复杂典型壳体零件的数控铣削加工工艺及编程仿真

典型零件的数控加工工艺及编程仿真摘 要数控技术是技术性极强的工作，尤其在机械加工领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。此次的设计任务是对零件的加工工艺设计与程序编制及加工，利用绘图软件 AutoCAD将零件的二维图画出来,用 UG 软件画出三维图形。然后是通过应用 UG 软件、机械设计资料和所学的知识对机械零件进行工艺分析、三维建模、数控加工编程及加工。工艺分析是设计产品重点；三维建模、数控加工编程是 UG 软件的重点所在，具有操作简单和修改方便等优点；加工是对所设计的产品进行编程仿真加工。关键词: UG 软件,工艺分析,建模,编程,加工IAbstractThe numerical control technology is a highly technical work, especially in the field of mechanical processing is the most widely used, so it requires employees with high knowledge of mechanical processing technology, CNC programming knowledge and skills. The design task is the machining process design and programming and processing, the drawing software AutoCAD will be out of the picture parts of the two-dimensional, then use the UG software to draw three-dimensional graphics.Then through the application of UG software, mechanical design data and knowledge of mechanical parts for process analysis, 3D modeling, NC programming and machining. Process analysis is focus on product design; 3D modeling, NC programming is the key of UG software, has the advantages of simple operation and easy modification; processing is to detect the design of products.Keywords: UG software, process analysis, modeling, programming, processingII目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 数控加工技术国内外发展现状 .11.1.1 我国数控技术发展现状 .11.1.2 与国外的差距 .11.2 数控加工技术国内外现状 .2第二章 基于 UG 的建模造型 .32.1 UG 软件功能简介 .32.2 基于 UG 的典型零件的参数化造型 .42.2.1.新建文件 .42.2.2 建立上表面外轮廓特征 .52.2.3 建立上表面内轮廓特征 .72.2.4 下表面特征的建立 .8第三章 零件的数控加工工艺 .113.1 零件的结构特点分析 .113.2 确定毛坯 .113.3 定位基准的选择和工艺路线的安排 .113.3.1 定位基准 .113.3.2 工艺路线的安排 .123.4 夹具的选择 .123.5 刀具的选择 .133.6 切削液选择 .143.7 切削用量的选择 .153.8 机床的选择 .183.9 填写工艺过程卡 .19第四章 零件的数控程序编制 .204.1 编程方法的选择 .204.2 软件编程操作 .204.3 程序加工与仿真 .26总结 .28致谢 .29参考文献 .300第一章 绪论1.1 数控加工技术国内外发展现状传统的机床延伸了人的体力，成为工作母机，而数控技术赋予机床一个大脑，使机床变得越来越“聪明”。数控技术已经从被动执行运动指令发展到能够“感知”机床的温度、振动、能耗等工况并加以调整和控制，在线测量工件尺寸、刀具破损和预测刀具寿命，以及防止刀具和运动部件干涉，甚至为操作者进行语音导航或发送短消息。数控机床具备智能化功能可以保证机床自动适应加工环境的变化，从而使机床操作更加便利，精度更加稳定，效率更加提升。数控系统的前瞻控制和轨迹平滑处理技术、位置与速度精确控制技术、工厂总线和网络技术显著提高了系统动态性能和控制精度，保证了数控机床的高速化、高精度和多轴联动的稳定性和可靠性。