毕业设计数控铣削编程与加工设计

数 控 技 术 课 题 毕 业 设 计 任 务 书课题名称 数控铣削编程与加工设计所属院系机电工程系所属专业数控专业班 级毕业设计人指导老师填表日期 目 录 一绪 论二零件图 （一）.零件结构工艺分析,毛坯及加工定位基准的确定 1.零件图分析 2.数控加工工艺性分析 3.毛坯的确定方法 4.确定装夹方案 (二).拟定加工工艺路线,制定工序卡片 1.加工方法的选择 2.铣刀参数的选择 3.工件的加工工艺分析 4.填写工序卡三.数控编程 1.工件加工路线的安排 2.走刀路线 3.加工程序编制四.设计心得五.参考资料一.绪论 数控机床是按照事先编制好的数控程序自动地对工件进行加工的高效自动地设备,数控程序除了能保证加工出符合图样需求的合格零件外,还应该充分地发挥利用数控机床的各种功能。使数控机床能更安全，可靠，高效地工作。它与普通机床相比，其优越性是显而易见的，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度高，可减轻工人的体力劳动强度，大大提高了生产效率，特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位越来越显得重要。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀，一次装卡进行多工序加工的加工中心，车削中心等。车床能自动地完成对轴类与盘类零件内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等切削加工，并能进行切槽，钻孔，扩孔和绞孔等工作。铣削一般在铣床和镗床上进行，适用于加工平面、沟槽，各种成型面（如花键，齿轮和螺纹）和模具的特殊型面等。加工中心是目前世界上产量最高，应用最广泛的数控机床之一，是一种功能较全的数控加工机床。它的综合加工能力较强，把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段，所以工件一次装夹后能完成较多的加工内容，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的510倍，特别是能完成许多普通设备不能完成的加工，对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用。 经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛适用，在模具制造业的应用尤为普及。针对车削，铣削，磨削，钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工，激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般将数控机床分为16大类：数控车床（含有铣削功能的车削中心）数控铣床（含铣削中心）、数控铿床、以铣程削为主的加工中心、数控磨床（含磨削中心）、数控钻床（含钻削中心）数控拉床、数控刨床、数控切断机床、数控齿轮加工机床、数控激光加工机床、数控电火花切割机床、数控电火花成型机床（含电加工中心）、数控板村成型加工机床、数控管料成型加工机床和其他数控机床。二零件图 本设计课题零件图如图1所示：（一）.零件结构工艺分析,毛坯及加工定位基准的确定 1.零件图分析 1). 概括了解 此零件为圆盘型,中间有一通孔,材料为45号钢,画图采用1:1比例。 2).分析视图 此圆盘零件形状简单,采用一个主视图表达形体各部分的长和高,一个俯视图表达形体各部分的长和宽,此零件没有其他需要单独表达的部位。 3）.尺寸分析 从图纸上可以看出,圆盘各部分的尺寸基准均为对称中心线.高度方向的尺寸基准为底面,其余尺寸都是定形尺寸. 2.数控加工工艺性分析 1).数控加工工艺分析方法 被加工零件的数控加工工艺性问题涉及较广,下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。 a.尺寸标注应符合数控加工的特点 在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基础的，因此零件图样上最好直接给出尺寸或尽量以同一基准引注尺寸。 b.几何要素的条件应完整,准确 在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素,参数及几何要素间的关系,因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程时要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。 c.统一几何类型及尺寸 零件的外形,内腔最好采用统一的几何类型及尺寸,这样可以减少换刀次数,还可能应用控制程序以缩短程序长度,零件的形状尽可能对称,便于利用数控机床的镜像加工功能来编程以节省编程时间。 2).零件的数控加工工艺分析 此工件轮廓由直线和圆弧构成,各圆均为同心圆,直线与圆弧均相切连接。横向和纵向以对称中心为基准相统一，标注符合数控加工特点，槽轮廓最小圆弧半径R5mm，槽深3mm，刀具选择直径应小于10mm，长度大于6mm。由于槽深不大，对铣刀的刚性影响较小。 3.毛坯的确定方法 工件材料为45 钢，没有力学性能要求，有槽，零件毛坯选择型材，毛坯大小为110mm10mm 4.确定装夹方案 此工件选择夹具为常用夹具平口钳，工件高出平口钳的高度大于5mm，定位基准为平口钳不动的钳口面，平口钳在数控铣床上主要用来安装小型较规则的零件、如板块类零件、盘套类零件、轴类零件和小型支架等。 （二）.拟定加工工艺路线,制定工序卡片 1.加工方法的选择 铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、绞、镗、惚加工及螺纹加工等，数控铣削可采用不同的加工方法加工零件。 选用机用平口钳装夹工件，校正平口钳，固定钳口的平行度以及工件上表面的平行度后夹紧工件，利用偏心式导边器找正工件X,Y轴零点，设定Z轴零点与机床坐标系原点重合。 此工件需要加工部分为上下表面，都属于第一类平面类零件的加工，因此加工刀具选择圆柱立铣刀沿轮廓运动的加工，公差等级为IT 8级，表面粗糙度为1.6mm，因此采用粗铣精铣加工方法。 2.铣刀参数的选择 零件材料为45 ，切削性能好，选用8高速钢立铣刀，主轴转速取150235r/min，进给速度取3060mm/min，槽深3mm。铣削余量分两次完成，第一次被吃刀量2mm，第二次被吃刀量1mm随同轮廓的精铣一起完成，槽两侧面各留0.50.7mm精铣余量。 3.工件的加工工艺分析 此工件加工毛坯的大小为110mm10mm，在数控加工之前增加一个正火热处理工序，然后数控加工，工序按工序集中原则划分，减少工件装夹次数，数控加工工步划分如表11所示： 表11 刀具及切削参数表工步号 工步内容 刀具号 刀具类型 切削用量 备注 主轴转速 进给速度 被吃刀量 1 粗铣定位基面 T01 10键槽铣刀 260 40 2 2 精铣槽轮廓面 T01 10键槽铣刀 260 25 1 3 钻20mm通孔 T02 18.5mm钻头 300 60 4.