基座的数控技工零件加工工艺设计方案

云南国防工业职业技术学院毕业设计(论文)题目名称： 基座的数控技工工艺设计 学生姓名： 代斌 学 号： 系/专业： 机电工程学院/数控专业 指导教师： 汪建昆（讲师） 基座的数控技工工艺设计数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。因此我们要掌握好数控加工工艺与设计。数控加工工艺与设计的内容包括选择适合的机床、刀具、夹具、走刀路线及切削用量等，还要有合理的加工方法、工艺参数等。 对此我设计了基座零件的加工工艺设计。介绍了数控加工工艺和数控的特点，加工工艺过程的概念，数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容，数控加工工艺与数控编程的关系，设计方法，对此零件如何工艺分析，程序如何编辑等。利用CAD/CAM软件及G代码指令进行手工编程。目录 第一章 概述1.1 数控技工的特点1.2 数控加工工艺的概念1.3 数控加工工艺的主要内容1.4 数控编程1.5 CAD/CAM系统第二章 基座的零件加工工艺2.1 零件图工艺分析2.2 材料分析 2.3 选择数控机床2.4 设计工艺2.5 填写数控加工工序卡片 2.6 加工程序2.7 参考资料第三章3.1 数控专业毕业论文心得与体会3.2 参考资料 第一章 概述1.1 数控加工的特点数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：（1） 提高生产效率；（2） 不需熟练的机床操作人员；（3） 提高加工精度并且保持加工质量；（4） 可以减少工装卡具；（5） 可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；（6） 容易进行加工过程管理；（7） 可以减少检查工作量；（8） 可以降低废、次品率；（9） 便于设计变更，加工设定柔性；（10） 容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台床；（11） 操作容易，极大减轻体力劳动强度随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统。1.2 数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念 1. 数控加工工艺 是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工 工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术， 它是人们大量数控加工实践的经验总结。 2. 数控加工工艺过程 是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 1.3 数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容 1. 选择并确定进行数控加工的内容； 2. 对零件图纸进行数控加工的工艺分析； 3. 零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定； 4. 数控加工工艺方案的制定； 5. 工步、进给路线的确定； 6. 选择数控机床的类型； 7. 刀具、夹具、量具的选择和设计； 8. 切削参数的确定； 9. 加工程序的编写、校验与修改； 10. 首件试加工与现场问题处理； 11. 数控加工工艺技术文件的定型与归档。 1.4 数控编程系统1. 数控程序 输入数控机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。 2. 数控编程 即把零件的工艺过程、工艺参数及其他辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、 格式，编成加工程序，再记录于控制介质即程序载体（磁盘等），输人数控装置，从而指 挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。1.5 CAD/CAM系统20世纪90年代以前，市场上销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。第二章 基座零件加工工艺 图1-1图示为基座零件图。已知该零件的毛柸为410mm*260mm*90mm的方形坯料，材料为HT250。2.1零件图工艺分析 该零件由平面、圆、孔系、U型槽、外轮廓组成。其中有4个8和4个12的孔，2个20的孔，1个200的圆，1个141.42*141.42的内方，4个U型槽，2个开口槽。长度和厚度公差为0.1，孔径公差为0.1，表面粗糙度为3.2。根据上述分析基座零件的外轮廓和U型槽的加工应分粗铣、半精铣、精铣 三个阶段进行；4-8孔的加工分为钻中心孔、钻孔二个阶段进行；4-12 孔的加工分为钻中心孔、钻孔、扩孔三个阶段进行；20的孔的加工分为钻中心孔、钻孔、扩孔三个阶段进行。以保证表面粗糙度要求，同时以底面定位，提高装夹刚度以满足垂直度要求。2.2材料分析：灰铸铁 牌号：HT250标准：GB 9439-88特性及适用范围： 为珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。