凸台槽孔数控加工工艺设计论文

目 录 封面 设计任务书 . 1 引言 . 2 1零件分析 . 3 . 3 . 3 . 3 2零件工艺分析 . 5 择毛坯 . 5 艺分析 . 5 工路线 . 6 序衔接 . 5 3. 加工工艺过程卡 . 6 . 7 5. 数控加工工序设计 . 7 序加工内容及要求 . 7 序设计 . 8 择数控机床 . 8 定装夹方案 . 9 具的选择 . 10 工工步顺序 . 11 学处理 . 18 序编制及说明 . 19 6程序输入及机床操作 . 26 序输入 . 26 床操作 . 26 夹操作 . 27 刀操作 . 27 序效验 . 28 件试切 . 28 总结 . 29 参考文献 . 30 1 设计任务书 姓名： 学号： 班级： 课题名称： 凸台槽孔 数控加工工艺设计 技术要求： 1 零件用煤油清洗； 2 去尖角毛刺，锐边倒钝； 3 未注尺寸公差按 1804计要求： 件加工过程卡）一份 卡一份 2 引言 数控技术是先进制造技术的基础 ， 它是综合应用了计算机、自动控制、电气传动、自动代化科学技术的迅速发发展水平的重要标志。 随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。但最主要的发展趋势就是采用“ 动控制器”的开放式数控系统，它不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。 本次毕业设计是对两年来所学知识的总结，以检验对机械制图、数控工艺、数控编程等相关知识的掌握情况，该设计 主要讨论 凸台 槽孔 零件 的 加工工艺以及程序编制 ， 以 结合典型零件对 凸台槽孔零件进行讲解， 其 主要内容有 零件图纸 的分析 、 加工工艺分析 、 工艺处理、 刀具的选用 、 刀位轨迹计算 、 数学处理、编写零件程序、程序校验等。 在设计过程中，涉及到很多无法解决的问题，多次请教老师与同学，他们都提出了宝贵的意见与建议，在此衷心的感谢各位老师的耐心指导与同学的建议。 由于时间仓促和作者的知识水平有限予批评指正 。 3 1 零件分析 绘制凸台槽孔零件图，如 零件图 1所示，毛坯为 170 140 50料，零件材料为 45#钢 ，小批量生产，无热处理工艺等其他要求。 该零件的材料是 45#钢， 45#钢属于中碳钢 。 其 化学成分 (%)： 0。 抗拉强度 为 600 屈服强度 为 355 伸长率 为 16% 。 零件属于板类零件，加工的部位有上表面、凸台轮廓、孔、开口槽。加工内容都集中在上表面，因此 零件可以在一次装夹中完成。零件的表面有槽、轮廓、孔加工，在数控 铣床 和数控 加工中心 上都可以满足图纸要求。 4 图 1 5 2 零件工艺分析 该零件的材料为 45#钢，毛坯为 170 140 50料，各边都有足够的余量，刚性好，加工时不容易变形。毛坯如图 2所示。 图 2 1)零件图纸分析：该零件用两个基本视图表达它的内外形状。主视图采用部分局部剖，主要表达 纹孔、开口槽、 500+ 380+件的结 构形状比较复杂，标注的尺寸很多，这里仅分析主要尺寸。零件底面为高度方向的尺寸基准，标注出深度方向尺寸 30、 120+80+50+件左右对称面为长度方向的尺寸基准，标注出长度方向尺寸 150、 380+ 500+件前后对称面为宽度方向的尺寸基准，标注出宽度方向尺寸 120、 160+30、 2） 零件精度分析：零件的长宽高尺寸精度均不高，可在普铣上完成，但考虑到零件台阶面与底面有平行度要求，需在同 一次装夹中完成加工，所以高度方向留一定余量。零件加工的部位有上表面、凸台轮廓、槽、孔的加工，为保证加工精度要求，可在一次装夹、同一基准上完成。平面、外轮廓、右侧开口槽、 500+面粗糙度要为求 m；凸台上平面与基准 侧开口槽与基准 寸精度要求高，采用粗铣 精铣方案。该零件图尺寸公差最小的是 50+未注尺寸公差按 1804工，精度要求较高，表面粗糙度最小值为 是它厚度大，加工时不 6 容易产生振动。 2 螺纹孔的尺寸公差为 7H，表面粗糙度为 m，采用钻中心孔 钻孔 攻螺纹孔方案。 380+、 B 有对称度要求，表面粗糙度要求 m，尺寸精度高，采用钻 钻 粗镗 精镗达到图纸 要求 。 下料 铣 加工中心 钳 检验入库 1）第一道工序是为加工出零件的 6个面 ，加工时需要换多次装夹且加工内容较简单， 为加工中心加工提供装夹定位精基准 ， 所以采用普铣。 2）第二道工序，零件的所有加工内容都集中在上部，在一次装夹中可以完成所有内容的加工，可以选用数铣或加工中心加工，由于加工该零件时使用的刀具较多，所以选择加工中心 。 3. 加工工艺过程卡 加工工艺过程卡见表 1. 