1.1.1 我国数控技术发展现状近年来，我国数控加工技术发展迅速，国产数控车床已完全能满足国内市场需要。高性能的卧式车削中心和车铣复合中心，通过合资、引进技术和自主开发，某些产品已能满足部分国内高端用户要求。但是，卧式车铣复合加工中心、带 Y轴或 C 轴的卧式车削中心、双主轴卧式车削中心和高精度卧式车削中心仍然主要依靠进口。1.1.2 与国外的差距1 经营理念的差距国内某些企业的“市场导向”观念是短视的、狭隘的，仅仅局限于产品的销路好坏，简单地卖产品，所谓的售后服务就是修机床。以客户为中心、聚焦客户需求，提供解决方案，为客户创造价值，从产品竞争转向服务竞争还没有成为企业的核心经营理念。特别是对高端客户的需求，国内机床企业往往所供非所需，所需不能供。目前情况虽有所改善，但仍然没有从根本上改变。国内某些企业忽视技术集成的重要性，把自己局限在生产机床设备的范畴，没有认识到软、硬件集成会给客户带来创造价值的巨大潜力。国外领先的机床企业普遍将软、硬件集成作为产品结构调整的重要途径。例如，德马吉公司的 Power Tool 软件包，马扎克公司的 Cyber Production 管理系统，GF 阿奇夏米尔公司的Smart Machine 过程监控系统，西门子公司 828D 的 ShopMill 和 Program Guide 编程软件等。2 关键技术的差距与机床制造强国相较，我国数控机床在结构、技术水平、创新和研发能力等方面都还存在明显的差距。基础技术、关键技术和共性技术尚未完全掌握。聚焦1客户需求，研发个性化的产品，开发专门化的数控机床，为用户提供全面解决方案的能力薄弱。特别是高性能数控系统和核心功能部件的发展滞后于主机，市场占有率很低，已成为制约我国数控机床产业发展的主要瓶颈。关键技术的差距最终反映在国产数控机床产品的可靠性和精度稳定性。即使数量较大的、我国能生产的、技术比较成熟的数控机床，如立式加工中心、中小规格卧式加工中心、数控车床等产品的市场由于可靠性和精度保持性等方面略逊一筹，外国公司也因而占有相当市场份额。3发展战略的差距国内企业在制定发展战略时往往是以开发某种产品成为主线，大多数是一种跟随和模仿外国领先企业产品的策略。有竞争力的企业应该将视线越过竞争对手而移向客户的隐现和潜在需求，跨越现有的竞争边界，从既定市场结构下的定位选择向改变市场结构转型，即“引导市场”。引导市场是一种积极主动的战略，其特征是以自主原创的新技术、新产品引导并满足市场不断发展的需求，提升客户的技术水平，为客户追求利润最大化，为自身开拓新的利润空间。它将改变市场的结构，向市场提供超前的新产品，引导客户认识新产品，使用新产品，受惠于新产品。1.2 数控加工技术国内外现状近年来，随着国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业需求量的大幅增长，我国数控机床也取得了快速发展。中国通过引进技术、消化吸收和科技攻关、开发自主版权数控系统两个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好的技术基础。数控机床新开发 1300 个品种，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到了八十年代的中期水平，部分达到国际九十年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平的数控机床。数控系统的开发与生产也取得了一定成果：目前已新开发出 80 个品种。数控系统是数控机床的核心技术，其品种多少与质量好坏直接影响到国产数控机床的发展。多年来，国外发达国家对向我进口高挡数控系统实行禁运政策。因此，自“七五”以来，国家一直把 CNC 系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的 CNC 系统，掌握了国外一直对中国封锁的一些关键技术，为中国数控系统的自行开发、生产奠定了基础。大部份数控机床配套产品已能生产，自我配套率超过 60%。2第二章 基于 UG 的建模造型2.1 UG 软件功能简介UG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software 公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX 针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG 同时也是用户指南（user guide）和普遍语法（Universal Grammer）的缩写。这是一个交互式 CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着 PC 硬件的发展和个人用户的迅速增长，在 PC 上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG 的开发始于 1969 年，它是基于 C 语言开发实现的。