数控铣床零件的加工工艺设计毕业设计

毕 业 论 文 题目数控铣床零件的加工工艺设计 学生姓名 沈金浩 学号 11020418 班 级 110204 专 业 数控技术专业 分 院 工程技术分院 指导教师 孙增晖 2013 年 9 月 14 日 长春职业技术学院毕业论文专用纸 1 目录 摘要 .1 第 1章 绪论 .2 1.1数控铣床的简介 .3 1.2本课题设计内容 .3 第 2章 零件的数控铣削工艺分析 .3 2.1零件图的绘制 .3 2.2零件图的分析 .3 2.3毛坯的选择 .4 2.4数控设备的选择 .4 2.5 零件定位基准及装夹方式的确定 .4 2.6加工路线的设计 .5 2.7刀具选择 .5 2.8切削用量的确定 .6 2.9拟定数控切削加工工序卡 .7 2.10工序设计 .8 2.11确定编程原点 .8 2.12编辑程序 .9 第 3章 操作步骤 .12 总结与致谢 .13 参考文献 .14 摘要 毕业设计是培养我们实际工作能力的最后一个重要实践性学习环节，他不但是对我 们三年来学习与实践的一个很好的总结与考验，也是为以后从事专业技术工作做个强而 有力的铺垫。 本次我的设计题目是球头配合件，通过对该零件的分析，需要对其进行编程、钻孔、 铣削等数控加工。可以较高的满足零件的工艺要求，提高加工质量和设计效率。 从零件图入手分析其技术要求，确定了零件的定位基准以及装夹方式。进而进一步对 数控加工工序、工步顺序、刀具及刀具对刀点换刀点、加工余量、切削用量（背吃刀量、 进给量、切削速度）的确定，得出完整的数控加工工艺卡片。这样对数控铣削又有了进 一步的了解，拓展了自己的知识面，对程序编制也有了进一步的提高。 关键词：数控加工、工艺卡片、程序编制 长春职业技术学院毕业论文专用纸 2 第 1章 绪论 1.1数控铣床的简介 数控铣床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控铣床引是在一般铣床的基础上发展起来 的，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似，但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床， 所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以 在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。数控铣削加工除了具有普通铣床加工的 特点外，还有如下特点： 1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件， 如模具类零件、壳体类零件等； 2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及 三维空间曲面类零件； 3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件； 4、加工精度高、加工质量稳定可靠，目前数控装置的脉冲当量一般为 0.001mm，高精度 的数控系统可达 0.1m，另外，数控加工还避免了操作人员的操作失误； 5、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化； 6、生产效率高，数控铣床一般不需要使用专用夹具等专用工艺设备，在更换工件时只需 调用存储于数控装使工序高度集中，大大提高了生产效率。另外，数控铣床的主轴转速和进 给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量； 7、从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切 削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还 要求有良好的红硬性； 置中的加工程序、装夹工具和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期。其次，数控 铣床具有铣床、镗床、钻床的功能， 1.2本课题设计内容 本次毕业设计主要针对零件数控铣削加工工艺进行设计，其中包括对零件的工艺性进行分 析、数控设备的选择、零件定位基准及装夹方式的确定、数控加工工序的确定、工步顺序的 确定、刀具及刀具对刀点换刀点的确定、进给量的确定、切削速度的确定等内容，最后根据 以上内容得出数控加工工序卡，编制出加工程序。 第 2章 零件的数控铣削工艺分析 长春职业技术学院毕业论文专用纸 3 2.1零件图的绘制 主要用 AutoCAD来绘制零件图、绘制零件图之前首先要熟悉软件的应用以及一些注意事项、 更要了解机械制图方面的知识。主要有以下步骤：1）画图前的准备：应仔细观察零件、做 到画前大致心中有数。2）确定图幅：根据图形的大小和比例，选取图纸幅面。3）画图框和 标题栏 4）布置图行位置进行画图。5）标注尺寸。6）全面检查填写标题栏。在这些考虑好 之后我完成了球头配合件零件图与装配图，图形如下： （1）零件图 2.2零件图的分析 该零件图主要由平面、孔系及外轮廓组成，内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰 孔、镗孔、拉孔、磨孔及光加工方法选择原则，其中12 孔的尺寸公差为 H7，表面粗 糙度要求较高，可采用钻孔，铰孔方案。