数控技术毕业设计（论文）-PBM-135A配合零件加工工艺设计.doc

淮安信息淮安信息职业职业技技术术学院学院 毕毕业业论论文文 题 目pbm-135a 配合零件加工工艺设计 学生姓名 学 号 系 部机电工程系 专 业数控技术 班 级 指导教师 顾问教师 二一二年六月 摘 要 i 摘摘 要要 本文主要根据板类零件配合的图纸分析及技术要求，对该零件进行了详细 的数控工艺分析，依据分析的结果，对该零件进行了数控加工工艺设计，并编 制了工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡片等，零件主要有圆弧和直线连接 而成，件一与件二的配合要求较高，对于粗糙度要求较高的内表面等分粗精加 工。 在工艺设计中充分考虑了加工设备的选用，夹具的选择，加工顺序的安排、 工步的划分、刀具的选用、走刀路线和切削用量的确定等。配合零件中有的轮 廓较复杂，所以运用手动和自动编程编制了该零件的数控加工程序。 关键词关键词：凸凹模零件 加工工艺 数控编程 目 录 ii 目目 录录 摘摘 要要i 第一章第一章 绪论绪论.1 第二章第二章 数控加工及工艺概述数控加工及工艺概述.3 2.1 传统普通加工和数控加工工艺的特点3 2.2 数控加工工艺设计3 2.3 数控床操作及适合操作的零件3 2.4 数控加工特点及优点4 2.5 确定走刀路线和安排工步顺序6 2.6 定位基准与夹紧方案的确定6 2.7 夹具的选择7 2.8 刀具的选择8 2.9 切削用量的选择9 第三章第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计配合零件的数控加工工艺设计.11 3.1 零件图11 3.1.1 零件图的工艺分析.12 3.1.2 零件毛坯的确定.12 3.2 加工设备的选择13 3.3 零件的工艺分析与设计14 3.3.1 加工方法的选择.14 3.3.2 刀具的选择.15 3.3.3 工序的划分和加工顺序的划分.16 3.3.4 夹具的选择和装夹的确定.18 3.3.5 走刀路线的确定.18 3.3.6 切削用量的确定.26 3.3.7 加工工艺卡的设计.28 第四章第四章 pbm-135a 配合零件的程序编制配合零件的程序编制.33 4.1 零件的程序编制33 4.2 零件程序的选择33 4.3 零件的程序33 4.3.1 手工编程.33 4.3.2 自动编程.37 第五章第五章 总结与展望总结与展望.53 5.1 本文总结53 5.2 将来展望53 致致 谢谢.54 参考文献参考文献.55 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能精度和效率日趋 提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化，因此， 对机械产品的加工相应的提出了高精度高柔性与高度自动化的要求。 大批量生产的产品，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了提高产品的 质量和生产率，多采用专用的工艺装备、专用的自动化机床、专用的自动化产 线或自动化车间进行生产，尽管这类设备初次投资很大,生产准备周期长，产品 改型不易，因而是产品的开发周期增长。但是由于分摊在每个零件上的费用很 少，所以经济效益仍很显著。 然而在机械制造业中，单件及中小批量生产的零件约占机械加工总量的 80% 以上。尤其是在造船、航天航空机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是 加工批量小，改型频繁，零件形状复杂和精度要求高，加工着类产品需要经常 改装或调整设备，对于专用化程度很高的自动化机车来说，这种改装和调整甚 至是不可能实现的。 由于数控机床综合应用了电子计算机自动控制，伺服驱动，精密检测与新 型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点，因此 采用的数控加工手段解决了机械制造业中常规加工技术难以解决甚至是无法解 决的单件小批量，特别是复杂型面零件的加工。应用数控加工技术是机械制造 业中的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械 制造业中的制造水平，为社会提供了高质量，多品种及高可靠性的机械产品。 目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船 机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。 进入 20 世纪 90 年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控 技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、 高精化、复合化、智能化、 高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工 技术向 cims（ 计算机集成制造系统）方向发展。 数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优 点，在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来，数控机床的加工有以下几 方面的优点：(1)适应性强（2）精度高，质量稳定（3）生产效率高（4）能实现 复杂的运动（5）良好的经济效益。 数控加工工艺的内容包括了机械加工工艺和数控加工程序编制的基本知识 和基本理论、典型零件加工工艺分析的方法。数控加工工艺的研究宗旨是如何 科学的最优的设计加工工艺，充分发挥数控机床的特点，实现数控加工中的优 质、高产和低耗。学会选择机床、刀具、夹具及零件的表面的加工方法，掌握 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 数控加工工艺的设计方法以及分析解决生产中的工艺问题。 