十字凸台典型零件的数控铣削加工工艺设计与编程仿真

典型铣削零件的数控加工工艺设计与编程摘要随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域，尤其在机械制造业中应用极其的广泛。而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。本文的主要写作目的是为了验证在校几年的学校以及实践过程中所学的知识，所以选择了一个典型的铣削零件来阐述数控铣削的加工工艺以及编程设计，此次设计不仅能够验证自己的知识，同时也能提高自己的知识，通过此次设计，使我发现了自己原来很多不足的地方，同时在设计中不断的改进，使自己的能力上了个新台阶，使我对数控铣削工艺有了更高的认识。关键词：工艺分析工件装夹刀具数控编程

目录32082摘要 2249341.前言 355302.零件图样分析 593063.机床设备的选择 6313134.工件的装夹 656514.1毛坯的选择 6192464.2零件的装夹 792325.工艺路线 7293815.1表面加工方法的选择 737185.2加工阶段的划分 8151275.3工艺路线的安排 8121886刀具的选择 8139086.1刀具的选择原则 9154936.2数控铣削刀具的选择 9177547.切削用量的选择 10228657.1切削用量对机械加工的影响 10204727.2切削用量的选取 10231828.拟定机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片 1173199.数控编程 1226829设计小结 1626150致谢 1715706参考文献 181.前言毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节，是评价我们是否是一个合格大学生的一个很重要标准，因此在做毕业设计时，我都怀着很重视的态度去做的。在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，有点迷茫，由于从没有做过这样的设计，经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作、柔性化、集成化生产的基础。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、山东)，数控人才更是供不应求，所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。要成为数控编程员就要具备：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD、CAXA、UG软件，熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。经过一个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，一个多月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等。数字控制机床（NumericallyControlledMachineTool）简称数控(CNC)是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控机床是采用计算机实现数字程序控制的技术，通过计算机按事存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。它的出现以及所带来的巨大效益，引起世界各国科技界的普遍重视。随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。数控机床作为装备制造业的核心技术应用，是现代制造业的关键设备，对制造业提高加工质量和效率有着重要的意义。数控铣在数控加工中占了一定的地位，它可以加工外形、曲面、孔、螺纹等形状特征，下面来介绍一下一十字凸台数控铣削加工工艺过程及编程。2.零件图样分析分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的工艺编制及加工结果。主要包括以下几项内容：分析加工轮廓的几何条件：主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。分析形状和位置公差要求：对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。图1十字凸台的零件图图1所示为十字凸台的零件图，该零件主要加工部位有平面、轮廓、分层轮廓等，图中尺寸标注齐全，零件的尺寸公差较高，表面粗糙度一般，材料为铝件，质软，易于切削加工。3.机床设备的选择此零件为中小批量加工。故其毛坯可以在普通机床上完成粗加工，其余内容在数控机床上加工。在普通机床上加工毛坯时，首先确定一个加工基准面，以保证在加工时平行度的要求，为在数控机床上的加工准备好定位基准面。根据零件尺寸和加工精度的要求，综合分析现有机床可知XH714D立式数控加工中心适合于此工件的加工。XH714D立式数控加工中心的主要技术参数如下表：4.工件的装夹4.1毛坯的选择零件毛坯的加工选择应具有如下要求：满足设计使用需要、具有良好的经济性、良好的切削性、取材方便。在制定机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、设备和刀具的材料的消耗和加工工时都有很大的影响。