可用于要求高强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、填料箱本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需经表面淬火的零件 化学成分： 碳 C ：3.163.30硅 Si：1.791.93锰 Mn：0.891.04硫 S ：0.0940.125磷 P ：0.1200.170力学性能： 抗拉强度 b (MPa)：250硬度 ：(RH=1时)209HB试样尺寸：试棒直径：30mm热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定，以下为某试样的热处理规范，供参考）铸态 金相组织：片状石墨珠光体零件材料为HT250。2.3 选择数控机床 由于基座零件的上表面为孔、圆、外轮廓和U型槽，只需单工位加工即可完成。故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、半精铣、精铣、钻孔、扩孔等工步，所需刀具不超过20把，选用华中立式加工中心即可满足上述要求，工件一次装夹后可自动完成铣钻铰攻螺纹等工步的加工。2.4设计工艺（一）选择加工方法 1. 表面的粗糙度要求为Ra3.2。可选择“粗铣-精铣”方案。 2. 孔加工方法的选择。孔加工前，为了便于钻头定位，先用中心钻钻中心孔，然后再钻孔。内孔的加工方案在很大程度上取决于内孔本身的尺寸精度和粗糙度，对于精度 较高粗糙度较小的表面一般不能一把刀加工到图纸要求的尺寸报表表面粗糙度，而要分工步进行加工。 该零件孔的加工方案选择如下：（1） 孔4-8表面粗糙度为 Ra 3.2，选择“中心钻-钻”方案。 （2） 孔4-12表面粗糙度为 3.2，选择“中心钻-钻-扩孔”方案。3U型槽加工方法。槽表面的加工方案在很大程度上取决于内槽表面本身的尺寸精度和粗糙度。对于U型槽，表面粗糙为Ra3.2，选择，“粗铣-精铣方案”。（二）确定加工顺序 按照基面先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。外轮加工采用顺铣方式， 内轮廓加工采用逆铣方式，刀具沿切线方向切入与切出。1. 铣六方 保证400mm*250mm*80mm2. 去毛刺 0.205*453. 铣圆 保证200mm （1） 粗铣轮廓。 （2） 精铣轮廓。 4. 铣内方 （1） 粗铣圆，去除大部分余量。 （2） 粗铣轮廓，留 0.3mm 单边余量。 （3） 精铣轮廓到要求尺寸。 5加工4-8孔 保证8、Ra3.2（1） 钻中心孔。 （2） 扩 4-8孔至要求尺寸。6加工4-12孔 保证12、Ra3.2（1） 钻中心孔。 （2） 钻 4-12孔。 （3） 扩 4-12孔至要求尺寸。7.铣开口槽（1） 粗铣轮廓。 （2） 精铣轮廓。8加工2-20孔（1） 钻中心孔。 （2） 钻2-20孔 。（3） 扩2-20孔至要求尺寸。 9.加工U型槽 （1） 粗铣U型槽，留 0.30mm 单边余量。 （2） 精铣U型槽至要求尺寸。（三） 确定装夹方案和选择夹具 基座零件毛坯的外形比较规则，因此在加工上平面、圆、孔系、U型槽、外轮廓、开口槽时。选平口虎钳来夹紧使零件伸出8mm左右，下面用垫块垫起，夹紧用百分表找正。（四）选择刀具 所需有中心钻、钻头、立铣刀。其规格根据加工尺寸选择，表面粗铣铣刀直径应选大一些，以增大切削面积，但要考虑到刀库允许装刀直径也不能太大; 表面精铣铣刀直径应选小一些，以减少误差。刀具选择时应注意： 1. 零件表面采用立铣刀加工，根据圆半径选择立铣刀直径，使铣刀工作时减少时间消耗。 2.采用立铣刀加工，铣刀半径受轮廓最小曲率半径限制，R=10mm。3. 孔加工各共步的刀具直径根据加工余量和孔径确定。刀具卡片产品名称零件图号工序号刀具号刀具名称刀具型号01T01立铣刀4002T02立铣刀2003T03钻头304T04钻头805T05钻头1006T06钻头1207T07钻头14（五） 确定进给路线 表面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定。因而所选铣刀直径为 40mm。故它沿X 方向一次进给，其铣削范围见图2-1。在原点下刀依次粗加工半径39.9,79.8,99.7mm的圆，每次下刀10mm，加工三次；精加工时加工半径100mm的圆。图2-1斜方轮廓的粗精铣削加工由于受余量和 R10的影响，因而所选立铣刀为 20mm，其铣削范围见图2-2。先用铣刀直径为 40mm的刀加工一个半径65的圆，每次深度为10mm，加工三次，去除多余余量；用20mm的铣刀粗铣内方单边余量0.3mm；再用10mm的精加工，通过修改刀补分三次加工。 图2-2 所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床 的定位精度完全能保证。图2-3所示为各孔加工工步的进给路线;打中心孔-钻孔（-扩孔）.图23型槽的粗精加工由于受R 的影响，因而选立铣刀为mm，其铣削范围见图2-,可以用同把刀完成粗精加工。 图 2-4开口槽粗精铣选用立铣刀直径为40,其铣削范围见图2-5，每次加工深度为10mm，加工六次。