心型零件数控加工工艺及加工中心编程 数控毕业设计说明书.doc

毕业设计说明书 课题 心型零件数控加工工艺及加工中心编程 姓名 系部 机械制造工程系 专业 数控技术 班级 学号 指导教师 2011年 1 月 18 日 目 录摘要3关键词31 前言32 毕业设计任务52.1 设计任务与安排52.2 设计要求52.3涉及的主要知识53二维图64 三维图75 零件工艺分析85.1零件图样分析及选材85.2选择机床95.3 零件的定位与装夹105.3.1定位基准的确定105.3.2夹具的选择115.4 零件的加工顺序115.5 基准的选择115.5.1 粗基准的选择115.5.2 精基准的选择125.6 刀具的选择135.7 确定切削用量145.8 确定数控加工工序166零件加工程序的编制177 数控仿真加工报告228 设计小结299参考文献3010 附录 附录1数控加工工艺过程卡 附录2数控加工工序卡 附录3数控加工走刀路线图 附录4数控刀具卡心型零件数控加工工艺及加工中心编程摘要大家都知道，数控加工是目前的一门新的专业，热门专业，正在高速发展，数控加工程序是有多道复杂的程序组成的，这就为我们学习带来不便，为了使学习更方便，使用更加有条理，我编写了这份心型零件的数控铣床铣削编程与操作设计，希望为大家的工作、学习带来方便。设计的主要是内容是对我们机械类加工日常加工中常见的工件取其中的一典型零件进行系统的编程与操作设计，从数控加工前应做的准备开始到数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、数控铣削加工、数控加工中心编程及自动编程技术等内容等数控加工时应注意的问题做了一一的说明。同时由于能力有限，自己的设计还不是很完善，有不足之处，希望老师斧正。关键词工序 工艺 程序 加工中心 仿真1 前言从1952年世界第一台数控机床在美国诞生以来，数控机床在机械制造工业发挥着越来越大的重要的作用，对促进社会进步，提高大众的物质生活水平，起了非常重要的作用。20世纪末以来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中。数控技术是现代制造技术的基础，它的广泛应用使普通机械被数控机械所代替，使全球制造业发生了根本变化。数控技术的水准、拥有和普及程度已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志之一。，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。数控机床作为应用数控技术的一个具体平台，数控机床的性能就显得尤为重要了。数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。数控机床分为数控铣床和数控车床两大类，这次的毕业课题就是数控铣床。数控铣床是在一般铣床的基础上通过与加工中心结合发展起来的，第一台加工中心是1958年由美国卡尼特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了换刀装置，从而实现了一次装夹后即可进行铣削、钻销、镗销、铰销和攻丝等多种工序的集中加工从而可以完成自动更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具，相对工具的运动轨迹及其他辅助功能，依次完成工件几个面上多工序的加工。减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期。二十一世纪以来，加工中心得到迅速发展，在机械行业扮演了越来越重要的角色。数控铣床行业已经被确定是我国科技重大发展计划项目之一。因其优越的实用性现已是现如今高速发展的社会的重要的生产工具以及国内外市场贸易的热点产品。本设计的目的就是培养学生综合运用所学知识,结合实际独立完成课题的工作能力.对学生的知识面,掌握知识的深度,运用理论结合实际去处理问题的能力。2 毕业设计任务2.1 设计任务与安排1) 布置任务；撰写开题报告。2) 绘制零件的二维图、三维立体图,标注尺寸和技术要求(使用CAD/CAM软件完成)；3) 制定零件的数控加工方案；4) 数控编程(手工编程) 根据掌握的知识, 可以增加自动编程；5) 数控仿真加工；6) 毕业设计说明书的编写及答辩。2.2 设计要求1任务书、开题报告、毕业设计成绩鉴定表各一份；2设计说明书一本 (字数要求为5000字左右)；3.零件图一张 (CAD制图)；4零件数控加工工序卡片、刀具卡片、走刀路线图；5零件的数控加工程序及仿真。