析毛坯的加工余量33.2零件毛坯形状及余量的确定34机床的选择45零件加工定位基准的选择45.1工件的装夹45.2零件粗基准的选择55.3零件精基准的选择56选择并确定工艺装备56.1刀具尺寸的选择56.2刀具材料的选择66.2.1刀具材料性能66.2.2各种刀具材料76.3量具的使用表76.4切削用量的确定86.4.1主轴转速的确定86.4.2进给速度的确定96.4.

2、3背吃刀量的确定107切削液的选择108工艺方案的制订118.1加工方案的制订n8.2刀具卡片的制订128.3工艺过程卡128.4 129程序编制1310加工零件1510.1建立工件坐标系1510.2对刀及刀今卜设定1510.3加工零件过程1516辦嫌171绪论随着科学技术的飞速发展和经济竞争的円趋激烈，产品更新速度越来越快，复杂形状 的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、小批量生产的比重明显增加，激烈的市场竞 争使产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔 性化与复杂形状零件的高速高质量加工要求。木课题来源于生产，是对所学知识的应用，它乜括了三年所学的全部

3、知识，在数控专 业上具有代表性，而且提高了综合运用各方面知识的能力。程序的编制到程序的调试，零 件的加工运用到了所学的autocad, caxa制造工程师软件、机床操作、子程序、刀具 的选择、零件的工艺分析、数学处理、工艺路线等一系列的内容。这将所学到的理论知识 充分运用到了实际加工中，切实做到了理论与实践的有机结合。2零件分析2.1零件的结构特点要选择对某个零件进行数控加工，在一般情况下，不是所有加工内容都适合在数控机 床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工，这就需耍对零件图样进行仔 细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。根据我院数控基地 现有的的设备，

4、故本次毕业设计的所有内容都选择在数控加工屮心上加工。2. 2.1零件图纸的工艺分析零件的精度要求需要从尺t公差、表面粗糙度等方面综合分析。2.2.2加工内容以及相关要求(1) 上表面加工，保证零件的高度为38±o.lmm,粗糙度一般为ra6.3nm。其余为 rai 2.5pm。(2) 零件中部方形凹槽加工。这部分轮廓深度为5mm,耍保证riomm的圆弧尺 寸。凹槽侧面的粗糙度为ra6.3pm。(3) 四个r3孔及r7. 5凹槽部分的加工。要保证圆弧部分的尺寸以及下表面的高度 差8mm以及孔深13mm。2. 2.3加工要点分析数控加工中心的主要加工特点是工序集中，即工件在一次装夹后，连

5、续完成铣、钻、 镗、铰、攻丝加工等多道工序，从而减少了零件在不同机床之间的转换搬运时间，提高了 效率。例如加工方形凹槽时，应该把粗精加工安排在一起，这样就减少了换刀次数，在加 工吋，要保证零件的尺寸精度和表面粗糙度。另外，加工过程中尽可能减少换刀次数并使走刀路线最短，以减少辅助时间，提高效 率。2. 2. 4零件图纸上的尺寸标注(1) 按加工顺序标注尺寸，尽量减少尺寸换算，并能方便准确地进行测量。(2) 从实际存在的和易测量的表面标注尺寸，且在加工时应尽量使工艺基准与设计 基准重合。2. 2.5分析变形情况由于该零件方形凹槽深5mm，在加工过程中如果进给速度过快容易变形，所以应采用 合理的加工

6、方式。在加工的过程中选用合理的切削参数、刀具、夹具等。该零件的加工 轮廓由平面、外轮廓、型腔、孔等构成。2. 2.6零件的精度要求该零件最高精度等级为it10级，外轮廓四周、型腔以及上表而的粗糙度为ra 6.3pm， 其它表面粗糙度均为ral2.5pm,比较容易加工。3毛坯的选择所谓毛坯的加工余量，就是指使加工表面达到所需的精度和表面的质量而应切除的多 余金属层的厚度。零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使用余量的大小，如何安装、 装夹等问题在选用毛坯时就要仔细考虑好，否则，如果毛坯不适合数控铣削加工，加工时 将很难进行下去，根据经验，列举以下几点：l=jl = = i该图的毛坯采

