数控铣床椭圆宏程序数控加工工艺与夹具设计

分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)数控铣床椭圆宏程序数控加工工艺与夹具设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文数控铣床椭圆宏程序数控加工工艺与夹具设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要本文是对典型带椭圆类零件加工技术的应用及数控加工的工艺性分析，主要是对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、数控加工工艺文件的填写、数控加工程序的编写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。还重点对轴套零件的加工艺进行了分析，最后对零件加工的结果分析。关键词：数控技术，铣削，加工工艺IIIAbstractThis paper is a typical with elliptic parts processing and application technology of NC machining process analysis, mainly on the spare parts diagram analysis, the choice of blank, parts of the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, CNC machining process documents, NC machining program. Choose the correct processing methods, reasonable design process, and give full play to NC machining quality, high efficiency, low cost features. Also key to the sleeve parts of the process are analyzed, finally the parts processing results analysis.Key Words: The numerical control, milling processing, technology technology目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论- 1 -1.1数控铣床的组成- 1 -1.2数控铣床的分类- 4 -1.2.1按主轴布置形式分类- 4 -1.2.2按数控系统的功能分类- 4 -1.3数控铣床加工的优势和特点- 5 -1.4数控铣床的发展趋势- 6 -第2章 零件图的分析- 8 -2.1零件图的正确性及完整性分析- 8 -2.2零件结构工艺性分析- 9 -2.2.1零件结构- 9 -2.2.2工艺性分析- 10 -2.3零件精度及技术要求分析- 10 -第3章 数控设备选择及夹具设计- 10 -3.1根据零件的结构及形状特点，选择机床的类型- 10 -3.2根据零件的外形及尺寸特点，选择机床的规格- 10 -3.3根据零件的加工精度及表面质量要求，选择机床的精度等级- 11 -3.4定位基准及装夹方式的确定- 11 -3.4.1选择定位基准- 11 -3.4.2定位精基准的选择原则- 11 -3.4.3粗基准的选择原则- 11 -3.5确定合理的装夹方式- 12 -3.5.1直接找正装夹- 12 -3.5.2划线找正装夹- 12 -3.5.3专用夹具- 12 -第4章 选择刀具及对刀方式、对刀点- 13 -4.1正确选择粗、精加工刀具（附刀具卡）- 13 -4.2正确选择对刀方式- 13 -4.3选择合理的对刀点及换刀点- 14 -4.3.1合理确定对刀点- 14 -4.3.2合理确定换刀点- 14 -第5章 制定数控加工方案及工艺参数- 14 -5.1合理划分数控加工工序- 14 -5.2确定工序的合理性- 15 -5.3确定各工序工步的次序- 15 -5.4合理确定切削用量- 15 -5.4.1确定合理的数控加工余量- 15 -5.4.2确定背吃刀量- 16 -5.4.3确定进给速度- 17 -5.4.4确定主轴转速- 18 -5.5确定切削速度、主轴转数及进给量的具体数值- 18 -5.5.1铣反面- 18 -5.5.2 铣正面及凹槽外轮廓- 19 -5.6编制数控加工程序（附程序单）- 20 -总 结- 23 -参考文献- 24 -致 谢- 25 - 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第1章 绪论数控铣床是铣床设备中应用非常广泛的加工铣床，它可以进行平面铣削、平面型铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削，还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。数控铣床就是将加工过程的各种铣床动作，由数字化的代码表示，通过某种载体将信息输入数控系统，控制计算机对输入的数据进行处理，来控制铣床的伺服系统或其它执行元件，使铣床加工出所需要的工件。数控铣床的控制系统就是数控系统，它能够逻辑地处理具有使用号码或其它符号编码指令规定的程序。