基于UG下的槽轮板零件数控铣削加工工艺设计与编程仿真

0基于 UG 下的槽轮板零件数控铣削加工工艺设计与编程摘 要本设计为零件数控加工工艺设计，设计首先根据零件的图纸及技术要求进行了详细的数控加工工艺分析，分析过后对该零件进行了数控加工工艺设计，拟定了加工方案，选择了加工设备、加工刀具、夹具，确定了装夹方案、切削用量，制定了加工顺序、编制了零件的数控加工工序卡片和刀具卡片等。最后，详细说明了如何运用 UG 自动编程编制该零件的数控程序。关键词 数控加工 工艺设计 自动编程1目 录摘 要 .1目 录 .21 零件的图的分析 .31.1 零件零件图 .31.2 零件零件图分析 .32 零件的数控加工工艺设计 .42.1 毛坯选择 .42.2 定位基准选择 .42.3 加工顺序设计 .52.4 刀具选择 .52.5 零件刀具卡片制定 .52.6 切削参数选择 .62.7 加工设备的选用 .82.8 夹具的选择与装夹方案的确定 .102.9 工序与工步的划分 .102.10 零件工序卡片的设计 .113 零件的数控加工程序编制 .163.1 零件编程方法选择 .163.2 零件数控加工程序的编写 .16致 谢 .25参考文献 .2621 零件的图的分析1.1 零件零件图1.2 零件零件图分析该零件特征主要在正面上，正面主要包括四个 10H7 的孔以及20 深度 3mm 的孔、一个由圆弧直线连接而成高度 5mm 的凸台、90X90mm 的凸台。零件材料为 45 钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。分析图纸，可知长方形轮廓长和宽无精度要求，单外轮廓要作为定位基准因此加工零件的六个表面时需要进行粗精加工。通正面孔的孔径精度要求为 H7，凹槽宽的尺寸精度要求上偏差为+0.035mm 下偏差-0.015mm，90mmX 99mm 凸台精度要求0.05mm。零件所有表面粗糙度要求为 Ra6.3um。32 零件的数控加工工艺设计2.1 毛坯选择根据零件的零件图，零件的尺寸为 100mm100mm20mm（长宽高），该零件材料为 45 钢，零件形状规则且切削余量均匀，由于零件各表面加工精度要求为 6.3m，故需安排粗、精加工需件长、宽、高应留取足够的加工余量，故毛坯选取尺寸为102mm102mm25mm（长宽高）的方形毛坯。2.2 定位基准选择图 2-1 毛坯示意图在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。（1） 粗基准 以毛坯的底面 F 为粗基准，装夹 B 面和 D 面加工上表面 A。（2） 精基准 以已铣上表面 A 为精基准，装夹 A 面和 F 面加工零件四个侧面。再以已铣上表面 A 为精基准，装夹 B 面和 D 面加工零件 F 面的凸台、凹槽、通孔等。42.3 加工顺序设计按照先粗后精、先面后孔的原则，以及安装的先后顺序确定该零件的加工顺序为：铣零件上表面 A铣零件侧面 B铣零件侧面C铣零件侧面 D铣零件侧面 E粗加工铣零件上表面 F钻中心钻孔铰孔粗加工外轮廓铣孔铣槽精加工轮廓。2.4 刀具选择1号刀80面铣刀：可以提高加工精度和效率，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的使用寿命。2号刀2中心钻：该零件有一定的位置精度要求，故选用2中心钻定位后再用普通的麻花钻钻孔才能达到所要求的位置精度。3号刀9.8麻花钻：由于210通孔的内表面粗糙度为3.2m，并提高切削效率，故选用9.8麻花钻粗钻，再用铰刀铰孔，保证其表面粗糙度要求。4号刀10铰刀：零件的四个通孔精度要求较高，选用10铰刀铰孔才能达到精度。5号刀20立铣刀：对于零件F面凸台的加工，由于尺寸原因并为了提高加工效率，故选用20立铣刀即可满足加工要求。6号刀8立铣刀：对于零件F面凹槽尺寸原因，故选用8立铣刀即可满足加工要求。2.5 零件刀具卡片制定根据上文的刀具选择制定该零件的刀具卡片:表 2.1 零件刀具卡片产品名称 零件名称 零 件刀具规格序号 刀具号 刀具名称 数量直径/mm 长度/mm备注1 T01 面铣刀 1 80 实测 硬质合金2 T02 中心钻 1 2 实测 硬质合金3 T03 麻花钻 1 9.8 实测 硬质合金4 T04 铰刀 1 10 实测 硬质合金5 T05 立铣刀 1 20 实测 硬质合金6 T06 立铣刀 1 8 实测 硬质合金编制 审核 批准 共1页 第1页52.6 切削参数选择1主轴转速的确定查阅刀具手册，可知，加工中主轴转速计算公式如下：n=1000Vc/d（公式 3-1）公式中：n主轴转速，单位 r/minVc切削速度，单位 m/mind铣刀直径，单位 mm根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。