这份论文是对整个设计过程的描述，包扩零件图样的分析、刀具夹具的选 用、工艺路线的拟定以及手工编程的全部内容。在零件的加工过程中工艺分析 是尤其重要的，而数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，没有符 合实际的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序，所以这次设计 的重点就在数控加工工艺上，结合数控加工工艺要求和零件的使用要求对零件 的数控加工工艺流程作了的分析。 第二章 数控加工及工艺概述 3 第二章第二章 数控加工及工艺概述数控加工及工艺概述 2.12.1 传统普通加工和数控加工工艺的特点传统普通加工和数控加工工艺的特点 机械加工工艺过程是指用材料去除方法改变毛坯的形状、尺寸和表面质量， 使其成为达到设计要求的过程。数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有 许多相同之处，遵循的原则基本一致。也有许多不同，最大的不同表现在切削 刀具轨迹的控制方式上。同时由于数控机床本身自动化程度较高，设备费用较 高，因此数控机床加工相应形成了自己的特点。 与普通加工工艺相比，数控加工工艺有着如下基本特点：第一、加工工艺 内容十分具体；第二、工艺要求相当准确而严密。 2.22.2 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 在使用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与 安排，刀具的几何形状，走刀路线及切削用量等，在很大程度上都是由操作工 人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无须工艺人员在设计工 艺规程时进行过多的规定。而在数控机床加工时，上述这些具体工艺问题，不 仅成为数控工艺设计时必须考虑的内容，而且还必须做出正确的选择并编入加 工程序中。数控加工的工艺设计非常严密，数控机床虽然自动化程度较高，但 自适应性差。它不能像通用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较灵 活的适时的进行人为的调整。所以，在数控加工的工艺设计中，必须注意加工 过程中的每一个细节，计算和编程时，都要力求正确无误。 数控加工工艺设计主要包括以下内容： （1）选择适合在数控铣床上加工的零件，确定加工程序 （2）对零件图样品进行分析，明确加工工序的内容 （3）确定零件的加工方案，拟定加工工艺路线 （4）设计工步划分，工件的定位，夹具刀具选择，切削用量，进给量等工 序 （5）处理对刀点，换刀点，刀具补偿，走到路线的特殊工艺问题 （6）确定数控铣床加工中的误差 2.32.3 数控机床操作及适合操作的零件数控机床操作及适合操作的零件 数控加工的操作程序化相当严格，由于数控加工自动化程度高、可多轴联 动，便于工序集中安排。但数控机床价格昂贵，操作技术要求高，所加工的对 象也都是一些形状比较复杂、价值也比较高的零件，稍有不慎损坏了零件或损 坏了机床、刀具，都会造成较大损失。因此对数控机床加工操作的基本步骤的 程序化要求相当严格。 从工艺设计编写程序校验程序零件加工的每一步都不能忽视。其中 程序校验更是重要的一环。数控加工机床的合理应用，根据数控加工的特点， 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 正确选择加工方法和加工对象，充分发挥数控机床加工的优点，取得良好的经 济效益是我们在进行工艺设计中必须考虑的一个重要问题。 数控加工工艺的应用有很大的灵活性，对同一个加工内容，可能有多种工 艺方案，必须针对具体问题进行具体分析。 数控加工的零件按适应程度分以下 3 类 最适应类 （1）形状复杂、加工精度高，用普通机床无法加工或虽能加工但质量难以 保证的零件 （2）具有复杂曲线或曲面轮廓的零件 （3）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不敞开内腔的壳体或盒形的 零件 （4）必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多道工序的零件 较适应类 （1）价值高且在普通机床上加工时极易受人为因素干扰的零件 （2）在普通机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件 （3）需要多次更改设计后才能定型的零件 （4）在普通机床上加工需要作很长时间调整的零件 （5）在普通机床上加工效率低、工人劳动强度大的零件 不适应类 （1）生产批量大 （2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零。 （3）加工余量极不稳定，且在数控机床上无在线检测系统可自动调整零件 坐标位置的零件 （5）必须用特定工艺装备协调加工的零件 2.42.4 数控加工特点及优点数控加工特点及优点 数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加 工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。 用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。 它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化 和自动化加工的有效途径。 数控机床一开始就选定具有复杂型面的飞机零件作为加工对象，解决普通 的加工方法难以解决的关键。数控加工的最大特点是用穿孔带(或磁带)控制机床 进行自动加工。 