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本科生毕业设计 题 目：后端盖零件UG编程及夹具设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 机电11101班 指导教师： 完成时间： 摘 要： 本篇毕业设计主要针对数控机床的加工及编程的介绍，对后端盖零件进行工艺性分析，包括加工工艺的选择和制定，还包括各零件的程序的手工编制。 文章的主要内容为后端盖零件的工艺分析和零件的手工程序编制。并在零件的手工编程中用到了G01 直线插补命令、G02/G03圆弧插补指令；G81钻孔；M98调用子程序指令等。关键词：手工编程,指令,数控加工,工艺规程,定位误差,加工余量全套图纸，加153893706Abstract：This graduation project mainly had the numerical control engine bed and the programming introduction, the ear components technological analysis craft parameter choice cutting tool choice, the components procedure manual establishment, the procedure simulation, the UG modelling and the entity simulation processing finally has made the design summary, the acknowledgment language, the reference tabulation and the appendix.Article primary coverage for components craft analysis, components manual programming, but also has to make engineers modelling and the entity simulation processing.Used the G02/G03 circular arc interpolation instruction in the components manual programming; G81 drill hole; M98 transfer subroutine instruction.Key words：Manual programming；Circular interpolation instructions；drilled；subroutine programs.目 录摘要IAbstractII第一章 绪论5 1.1 数控机床的介绍6 1.2 数控编程6第二章 后端盖数控加工工艺分析7 2.1 后端盖零件分析8 2.2 刀具、量具的选择9 2.3 编制加工工艺10 2.4 手动编制程序11 2.5 确定切削用量及基本时间12第三章 工件的手动编程13 3.1 数控编程的定义及分类14 3.1.1数控编程的定义17 3.1.2数控编程的分类17 3.1.3编程方法的选择18 3.2 编程原点的确定18 3.3 零件造型及加工19 3.4 后端盖零件的仿真加工20第四章 镗孔夹具设计20 4.1定位基准的选择20 4.2定位元件的设计20 4.3切削力及夹紧力的计算22 4.4定位误差分析23 4.5对刀块的设计24 4.6夹紧装置的设计26 4.7夹具设计及操作的简要说明26总结26参考文献27致谢28第一章 绪论1.1数控机床的介绍数字控制（Numerical Control,简称NC）技术是近代发展起来的一种用数字化信息进行控制的自动控制技术，在机床领域具体指的是用数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。定义中的“机床”不仅指金属切削机床，还包括其他各类机床，如线切割机床，三坐标测量机等。数控系统（NC System）是指采用数字控制技术的控制系统。这种控制系统，能自动阅读输入载体上预先给定的数字值和指令，并将其译码，处理，从而自动的控制机床进给运动进行零件加工。装备了数控系统的机床称为数控机床。数控机床（NC Machine Tools）又称CNC机床，数字化信息实现机床控制的机电一体化产品。它能利用数字化信息（指令，代码）对机床的进给运动和加工过程进行控制，即把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的启动和停止，主轴变速，刀具的选择，工件的夹紧松开，冷却电动机的开关等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。