毕业设计典型数控铣零件（十字型腔）工艺分析及程序编制

毕业设计〔论文〕典型数控铣零件〔十字型腔〕工艺分析及程序编制摘要在三年的学习中，毕业设计是最后一个在校的学习任务。为了能更好的掌握所学专业的技能，这次毕业设计通过对一个数控铣零件的工艺分析就程序编制，加工出一个符合规定要求的零件来。通过本次毕业设计对数控铣有了更深的认识，对相关的加工工艺，程序的编制更能熟练掌握。本次设计首先对零件进行CAD绘图，绘制出三视图，立体图，和各种刀具轨迹路线。通过在学校的数控实验室，利用相关材料、机床、夹具、刀具和各种量具等，加工出符合图纸要求的零件。所用的机床系统是日本发那科系统，刀具有钻头、中心钻、立铣刀等。通过四个礼拜紧张的工作，在刘老师的精心指导下，顺利完成了本次学校的毕业设计任务。在本次的数控铣零件加工中也遇到了不少的新问题，在自己的探讨和老师的指点下，把零件顺利的制作出来。在制作工艺卡片和工序卡中也有许多有待提高的地方。通过学校图书馆，网络资源的参考下，对论文的撰写提供了很多帮助。关键词：工艺分析；工艺卡片；程序；刀具；数控系统目录第一章国内外的研究现状……………1.1数控铣的研究……………第二章零件的分析……………2.1零件的组成元素……………2.2零件毛胚确实定………2.3零件的技术要求……………第三章机床以及夹具的选择……………3.1机床以及系统确实定……………3.2夹具确实定……………第四章零件工艺分析……………4.1零件加工路线的分析……………4.2刀具的选用……………4.3切削用量确实定……………4.4工艺卡片的制作……………第五章程序的编制……………5.1自动编程……………5.2手动编程……………致谢…………参考文献……………第一章国内外的研究现状国外的研究现状1947年为了精确地制作直升机的叶片样板，美国密执安州特拉弗斯城帕森公司的帕森提出了用电子装置控制坐标镗床的方案。1949年美国空军后勤司令部为了在段时间内能制造出变更根底设计的火箭发动机零件与帕森公司合作，并选择麻省理工学院伺服机构研究所为协作单位，经过三年的时间努力于1952年研制成功了基于电子管和继电器的机床数控装置，用于控制三坐标立式铣床，它标志着第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。世界上第一台数控机床由美国帕森斯公司与麻省理工学院合作研制。1952年公开展示。数控机床的开展先后经历了五代。第一代：电子管〔1952年〕第二代：晶体管〔1959年〕第三代：小规模集成电路〔1965年〕第四代：大规模集成电路及小型计算机〔1970年〕第五代：微处理机或微型计算机〔1974年〕有代表性的数控公司有日本的法拉克公司、德国的西门子公司、美国的A-B公司、西班牙的发格公司、法国的NUM公司等。数控铣零件的工艺分析与程序的编制在国外有很大的改良与创新。今年来国际上对零件的要求是越来越高，在精度方面更是苛刻，数控铣作为平面、曲面、和各种箱体类零件的加工，和新产品的样板的制作中发挥着重要的作用在数控铣中工艺的好坏可以决定零件的精度和外表粗糙度，在零件的加工中不断的寻求新工艺，新技术，做出更高质量的零件。在当今的数控加工的程序编制中也需要不断的革新，在新世纪不仅要求有好的质量，工厂需要取得较好的效益，加工效率也是一个重要的因素。一段合理简洁的数控程序不但可以提高生产效率，对机器、刀具的损害也是可以降低的。国内的研究现状目前自动编程软件主流的有UG、PRO/E、MASTERCAM等。在一些复杂外表的加工中经常是要用到自动编程的，手动编程已经不能满足要求。同时自动编程也给了我们很大的方便，软件强大的绘图功能以及辅助制造功能让三维空间的零件加工变得简单，在精度方面也能到达很高的要求。手动编程虽然已经很少用到了，但是手动编程是编程的根底。在一些简单的平面图形铣削中还是起这相当的作用，尤其是宏程序的使用让一些手动编程的程序变得极为简单明了。在当今的数控加工中，数控铣扮演了重要的角色，在这里我们使用数控铣床加工零件，如一些平面及曲面类零件，数控铣在箱体零件的加工中发挥着重要的作用。数控铣加工有手动编程加工和自动编程加工，手工编程一般使用在零件比拟简单的程序简单的加工中。自动编程用于零件复杂，如一些曲面加工中。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床发挥出相应功能，以使数控机床能够平安、可靠及高效的工作。轮廓铣削加工路线的分析：对于里啊你铣削轮廓。特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量防止交接处重复加工，否那么会出现明显的痕迹。用圆弧方式铣削外圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以免取消刀具补偿时，刀具与工件外表相撞，造成工件报废。