1.1数控铣床的组成数控铣床的种类繁多，但从组成上讲，它由控制介质、数控装置、伺服系统和铣床本体四大部分以及辅助设备组成，如图1-1所示。图1-1 数控铣床组成示意图控制介质实际上是信息的载体，是操作者与数控铣床发生联系的中间媒介物。它用于记载零件加工过程中所需要的各种加上信息，以控制铣床的运动，实现零件的加工。常用的信息载体有穿孔纸带、磁盘、磁带等。对于计算机数控铣床(CNC数控铣床)，也可用操作面板上的键盘直接输入加工程序。现代先进的信息传输则是采用计算机联机通信的方式传送加工程序，即所谓的DNC。数控装置是铣床实现自动加工的控制核心。它具有零件程序的读人、存储、输入信息的处理和计算，以及加工过程实时控制等铣能。其工作过程是：当由输入设备输入加工信息之后，经过处理与计算，发出相应的脉冲给伺服系统，通过伺服系统使铣床按预定的轨迹运动。数控装置一般有专用装置和通用数控装置两种类型。专用数控装置简称NC数控装置，它是指根据零件加工功能的要求，采用专用硬接线逻辑电路的方法构成的控制装置。要想增加或更改某种功能，就必须改变控制装置内部的逻辑电路。因此这种数控系统灵活性差，使用很不方便，现已逐渐被淘汰。通用数控装置简称CNC数控装置，它是由一台小型或微型计算机作为控制硬件，再配以适当的接口电路构成的数控装置将预先设计调试好的控制软件存人计算机内，以实现数控铣床的控制逻辑和各种控制功能，只要改变控制软件就可改变控制功能。因此这种数控装置的灵活性和通用性很强，现代数控系统大都采用这种通用数控装置，图1-2是CNC系统的组成框图。图1-2 CNC系统的组成框图伺服系统是数控系统的执行部分，是数控装置与铣床本体间的电传动联系环节，由速度控制装置、位置控制装置、驱动伺服录动机和相应机械传动装置组成其功能接受数控装置输出的指令脉冲信号，使铣床卜的移动部件作牛日直的移动，并对定位的精度和速度加以控制。每一个指令脉冲信呼使铣床移动部件产生的位移量为脉冲当量，常用脉冲当量为0.01mm/脉冲、0.005mm/脉冲、0.001/脉冲等。因此，伺服系统的精度、快速性及动态响应影响加精度、表面质量和生产率的主要困素之一。目前在数控铣床的伺服系统中，常用位移执行机构有功率步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，后两种都带有感应同步器、光电编码器等位置测量元件。所以，伺服机构的性能决定数控铣床的精度和快速性。数控铣床的伺服系统按其控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三大类。开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统。它是根据数据指令，经过控制运算发出脉冲信号，输送到伺服驱动装置（如步进电动机），使伺服驱动装置转过相应的角度，然后经过减速齿轮和丝杠螺母机构，转换为移动部件的直线位移。开环控制系统不具有反馈装置，所以对移动部件实际位移量测量、不反馈，无法与原指令值进行比较，因而不能进行误差校正，故系统精度较低(0.02mm)，虽然开环控制系统具有结构简单、工作稳定、使用维修方便及成本低的优点，但它已不能满足数控铣床日益提高的精度要求。半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，引接检测移动部件的化移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母机构包括在闭环之内，所以传动丝杠螺母机构的误差仍然会影响移动部件的位移精度。半闭环控制系统调试方便，稳定性好目前应用比较广泛。闭环控制系统是在铣床移动位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定位的控制系统。闭环控制系统定位精度高（一般可达0.01mm，最高可达0.001mm），一般应用在高精度数控铣床上。由于系统增加了检测、比较和反馈装置，所以结构比较复杂，调试维修比较困难。铣床本体指的是数控铣床机械构造实休，它与普通铣床的差别，主要是机械传动机构及功能性部件，由此形成了数控铣床构造的特色。数控铣床加工时，零件的粗、精加工通常是在铣床上一次安装，自动完成整个加工过程，进给量的变换是靠伺服电动机本身变速来实现的。因此数控铣床的铣床本体具有刚性好、热变形小、精度高和机械传动系统比较简单等特点。图1-3是立式铣床外观图。图1-3 立式铣床外观图l.底座；2.强电柜；3.变压器箱；4.伺服电动机；5.主轴变速手柄和按钮板；6.床身；7.数控柜；8.保护开关；9.挡铁；10.操纵台；l2.横向溜板；13.纵向进给伺服电机；14.横向进给伺服电机；15.升降台16.纵向工作台1.2数控铣床的分类数控铣床种类很多，按其体积大小可分为小型、中型和大型数控铣床，其中规格较大的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性加工单元。1.2.1按主轴布置形式分类立式数控铣床立式数控铣床的主轴轴线与工作台面垂直，是数控铣床中最常见的一种布局形式。立式数控铣床一般为三坐标（X、Y、Z）联动,其各坐标的控制方式主要有以下两种：工作台纵、横向移动并升降，主轴只完成主运动。目前小型数控铣床一般采用这种方式。2）工作台纵、横向移动，主轴升降。这种方式一般运用在中型数控铣床中。立式数控铣床结构简单，工件安装方便，加工时便于观察，但不便于排屑。