表 1 零件加工工艺过程卡 机械加工工艺过程卡 零件 图号 材料 件数 毛坯类型 毛坯尺寸 凸台槽孔零件 001 45# 500 板料 170 140 50号 工序名称 工 序内容 机床 工装 1 下料 下 17014050板料 气割机 钢直尺 2 铣 铣基准到 15012031铣 面铣刀 游标卡尺 刀口角尺、台虎钳 3 加工中心 1 铣上表面到图纸要求尺寸 2 铣凸台轮廓到图纸要求尺寸 3 铣 500+4 铣开口槽到图纸要求尺寸 5 钻 心孔 3 个。 6 钻、 钻 、粗 镗 、精镗 380+7 钻、 攻 螺纹孔 加工中心 面铣刀、立铣刀 、 中心钻 钻头、机用丝锥、镗刀 游标卡尺 、 外径千分尺 内径千分尺 、孔用塞规 台虎钳 、深度尺、内螺纹千分尺 4 钳 去飞边、毛刺 台虎钳 锉刀 5 检验 按图纸要求检验各部分尺寸及形状公差 6 入库 清洗，加工表面涂防锈油，入库 7 1） 工序 2 的加工内容是 6个面 ，加工时需要换多次装夹且加工内容较简单，不适合放在数控机床上加工， 该部分内容 应 放在普通铣床上加工 。 2）工序 3 为上 面 部分 、凸台轮廓、开口槽、 500+ 380+的加工，这部分内容因为凸台和开口槽的轮廓形状复杂，孔的尺寸大小不一样，精度要求不一样，所需要的刀具数量和种类较多。为了保证加工精度、轮廓的形状且减少换刀时间，该部分内容适合在加工中心机床上加工 ，以减少手动换刀的不便。 3)工序 4的内容是去飞边毛刺，使用机用虎钳和锉刀完成，所以不在数控机床上加工 。 因此，选工序 3为数控加工程序设计的工序 。 5. 数控加工工序设计 工序加工内容及要求见图 3 所示： 图 3 数控加工工序图 8 开口槽的表面粗糙度为 m，则采用粗、精铣的方法就能达到该要求。由于是内轮廓加工，铣刀直径要受轮廓最小曲率半径限制，所以选择刀具时刀具半径不能大于 的精度为 面粗糙度为 m，因此在加工时要先加工出中心孔。为了能达到加工精度和位置精度，在数控加工工序时采用钻攻的加工方案加工该螺纹孔。 根据零件图的分析，该零件的加工工步如下： 1)在加工 中心上铣平面至图纸要求尺寸，并保证粗糙度； 2)在加工中心上铣凸台轮廓至图纸要求尺寸，并保证粗糙度； 3) 在加工中心上铣 500+保证粗糙度 ； 4)在加工中心上铣右侧开口槽至图纸要求尺寸，并保证粗糙度； 5)打所有的中心孔； 6） 钻 钻粗镗 精 镗 380+保证粗糙度； 7) 钻攻 螺纹孔； 确定加工顺序 按照基准先行、先粗后精、先面后孔的原则，减少换刀次数，以所用刀具不同确定加工工步顺序。工步顺序如下： 铣上表面粗铣所有凸台 轮廓、 500+型腔 粗铣开口槽 精铣所有轮廓 、 500+ 精 铣开口槽 打中心孔 钻 、扩、粗 镗 、精镗 380+ 钻 、 攻 该工序所有加工内容都在 零件 上部，故只需一次装夹便可完成所有加工，零件的高度尺寸不大，所以选择立式铣床或立式加工中心。零件按小批量生产，加工内容含有铣、钻、扩、攻螺纹、镗等工步。 考虑该工序的加工内容较多，采用的刀具比较多，换刀次数相对要多，如果选择立式铣床加工，换刀比较 麻烦且效率较低，而加工该零件所需要的刀具在 20 把以内，换刀次数较多 ，所以该零件的加工选择立式加工中心，可以减少换刀的时间来提高生 产效率。 9 工件总体尺寸属于常规加工装夹范围，故数控机床选用 (1)工作台面尺寸 （宽长） 580 10002)工作台 个数 间距） 3200 3)624)10 5） 606)主轴端面与工作台面距离 150 7107)主轴锥孔 7： 24（ (8)主轴转速 60 8000 r/9)快速移动速度 24000 mm/10)进给速度 3 15000mm/11)刀库容量为 21把 1）零件的主要加工内容为上表面、凸台轮廓、开口槽和孔，因此，其切削力的主要 方向是在零件的轴心线方向，以下表面承受主要切削力。因此确定下表面为主要 2）零件是以小批量生产，加工时应考虑基准重合原则，使定位基准与工序基准重合以提高生产效率，所以工件装夹定位时应在固定钳口上设 计一块挡板。 3）该零件为板类结构，加工工件上的孔时，应避免与夹具发生碰撞，所以，工件装夹定位必须为钻通孔预留安全操作空间。其方法是在工件下表面加垫块以抬高工件， 留出工件与机用虎钳端面的间隔距离，装夹位置如图 3所示 。 夹具是工件装夹过程中的重要部分。工件定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，让它保持在准确的定位位置，不会因为切削力、工件的重力、扭力或惯性力等的作用而产生位置的变化和震动，这样才能更好的保证加工精度。 该零件为凸台槽孔零件，加工内容都集中在上部， 一次装 夹便可完成所有加工 ，零件为 10 小批量生产，所以选择通用机用虎钳就可以满足加工要求，考虑到有通孔，所以在装夹中用垫块抬高工件，留出工件与机用虎钳端面的间隔距离。 依上述考虑该零件装夹如图 4所示： 图 4 零件装夹 加工型腔零件选用的刀具及结构类型如图 5所示： 面铣刀 立铣刀 立铣刀 中心钻 钻头 钻头 镗刀 丝锥 图 5 刀具结构类型 常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金等。 