2.3涉及的主要知识1. 数控机床的选择；2.加工路线及加工工艺的确定；3. 切削用量的选择和夹具的选择；4. 通过AUTOCAD、MASTERCAM绘制二维、三维图；5. 刀位点、换刀点、刀具补偿的选择6. 数控加工编程与斯沃仿真操作；3二维图4 三维图5 零件工艺分析5.1零件图样的分析及选材该零件属于心型复杂零件主要有孔、凸台、凹槽及复杂外轮廓，由于零件复杂普通数控机床加工难以保证加工精度，所以用加工中心加工是符合数控加工工艺性的。图中尺寸精度、位置精度、和表面粗糙度的要求较高。零件主要保证的尺寸精度有:两个直径20的凹槽的宽度、三个凸台到零件中心及表面的精度、中心孔的直径精度；零件主要保证的位置精度有：两边凸台与中心的对称度以及与工件底面的平行度；零件主要保证的表面粗糙度有：中心孔的内表面、螺纹孔的内表面、中心凸台的外表面以及两个直径20的凹槽的内表面。所以在加工过程中，这几项要重点保证。 所以零件主要加工要求有：38的中心孔是零件的基准孔，其上偏差是+0.025µm下偏差为0，粗糙度Ra1.6µm ; 中心的心型外边轮廓的粗糙度是Ra1.6µm，它与底面的平行度是0.03；定位槽的内侧面的内表面粗糙度Ra1.6µm；台阶的侧面粗糙度Ra1.6µm，它与底面的平行度是0.002；工件的高度是38mm尺寸的,上偏差是0下偏差是-0.039µm; 心型凸台的高度是11mm,尺寸上偏差是0下偏差是-0.027µm; 台阶凸台的高度是8 mm, 尺寸上偏差是0 µm, 下偏差是-0 .022;键槽的宽度是20mm，尺寸上偏差是0 µm, 下偏差是-0.021；两个定位槽的高度是8mm，尺寸上偏差是0 µm, 下偏差是-0 .022;两个凸出的台阶长度是40mm，尺寸上偏差是0 µm, 下偏差是-0 .003， 其左右表面为对称图形，对称度为0.02；加工2×M10螺纹孔的公差等级为6级；其余的表面粗糙度均为Ra3.2µm；数控铣削加工经粗、精加工可达到IT9IT7级，表面粗糙度可达到Ra3.2Ra1.6。 由图纸可以看到应该选择方形材料，本着在买足零件功能的前提下，应选择廉价、切削性能好的材料。而且材料的选择应立足于国内，尽量避免选择贵重的材料或者紧缺材料。所以我选择了45号钢的方形坯料，材料大小是160mm×120mm×42mm.5.2 选择机床 由于是加工心型零件且零件较为复杂，主要铣削的平面都是在上表面铣削加工，所以应该选择立式加工中心。所以可以选择如下满足要求的机床：工作台：工作台面积 950mm×460mm ；工作台T型槽 18mm×3  行程：  左右行程（X轴） 660mm  ；前后行程（Y轴） 460mm ； 主轴头上下行程（Z轴） 630mm ； 主轴端到工作台距离 150mm780mm  ；轴心到立柱面距离 480mm  ；主轴 ：主轴孔锥度 BT40 ； 主轴传动方式，皮带传动；轴承润滑方式，润滑脂；主轴转速  伺服1008000 r/min 根据配置不同可选 进给 切屑进给（X、Y、Z）  伺服18000 mm/min 根据配置不同可选 快速移动（X、Y、Z）  伺服10000 mm/min 根据配置不同可选电动机： 主轴电机  伺服5.5/7.5 KW  三轴电机X  伺服6 N.m  三轴电机Y 伺服6 N.m  三轴电机Z 伺服11 N.m 定位精度：  重复定位精度 伺服0.01 mm ； X、Y、Z轴定位精度 伺服0.015 mm  其它： 电源容量 12 KW ； 净重 4000 Kg ； 加工工件最大重量 400 Kg ； 机床用气源 0.50.7 Mpa ； 刀库 16把斗笠 试 导轨型式 ：X，Y向线轨 ，Z向硬轨  5.3 零件的定位与装夹 5.3.1 定位基准的确定 由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸根据零件的结构特点，所以为了减少基准不重合误差和装夹误差，应根据定位基准进行装夹。根据零件图及加工要求选择，同普通机床一样在加工中心上加工时装夹仍应遵守六点定位原则：1 尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。2 当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。3 一次装夹能够完成全部关键精度部分的加工。4 定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。5 批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工作坐标系的对刀基准重合。