数控铣削铝合金盖板的加工【优秀毕业课程设计】

无锡职业技术学院 毕业设计（论文） 题 目 数控铣削铝合金盖板的加工 英文并列题目 院 系 数控技术 班 级 数控 11132 学生姓名 姚耕来 学 号 1010113235 所在团队 指导老师（ 1） 秦丰 职 称 讲师 指导老师（ 2） 职 称 答辩委员会主任 主答辩人 二 零 一 四 年 三 月 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 2 页 共 25 页 前言 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 备工业的技术水平和现代化 程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装 备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 编者 姚耕来 2014 年 03 月 10 日 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 3 页 共 25 页 目录 前言 一章 绪论 一节 数控铣床的简介 二节 本论文研究的目的及意义 二章数控铣床的概况 一节数控铣床的组成和工作原理 二节数控铣床的分类 三节数控铣床的主要功能和加工特点 三章数控加工的准备阶段 一节 数控加工刀 具的要求 二节 装夹方式和夹具的选择 四章 工艺设计 一节 零件图纸 二节 材料的选择 三节 铣床的对刀 四节 零件的加工工艺性分析 五节 编制加工工艺过程 六节 编制数控刀具 ,加工工艺卡 和工序卡 五章 模 一节 图 二节 程序 结 谢 考文献 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 4 页 共 25 页 第一章 绪论 第一节 数控铣床的简介 数字控制技术（ 简称数控技术，是指用数字化的信息实现加工自动化的控制技术。控制对象不仅可以是位移、角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量，这些量的大小不仅是可以测量的，而且可以经 A/D 或 D/A 转换，用数字信号来表示。数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，是机械加工现 代化的重要基础与关键技术。 数控铣床使用计算机数字化信号控制的铣床。它可以加工由直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓，也可以直接用逼近法加工非圆曲线构成的平面轮廓（采用多轴联动控制），还可以加工立体曲面和空间曲线。它可进行镗、铣、扩、铰等多种工序的加工，主要适用于板类、盘类、壳体类等复杂零件的加工，特别适用于汽车制造业和模具业。 第二节 本论文研究的目的及意义 使我们了解数控铣床的加工工艺范围、特点、方式、及加工对象，掌握常用刀具的选用、夹具的使用等。通过对数控技术的发展，极大地改变了人们的制造手段和方法，本文通过 对数控铣床及数控系统的介绍和典型铣床零件的加工规程的分析从而进一步提高对数控铣床的认识程度，并掌握铣床零件加工的规程。 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 5 页 共 25 页 第二章数控铣床的概况 第一节 数控铣床的组成和工作原理 数控技术是现代制造技术的基础。它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。数控机床替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。 目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点。数控技术 的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业。数控技术是当今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一，它使传统制造工艺发生了显著的、本质的变化。随着数控技术的不断发展和应用，工艺方法和制造系统的不断更新，形成了 一系列具有划时代意义的新技术、 新工艺的制造系统。 开环系统不需要位置和速度检测功能的控制系统，一般采用步进电机作为驱动元件。 因此控制简单、价格低廉、精度低，可靠性和稳定性难以保障。 半闭环系统位置和速度检测元件一般是安装在伺服电机的非输出轴端上，稳定性相对较好，调试、维修简单，精度比较高。 全闭环系统位置和速度检测元件一般是安装在机床工作台或某些部件上，精度和稳定性高，但调试、维修较麻烦。 数控铣床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。数控装置的作用是把控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。也就是通过计算机控制铣削。 第二节 数控铣床的分类 数控铣床是一种加工功能很强的数控机床， 目前迅速发展起来的加工中 心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时，也一直把铣削加工作为重点。 1. 按主轴的位置分类 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 6 页 共 25 页 1) 数控立式铣床 数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。 从机床数控系绕控制的坐标数量来看，目前 3 坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行 3 坐标联动加工，但也有部分机床只能进行 3个坐标中的任意两个坐标联动加 工 (常称为 标加工 )。此外，还有机床主轴可以绕 X、 Y、 Z 坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的 4 坐标和 5 坐标数控立铣。 