工件安装和工序卡 工件安装卡如表12所列： 表12 工件安装和原点设定卡片零件图号 数控加工工件安装和原点设定卡片 工序号 1零件名称 圆盘 装夹次数 1 Z Z 1.平口钳2.工件编制/日期 审核/日期 批准/日期 序号 夹具名称 夹具编号 1 平口钳 工件加工工序卡如表13所列： 表13 数控加工工序卡片 产品名称或代号 零件名称 零件图号（单位） 数控加工工序卡片 车间 使用设备 工序简图 工艺序号 程序编号 1 001 夹具名称 夹具编号 平口钳 工步号 工步内容 加工面 刀具号 刀补量 主轴转速 进给速度 被吃刀量 备注 /（r/min） /(mm/r) 粗铣定位基面 T01 0 260 40 2 精铣槽轮廓面 T02 0 260 25 1 钻20mm通孔 T03 0 300 60 三数控编程 1.工件加工路线的安排此工件加工采用顺铣，从俯视角度看刀具应为逆时针走刀，此时还应考虑加工时的刀具半径补偿。根据走刀路径可以确定，刀具在切削过程中应为左刀补，即G41。建立刀补和撤销刀补应在切入零件轮廓后和切出前零件轮廓进行。坐标点计算在手工编程时，坐标值计算要根据图样尺寸和设定的编程原点，按确定的加工路线，对刀尖从加工开始到结束过程中每条运动轨迹的起点或终点坐标值进行一个一个点仔细计算。由于铣床具有刀具半径补偿功能，按照工件轮廓线计算刀具轨迹线，根据工件坐标系的设置，利用数学公式进行计算。 2.走刀路线 顺时针方向依次挖槽 3.加工程序编制N10 T01 选第一把刀N20 G90 G54 G40 G49 G17N30 G00 X-15 Y70 Z50 快速定位到A点N40 Z5 下刀N50 M03 S800 主轴以800r/min正转N60 M08 打开切削液N70 G01 Z-2 以进给速度下刀刀2mm的高度N80 G41 X-15 Y53 D01 建立左刀补到a点N90 Y26 直线插补到b点N100 G03 X-8 Y21 R5 圆弧插补到c点N110 G02 X8 Y21 R22.5 圆弧插补到d点N120 G03 X15 Y26 R5 圆弧插补到e点N130 G01 X15 Y53 直线插补到f点N140 Y70 退刀到B点N150 X-15N160 Y53 Z-3 继续切深1mmN170 Y26N180 G03 X-8 Y21 R5N190 G02 X8 Y21 R22.5N200 G03 X15 Y26 R5N210 G01 X15 Y53N220 G40 X15 Y70 取消刀具补偿到B点N230 Z50 抬刀N240 G00 X0 Y0N250 G11 N030.230 关于Y轴镜像加工下圆面N260 M05 N270 G91 G28 X0 Y0 Z0 返回参考点N280 G01 X70 Y15 快速定位到C点N290 G41 X44 Y15 Z-2 D02 以进给速度下刀2mm高度N300 X26 Y15 直线插补到i点N310 G03 X21 Y8 R5 圆弧插补到j点N320 G02 X21 Y-8 R22.5 圆弧插补到k点N330 G03 X26 Y-15 R5 圆弧插补到l点N340 G01 X44 Y-15 直线插补到m点N350 G03 X49 Y-11 R5 圆弧插补到n点N360 X49 Y11 R50 圆弧插补到g点N370 X44 Y15 R5 圆弧插补返回h点N380 Z-3 继续切深1mmN390 G01 X26 Y15N400 G03 X21 Y8 R5N410 G02 X21 Y-8 R22.5N420 G03 X26 Y-15 R5N430 G01 X44 Y-15N440 G03 X49 Y-11 R5N450 X49 Y11 R50N460 X44 Y15 R5N470 G40 Z20 取消刀补，退刀N480 G01 X70 Y15 回到进刀点CN490 G12 N280.480 关于X轴镜像加工左圆面N500 G00 X0 Y0 Z0N510 M05N520 M09N530 G28 Z100N540 T02N550 G90 G54 G40 G49 G17N560 G00 X0 Y0 Z50N570 M03 S1000N580 M08N590 Z5N600 Z-10.5N610 G00 Z50N620 M05N630 M09N640 G28 Z100N650M30 四设计心得 通过本次课程设计，我进一步巩固和加深对数控技术基础理论知识、数控加工基本技能的掌握，提高了解决数控加工范围内的一般工程技术问题的能力，扩大、深化所学的数控方面专业知识和技能，进一步提高了自己的实际动手能力。 1.经过对本次课题的设计让我开阔了视野巩固了以前所学知识。让我对数控铣削加工以及CAD的应用进一步加强，让我更加清楚的对工件的加工的尺寸，加工精度的要求的重要性。 2.在绘制零件图时，认认真真的核对该零件的尺寸，精度。同时也对工件定位的基本原理、定位方式与定位元件及对数控铣床工具系统的特点和数控机床刀具材料和使范围有了深层次的认识。更明白数控铣削加工特点：（1）适应能力强，适用于多品种、小批量零件的加工。（2）加工精度具有较高的生产率和较低的加工成本高，加工质量稳定。（3）减轻劳动强度，改善劳动条件。（4）具有较高的生产率和较低的加工成本。从中学习更多的实践中了解和分析数控铣削的用途。3.我们设计的数控加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本.4. 拓展了个人的专业知识面、解决了以前在学习过程中留下的边边角角。经过课程设计后为专业发展提供了有益的指导。 5.通过本次课程设计，真切的体会到要注意基础学科的学习，注重理论与实践的结合，多了解目前加工专业专业发展的方向用有限的学习时间学习最有效的技术。 最后感谢老师对我们这次的设计进行指导！ 