毕业设计（论文）-垫套的数控编程与加工.doc

I 设计任务书设计任务书 设计题目：设计题目： 垫套的数控编程与加工垫套的数控编程与加工 设计要求：设计要求： 1. 详尽的工艺分析过程 2. 确定合理的加工工艺方案 3. 合理地选择加工刀具和夹具 4. 图文并茂的造型及后置处理过程 5. 生成完整的加工程序 6. 内容丰富、文字精练、讲述详细、实用价值高 7. 在数控机床上加工出符合要求的零件 设计进度要求：设计进度要求： 第一周 搜集零件图 第二周 加工工艺分析及确定加工方案 第三周 确定加工机床的系统和型号以及确定加工的刀具类型和规格 第四周 软件造型及生成加工程序 第五周 选择毛坯并加工出零件 第六周 毕业论文的校核、修改 第七周 打印装订，准备答辩，提交零件 指导教师（签名）： II 目目 录录 摘 要.IV 1 西门子 802S/C 铣床系统介绍.1 1.1 数控铣床概述 .1 1.2 编程的基本原理 .1 2 加工工艺分析.3 2.1 零件平面图 .3 2.2 图纸分析 .4 2.3 夹具的选择 .4 2.4 夹紧与定位 .4 2.5 刀具的选择 .4 2.6 工件加工轨迹的确定 .5 2.7 切削用量的确定 .6 3 加工过程概述.8 3.1 定毛坯 .8 3.2 精铣削上平面 .8 3.3 铣上面内轮廓 .9 3.4 上部内轮廓底面精加工 .9 3.5 加工六个光孔 .10 3.6 铣下面内轮廓 .10 3.7 由 CAXA 生成程序.12 系统程序.12 致谢.61 参考文献.62 III 摘 要 现代生产中，模具已成为大批量生产各种工业产品和日用生活的重要工艺设备。 应用模具的目的在于保证产品的质量，提高生产效率和降低制造成本。因此不但要 有合理、正确的模具设计技术，还必须有高效、高质量的模具制造技术作为保证。 随着计算机技术的飞速发展，数控机床在我国机械加工行业中得到越来越广泛 的应用。它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题，而且提高了加工精度和 生产效率，同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新的、更高的要求。在本设计 说明书中，系统的介绍了数控技术的各方面知识,既总结了现代的加工技术现状,又 介绍了数控技术未来的发展前景及目标。我通过对零件图的分析、加工设备、刀具 的选择，切削速度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制订了零件的数控加工工艺； 所设计的零件结构便于成型，并且成本低，效率高，涉及面广，这一环节是技术的 关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施。另外对材料的分析，加工毛坯的选 择，毛坯形状的设计及工艺尺寸等方面进一步分析，使零件的设计更加符合要求和 精确性。在制订零件的工艺规程时正确的选择工件的基准有着很重要的意义，划分 阶段分为粗加工和精加工两个阶段。还对加工的工序、工艺进行分析，从而用 CAXA 编制出所选零件的程序。 关键词：零件的分析；毛坯；工艺；工序尺寸；加工路线；编程。 1 1 西门子 802S/C 铣床系统介绍 1.11.1 数控铣床概述数控铣床概述 普通机床一般根据所能完成的工艺内容分为铣床、镗床、钻床等，分别用于 完成铣削、镗削、钻削等加工工艺任务。从本质上来讲，各类机床所能完成的加 工工艺内容是由机床布局及主轴结构等所决定。一般钻床的主轴结构主要考虑承 受轴向力，因此只能用于进行钻孔加工，不能用来进行铣削或镗孔。而铣床主轴 结构上能同时承受轴向力和径向力的作用，因此可以进行铣削、钻削、镗削等不 同工艺内容的加工。铣床的工艺能力实际上覆盖了钻床和镗床。之所以一般不采 用普通铣床进行钻孔或镗孔加工，是因为采用普通铣床进行钻孔或镗孔加工时人 工操作很不方便。 数控机床是自动化加工机床，可以通过程序控制机床的运行。即使是一些加 工前的设定调整操作，也可以通过操作面板上各类相应的按钮、开关方便的进行。 数控铣床主轴从结构上讲，可以实现铣、钻、镗等各类不同工艺内容的加工，因 此行业内几乎以数控铣床涵盖了数控数控钻床和数控镗床。机械加工中，较少有 单一的应用于钻削或镗削的数控钻床或数控镗床。 1.21.2 编程的基本原理编程的基本原理 1.2.11.2.1 坐标系坐标系 根据标准坐标系的规定，机床使用右手顺时针直角坐标系，机床中的运动是 指刀具和工件间的相对运动。 （1）机床坐标系 数控铣床类机床中，坐标系如何建立取决于机床的类型。坐标系原点即为机 床零点，也是所有坐标轴坐标基准。机床零点可通过在各坐标轴移动范围内设置 的参考点来确定。