UG NX 是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。工业设计NX 为那些培养创造性和产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力的解决方案。利用 NX 建模，工业设计师能够迅速地建立和改进复杂的产品形状， 并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求。产品设计NX 包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。 NX 具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。 NX 优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。仿真、确认和优化NX 允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。NC 加工3UG NX 加工基础模块提供联接 UG 所有加工模块的基础框架，它为 UG NX 所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可 NC 加工用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG 软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。UG NX 的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于世界上主流 NC 机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于 25 轴或更多轴的铣削加工、24 轴的车削加工和电火花线切割。 2.2 基于 UG 的典型零件的参数化造型图 2.1 零件图该零件如图 2.1 零件图主要运用了 UG 软件中的草图功能、拉伸、边倒角、边倒圆、孔、布尔求差等功能建模完成、总的来说该零件的造型比较复杂，最终完成三维图的造型。2.2.1.新建文件 （1）在 UG 中，单击菜单栏中的【文件】/【新建】，或单击 按钮，弹出【文件新建】对话4（2）在【模板】列表框中选择【模型】选项，分别在“名称”和“文件夹”文本框中框，在文件框中输入“UG3D.PRT”以及选择文件存放地址(如图 2.2)，单击【确定】按钮，进入 UG 主界面。图 2.2 新建模型2.2.2 建立上表面外轮廓特征（1）进入建模模块，选择绘制草图，选 XY 平面作为基准平面，如图 2.3 所示。图 2.3 创建草图（2）点击确定进入草图后，根据尺寸我们使用、直线、圆弧、快速修剪、等指令完成下图，如图 2.4，使用自动判断的尺寸对草图进行约束。5图 2.4 绘制草图（3） 完成草图后，推出草图。点击拉伸按钮进行拉伸，选择草图外面的轮廓线和圆拉伸曲线，拉伸方向，拉伸距离为 8mm，矢量方向为 Z 向，布尔方式选择无，如图 2.5，点击确定，完成第一次拉伸方块的创建。图 2.5 拉伸方块（4）完成第一次拉伸后。继续点击拉伸按钮进行拉伸，选择草图外面的两圈的轮廓线拉伸曲线，拉伸方向，拉伸距离为 12mm，矢量方向为 Z 向，布布尔方式选择中间方块，使用求和的方式，如图 2.6，点击确定，完成第二次拉伸方块的创建。6图 2.6 拉伸参数2.2.3 建立上表面内轮廓特征（1）选择绘制草图，选 XY 平面作为基准平面。（2）使用插入-曲线中椭圆的命令（如图 2.7），在 XY 平面上绘制一个大半径 10mm 小半径 6mm 的椭圆如图 2.8，点击确定，可在图中看到效果图。图 2.7 椭圆命令图 2.8 绘制椭圆草图（3）完成草图的建立后，拉伸椭圆深度为 3mm。使用引用几何体的命令，旋转椭圆角度为 90 度，数量为 3 个。然后对旋转出来的特征进行求差，建立完成如图 2.9 所示。7图 2.9 椭圆槽示意图（4）对内表面两个凸台进行草图绘制，并且拉伸建立特征，对零件进行倒圆角、倒角完成零件上表面特征的创建。如图 2.10 所示图 2.10 上表面特征2.2.4 下表面特征的建立（1）选择建立草图，指定工件表面作为基准平面。点击确定进入草图后，根据尺寸我们使用、直线、圆弧、快速修剪、等指令完成下图，如图 2.11，使用自动判断的尺寸对草图进行约束。图 2.11 凸台的草图绘制8（2）完成草图后，退出草图。点击拉伸按钮进行拉伸，选择草图外面的轮廓线和圆拉伸曲线，拉伸方向，拉伸距离为 9mm，矢量方向为 Z 向，布尔方式选择求和，如图 2.12，点击确定，完成凸台的创建。图 2.12 拉伸凸台（3）完成拉伸后，继续选择草图指令，在工件表面上继续绘制草图，进行尺寸标注，如下图 2.13。图 2.13 绘制草图（4）完成草图后，退出草图。