数控加工的其他特点： （1）工序集中 第二章 数控加工及工艺概述 5 数控机床一般带有序集中带来巨大的经济效益 减少机床占地面积，节约厂房 减少或没有中间环可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自 动进行，既省时间又省人力 （2）加工自动化 数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显 对操作工人的要求降低:一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养 的，而一个不需编程的数控工培养时间极短。并且数控工在数控机床上加工出 的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省 降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在 加工过程之外，非常省力。 加工效率高： 数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产 率 （3）柔性高 传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很 高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞 争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件， 且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争 （4）加工能力强 机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床 特别适合以下场合：不许报废的零件，新产品研制，急需件的加工。 数控加工有下列优点： 大量减少工装数量，加工形状复杂的零件不需要复杂的工装。如要改变 零件的形状和尺寸，只需要修改零件加工程序，适用于新产品研制和改型。 加工质量稳定，加工精度高，重复精度高，适应飞行器的加工要求。 多品种、小批量生产情况下生产效率较高，能减少生产准备、机床调整 和工序检验的时间，而且由于使用最佳切削量而减少了切削时间。 可加工常规方法难于加工的复杂型面，甚至能加工一些无法观测的加工 部位。数控加工的缺点是机床设备费用昂贵，要求维修人员具有较高水平。 数控加工的自动化程度非常高，对零件的切削加工全过程都是由数控系统 自动控制、由机床自动来完成的。经济型数控机床的操作工作的最主要内容是 对工件进行装和卸，具备自动装卸工件功能的则连工件的装卸也不需要人工参 与，完全都是自动化的。这就节省了大量的人力和物力，减轻了工人的劳动强 度，降低了生产成本。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 所以数控对加工工件对象的转换非常方便而迅速，节省了大量的工艺准备 时间。数控机床特别适合于单件生产和小批量，辛品种零件的加工，对生产的 适应性、机动性较强。 2.52.5 确定走刀路线和安排工步顺序确定走刀路线和安排工步顺序 在数控加工工艺过程中，刀具时刻处于数控系统的控制下，因而每一时刻 都应有明确的运动轨迹及位置。走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨 迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依 据之一，因此，在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走 刀路线画上去（包括进、退刀路线） ，这样可为编程带来不少方便。工步的划分 与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，主要考虑以下几点： （1）寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率； （2）为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一 次走刀中连续加工出来； （3）刀具的进、退刀（切入与切出）路线要认真考虑，以尽量减少在轮廓 切削中停刀（切削力突然变化造成弹性变形）而留下刀痕，也要避免在工件轮 廓面上垂直上下刀而划伤工件； （4）要选择工件在加工后变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板 零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排定刀路线。 工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采 用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复 杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原 则： （1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按 先粗后精加工分开进行。 （2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步， 可以提高孔的精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔， 使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。 （3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按 刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 2.62.6 定位基准与夹紧方案的确定定位基准与夹紧方案的确定 定位基准的确定 在选择基准，是从保证加工精度出发，首先考虑以什么表面作为精基准定 位加工工件的主要表面，然后考虑以什么表面为粗基准定位加工出精基准表面， 及先确定精基准，后确定粗基准。 （1）精基准的选择，由零件图所知，凸凹模零件上下两面都需要加工，根 第二章 数控加工及工艺概述 7 据基准重合的原则，应尽量选择用零件的侧壁 c、e 面作为精基准，以保证零件 的加工精度。 （2）粗基准的选择 粗基准的选择对零件有两方面的影响：一是零件上加 工表面与不加工表面的位置，二是加工表面的余量分配。本零件图中，对侧面 要求加工不多，可以先以未加工的上下表面 a、b 面为粗基准，加工出侧面精基 准。 2、夹紧方案的确定 在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了 保证在这些力的作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位 置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可 靠地夹紧。 该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求 不高，因此，以底面和两个侧面作为定位基准，用平口虎钳从工件侧面夹紧即 可。 2.72.7 夹具的选择夹具的选择 1、夹具的选择 由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首 先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床 坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点： （1）当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具，可调式夹具及其它通用夹 具； 图 2-1 基准的选择 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 （2）当小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单； （3）夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生 碰撞等） ； （4）装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件 应采用气动或液压夹具、多工位夹具。 2.82.8 刀具的选择刀具的选择 刀具材料切削性能的优劣和铣刀角度的合理选择将直接影响切削加工的生 产率和加工表面的质量。另外，数控机床主轴转速比普通机床高 1-2 倍，且主轴 输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要 求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。 随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善，数控加工用刀具在耐用度、刚度、 抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已有很大的改善。刀具的选择应考虑工 件材质、加工轮廓类型、机床允许的切削量和刚性以及刀具耐用等因素。所以 刀具要胜任切削工作，刀具切削部分材料必须具备，高的硬度和耐磨性、足够 的强度与韧性、高的耐热性与化学稳定性、良好的工艺性和经济性。 （1）常用刀具种类 根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机 夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具 等。 根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金 刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。 从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多 种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。 刀具安排的顺序，一般应遵循以下原则： （1）尽量减少刀具数量； （2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤； （3）粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具； （4）先铣后钻 ； （5）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工； （6）在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生 产效率等。 刀具选择的尺寸参照 （1）面铣刀：对于单次平面铣削，面铣刀的直径可参照 d=（1.31.6）b 进行选择。 （d面铣刀直径 mm;b铣削宽度 mm;）故选用50 的面铣刀 第二章 数控加工及工艺概述 9 铣削平面。 （2）立铣刀：立铣刀的尺寸参照可按经验数据选取： 刀具半径 r 应小于零件内轮廓的最小曲率半径 ，一般取 r=(0.80.9) 。 零件的加工高度 h（1/41/6）r，以保证刀具有足够的刚度。 对不通孔（深槽） ，选取 l=h+(510)mm（l 为刀具切削部分长度，h 为 零件高度） 。 加工外形及通槽时，选取 l=h+r+(510)mm(r 为端刃圆角半径)。 粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径 d 可按 d=2(sin/2-1)/(1-sin/2) 来计算（d 为轮廓的最小凹圆角直径； 为圆角邻边夹角等分线上的精加工余 量；1 为精加工余量； 为圆角两邻边的夹角） 。 加工肋时，刀具直径为 d=（510）b(b 为肋的厚度)。 2.92.9 切削用量的选择切削用量的选择 切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方 法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。