铣削内圆时，也要遵守从切向切入的原那么，安排切入、切出过渡圆弧。曲面加工的加工路线的分析：对于辩白敞开的直纹曲面，加工时经常采用球铣刀进行“行切法〞加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行，行间距按零件加工精度要求而确定。孔系加工的路线的工艺分析：对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向见习带入，直接影响位置精度。进入21世纪90年代以来，我国数控系统的各个方面研究力量在集中优势、突破关键、一我为主、开展产业的原那么根底上，逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京一发那科、西门子数控〔南京〕等合资企业的根本力量。而数控机床的开展在20世纪80年代也在西方国家得到了十分重视，国家科技攻关开发自主产权数控系统也已经成为数控机床的产业奠定了良好的根底，并取得了长足的进步。“九五〞期间数控机床开展已迈入实现产业化的阶段。新开发的国产数控机床大局部到达了国际20世纪80年代中期水平，局部到达20世纪90年代水平，在技术上取得了突破，如高速株洲的制造技术、快速进给、快速走刀。柔性制造等，为下一代国产数控机床的开展奠定了根底。第二章零件的分析零件的图样如下列图所示：本零件是十字型腔零件，它有外形为十字的凸台、里面再是一个通孔的凹形凸台，这是上外表的零件元素，在反面是由四个圆柱台组成的四个脚。零件的外形根本尺寸是长100mm×100mm的正方形。零件材料为铝块。零件时有诸多的圆弧和直线组成，加工中采用三轴联动的数控铣床。此零件加工前没有经过粗加工，毛胚是120mm×120mm×30mm的铝块，此零件有两个圆通孔，需要保证两个孔的同心度。选择零件的下外表以及通孔作为定位基准。组成零件的几何元素非常清楚，条件充分，编程时所需要的几点和编程参数转换容易求得。零件的最大轮廓的公差为100±0.1，圆孔的公差为±0.01，外表粗糙度其余均为3.2。零件四个侧面粗糙度不作要求。毛胚的设定，为了更快的加工出零件来，在选择毛胚的时候，应该尽量接近零件的根本尺寸，这样就可以节省加工时间和减少加工余量。在这里选择毛胚是铝块，规格为：长120mm宽为120mm高为30mm的长方体毛胚，示意图如下：此毛胚的未经过任何加工，外表的粗糙度比拟差，要选择一个平面先进行面铣，再以这个平面作为基准平面。现代机械加工的开展趋势之一，是通过毛胚精化使毛胚的形状和尺寸与零件接近，减少机械加工的劳动量，力求实现少、无切屑加工。毛胚形状主要取决于毛胚种类、零形状和各种加工外表的总余量。在本次的毕业设计零件中由于材料的限制，所以没有精化的零件毛胚。作为数控铣零件需要有一定的嫉妒和外表粗糙度，在本次的零件加工中不需要经过热处理。零件的内台圆孔的同心度要求较高，外表粗糙度为3.2，其他粗糙度为6.4，在零件的侧面部做要求。零件的最大外形为100mm×100mm,其公差为±0.1。第三章机床以及夹具的选择机床的介绍本次设计采用数控铣床加工出所需要的零件，机床为长征机床。数控机床是一种装了程序控制的系统的机床。数控机床是典型的数控设备，它由信息载体、计算机数控装置、伺服系统和机床本体四局部组成。机床是用于完成各种切削加工的机械局部，是在普通机床的根底上经过很多的改良和提高开展而来的。它主要的特点是：一、由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统，因此数控机床的机械传动局部结构得到了简化，传动链比拟短。二、为了适应数控机床的连续自动加工，数控机床的机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性热变形较小。三、更多地采用高效的传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨。四、不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床的生产效率等。数控铣床在加工箱体类零件中起着重要的作用，在平面类零件的加工中更是扮演者重要的角色。与普通的铣床相比，数控铣床采用了一个数控系统，再者是，数控铣床看可以多轴联动，本次所采用的数控铣床采用的是三轴联动，具有加工一些复杂外表的能力。数控系统的介绍及选用计算机数控装置是数控机床的核心。它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。它由软件和硬件组成。硬件除计算机外，其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。数控系统信息处理的主要任务之一是惊醒轨迹控制。