如表3.2所示：表 3.2 铣削时切削速度切削速度 /(m/min)cv工件材料 硬度/HBS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 200400从理论上讲，切削速度Vc的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，应综合考虑，加工中零件各部位切削速度Vc数值选取如下：粗铣时Vc 选取100m/min；精铣时Vc 选取150m/min；具体Vc值应根据实际加工情况 进行适当调整根据各部位切削速度Vc的选取数值以及加工中选用的具体刀具，将Vc与刀具直径代入公式3-1(n=1000Vc/D)得到零件各部位加工时的刀具转速如下：6T01刀具80粗铣六个表面时n粗=1000100/3.1480398.09=450r/min；T01刀具80精铣时n精=1000150/3.1480597.13=600r/min；T02刀具2中心钻根据实际生产过程的经验而得到的=1500 r/minT03刀具9.8麻花钻根据实际生产过程的经验而得到的=1000 r/minT04刀具10铰刀根据实际生产过程的经验而得到的=1200r/minT05刀具20粗铣时n粗=1000100/3.14201592=1600r/min；T06刀具8粗铣时n粗=1000100/3.1483980=3500r/min；T06刀具8精铣时n精=1000120/3.1484777=4000r/min；2数控加工进给量的选择工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。铣刀每齿进给量如表 2.3 所示，本设计中每个工部的具体进给速度依据上述公式计算，具体参见加工过程总表。表 2.3 铣刀每齿进给量 Zf每齿进给量 /（mm/z）工件材料粗铣 精铣高速钢铣刀 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 0.150.30 0.020.05 0.100.15铝 0.060.20 0.100.25 0.050.10 0.020.05切削进给量 F 是切削时单位时间内工件与铣刀沿进方向的相对位移，单位为 mm/min。它与铣刀转速 n、铣刀齿数 z 及每齿进给量fz（mm/z）的关系为:F=fzzn公式中：z铣刀齿数，单位 mm/minfz铣刀每齿工作台移动距离，即每齿进给量 mm/z7T01刀具80盘刀根据实际生产过程的经验而得到的粗加工F =80mm/minT01刀具80盘刀根据实际生产过程的经验而得到的精加工F =50mm/min；T05刀具20粗铣F面凹槽凸台等时F粗=0.1531600=720mm/min；T06刀具10粗铣A面凸台等时F粗=0.133500=1050mm/min；T06刀具10精铣F面凹槽凸台等时F精=0.0534000=600mm/min；表 2.4 钻削时的进给量 f（mm/r）钢 （MPa）800 8001000 1000钻头直径 d（mm）进给量 f（mm/r）2 0.050.06 0.040.05 0.030.0424 0.080.10 0.060.08 0.040.0646 0.140.18 0.100.12 0.080.1068 0.180.22 0.130.15 0.110.13810 0.220.28 0.170.21 0.130.171013 0.250.31 0.190.23 0.150.19切削进给量 F 是切削时单位时间内工件与铣刀沿进方向的相对位移，单位为 mm/min。它与主轴转速 n 的关系为：F= nf（公式 3-3）公式中：n主轴转速，单位 r/minf钻削时的进给量 f ，单位 mm/rT02刀具2中心钻定位210通孔以及2xM10时F=0.051500=75mm/minT03刀具9.8麻花钻钻210通孔时F=0.11000=100mm/minT04刀具10铰刀铰210通孔时F=0.051200=60mm/min2.7 加工设备的选用选用加工中心（FAUNCVMC870） 加工中心加工柔性比普通8数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。