切削用量的选择标准是： 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。从 保证刀具寿命的角度出发，铣削切削用量的选择方法是先选择背吃刀量（或侧 吃刀量） ，其次确定进给速度，最后确定切削速度。 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，但也应 考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，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。 随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的 关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具 和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定 原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高 企业的经济效益和生产水平。 切削用量主要由； （1）主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。 计算的主 轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。 （2）进给速度的确定 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，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。最大进给速度受机床刚度和 进给系统的性能限制。 （3）背吃刀量确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应 尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效 率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般 0.20.5mm。 总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验 用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应， 以形成最佳切削用量。 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 11 第三章第三章 pbm-135apbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计配合零件的数控加工工艺设计 3.13.1 零件图零件图 图3-1 凸模零件的零件图 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 a a 技术要求： 1、未注公差0.1mm; 2、未注倒角去毛刺。 通孔 其余 图3-2 凹模零件的零件图 3.1.13.1.1 零件图的工艺分析零件图的工艺分析 如图所示可知，该凸零件由孔、薄壁、梅花形凸台、圆弧槽和倒角等构成。 凹模零件是由孔、内圆弧轮廓和圆角等构成。零件各几何元素之间关系明确， 尺寸标注完整、正确，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整。薄壁 表面粗糙度 ra 为 1.6m，要求较高。梅花形凸台的表面粗糙度 ra 值为 1.6m。 圆弧槽未标注的表面粗糙度值 ra 均为 3.2mm,整体的表面质量要求高。其中孔的 尺寸精度为 it7 级，表面粗糙度 ra1.6m，要求较高。内圆弧轮廓表面粗糙度 ra 值为 1.6m，要求较高。因此，该组零件的加工应分粗加工半精加工与精加工 三个部分进行，以保证其尺寸精度和表面粗糙度要求。几何元素之间关系明确， 尺寸标注完整、正确，符合数控加工尺寸标注要求。零件为 45 号钢，切削加工 性能较好，无硬度要求。 3.1.23.1.2 零件毛坯的确定零件毛坯的确定 毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，材料消耗就越少，机械加工的劳动量 也越少，会提高机械加工效率，降低成本。因此，确定毛坯要从机械加工和毛 坯制造等多方面综合考虑，以求得最佳效果。根据零件材料的工艺性，钢质零 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 13 件当形状不太复杂,力学性能要求不高，考虑到现有的设备和自身的经济条件等 问题，同时在中小批量生产类型下。因此综合考虑，采用数控铣削加工，其加 工面都要具有充分的加工余量故选择毛坯尺寸为 155mm125mm30mm， 该 零件采用 45 钢。 3.23.2 加工设备的选择加工设备的选择 根据零件图可知，该零件主要加工的内容由平面、圆弧、凸台、孔、直线、 倒角等组成加工该类零件的数控铣削。该零件为批量生产，为了达到图样上的 精度要求，同时兼顾到加工效率与加工经济性，我们选择数控机床，根据实际 情况选择装备 fanuc 0i mate-mb 系统的 xk713a 数控铣床。本机床可以进行 铣，钻等多种典型加工。它的常规配置是三轴三联动数控系统，也可配置四轴 四联动数控系统(加装数控分度头)。故它的适用范围十分广泛，可以加工平面凸 轮，空间曲面，加工各种异形零件及中小型模具，适用于各种批量的生产。 xk713a 数控铣床的具体参数如下： 所以选择 xc713a 加工中心，fanuc 0i mate 系统。 