早期的硬件数控系统中，都采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作。以硬件作为根底的NC系统中，数控装置都采用电压脉冲作为插补点坐标增量输出，其中每一脉冲都在相应的坐标轴上产生一个根本长度的单位的运动。计算机数控系统中插补工作一般由软件来完成，也有用软件进行粗插补，用硬件进行精插补的CNC系统。软件插补的方法分为基准脉冲插补和数据采样插补两类。数控系统的分类：一、按机床的运动轨迹分类：点位控制系统、直线切削控制系统、轮廓控制系统。二、按伺服系统的控制方式分类：开环伺服控制系统、半闭环伺服控制系统、闭环伺服控制系统。随着微电子技术和计算机技术的开展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领域日益扩大。为了满足社会经济开展和科技开展的需要，数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化、集成化、网络化及开放性等方向开展。本次所采用的数控铣床配备的是FANUC系统。在机械加工中，为了保证工件加工的精度，使之占有确定的位置接受加工或检验的工艺装备统称机床夹具，简称夹具。机床夹具的作用有：保证加工质量、提高生产效率降低劳动本钱、减轻劳动强度、扩大机床的工艺范围。在铣床上加一个转台或分度头装置，就可以加工友等分要求的零件。夹具的装夹是靠工件的定位基准面与夹具上定位元件的定位外表相接触，实现工件的迅速定位，并使其夹紧。这种方法可使用一批工件在夹具中占据一致的加工位置，保证同一批工件的精度的稳定，容易获得较高的加工精度和生产效率，广泛使用于中批以上的生产类型。在铣床夹具中一般有：平口钳、工艺板等。由于本设计的零件时长方形零件，故采用平口钳夹具，在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系的两个过程。工件在定位元件上定位好后，还需要采用一些装置将工件牢固地压紧，防止工件在切削力、工件重力、离心力的作用下发生位移或振动，以保证加工质量和平安生产。对夹紧装置的根本要求：夹紧既不应破坏工件的定位，又要有足够的夹紧力，同时不应产生过大的夹紧变形，不允许产生振动和损伤工件外表。夹紧动作迅速，方便操作，平安省力。手动夹紧要有可能的自锁性，结构应该尽量简单，工艺性要好。确定夹紧力包括正确地选择夹紧力的三要素，即：夹紧力的方向、作用点和大小。它是一个综合性的问题们必须结合工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布方式，切削条件及切削力的大小等具体情况确定。第四章零件工艺分析在零件的机械加工中，每一个加工内容都是借助于一定的机床、夹具和刀具来完成的。在箱体的加工中，需要采用铣床，镗床或加工中心，需要用铣刀、镗刀、钻头等刀具。需要相应的家具或组合夹具，每一个加工内容都应有相应的机床、刀具和夹具，它们与被加工的工件共同构成了一个闭环系统，称为机械加工工艺系统。每一个加工工艺规程都是由假设干根本单元即工序组成的，而每一个工序可分为安装、工位、工步、走刀。在机床上加工工件时，必须使工件在机床或夹具上处于某一正确的位置，这一过程称为定位。工件定位后一般还要夹紧，以便在承受切削力时扔能保持其正确的位置。在零件图样和实际零件上，总要依据一些一些指定的点、线、面来确定另外一些点、线、面的位置。这些作为依据的点、线、面就是称为基准。根据基准的功用的不同，它可分为设计基准和工艺基准两大类。本零件的设计基准是内台孔的轴线，十字凸台的设计基准是方形上外表。底面的四个圆台柱的设计基准是底面的平面。在加工上外表是，零件以上外表的平面作为加工基准。同轴孔的加工的主要技术要求是孔的同轴度，为保证孔的同轴度通常采用如下加工方法。镗模法。在成批的生产中，采用镗模加工，其同轴度由镗模保证。可加工出同一轴线的两个孔，孔的同轴度误差可控制在0.015~0.02mm。利用已加工过的孔作为支承导向。这种方法是在前壁上加工完毕的孔内装入导向套，支承和引导镗杆加工后壁上的孔。该方法适用于加工箱壁相距较近的同轴孔。采用调头镗法。零件开始加工时时一个比拟粗糙的毛胚，首先经过把上外表用大铣刀铣平上平面，在以铣好的平面作为定位基准，通过垫片把毛胚垫高到合理的高度经行加工，上外表的加工以下外表的作为基准进行加工。零件的立体图如下：首先加工零件的十字以及中间的内台孔，再是反面装夹加工反面。上外表的加工工艺路线顺序为：用大铣刀铣平外表;采用中心钻、小钻头钻通孔；用铣刀铣出十字大概轮廓，内孔的加工以铣代铰，加工出符合图纸要求的精度。用小铣刀将十字外形按要求铣出，以及精加工。在用铣刀铣十字外形的刀具轨迹如下：这是采用直径为8mm的立铣刀走出十字轨迹，俩孔的光洁度为3.2，精度等级到达IT9级。图中的外围轨迹就是粗加工十字外形的路线，在本次的零件加工中所需要用到的刀具有立铣刀、中心钻、钻头等。