1.1.1 数控机床的产生和发展1）产生机械产品的自身要求单件、多品种小批量零件约占80%以上2）发展1952年 美国Parsons公司和MIT 三坐标数控立铣床 1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代1959年 采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置 第四代数控系统（CNC系统）1974年 以微处理为核心的数控系统 第五代数控系统（MNC系统）3）我国1958年 起步20世纪 60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年 进入实用阶段19861990年 数控机床大发展时期1991年 300多种1.1.2 数控技术发展趋势1）高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能2）高柔性化 柔性：指机床适应加工对象变化的能力3）高精度化利用数控系统的补偿功能采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和热稳定性4）高速度化机械方面：提高切削速度和减少辅助时间数控系统：CPU5）复合化工序复合化功能复合化6）制造系统自动化 1.1.3数控机床数控装置计算机数控装置是数控机床的重要组成部分，它起到了对机床进行控制，并完成零件自动加工的专用电子计算机。计算机数控装置接收数字化了的零件图样和工艺要求等信息，按照一定的数学模型进行插补运算，用运算结果实时地对机床的各运动坐标进行速度和位置控制，完成零件的加工，在现代化大生产中，数控装置起到了关键的作用。随着科学技术的进步，特别是微电子技术和计算机技术的发展，使数控系统不断得到最新硬软件资源而飞速发展。各著名的数控系统生产厂家，平均每三年就有一种新型号数控系统产品诞生。数控机床的应用也从解决疑难零件加工、批量零件自动化生产，到进入家庭作坊，越来越广泛地应用到各种场合，同时也不断对数控系统的硬软件提出新的要求。集中地表现在要求有开放式结构的数控系统、适应技术发展和用户自己开发的功能。目前一些发达家和地区，如欧洲、美国、日本等，都相继进行开放式结构数控系统的研究和开发，开放式数控系统的基本结构有硬件平台、软件平台、一个用户可扩展的硬软件空间和应用开发环境。1. 硬件平台：由数控系统生产厂提供，或是选择通用的标准模块，但其配置可由用户在较大范围内选择，如控制轴数、控制方式、各种外部设备等。2.软件平台：由数控系统生产厂提供，或CNC软件开发商提供，它是系统的核心软件，即CNC、PLC的基本软件，同时提供好的用户开发应用软件的环境。3.应用软件：用户在数控系统生产厂提供的硬软件平台基础上，开发专用软件、硬件，实现用户要求的控制功能。计算机（PersonalComputer-PC）的高速发展和广泛应用，为我们开发以PC为基础（PCBased）、开放式结构的数控系统提供了一种有效的途径。PC从80年代初作为办公用的计算机，发展到今天，已成为进入各领域的主流计算机，被广泛用于过程控制和自动化领域。PC的主频已达到450MHz，可以满足各种CNC高速实时控制系统的要求，丰富的软件资源，如DOS、Windows、C语言等开发工具，大量可利用的外部设备，如CRT、平板显示器、光盘驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器、键盘等硬件支持。PC的芯片集成度越来越高，PC的产量逐年增加，都为以PC为基础的CNC系统缩小体积、有高的性能价格比提供了条件，由于以PC为基础的CNC系统充分利用PC的硬软件资源，就可以跟随PC的发展而不断采用新的技术。早期使用Intel80286、80386，现在是Pentium，操作系统也从DOS发展到Windows等，所以以PC为基础的CNC系统得到越来越快的发展和应用。以PC为基础的CNC系统结构方式有以下3种：第1种是把数控系统生产厂开发的数控专用硬件和软件装到PC的母板上，用ISA或PCI总线，保留原PC的整体形象。第2种是数控系统生产厂,在自己生产的数控系统中嵌入PC机的主板,这种嵌入式结构，展现的是生产厂的整体结构特点，使用生产厂的专用总线或混合总线结构.第3种是使PC经光缆，用高速串行口总线（或ARCNET等）和数控系统生产厂开发的专用硬软件进行通信。1.1.4 数控加工的介绍1.1.4.1 数控加工过程与传统加工比较，数控加工与普通机床加工方法与内容上有许多相似之处，不同点主要表现在控制方式上。以机械加工为例，用普通机床加工零件时，工序的安排、机床运动的先后次序、走刀线路及有关切削参数的选择等，都是由操作者自行考虑和确定的，而且是用手工操作方式来进行控制的。操作者总是根据零件和工序卡的要求，在加工过程中不断改变刀具与工件的相对运动轨迹和加工参数（位置、速度等），使刀具对工件进行切削加工，从而得到所需要的合格零件。如果采用自动车床，仿形车床和仿形铣床加工，虽然也能达到对加工过程的自动控制目的，但其控制是通过预先配置的凸轮、挡块及靠模来实现的。而在CNC机床上，传统的人工操作均被数控系统的自动控制所取代。其工作过程是：首先要将被加工的零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，按规定的代码和格式编成加工程序，然后将该程序送入数控系统。数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。