7、用铸铁，因为我考虑到我们学校现有的设备和bi身的经济条件等问题， 所以采用铸铁，毛坯尺t 120mmxl20mmx38mm进行加工，由于该件是铸造件，毛坯的 扭曲变形量的不同地方造成余量不充分，不稳定，因此，要采用数控铣削加工，其加工面 都耍具有充分的加工余量。3.2分析毛坯的装夹主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中完成所以的 加工表面。4机床的选择根据零件的结构、形状、精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，由 于该零件由平面、問梢、圆弧等组成。根据减少定位、装夹和多次换刀带来的影响，结合 我院实际情况采用加工中心进行加工，便可达到零件的各项精度。该机床

8、的x轴行程 450mm, y轴的行程为650mm, z轴的行程为500mm，工作台为4500x1370mm,主轴 中心线至工作台的距离为460mm，主轴端面至工作台中心线距离为100600mm,斗笠式 刀库容量为10把，进给速度为58000mm/min,主轴转速为206000r/min，电动机功率 为 5517.5kw。5零件加工定位基准的选择正确选择定位基准对保证加工表面的尺、r精度和相互位置精度，确定各表面加工顺序 和夹具结构的设计都有很大影响。因此，定位基准的选择是一个很重要的问题。5.1工件的装夹工件装夹情况的好坏，不仅直接影响工件加工精度，还关系到产品质量问题，而且工 件装夹的快慢还

9、直接影响到生产效率以及工件成本。在实际的应用屮一般是先定位后夹 紧，但是也有同吋完成的，如三爪卡盘夹持工件。该零件形状比较复杂、尺寸精度耍求较高，但轮廓面精度耍求不是很高，所以如阁可 选用平门虎钳，以底面和两侧面定位，零件先要加工上表面，因此以不平面为装夹面，加 工完所需要素后，翻转夹持外轮廓，将夹持面铣掉。平口虎钳如图5-1所示：工件5. 2零件粗基准的选择用毛坯上未加工过的毛坯面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。粗基准的选择， 一般情况下就是第一道工序定位基淮的选择，往往是进行后续工序加工的基准。在选择粗 基准时应考虑尽量减少装夹次数。粗基准一般情况下只使用一次。零件是以侧表面作为粗基

10、准。以下表面作为精基准的装夾面。5.3零件精基准的选择用已加工过的表面作为定位基淮，称为精基淮。精基淮选择应保证从零件精度出发, 同时也要考虑装夹方便，夹具结构简单。以侧表而作为装夹而，翻而夹持，在以下而作为 精基准，保证了一次装夹完成所有面的加工减少了换刀次数，定位误差，提高了加工精度, 同吋体现了基准统一原则。6选择并确定工艺装备6.1刀具尺寸的选择(1) 直径尺寸：根据零件图样不同，选取的刀具尺寸不一样。选取直径尺寸原则是：在刀具能够满足加工前提下，尽量选取直径大的刀具，铣削刀 具都是成型刀具且标准，在同吋可根据选取的刀具直径提取刀具各异的刀具。(2) 长度尺寸：在加工中心上，刀具长度一

11、般是指主轴端面量，刀尖的距离钮括刀 柄和刃具网部分。选取的原则是：在满足各个部位加工要求前提下，尽量减少刀具长度，以提高工艺系 统的刚性，制造工艺和编程时，一般不必准确确定刀具的长度，只需初步估算出刀具长度 范围。根据经验公式：ra-b-n+l+zo + r,(公式6-1)公式屮：7；刀具长度a主轴端而至工作台中心最大距离 b主轴在z向的最人行程n加工表面距工作台中心距离 l一工件的加工深度尺寸z。一刀具切出工件长度（以加工表面取2-5 mm,毛坯表面取5-8 mm） 刀具长度示意图如图6-1所示：图6-1刀具长度示意图根据不同的加工内容，则需耍不同规格的刀具来进行加工，该零件材料为铸铁，毛坏

12、. 为125mmxl25mmx45mm，而零件实际尺寸为120mmxl20mm><38mm。考虑到加工的效 率，接刀痕迹，走刀的重叠量，综合分析确定粗、精平面采用直径为olomm的立铣刀； 轮廓采用olomm的键槽洗刀；圆弧最小尺|*为r3mm的孔则采用直径为o6mm的键槽 铣刀。6.2刀具材料的选择6.2.1刀具材料性能切削用刀具材料应具备的性能如表6-1所示：表6-1切削用刀具材料应具备的性能材料刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度耐磨损性化学稳定良好耐氧化性、耐挎散性高韧性耐崩刃性破损性低亲和性耐熔点、凝点、粘力性高耐热性耐塑性变形性磨削成型性能良好刀具制

