数控铣床及加工中心产品加工工艺设计

湖南生物机电职业技术学院毕业设计数控铣床及加工中心产品加工工艺设计姓 名：张安发班 级：13343指导老师: 欧赵福系 别：机械及自动化系湖南长沙提交日期：2012年5月目 录摘 要IIAbstractIII第一章 数控铣加工基础11.1数控铣床的分类11.2数控铣床的主要加工对象2第二章 数控铣加工工艺32.1数控加工的工艺设计内容31数控加工工艺的主要内容32.2数控铣加工工艺设计31工序的划分32顺序的安排43加工方法和加工方案的确定54刀具的选择6第三章 加工零件的工艺编程73.1零件的编程73.2零件的加工工艺卡片141数控铣刀具工艺卡142机械加工工艺过程卡153数控加工工序卡16表3数控加工工序卡16第四章 小结18致 谢19参考文献20III摘 要用数控铣床完成零件的加工，毛坯外形尺寸为160mm120 mm40 mm，材料自己选择铝材或45钢。按要求完成零件节点、基点计算，设定工件坐标系，制定正确的工艺方案（包括定位、夹紧方案和工艺路线），选择合理的刀具和切削工艺参数，编写数控加工程序，按尺寸精度和表面粗糙度值要求加工出零件。一方面在正确分析零件工艺性的基础上，参考了一些相关资料，以CAD绘图软件完成零件造型，数控铣床加工工艺的设计和数控加工中心的操作方式及过程，此过程包括零件的实体造型、数控加工工艺设计的基本内容、材料的选择、节点基点的计算、工件坐标系的选择、刀具的选择、参数的选择等因素。同时，还要根据要求制定正确的工艺方案（包括定位、夹紧方案和工艺路线），编写数控加工程序，按零件要求的尺寸和精度来完成加工操作；另一方面就是我们在保证正确加工出产品的同时还应满足其工艺要求，不仅要把产品做出来，还要保证其工艺要求达到标准。关键词：数控加工 零件 工艺方案 数控编程 工件坐标系 工艺设计AbstractCompletes the components with the numerical control milling machine the processing, the materials external dimensions for 160mm120 mm40 mm, material chooses the aluminum material or 45 steel to requests to complete the components node, the basic point computation, the hypothesis work piece coordinate system, formulates the correct craft plan (including localization, clamp plan and craft route), chooses the reasonable cutting tool and the cutting craft parameter, the compilation numerical control processing procedure, processes the components according to the size precision and the surface roughness value request.On the one hand in the correct analysis components technological foundation, has referred to some correlation data, completes the components modelling by the CAD graphics software, the numerical control milling machine processing craft design and the numerical control machining center operating mode and the process, this process including components solid modeling, numerical control processing technological design basic content, material choice, node basic point computation, work piece coordinate systems choice, cutting tools choice, parameter factors and so on choice. At the same time, but must act according to the request formulation correct craft plan (including localization, clamp plan and craft route), the compilation numerical control processing program, completes the processing operation according to the components requests size and the precision; On the other hand is we during the guarantee processes the product also should correctly to satisfy its technological requirement, not only need do the product, but must guarantee that its technological requirement achieves the standard.Key words：CNC Machining Parts Technology Program CNC Programming Work piece coordinate system Process Design第一章 数控铣加工基础1.1数控铣床的分类今天，数控设备在相当多的领域已经完全或逐渐取代了普通设备，与普通机床不同，数控机床加工零件的过程完全自动地进行，加工过程中人工不能干预。