xk713a 数控铣床的性能指标 主要规格尺寸 （1）工作台面积（长*宽） 800350mm （2）工作台三向行程（x、y、z） 600410510mm （3）工作台最大承重 500kg （4）主轴转速 80-8000rpm（变频） （5）主轴锥度 7:24 （6）最大快进速度 15m/min （7）分辨率（最小设定单位） 0.001mm （8）定位精度 x、z 轴：0.05mm y 轴：0.04mm （9）重复定位精度 0.002mm （10）机床外形尺寸 250022952550mm （11）机床净重 4500kg （12）数控系统 fanuc 0i mate-mb 主轴系统 xk713a 数控铣床主轴采用直流或交流伺服电动机驱动，可实现无级调速， 具有很宽的调速范围（80-8000r/min）和很高的回转精度，主轴本身刚度与抗振 性比较好,对提高加工质量和各种小孔加工极为有利，另外主轴转速可以通过操 作面板上的转速倍率开关进行调整。 进给系统 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 进给系统的主要技术参数包括：进给速度范围、快速(空行程)速度范围、运 动分辨率(最小移动增量)、定位精度等，具体参数如下： （1）进给速度范围 1-5000mm/min （2）最大快进速度 15m/min （3）分辨率（最小移动增量） 0.001mm （4）定位精度 x、z 轴：0.05mm y 轴：0.04mm （5）重复定位精度 0.002mm 3.33.3 零件的工艺分析与设计零件的工艺分析与设计 3.3.13.3.1 加工方法的选择加工方法的选择 在数控铣床上加工平面主要采用面铣刀和立铣刀。经粗铣的平面，尺寸精 度可达 it10it12 级，表面粗糙度 ra 值可达 6.325um;经粗铣半精铣精铣 的平面，尺寸精度可达 it7it9 级，表面粗糙度 ra 值可达 1.66.3um;当零件表 面粗糙度要求较高时，应采用顺铣方式。而对于立体曲面的加工应根据曲面形 状、刀具形状及精度要求采用不同的铣削加工方法，如两轴半、三轴、四轴及 五轴等联动加工。该零件可采用两轴半联动的数控铣床对其进行粗铣、半精铣、 精铣。 内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔和光整加工。 图 3-2 是常用的孔的加工方案，应根据被加工孔的加工要求、尺寸、具体生产条 件、批量的大小及毛坯上有无预制孔等情况合理选用。 配合零件凸、凹模主要表面加工是铣削基准平面、孔加工、薄壁内外轮廓、 薄壁内凸台轮廓、内圆弧槽、四方轮廓因此采用的是铣削成形，采用卧式铣床 铣削。由于该凸模零件的主要表面加工要求较高，零件的几何精度要求较高， 表面粗糙度 ra 值(ra=1.6 m)较小，故铣削后还需精铣。 （1）凸模零件加工方法的选择 基准面的加工方法可为：粗铣精铣；薄壁内轮廓的加工方法可为：粗铣 精铣；薄壁内凸台轮廓的加工方法可为：粗铣精铣；薄壁外轮廓的加工方 法可为：粗铣精铣；内圆弧槽的加工方法可为：粗铣精铣；四方凸台的加 工方法可为：粗铣精铣倒角 c2；孔的加工方案可为：钻孔扩孔绞孔 （2）凹模加工方法的选择 基准面的加工方法可为：粗铣精铣；薄壁内轮廓加工方法可为：粗铣 精铣倒圆角 r3；外槽轮廓凹槽的加工方法可为：粗铣精铣；孔的加工方法 可为：钻孔扩孔绞孔 在确定好孔加工方法后还要确定孔加工的余量的大小，由于本次加工零件 中孔的精度都在 it7 级精度，ra 值为 1.6um，其余表面粗糙度 ra 值均为 3.2mm，要求较高余量可查阅参考文献 4 第 187 页，根据孔的直径，得到孔加工 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 15 的余量。 3.3.23.3.2 刀具的选择刀具的选择 根据零件的结构特点，在加工凸模零件时，铣削上表面时由于零件平面尺 寸为 120150，故选用80 的面铣刀，以便一次切削，提高加工效率，减少相 邻两次进给之间的接刀痕和保证铣刀寿命。 根据零件结构，为了减少换刀次数，提高加工效率，同时考虑刀具直径不 得大于最小轮廓曲率半径，在各部件间不得产生干涉等现象，在铣削薄壁内轮 廓、外轮廓、凸台、右上角岛以及中间大凸岛的内外壁时，选取8（t3）立铣 刀。加工孔时候，先钻中心孔，选用2 中心钻，钻中间26 孔，选用258 绞 刀（t5） 。在倒凸岛的角时，为了考虑其表面质量，所以选用8 的键槽刀（t6） 。 在加工凹模零件时，铣外轮廓时，为了减少加工次数，提高加工效率，选 用8 立铣刀（t4） 。在加工 4 个反面腰槽时，由于侧壁与底面有 r2 的过渡圆弧， 所以选用6r1.5 的键槽刀（t6） 。 制作道具卡片（如表 3.1 与 3.2）将所选定的刀具参数填入加工刀具卡片中， 以便于编程和操作管理。见表“凸模”零件刀具卡和表， “凹模”零件刀具卡。 表 3.1 凸模零件数控加工刀具卡 产品名称零件名称 配合零件 刀具规格 序号刀具号刀具名称数量 直径/mm长度/mm 备注 1t01面铣刀180实测 2t02立铣刀116实测 3t03立铣刀18实测 4t04键槽铣刀18实测 5t05中心钻12实测 6t06麻花钻125.8实测 7t07铰刀126实测 8t08麻花钻19.8实测 9t09铰刀110实测 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 表3.2 凹模零件数控加工刀具卡 产品名称零件名称配合零件 刀具规格 序号刀具号刀具名称数量 直径/mm长度/mm 备注 1t01面铣刀180实测 2t02立铣刀116实测 3t03立铣刀18实测 4t04中心钻12实测 5t05麻花钻19.8实测 6t06铰刀110实测 7t07球头刀112实测 3.3.33.3.3 工序的划分和加工顺序的划分工序的划分和加工顺序的划分 考虑到本次所要加工的零件为正反两面均需加工，为减少装夹次数，以保 证各尺寸的精度，达到表面粗糙度要求，所以选用刀具划分工序方法。