13、造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好微小切削可能6.2.2各种刀具材料(1) 高速钢在600°c仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金 韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。不适合高速切削和硬的材料。(2) 硬质合金具有较高的红硬性，能在800°c-1000"c保持较好的加工性能，允许切削速度就高速刚的410倍。复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好 的性能。于是，硬质合金得到了很大的普及。(3) 陶瓷加工中陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度易较高。陶 瓷刀具因其材质的化学稳

14、定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应 用。(4) 立方氮化硼主要适用于高速加工。(5) 聚晶金刚石适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮 的加工表面，使其在高精加工领域中得到了普及。数控机床对刀具的要求与普通机床的切削相比，数控机床对刀具的要求更高。不仅要 精度、刚度好、耐用度高而且尺寸稳定，安装调整方便。从以上刀具材料看，金刚石的硬 度、耐磨性最高，递次降低到高速钢但材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。在数控 机床中，采用最广泛的是硬质合金类。因为这类材料目前从经济性、适应性、多样性、工 艺性等各方面，综合效果都优于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。但是

15、根据零件材料和我 院数控基地刀具的实际情况，我选用了高速钢刀具加工零件。1=1景具的使用表如表6-2所75:表6-2量具表名称规格用途游标卡尺0.02 mm主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺0-25mm75-100mm主要用于长度测量工具直尺0-100mm主要用来测量工件的长度和垂直度6. 4切削用量的确定制定切削用量，是在选择好刀具材料和几何角度的基础上，确定背吃刀量进给量和切 削速度制定切削用量的原则，是在保证加工质量降低成本和提高生产率的前提下，使ap、 f、vc的乘积最大。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀a磨损、加工质量和加工成木均有显著影响。 选择切削用量时，就是在保证加工质量

16、和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具 切削性能，使切削效率最高。粗加工时应选取从可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选 取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工时应根据加工后的余量确定背吃刀量；其次根据己加工表面粗糙度要求，选取 最小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下尽可能选用较高的切削速度。6. 4. 1主轴转速的确定主轴转速n(r/min):(公式6-2)n= 1000 (vc/jcd)公式屮：vc切削速度，单位m/mind铣刀直径，单位mm由于每把刀计算方式相同，现选取粗、精铣平面020的立铣刀为例说明其计算过程。根据切削原理可知，

17、切削速度的高低主耍取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材 料和刀具耐用度等因素。如表6-3所示：表6-3铣削时切削速度工件材料硬度/hbs切削速度久/(m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢<22518 4266 150225325123654 12032542562136 75铸铁<19021 366615019026091845 901603204.5 1021 30铝70120100200200400从理论上讲，切削速度vc的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避 免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制， 综合考虑：取粗铣吋vc

18、=20m/mm精铣吋=25m/min代入 6-2 式中：打粗=(1000x20) / (3.14x20) 打精=(1000x25) / (3.14x20) =318.4r/min=398r/min6. 4.2进给速度的确定在保证机床、刀具不超山工件精度充许的数值，表面粗糙度值不太大的前提下，尽量 选择大的进给量，粗加工时限制进给量的主要是切削力，半精加工和精加工时，限制进给 量的主耍是表面粗糙度。切削进给量f是切削时单位时间内工件与铣刀沿进方向的相对位移，单位为mm/mino 它与铣刀转速n、铣刀齿数z及每齿进给量fz (mm/z)的关系为：f=fz z n(公式 6-3)公示屮：z.先刀ii

19、数单位：(mm/min)fz铣刀每齿工作台移动距离，即每齿进给量(mni/z)每齿进给量fz的选取主要取决与工具材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度 等因素。工具材料的强度和硬度越高，fz越小，反之越大。硬质合金铣刀的每齿进给量 高于同类高速钢铣刀。铣刀每齿进给量如表6-4所示：表6-4铣刀每齿进给量&工件材料每齿进给量/z/ (mm/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.10 0.150.10 0.250.020.050.10-0.15铸铁0.120.200.15-0.30铝0.06-0.200.100.250.054100.02 0.05综合选取：粗锐z