因此，首先必须将所要加工件的全部信息，包括工艺过程、刀具运动轨迹及走刀方向、位移量、工艺参数（主轴转速、进给量、切削深度）以及辅助动作（换刀、变速、冷却、夹紧、松开）等，按加工顺序采用标准或规定的程序指令编写出正确的数控加工程序，然后输入到数控设备的控制系统中，随后控制系统按数控程序的要求控制数控机床对零件进行加工。所谓数控编程，一般指包括零件图样分析、工艺分析与设计、图形数学处理、编写并输入程序清单、程序校验的全部工作过程。数控编程可分为手工编程和自动编程两种方式。 数控铣床可按通用铣床的分类方法分为以下3类： 1数控立式铣床数控立式铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。目前三坐标数控立式铣床占数控铣床的大多数，一般可进行三轴联动加工。 2卧式数控铣床 卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转台或万能数控转台的方式来实现四轴和五轴联动加工。这样既可以加工工件侧面的连续回转轮廓，又可以实现在一次装夹中通过转台改变零件的加工位置也就是通常所说的工位，进行多个位置或工作面的加工。 3立卧两用转换铣床 这类铣床的主轴可以进行转换，可在同一台数控铣床上进行立式加工和卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。12数控铣床的主要加工对象1平面类零件平面类零件的特点表现在加工表面既可以平行水平面，又可以垂直于水平面，也可以与水平面的夹角成定角；目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件，平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需要用三坐标数控铣床的两轴联动或三轴联动即可加工。在加工过程中，加工面与刀具为面接触，粗、精加工都可采用端铣刀或牛鼻刀。 2曲面类零件 曲面类零件的特点是加工表面为空间曲面，在加工过程中，加工面与铣刀始终为点接触。表面精加工多采用球头铣刀进行。我本次的毕业设计课题讨论的内容是数控技术方面的知识，主要是利用数控铣床对零件的加工的设计，工艺通过此次课题的设计，我系统地复习了一下有关数控铣床加工方面的知识，自身能力得到了很大的提高，在多方面锻炼了自己，使我掌握了对机械零件的工艺加工的基本思路和方法，为今后的学习和工作起了一定的铺垫作用。第二章 数控铣加工工艺2.1数控加工的工艺设计内容无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需要做一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。1数控加工工艺的主要内容1.选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。2.分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等等。3.调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。4.分配数控加工中的容差。5.处理数控机床上部分工艺指令。2.2数控铣加工工艺设计数控铣加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其他加工工艺衔接好，在进行数控铣床加工工艺路线设计过程中应注意以下几个问题：1工序的划分根据数控铣床加工的特点，数控铣加工工序的划分一般可按下列方法进行：1 以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。2 以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。3 以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。4 以粗、精加工划分工序。对于经加工后易变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。根据课题所给零件的要求，在对零件图形进行认真分析的情况下。加工此零件需要选择一个基准面。通过零件图我可以从中知了解只需加工一个面，那么我就以零件的底面为基准面，以28.5mm 38.5m为基准，从左视图就以5mm 8mm 10mm的面为基准面，从俯视图看就以120mm 160mm的这个正面为基准面。根据零件图的要求我是这样分析的。2顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：1. 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；2. 先进行内腔加工，后进行外形加工；3. 以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。结合我的课题来看，我这里重点介绍的是铣削镗铰加工工序的顺序安排原则。下面就我根据零件图来分析我这里的加工步骤：. 选用80mm的面铣刀，铣削上下两平面，并保证尺寸为385.0mm. 选用12mm的立铣刀铣削半圆槽，铣深度为10.0 mm R50mm的半圆槽. 选用12mm的立铣刀铣削U型槽，深度为8mm的矩形槽. 选用12mm的立铣刀加工矩形槽, 深度为8mm的矩形槽. 选用4mm的钻头钻二个孔. 选用11.8mm直柄麻花钻加工12mm的孔，保留0.2mm精加工余量. 选用12mm的机动绞刀，精铰12mm的孔扩孔至37.6mm. 选用38mm的精镗刀，精镗加工38mm的孔. 选用10mm的球头铣刀，加工小于90度的孔，圆角R30mm. 选用12mm的立铣刀，加工R85mm的圆弧曲面.去毛刺l.精加工.退刀3加工方法和加工方案的确定1. 加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的结构形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。