数控加工课程设计

贵州航天职业技术学院设计题目 型腔零件数控加工设计 姓 名： 班 级： 学 号： 成 绩： 指导教师： 设计日期 年 月 日至 年 月 日目录封面课程设计任务书 3引言 41. 零件分析51.1生产状态51.2零件结构分析52. 零件总体工艺分析72.1选择毛坯72.2工艺分析72.3加工路线72.4工序衔接73. 加工工艺过程卡84. 确定数控加工内容85. 数控加工工艺分析 95.1零件加工内容分析95.2工艺设计95.3选择数控机床105.4确定装夹方案105.5刀具的选择115.6加工步骤125.7数学处理165.8程序编制及说明186. 程序输入及机床操作206.1程序输入216.2机床操作安全知识216.3对刀操作226.4程序校验226.5首件试切22设计总结 23参考文献 24课程设计任务书 技术要求： 1、未注倒角为R6； 2、材料：HT200; 2、未注尺寸公差按GB/ 1804-m。设计要求：1.绘制型腔件标准的零件图一份 2.绘制型腔件的毛坯图一份 3.型腔件机械加工工艺方案 4.数控加工工序卡一份 5. 数控加工课程设计说明书一份（5000字左右） 6.将说明书和相关图样装定成册（按A4尺寸装订）引言随着工业革命的到来和现代科学技术的发展，以及数字化控制控制在机械行业中得到广泛应用，现代机械产品日益趋精密复杂，而数控机床是当前机械制造业技术改造和更新的必由之路。数控加工课程设计是为了我们把所学的机械制造.机械基础.机械制图以及数控编程等专一课程的总结，是实理论与实践之间的桥梁。本次数控加工工艺的课程设计，我们根据具体零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和夹具。在本次工艺中，要考虑到精度、效率与加工成本，该零件分为粗精加工即保证了加工质量，又提高生产效率和降低成本。通过课程设计的训练，它锻炼了我们分析问题和解决问题的能力。1.零件分析1.1 生产状态绘制型腔件零件图，如图1所示，零件材料为45钢，小批量生产，无热处理工艺等其他要求。1.2 零件结构分析该零件属于板类型腔零件，加工上表面、型腔和孔。虽上表面以A基准有平行度要求，但可在一次装夹中来保证与A基准的平行度要求。零件的上表面有型腔、轮廓和孔，在数控加工中心床和数控铣床上都可以满足图纸要求。零件的变形情况，保证零件的加工精度虽然数控机床的精度很高，但对于一些特殊的零件外，如薄壁零件，在加工时产生的切削拉力及薄板弹性退让，容易产生切削面的振动，加工薄板的尺寸公差难以保证，同时，它的表面粗超度也会增大。然而，该零件的最小厚度20mm，刚性足够在加工时不易产生振动。图12. 零件总体分析2.1 选择毛坯该零件的材料为HT200，因此，该毛坯为锻件，如图2所示。图2 零件毛坯图 2.2 工艺分析1）该零件属于板类零件，其上下表面均可在普铣上加工完成。2）工件中有四个孔，其中两个是6的通孔，另外两个是沉孔。其加工的精度要求都较高，还有就是其位置精度要求较高，所以该部分在数铣上加工。3）考虑到零件中四个型腔及圆弧的加工精度及其位置精度要求都比较高，所以在该零件的加工用于装夹定位基准的下表面在普铣上完成外，其余的加工部位都放在数铣进行加工。从上述几条可以得出，该零件先在普铣上将下表面铣出作为装夹定位基准，顺便将上表面的多余部分铣出，而其余部分遵循先面后孔、先粗后精、先内后外、先大后小等原则进行加工，利用上述的分析可以拟定零件的加工路线。2.3 加工路线1）零件的加工方案。锻造热处理普铣数铣钳工检验入库。2.4 工序间的衔接1）第一道铣是为了加工出上下表面及其外轮廓，为数铣提供装夹定位基准。2）其余的各部分均可在数铣上一次装夹加工完成，并且各部分的表面粗糙度质量也相对于普铣的精度要高，且在加工过程中其加工效率也高，并且也体现了数控机床的高精、高效，并且工序集中。所以本课程设计侧重于数铣的加工。3. 加工工艺过程卡该零件加工工艺过程卡如表1所示。表1工艺过程卡机械加工工艺过程卡零件图号材料件数毛坯类型毛坯尺寸型腔件00445100锻件160mm110mm42mm序号工序名称工序内容机床工 装1锻造锻模压板2热处理人工时效3普铣铣基准（铣上下表面及侧面至图纸要求）普通铣床面铣刀 机用虎钳4 数铣1. 铣零件的上表面及至图纸要求。2. 精铣凸台轮廓及圆弧。3. 铣四个内型腔至图纸要求。4. 钻6的及10孔。5. 锪14的孔至图纸要求。6. 铰6的孔至图纸要求。