2) 卧式数控铣床 与通用卧式铣床相同，其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盘或万能数控转盘来实现 4、 5 坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。 3) 立卧两用数控铣床 目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床 的主轴方向可以更换，能 达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。 2. 数控铣床按构造上分类 1) 工作台升降式数控铣床 这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。小型数控铣 床一般采用此种方式。 2) 主轴头升降式数控铣床 这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动 ，且主轴沿垂向溜板上下运 动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。 3) 龙门式数控铣床 这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则 沿床身作纵向运动。大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。 第三节数控铣床的主要功能和加工特点 各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。 1、点位控制功能 此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 7 页 共 25 页 2、 连续轮廓控制功能 此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。 3、 刀具半径补偿功能 此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。 4、刀具长度补偿功能 此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。 5、比例及镜像加工功能 比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴 对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。 6、旋转功能 该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。 7、子程序调用功能 有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。 8、宏程序功能 该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。 数控铣 床的加工通常具有以下的优点： 用性强 数控铁床的最大特点是高柔性，即灵活、通用、万能，可以加工不同形状的工件。在数控铣床上能完成钻孔、镗孔、校孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面 (凸轮 )、攻螺纹等加工。在一般情况下，可以一次装夹就完成所需要的加工工序。 现在，数控装置的脉冲当量通常是 精度的数控系统能达到 m，通常情况下都能保证工件精度。另外，数控加工还避免了操作人员的操作失误，同一批加工零件的尺寸同一性好，很大程度上提高无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 8 页 共 25 页 了产品质量。 因为数控铣床具有较高的加工精度，能加工很多普通机床难以加工或很本不能加工的复杂型面，所以在加工各种复杂模具时更显出其优越性。 数控铣床上通常是不使用专用夹具等专用工艺软备。在更换工件时，只需调用储存于数控装置中的加工程序、装夹工件和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期。其次，数控铣床具有铣床、铣床和铣床的功能，使工序高度集中 外，数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量。数控铣床具有快进、快退、快速定 位功能，可大大减少机动时间。据统计，数控铣床加工比普通铣床加工生产效率可提高 35 倍，对于复杂的成形面加工，生产效率可提高十几倍，甚至几十倍。 此外，采用数控铣床还能改善工人的劳动条件，大大减轻劳动强度。 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 9 页 共 25 页 第三章数控加工的准备阶段 第一节 数控加工刀具的要求 1）铣刀刚性要好 一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要； 二是为适应数控铣床加工过程中难 以调整切削用量的特点。 2）铣刀的耐用度要高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。 除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。 刀种类 1）面铣刀 2）成型铣刀 3)球头铣 4)鼓形铣刀 第二节 装夹方式和夹具的选择 数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，要求有以下两点： 1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。 2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 综合以上分析可选用：平口钳。 对夹具选择的基本要求： 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 10 页 共 25 页 1）为保持零件安装方位与机床坐标系及程编坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安 装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系。 