1.1.4.2 数控加工中的数据转换过程CNC系统的数据转换过程如图所示成形运动进给伺服系统插补处理刀补处理 译码加工程序切削运动、机床I/O装置PLC控制 （1） 译码译码程序的主要功能就是将用文本格式（通常用ASCII码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所需要的数据结构（格式），该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。它主要包括：X、Y、Z等坐标值，进给速度，主轴转速，G代码，M代码，刀具号，子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。（2） 刀补处理（计算刀具中心轨迹） 为方便编程，零件加工程序通常是按零件轮廓或按工艺要求设计的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心（准确地说是刀位点）轨迹因此在加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的处理程序（3） 插补计算 数控编程提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。该程序以系统规定的插补周期定时运行，它将由各种线性（直线、圆弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在内的位移指令（），并送给进给伺服系统，实现成形运动。（4） PLC控制CNC系统对机床的控制分为对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”和对机床动作的“顺序控制”或称“逻辑控制”。后者是指在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器、等开关信号状态为条件，并按预先规定的逻辑关系对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行控制，PLC控制就是实现上述功能的模块 通过所述，数控机床加工原理就是讲预先编好的加工程序以数据的形式输入数控系统，数控系统通过译码、刀补处理、插补计算等数据处理和PLC协调控制，最终实现零件的自动化加工。 1.1.5 数控机床的特点 与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：1)加工精度高，质量稳定，现在一般的数控机床的精度都能达到0.001mm2)能完成普通机床难以完成的加工或根本不能加工的复杂零件的加工。3)生产效率高，数控机床的主轴转速，进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切削参数，可充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅加工过程稳定，而且能保证加工效果的高精度。而且不需要在加工过程中进行测量检查，就能连续的完成整个加工过程，减少辅助动作时间和停机时间1)柔性高，通用性强2)有利于制造技术向综合自动化方向发展。数控机床是机械加工自动化的基础设备之一，当今以数控机床为基础建立起来的FMC,FMS,CIMS等综合自动化系统使机械制造的集成化，自动化和智能化得以逐步实现。3)功能丰富。CNC系统不仅能控制机床的运动，而且还对机床进行全面的监控，自诊断报警，通信管理等。4)减少人工劳动强度，改善劳动条件，实现一人多机操作5)不足：初期投资大，维修维护难度大，同时对操作人员的技术水平要求较高。1.1.6 数控机床的特点与分类 1.1.6.1 按工艺用途分类（1）普通数控机床为了不同的工艺需要，与传统的通用机床一样，有数控车、铣、钻、磨及镗床等，而且每一类都有好多品种。这类机床的工艺性能与通用机床相似，所不同的是它们能自动的加工精度较高、形状更复杂的零件。（2）数控加工中心 数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。典型的机床有镗铣加工中心和车削加工中心（3）多坐标数控机床有些复杂形状的零件，用三坐标数控机床无法完成加工，需要三个以上的坐标的合成运动才能加工出来所需要的曲面形状，于是出现多坐标联动的数控机床，其特点是数控装置同时控制多坐标的联动，现在常用的有4、5、6坐标联动的数控机床（4）数控特种加工机床包括数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床1.1.6.2 按控制运动的方式分类 （1）点位控制数控机床：它是指能控制刀具相对于工件的精确定位控制系统,而在相对运动的过程中不能进行任何加工。 通过采用分级或连续降速，低速趋近目标点，来减少运动部件的惯性过冲而引起的定位误差。 （2）直线控制数控机床:它是指控制机床工作台或刀具以要求的进给速度，沿平行于某一坐标轴或两轴的方向进行直线或斜线移动和切削加工的机床。这类数控机床要要求具有准确的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半径和长度的补偿功能以及主轴转速控制的功能。现代组合机床也算是一种直线运动控制数控机床。 （3）轮廓控制的数控机床:它是指能实现两轴或两轴以上的联动加工，而且对各坐标的位移和速度进行严格的不间断控制，具有这种控制功能的数控机床。现代数控机床大多数有两坐标或以上联动控制、刀具半径和长度补偿等等功能。