加工中心机用虎钳面铣刀立铣刀钻头铰刀5钳工去毛刺，飞边倒钝台虎钳 锉刀6检验检验零件7入库涂油入库4. 确定数控加工内容1）腔类零件的工艺过程卡中，从零件所需要的加工部位来看，该零件的上下表面都需要加工，并且在加工的时候不能再一次装夹中一次将零件全部加工完成。2）该零件的各加工部位的表面粗糙度都是1.6的要求，但是在该零件中孔需要保证其位置精度，以及考虑到所需的刀具数量和种类较多。为保证加工精度且减少换刀时间，该部分内容适应放在数控机床上加工，以及有四个圆弧难以保证加工质量，还有就是型腔的加工中轮廓表面粗糙度要求较高。因此，选定工序4为数控加工程序设计的工序。5数控加工工序分析5.1 零件加工内容1）型腔件和孔结构都集中在上表面，其中精度要求最高的为四个型腔，精度为IT6表面粗糙度为1.6m,其次是2个6的孔，以及14的沉孔，其加工精度不高，没有粗糙度要求。2）从加工、定位和换刀三个方面考虑，以零件的底面为定位基准，以侧面为夹紧基准并在普铣上加工好。位于上表面的型腔和孔都在数控加工中心上加工完成。5.2 工艺设计5.2.1选择加工该工序制定方案可以按粗加工和精加工的次序完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行，对于有面有孔的零件，可以先面后孔，按这种方法划分工步，可以提高孔的加工精度。根据零件图的分析，该零件的加工工步如下：1) 在数控加工中心上粗精铣平面到图纸要求尺寸。2) 在数控加工中心上粗、精铣凸台至图纸尺寸105mm,64mm，8mm以及R6的圆弧并保证其加工精度。3）在数控加工中心上依次铣出四个型腔至图纸要求，并保证其加工精度。4）打26的孔并打210的孔，以及加工214的沉孔。5.2.2确定加工顺序由于该零件的工序比较集中，所以按使用刀具来划分，以同一把刀具完成工艺的过程做为一道工序，这种划分的方法合适于工件的代加工便面较多的情况。在数控加工上常用这种方法。所以其加工顺序如下：以工件中心为编程原点，以底面为定位基准先粗、精铣上表面并到图纸要求尺寸粗、精铣凸台至图纸要求尺寸粗、精铣型腔至图纸要求尺寸按图纸要求尺寸打中心孔钻孔，铣外轮廓。5.3选择数控机床数控机床的种类很多，按其体积大小可分为小型、中型和大型数控机床，按其控制坐标的联动轴数可分为两轴、两轴半、三轴联动和多轴联动数控机床等等。考虑该零件的加工表面工序较多，采用的刀具比较多，换刀次数相对要多，如果选择数控铣床加工，换刀比较麻烦且效率较低，加工该零件所需要的刀具在20把以内，换刀次数较多，所以该零件的加工选择立式加工中心，可以减少换刀的时间来提高加工速度，提高生产的效率。故数控加工中心选用国产XH715D型立式加工中心。XH715D型立式加工中心基本参数为：(1)工作台面尺寸5201200mm(2)工作台T型槽宽槽数18mm5(3)工作台T型槽距离100mm(4)X轴行程为880mm(5)Y轴行程为500mm(6)主轴箱上下行程为610mm(7)主轴端面与工作台面距离250860(8)主轴锥孔BT40(9)主轴转速608000转/分(10)快速移动速度20000毫米/分(11)进给速度15000毫米/分(12)刀库容量为18把5.4确定装夹方案5.4.1装夹分析1）零件的主要加工内容为上表面的型腔和孔，因此，其切削力的主要方向是在零件的轴心线方向，以下表面承受主要切削力。因此确定下表面为主要Z向定位基准面。2）该零件为板类结构，加工工件上的孔是，应避免与夹具发生碰撞，所以，工件装夹定位必须为钻通孔预留安全操作空间。其方法是在工件下表面加垫块以抬高工件，留出工件与用虎钳端面的间隔距离机用虎钳端面的间隔距离，装夹位置如图3所示。5.4.2夹具确定夹具是工件装夹过程中的重要部分。工件定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位原件上，让它保持在准确的定位位置，不会因为切削力、工件的重力、扭力或惯性力等的作用而产生位置的变化和震动，这样才能更好的保证加工精度。该零件为型腔类零件，加工内容主要集中子同一个表面上，可以减少装夹次数，而且为中小批量生产所以选择通用机用虎钳就可以满足加工要求，考虑到有通孔，所以在装夹中用垫板抬高工件，留出工件与用虎钳端面的间隔距离机用虎钳端面的间隔距离。依上述考虑该零件装夹如图3所示：图3 零件装夹5.5刀具的选择5.5.1刀具类型加工型腔零件选用的刀具及结构类型如图4所示： 面铣刀 立铣刀 中心钻 钻头 锪钻 绞刀 图4 刀具结构类型5.5.2刀具材料考虑到加工中心高效的特点，应采用硬质合金刀进行切削加工，提高效率。