图 2-2VMC870 加工中心表 2.5 机床参数表工 作 台 面 尺 寸（ 长 宽 ）4071307（ mm） 主 轴 锥 孔 /刀 柄 形 式24ISO40 / BT40（ MAS403）工 作 台 最 大 纵 向 行 程 670mm 主 配 控 制 系 统 FANUC 0iMate-MC工 作 台 最 大 横 向 行 程 470mm 换 刀 时 间 （ s） 6.7s主 轴 箱 垂 向 行 程 700mm 主 轴 转 速 范 围 606000( r/min)工 作 台 T型 槽（ 槽 数 -宽 度 间 距 ）7-1660mm 快 速 移 动 速 度 10000（ mm/min）主 电 动 机 功 率 7.7/7.7（ kw） 进 给 速 度 7800（ mm/min）脉 冲 当 量 （ mm/脉 冲 ） 0.001 工 作 台 最 大 承 载 (kg) 700kg机 床 外 形 尺 寸(长 宽 高 )(mm)2740mm2720mm2710mm机 床 重 量 ( kg) 4000kg92.8 夹具的选择与装夹方案的确定1夹具的选择考虑到该零件外轮廓为正方形,形状很规则，在外型上没有什么特殊要求，故夹具选用平口虎钳即可。考虑到本设计零件的外形尺寸和加工精度等因素，本设计选择的平口虎钳规格参数如下：表 2.6 平口虎钳夹具参数产 品 名称 型 号钳 口 宽 度（ mm）钳 口 高 度（ mm）钳 口 最 大 张开 度 （ mm）定 位 键 宽度 （ mm）外 形 尺 寸 长 宽高 （ mm）平 口 虎钳 Q12160 160 70 160 18 7003002002.9 工序与工步的划分根据上文制定的零件加工顺序和选用刀具设计出零件的加工工序与工步如下：工序1：下料毛坯尺寸为105X105X25mm工序2：铣零件六个表面至尺寸100X100X20mm工序3：4-10的孔加工（1）钻中心钻；（2）9.8麻花钻对四个孔进行钻孔；（3）10铰刀对四个孔进行铰孔；工序4：铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台及20的孔（1）选用20立铣刀粗铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台；（2）选用8立铣刀粗铣20的孔；（3）选用8立铣刀粗铣宽度10mm的槽；（4）选用8立铣刀对上表面轮廓特征进行精加工，至图纸尺寸要求；工序5：去毛刺、清洗工序6：终检根据上文的工序与工步划分，设计出本零件的加工过程总表如下：10表 2.7 零件加工过程总表产品名称或代号 零件名称 零件图号单位名称 零件序号 加工内容 刀具号 主轴转速(r/min)进给速度（mm/min） 背吃刀量 备注1 粗铣表面 T01 450 80 0.5 手动2 精铣表面 T01 600 50 0.2 手动3中心钻定位410通孔 T02 1500 75 0.2 自动4 钻410通孔 T03 1000 100 0.5 自动5铰410通孔至规定尺寸 T04 1200 60 0.2 自动6粗铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台T05 1600 720 0.5 自动7 粗铣20的孔 T06 3500 1050 0.5 自动88立铣刀粗铣宽度10mm的槽T06 3500 1050 0.5 自动98立铣刀对上表面轮廓特征进行精加工T06 4000 600 0.2 自动2.10 零件工序卡片的设计表 2.8 数控加工工序卡片产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 零件 45 钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间111 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量/mm备注1 下料 105X105X25mm编制 审核 批准 共 4 页 第 1 页12表 2.9 数控加工工序卡片产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 零件 45 钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间2 平口虎钳 VMC870 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量/mm备注1铣零件六面至尺寸100X100X20mm T01 450 80 0.5手动编制 审核 批准 共 4 页 第 2 页13表 2.10 