根据上 文制定的零件加工方法和选用刀具设计出零件的加工工序与工步如下: 1、凸模零件加工顺序的划分 工序一：选用16 立铣刀加工零件四周侧壁 c、d、e、f 平面 （1）选用16 立铣刀粗铣 c、d、e、f 面； （2）选用16 立铣刀精铣 c、d、e、f 面； 工序二：选用80 面铣刀加工零件底面 b 平面以及上端面 a 平面 (1)选用80 面铣刀粗铣 b 面； (2)选用80 面铣刀精铣 b 面； (3)选用80 面铣刀粗铣 a 面； (4)选用80 面铣刀精铣 a 面； 工序三：选用8 的立铣刀加工出薄壁内、外轮廓与圆弧槽以及梅花型凸台 (1)选用8 立铣刀粗铣薄壁内轮廓； (2)选用8 立铣刀精铣薄壁内轮廓； (3)选用8 立铣刀粗铣梅花型凸台； 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 17 (4)选用8 立铣刀精铣梅花型凸台； (5)选用8 立铣刀粗铣薄壁外轮廓； (6)选用8 立铣刀精铣薄壁外轮廓； (7)选用8 立铣刀粗铣圆弧槽； (8)选用8 立铣刀精铣圆弧槽； (9)选用10 立铣刀粗铣梅花型顶面和清除内槽多余量； (10)选用10 立铣刀精铣梅花型顶面和清除内槽多余量； 工序四：选用8 键槽刀加工出外凸台和倒角 (1)选用8 键槽刀粗铣外凸台； (2)选用8 键槽刀精铣外凸台； (3)选用8 键槽刀加工倒角； 工序五：选用2 中心钻定位三个小孔 (1)选用2 中心钻定位三个小孔； 工序六：选用25.8 麻花钻钻一个26 的通孔 (1)选用25.8 钻头钻一个通孔； 工序七：选用26 铰刀铰一个通孔 (1)选用26 铰刀铰一个通孔； 工序八：选用9.8 麻花钻钻两个10 的通孔 (1)选用9.8 钻头钻两个通孔； 工序九：选用10 铰刀铰两个通孔 (1)选用10 铰刀铰两个通孔； 2、凹模零件加工工步顺序 工序一：选用16 立铣刀加工零件四周侧壁 c、d、e、f 平面 (1)选用16 立铣刀粗铣 c、d、e、f 面； (2)选用16 立铣刀精铣 c、d、e、f 面； 工序二：选用80 面铣刀加工零件底面 b 平面以及上端面 a 平面 (1)选用80 面铣刀粗铣 b 面； (2)选用80 面铣刀精铣 b 面； (3)选用80 面铣刀粗铣 a 面； (4)选用80 面铣刀精铣 a 面； 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 工序三：选用8 的立铣刀加工出薄壁内轮廓和凹槽 (1)选用8 立铣刀粗铣薄壁内轮廓； (2)选用8 立铣刀精铣薄壁内轮廓； (1)选用8 立铣刀粗铣凹槽； (2)选用8 立铣刀精铣凹槽； 工序四：选用12 球头刀加工 r3 圆角 (1)选用12 球头刀加工 r3 圆角； 工序五：选用2 中心钻定位两个小孔 (1)选用2 中心钻定位两个小孔； 工序六：选用9.8 麻花钻钻两个10 的通孔 (1)选用9.8 钻头钻两个通孔； 工序七：选用 10 铰刀铰两个通孔 (1)选用10 铰刀铰两个通孔； 3.3.43.3.4 夹具的选择和夹具的选择和装夹的确定装夹的确定 （1）根据零件的特点和加工需要，考虑到该零件外轮廓为正方形,形状很规 则，但四边加工精度要求，本设计零件的表面外形尺寸精度要求不是过高，所 以如图可选用平口虎钳和此夹具组合使用铣削四个侧平面，以下底面和三个侧 面定位，限制了工件的六个自由度，可以保证装夹的可靠性，设计如图 3-1 所示 虎钳组合夹具。当四个侧面铣削好，选取夹具台虎钳铣削 a、b 面，这样可以较 好的保证零件的加工精度。 图3-3 零件夹具设计 （2）装夹的确定 由于该零件为批量生产，为提高装夹效率，平口虎钳组合夹具铣削四个侧 面，然后两钳口铣削深度和宽度均为 5mm 的装夹定位槽。加工零件时，首先以 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 19 上端面（a 面）作为粗基准面装夹部位为零件侧面（e、f 或 c、d 面）的约 5mm 高度处，并确保零件留有足够的加工部位。其次再以 b 面作为精基准面反 面装夹，零件已加工表面应与平口钳接触面紧密接触，此时即可铣削零件上端 面（a 面）以及零件梯形型腔、梯形凸台、孔等轮廓，把工件放在垫块的位置 要适当，应避开钻通孔时钻头伸出的位置。 3.3.53.3.5 走刀路线的确定走刀路线的确定 数控铣削中走刀路线对零件的效率有很大的影响，选择好的走刀路线是确 保刀具安全和加工质量的措施之一，好的走刀路线又能获得较好的表面粗糙度。 铣削方式 铣削方式有顺铣和逆铣两种方式。逆铣，刀具从已加工表面切入，切削厚 度从零逐渐增大，不会造成从毛坯面切入而打刀，使切削力与工件相反，铣削 较平稳，粗糙度大。顺铣，刀具从待加工表面切入，切削厚度从最大逐渐减小 为零，切入时冲击力较大，刀齿无滑行、挤压现象，顺铣时质量好，刀齿磨损 小，刀具寿命长。 所以本零件加工时粗铣时尽量选用逆铣，精加工时尽量选用精铣，从而获 得的表面质量较高。 2、型腔铣削的下刀方式 凸模铣削下刀方式 槽内轮廓深度不是很深，区域比较大，采用螺旋下刀比较好一些。精加工 用切线方式进刀，切线退刀，防止接刀痕的产生；槽内凸台粗、精加工，选择 直线进刀，在空档的位置垂直下刀；圆弧槽的深度不是很深，粗加工采用极坐 标螺旋下刀，精加工采用直接下刀，直线进刀；外轮廓深度不是很深，可以在 外面直接垂直下刀，直线切入，精加工相同；凸台与外轮廓一样，采用的方法 相同；钻孔和绞孔可直接垂直下刀。 3、 凸模零件的进给路线 （1）上表面加工路线。采用多次铣削走刀路线。 （2）型腔粗、精加工进给路线如图 3-4。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 图 3-4 型腔铣削加工进给路线 （3）粗、精加工薄壁内凸台进给路线如图 3-5 所示。 图 3-5 粗、精加工薄壁内凸台进给路线 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 21 （4）粗、精加工薄壁外薄壁轮廓走刀路线如图 3-6 所示。 图 3-6 粗、精加工薄壁外薄壁轮廓进给路线 （5）粗、精加工薄壁外薄壁凸台轮廓和清角走刀路线如图 3-7 所示。 图 3-7 粗、精加工薄壁外薄壁凸台和清角进给路线 （6）粗、精加工薄壁内圆弧槽如图 3-8 所示。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 如图 3-8 粗、精加工薄壁内圆弧槽进给路线 （7）钻中心孔走刀路线如图 3-9 所示。 