平面轮廓常采用的加工方法有数控轮廓铣加 工。在本设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求 Ra6.3mm,可采用粗铣精铣方案。选 择以上方法完全可以保证尺寸，形状精度和表面粗糙度要求。 长春职业技术学院毕业论文专用纸 4 2.3毛坯的选择 毛坯是根据图纸而确定大小，根据本设计图纸选择毛坯大小为 100X100X40的毛坯。 选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。 最常见的情况就是，设计者仅根据材料的常规性能指标做出决定，而这些指标根本不 能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况就是，尽管预先对零件的失 效形式有较准确地估计，并提出了相应的性能指标作为选材依据，但由于考虑到其他 因素，使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致失效。材料本身的缺陷也是导致 零件失效的一个重要因素，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有 夹层、折叠凳宏观缺陷。所以材料 45号钢。 2.4数控设备的选择 在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能，根据需要进行合理的开发，以扩大数控机 床的功能，满足产品的需要。然后，根据所选择的数控机床，进一步优化数控加工方案和工 艺路线，根据需要适当调整工序的内容。 2.5.1零件定位基准的确定 定位基准可分为粗基准和精基准。若选择未加工的表面作为定位基准，这种基准被称为粗 基准。若选择已加工的表面作为定位基准，这种基准被称为精基准 （1）.精基准的选择 我选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。结合现有设备、零件的加 工要求及毛坯的质量，应以设计基准作为定位基准，这样设计基准与定位基准重合满足基准 重合原则。 （2） 粗基准的选择 选择粗基准时，我主要考虑两个问题：一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要 求；二是合理分配各加工面的加工余量。 2.6加工路线的设计 由于生产类型为大批量生产，应尽量使工序集中来提高生产效率，除此之外还应降低生产 成本，为此，设计了两套生产方案，分别为表一和表二。 表一：工艺路线方案一 长春职业技术学院毕业论文专用纸 5 （1） 粗加工定位基准面（底面） （2） 钻、扩、铰12H7 孔 （3） 粗、精加工上表面 （4） 外轮廓铣削 （5）终检 表二：工艺路线方案二 （1） 粗加工定位基准面 （2） 粗、精加工上表面 （3） 钻、扩、铰12H7 孔 （4） 外轮廓铣削 （5） 终检 按照基面先行，先面后孔，先主后次，先粗后精的原则确定加工顺序，我选择方案二。 2.7刀具的选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影 响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度 高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并 优选刀具参数。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件 周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时， 选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形 刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头 顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。 表 2设计中刀具的选择 长春职业技术学院毕业论文专用纸 6 2.8切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度） 、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用 量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的 加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。 合理选择切削用量的原则是：粗 加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，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、 切削用量手册，并结合经验而定。 该零件材料切削性能较好，铣削平面、外轮廓面时，留 0.5mm精加工余量，其次一刀完成粗铣。 