点击拉伸按钮进行拉伸，选择草图外面的轮廓线和圆拉伸曲线，拉伸方向，拉伸距离为 5mm，矢量方向为 Z 向，布尔方式选择求和，如图 2.13，点击确定，完成凸台的创建。9图 2.14 倒圆角（5）接下来对零件几个角落进行倒角，完成下表面的建模如图 2.15。图 2.15 下表面三维图10第三章 零件的数控加工工艺3.1 零件的结构特点分析从图 2.1（若插图不清晰请见附件 CAD 零件图）中可以看出该零件主要由通孔，异形凸台，半圆弧凸台，椭圆槽，长方形等组成。其中表面粗糙度如图 3.1 所示24 孔粗糙度为 Ra1.6um，其余粗糙度为 Ra6.3um。此零件上公差最小为0.03mm，所以加工时要考虑其加工的精度，此零件没有其他形位公差，但零件工序复杂表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。在切削用量中需注意保证零件不变形等。按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工。在数控加工中，我们需要按照图纸的技术要求进行加工，方能成为合格的产品。以下为本零件图纸的技术要求。1.为注长度尺寸偏差0.5mm2.为注倒角 C0.53.去除毛刺飞边.4.零件表面不应有划痕、擦伤等损坏零件表面的缺陷3.2 确定毛坯加工该零件选其材料为 45#钢，其毛坯尺寸为 105mm85mm34mm，小批量生产。该零件采用锯床下料。3.3 定位基准的选择和工艺路线的安排3.3.1 定位基准在选择定位基准时，应该减小装夹的次数，尽量做到在一次安装中能够把零件上所有要加工的表面都加工出来。一般选择零件上不需要铣削加工的表面或者孔作为定位基准。对于薄壁的零件，选择的定位基准应该有利于提高加工的刚性，以减小切削变形。并且定位基准应该和设计基准重合以减小定位误差对尺寸精度的影响。选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。根据选定的基面加工与否，又将定位基准分为粗基准和精基准。在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。在选择定位基准时，是从保证工件精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序应为从精基准到粗基准。（1）精基准的选择原则11选择精基准时，应能保证加工精度和装夹可靠、方便，可按照基准重合、基准统一、自为基准、互为基准、便于装夹等原则进行选择。根据其原则，确定该零件的精基准为零件的外轮廓及零件底面。（2）粗基准的选择原则选择粗基准要求应能保证加工面与不加工面之间的位置要求并合理分配加工面的余量，同时要为后续工序提供精基准，可按照非加工表面、加工余量最小、重要表面、不重复使用、便于工件装夹等原则进行选择。根据其原则，确定该零件的粗基准为毛坯外边及底面。3.3.2 工艺路线的安排制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领（生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。）已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。本次划分工艺路线用装夹方式的方法来划分。工序 1：使用锯床下料 105X85X34mm。工序 2：使用 80 面铣刀铣削零件 6 个表面至尺寸 100X85X29mm。工序 3：用下表面作为定做基准，加工上表面轮廓特征。工步 1:使用 12 立铣刀粗加工上表面凸台外轮廓，留有余量 0.5mm工步 2:使用 12 立铣刀精加工上表面凸台外轮廓至图纸尺寸要求工步 3:使用 10 立铣刀粗加工上表面内轮廓，留有余量 0.5mm工步 4:使用 10 立铣刀精加工上表面内轮廓至图纸尺寸要求工步 5:使用 6 球头刀精加工上表面曲面特征工序 4：用上表面作为定做基准，加工下表面凸台凹槽及孔工步 1:使用 12 立铣刀粗加工下表面凸台轮廓及孔工步 2:使用 6 立铣刀加工凹槽工步 3:使用 6 立铣刀精加工下表面凸台轮廓及孔工序 5：去毛刺工序 6：终检3.4 夹具的选择在选择夹具的时候有两个基本的要求。一是：要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对的固定；二是：要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。12当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调试夹具及其它通用夹具，来缩短生产准备时间、节省生产费用。在成批量生产时，采用专用夹具，来提高效率。在选择夹具时还要保证零件的装卸要快速、方便、可靠。