毛坯的选择不仅要考虑经济性、实用性，还要考虑到现有的设备及工人的技术等级等。显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益。根据零件的图样分析以及零件的材料要求，选择铝件；依据毛坯的选择原则，综合考虑零件的使用要求，以及机械加工的效率和经济性，确定毛坯的尺寸为φ60×30mm。4.2零件的装夹该零件的毛坯结构简单，精度要求不高，其装夹方式可直接平口钳进行装夹，在数控铣床上加工。根据本零件加工的技术要求和零件结构特点，选择外圆柱面和下端面作为定位基准。本零件毛坯为轴类零件选用夹具为平口钳（图2），其基础限制工件X、Y、Z、三个自由度。通过钳口将零件夹紧，夹紧力在外圆柱面上。图2平口钳5.工艺路线零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择工序集中和分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。5.1表面加工方法的选择表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理加工方法。在选择时一般先根据表面的精度及粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的，即确定加工方案。由于获得同一精度和粗糙度的加工方法有几种，在选择时除了考虑生产率要求和经济效益外，还应考虑下列因素：（1）工件材料的性质。（2）工件的结构和尺寸。（3）生产类型。（4）具体的生产条件。从图1中可以看出，该零件表面粗糙度为Ra3.2um，精度要求较高，又因该零件为铝，其切削性能好，硬度低，因此确定该表面的加工方法为：粗铣→精铣。在粗铣时应尽快的去除零件的加工余量，给精加工留与合适的切削深度，本题中给0.3mm余量。5.2加工阶段的划分针对该零件的形状特性及精度要求，将该零件划分为以下几个阶段：粗加工阶段——主要任务是切除表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。精加工阶段——保证各主要表面达到图样尺寸及精度要求，其主要问题是如何保证加工质量。5.3工艺路线的安排根据该零件的结构工艺性、生产规模和技术要求，确定该零件的工艺路线如下所述：工序1下料，准备φ60×30mm的棒料，材料为铝。工序2装夹零件，加工零件外型，留有精加工余量。工序3加工零件第二个台阶面，留有精加工余量。工序4精加工零件各个表面轮廓。工序5掉头装夹，铣削底面保证总厚度。工序6去毛刺。工序7检验。6刀具的选择刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。6.1刀具的选择原则选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。6.2数控铣削刀具的选择在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/4-1/6)RD，以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r，即直径为d=2Re=2(R-r)，编程时取刀具半径为Re=0.95(Rr)。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。综上所述，并根据该零件的结构特性，确定该零件的数控加工刀具如表1所示。表1数控铣削刀具卡片刀具号刀具名称刀具规格加工表面T01面铣刀Φ60mm上下两平面T02立铣刀Φ12mm粗铣阶梯轮廓以及外轮廓T03立铣刀Φ8mm粗精铣阶梯轮廓以及外轮廓7.切削用量的选择7.1切削用量对机械加工的影响（1）对加工质量的影响Vc的影响。因为Vc对切削温度θ影响最大，所以Vc主要是通过θ来影响加工质量的。随着Vc的增加，θ上升，工件的温升变形和刀具磨损加快，使误差加大。同时，工件表面层的热应力、金相组织发生变化，使工件表面质量下降。F的影响。F主要是通过已加工表面的残留面积来影响表面粗糙度的。在中等以上f时，降低f可降低表面粗糙度值；但当低速切削（0.05——0.15mm/r）时，由于存在塑性变形故可使Ra增大。的影响，主要是通过切削力来影响加工质量的。随着的加大，切削力成正比地增加，工艺系统发生变形、振动等，使加工精度和表面粗糙度下降。（2）对刀具使用寿命的影响刀具耐用度T与刀具总刃磨次数n的乘积称为刀具寿命。它是一把刀从开始使用到完全报废所经过的切削时间。对刀具寿命的影响主要从对耐用度的影响来分析。Vc、f、增加时，刀具磨损加剧，耐用度降低，其中影响最大的是Vc，其次是f，影响最小的是，因此，贵重、精密的刀具是不宜采用高速切削和大进给量切削的。（3）对生产效率的影响在一定的切削条件下，合理选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。7.2切削用量的选取粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本。它的主要目的是快速地去除工件表面的残余金属，所以在机床功率允许的前提下应尽可能的提高效率，以便提高机床的利用率。在确定切削用量时，首先应该考虑切削深度，这样可以达到在短时间内快速除去金属的目的，提高单位时间内的切削量。