1） 高速钢：高速钢是含有较多 W、 V 等元素的合金工具钢。高速钢具有较高的硬度 (热处理硬度可达 耐热性（切削温度可达 500。它可以加工铁碳合金、非铁金属、高温合金等广 泛的材料。 高速钢具有高的强度和韧性，抗冲击振动的能力较强，适合制造各类刀具。但因耐热温度比硬质合金低，故不能用于高速切削，常用牌号分 11 别是 6。 2）硬质合金：硬质合金是在高温下烧结而成的粉末冶金。 硬质合金具 有较高的硬度 (热处理硬度可达 耐热性（切削温度可达 850。 具有良好的耐磨性和耐热性以及高硬度。因而其切削速度比高速钢刀具提高 2到 3倍，主要用于高速切削，但其强度、韧性和工艺性不如高速钢。 本工序的刀具具体名称、刀具编号 、刀具规格等内容见表 2 所示 表 2 数控加工刀具 工步号 刀具号 刀具名称 刀柄型号 刀具 补偿 长度 /度 补偿号 半径 补偿号 1 面铣刀 50 00 2 刃立铣刀 18 50 3 刃立铣刀 10 10 03 4 刃立铣刀 18 00 04、 刃立铣刀 10 20 05 6 心钻 50 7 头 20 20 8 头 36 10 9 刀 10 10 刀 20 11 头 80 12 锥 60 切 削用量的要素包括： 切 削速度 给量 f、背吃刀量 削用量的选择对提高铣削的加工精度、改善加工表面质量和提高生产率有着密切的关系。 1） 切 削速度 切 削速度 速钢铣刀 6 30 m/质合金铣刀 0 250 m/速钢钻头 0 30 m/质合金镗刀 0 250 m/丝时 10 m/铣 刀直径、铣刀转速有关，其计算公式为： 1000 2）进给量 根据加工性质先确定每齿进给量 削时 z，钻铣削时 12 z，镗铣削时 z）然后根据所选铣刀的齿数 f, 其铣刀计算公式为： Vf=）背吃刀量 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，为保证工件加工余量，可留 4）螺纹参数确定 数 N (1000)/(算得出 进给 速度 F N P P螺距 1）数控工序加工工序步骤见表 4。 2）工序中各个工步走刀路线见数控加工走刀路线表 5表 12 表 4 数控加工工序卡 工步号 工步内容 走刀路线 刀具 号 刀具规 格 主轴转速 r/ 铣上表面 表 5 50 380 150 2 粗铣凸台 轮廓、 50 的型腔 表 6、 表 7、 8、表 9 18 340 100 3 粗铣开口槽 表 10 10 800 160 4 精铣凸台轮廓、 500+表 6、 表 7、表 8、表 9 18 530 100 5 精铣开口槽 表 10 10 950 190 6 钻 所有 中心孔 表 11 3 1000 70 7 钻 38 孔到 20 表 12 20 240 20 8 钻 38 孔到 36 36 200 14 9 粗镗 38 孔到 09 30 65 10 精 镗 380+10 00 60 11 钻孔 表 14 40 50 12 攻 纹 表 15 1059 13 表 5 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 1 程序号 机床型号 序段号 加工内容 铣平面 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 表 6 数控加工走刀路线图 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 2、 4 程序号 机床型号 序段号 加工内容 铣小凸台轮廓 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 14 7 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 2、 4 程序号 机床型号 序段号 加工内容 铣大凸台轮廓 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方 向 走刀线相交 铰孔 行切 表 8 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 2、 4 程序号 机床型号 序段号 加工内容 铣镜像小凸台轮廓 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方 向 走刀线相交 铰孔 行切 15 表 9 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 2、 4 程序号 机床型号 序段号 加工内容 铣型腔轮廓 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 表 10 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 3、 5 