夹具上各部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。根据该零件的结构工艺性，确定该零件的加工选择通用夹具机用平口虎钳如图 3.2 进行装夹，在装夹时限制零件的 XYZ 三个自由度，零件与夹具体接触的位置应当垫上垫铁，以确保零件的水平及保护零件不受到损伤。图 3.2 机用平口虎钳3.5 刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中的主要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工的质量。数控机床在选用刀具时，通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。数控机床对刀具的要求比普通机床要高、除了要求较好的刚性和尺寸稳定性、较长的寿命、良好的切削性能外，还要求安装调整方便。选择刀具时，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应，即选择的刀具的几何形状应依据加工曲面的具体情况而定。（1）刀具选择的基本要求刀具的刚性要好。为提高生产效率而采用大切削用量时，需要刚性好的刀具，刚性差的刀具在大切削用量时很容易断刀。要保证被加工表面的形状精度，用刚性差的刀具在大切削力的作用下，会产生变形而形成让刀，使加工的型面出现斜面。当被加工的零件表面的加工的余量不一样的时候，若采用刚性好的刀具就可以不必换刀，从而减少了换刀次数。13刀具的耐用度要高。由于数控铣床靠程序来控制精度，刀具如果磨损很快，则被加工零件的尺寸精度和型面精度就很难保证，故要用耐用度高的刀具。同时，刀具参数、几何角度、排屑性能等因素也要综合的考虑。（2）数控加工刀具材料高速钢。又称白钢，它含有 W 、Cr、Mo、V、Co 等元素。它不仅可以用来制造钻头、铣刀，还可以用量制造齿轮刀具、成形铣刀等复杂刀具。但由于其允许的切削速度较低（50m/min），所以大多用于数控机床的低速加工。硬质合金。硬质合金是有硬度和熔点都很高的碳化物（WC TiC 等），用 co mo ni 做粘结剂制成的粉末冶金产品。在中速和大切削中发挥出优良的切削性能。常用的硬质合金有钨钴合金、钨钛合金等。陶瓷材料。陶瓷是含有金属氧化物和氮化物的无机非金属材料。陶瓷材料具有高硬度、高强度、耐磨性好、化学性能稳定性好、摩擦因素低、价格低廉等优点。综上所述，根据该零件的加工需求，确定该零件的刀具如表 3.1 所示：表 3.1 数控加工刀具卡片产品名称或代号 底板 零件名称 底板零件图号 A4 程序编号 O0001工步号刀具号刀具规格名称 数量 加工表面 材料1 T01 80 面铣刀 1 毛坯表面 YT152 T02 12 立铣刀 1 凸台 硬质合金3 T03 10 立铣刀 1 凹槽 硬质合金4 T04 6 立铣刀 1 凹槽 硬质合金5 T05 6 球刀 1 曲面 硬质合金编制 审核 共 1 页 第 1 页产品名称或代号 1 零件名称 底板零件图号程序编号 O00013.6 切削液选择合理的选择切削液可以改善工件与刀具间的摩擦状况降低切削力和切削温度，减轻刀具摩损减小工件的热变形，从而可以提高刀具耐用度提高加工效率和加工质量。切削液具有冷却、润滑、清洗、防锈的作用，因此在数控加工中使用切削液是一个必须的选择。常用的冷却液主要有三种表 3.2 所示：14表 3.2 常用冷却液冷却液名称 主要成份 主要作用水溶液 水、防锈添加剂 冷却乳化液 水、油、乳化剂 冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性 润滑切削液应根据工件材料，刀具材料，加工方法和技术要求等具体情况进行选用。下述几条供参考：1、高速的刀具红硬性差，需采用切削液，硬质合金刀具红硬性好，一般不加切削液；若硬质合金刀具使用切削液，必须连续、充分的浇注；不能间断。2、切削铸铁和铝合金时，一般选用煤油为宜。3、粗加工时，以冷却为主，可选用水溶液或低浓度的乳化液，精加工时，主要以润滑为主，可选用切削油或浓度高的乳化液。4、低速加工时，可选用油性较好的切削油；重切削时，可选用极压切削液。综上所述：根据选择的材料 45#钢，选择乳化液为冷却液。它的主要作用是：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。3.7 切削用量的选择铣削加工切削用量包括主轴转速（切削速度）、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。背吃刀量 ap 为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为 mm。端铣时，ap 为切削层深度；而圆周铣时，ap 为被加工表面的宽度。侧吃刀量 ae 为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为 mm。