五参考资料 Passage Three Milling Milling introduction Milling is a machining processing that is carried out by means of a multi edge rotating tool known as a milling cutter. In this process, metal removal is achieved through combining the rotary tool motion of the milling cutter and linear motion of the work piece simultaneous. Milling operations are employed in producing flat, contoured and helical surfaces as well as for thread and gear cutting operations. Each of the cutting edges of a milling cutter acts as an individual single point cutter when it engages with the work piece metal. Therefore, each of those cutting edges has appropriate rake and relief angles. Since only a few of the cutting edges are engaged with the work piece at a time, heavy cuts can be taken without adversely affecting the tool life. In fact, the permissible cutting speeds and feeds for milling are three to four times higher than those for turning or drilling. Moreover, the quality of the surfaces machined by milling is generally superior to the quality of surfaces machined by turning, shaping, or drilling. A wide variety of milling cutters is available in industry. This, together with the face that a milling machine is a very versatile machine tool, makes the milling machine the backbone of a machining workshop. As far as the direction of cutter rotation and work piece fed are concerned, milling is performed by either of the following two methods. Up milling (conventional milling).In up milling the work piece is fed against the direction of cutter rotation. The depth of cut gradually increases on the successively engaged cutting edges. Therefore, the machining process involves no impact loading, thus ensuring smoother operation of the machine tool and the longer tool life. The quality of the machined surface obtained by up milling is not very high. Nevertheless, up milling is commonly used in industry, especially for rough cuts. Down milling (climb milling). In down milling the cutter rotation coincides with the direction of feed at the contact point between the tool and the work piece. The maximum depth of cut is achieved directly as the cutter engages with the work piece. This results in a kind of impact, or sudden loading. Therefore, this method cannot be used unless the milling machine is equipped with a backlash eliminator on the feed screw. The advantages of this method include higher quality of the machined surface and easier clamping of work piece, since the cutting forces act downward. Milling machine There are several types of milling machines employed in industry. They are generally classified based on their construction and design feature. They vary from the common general purpose types to duplicators and machining centers that involve a tool magazine and are capable of carrying out many machining operations with a single work piece setup. Following is a survey of the milling machine types commonly used in industry. Plain horizontal milling machine. The construction of the plain horizontal milling machine is very similar to that of the universal milling machine except that the machine table cannot be swiveled. Plain milling machines usually have column and knee type construction and also have three table motions, i.e., longitudinal, transverse, and vertical. The milling cutter is mounted on a short arbor, which is, in turn, rigidly supported by the over arm of the milling machine. Universal