刀具的合理选用可以对零件的加工精度产生影响，为了让工件的精度到达要求，通过选择合理的刀具无疑是一种好方法。为保证加工质量，工件在粗加工时切除金属较多，切削力、装夹力大，切削热量多，加工后应力要重新分布，由此而引起的工件变形较大，需要通过半精加工和精加工来纠正。刀具的选择是数控加工工艺内容中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且影响零件的加工质量。所以在编程时，选择刀具通常是要考虑机床的加工能力、工序内容、零件的材料等。为了减少加工时间，这里采用工序集中，一把刀具的加工内容尽量在一次性的加工完，这不仅可以提高生产效率，还可以减轻劳动强度。刀具卡毕业设计数控加工刀具卡片产品名称图样代号零件名称十字型腔程序编号序号刀具号刀具名称刀具补偿值刀补号直径长度半径长度半径长度1T01立铣刀Φ16mm2T02立铣刀Φ8mm3T03中心钻Φ10mm4T04钻头Φ10mm5T05钻头Φ19mm与切削用量有关的因素有：生产率、加工质量〔主要是外表粗糙度〕、刀具耐用度、机床功率、切削引起的工艺系统的弹性变形和振动等。切削用量确实定原那么是：在综合考虑有关的根底上，先尽量取大的背吃刀量，其次是取小的进给量，最后是取适宜的切削速度。但由于许多工艺因素的变化较大，故在工艺文件上一半不规定切削用量，而由操作者根据实际情况自己确定。合理选择我切削用量的原那么是：粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也是应该考虑经济性和加工本钱；半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工本钱。在机床允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好是一次切除待加工余量，以提高生产效率。为了保证零件的加工精度和外表粗糙度，可留少许余量待最后加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床，一般取0.2~0.5mm.铣削速度大，能提高生产效率。但提高生产效率的最有效措施是应该尽可能采用大的背吃刀量，因为在切削速度与刀具耐用的关系成反比，所以切削速度的选用主要取决于刀具的耐用度。切削用量的选择参阅有关手册。在这里相关的切削用量就根据平常加工零件的经验来确定切削用量。在粗加工时主轴转速取1000r/min，进给速度在F200-F400之间。精加工时，主轴转速采用1500r/min，进给速度在F100-F200之间。机械加工工艺过程卡片主要列出零件的加工所经过的工艺路线〔包括毛胚制造、机械加工、热处理等〕，是编制其他较详细的工艺文件的根底，也是生产技术准备、编制作业方案和组织生产的依据。机械加工工艺卡片是以工序为单位详细说明整个工艺过程的工艺文件。它用来指导工人操作和帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程，广泛用于成批生产的零件和小批量的重要零件。机械加工工艺工序卡片式用来指导生产的一种详细的工艺文件。它详细地说明该工序的每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求、所用设备和工艺装备等。一般都有工序简图，注明该工序的加工外表和应到达的尺寸公差、形位公差和外表粗糙度。它主要用于大批大量生产。工艺卡片毕业设计数控加工工艺卡零件名称十字型腔零件代号铝工艺序号程序编号夹具名称夹具编号数控铣床数控实验室工步号工步内容加工面刀具号刀具规格主轴转速进给速度切削深度备注1铣上平面T01Φ16mm1000r/minF2001mm2粗加工十字T01Φ16mm1000r/minF2005mm3钻通孔T03Φ19mm500r/minF504铣内凸台T01Φ16mm1000r/minF1005精加工十字T02Φ8mm1500r/minF1006钻中心孔T04Φ10mm400r/minF507铣反面T01Φ16mm1000r/minF3003mm第五章程序的编制编制零件加工程序的全部过程主要由计算机来完成，此种编程方法称为自动编程。编程人员只需要根据零件图纸和工艺过程，使用规定的数控语言编写一个较简短的零件加工源程序，输入到计算机中。计算机由通用处理程序自动地进行编译、数学处理。计算刀具中心轨迹，再由后置处理自动地写出零件加工程序并输出、制备出穿孔纸带或磁盘等控制介质，也可以直接通过计算机通信程序，将零件加工程序传送到机床数控系统。由于在计算机上了自动给出所编程序的图形及走刀轨迹，及时检查程序是否有错，及时修改得到正确的程序，编程人员不需要繁琐的计算，不需要手工编写程序单机制备控制介质，可以自动获得加工源程序和控制介质，因此可提高编程效率几倍甚至上百倍，解决了手工编程无法解决的难题。