端铣时，ae 为被加工表面的宽度；而圆周铣时，ae 为切削层深度。切削用量先择的标准是：在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具寿命并充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。为保证刀具的耐用度，铣削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。1、背吃刀量 ap（端铣）或侧吃刀量 ae（圆周铣）的选择背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。（1）在工件表面粗糙度值要求为 Ra=12.5-25m 时，如果如果圆周铣削的加工余量小于 5mm，端铣的加工余量小于 6mm，则粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。15（2）在工件表面粗糙度值要求为 Ra=3.2-12.5m 时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留 0.5-1.0mm 余量，在半精铣时切除。（3）在工件表面粗糙度值要求为 Ra=0.8-3.2m 时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取 1.5-2mm；精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3-0.5mm，面铣刀背吃刀量取 0.5-1mm。2、进给速度 F（mm/min）与进给量 f（mm/r）的选择铣削加工的进给速度 F 是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为 mm/min；对于铣刀多齿刀具，通常规定每齿进给量 fz(mm)，含义是刀具每转过一个齿，刀具相对于工件在进给运动方向上的位移量。其进给速度 F、铣刀转速 N、铣刀齿数 Z 及每齿进给量 fz（mm/z）的关系为：F=fzZN (3-2)每齿进给量 fz 的选取，主要依据工件材料的力学性能、刀具材料的力学性能、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，fz 越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量，高于同类高速钢铣刀。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。硬质合金铣刀的每齿进给量，高于同类高速钢铣刀。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。进给速度 F 与进给量 f 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，可参考常用切削用量手册或见表 3.3。表 3.3 铣刀每齿进给量参考值每齿进给量 /（mm/z）Zf粗铣 精铣工件材料高速钢铣刀 硬质合金铣刀 高速钢铣刀 硬质合金铣刀钢 0.100.15 0.100.25铸铁 0.120.20 0.150.300.020.05 0.100.15铝 0.060.20 0.100.25 0.050.10 0.020.053、切削速度 Vc 的选择根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。铣削的切削速度 Vc 与刀具的寿命、每齿进给量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当 fz、ap、ae 和 z 增大时，切削刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具寿命允许使用较低的切削速度。但是加大铣刀直径则可改善散热条件，提高切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验，在机床说明书允许的切削速度范围内查阅有关切削用量手册或参考表 3.4 选取。16实际编程中，切削速度 Vc 确定后，还要按式 Vc=dn/1000 计算出铣床主轴转速 n（r/min），并填入程序单中。表 3.4 铣削加工的切削速度参考值切削速度 /(m/min)cv工件材料 硬度/HBW 高速钢铣刀 硬质合金铣刀225 1842 66150225325 1236 54120钢325425 621 3675190 2136 66150190260 918 4590铸铁160320 4.510 2130铝 70120 100200 2004004.计算切削用量所有计算选取的数值查上表 3.3，3.4工序 2：铣零件铣削六个表面粗加工根据切削用量简明手册 第 3 版，背吃刀量 ap=0.382.40mm 取ap=0.5mm。