5.5.3刀具规格本工序的刀具具体名称、刀具编号、刀具规格等内容见表2所示表2 数控加工刀具卡产品名称代号零件名称刀柄型号零件图号程序编号工步号刀具号刀具名称刀柄型号刀具补偿直径/mm长度/mm/mm1T01端面铣刀BT40-45402T02立铣刀BT40-45203T03立铣刀BT40-45104T04中心钻BT40-45A25T05锪钻BT40-45126T06铰刀BT40-4565.6加工步骤5.6.1数控加工工步设计1）数控工序加工工序步骤见表2。2）工序中各个工步走刀路线见数控加工走刀路线表4到表9。5.6.2数控加工各工步切削参数的确定数控加工各工步参数见表3表3 数控加工工序卡工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/mm进给速度mm/min1铣上表面至图纸要求尺寸T01401200402粗、精铣凸台及轮廓至图纸要求尺寸T0220800403粗、精铣型腔至图纸要求尺寸T0310800404钻6的孔并钻其余的两个中心孔T0461200405锪214的孔至图纸要求T0512600606铰26的孔至图纸要求T06660060表4 数控加工走刀路线数控加工走刀路线图零件图号004工序号4工步号1程序号O0001机床型号XH715D程序段号加工内容粗精铣平面共6页第1页符号含义抬刀下刀编程原点起刀点走刀方向走刀线相交铰孔行切表5 数控加工走刀路线表数控加工走刀路线零件图号004工序号4工步号2程序号O0001机床型号XH715D程序段号加工内容粗精铣凸台及轮廓共 6 页第 2 页符号含义抬刀下刀编程原点起到点走刀方向走刀线相交铰孔行切表6 数控加工走刀路线表数控加工走刀路线零件图号004工序号4工步号3程序号O0001机床型号XH715D程序段号加工内容粗精铣型腔共 6页第 3 页符号含义抬刀下刀编程原点起到点走刀方向走刀线相交铰孔行切表7 数控加工走刀路线表数控加工走刀路线零件图号004工序号4工步号4程序号O0001机床型号XH715D程序段号加工内容打中心孔共 6 页第4 页符号含义抬刀下刀编程原点起到点走刀方向走刀线相交铰孔行切表8 数控加工走刀路线表数控加工走刀路线零件图号004工序号4工步号5程序号O0001机床型号XH715D程序段号加工内容锪214共 6 页第 5 页符号含义抬刀下刀编程原点起到点走刀方向走刀线相交铰孔行切表9 数控加工走刀路线表数控加工走刀路线零件图号004工序号4工步号6程序号O0001机床型号XH715D程序段号加工内容铰6孔共 6页第 6页符号含义抬刀下刀编程原点起到点走刀方向走刀线相交铰孔行切5.7数学处理5.7.1编程坐标系及原点的确定所有加工表面都集中在上表面，且都以下表面为定位基准，所以确定编程坐标系原点为中心，以下表面为X、Y平面，垂直于上表面的轴为Z轴，如图 5 所示5.7.2基点坐标常规计算费事，采用作图法查询简单、方便将加工轮廓及切削区域简图绘出。型腔零件的各个基点、圆心点坐标如图 5所示。图5 基点坐标位置2）将粗加工的轮廓表示出，并按等量分配的被吃刀量考虑走刀路线或加工工步。型3）腔零件的基点间坐标值表10 所示表10 型腔零件的基点坐标点 1X-75.000 Y-50.000点 2X75.000 Y-50.000点 3X75.000 Y-0.000点 4X75.000 Y50.000点 5X-75.000 Y50.000点 6X-75.000 Y-0.000点 7X-43.000 Y-32.000点 8X43.000 Y-32.000点 9X53.000 Y-22.000点10X53.000 Y-22.000点 11X43.000 Y32.000点 12X-42.646 Y32.089点 13X-53.000 Y22.000点 14X-53.000 Y-22.000点 15X-29.000 =23.000 续表点 16X-9.000 Y23.000点 17X-3.000 Y17.000点 18X-3.000 Y9.000点 19X-9.000 Y3.000点 20X-29.000 Y3.000点 21X-35.000 Y9.000点 22X-35.000 Y9.000点 23X9.000 Y23.000点 24X29.000 Y23.000点 25X35.000 Y17.000点 26X35.000 Y9.000点 