卧式数控铣床卧式数控铣床的主轴轴线与工作台面平行，主要用来加工箱体类零件。般配有数控回转工作台以实现四轴或五轴加工，从而扩大功能和加工范围。卧式数控铣床相比立式数控铣床，结构复杂，在加工时不便观察，但排屑顺畅。龙门式数控铣床大型数控立式铣床多采用龙门式布局，在结构上采用对称的双立柱结构，以保证铣床整体刚性、强度。主轴可在龙门架的横梁与溜板上运动，而纵向运动则由龙门架沿床身移动或由工作台移动实现，其中工作台床身特大时多采用前者。龙门式数控铣床适合加工大型零件，主要在汽车、航空航天、铣床等行业使用。立卧两用数控铣床立卧两用数控铣床的主轴轴线可以变换，使一台铣床具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能。这类铣床适应性更强，应用范围更广，尤其适合于多品种、小批量又需立卧两种方式加工的的情况，但其主轴部分结构较为复杂。1.2.2按数控系统的功能分类经济型数控铣床经济型数控铣床一般是在普通立式铣床或卧式铣床的基础上改造而来的，采用经济型数控系统，成本低，铣床功能较少，主轴转速和进给速度不高，主要用于精度要求不高的简单平面或曲面零件加工。全功能数控铣床全功能数控铣床一般采用半闭环或闭环控制，控制系统功能较强，数控系统功能丰富，一般可实现四坐标或以上的联动，加工适应性强，应用最为广泛。高速铣削数控铣床我们一般把主轴转速在800040000r/min的数控铣床称为高速铣削数控铣床，其进给速度可达1030m/min。这种数控铣床采用全新的铣床结构（主体结构及材料变化）、功能部件（电主轴、直线电机驱动进给）和功能强大的数控系统，并配以加工性能优越的刀具系统，可对大面积的曲面进行高效率、高质量的加工。1.3数控铣床加工的优势和特点数控铣床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来，数控铣床的加工有以下几方面的优点。适应性强。适应性即所谓的柔性，是指数控铣床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控铣床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的。这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。适应性强是数控铣床最突出的优点，也是数控铣床得以生产和迅速发展的主要原因。精度高，质量稳定。数控铣床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控铣床时，采取了许多措施，使数控铣床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控铣床工作台的移动当量普遍达到了0.010.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，高档数控铣床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。数控铣床的加工精度由过去的0.01mm提高到0.005mm甚至更高。定位精度九十年代初中期已达到0.002mm0.005mm。此外，数控铣床的传动系统与铣床结构都具有很高的刚度和热稳定性。通过补偿技术，数控铣床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。生产效率高。零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控铣床主轴的转速和进给量的变化范围比普通铣床大，因此数控铣床每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控铣床结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控铣床的切削效率，节省了机动时间。数控铣床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般铣床大为减少。数控铣床更换被加工零件时几乎不需要重新调整铣床，节省了零件安装调整时间。数控铣床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。在加工中心铣床上加工时，一台铣床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为显著。能实现复杂的运动。普通铣床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面；而数控铣床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适应于复杂异形零件的加工。良好的经济效益。数控铣床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控铣床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控铣床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控铣床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控铣床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控铣床可获得良好的经济效益。