零件钻孔工序卡片产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 零件 45 钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间3 平口虎钳 VMC870 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量/mm备注1中心钻定位410通孔 T02 1500 75 0.2 自动2 钻410通孔 T03 1000 100 0.5 自动3铰410通孔至规定尺寸 T04 1200 60 0.2 自动编制 审核 批准 共 4 页 第 3 页14表2.11铣上表面工序卡片产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 零件 45 钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间4 平口虎钳 VMC870 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量/mm备注1粗铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台T05 1600 720 0.5 自动2 粗铣20的孔 T06 3500 1050 0.5 自动38立铣刀粗铣宽度10mm的槽 T06 3500 1050 0.5 自动48立铣刀对上表面轮廓特征进行精加工T06 4000 600 0.2 自动编制 审核 批准 共 14 页 第 10 页第5页153 零件的数控加工程序编制3.1 零件编程方法选择本文中所设计的零件的轮廓较为复杂，加工工艺有点繁琐，零件轮廓中有凹槽、凸台、曲面等，因而所需的程序较多，局部坐标的计算也比较复杂，因此综合选择用自动编程编制。3.2 零件数控加工程序的编写该零件表面 A 和表面 F，加工面积较大，同时有较高的表面粗糙度要求，为保证零件的加工精度，兼顾加工效率，零件上表面 A采用 80 面铣刀手动粗加工和精加工。其余表也使用 80 面铣刀手动铣削在这里不详细介绍。3.2.1 零件 F 面程序编写零件F面（正面）的加工很难确定刀具走刀路线的坐标，手工编程繁琐，计算量大，因此选用自动编程。1.零件正面粗加工的自动编程（1）进入 UG 加工模块启动NX6.0。双击 UG NX6.0的图标，进入UG NX6.0界面。图3-1 UG界面打开模型文件。在主菜单中选择【文件】/【打开】命令，在系统自动弹出的“打开”对话框中选择正确的路径和文件名，单击“OK”按钮，打开零件模型。16图3-2 打开零件模型进入加工模块。使用快捷键（Ctrl+alt+m）进入UG NX6.0 CAM模块，系统自动弹出如图所示的“加工环境”对话框，进行加工环境的初始化设置，“mill-contour（轮廓铣）”，单击对话框中的“确定”按钮进入加工模块。如图3-3所示。图3-3 加工环境（2）创建程序17在操作导航器的空白处单击鼠标右键，系统弹出快捷菜单，在该快捷菜单中选择“程序顺序视图”命令。在【插入】工具栏上单击【创建程序】图标系统将弹出的“创建程序”对话框。在名称文件输入框中输入“Fmianjiagong”（F面加工），单击“确定”按钮。（3）创建刀具在【插入】工具栏上单击【创建刀具】按钮，系统弹出如图4-4所示的“创建刀具”对话框。（4）创建几何体在操作导航器的空白处单击鼠标右键，系统弹出快捷菜单。在该快捷菜单中选择“几何视图”命令，在操作导航器中出现图标，用鼠标左键双击该图标，系统弹出对话框。在对话框中的“安全设置选项”选择“自动”、“安全距离”文本框内输入“10”。在“指定MCS”对话框中单击“自动判断”按钮，选择工件表面，系统使加工坐标系在零件XY轴的中心点。单击对话框中的“确定”按钮。如图4-5机床坐标系的创建。图3-5机床坐标系图 3-4 创建刀具18在操作导航器中双击图标，系统弹出如3-6所示的“工件几何体”对话框，在该对话框中单击“指定部件”按钮，系统弹出“部件几何体”对话框，在该对话框中选中“几何体”单选按钮，在“过滤方法”下拉列表框中选择“体”选项，单击“全选”按钮，选择图形区所有可见的零件几何体模型，单击鼠标中键，返回“工件几何体”对话框。图3-6工件几何体指定毛坯。在如图3-6所示的“工件几何体”对话框中单击“指定毛坯”钮，系统弹出如图所示的“毛坯几何体”对话框，在该对话框选中“自动块”单选按钮，单击鼠标中键，返回“工件几何体”对话框，单击鼠标中键，结束几何体的选择。1. 