参考点与机床零点可以重合，也可以不重合，这一般由机床生 产厂家设定。 （2）工件坐标系 为了便于在编程时对工件的几何要素位置进行描述，编程人员必须在零件 图上选择建立一个过渡坐标系，即工件坐标系，也称为编程坐标系。该坐标系原 点即工件原点或编程原点。数控铣床加工工件坐标系可以有编程人员自由选择。 原则上应尽量使编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等。一般情况下，尺 2 寸集中标注或坐标标注的零件，编程原点应尽可能选在尺寸标注基准上；对称或 同心零件编程原点应尽可能选在对称中心线或圆心上；Z 向原点位置一般置于工 件上表面。 （3）工件装夹 加工工件时，工件必须定位并夹紧在机床上，保证工件坐标系坐标轴平行于 机床坐标系坐标轴，由此在每个坐标轴上产生机床原点与工件原点的坐标偏移量。 该值作为可设定零点偏移量输入到给定的区域，即偏值寄存器（如 G54）中。当 NC 程序运行时，此值可以用一个对应的编程指令（如 G54）进行选择调用，从而 确定工件在机床上的装夹位置。 （4）当前工件坐标系 在对一些复杂零件进行几何描述时，如其中的某些结构要素如果选择一个新 的原点编程比使用原工件原点更方便，则可以利用可编程零点偏置进行坐标转换， 重新确定一个新的零点。新的零点以原工件零点为基准进行偏置。使用可编程零 点偏置后形成的一个新的实际工件坐标系即为当前工件坐标系，工件坐标系也可 通过旋转进行转换形成新的当前工件坐标系。 3 2 加工工艺分析 2.12.1 零件平面图零件平面图 如图 2.1 所示 . 4 2.22.2 图纸分析图纸分析 如上图所示,零件外型规则,被加工部分的各尺寸、型位、表面粗糙度等要求 较高.零件复杂程度一般,包含了平面、圆弧表面、球面、内外轮廓、挖槽、钻孔、 铰孔以及很少一部分的三维曲面的加工,且大部分的尺寸均达到 IT8-IT7 级精度。 零件的毛坯为 200X140X40 的 45 钢，除上表面以外的平面均已加工，并符合 尺寸与表面粗糙度要求，主要加工部位集中在上平面，根据现有设备情况，可在 802C 立式数控铣床上用平口钳一次装夹可完成全部加工内容。该零件结构简单， 但有较高的加工精度要求，主要表现在有高的表面粗糙度和尺寸公差要求。 2.32.3 夹具的选择夹具的选择 考虑到该零件的加工为单件小批量生产，外形规则，零件装卸要快速、方便、 可靠，以缩短机床的停顿时间，夹具上各零部件不妨碍机床对零件各表面的加工， 即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不影响加工中的走刀（如产生碰撞） ，机 用平口钳可满足上述要求，故确定夹具为机用平口钳。 2.42.4 夹紧与定位夹紧与定位 选用机用平口钳装夹工件,校正平口钳固定钳口,使之与工作台 X 轴移动方向 平行。在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫块儿(垫块儿厚度与宽 度适当),利用木锤或紫铜棒敲击工件,使平行垫块儿不能移动,夹紧工件。利用寻 边器,找正工件 X、Y 轴零点,该零点位于毛坯中心位置,定零件毛坯的上平面为为 零件加工编程时 Z 轴方向的零件程序零点,以方便对刀,设置 Z 轴零点与机械原点 重合,刀具长度补偿利用 Z 轴定位器设定。 2.52.5 刀具的选择刀具的选择 零件大多数加工表面为平面，有大量二维的圆弧曲面和两个球面，外加两个 小圆孔，所涉及的刀具有平底立铣刀、球头铣刀、中心钻、铰刀，根据现有刀具 情况确定刀具情况为表 2.1。 表 2.1 数控加工刀具明细 零件 图号 零件名称材料数控设备数控系 统 WY-01 方形薄壁球面件45 钢 数控加工刀具明细表 数控铣床 802c 刀 具 刀具 号 刀具名称 直径/ /mm补偿长度/ /mm 换刀方式 加工时 间 T01 四刃平底立铣刀 301580 手动 T02 三刃键槽铣刀 8480 手动 T03 四刃键槽铣刀 8485 手动 T04 球头铣刀 8480 手动 T05 四刃键槽铣刀 157.580 手动 T06 麻花钻 19.880 手动 T07 中心钻 330 手动 T08 铰刀 1080 手动 T09 铰刀 2080 手动 T10 铰刀 1380 手动 编制张姗姗审核批准月 日 2.62.6 工件加工轨迹的确定工件加工轨迹的确定 因为零件的主要加工要素为平面、二维圆弧曲面、球面，所以程序编制有较大 的难度，而零件有较高的表面粗糙度和尺寸精度要求，故粗、精铣分开。零件上表 面的铣削，既考虑加工效率，又要考虑加工质量，故先用行切法先粗加工，然后进 行精加工，达到所要求的表面粗糙度和尺寸要求。