有利于生产管理的现代化。数控铣床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控铣床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。1.4数控铣床的发展趋势从20世纪中叶数控技术出现以来，数控铣床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控铣床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控铣床的出现使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。铣床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控铣床的发展是解决铣床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控铣床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控铣床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控铣床加工的高速化要求越来越高。主轴转速：铣床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；进给率：在分辨率为0.01m时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1m、0.01m时仍能获得高达24240m/min的进给速度；换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。高精度化数控铣床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，铣床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01m/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测铣床的加工精度，以保证铣床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。第2章 零件图的分析2.1零件图的正确性及完整性分析零件图是制订工艺规程最主要的原始资料，在制订工艺规程时，必须首先加以认真分析。该零件图由两个侧视图和一个主视图组成，将零件的内、外轮廓描述的清楚完整；各部位尺寸标注完整并符合国家标准，有利于编制程序时的数据分析和计算；表面粗糙度的标注明确了各加工面的加工精度要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求：检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。加工零件图3D图2.2零件结构工艺性分析2.2.1零件结构本产品是四边形盘件，零件的正面是凹槽和孔，反面是平面，涉及到铣凹槽椭圆等。2.2.2工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。通过对零件的结构特点、精度要求和复杂程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格。根据零件的外形尺寸14811825mm，所以选择15312330mm的毛坯。2.3零件精度及技术要求分析该零件的加工精度为IT9级，深度8的内孔其精度为IT10级，深度15的人形内槽其精度为IT10级，其余的都为IT8到IT9级。精度要求合理，而且符合互为基准的原则，这样便于保证。12的孔精度要求合理容易在加工中得到保证。加工表面的粗糙度值为精度要求不高，容易在现有的条件下得到保证。该零件在完成加工后要去毛刺，以免在拿该零件时被刺伤手，而且也使该零件更加美观了。第3章 数控设备选择及夹具设计3.1根据零件的结构及形状特点，选择机床的类型考虑到该零件的加工属于多工序加工，是单件小批量生产，而数控加工中心刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以适合加工此零件，另外，工件的一次装夹可完成多道工序的加工，提高了加工工件的位置精度。综合以上分析并根据学校现有设备本工件选择华中数控加工中心进行加工。3.2根据零件的外形及尺寸特点，选择机床的规格数控机床的最主要规格是几个数控轴的行程范围和主轴电机功率。机床的三个基本直线坐标（X、Y、Z）行程反映该机床允许的加工空间，在车床中两个坐标（X、Z）反映允许回转体的大小。一般情况下加工工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围之内，因此，选用工作台面比典型工件稍大一些是出于安装夹具考虑的，所以工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。个别情况下也允许工件尺寸大于坐标行程，这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围之内，而且要考虑机床工作台的允许承载能力，以及工件是否与机床交换刀刀具的空间干涉、与机床防护罩等附件发生干涉等系列问题。