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。它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度，因此，要避免在加工过程中受力的突然变化，使切削力均匀；工件的表面粗糙度主要取决于切削速度，切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决定的。综上所述，根据该零件的工艺特性，确定该零件的切削用量如表2所示。表2切削用量表加工部位加工刀具号主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）切深（mm）粗粗粗铣平面T016002001粗铣台阶轮廓及外轮廓T0212001001粗铣台阶轮廓及外轮廓T0318002001精铣台阶轮廓及外轮廓T0325001500.38.拟定机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片编制机加工艺卡片是用来指导工人加工的，一般简易的工艺卡片中需编制简易的工艺流程、工序名称、工装等。表3机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称凸台材料铝毛坯尺寸Φ60×30mm序号工序名称工序内容车间设备工装1下料下φ60×30mm棒料机加车间2铣装夹零件，加工零件外型，留有精加工余量。机加车间数控铣床三爪卡盘3铣加工零件第二个台阶面，留有精加工余量。机加车间数控铣床三爪卡盘4铣精加工零件各个表面轮廓。机加车间数控铣床三爪卡盘5铣掉头装夹，铣削底面保证总厚度机加车间数控车床三爪卡盘6钳去毛刺7检检验图上各处尺寸表4数控加工工序卡片机械加工工序卡产品名称十字凸台材料铝毛坯尺寸Φ60×30mm工步号工步内容主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）1下φ60×30mm棒料2装夹零件，加工零件外型，留有精加工余量。60020013加工零件第二个台阶面，留有精加工余量。120010014精加工零件各个表面轮廓。18002000.35掉头装夹，铣削底面保证总厚度120010019.数控编程编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。本题中的零件形状复杂，尺寸不易于计算，因此采用自动编程，但对于平面铣削，仍然采用手工编制。以下便是该零件的加工程序清单（1）铣削平面时的程序O0001T01M06M01G00G90G54X60Y0G43H1Z25M08G00Z-2G01X-60F200Z-2.5S1000X60F150G00Z150M30(2)铣削轮廓时的加工程序该部分的加工是由UG软件自动编制的程序，其走刀轨迹如下图所示。图9.1铣削零件外轮廓的走刀路径因为使用φ12的立铣刀加工全部轮廓特征的时候，R4的圆弧角没办法完全加工，所以使用φ8的立铣刀清根加工。图9.2清根加工该次走刀过程中，最后一次进刀量为0.3mm，即精加工。图9.3轮廓精加工根据以上走刀路径，采用CAM软件自动生成这几个轨迹的程序详见附件加工程序。设计小结本次毕业设计论文经过几个月的努力终于完成了。从开始拿到论文题目，进行加工过程的分析，到完成整个论文都经过了仔细的考虑，每一个设计过程都经过了详细的推敲，确保论文的准确性，本次设计考验了我学习的知识面的宽度，及运用知识的灵活度，对我来说是一个重大挑战。此次毕业设计让我有了一个独立完成一次大工作量设计的机会，其中所需的知识将使我受益终身。在此次设计过程中我遇到了许多不懂的问题，通过查阅资料和请教老师同学有了深刻了解。在设计中我熟练掌握了CAD绘图软件的使用方法，并能够运用这个软件熟练绘图。对Word的使用水平也有了很大提高，让我可以熟练进行操作。在设计过程中我学会了分析零件及掌握零件的加工工艺及加工路线的制定方法，独立完成手工编程，从而大大提高了自己的识图能力和数控知识的进一步掌握，提高了我分析问题解决问题的方法。这对我今后的工作和学习有着巨大的帮助。我个人所学知识有限，论文作品不是很成熟，还有很多不足之处。但是看着自己的论文，自己的设计，真是莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。

这次做业设计论文锻炼了我独立学习的能力，还培养了我善于思考的品质，使我在遇到困难时勇于前进，仔细探索不向困难屈服。本次设计是真正的自己学习自己研究的过程，没有学习就没更深的研究探索，没有研究探索就不会有新的突破。在本次设计的所学习的经验和知识将会我在今后的工作和学习起到不可估量的作用。致谢本设计在老师的悉心指导和严格要求下已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水，在几年的学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。感谢他们传授给我各方面的知识，如果没有他们授予我的教育，我也不会有今天的成绩。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。本次毕业设计我能够按时完成，要感谢帮助我的老师和同学，因为自己的水平有限，所以在设计过程中难免会遇到许多问题。是他们热心的帮助及鼓励使我能够坚定信念继续进行设计。让我体会到了集体的温暖和团队协作精神，对我今后的学习和生活有极大的意义。使我知道遇到问题要不怕吃苦及时解决