按联动轴数也可分两轴联动、两轴半、三轴、四轴、五轴联动等。随着制造技术的发展，多坐标联动控制也越来普遍1.1.6.3 按进给伺服系统类型分类 由数控装置发出脉冲或电压信号，通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按进给伺服系统控制方式分类有三种形式：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。（1）开环数控机床 这种控制系统采用步进电机，无位置测量元件，输入数据经过数控系统运算，输出指令脉冲控制步进电机工作，如图1-1所示，这种控制方式对执行机构不检测，无反馈控制信号，因此称之为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低，调试方便，操作简单，但控制精度低，工作速度受到步进电机的限制。图1-1 开环控制系统 （2）闭环数控机床 这种控制系统绝大多数采用伺服电机，有位置测量元件和位置比较电路。如图1-2所示，测量元件安装在工作台上，测出工作台的实际位移值反馈给数控装置。位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作，直至到达实际位置，误差值消除，此称之为闭环控制。闭环控制系统的控制精度高，但要求机床的刚性好，对机床的加工、装配要求高，调试较复杂，而且设备的成本高。图1-2 闭环控制系统 （3）半闭环数控机床(图1-3) 这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机的转角，经过推算得出工作台位移值，反馈至位置比较电路,与指令中的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作。这种用推算方法间接测量工作台位移，不能补偿数控机床传动链零件的误差，因此称之为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统，调试比闭环控制系统容易，设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。图1-3 半闭环控制系统1.1.6.4 按数控系统的功能水平分类将机床分为高、中、低挡（经济型）数控机床 见下表:功能抵挡中档高档分辨率1010.1进给速度815152415100驱动轴数（轴）开环半闭环或闭环直流或交流伺服系统通信功能232435显示功能一般无RS-232或DNC接口可有MAP通信接口，有联网能力内装PLC无有有较强的PLC主CPU8位、16位32位或32位以上的多CPU1.2. 数控编程数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。在数控机床加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开关、变速。换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或称程序载体）上；最后输入到数控机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。因此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全部过程为零件加工程序的编制。 数控编程一般分为手工编程和自动编程两种1.2.1手工编程 手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工完成的。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛的应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但是工件轮廓复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等平面，或工件加工程序较长时，使用手工编程将十分繁琐、费时，而且容易出错，常会出现手工编程工作跟不上数控机床的加工情况，影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。1.2.2自动编程 自动编程有两种：APT软件编程和CAM软件编程 APT软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外（有些自动编程系统能确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作数控介质、程序检验等各项工作均有计算机自动完成。编程人员只需要根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。CAM软件是将加工零件以图形的形式输入计算机，有计算机自动进行数值计算、前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算繁琐、手工编程困难、或手工无法编出的程序都能够实现。第二章后端盖数控加工工艺分析2.1后端盖零件的分析 由零件图可知，该零件为锻造零件，采用先热压模锻造工件后，在普通铣床上面四周铣光后再进行正式上数控机床加工，材料为20Cr锻件。 