数控机床的主电机功率在同类规格机床上也可以有各种不同的配置，一般情况下反映了该机床的切削刚性和主轴高速性能。我所选用的机床型号为VMC750E。3.3根据零件的加工精度及表面质量要求，选择机床的精度等级典型零件的关键部位加工精度要求决定了选择数控机床的精度等级。数控机床根据用途又分为简易型、全功能型、超精密型等，其能达到的精度也是各不一样的。简易型目前还用于一部分车床和铣床，其最小运动分辩率为0.01mm，运动精度和加工精度都在(0.030.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可达0.001mm以下。由于我所要加工的零件在精度与表面质量上要求不是太高，所以加工精度保证在0.01mm就可以了。关于设备选择应注意以下问题：1）机床加工尺寸范围应与零件的外轮廓相适应。2）机床的工作精度应与工序的精度要求相适应。3）机床的生产效率应与零件的生产类型相适应。4）机床的选择应考虑车间现有设备条件，尽量采用现有设备。3.4定位基准及装夹方式的确定3.4.1选择定位基准在制定工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。3.4.2定位精基准的选择原则选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。精基准的选择应遵循以下原则：1.基准重合原则；2.基准统一原则；3.自为基准原则；4.互为基准原则；5.所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。结合学校的现有设备、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。 3.4.3粗基准的选择原则选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，并注意应尽快获得精基准。 由于毛坯已经确定采用铝棒，而毛坯多适应于加工尺寸较小、精度较高的零件。毛坯精度较高,外圆柱表面的毛坯余量均匀。所以，可以直接采用毛坯的外圆柱表面作为粗加工定位基准。以毛坯的外圆柱表面作为粗定位基准，加工出零件的精加工定为基准。这样可以确保重要表面的精加工余量，采用外圆柱表面作为粗加工定位基准，达到了简单、方便、快捷的目的。缩短了加工时间，提高了生产效率。3.5确定合理的装夹方式3.5.1直接找正装夹直接找正装夹是用百分表、划线盘或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。这种装夹方法容易有误差，不方便。3.5.2划线找正装夹划线找正装夹是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装上机床，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置。这种装夹方法生产率低，精度低，且对工人技术水平要求高，一般用于单件小批生产中加工复杂而笨重的零件，或毛坯尺寸公差大而无法直接用夹具装夹的场合。3.5.3专用夹具夹具是按照被加工工序要求专门设计的，夹具上的定位元件能使工件相对于机床与刀具迅速占有正确位置，不需找正就能保证工件的装夹定位精度。这种装夹方法生产率高，定位精度高，但需要设计、制造专用夹具，广泛用于成批及大量生产。第4章 选择刀具及对刀方式、对刀点4.1正确选择粗、精加工刀具（附刀具卡）由于毛坯采用HT200，硬度、强度都不太大，所以粗、精加工的刀具都可以使用高速钢刀具。4.2正确选择对刀方式对刀的准确程度将直接影响加工精度，因此，对刀操作一定要仔细，对刀方法一定要同零件加工精度要求相适应。本零件采用手动对刀。对刀的操作步骤为:1）将所用铣刀装到主轴上并使主轴中速旋转；2）手动移动铣刀沿+X方向靠近被测边，直至铣刀周刃轻微接触到工件表面，即产生切屑；3）保持X、Y坐标不变，将铣刀沿+Z向退离工件；4）将机床坐标X置零，并X向工件另一侧移动，接触到工件表面产生切屑。将数值记下，并沿X、+Z向移动刀具到数值的一半，并输到机床坐标系；5）采用同样方法对Y轴，并将数值输到机床坐标系；6）将Z周向下移动接触到工件表面产生切屑，将数值输入机床坐标系；4.3选择合理的对刀点及换刀点4.3.1合理确定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在机床坐标系中位置的基准点。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。加工中心对刀时一般以机床主轴轴线与端面的交点为刀位点，因此，无论采用哪种工具对刀，结果都是使机床主轴轴线与端面的交点与对刀点重合，利用机床的坐标显示确定对刀点在机床坐标系中的位置，从而确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。手动对刀。 4.3.2合理确定换刀点在加工中心等使用多种刀具加工的机床上，工件加工时需要经常更换刀具，在程序编制时，就要考虑设置换刀点。换刀点的位置应根据换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则而定。所以机床出场前换刀点已确定，为一个固定点。