确定主轴转速时，先查切削用量手册，硬质合金铣刀加工铸（190-260HB）时的切削速度 为 45-90m/min，取 v=70m/min,然后根据铣刀直径计算主轴转速，并填入工序卡中（若机床 为有级调速，应选择与计算结果接近的转速） N=1000v/3.14D 确定进给率时，根据铣刀赤数、主轴转速和切削用量手册中给的每齿进给量，计算进给速 度并填入工序卡片中。 Vf=Fn=FnZn 背吃刀量的选择应根据加工余量确定。粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中 等功率的机床上，背吃刀量可达 8-10mm。半精加工时，背吃刀量取为 0.5-2mm。精加工时背 吃刀量取为 0.2-0.4mm. 2.9拟定数控切削加工工序卡 所采用的刀具和切削用量等参数编入表 3所示的加工工序卡中以指导编程和加工操作。 表 2-3数控加工工序卡 长春职业技术学院毕业论文专用纸 7 2.10工序设计 （1）选一个 100X110X38的毛坯。 （2）粗铣定位基准面（底面） ，采用平口钳装夹，用125mm 平面端铣刀，主轴转速为 180r/min，进给速度 40 mm/min，背吃刀量 2mm。 （3）粗铣上表面，将初铣的底面反过来，进行粗铣上表面，用125mm 平面端铣刀，主轴 转速为 180r/min，进给速度 40 mm/min，背吃刀量 2 mm。 （4）精铣上表面，用125mm 平面端铣刀，主轴转速为 180r/min，进给速度 25 mm/min， 背吃刀量 0.5 mm。 （5）钻12H7 的底孔，用10.5 的钻头，主轴转速为 200r/min，进给速度 40mm/min，背 吃刀量 12 mm。可以用孔钻削 G81。 （6）铰孔12H7 内孔表面，使用铰刀，主轴转速为 600 r/min,使用 G81循环。 长春职业技术学院毕业论文专用纸 8 （7）粗铣外轮廓，用12mm 平面立铣刀，主轴转速为 400r/min，粗铣时的横向进给率 为 100mm/min，纵向进给率为 50mm/min。 (8)精铣刀外轮廓，用12mm 平面立铣刀， ，主轴转速为 900r/min，进给速度 40 mm/min，背吃刀量 5 mm。在 Z轴方向不分层，一次铣到位。 2.11确定编程原点 铣床上编程坐标原点的位置是任意的，他是编程人员在编制程序时根据零件的特点来选定 的，为了变成方便，一般要根据工件形状和标注尺寸的基准以及计算最方便的原则来确定的 工件上某一点为坐标原点，具体选择注意如下几点： (1) 编程坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少计 算错 误。 (2) 编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精 度。 (3) 对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上；不对称的零件，编程坐标原点 应设 在外轮廓的某一角上。 (4) Z轴方向的零点一般设在工件表面。 本设计选择12 圆的圆心处为工件编程 X、Y 轴 原点坐标，Z 轴原点坐标在工件上表面。 2.12 编辑程序 G90G54G40G0Z100 X0Y-65 M03S800 Z-5 G01G40X-20Y-50F100D1 Y-28 G2X-13.5Y-20R8 长春职业技术学院毕业论文专用纸 9 G1X13.5 G2X20Y-28R8. Y-65. G40 G0Z30 X-65.Y0 Z-5. G01G42X-50Y20.D1 X-28. G2X-20.Y13.5R8. G1Y-13.5 G2X-28.Y-20R8. G1X-65. G40 G0Z30 X0Y65 Z-5. G01G40X20.Y50.F100D1 Y28. G2X13.5Y20R8. G1X-13.5 G2X-20Y28R8. Y65. G40 G0Z30 X65.Y0 Z-5. G01G42X50Y-20.D1 X28. 长春职业技术学院毕业论文专用纸 10 G2X20.Y-13.5R8. G1Y13.5 G2X28.Y20R8 G1X65. G40 G0Z100. M05 M30 打孔 中心钻 G90G54G80G40 G0Z100. M03S500 X0Y0 Z10. G81Z-2.5R3.F400 G0Z100. M05 M30 钻孔 10.5 钻头 G90G54G80G40 G0Z100 M03S500 X0Y0 Z10. G81Z-38.5R3.F100 G0Z100. M05 M30 铰孔 12 铰刀 G90G54G80G40 长春职业技术学院毕业论文专用纸 11 G0Z100. M03S500 X0Y0 Z10. G81Z-36.R3.F60 G0Z100. M05 M30 第三章 操作步骤 （一）先开机床 接同通 CNC和机床电源，系统启动后进入“加工”操作区 JOG运行方式 检查机床 开启后发现机床会出现报警信号，这时，需按下复位键，使机床加上驱动力。这时才能正 常操作机床。 （二）回参考点 用机床控制面板上“回参考点键”启动回参考点。在“回参考点”窗口中 显示该坐标轴是否必须回参考点：如出现灯亮，则说明未回参考点，如出现灯不亮，则说明 已回参考点。 （三）参数设定 在 CNC进行工作前，必须对一些参数进行设定，对机床和刀具进行调整： (1)输入刀具参数及刀具补偿参数 (2)输入/修改零点偏置 (3)输入设定数值 刀具参数包括刀具几何参数，磨损量参数、刀具量参数和刀具型号参数 等。