20、=0.08 mm/z精洗z =0.05mm/z 铣刀齿数z=3上面计算出：=318.4r/min=398 r/min将它们代入式子6-3计算。粗铣吋：f=0.08x3x318精铣时：f=0.05x3x398=7 6mm/min=60mm/min切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。6. 4. 3背吃刀量的确定主要根据机床刀具和工件的刚度允许的情况下。粗加工（ralo80um）时，一次进 给尽可能切削全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达810 mm。半精加工（ral.25 10um）时，背吃刀量取为0.52mm。精加工（ra0.321.25

21、um）时，背吃刀量取为0.1 0.4mm。最好一次切浄余量，以提高生产效率。根据零件材料和我院刀具性能考虑，粗加工吋：ap=2mm；精加工吋：ap=0.5mm;从 这当中选择最为合适，即提高了生产效率，乂可延长刀具使用寿命。7切削液的选择合理的选择切削液可以改善工件与刀具间的摩擦状况降低切削力和切削温度，减轻刀 具摩损减小工件的热变形，从而可以提高刀具耐用度提高加工效率和加工质量。切削液具 有冷却、润滑、清洗、防锈的作用，因此在数控加工中使用切削液是一个必须的选择。常用的冷却液主要有三种表7-1所示：表7-1常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、

22、润滑、清洗切削汕矿物油、动植物油、极压添加剂或汕性润滑切削液应根据工件材料，刀具材料，加工方法和技术要求等具体情况进行选用。卞述 几条供参考：（1）高速的刀具红硬性差，需采用切削液，硬质合金刀具红硬性好，一般不加切削 液；若硬质合金刀具使用切削液，必须连续、充分的浇注；不能间断。（2）切削铸铁和铝合金时，一般不用切削液。如要使用切削液，选用煤油为宜。（3）粗加工时，以冷却为主，可选用水溶液或低浓度的乳化液，精加工吋，主要以 润滑为主，可选用切削油或浓度高的乳化液。（4）低速加工时，可选用油性较好的切削油；重切削时，可选用极压切削液。综上所述：根据我选择的材料铸铁我选择乳化液为冷却液。它的主要作

23、用是：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。8工艺方案的制订8.1加工方案的制订加工中心具有刀库功能，也就是说在加工中心上加工零件，一般是多工步，多刀具的 零件加工，在安排加工顺序时同样要遵循，“基面先行”、“先粗后精”、“先主后次”及“先 面后孔”的一般工艺原则。根据该零件的外型我制定了下面两种方案：方案一：粗精铣外轮廓一粗精铣方形凹槽及外轮廓一粗精铣四个凹槽及孔一粗精铣方 形外轮廓方案二：粗铣方形外轮廓一粗铣外轮廓一粗铣方形凹槽及外轮廓一粗铣四个凹槽及孔 精加工以上w种方案中第二种方案是从外面逐层往里面铣第一种方法与第二种和反。该零件方形凹槽与四个凹槽的深度不一致，方形凹槽的深度是5mm

24、,四个凹槽的深度是8mm, 第一种可减少在加工屮的变形。第二种方案是先粗加工，后精加工，而第一种方案是一道 工序粗精加工完了才加工下一个工序，大大的减少了换刀的吋间。综上所述我选择第一种 加工方法进行加工。8. 2刀具卡片的制订根据零件结构特点，铣削方形問槽轮廓、方形凸轮廓、圆弧門槽时，铣刀直径受槽宽 限制，同时考虑刀铸铁的材质，因此对刀具选用设计的刀具卡片，如表8-1所示：表8-1数控加工刀具卡片零件名称凸台编制序刀具号刀具规格、名稍刀柄型号半径补偿值号粗加工精加工1t01*10立铣刀bt40552t024)10键槽铣刀bt40553t03小6键槽銑刀bt40338.3工艺过程卡此零件的工艺

25、过程卡片如付图所示 8.4工序卡此零件的工序卡片如付图所示9程序编制工序1备料(120x120x38ram)的45号钢如下图:工序2粗精铣凸台及方形凹槽外轮廓 数控铣床编程如下：%123s800m03g54g90g00x0y0z50g00z5x-50y-50go 1g42x-60y-60d01f400 z-13g01x-55y-55x45y-55x55y-45x55y45x45y55x-45y55x-55y45x-55y-45x-45y-55x60y-55g01g40x-60y-60g01z5g01g42x-45y-45d01f400z-5g01x45y-45x45y45x-45y45x-45