经过不断的开展，现在已经出现了许多种成熟的图形交互自动编程系统〔如MasterCAM、SurferCAM以及PROE和UG等等〕，与语言编程系统相比更为方便、快捷，大大的加快产品的开发和更新换代，成为自动编程的开展方向。手动编程在一些比拟简单的零件中具有快速编写的优势，宏程序的使用和开发使较复杂的零件加工程序编制免去一些手工计算的过程。目前很多机床都具备宏程序功能，如果能熟练运用宏程序将大大简化加工程序的编制，从而使数控编程更快捷、更简单。在本次毕业设计的零件〔十字型腔〕中，使用手动编程，并将程序录入数控铣床系统，加工出相应的工件。程序如下：以工件的上外表中心为零点建立工件坐标系，X、Y、Z三坐标方向都由刀具本身对刀。轮廓尺寸为对称公差，用根本尺寸编程。刀具材料为高速钢。铣平毛胚上外表主程序及子程序：采用Φ16mm的立铣刀O0001主程序N10G17GN20G90GN30M03S1000;N40G00X-60Y-50;N50Z5;N60G01Z-1F200;N70M98P60002;N80G90GN90X0Y0;N100M05;N110M30;O0002子程序N10G91G01X120F200N20Y60;N30X-120;N40Y10;N50N99;粗加工十字外形：采用Φ16mm立铣刀O0003N10G17GN20G90N30MN40GN50Z10;N60Y70;N70G41G01X-16YN80Z-5;N90G03X0Y48R16FN100GN110G01X0Y63FN120G02J-63FN130GN140GN150GN160MN170M精加工程序只需将上段程序中的Z-5改为-6即精加工余量为1mm钻中心孔O0004采用Φ10mm中心钻N10GN20GN30MN40GN50GN60G81G99X0Y0Z-5RN70GN80GN90M05;N100M30;钻通孔O0005采用Φ19mm钻头N10G17GN20G90GN30M03S400;N40G00X0Y0;N50G43Z10H05;N60G81G99X0Y0Z-40R5FN70G80;N80G00GN90M05;N100M30;铣Φ40mm孔O0006采用Φ16mm立铣刀N10G17GN20G90GN30M03S1000;N40G00X0Y0;N50Z5;N60G01Z-6F100;N70M98P0007;N80G01Z-11F100;N90M98P0007;N100G01Z-15F100;N110M98P0007;N120G01Z-16F100;N130M98P0007;N140G01X0Y0F100;N150G00Z100;N160M05;N170M30;O0007子程序N10G41G90G01XN20G03I-15F200;N30G01X19F100;N40G03I-19F200;N50M03S1500;N60G01X20F50;N70G03I-20F100;N80M03S1000;N90G40GN100M99;铣Φ20mm孔O0008采用Φ16mm立铣刀N10G17GN20G90GN30M03S1000;N40G00X0Y0;N50Z10;N60G01Z-20F100;N70G41G01X10GN80G03I-10FN90GN100Z-24;N110G41G01XN120G03I-10FN130GN140Z-28;N150G41G01XN160G03I-10FN170GN180G01Z10FN190GN200MN210M30;十字外形逼近O0009采用Φ16mm立铣刀N10G17GN20G90GN30MN40GN50Z5;N60G01Z-6FN70G41G01X14YN80GN90GN100GN110N120GN130GN140GN150GN160GN170G03X14N180GN190GN200GN210GN220GN230GN240GN250GN260N270GN280GN290GN300GN310G02X14Y47.33R49.36;N320G00Z100;N330G40X0Y0;N340M05;N350M30;十字外形精加工节点坐标：A(8,47.33)B(8,32.5)C(11.14,27.85)D(27.85,11.14)E(32.5,8)F(47.33,8)G(47.33,-8)H(32.5，-8)I(27.85，-11.14)J(11.14，-27.85)K(8，-32.5)L(8，-47.33)M(-8，-47.33)N(-8，-32.5)O(-11.14，-27.85)P(-27.85，-11.14)Q(-32.5，-8)R(-47.33，-8)S(-47.33,8)T(-32.5,8)U(-27.85,11.14)V(-11.14,27.85)W(-8,32.5)X(-8,47.33)