第5章 制定数控加工方案及工艺参数5.1合理划分数控加工工序工序主要是指一个或一组工人在一个工作地点或一台机床上，对同一个或几个零件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，划分是否为同一个工序的主要依据是：工作地点（或机床）是否变动和加工是否连续。本零件的加工工序如下：1） 粗、精铣正面2） 粗、精铣反面5.2确定工序的合理性数控加工工序的划分一般可分为：1）以一次安装所进行的加工作为一道工序2）以一个完整数控程序连续加工的内容为一道工序3）以工序上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序4）以粗精加工为一道工序5.3确定各工序工步的次序5.4合理确定切削用量切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量、生产率和加工成本等均有显著的影响。在切削加工中，采用不同的切削用量会得到不同的切削效果，为此必须合理选择切削用量。所谓合理选择切削用量，是指在保证工件加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床、刀具的切削性能，使生产率最高，生产成本最低。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。5.4.1确定合理的数控加工余量加工余量是指加工过程中，所切去的金属层厚度。分工序加工余量（相邻两工序的工序尺寸之差）和加工总余量（毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差），加工总余量等于各工序加工余量之和。影响加工余量的因素： 上工序表面粗糙度和缺陷层 上工序的尺寸公差 上工序的形位误差 本工序的装夹误差确定加工余量的方法：经验估算法凭借工艺人员的实践经验估计加工余量，所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。查表修正法先从加工余量手册中查得所需数据，然后再结合工厂得实际情况进行适当修正。此方法目前应用最广。分析计算法根据加工余量的计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行综合分析和计算来确定加工余量的一种方法。适用于贵重材料和军工生产。余量的方法确定加工余量时应该注意的几个问题：采用最小加工余量原则在保证加工精度和加工质量的前提下，余量越小越好，以缩短加工时间、减少材料消耗、降低加工费用。余量要充分防止因余量不足而造成废品。余量中应包含热处理引起的变形大零件取大余量零件愈大，切削力、内应力引起的变形愈大。因此工序加工余量应取大一些，以便通过本道工序消除变形量。总加工余量（毛坯余量）和工序余量要分别确定总加工余量的大小与所选择的毛坯制造精度有关。粗加工工序的加工余量不能用查表法确定，应等于总加工余量减去其他各工序的余量之和。我加工的工艺件为单件生产，所以采用经验估算法，根据公式:Z=a-b，Z=da-db 估算出本工艺件的工序余量为：工序一：估算表面余量为3，单边余量为5，双边余量为10工序二：估算表面余量为3，单边余量为5，双边余量10总余量为两工序余量之和：365.4.2确定背吃刀量背吃刀量应根据加工余量确定。粗加工时应尽量用一次走刀切除全部加工余量，当加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度不够、断续切削及切削时冲击振动较大时，可分几次走刀。多次走刀时，应将第一次的背吃刀量取大些，一般为总加工余量的2/33/4。在中等切削功率的机床上，粗加工背吃刀量可达810 mm，精加工背吃刀量可取为0.10.5 mm。工序一：粗、精铣反面 工步1：铣上平面,根据零件的加工余量和刀具，取ap=3，ae=40工步2：粗铣下表面，取ap=5， ae=4工步3：精铣下表面，取ap=10， ae=0.5工序二：粗、精铣正面工步1：铣下平面,根据零件的加工余量和刀具，取ap=3，ae=40工步2：粗铣凹槽轮廓，取ap=5， ae=5工步3：精铣凹槽轮廓，取ap=9， ae=0.5工步4：钻孔，取ap=4， ae=1工步5：铰孔，取ap=4， ae=0.5 工步7：精铣10内圆内轮廓，取ap=4， ae=0.5 5.4.3确定进给速度1确定进给量进给量是数控铣床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制。 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给量。一般在100200mm/min范围内选取。 2）当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给量应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。 生产实际中多采用查表法、经验法确定合理的进给量。粗加工时，根据工件材料、铣刀直径及已确定的背吃刀量来选择进给量；在半精加工和精加工时，则按加工表面粗糙度要求，根据工件材料，切削速度来选择进给量。2进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。 2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。 3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。 