图 3-9 钻中心孔进给路线 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 23 （8）粗、精加工26 孔孔走刀路线如图 3-10 所示。 图 3-10 26 孔进给路线 （9）粗加工10 走刀路线如图 3-11 所示。 图 3-11 10 孔进给路线 4、凹模铣削下刀方式 槽轮廓区域内没有岛屿，可以螺旋下刀，精加工下刀方式跟凸模相同；开 放式槽直接在工件外下刀，在轮廓延长线上切入切出；钻孔和绞孔可直接垂直 下刀。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 24 凹模零件的进给路线 （1） 型腔粗、精加工进给路线如图 3-12所示。 图 3-12 型腔粗、精进给路线 （2） 粗、精外槽轮廓加工进给路线如图 3-13 所示。 图 3-13 粗、精外槽轮廓加工进给路线 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 25 （3） 钻中心孔走刀路线如图 3-14 所示。 图 3-14 钻中心孔走刀路线 （4） 粗加工10 孔走刀路线如图 3-15 所示。 图 3-15 粗加工10 走刀路线 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 26 3.3.63.3.6 切削用量的确定切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度） 、背吃刀量、进给量。对于不同的加工 方法，需要选择不同的用量，切削用量各参数在编程时都要编入加工序中，或 者在加工前预先调好机床的转速。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。切削用量各参数应根据 机床说明书。手册并结合实践经验确定。 1、 主轴转速 n 根据允许的切削速度来确定 n= d vc 1000 式中 vc切削速度（m/min） ，由刀具寿命来确定； d刀具直径（mm） ； n主轴速度（r/min） 。根据计算所得的值，查找机床说明确定标准 值。 由于切削速度跟主轴转速的关系，所有在铣削的切削速度与刀具的耐用度、 每齿进给量、背吃刀具、侧吃刀量及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。 其原因是 fz、ap、ae 和 z 增大时，刀刃负荷增加，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。为提高刀具耐用 度，允许使用较低的切削速度。铣削加工的切削速度可从表 3.3 中选取。 表 3.3 铣削加工切削速度参考值 切削速度/(m/min) c v 工件材料硬度/hbs 高速钢铣刀硬质合金铣刀 225184266150 225325123654120钢 3254256213675 190213666150 1902609184590铸铁 1603204.5102130 铝70120100200200400 从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免 c v 生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。结合机床、刀具等的限制， 零件为 45 号钢。根据参考文献 7.实用数控加工手册表 8.19, 粗铣时取=70m/min ，精铣时=100m/min，面铣刀80， c v c v 代入公式：即粗铣时 n粗=1000x70/3.14x80358.28 r/min 第三章 pbm-135a 配合零件的数控加工工艺设计 27 精铣时 n粗=1000x100/3.14x80398.09r/min 计算的主轴转速 n 要根据机床有的或接近的转速选取 取 n粗350 r/min n粗 =400 r/min 同理计算8 立铣刀： 粗铣时 n粗=1000x70/3.14x82786.624 r/min 根据机床的转速范围，取 2500r/min 精铣时 n精=1000x100/3.14x83980.89r/min 根据机床的转速范围，取 4000r/min 同理计算16 立铣刀： 粗铣时 n粗=1000x70/3.14x161393.31 r/min 根据机床的转速范围，取 1200r/min 精铣时 n精=1000x100/3.14x161999.45r/min 根据机床的转速范围，取 2000r/min 钻孔 2-10 时先采取得是钻到 2-9.8 取=20m/min。机床主轴转速，由式有： c v n n=1000x20/3.14x9.8=649.94r/min，根据机床的转速范围，取 600r/min 绞孔 2-10 n=1000x15/3.14x10=477.71r/min, 根据机床的转速范围，取 500r/min 同理计算10 钻孔取 n=700 r/min；铰孔取 n=400 r/min 2、进给速度 f(mm/min)或进给量 f(mm/r).根据工件的加工精度和表面粗糙度 要求以及刀具和工件材料进行选择。 最大进给速度 机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床系统，最大进给速 度是不同。当加工精度和表面粗糙度质量要求高时，进给速度应选小一些，通 常在 2050mm/min 范围内选取。需要说明的是，一般数控机床上都有倍率开关 （“速度倍率”与“主轴转速倍率”两个旋钮） ，能够控制数控机床的实际进给 速度，因此，在数控编程时，可以给定一个比铰大的进给速度，而在加工时由 倍率进给确定实际的进给速度。 对于铣刀等多齿刀具，通常规定每齿进给量 fz（mm） ，其含义是刀具每转 过一个齿，刀具相对于工件在进给运动方向上的位移量。进给量与每齿进给量 的关系为： f=fzzn 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。工件表面粗糙