6 必须多次安装时应遵从基准统一原则。 7如果用一次装夹完成工件上各个表面的加工，也可以直接选用毛面做定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求更高一些。综上所述，应该选择中心孔的轴线作为定位基准。 5.3.2 夹具的选择应为零件的加工只需要进行一次装夹，且需要加工的是上表面所以选用平口虎钳。 5.4零件的加工顺序 加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，即粗加工定位基准面（上表面）精加工上表面铣心型轮廓铣心型凸台以及左右两个凸台铣两个的凹槽给中心通孔及两个螺纹孔钻中心孔钻直径38mm中心通孔给38mm孔口倒角钻螺纹孔。5.5基准的选择5.5.1 粗基准的选择 粗基准的选择要重点考虑如何保证各个加工表面都能分配到合理的加工余量保证加工表面和不加工表面的位、置尺寸精度同时还要为后续工序提供可靠的精基准。一般会按照下类原则选择: 1.保证相互位置要求的原则 选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加表面作为粗基准。 2.保证加工表面余量合理分配原则 以余量最小的表面作为粗基准，以保证各表面都有足够的余量。 选择零件上重要的表面作为粗基准。 选择零件上那些平整的、足够大的表面作为粗基准，以使零件表面上总的金属切削量减少。 3.便于工件装夹的原则 选择毛坯上平整光滑的表面（不能有飞边、浇口、冒口和其他缺陷）作为粗基准，以使定位可靠、夹紧可靠。 4.粗基准尽量避免重复使用原则 因为粗基准未经加工，表面较为粗糙，在第二次安装时，其在机床上（或夹具中）的实际位置与第一次安装时可能不一样。综合上述因素在加工第一个侧面时候，以加工好的底面为粗基准，根据粗基准一般只使用一次的原则，当加工第二个侧面时就以第一次加工的侧面为粗基准，依次类推可知加工第三个侧面以加工好的第二个侧面为粗基准，加工第四个侧面以加工好的第三个侧面为粗基准。 5.5.2 精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则： 1 “基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则 。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差，其产生的原因及计算方法在下节讨论。2 “基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。 3 “自为基准”原则 当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。如图 3-38 所示。此时床脚平面只是起一个支承平面的作用，它并非是定位基准面。此外，用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆等，均为自为基准的实例。4 “互为基准”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔，再以内孔为定位基准磨齿面，从而保证齿面的磨削余量均匀，且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。5 精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。 5.6 刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。具体的刀具选择参照附录数控刀具卡5.7确定切削用量切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。根据公式计算出相关数据： 铣削速度Vc： Vc=dn1000(mmmin) d铣刀直径mm n铣刀转速rmin 机床转速N： N=1000v/D d铣刀直径mm n铣刀转速rmin 1.铣削平面：查切削用量简明手册（以下简称切削手册），用硬质合金面铣刀加工时，Vc可以选择80-120m/min ，被吃刀量ap为1-8mm，进给量f为0.18-0.75mm/r。Vc=120mm/min，f=0.15mm/r，ap=1mm计算得：N=477. 7r/min，选取转速为N=480r/min。2.铣削心型轮廓及凸台：查切削手册，用硬质合金立铣刀加工时，Vc为50-60m/min，ap为1-8mm，进给量f为0.1-0.5mm/r。 