2）为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。 3）夹具的刚性与稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。 常见的夹具 ： 机械式平口钳 液压式平口钳 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 11 页 共 25 页 第四章 工艺设计 第一节 零件图纸 第二节 材料的选择 由于各种机械的用途和性能不同，其零件的材料、结构和技术要求也各不相同。零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 根据图纸要求选用 7050 铝合金，材料为毛坏 50 140 240 铝材料。 第三节 铣床的对刀 1. 数控铣床的准备工作： 1）数控铣床工作前要有预热（一般情况主轴 500 转速空运行 15 到 30 分钟），认真检查润滑系统工作是否正 常，如机床长时间未开动，可先采用手动方式各部分供油润滑 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 12 页 共 25 页 2）使用的刀具应该、与数控铣床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换 3）调整刀具所用工具不要遗忘在数控铣床内 4）大尺寸轴类零件中心孔是否合适，中心孔如果太小，工作中容易发生危险 5）刀具安装好后应该进行一、二次试切削 6）检查卡盘夹紧工作的状态 7）数控铣床开动前，必须关好机床防护门： 装工件，刀具主轴正转 500 对 X 轴 : 将刀移到工件一侧 轻碰 提刀上来，相对坐标 X 清零 移刀到工件另一侧，记录当前坐标 将刀移到 处， X 清零 对 Y 轴 : 将刀移到工件一侧 轻碰 提刀上来，相对坐标 Y 清零 移刀到工件另一侧，记录当前坐标 将刀移到 处， Y 清零 对 Z 轴（对工件表面清零即可） 设置工件坐标： 1）对刀完成后（到在 0 2)坐标 一般 全设 3)将刀提到安全高度 第四节 零件的加工工艺性分析 面粗糙度为 用粗铣 于未对孔有特殊精度要求，那么可以根据自己的想法进行加工，这里本人为了减少步骤，先钻孔，再用铣刀进无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 13 页 共 25 页 行铣削 。 第五节 编制加工工艺过程 - 工艺过程如下表 1号 工序内容 定位工具 1 装夹工件，夹持工件 240400方体铝块 液压式平口钳 2 铣平面保证尺寸 37 压式平口钳 3 钻孔 60，为通孔 液压式平口钳 4 钻孔 2*12,10 和 椭圆通透 液压式平口钳 5 钻孔 4*10 孔深 20 压式平口钳 表 1六节 编制数控刀具 ,加工工艺卡和工序卡 两配合件要求外形轮廓相配销孔相配，配合间隙要求等于 图形可以出轮廓的周边曲线圆弧和 粗糙值要求都比较高，零件的装夹采用平口钳。在安装工件时，需要注意工件安装要放在钳口中间部位，安装台虎钳时，要固定好钳口，工件被加工部分要求高出钳口，避免刀具与钳口发生干涉。加紧时，注意工件上浮。先加工件上表面，再加工件下表面，加工坐标系 立在工件表面上，零件的对称中心处。 工件上表面加工工序为： 1、粗铣上表面，保证尺寸不小于 140 240 17，选用 10 立 铣刀（ 2、粗铣下表面，选用 10 立 铣刀（ 3、粗铣上内轮廓，选用 8 立 铣刀（ 4、精铣 4*10 孔，选用 8 立 铣刀（ , 5、精 铣孔 16，孔 2*24 和 椭圆，选用 6 球头铣刀（ 6、精铣孔 10，孔 2*12 和 椭圆，选用 8 立 铣刀（ 7、精铣上表面，选用 8 球头铣刀（ 8、精铣下表面，选用 8 球头铣刀（ 9、精铣上内轮廓，选用 6 球头铣刀（ 10、精铣孔 30，选用 8 立 铣刀（ 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 14 页 共 25 页 工件的刀具卡片 如下表 1具号 刀具名称 刀具 备注 直径 (刀长（ 铣刀 10 75 粗铣 表面 铣刀 8 75 精铣 孔 头铣刀 6 60 精铣 孔和其中圆角 头铣刀 8 60 精 铣 表面 和其中圆角 表 1件的加工工序卡片 如下表 1业设计 数控加工工艺卡 零件号 零件名称 材料 1 盖板 7050铝合金 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 数控铣床 台虎钳 工布内容 刀具号 主轴转速r/给速度mm/吃刀量 备注 1 粗铣上表面 ，留余量 1 01 2000 62 3 粗加工 2 粗铣下表面 ，留余量 1 01 2000 62 3 粗加工 3 粗铣上内轮廓 ，留余量 1 02 2000 50 3 粗加工 4 精铣 4*10孔 000 50 加工 5 精铣孔 16 000 37 加工 6 精铣孔 10 000 50 加工 7 精铣上表面 500 37 加工 8 精铣下表面 000 50 加工 9 精铣上内轮廓 500 28 加工 10 精铣孔 30 000 25 加工 表 1锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 15 页 共 25 页 第五章 模 第一节 图 一、首先先进 入到 件的界面 1，选择并进入到 件界面，并选择点击“起始”然后点“建模”，如图2示： 图 2：在进入到建模后的界面时，点击草绘图标，同时进入到草绘的界面，选择一个合适的平面进行绘制。 在完全进入到草绘的功能下然后可以在绘图区域内部绘制出来，可以先考虑该零件图形的特征，先将参考线绘制好，然后选中，设置为参考线。如下图所示： 全部选中已绘制线段，将其设置为参考线段，如下图所示： 在设置完前期的一些准备工作外同时，开始对零件的草绘工作进行零件图的前期绘制，即就是零件图形的主视图形的草 绘图形的绘制，如图所示就是草绘图在前期的绘制完成后的状况： 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 16 页 共 25 页 由上图可以得出两个不同的草绘图，在该图中，研究先进行拉伸长方形的外廓，然后再进行拉伸去除体，矩形框架。