程序号 机床型号 序段号 加工内容 铣开口槽轮廓 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 16 表 11 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 6 程序号 机床型号 序段号 加工内容 钻中心孔 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 表 12 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 7、 8、 9、10 程序号 机床型号 序段号 加工内容 钻 粗镗 38 孔 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 17 表 13 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 11 程序号 机床型号 序段号 加工内容 钻 底孔 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 表 14 数控加工走刀路线 走刀路线 零件图号 001 工序号 3 工步号 12 程序号 机床型号 序段号 加工内容 攻螺纹孔 共 1 页 第 1 页 符号 含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 走刀线相交 铰孔 行切 18 所有加工内容都集中在上表面，且都以下表面为定位基准，所以确定编程坐标系原点为中心，以上表面为 X、 直于上表面的轴为 图 6 所示 1）常规计算 费事，采用作图法查询简单、方便将加工轮廓及切削区域简图绘出。型腔零件的各个基点、心点坐标如图 6所示。 图 6 基点坐标位 2）将粗加工的轮廓表示出，并按等量分配的被吃刀量考虑走刀路线或加工工步。凸台槽孔零件的基点间坐标值见表 16 表 16 凸台槽孔零件的基点坐标 点 1 ,734 点 2 , 3 , 4 , 5 ,19 续表 点 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31 ,1)凸台槽孔零件数控工序加工程序单见表 17。 2)铣平面 数控加工程序单及编程说明 见 表 18。 3)铣小凸 数控 加工程序单及编程说明 见 表 19。 4)铣大凸台 数控加工程序单及编程说明 见 表 20。 5)铣小凸台 数控加工程序单及编程说明 见 表 21。 6)铣 50型腔 数控加工程序单及编程说明 见 表 22。 7)铣开口槽 数控加工程序单及编程说明 见 表 23。 8)钻中心孔 数控加工程序单及编程说明 见 表 24。 20 表 17 凸台槽孔零件数控工序加工程序单及编程说明 程序名 米制输入 安全代码 通过中间点返回参考点 换 1 号刀 主轴正转转数为 380r/开冷却液 建立 1 号刀具的长度补偿 快速定位到 0 点 快速定位到 R 平面 调 2 号子程序铣平面，循环 1次 抬刀，切削速度为 150mm/49 取消长度补偿 返回参考点 主轴停止 换 2 号刀 主轴正转转数为 340r/开冷却液 快速定位到 0 点 建立 2 号刀具的长度补偿 下刀，切削速度为 150mm/98 调 3 号子程序铣小凸台，循环 1 次 快速定位到 R 平面 100； 调 4 号子程序铣大凸台，循环 2 次 抬刀，切削速度为 100mm/98 调 5 号子程序铣小凸台，循环 2 次 抬刀 镜像 调 5 号子程序铣小凸台，循环 2 次 取消镜像 抬刀 下刀，切削速度为 100mm/98 调 6 号子程序铣 50 型腔，循环 2 次 抬刀 取消长度补偿 返回参考点 主轴停止 换 3 号刀 主轴正转转数为 800r/开冷却液 建立 3 号刀具的长度补偿 快速定位到 0 点 快速定位到 R 平面 21 续表 调 7 号子程序加工开口槽 ,循环 1 次 抬刀 取消长度补偿 主轴停止 返回参考点 换 4 号刀精加工轮廓 主轴正转转数为 800r/开冷却液 快速定位到 0 点 建立 4 号刀具的长度补偿 下刀，切削速度为 150mm/98 调 3 号子程序铣小凸台，循环 1 次 快速定位到 R 平面 调 4 号子程序铣大凸台，循环 2 次 抬刀，切削速度为 100mm/98 调 5 号子程序铣小凸台，循环 2 次 抬刀 镜像 调 5 号子程序铣小凸台，循环 2 次 取消镜像 抬刀 下刀，切削速度为 100mm/98 调 6 号子程序铣 50 型腔，循环 2 次 抬刀 取 消长度补偿 返回参考点 主轴停止 换 5 号刀精加工开口槽 主轴正转转数为 800r/开冷却液 建立 5 号刀具的长度补偿 快速定位到 0 点 快速定位到 R 平面 调 7 号子程序加工开口槽 ,循环 1 次 抬刀 取消长度补偿 返回 参考点 换 6 号刀 主轴正转转数为