结合毕业设计的课题所给零件的加工工艺要求，零件的上表面需要加工一个12mm的孔。由查表得知它的精度为IT7级，采用钻扩较等加工方法来完成这个步骤。其目的就是为了使其精度达到更高。这只是其中的一个方面，还有很多都是通过这种方法来实现的。此外，还应考虑生产率和经济性，实际生产情况等。常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。2. 加工方案的确定确定加工方案时，首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定其前面一系列的加工方法，即获得该表面的加工方案。结合设计的零件图来分析，还是以刚才那个12mm的孔为例说明这个问题。12mm的孔我选用的是11.8mm的钻，留0.2mm的余量选择镗刀或铰刀进行加工。通过我的举例就说明有些零件的完成一步是很难达到它的加工工艺要求的。我们必须分步进行加工。4刀具的选择数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量以及其他相关因素。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。结合我的毕业设计来讲，选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。依零件图的要求。这里用到了很多加工过程，那么也就用到了不同的刀具。比如说，铣削平面时，我们选用了面铣刀、立铣刀；加工孔时，我们选用了中心钻；铣内凹圆弧面时，我们选用了球头铣刀等。第三章 加工零件的工艺编程3.1零件的编程O0001；（铣平面）G21；G17 G90 G80 G40；G54；T01 M06；M3 S1100；G0 X100.0 Y37.5；Z30.0；G1 Z0 F500.0 M8；#1=-1；#2=-10；WHILE#GE#2 D01；G01 Z#F300.0；X12.5；Y60.0；Y50.0；X-100.0；Y27.0；X100.0；Y-18.0；X-100.0；Y63.0；X100.0；Y37.5；#1.0=#1.0-0.5；ENDW；G0 Z5.0；X100.0 Y-30.0；Z-10.0 F500.0；#1.=-11.0；#2.0=-15.0；#101.0=125.0；WHILE#1GE#2 D01；G01 Z#1 F300.0；G41 G1 X94.641 Y15.0 D101.0；X-60.0；X-94.641 Y-15；G40 G01 Y-60.0；X94.641；#1.0=#1.-0.5；ENDWG0 Z5.0；X0 Y80.0；（铣半圆槽）G01 Z-10.0 F500.0；#1.0=-11.0；#2.0=-20.0；#102.0=12.5；WHILE#1GE#2 D01；G01 Z#1 F300.0；G41 G01 X500.0 D102.；Y-60.0；G03 X-50.0 Y-60.0 I-50.0 J0；G01 Y-80.0；G40；#1.0=#1.0-0.5；ENDW；G0 Z5.0；G91 G28 Z0.0；M05；G21;（铣U型槽）G17 G90 G80 G40;G54;M03 S1100;G0 X0 Y80;Z30;G01 Z0 F50 M8;#1=-1;#2=-8；#101=7;WHILE#1GE#2 D01;G01Z#1 F300;G41 G1 X-36.0 D101;Y45.0;G3 X-20.0 Y45.0 I8 J0;G1 Y80.0G40;#1=#1-0.5;ENDW;G0 Z5.0;X0 Y-30.0;（铣矩型槽）G1 Z0 F500;#1=-1;#2=-8;#102=7;WHILE#1GE#2 D01;G1Z#1 F300;G41 G1 X30.0 Y-43.0 D102:X52.0;G03 X60.0 Y-35.0 R80;G01Y-25.0;G03 X52.0 Y-17.0 R8.0:G01 Y-25.0;G03 X52.0 Y-17.0 R8.0;G01 X-52.0;G03 X-60.0 Y-25.0 R8.0;G01 Y-35.0;G03 X-52.0 Y-43.0 R8.0;G01 X0;G40;#1=#1-0.5;ENDW G0 Z5.0;G91 G28 Z0;M05;G90 G94 G40 G80 G49 G17;（中心钻钻中心孔）T03 M98 P8999;M08;G90 G00 G54 G00 X0 Y0 T04;G43 H03 Z20.0;G99 G82 Z-55.0 Y0 R3.0 Z-18.0 F80;G00 Z20.0;T04 M98 P8999;（麻花钻钻11.8的孔）G90 G54 G00 X-55.0 Y0 T05;G43 H04 Z20.0 M03 S600;G98 G83 Z-55.0 R3.0 Q4.0 F75;G00 Z20;N52 T05 M98 P8999;(铰孔12)G90 G00 X-55.0 Y0 T06;G43 H05 Z20.0 M03 S300;G98 G85 R3.0 Z-45.0 F50.0;G80;G00 Z20.0;G90 G00 X0 Y0 M06T06;(铣孔)G01 Z0 F500;#1=-0.5;#2=-28.5;WHILE#1 GE #2 D01;G01 Z#1 F300;X18.8;G03 X-18.8 Y0 I18.8;G01 X0;#1=#1-0.5;ENDW;G0 Z5.0;G90 G00 X0 Y0;T07M98P8999；（精镗孔38）G43 H02 Z50 M03 S500;G98 G85 R3.0 Z-45.0 F30;G80;G00 Z50.0;G49 G90 G28 N20;M05;M09;O8999（子程序）N1 M09;N2 G80 G40;N3 M05;N4 G91 G49 G28 Z0;N5 D00 H00;N6 G90 M06;N7 M99G27;（铣内凸圆弧面）G17 G90 G80 G40;G54;T08 M06;M03 S800;G0 X0 Y18.0;Z30.0;G01 Z0 F500 M08;#1=0;#2=7;WHILE #1LE#2 D01;#3= SQRT625-#1+11.216*#1+11.216;G01Z -#1 F300;X #3;G03 X#3 Y18.0I-#3 T0;G01 X0;#1=#1+0.5;ENDW G0 Z5.0;G91G28 Z0;M05;G21;（铣圆弧曲面）G90 G54 G80 G40 M03 S1100;G0 X100.0 Y50.0;Z30.0;G01 Z-10.0 F500 M08;#1=50;#2=60;WHEILE #1LE#2D01;G01 X85.0;G18 G02 X-5.0 Z-10.0 I-45 J-75;G01 Z5.0;X85.0;Y#1;Z-10.0;#1=#1+0.5;ENDW;G0 Z5.0;G91 G28 Z0;M05;M09;M30;203.2零件的加工工艺卡片1数控铣刀具工艺卡表1数控铣刀具调整卡数控铣刀具调整卡零件名称零件图号K01设备名称立式镗铣加工中心设备型号JCS-018A程序号材料名称及牌号45#钢硬度HRC20-30工序名称工序号序号刀具编号刀具名称刀具材料及牌号刀具参数刀补地址直径长度直径D长度H1T01面铣刀硬质合金80D01H012T02立铣刀硬质合金12D02H023T03中心钻头硬质合金4H034T04标准麻花钻硬质合金11。8H045T05机用铣刀硬质合金12H056T06立铣刀硬质合金16D06H067T07精镗刀硬质合金38H078T08球头铣刀硬质合金10H082机械加工工艺过程卡表2机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡材料名称及牌号45#钢毛坯种类或材料规格工序号工序名称工序简要内容1铣削平面选用80mm的面铣刀，铣削上下两平面，并保证尺寸为385.0mm2铣削半圆槽选用12mm的立铣刀铣削半圆槽，铣深度为10.0 mm R50mm的半圆槽，达到其加工的要求3铣削U型槽选用12mm的立铣刀铣削U型槽，深度为8mm的矩形槽4加工矩形槽选用12mm的立铣刀加工矩形槽,深度为8mm的矩形槽5中心钻进行扎定位选用4mm的钻头钻二个孔，首先定位，找到中心点6扩孔加工选用11.8mm直柄麻花钻加工12mm的孔，保留0.2mm精加工余量7铰孔加工选用12mm的机动绞刀，精铰12mm的孔扩孔至37.6mm，保证精度8扩孔加工用选选用 选用16mm的立铣刀， 扩孔至37.6mm9镗孔加工选用38mm的精镗刀，精镗加工38mm的孔10铣内凹圆弧面选用10mm的球头铣刀，加工小于90度的孔，圆角R30mm11铣削圆弧曲面选用12mm的立铣刀，加工R85mm的圆弧曲面12去毛刺13精加工14退刀3数控加工工序卡表3数控加工工序卡数控加工工序卡零件名称立式镗铣加工中心零件图号夹具名称精密平口钳设备名称及型号JCS-018A材料名称及牌号45#钢硬度HRC20-30工序名称孔定位工序号5工步号工步内容切削用量刀具量具Vfnf编号名称编号名称1孔定位#115120000830T03中心钻 续上表 2孔定位#2151200008180T03中心钻第四章 小结随着毕业设计的完成，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面，为解决毕业设计的问题，去请教指导老师，和同学一起讨论以及查看数控相关的书籍。经过这段时间的学习，我自身的能力得到了一定的提高。我本次所选的课题是理论与实践操作技术相结合的一道题目，从分析零件图到产品的工艺设计、材料和刀具的选择、零件的编程，再到完成得到成品，在一定程度上为我们提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。我个人觉得此次毕业设计具有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，有利于我们的数控编程及操作的创新精神和实践能力的提高。由于在校学习时间较短，掌握的数控方面的知识极其有限。在进行毕业设计过程中，遇到了很多困难，曾一度不知道该如何动手，但在指导老师的耐心讲解下，自己查阅相关资料，才慢慢地进入状态，虽然说，设计从开始到完成，花费了很长时间，但通过这次毕业设计，在很多方面，我的到了很大的锻炼，将以前所学的专业知识系统地复习了一次，巩固了对专业知识的掌握；另外，在进行零件的编程时，如果想加快编程速度，除了要对各编程指令的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识，对于夹具的选择，切削参数的设定我们也要十分清楚。本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在老师的悉心指导下完成的。在我毕业设计的过程中，老师还给我讲解了一些工艺上的问题和需要注意的事项，让我在做论文时思路更加清晰，在设计过程中使我能够很好很快的完成致 谢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，我将面对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下， 走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！ 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。参考文献1 方沂，数控机床编程与操作，国防工业出版社，19992 王爱玲等，现代数控原理及控制系统，国防工业出版社，20023 白恩远等，现代数控机床伺服及检测技术，国防工业出版社，20054 王爱玲等，现代数控机床实用操作技术，国防工业出版社，20055 周济，周艳红。数控加工技术，国防工业出版社，2003，97 谬效果，数控技术，湖北科学技术出版社，2003，78 黄道业，数控铣床（加工中心）编程、操作及实训。合肥工业大学出版社， 2005，89 全国数控培训网络天津分中心，数控机床，机械工业出版社 2006，810 全国数控培训网络天津分中心编，数控机床机械工业出版社 2006，311 魏祥武，李景仲 ，主编。机械制图，国防工业出版社 2006-8，112 王爱玲，机床数控技术，高等教育出版社，2006年8月