切削速度 Vc= 66150m/min，取 Vc= 67m/min, 计算主轴转速n= = r/min=266.72r/min 取 280r/mindvc10804.367精加工根据切削用量简明手册 第 3 版，背吃刀量 ap=0.100.38mm 取ap=0.2mm。切削速度 Vc= 66150m/min 取 Vc= 120m/min, 计算主轴转速n= = r/min=477.71r/min 取 480r/mindvc10804.312进给量 f=0.100.25mm/r 取进给量 f=0.1mm/r；计算进给速度，计算进给速度：min/4.zfVf 工序 3：12 立铣刀铣外轮廓粗加工主轴转速取：（铣削深度 ap=0.5mm）n= = r/min= r/min ，取 n=1800dvc1014.678in/r进给量 ：fVmi102.30nzff 精加工主轴转速取：（铣削深度 ap=1mm）n= = r/min= r/min，所以取 n=3200dvc10124.384.7in/r进给量 ：fVin960.30nzff 17工序 3：10 立铣刀铣内轮廓粗加工主轴转速取：（铣削深度 ap=0.5mm）n= = r/min= 2133r/min ，取 n=2200dvc114.67min/r进给量 ：fVi601.320nzff 精加工主轴转速取：（铣削深度 ap=1mm）n= = r/min= 3821r/min，所以取 n=3500dvc1014.3 in/r进给量 ：fVmi520.35nzff 工序 3：6 球头刀铣曲面主轴转速取：n= = r/min= 3715r/min，所以取 n=4000dvc104.70 in/r进给量 ：fVmi801.2nzff 工序 4：12 立铣刀同工序 3 中 12 立铣刀的加工参数工序 4：6 立铣刀加工凹槽主轴转速取：（铣削深度 ap=0.5mm）n= = r/min= 3715r/min，所以取 n=4000dvc106.370 in/r进给量 ：fVmi405.24nzff 3.8 机床的选择零件的所有工序都可以在数控铣床或加工中心上完成，其外形铣削可以采用立铣刀进行铣削；型腔的加工，采用立铣刀进行型腔铣削加工；台阶则可以选择稍大一点的立铣刀进行加工，这样可以减少切入次数，从而增加生产效率。图 3.3XD-40A 加工中心18由于该零件属于单件小批量生产，因此不用考虑生产效率等问题，只要在能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可，但为了减少人为的换刀量，根据现有的数控机床，确定选择由大连机床集团生产的 XD-40A 系列数控立式加工中心图 3.3，XD 系列立式数控铣床是大连机床集团公司引进先进技术生产的新一代数控机床。3.9 填写工艺过程卡详细工艺文件见附件19第四章 零件的数控程序编制4.1 编程方法的选择数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。（2）自动编程自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。综合考虑该零件的外形，确定该零件采用 UG 软件自动编程的方法进行编制，这样做可以通过加工仿真更明确的发现程序是否有错误。4.2 软件编程操作1、铣六面一次走刀完成，可以直接手动编程，这里不做详诉。2、在标准工具条中选择“开始”“加工”，系统将弹出“加工环境”对话框，在 CAM 设置选择栏中选择“mill-contour”模板，单击“初始化”按钮，系统将进入型腔铣加工环境。（一）创建几何体在操作导航器的几何视图中，设置加工坐标系、零件和毛坯，为创建操作做准备。（1）设置加工坐标系。先将操作导航器转换到几何体视图。在“操作导航器-几何体”中选择“MCS-MILL”，单击右键，在其快捷菜单中选择“编辑”命令。在弹出对话框中的“机床坐标系”中的“指定 MCS”栏中，单击“自动判断”图标，然后在图形区域选择毛坯的顶面，之后单击“确定”，系统将自动在毛坯的顶面中心位置创建加工坐标系，如图 4.1 所示。20图 4.1 坐标系设定（2）设置几何体在“操作导航器-几何体”中，双击“WORKPIECE”图标，将弹出“几何体”对话框。指定部件几何体。在“几何体”对话框中，单击“指定部件”按钮，将弹出“部件几何体”对话框，在图形区域选择零件， 点击“确认”返回“几何体”对话框，如图 4.2 所示。图 4.2 几何体设定指定毛坯几何体，在“几何体”对话框中，单击“指定毛坯”图标按钮，将弹出“毛坯几何体”对话框，选择“自动块”，单击“确定”后，返回“几何体”对话框，如图 4.3 所示。21图 4.3 自动块选择在“几何体”对话框中单击“确认”，结束几何体的设置操作。（二）创建刀具（1）在“创建操作”工具条中选择“创建刀具”命令，进入“创建刀具”对话框。