4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。5.4.4确定主轴转速1确定切削速度 确定的最终目的是确定铣床主轴转速。生产中经常根据实践经验和有关手册资料选取切削速度，然后算出主轴转速。 在生产中选择切削速度的一般原则是： （1）粗铣时，背吃刀量和进给量较大，故选择较低的切削速度；精铣时，背吃刀量和进给量均较小，故选择较高的切削速度。 （2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的切削速度。 （3）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。 2确定主轴转速主轴转速的计算公式为： n=1000Vc/D 式中切削速度的单位为m/min，由刀具的耐用度决定； n主轴转速，单位为 r/min； D铣刀直径，单位为mm。 计算出主轴转速n后，在CAD/CAM编程软件主轴转速设置栏中输入接近的转速。主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 式中 v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n- -主轴转速，单位为 r/min； D-工件直径或刀具直径，单位为mm。 计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。5.5确定切削速度、主轴转数及进给量的具体数值主体加工条件：工件材料：HT200。机床：VMC750E立式加工中心（HNC-21m）。工件毛坯尺寸：15312330。5.5.1铣反面 机床：VMC750E 铣反面刀具：80mm盘铣刀切削速度Vc 参考数控加工工艺及设备表5-3可知：Vc=90m/min确定主轴转速nsns=561.2r/min(取整数ns=600r/min)进给量F=fzzn 参考数控加工工艺及设备表5-2，取进给量fz=0.15 mm/z则进给量F= fzzn=0.153561.2=75.54mm/min(取整数F=80mm/min)5.5.2 铣正面及凹槽外轮廓1.铣削加工正平面 机床：VMC750E 铣削加工下平面，保证总体尺寸高度34mm。刀具：80mm盘铣刀切削速度Vc 参考数控加工工艺及设备表5-3可知：Vc=90m/min确定主轴转速nsns=561.2r/min(取整数ns=600r/min)进给量F=fzzn 参考数控加工工艺及设备表5-2，取进给量fz=0.15 mm/z则进给量F= fzzn=0.153578=67.5mm/min(取整数F=70mm/min)2粗铣正面及凹槽外轮廓 机床：VMC750E 粗铣正面及凹槽外轮廓刀具：5mmHSS键槽铣刀切削速度Vc 参考数控加工工艺及设备表5-3可知：Vc=18m/min确定主轴转速nsns=575.9r/min(取整数ns=600r/min)进给量F=fzzn 参考数控加工工艺及设备表5-2，取进给量fz=0.1 mm/z则进给量F= fzzn=0.12575.9=78.9mm/min(取整数F=80mm/min)3精铣正面及凹槽外轮廓刀具：10mmHSS键槽铣刀切削速度Vc 参考数控加工工艺及设备表5-3可知：Vc=38m/min确定主轴转速nsns=794.8r/min(取整数ns=800r/min)进给量F=fzzn 参考数控加工工艺及设备表5-2，取进给量fz=0.02 mm/z则进给量F= fzzn=0.022794.8=57.64mm/min(取整数F=60mm/min)5.6编制数控加工程序（附程序单）1、 铣上平面%O4554N5 G90 G40 G80 G17N10 M6 T1N15 M3 S800N20 G0 G90 G43 Z28.N25 X-53.129 Y-92.624N30 Z25.5N35 G1 Z22. F500.N40 X106.002 Y-12.867N45 X99.393 Y.319N50 X-59.738 Y-79.438N55 X-66.348 Y-66.251N60 X92.784 Y13.506N65 X86.175 Y26.692N70 X-72.957 Y-53.065N75 X-79.566 Y-39.879N80 X79.566 Y39.879N85 X72.957 Y53.065N90 X-86.175 Y-26.692N95 X-92.784 Y-13.506N100 X66.348 Y66.251N105 X59.738 Y79.438N110 X-99.393 Y-.319N115 X-106.002 Y12.867N120 X53.129 Y92.624N125 Z28.N130 G0 X-53.129 Y-92.624N135 Z22.5N140 G1 Z20. F500.N145 X106.002 Y-12.867N150 X99.393 Y.319N155 X-59.738 Y-79.438N160 X-66.348 Y-66.251N165 X92.784 Y13.506N170 X86.175 Y26.692N175 X-72.957 Y-53.065N180 X-79.566 Y-39.879N185 X79.566 Y39.879N190 X72.957 Y53.065N195 X-86.175 Y-26.692N200 