图2-5（六）确定切削用量 根据零件图知，该零件材料切削性能较好。铣削圆平面、斜方、U型槽及两侧型腔时，留精加工余量 0.3mm 。该零件表面粗糙度要求为Ra=3.2m，可分粗铣、半精铣、精铣三步。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0.30.5mm。 1. 铣刀的切削参数计算（40立铣刀） （1） 刀具转速 n （单位：r /min ）查表2-3 知 v = 16m /min由式 v = dn/1000 知n=1000v/d 则 n = 100016/ .4 = 127.4r /min（2） 刀具进给速度 vf （单位：mm /min ）查表2-2 知f = 0.18mm /z由式 v = nzf知 v = 127.4. 1 =45.9 mm /min其它铣刀切削参数计算类同，切削参数见表 2-52. 钻头的切削参数计算（3中心钻） （1） 刀具转速 n （单位：r/min ） 查表2- 知v =m /min 由式v = dn/1000 得 n=1000v/d 则 n = 1000/ .3 = 849.3 r /min （2） 刀具进给速度vf （单位：mm min ） 查表2- 知f = .mm /z 由式v = nzf知 v = . = mm /min其它钻头切削参数计算类同，切削参数见表 2-5。2.5填写数控加工工序卡片 为更好地指导编程和加工操作把该零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表所示基座零件加工工艺卡片表2-5中零件号001零件名称基座编制日期2010.10程序号O1000编制赵小玉工步号程序段号工步内容刀具号刀具补偿半径补偿刀具规格背吃刀量1N10钻中心孔T03H0332N11粗铣圆T01H01D01401.53N12精铣圆T01H01D01400.34N13斜方大余量T01H01D01401.55N14粗铣斜方T02H02D02201.56N15精铣斜方T02H02D02201.57N16钻中心孔T03H0338N17钻4-8孔T04H0489N18钻中心孔T03H03310N19钻10孔T05H051011N20钻4-12T06H061212N21铣两侧行腔T01H01D01401.513N22精铣行腔T02H02D02 200.314N23钻中心孔T03H03315N24钻14孔T07H071416N252-20孔T02H02D02200.317N26粗铣U型槽T02H02D02 201.518N27精铣U型槽T02H02D02 200.32.6 加工程序 序号程序内容程序说明1O1000主程序号2N10钻中心孔3T03 M06选择刀具4G90G54G00X0Y0S800M03建立工件坐标系5G43Z50H03安全高度6Z5初始高度7G99G81X0Y0Z-60R5F30钻孔8G00X0Y0回到原点9Z50至安全高度10M0511M30程序结束12N11粗铣圆13T01 M06选择道具14G90G54G00X0Y0S200M03建立工件坐标系15G43Z50H01建立刀具补偿，走到安全高度16Z5初始高度17G42G01X0Y0D01(20)加入半径补偿18GO1Z-10F40下刀19G01X-39.9走刀20G02X-39.9Y0I39.9J0加工圆21G01X-79.8走刀22G02X-79.8Y0I79.8J0加工圆23G01X-99.7走刀24G02X-99.7Y0I99.7J0加工圆25G01Z5抬刀26G01X0Y0回到原点27GO1Z-20F40下刀28G01X-39.9走刀29G02X-39.9Y0I39.9J0加工圆30G01X-79.8走刀31G02X-79.8Y0I79.8J0加工圆32G01X-99.7走刀33G02X-99.7Y0I99.7J0加工圆34G01Z5抬刀35G01X0Y0回到原点36GO1Z-30F40下刀37G01X-39.9走刀38G02X-39.9Y0I39.9J0加工圆39G01X-79.8走刀40G02X-79.8Y0I79.8J0加工圆41G01X-99.7走刀42G02X-99.7Y0I99.7J0加工圆43G01Z5抬刀44G40G00X0Y0取消刀补45Z50至安全高度46M0547M30程序结束48N12精铣圆49T01 M06选择刀具50G90G54G00X0Y0S200M03建立工件坐标系51G43Z50H01建立刀具补偿，走到安全高度52Z5初始高度53G42G01X0Y0D01(20)加入半径补偿54GO1Z-30F40下刀55G01X-100走刀56G02X-100Y0I100J0加工圆57G01Z5抬刀58G40G00X0Y0取消刀补59Z50至安全高度60M0561M30程序结束62N13内方大余量63T01 M06选择刀具64G90G54G00X0Y0S200M03建立工件坐标系65G43Z50H01建立刀具补偿，走到安全高度66Z5安全高度67G42G01X0Y0D01（20）加入半径补偿68GO1Z-40F40下刀69G01X-65走刀70G02X-65Y0I65J0加工圆71G01Z5抬刀72G01X0Y0回到原点73GO1Z-50F40下刀74G01X-65走刀75G02X-65Y0I65J0加工圆76G01Z5抬刀77G01X0Y0回到原点78GO1Z-60F40下刀79G01X-65走刀80G02X-65Y0I65J0加工圆81G01Z5抬刀82G40G00X0Y0取消刀补83Z50至安全高度84M0585M30程序结束86N14粗铣斜方87T02 