有些参数如 R参数则一般不需修改 (4) 装夹工件 按照指定的装夹方式装夹工件 (5) 对刀 把每一把刀具都调到自己设定的编程零点，把编程零点所在机床坐标值输入机床 中 (6) 输入程序 把自己编的程序输入机床定一个名字，对程序进行检查，确保程序本身没有 错误以及也没有输入错误。 (7) 模拟仿真 按编程仿真进入仿真系统， 长春职业技术学院毕业论文专用纸 12 对程序进行仿真，检查仿真出的工件图形与要加工的工件有多大出入，并不断对程序进行修 改，直到仿真的工件完全正确为止。 (8) 实际加工 退出仿真系统，先按复位键，刚开始时可进行单步加工，按下步加工键。这 时要一手按启动键，一手按停止键，如发现异常情况应立即停止。直到确定程序无误后方可 按自动加工键，加工完成后，将刀具退到安全位置,最后取下工件。 总 结 数控技术的发展离不开整个社会服务体系的完善，包括人材培训，维修服务等方面 的配合。2002 年 10月国家劳动和社会保障部启动机电类高层次技能型人材培训工程，包括 数控加工和维修人员。2002 年 5月中国机电装备维修与改造技术协会授权开展数控维修改 造企业资质认证工作，已经有 24家企业通过认证。随着制造业在中国的地位日益提高，市 场需求不断增长，数控行业将迅速的发展，为中华民族的复兴做出更大的贡献。 通过本课 题的设计，我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。对数控编程前数学处理的内容、基 点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。工艺设计、数值计算及程序编制的整个 过程虽然任务比较繁重，但在设计过程中通过自己不断的学习，尤其是自主学习，和实践以 及实验，我克服了许多的难题，这种成就感使感到十分的喜悦。 通过数控铣削工艺分析，让我更一步了解了较为复杂的加工工艺过程的分析、工艺文 件的编制、以及各种编程的技巧和操作时的注意事项，是我对大学所学的知识有了一次全面 的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，并且利用了机械手册来进行零件分析， 相信这对自己以后也会有很大的帮助。 此次设计既是对自己的一次锻炼，也是一次挑战。在设计过程中，需要自己绘制零件 图，然后对零件图进行分析，一方面能获得对图纸分析的一些基本知识，另一方面，也是对 数控加工过程进行的一次综合训练和能力的提高。这样不仅增长了自己的见识，也开拓了自 己的视野。通过毕业设计我发现无论工件结构是简单还是复杂只要分析的思路清晰，然后耐 心的运用自己所学的知识，并且能够认真的运用机械手册就会有一套很详细的方案来进行零 件的分析。 无论以后从事什么样的工作，都应该有严谨认真的工作精神，并且一有机会就一定要 学习，知识是无穷尽的，一个人有了丰富的知识储备量，对自己就一定会有很大的帮助。再 长春职业技术学院毕业论文专用纸 13 者只要相信自己就一定会把任何事做好。 致 谢 在论文即将完成之际，我的心情始终无法平静，它预示着三年的读书生活在这个季节 即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将开始新征程。它更代表着以后我将 离开溫暖的鸟巢要独自去拼搏,去接受风雨的洗礼 。 在此我要感谢学院的所有老师,正是 有了你们不辞辛苦劳动,才给了我们飞向蓝天的机会.更要感謝我的家人,无论多少风雨,总是 陪伴着我前行,给我以安慰.再一次谢谢你们,我将帶着你们的期望放飞我的梦想,放手为了人 生而拼搏。 这次毕业设计在自己的努力和孙老师的指导下，经过检查与改正终于完成了。通过这 次毕业设计使我感悟到了毕业设计的重要性和必要性，为自己更好的迈入工作岗位做了充分 的准备，所以我非常重视这次学习和锻炼的机会。虽然是自己精心制作的，但由于知识储备 有限所以仍会有许多不足之处希望老师能谅解，并且感谢老师的指正。 长春职业技术学院毕业论文专用纸 14 参考文献 1.机械制造技术基础，于骏一，邹青主编。北京：机械工业出版社 2.机械加工工艺师手册，杨叔子主编。 机械工艺出版社 3.机械加工余量手册，孙本绪主编。 国防工业出版社 4.机械设计手册编委会，机械设计手册卷 机械工业出版社 5.画法几何及机械制图 重庆大学出版社 6.典型零件制造工艺 机械工业出版社 问题 1. 只有 1级标题加粗，按要求你自己修改 2. 每段文字空 2个汉字，跟写作文一样。所有内容都是，例如： 毕业设计是培养我们实际工作能力的最后一个重要实践性学习环节，他不但是对我 们三年来学习与实践的一个很好的总结与考验，也是为以后从事专业技术工作做个强而 有力的铺垫。 本次我的设计题目是球头配合件，通过对该零件的分析，需要对其进行编程、钻孔、 长春职业技术学院毕业论文专用纸 15 铣削等数控加工。可以较高的满足零件的工艺要求，提高加工质量和设计效率。 3. 毕业论文（设计）的版面标准：该加粗体的是粗体，内容不加粗，部分内容行距不对 3二级标题：黑体，四号，加粗， 1.5 倍行距； 4三级标题：宋体，小四号，不加粗， 1.5 倍行距； 5正文：宋体，小四号，不加粗，1.5 倍行距； 6正文中表格与插图的字体：宋体，五号 7插入页码：位置：页面底端，对齐方式：居中； 7纸型：A4 复印纸，页边距默认； 4.插入个立体图形， 5.内容过少增加到 30 页左右，增加些机床设备内容。常见工艺内容