X-92.784 Y-13.506N205 X66.348 Y66.251N210 X59.738 Y79.438N215 X-99.393 Y-.319N220 X-106.002 Y12.867N225 X53.129 Y92.624N230 Z28.N235 M5N240 G91 G28 Z0.N245 G91 G28 X0. Y0. A0. B0. C0.N250 G90N255 M30%2 精铣体积块（各凹槽）%O100N5 G90 G40 G80 G17N10 M6 T1N15 M3 S500N20 G0 G90 G43 Z28.N25 X101.987 Y-22.71N30 Z25.5N35 G1 Z24. F300.N40 X-42.841 Y-95.298N45 X-44.185 Y-92.616N50 X100.642 Y-20.028N55 X99.298 Y-17.346N60 X-45.529 Y-89.934N65 X-46.874 Y-87.252N70 X97.954 Y-14.664N75 X96.61 Y-11.982N80 X-48.218 Y-84.57N85 X-49.562 Y-81.888N90 X95.266 Y-9.(中间省略了很多行)N795 M5N800 G91 G28 Z0.N805 G91 G28 X0. Y0. A0. B0. C0.N810 G90N815 M30%3 钻孔%O33N5 G90 G40 G80 G17N10 M6 T1N15 M3 S500N20 G0 G90 G43 Z60.N25 X-49.17 Y-24.644N30 G0 Z30.N35 G1 X-49.17 Y-24.644 Z-1.502 F300.N40 G0 Z30.N45 Z60.N50 X0. Y0.N55 Z30.N60 G1 Z-1.502 F300.N65 G0 Z30.N70 Z60.N75 Z28.N80 M5N85 G91 G28 Z0.N90 G91 G28 X0. Y0. A0. B0. C0.N95 G90N100 M30%总 结本次毕业设计是为了让我们更清楚地理解怎样确定零件的加工方案，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础，最后让我们在数控加工中心上加工出该零件并达到图纸要求。 数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机械专业的人才带来新的机遇和挑战。此次设计让我们毕业生更好的熟悉数控加工中心，确定加工工艺，学会分析零件为走上工作岗位打下基础。在大三的最后一个学期，我过得既充实又繁忙。从选题的那天起，我就开始了我的毕业设计。在毕业设计的这段时间里，我有很多的感触，它带给我的价值是巨大的，这将对我的以后工作产生重要的影响。 在这次的设计中，老师“放手”我们去做。在这过程中我学会了独立的思考问题和发现问题。通过这次的设计，对我们所学习的专业知识有了更清楚的认识，是我不知不觉的喜欢上了我们的专业。现在我可以说，我完全可以单独完成一个简单产品的设计加工。在这里我也深刻的知道，我在实践方面是很不够的，这将在以后的工作中慢慢去领悟、学习。参考文献1顾京，王震宇数控加工编程及操作：M北京：高等教育出版社，2003。2赵长明，刘万菊数控加工工艺及设备：M北京：高等教育出版社，2003。3方沂，张永丹数控机床编程与操作：M北京：国防工业出版社，1999。4刘力，王冰机械制图：M北京：高等教育出版社，2000。5胡荆生，胡瑞华公差配合与技术测量基础：M北京：中国劳动社会保障出版社，2000。6王孝达，田柏龄金属工艺学：M北京：高等教育出版社，1997。7夏凤芳数控机床：M北京：高等教育出版社，2005。8刘守勇，刘彦竹机械制造工艺与机床夹具：M北京：机械工业出版社，2005。9华茂发，唐健数控机床加工工艺：M北京：高等教育出版社，2002。10华中科技大学华中世纪星车床数控系统HNC-21/22T编程说明书：2003。11华中科技大学华中世纪星车床数控系统HNC-21/22T操作说明书：2003。致 谢在毕业期间，无论是确定设计方案，收集资料。还是制作硬件，撰写论文，我都得到了指导老师的全力帮助和耐心指导。XX老师学识渊博，治学严谨，平易近人，是我学习和生活的榜样，在此我特向孙老师表示最崇高的敬意和由衷的感谢。大学四年的生活转眼就要结束了，这四年是我人生中最重要的学习时间在大学校园里，我不仅学到了丰富的专业知识，更学到了终身受用的学习方法和积极的生活态度，通过对各门课程的学习和与相关专业老师的沟通，使我深感机会难得，获益匪浅，母校严谨的学风和老师的广博丰富的知识令我敬佩，各位老师的悉心授课使我对机电专业有了更多、更深层的认识，为以后的学习和工作打下坚实的基础。此时此刻，我要感谢机电系的全体老师四年来对我的指导和帮助，他们广博精湛的学识、严谨的治学态度，使我得到的不仅是知识，还有他们对知识孜孜不倦的追求精神及做人的品质，这将使我终身受益，尤其对孙老师表示由衷的感谢。孙老师在百忙之中对我的设计给予了细心的指导和耐心的指导。他在学术上精益求精，一丝不苟的精神和工作上严谨求实的作风，以及忘我的学习态度给我留下了深刻印象。另外在设计过程中还得到了其他同学的大力帮助，在此表示感谢，我将在以后的工作中继续努力，不断学习。在不久的将来努力成为一名优秀的工程师。最后再次感谢母校和各位老师对我四年的培养和帮助。- 25 -