后端盖零件四周侧面的铣削加工可以在普通铣床上完成，数控铣为后续粗精加工的工序。主要为铣高度的上下平面，143X130深2.0MM凹台面，65X37.5深2.0MM凹台面以及35XR17.5深2.0MM凹台面等等有精度和粗糙度要求的底面，宽7mm沟槽，51H7、60、62H768内孔，M65X2内螺纹、宽3mm深2.75mm沟槽等等工序的车削加工，54H8孔的镗削加工，以及5-20，4-3、10、15，等孔的钻、绞削加工。2.2刀具、量具的选择由图样分析，该图样需要数铣的轮廓我们在铣轮廓以及各个凹台时选用20mm立铣刀。20，4-3、10、15的孔采用直柄麻花钻头，量具选择0-150mm游标卡尺，75-100mm外径千分尺，深度游标卡尺等。2.3编制加工工艺2.3.1 粗铣、半精铣四周侧面 安装 平面铣刀并对刀，设定刀具参数，加工上表面至精度要求.2.3.2 粗铣、半精铣上下端面，保证高度尺寸到位 1）粗铣上、下端面。 2）半精铣上、下端面。2.3.3 粗铣2-65X37.5深3.0MM凹台至尺寸。安装 平面铣刀并对刀，设定刀具参数，加工上表面至精度要求.2.3.4确定安装定位方案 选择工作台作为定位面，侧面作为夹紧平面，首先手动铣削底面，精加工到基准面后，再以机用平口钳定位，用百分表将机用平口钳的固定钳口侧面找正放平，然后在钳口处利用标准块垫平，一定要考虑垫铁与加工部位是否干涉，铣面时注意铣面的精度。2.3.5背吃刀量 它主要根据机床，夹具，工件和刀具的刚性决定。在允许的条件下，最好一次性切除余量，以提高加工效率，这里选择一次切除余量（即5.0mm）2.3.6 主轴转速n 根据允许的切削速度v选取转速式中，D为刀具直径（mm），v由刀具寿命决定。90mm立铣刀切削速度v常选为10-25m/min.这里取，则主轴转速 28钻头速度常选为则主轴转速 M10丝攻速度常选为则主轴转速 这里选取 2.3.7 进给量 通常是根据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料进行选择。当加工精度要求较高时，进给量应选择小一些，查表选取每齿进给0.05mm，确定进给速度进给速度是根据每齿进给，齿数和已知的转速计算出来的其余刀具进给速度可查表计算 这里选取，在实际使用中我们可以根据自身操作机床对计算的值适当的作些调整。2.4 手动编制程序根据零件可知，手动编制的程序是有中间170MM表面光洁度为1.6位置处。2.4.1 铣上平面O0100N10 G0 G90 G54X-24.Y0 S1000 M3N20 G43 H1 Z50.N30 Z10.N40 G1 Z-5. F120N50 G2 X-15. Y9. R9. F120N60 G1 X15.N70 G2 Y-9 .R9.N80 G1 X-15.N90G2 X-24.Y0.R9.N100 G1 Z5. F120N110 G0 Z50.N120M5N130 G91 G28 Z0.N140 G28 X0. Y0N150 M302.4.2 铣下平面O0200N10 G0G90G54X0.Y-9.A0.S1200M3N20 G43H1Z50.N30Z10.N40 G1Z-3.F100.N50 X10.392Y9.F200.N60 X-10.392N70 X0.Y-9.N80 Z7.F800.N90 G0Z50.N100 M5N110 G91G28Z0.N120 G28X0.Y0.A0.N130 M30N0G91G28Z0.N140 G28X0.Y0.A0.N150 M302.4.3 铣2-65X37.5深3.0MM凹台O0300N10 T0202 换8.2mm钻头 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N25 M03 S600N30 Z20 M08N40 G98 G81 X25 Y30 Z-20 R10 F60 钻28孔N80 G00 Z100 M09 N90 T00303 换M30丝攻N100 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 攻M30孔N110 M03 S60 N120 Z20 M08N130 G98 G81 X25Y30 Z-24 F20 钻24孔N140 X-25 Y30 攻M30螺纹N170 G00 Z100 M09N180 M05N190 M302.4.4 铣35XR17.5深3.0MM凹台O0400N10 G0G90G54X0.Y-9.A0.S1200M3N20 G43H1Z50.N30Z10.N40 G1Z-3.F100.N50 X10.392Y9.F200.N60 X-10.392N70 X0.Y-9.N80 Z7.F800.N90 G0Z50.N100 M5N110 G91G28Z0.N120 G28X0.Y0.A0.N130 M30N0G91G28Z0.N140 G28X0.Y0.A0.N150 M302.4.5 5-20孔的加工O0500N10 T0202 换20mm钻头 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N30 M03 S600N40 Z20 M08N50 G98 G81 X25 Y30 Z-20 R10 F60 钻5-孔的第一个孔N60 X-25 Y30 钻5个孔的第二个孔 N70 G00 Z100 M09 N80 T00303 钻5个孔的第三个孔N90 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 钻5个孔的第四个孔孔N100 T00303 钻5个孔的第五个孔N110 M03 S60 N120 Z20 M08N130 G98 G81 X25Y30 Z-24 F20 N140 G00 Z100 M09N150 M05N160 M30第三章 后端盖的自动编程与仿真加工3.1数控编程的定义及分类3.1.1数控编程的定义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。