26、y-45x-35y-35x35y-35x35y35x-35y35x-35y-35x-15y-35x15y-35g03x20y-30r5g02x30y-20r10g03x35y-15r5g01x35y15g03x30y20r5g02x20y30r10g03x15y35r5g01x-15y35g03x-20y30r5g02x-30y20r10g03x-35y15r5g01x-35y-15g03x-30y-20r5g02x-20y-30r10g03x-15y-35r5g01x15y-35g40g01x-55y-55z5g00x-60y-60z60 mo5m3o 仿真图如下：工序3粗铣方形凹槽：数控铣

27、床编程如下：% 123 s800m03g54g90g00x0y0z50g00z5x-50y-50g01g42x0y0d01f400z-5g01x-10y0x-10y10x10y10x10y-10x-10y-10x-20y10g02x-10y20r10g01x10y20g02x20y10r10g01x20y-10g02x10y-20r10g01x-10y-20g02x-20y-10r10g01x-20y10g01z5g40g01x0y0 g00x-60y-60z60 m05m30 仿真图如下：工序4粗铣4个r7. 5圆凹槽并精铣4个r3孔及r7. 5圆凹槽:数控铣床编程如下：% 123s800m

28、03g54g90g00x0y0z50g00z5g01x38y38f400z-13z5x38y-38z-13z5x-38y38z-13z5x-38y-38z-13z5g00x0y0z60g00z5g01x38y38z-18z5x38y-38z-18z5x-38y38z-18z5x-38y-38z-18z5g00x0y0z60m30m05仿真图如下：文件0显示m工2流程工具(i)选项(q)教学管理时)帮助(h)alsialel.ml jd运行程序索引er£ 华屮鉍控世纪* hnc-21mqdbi訓old必i蒯冷i感机床齡坐标020503 s800m的g54g90g00x0v0250c00

29、25g01x38v38z-1325x38v-38z-13z5-650.000-337.920-378.1800.000-650.000-337.920-470.940豆径荖米分进绐主轴修调io快速修调 1.0进给修调m05 t8000进给保持餅：选择程序f1abceesckrqtabuvwli丄kppalppgl>nahl:pperdelenter-x文件正)显示工艺流«u)工貝(i)选项(q)教学莕稱助咄fllsiajbll >1 hji刘葡old必|邊wi邊，华中数控 世纪jl hnc-21m|华中数投加工方式厂自动运行正策|当加工行：文件名：006010902050

30、20504s80bm83g54g90ge0x0v625»g00z5g01x38v38z-18z5x38v-38z-1825下午041运行程序索引机床指令坐标5毫米分进绐主轴修调：10快速修调：10进给修调餅：选择|麻s程序1程序q -650.000 q -337.920 0 -410.9400.000q -650.000 q -337.920| 一乜70，9扛0m05 tooqo循坏启动|儀國圔圔i國圖|axbyczbgesc 1dmhsrtqftabuivjwklpoln9曲校v动f考点空f?x10zooln_xioooj超ftl1銹命s?盗w沙却幵/停光许松主袖主轴冲动主ifi成

31、i轴bs进给保持pauppgdnaltupperadeientersp*100*100%-*100%hpa快进+y10加工零件10.1建立工件坐标系加工零件时使用g54建立工件坐标系，将凸台中心作为坐标原点，使用试切法建立 工件坐标系。将刀具移动到毛坯左端面记录下当前坐标位置并置零；再移动刀具到工件右端面记 录下当前坐标位置，这样间接的找到零件的中点，x方向的中点坐标为零加右端读数除 2，将此点设x轴的原点。同理将刀具移动到毛坯的前端面记录下当前坐标位置，并且置零。再移动刀具到工 件后端面记录下当前的坐标位置，这样间接的得到零件的宽度。y方向的中点坐标为零 加后端读数除2,将此点设y轴的原点。将刀具移动到零件的上平面，使刀具靠近工件，直到有切削飞出，将此点设为z零。10. 2对刀及刀补设定该零件采用试切法对刀，即每试切一次工件的一个基准，分别记下数控系统显示的 坐标，然后将它们折算成刀具相对于工件原点的数据，这样建立了工件坐标系与机床坐 标系之间的固定关系。10.3加工零件过程加工零件的过程如下：开机一回参考点一建立机床坐标系一程序导入一程序效验一加工零件。加工过程中严格遵守纪律。按照工艺过程将该零件加工出来，在加工的过程中要细 心的观察切削用量的选择是否合理，并做及时的调整。总结经过木次课程设计，巩固了大学所学的课