零件钻孔的自动编程（1）钻中心孔的自动编程二）创建操作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。在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“drill”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标 PECK-DRILLING 啄19钻。在“创建操作”对话框中设置其他参数：程序、刀具为 2 中心钻、几何体选择 workpiece1、方法、名称。在“创建操作”对话框中单击“确定”，指定孔、指定部件表面、指定底面、指定循环方式、进给和速度，如图 3-7 所示。图 7.-创建操作生成操作，如图 3-7 所示。图 3-7 钻中孔刀轨20图 3-7 铰孔刀轨2. 零件型腔铣的自动编程（1）创建操作单击【插入】工具栏上的【创建操作】图标，系统自动弹出如图3-8所示的“创建操作”对话框，选择“类型”为“mlii-contour”，选择“操作子类型”为“CAVITY-MILL”（型腔铣），“刀具”选择“D20”、“几何体”设置为“WORKPIECE1”、“方法”设置为 “MEHOD”、 “名称”设置为“cujiagong”，单击对话框中的“确定”按钮将弹出“型腔铣”对话框。21图3-8创建操作（6）指定切屑区域在“型腔铣”对话框中单击“指定切削区域”图标，系统弹出“切削区域”对话框，选择切削区域，单击确定键，返回“型腔铣”对话框。（7）刀轨生成切削模式。在“切削模式”下拉列表中选择“跟随部件”。歩距。在“歩距”下拉列表选择“%70刀具平直”。全局每刀深度。在“全局每刀深度”文本输入框中输入“0.5”。如图3.9参数设置。图3-9参数设置切削参数。在“型腔铣”对话框中单击【切削参数】图标，系统弹出“切削参数”对话框，“策略”选项卡参数中设置“切削方向”为“顺铣”、“切削顺序”为“层优先”、如图3.8参数设置。22“余量”选项卡参数中设置使用“底部面和侧壁余量一直”，“毛坯余量”为0.3，“部件侧面余量”采用继承自MILL-ROUGH为“0.5”，“内公差”为0.03、“外公差”为0.12。在“型腔铣”对话框中指定了所有的参数后，单击对话框底部操作组的【生成】图标，生成如图3-10所示的型腔铣粗加工刀轨。图3-10型腔铣粗加工刀轨3. 零件正面精加工的自动编程（1）凸台侧壁半精的自动编程创建操作单击【插入】工具栏上的【创建操作】图标，系统自动弹出“创建操作”对话框，选择“类型”为“mlii-contour”，选择“操作子类型”为“ZLEVEL_PROFILE”（等高轮廓铣），“程序”设置为“PROGRAM”、“刀具”选择“D8”、“几何体”设置为“WORKPIECE1”、“名称”设置为“jingjiagong”，单击对话框中的“确定”按钮将打开如图3-11所示的“创建操作”对话框。23图4-11创建操作刀轨生成在对话框中指定了所有的参数后，单击对话框底部操作组的【生成】图标，生成如图3-12所示的精加工刀轨。图3-12精加工刀轨24致 谢这次毕业设计是我在指导老师的精心指导和帮助下完成的，这篇设计的每个细节和每个地方，都离不开老师的精心指导，而老师认真教导，认真的工作作风和宽容的教学态度都深深地感染和激励着我。让我一直努力，并在此同时您还在思想上、学习上给予了我无微不至的关怀，在此我向指导老师以及所有老师致以最诚挚的感谢。至此，我代表学生中的一员，对学院表示由衷的感谢，感谢几年来教育我的老师们，和帮助我的同学们！25参考文献1.切削用量简明实用手册 黄如林主编 化学工业出版社 2.机械设计综合课程设计 王之标、王大康主编 机械工业出版社 3.机床制造工艺设计手册 王绍俊主编 机械工业出版社 4.金属切削机床 宋玉鸣主编 中国劳动社会保障出版社 5.机械制造工艺学课程设计指导赵家齐编 机械工业出版社 6.简明机械加工工艺手册徐圣群主编 上海科学技术出版社 7.机械加工工艺师手册杨叔子主编 机械工业出版社8.机械设计基础课程设计指导书 陈立德主编 高等教育出版社 9. 黄成编著 UG NX6.0 模具设计与加工 北京希望电子出版社 200910.王泽鹏等编著 UG NX6.0 中文版数控加工 机械工业出版社 200911.张瑞萍等编著 UG NX6.0 中文版标准教程 北京清华大学出版200912.胡任喜.UG NX6.0 中文版从入门到精通 北京清华大学出版社200913.UG 中文版实用教程 关振宇 刘源 主编 人民邮电出版社14.UGNX6.0 应用与实力教程 周玮 主编 人民邮电出版社