： 下图是在外廓基础上拉伸出来的去除材料体。 在对零件的上表面进行了一次拉伸去除材料后，再进行下一次的拉伸去除材料操作，进入草绘图形之前，先要选择立体图形零件的上表面如图 2示： 图 2选择了上表面后，对其进行绘制草图的特征形状 ，如下图 2示： 无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 17 页 共 25 页 图 2入 境 ，如图 2示 图 2锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 18 页 共 25 页 选择“ 可进入到平面加工设置中，可以进行加工前的操作，可设置 工艺路线。 创建程序选 入名称 定 创建刀具选 入名字 定刀具直径确定 后处理选 二节 程序 % 40 90 0020 28 0030 06 0 1000 0050 00 0070 0080 0090 08 0110 0120 0130 0140 0150 0160 0170 0180 0190 0200 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 19 页 共 25 页 3 0220 0230 0240 0250 0260 0270 0280 0290 0300 0310 0320 0330 0340 0350 0360 0370 0380 0390 0400 0410 0420 0430 0440 0450 0460 0470 0480 0490 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 20 页 共 25 页 0510 0520 0530 0540 0550 0560 0570 0580 0590 0600 0610 0620 0630 0640 0650 0660 0670 0680 0690 0700 0710 0720 0730 0740 0750 0760 0770 0780 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 21 页 共 25 页 1 0800 0810 0820 0830 0840 0850 0860 0870 0880 0890 0900 0910 0920 0930 0940 0950 0960 0970 0980 0990 1000 1010 1020 1030 1040 1050 1060 1070 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 22 页 共 25 页 1090 1100 1110 1120 1130 1140 1150 1160 1170 1180 1190 1200 1210 1220 1230 1240 1250 1260 1270 1280 1290 1300 1310 1320 1330 1340 1350 1360 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 23 页 共 25 页 0 1380 1390 1400 1410 1420 1430 1440 1450 1460 1470 1480 1490 1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 1610 1620 1630 1640 1650 锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 24 页 共 25 页 1670 1680 1690 1700 1710 1720 1730 1740 1750 1760 1770 1780 1790 1800 总 结 通过本次毕业设计，使我更加扎实的掌握有 关 方面的知识， 在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在 ,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师 和同学 的帮助下，终于游逆而解。 短短几周的毕业设计，使我发现自己所掌握 的知识是如此贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此不足，两年来学习了那么多课程，今天才知道自己并不会用。在这次作毕业设计的时间里自己又学到了很多知识，让我由理论转变为实际的一个转折，也让我懂得：“没有指导的实践是盲目的实践，没有实践的无锡职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 第 25 页 共 25 页 理论是空洞的”这句话的深刻含义。进一步理解了所学过的理论知识及具体运用这些知识。 设计 期间 ，使我对工艺人员从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书，同时也学会了编制工艺规程和选择计算切削用量。 懂得 运用所学知识进行分析问题、综合解决实际问题等方面的能力。 致 谢 三年的学习即将结束 ,在此我衷心地感谢指导我的秦丰老师，在他的耐心教导和无私帮助下，我顺利的完成了毕业设计，同时他严谨和谦给我留下了深刻的 印象。 经过制作这次的毕业设计，使我的理论知识和实际操作能力都得到一个很大的提高，能更好的掌握 ，资料文献查阅检索能力有了很大的提高。这次是对我自身的一次充电，把我三年所学进行了一次总结，并有所提高。期间由于实习，遇到种种问题，秦老师给予了理解和鼓舞，遇到困难秦丰老师总 是热心帮助我们，对此我表示表示衷心的感谢。 参考文献 1机械制造工艺与装备倪森寿 主编， 北京：化学工业出版社， 2009 2机械制图 姚民雄 主编 , 北京：电子工业出版社 ,2009 3数控机床加工程序编制 顾京 主编，北京：机械工业出版社， 2009 4切削用量简明手册艾兴 肖诗纲 主编，北京，机械工业出版社， 2002 5