milling machine. The construction of a universal milling machine is similar to that of the plain milling machine, except that it is more accurate and has sturdier frame, and its table can be swiveled with an angle up to 50. Universal milling machine are usually equipped with an index or dividing hear, allows cutting of gear and cams. Vertical milling machine. As the name vertical milling machine suggests, the axis of the spindle that holds the milling cutter is vertical. Table movements are generally similar to those of plain horizontal milling machines; however, an additional rotary motion is sometimes provided for the table to enable machining helical and circular grooves. The cutter used with vertical milling machines are almost always of the end mill type. Duplicators. A duplicators is sometimes referred to as a copy milling machine because of reproducing an exact replica of a model. The machine has a stylus that scans the model, at which the counterpoints on the part are successively machined. Duplicators were used for the production of large forming dies for the automotive industry, where models made of wood, plaster of Paris, or wax were employed. Duplicators are not commonly used in industry nowadays because they have been superseded by the CAD/CAM systems. Machining center. Machining center are NC machines that are capable of performing a number of different machining processes at a time. A machining center has a tool magazine in which many tool are held. Tool changes are automatically carried out, and so are functions such as coolant on or off. Machining centers are, therefore, highly versatile and are employed to perform a number of machining operations on work piece with a single setup. Parts having intricate shapes can easily be produced with high accuracy and excellent repeatability. 译文： 铣削 铣削简介 铣削是通过旋转多刃刀具即铣刀，进行加工的切削方法。这个过程中，金属的切除是通过铣刀的旋转运动与同时进行的工件的直线运动的组合来实现的。铣削加工主要用在平面、轮廓、螺旋面及螺纹和齿轮的加工。 切削工件时，铣刀的每一条切削都是一把独立的刀具。因此，每一条切削刃都有合适的前角和后角。既然每次切削只有少数切削刃切削，大切削用量不会减少刀具的使用寿命。实际上，铣削允许的切削速度和进给量是车削和钻削的3到4倍。而且铣削得到的加工表面质量一般高于车削、成型加工或钻削。 工业生产中使用的铣刀种类繁多，加之铣床的通用性使得铣床成为机械加工车间的支柱。 根据铣刀旋转方向和工件的进给方向，铣削可以采用以下两种方式。 逆铣 逆铣中工件进给方向与刀具旋转方向在接触点处相反。切削深度随着切削刃连续进入切削而逐渐增加。因此，切削中无冲击载荷，这样可以保证刀具平稳工作和较长的刀具寿命。逆铣获得表面质量不高。然而逆铣在工业中仍广泛使用，主要用与粗加工。顺铣顺铣时刀具旋转方向与工件进给方向在接触点同向。最大切削深度在刀具切削工件时直接获得。结果导致冲击产生。因此，只有铣床在进给丝杆上安装了齿隙消除装置才采用顺铣。这种加工方法的优点是加工表面质量高，工件因为切削力方向向下而容易装夹。铣床工业生产中使用的铣床有几种类型。通常按结构设计特征来分。它们从普通的一般用途的型号到仿形铣床及配有刀具库使得工件在一次装夹后就能完成多种加工操作的加工中心等多种型号。以下是对工业中常用铣床的概述。 平面卧式铣床除了工作台不能旋转，平面卧式铣床的结构与万能铣床类似。平面铣床一般装备柱式升降台式，工作台有三个运动方向，纵向、横向和垂直方向。铣刀安装在短心轴上，心轴由铣床悬臂支承。万能铣床除了更高精度和更高强度结构，万能铣床的结构与平面卧式铣床相似，工作台最大旋转角度可达50。万能铣床一般装有指针或分度头，可以加工齿轮和凸轮。立式铣床如名称所示，立式铣床装夹铣刀的主轴是铅垂的。工作台移动方式与平面卧式铣床相似，另外，附加一个旋转运动，使铣床可以加工螺旋形或圆弧形槽。立式铣床一般使用立铣刀。仿形铣床仿形铣床有时被称为复制铣床，因为它就是在生产一个模型的复制品。机床有一个触头，靠在模型上进行扫描，这样零件的对应部分就能被连续加工出来。仿形铣床一般用于自动化生产中大型成型模具的加工，自动化工业中材料一般使用木材、熟石膏或蜡。现代工业已经很少使用仿形铣床，它已被CAD/CAM系统替代。加工中心加工中心是能同时进行不同加工过程的数控机床。加工中心有刀库，里面备有许多刀具，刀具更换自动完成，切削液的开和关也是自动的。因此，加工中心非常能干，一次装夹可以完成工件的多道加工工序。具有复杂形状的零件很容易被大量复制加工，并获得较高精度。