3.1.2数控编程的分类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。3.1.3编程方法的选择该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成，坐标点尺寸计算方便，故采用手工编程的方式编制其加工程序。3.2编程原点的确定该零件为规则的回转型零件，其坐标原点可设在轴的两端面中心上，这样方便编程坐标的计算。其坐标原点如图3.1所示。图3.1 坐标原点3.3 零件造型及加工UG制造工程师 是在Windows环境下运行CAD/CAM一体化的数控加工编程软件。软件集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成、加工工艺单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。实体曲面结合3.3.1 方便的特征实体造型采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来描述，简单而准确。通常的特征包括孔、槽、型腔、凸台、圆柱体、球体、管子等，UG制造工程师 可以方便地建立和管理这些特征信息。先进的“精确特征实体造型”技术完全抛弃了传统的体素拼合和交并差的繁琐方式，使整个设计过程直观，简单。实体模型的生成可以用增料方式，通过拉伸，旋转，导动，放样或加厚曲面来实现；也可以通过减料方式，从实体中减掉实体或用曲面裁剪来实现。还可以用等半径过渡，变半径过渡，倒角，打孔，增加拔摸斜度和抽壳等高级特征功能来实现。3.3.2 强大的NURBS自由曲面造型UG制造工程师 继承和发展了前一代版本的曲面造型功能。从线框到曲面，提供了丰富的建模手段。可通过列表数据，数学模型，字体文件及各种测量数据生成样条曲线；通过扫描，放样，拉伸，导动，等距，边界，网格等多种形式生成复杂曲面；并可对曲面进行任意裁剪，过渡，延伸，缝合，拼接，相交，变形等，建立任意复杂的零件模型。通过曲面模型生成的真实感图，可直观显示设计结果。3.3.3 灵活的曲面实体复合造型模式利用这一模式，可实现曲面裁剪实体，曲面生成实体曲面约束实体等混合操作，是用户设计产品和模具的有利工具。二优质高效的数控加工UG制造工程师 快速高效的加工功能涵盖了从2轴到3轴的数控铣削加工功能。UG制造工程师 将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，可直接对曲面，实体模型进行一致的加工操作。支持先进实用的轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通过的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。3.3.4 2轴到3轴的数控加工功能2轴到2.5轴加工方式:可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令,而无需建立其三维模型:提供轮廓加工和区域加工功能,加工区域内允许有任意形状和数量的岛.可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度,自动进行分层加工。3轴加工方式：多样化的加工方式可以安排从粗加工，半精加工到精加工的加工工艺路线3.3.5 支持高速加工支持高速切削工艺，提高产品精度，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。3.3.6 参数化轨迹编辑和轨迹批处理UG制造工程师 的“轨迹再生成”功能可实现参数化轨迹编辑。只需选中已有的数控加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。UG制造工程师 可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大批加工轨迹参数事先定义，而在某一集中时间批量生成。这样，合理地优化了工作时间。3.3.7 加工工艺控制UG制造工程师 提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人员的经验的到充分的利用。3.3.8 加工轨迹仿真UG制造工程师 提供了轨迹仿真手段以检验数控代码的正确性。可以通过实体真实感仿真如实地模拟加工过程，展示加工零件的任意截面，显示加工轨迹。3.3.9 通用后置处理UG制造工程师 提供的后置处理器无需生成中间文件就可直接输出G代码控制指令。