粗加工外心型轮廓及凸台，取Vc=50m/min，ap=4mm，f=0.2mm/r。则N=796.18r/min，取N=995r/min，选取转速为N=1225r/min。进给速度Vf=f*z=0.2*3=0.6mm/r 精加工心型外轮廓及凸台，Vc=60m/min，ap=2mm，f=0.1mm/r。则N=1592r/min，选取转速为N=1600r/min。进给速度Vf=f*z=0.1*3=0.3mm/r。3.铣削凹槽：查切削手册，用硬质合金铣削加工时，Vc为50-60m/min，ap为1-8mm，进给量f为0.1-0.5mm/r。 粗加工斜凹槽，取Vc=50m/min，ap=3mm，f=0.2mm/r。N=796.17r/min，选取N=796r/min，选取转速为N=945r/min。进给速度Vf=f*z=0.2*3=0.6mm/r 精加工斜凹槽，Vc=60m/min，ap=2mm，f=0.1mm/r。则N=1910.8r/min，选取选取转速为N=1225r/min。进给速度Vf=f*z=0.1*3=0.3mm/r。 粗铣水平凹槽，取Vc=50m/min，ap=3mm，f=0.2mm/r。N=796.17r/min，选取N=796r/min，选取转速为N=945r/min。进给速度Vf=f*z=0.2*3=0.6mm/r 精铣水平凹槽，Vc=60m/min，ap=2mm，f=0.1mm/r。则N=1910.8r/min，选取选取转速为N=1225r/min。进给速度Vf=f*z=0.1*3=0.3mm/r。 4.钻中心孔：查切削手册，用高速钢钻加工时，Vc为20-50m/min，ap为1-8mm，进给量f为0.04-0.5mm/r。 中心钻5，取Vc=25m/min，f=0.04mm/r。则N=796.17r/min，取N=796r/min，选取转速为N=945r/min。5. 钻孔：查切削手册，用高速钢钻加工时，Vc为20-50m/min，ap为1-8mm，进给量f为0.04-0.5mm/r。 8.5mm麻花钻螺纹孔，Vc=25m/min，f=0.17mm/r。则N=796.17r/min，取N=796r/min，选取转速为N=945r/min。 钻20中心通孔，Vc=25m/min，f=0.2mm/r。则N=796.17r/min，取N=796r/min，选取转速为N=945r/min。6.镗刀：查切削手册， Vc可以选择70-80m/min ，被吃刀量ap为1-8mm，进给量f为0.18-0.75mm/r。 粗镗加工， 取Vc=70mm/min，f=0.4mm/r，ap=3mm计算得N=743r/min，选取转速为N=750r/min。 精镗加工选取Vc=80mm/min，f=0.3mm/r，ap=1mm计算得N=849r/min，选取转速为N=945r/min。7.38孔倒角铣球面：查切削手册， 用硬质合金铣削加工时，Vc为50-60m/min，ap为1-8mm，进给量f为0.1-0.5mm/r。取Vc=60m/min，ap=3mm，f=0.2mm/r。N=796.17r/min，则N=1910.8r/min，选取选取转速为N=1225r/min。进给速度Vf=f*z=0.2*3=0.6mm/r 8.给螺纹孔攻丝：查切削手册，用硬质合金攻丝加工时，Vc为50-60m/min，ap为1-8mm，进给量f为0.1-0.5mm/r。 取Vc=50m/min，ap=3mm，f=0.1mm/r。N=796.17r/min，选取N=796r/min，选取转速为N=945r/min。进给速度Vf=f*z=0.1*3=0.3mm/r 5.8确定数控加工工序 工序一：铣顶面 用60的面铣刀 工序二：铣心型圆弧轮廓及凸台 用20mm立铣刀，工序三：铣削斜凹槽 用10mm 立铣刀， 精铣至要求尺寸 工序四：铣削水平凹槽 用8立铣刀，粗铣下刀切深7.5mm 精铣至要求尺寸 工序五：钻三个中心孔深2.5mm 工序六：38孔 由20mm麻花钻 用镗刀精镗、粗镗达到加工要求 工序七：10端铣刀铣球形曲面 工序八：钻螺纹孔攻丝用8.5mm麻花钻钻孔 然后用10 mm丝锥攻2×M10螺纹 工序九：检验 见附录数控加工工序过程卡、数控加工工序卡 6零件加工程序的编制%0808M06T01N100 G0 G17 G40 G49 G80 G90N102 G91G28 Z0.N104 S1000 M3N106 G0 G90 G54 X-146. Y-59.998N108 Z50.N110 Z10.N112 G1 Z-2. F500.N114 X116. F600.N116 G3 