27X27.247 Y2.736点 28X9.000 Y=3.000点 29X3.000 Y9.000点 30X3.000 Y17.000点 31X9.000 Y-3.000点 32X29.000 Y-3.000点 33X35.000 Y-9.000点 34X35.000 Y-17.000点 35X29.000 Y-23.000点 36X9.000 Y-23.000点 37X3.000 Y-17.000点 38X3.000 Y-9.000点 39X-29.000 Y-3.000点 40X-9.000 Y-3.000点 41X-3.000 Y-9.000点 42X-3.000 Y-17.000点 43X-9.000 Y-23.000点 44X-29.000 Y-23.000点 45X-35.000 Y-17.000点 46X-35.000 Y-9.000点 47X=55.000 Y35.000点 48X55.000 Y35.000点 49X55.000 Y-35.000点 50X-55.000 Y-35.0005.8 程序编制及说明型腔零件数控加工程序单见表10表10 型腔零件数控工序加工程序单及编程说明O0001程序名N002 G54 G00 Z100建立坐标系N004 G00 X100 Y100快速移到换刀点N006 M06 T0101换1号刀N008 M03 S800 M08主轴正转转速800N010 G00 X-75 Y50铣平面N012 G43 Z5 H01N014 G01 Y-25 Z32 F100N016 G01 X-77N018 G00 X-77 Y0N020 G01 X-77N022 G00 X-77 Y50N024 G01 X77N026 G00 X100 Y00 Z100换刀N028 M06 T0202N030 G00 X-75 Y-50快速移动到下刀点N032 G43 H02建立刀补N034 M98 O002 L3调用子程序N036 G00 Z28铣凸台及轮廓N038 Z26 N040 Z20N042 G49 G00 Z100N044 M98 O003 L3 调用子程序N046 G00 Z35 抬刀N048 G00 X9 Y13 Z35铣型腔N050 M98 O003 L3N052 G00 Z35N054 G00 X-29 Y-23 Z35N056 M98 O004 L3N058 G01 Z35N060 X-29 Y-23 Z35N062 M98 O003 L3N064 G01 Z35N066 G00 X100 Y100 Z100T0404打中心孔N068 G00 X-55 Y35 Z100N070 G00 G42 H03 Z28N072 G01 Z-5N078 G00 Z28N080 X-55 Y-35N082 Z-5 续表N084 G00 X100 Y100 Z100 T505N086 G00 XX-55 Y35 Z100;锪孔N088 Z28 ;N090 G01 Z-5;N092 G00 X100 Y100 Z100 T0606;铰孔NO94 G00 X-55 Y-35 Z100 ;NO96 Z28 ;N098 G01 Z-5;N0100 G01 Z-5;NO102 M30;程序结束O00022号子程序N001 G91 G01 Z26 F100 ;凸台及轮廓子程序1N002 G00 X-75 Y-50;N003 G01 X75 Y-50;NOO4 Y50;N005 G01 X-75 Y50;N005 G01 X-75 Y-50;N006 G01 X43 Y-32;N007 G02 X53 Y-22 R10 F100;N008 G01 Y22;N009 G02 X43 Y32 R10;N010 G01 X-43;N011 G03 X-53 Y22 R10;N012 G01 Y-22;N013 G03 X-43 Y-32 R10;O0033号子程序N001 M98 O004 L3铣型腔子程序1N002 G91 G01 Z15N003 M99O0044号子程序N001 G00 X-29 Y23 Z35铣型腔子程序2N002 G01 X20 Z30N003 G00 Y23N004 X-9N005 G02 X6 Y13 R10 F100N006 G01 X-3 Y9N007 G02 X-9 Y3 R100N008 X20N009 G02 X-15 Y9 R10N010 G01 Y8 6.