（2）先在“创建刀具”对话框中的类型选择项内选择“mill-contour（铣型腔）”，然后在“刀具子类型”选项栏中选择“立铣刀（MILL）”图标，并输入刀具名称 14，然后单击“应用”，进入“刀具参数”对话框，设置参数后单击“确定”，完成刀具的创建。3.型腔铣加工操作（1）在加工创建工具条中，单击“创建操作”命令，系统将弹出“创建操作”对话框。（2）在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“mill-contour（铣型腔）”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标 CAVITY-MILL 铣型腔。（3）在“创建操作”对话框中设置其他参数：程序、刀具、几何体、方法、名称如图 4.6。22图 4.6 参数设置(4)在“创建操作”对话框中单击“确定”，选择切削区域、设置切削层、设置余量、进给率如图 4.7。图 4.7 加工参数设置（5）生成操作，如图 4.4 所示。图 4.8 粗加工刀路图 图 4.9 精加工刀路图235、其余加工操作，根据上述所述的操作方式，进行加工操作。最终得到如下刀路图。图 4.10 粗加工刀路图图 4.11 精加工刀路图24图 4.12 下表面加工刀路6、先在操作导航器中选中各铣削图标，然后在“加工操作”工具条中单击“后处理”按钮，在“后处理”对话框中，后处理选择“MILL-3-AXIS”，单位选择“公制/部件” ，单击“确定”后，系统就会生成型腔铣操作的 NC 加工代码，如图 4.13 所示 。25图 4.13 后处理4.3 程序加工与仿真在文章的最后，为了效验本次设计，安排的切削参数，工艺路线，机床选择，刀具选择等，是否合理，我们使用 UG 软件的仿真加工功能，确定刀路是否合理，是否有过切，撞刀等问题。选中所有加工程序，点击软件上的确定刀轨，选择 2D 动态仿真。点击开始，得如下图所示。26图 4.14 上表面仿真加工图图 4.15 下表面仿真加工图27总结本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用 UG 建模以及自动编程的一次综合练习。传统的一些简单的图形，只包括直线、圆弧的二维图形，可以直接用手工编程的方法编制加工程序。现在对于一些复杂的二维图形或三维曲面图形组成的零件、模具只能使用自动编程软件来完成编程工作。加工设计理论已经不拘泥于系统的理论基础，开始强调产品尺寸精度，工艺严格性，从而更加有得于学生装的数控编程及操作的创新精神和实践能力。随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业技能。通过此次的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。这次毕业设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。致谢这次毕业设计中，我体验到进行 UG 建模和数控编程的快乐，也使我明白今后的路还很长，加工制造业领域随着数控技术及计算机辅助设计、分析、制造（CAD/CADE/CAM）技术的普及与提高发生着巨大变化，数控技术已经成为各个制造企业发展开拓的重点，也代表着先进的制造技术，因此我为能够接触和学习这方面的知识而感到骄傲！由于自己的水平有限，这篇文章并不能让人感到满意，但作为一名机械专业的学生，运用所学专业知识解决实际工作中遇到的问题是检验所学的最好方法，本论文是希望从实际工作的角度探讨自己对数控加工一点见解，也希望以此来检验我对机械专业知识学习的运用能力在此，我非常感谢指导老师对我的悉心指导，使我在学业上有了很大的进步，这篇文章是我经过反复思考修改完成的，由于自己的知识面有限，在文章可能还有许多不足之处，请老师们予以批评指正，同时论文在老师的指导下理论观点，布局和写作方法和实际工作等方面给予我极大的帮助和指导，在此我深表感谢！ 最后，感谢大学几年来所有教过我的老师们！感谢指导老师、评阅老师以及答辩组的老师们对本论文的悉心指导，感谢他们默默无闻的奉献！29参考文献1潘文斌编.UG NX8.0 数控编程教程M.北京：机械工业出版社，2013.2王卫兵等编著.UG NX6.0 立体词典：数控编程M.杭州：浙江大学出版社,2010.3叶南海著.UG 数控编程实例与技巧M.北京：国防工业出版社,2005.4杨叔子主编.数控加工M.北京:机械工业出版社,2005.5荣瑞芳主编. 数控加工工艺与编程M.西安:西安电子科技大学出版社,2006.6徐宏海著.数控加工工艺M.北京：化学工业出版社,2008.7沈志雄,徐福林主编.金属切削原理与数控机床刀具M.厦门:复旦大学出版社,2012.8于辉著.数控加工工艺及刀具M.北京：北京理工大学出版社,2009.9沈志雄,徐福林主编.金属切削原理与数控机床刀具M.厦门:复旦大学出版社,2012.10胡建新主编.数控加工工艺与刀具夹具M.北京:机械工业版社,2010.