系统不仅可以提供常见的数控系统后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。3.3.10 丰富流行的数据接口UG制造工程师是一个开放的设计/加工工具，具有丰富的数据接口，它包括直接读取三维CAD软件如CATIA，Pro/E的数据接口；基于曲面的DXF和IGES标准图形接口；基于实体的STEP标准数据接口；基于Parasolid几何核心的X_T,X_B格式文件；面向快速成型设备的STL以及面向Internet和虚拟现实的VRML（虚拟现实标记语言）接口。这些保证了与目前流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域与合作伙伴实现虚拟产品的开发和生产。3.4 后端盖零件的仿真加工 通过UG制造工程师，对后端盖零件进行三维实体建模，得出建模后的图形如下： 图3.4 后端盖零件的UG三维造型3.4.1 65X37.5深3.0MM凹台轮廓铣削1、刀具轨迹 图3.4.1 凹台轮廓加工刀具路径2、加工参数图3.3 凹台轮廓刀具加工参数 图3.4 凸台轮廓切削用量参数3、线框仿真加工 图 3.5 凹台轮廓仿真加工3.4.3 5-20孔的加工1、20孔加工刀具轨迹 图3.4.5 钻孔刀具路径2、刀具参数 图3.9孔加工参数 图3.10 孔加工参数刀具设置 第四章 镗孔夹具设计4.1定位基准的选择由零件图可知，根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣两表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。经过粗车、半精车、精车的外圆面以及上平面和下平面两个平面铣好后的平面都可以作为定位基准，因此在这里，定位基准应选择已经车削好的72g6外圆面作为定位基准，其中利用后端盖的下平面为定位平面。用夹紧装置压紧72g6外圆面。为了提高加工效率，根据工序要求先采用底面作为基准面进行铣削加工；然后采用以粗、精铣好后的面为基准，加工其他几个面。4.2定位元件的设计 下平面为定位基准，镗孔夹具体下平面为支撑，夹具体为一长方体板件，采用可调压板压紧工件的圆周面，底部以V型块定位，以限制工件的六个自由度。4.3切削力及夹紧力的计算刀具材料：面铣刀400mm 由参考文献16机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 式（2.1）查参考文献16机床夹具设计手册表得：对于灰锻铁： 式（2.2）取 ， 即所以 由参考文献17金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：（镗削） 式（2.3）背向力：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 式（2.4） 安全系数K可按下式计算： 式（2.5）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 式（2.6） 式（2.7） 式（2.8）由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用压板夹紧机构。单个压板夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式（2.9）式中参数由参考文献16机床夹具设计手册可查得： 其中： 夹紧力：易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.4定位误差分析该夹具以两个圆周面定位，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差以及孔轴线与底平面的平行度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。两上下平面高度线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由参考文献15互换性与技术测量表可知：取（中等级）即 ：尺寸偏差为76mm由16机床夹具设计手册可得：1 、定位误差（两个垂直平面定位）：当时；侧面定位支承钉离底平面距离为，侧面高度为；且满足；则： 2 、夹紧误差 ，由式（2.11）有： 其中接触变形位移值： 式（2.16）、磨损造成的加工误差：通常不超过、夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4.5对刀块的设计 在设计铣面夹具时，由于铣的平面都比较宽和大，为了确定铣的基准面，因此一般铣面夹具时都需要设计对刀块，对刀块一般选取机床夹具设计手册中的标准件，本次对刀块选取设计的标准件为直角形对刀块。图3-1 直角对刀块4.6夹紧装置设计 本次夹紧装置采用自动夹紧装置根据工况，选用的夹紧装置基本形式如下图： 本次设计中夹紧装置直接通过螺纹配合固接在夹具体上，通过调整光面压板上面的螺丝来调整工件的压紧的要求。如下图所示： 图3-2 夹紧装置图3.7夹具设计操作及简要说明XXXIV
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