程序输入及机床操作6.1 程序输入程序可通过机床的操作面板直接输入或用键盘与机床连接输入，还可以用电脑将编制好的程序传输到机床，本次采用电脑将所编制零件的加工程序传输到机床。6.2 机床操作6.2.1 一般注意事项1)机床运转时，操作人员应穿戴好工作服、工作帽、安全鞋。2)清扫机床周围和控制部分，保持环境整洁。3)经常检查紧固螺钉，不得有松动。6.2.2 机床启动时的注意事项1)熟悉机床的紧急停车方法及机床的操作顺序。2)刀具、工件安装好后，应再做一次检查。3)检查润滑油箱、齿轮箱内油量情况。4)确认运转程序和刀具加工顺序是否一致。6.2.3 调整程序时的注意事项1)不得承担超出机床加工能力的作业。2)在机床停车时进行刀具调整，确认刀具在换刀过程中不和其他部分碰撞。3)程序调整好后，要进行程序校验检查，确认无误后方可开始加工。6.2.4 机床运行中注意事项1)机床启动后，在机床自动连续运转前,必需监视其运转状态。2)运转时，不得调整刀具和测量工件。6.2.5操作完毕时注意事项1)关闭电源。2)清扫机床并涂防锈油。6.3 对刀操作6.3.1 对刀点对刀点是工件在机床上定位（或找正）装夹后，用于确定工件坐标系位置的基准点。一般来说，加工中心的对刀点应选择在编程坐标系原点或至少与X、Y方向重合，这样有利于保证对刀精度，减少对刀失误。6.3.2对刀方法1) 工件坐标系原点（对刀点）为30H7孔的中心线。2）工件坐标系为两相互垂直线的交点。3）利用外对刀仪对刀。4）刀具Z向对刀。6.4 程序校验正式加工前必须要对程序进行校验。通常采用机床空运行的方式来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以校验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可以通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程对程序进行检查。在课程设计中，对于形状复杂和要求较高的零件，也可以采用塑料和石蜡等容易切削的材料进行试切来验证程序，通过观察试切件切削过程来检查程序是否正确，加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件相同的材料进行试切则更能反应程序的实际加工效果。当发现加工零件不符合加工要求时，可修改程序或采取补偿等措施。6.5首件试切校验程序、刀具参数、切削用量等均正确。首件进行试切已达到精度要求后，就可以进行零件加工。设计总结通过本次课程设计，使我们对数控加工以及零件的机械加工工艺路线认识更深了一成，同时也使我们认识到我们所学的知识不足以及团队合作力量。经过这这个学期的学习和该次课程设计，我们基本完成任务，本次老师要求我们的课程设计的内容中要有较高的精度等；所以我们选择的课程的零件是型腔件，该零件的尺寸不大，但是精度要求较高、有圆弧及孔的加工，并且孔有精度要求，符合课程设计的内容。我们在该次课程设计中遇到了很多困难，比如我们在选择设计的图时我们就花了很多时间、在做该零件的加工路线中有很多我们不懂的地方，我们通过询问老师、同学，翻阅资料书、上网等方式把问题解决了。此次课程设计综合运用了我们之前学过的知识，如机械制图、机械制造技术、数控加工工艺及设备、数控加工编程及操作等。本次课程设计的重点在于零件的结构工艺分析，机床的选择，加工方案及顺序的拟定和切削用量等等参数的选择。在课程设计中，我发现自己存在很多不足，在以后的学习中我会更加努力地去充实和完善自己。通过这次数控加工设计，我对数控加工工艺、编程、加工方法等等都有了一定的了解。最重要的是，经过这次设计，我对本专业的发展方向和数控编程与工艺有了进一步的了解，熟练掌握了查找资料解决问题的方法。在此我要感谢指导我们的老师和同学，是老师为我们分析了大体方向和同学给我们的检查，才使我们对零件的加工路线等不断完善，使我们小组才能更好的完成。参考文献1 张秀珍，冯伟数控加工课程设计指导M北京：机械工业出版社，2009 . 2 张美荣，常明数控机床操作与编程M 北京：北京交通大学出版社，2010. 3 田平数控机床加工工艺及设备M 北京：中国电力出版社，2009. 4 晋其纯，张秀珍.机床夹具设计M 北京：北京大学出版社，2009.95 王茂元.机械制造技术M 北京：机械工业出版社，2001.86 艾小玲，耿海珍.机械制图M 上海：同济大学出版社7 陈长生.机械基础M 北京：机械工业出版社，2010.924