Y-19.999 R19.999N118 G1 X-116.N120 G2 Y19.999 R19.999N122 G1 X116.N124 G3 Y59.998 R20.N126 G1 X-146.N128 G0 Z50.M06T02N132 G0 G90 G54 X-170.5 Y20.N134 S1200 M3N136 Z50.N138 Z10.N140 G1 Z-4. F800.N142 X-150.5 F500.N144 G2 X-130.5 Y0. R20.N146 G1 Y-60.N148 G3 X-80. Y-110.5 R50.5N150 G1 X80.N152 G3 X130.5 Y-60. R50.5N154 G1 Y-59.856N156 Y60.N158 G3 X80. Y110.5 R50.5N160 G1 X-80.N162 G3 X-130.5 Y60. R50.5N164 G1 Y0.N166 G2 X-150.5 Y-20. R20.N168 G1 X-170.5N170 X-160.5 Y20. F800.N172 X-140.5 F500.N174 G2 X-120.5 Y0. R20.N176 G1 Y-60.N178 G3 X-80. Y-100.5 R40.5N180 G1 X80.N182 G3 X120.5 Y-60. R40.5N184 G1 Y-59.856N186 Y60.N188 G3 X80. Y100.5 R40.5N190 G1 X-80.N192 G3 X-120.5 Y60. R40.5N194 G1 Y0.N196 G2 X-140.5 Y-20. R20.N198 G1 X-160.5N200 X-150.5 Y20. F800.N202 X-130.5 F500.N204 G2 X-110.5 Y0. R20.N206 G1 Y-60.N208 G3 X-80. Y-90.5 R30.5N210 G1 X80.N212 G3 X110.5 Y-60. R30.5N214 G1 Y-59.856N216 Y60.N218 G3 X80. Y90.5 R30.5N220 G1 X-80.N222 G3 X-110.5 Y60. R30.5N224 G1 Y0.N226 G2 X-130.5 Y-20. R20.N228 G1 X-150.5N230 X-140.5 Y20. F800.N232 X-120.5 F500.N234 G2 X-100.5 Y0. R20.N236 G1 Y-60.N238 G3 X-80. Y-80.5 R20.5N240 G1 X80.N242 G3 X100.5 Y-60. R20.5N244 G1 Y-59.856N246 Y60.N248 G3 X80. Y80.5 R20.5N250 G1 X-80.N252 G3 X-100.5 Y60. R20.5N254 G1 Y0.N256 G2 X-120.5 Y-20. R20.N258 G1 X-140.5N260 X-130.5 Y20. F800.N262 X-110.5 F500.N264 G2 X-90.5 Y0. R20.N266 G1 Y-60.N268 G3 X-80. Y-70.5 R10.5N270 G1 X80.N272 G3 X90.5 Y-60. R10.5N274 G1 Y-59.856N276 Y60.N278 G3 X80. Y70.5 R10.5N280 G1 X-80.N282 G3 X-90.5 Y60. R10.5N284 G1 Y0.N286 G2 X-110.5 Y-20. R20.N288 G1 X-130.5N290 X-130. Y20. F800.N292 X-110. F500.N294 G2 X-90. Y0. R20.N296 G1 Y-60.N298 G3 X-80. Y-70. R10.N300 G1 X80.N302 G3 X90. Y-60. R10.N304 G1 Y-59.856N306 Y60.N308 G3 X80. Y70. R10.N310 G1 X-80.N312 G3 X-90. Y60. R10.N314 G1 Y0.N316 G2 X-110. Y-20. R20.N318 G1 X-130.N320 X-170.5 Y20. F800.N322 Z-5.N324 X-150.5 F500.N326 G2 X-130.5 Y0. 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