M06选择刀具88G90G54G00X0Y0S400M03建立工件坐标系89G43Z50H02建立刀具补偿，走到安全高度90G68X0Y0P-45旋转指令91M98P100D02(29)子程序调用92M98P100D02(10.7)子程序调用93G69取消旋转指令94G00Z50至安全高度95X0Y0回到原点96M0597M30程序结束98100%子程序号99G01Z5初始高度100G42G01X-70.5Y0加入半径补偿101G01Z-60F60下刀102G01Y60.5走刀103G02X-60.5Y70.5R10加工圆弧104G01X60.5走刀105G02X70.5Y60.5R10加工圆弧106G01Y-60.5走刀107G02X60.5Y-70.5R10加工圆弧108G01X-60.5走刀109G02X-70.5Y-60.5R10加工圆弧110G01Y0走刀111G01Z5抬刀112G40G00X0Y0取消刀补113Z50至安全高度114M99子程序结束115N15精铣斜方116T02 M06选择刀具117G90G54G00X0Y0S200M03建立工件坐标系118G43Z50H02建立刀具补偿，走到安全高度119G68X0Y0P-45旋转指令120M98P110D02(10)子程序调用121G69取消旋转指令122G00Z50至安全高度123X0Y0回到原点124M05125M30程序结束126110%子程序号127G01Z5初始高度128G42G01X-70.5Y0加入半径补偿129G01Z-60F60下刀130G01Y60.5走刀131G02X-60.5Y70.5R10加工圆弧132G01X60.5走刀133G02X70.5Y60.5R10加工圆弧134G01Y-60.5走刀135G02X60.5Y-70.5R10加工圆弧136G01X-60.5走刀137G02X-70.5Y-60.5R10加工圆弧138G01Y0走刀139G01Z5抬刀140G40G00X0Y0取消刀补141Z50至安全高度142M99子程序结束143N16钻中心孔144T03 M06选择刀具145G90G54G00X0Y0S800M03建立工件坐标系146G43Z50H03建立刀具补偿，走到安全高度147G68X0Y0P-45旋转指令148M98P120D04子程序调用149G68X0Y0P45旋转指令150M98P120D04子程序调用151G68X0Y0P135旋转指令152M98P120D04子程序调用153G68X0Y0P-135旋转指令154M98P120D04子程序调用155G69旋转取消156G00X0Y0回到原点157Z50至安全高度158M05159M30程序结束160120%子程序号161G01X0走刀162G99G81X85Y0Z-45R5F30钻孔163G01X0Y0回到原点164M99子程序结束165N17钻4-8孔166T04 M06选择刀具167G90G54G00X0Y0S200M03建立工件坐标系168G43Z50H04建立刀具补偿，走到安全高度169G68X0Y0P-45旋转指令170M98P130D04子程序调用171G68X0Y0P45旋转指令172M98P130D04子程序调用173G68X0Y0P135旋转指令174M98P130D04子程序调用175G68X0Y0P-135旋转指令176M98P130D04子程序调用177G69旋转取消178G00X0Y0回到原点179Z50至安全高度180M05181M30程序结束182130%子程序号183G01X0走刀184G99G83X85Y0Z-45R5Q5P2K5F100钻孔185G80取消钻孔186G01X0Y0回到原点187M99子程序结束188N18钻中心孔189T03 M06选择刀具190G90G54G00X0Y0S800M03建立工件坐标系191G43Z50H03建立刀具补偿，走到安全高度192G99G81X100Y100Z-30F30钻孔193X100Y-100钻孔194X-100Y-100钻孔195X-100Y100钻孔196G80取消钻孔197G00X0Y0回到原点198Z50至安全高度199M05200M30程序结束201N19钻4-10孔202T05 M06选择刀具203G90G54G00X0Y0S200M03建立工件坐标系204G43Z50H05建立刀具补偿，走到安全高度205G99G83X100Y100Z-30R5Q10P2K5F100钻孔206G99G83X100Y-100Z-30R5Q10P2K5F100钻孔207G99G83X-100Y-100Z-30R5Q10P2K5F100钻孔208G99G83X-100Y100Z-30R5Q10P2K5F100钻孔209G00X0Y0回到原点210Z50至安全高度211M05212M30程序结束213N20钻4-12孔214T06 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M06选择刀具407G90G54G00X0Y0S400M03建立工件坐标系40