主要刀路轨迹如表 2.1 和 2.2 所 示： 6 表 2.2 数控加工 T02 刀具运行轨迹图 零件号 零件名 称 机床 型号 程序编 号 第 1 页 济源职业 技术学院 刀具运行 轨迹图 001 方形薄 壁球面 件 80 2C %_N_ZSS _MPF 共 2 页 刀位号 T02 刀补号 D1 刀具半径 16 （刀具图） 坐标 A(- 40.08,30.07) B(17.63,39.93 ) C(17.63,- 39.93) D(-40.08,- 30.07) E(-36.58,- 9.37) F(- 36.58,9.37) G(21.75,19.23 ) H(21.75,- 19.23) 审核批准 编 制 张姗姗 编制日 期 2008.1 0 2.72.7 切削用量的确定切削用量的确定 切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。切削用量包括 切削速度、进给量、背吃刀量三个要素。 1. 切削速度 c v 在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，它 表示在单位时间内工件或刀具沿主运动方向相对移动的距离。单位为 m/min 或 7 m/s。 主运动为旋转运动时，切削速度计算公式为： c v 1000 dn vc 式中 d工件直径，mm n工件或刀具每分（秒）钟转数（r/min 或 r/s） 主运动为往复运动时，平均切削速度为： min/ 1000 2 m Lnr vc 式中往复运动行程长度，mm;L 主运动每分钟的往复次数，往复次数/min r n 2.进给量 f 进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每 行程的位移量来表述或度量。车削时进给量的单位是 mm/r,即工件每转一转，刀具 沿进给运动方向移动的距离。 单位时间的进给量称为进给速度，它是切削刀选定点相对于工件进给运动的瞬 时速度。车削时进给速度（mm/min 或 mm/s)计算公式为： f v fnvf 3.背吃刀量（切削深度） p a 背吃刀量是 是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方 p a 向上的投影值。对于外圆车削，背吃刀量等于工件已加工表面和待加工表面之间 p a 的距离（图 3.4 所示） ，单位为 mm. 即 2 mw p dd a 式中 ：待加工表面直径. mm； w d 已加工表面直径。mm； m d 因此，粗、精加工时切削用量的选择一般应遵循下列原则： 粗加工时，首先选取尽可能大的背吃刀量;其次要根据机床动力和刚性的限制条 件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。 精加工时，首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙 度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的 8 切削速度。 9 3 加工过程概述 为更加直观、清楚表达零件的结构和加工的过程，对零件加工过程的结构变化 用 CAXA 制造工程师软件进行造型，同时附上必要的文字说明，加工工序见表 3.1 所示: 3.13.1 定毛坯定毛坯 应用 CAXA 软件进行选定 200X140X40 的毛坯，毛坯四周为 R10 的圆角过渡已经 加工完成，并符合表面粗糙度要求，如下图 3.1 所示： 图 3.1 3.23.2 精铣削上平面精铣削上平面 应用 CAXA 软件，用数控铣床铣削上平面,因毛坯厚度为 40mm,用mm 的粗齿 四刃立铣刀先精加工，走到轨迹如下图 3.2 所示： 图 3.2 10 3.33.3 铣铣上面内轮廓上面内轮廓 应用 CAXA 软件，换用 8 mm 的粗齿三刃键槽铣刀对上部内轮廓进行粗加工,如 下图 3.3 所示： 图 3.3 3.43.4 上部内轮廓底面精加工上部内轮廓底面精加工 加工过程如下所示 应用 CAXA 软件，用 8mm 的键槽铣刀对上部内轮廓底面进行精铣如下图 3.4 所 示的轮廓 图 3.4 11 3.53.5 加工加工六个光孔六个光孔 应用 CAXA 软件，用相应规格的麻花钻和铰刀加工如加工如图 3.5 所示的各孔： 图 3.5 3.63.6 铣下面内轮廓铣下面内轮廓 应用 CAXA 软件，用 15mm 的键槽铣刀粗、精加工下部内轮廓，如图 3.6 所示。 图 3.6 12 表 3.1 数控加工工序卡 产品型号 BM-200 济源职业 技术学院 数 控 加 工 工 序 卡 零件图号 Wy-01 方形薄壁 球面件 工艺序号 01 程 序 编 号 %_N_ZSS_MPF 使用 设备 数控铣床车间 数 控 机 房 步 号 工步 名称 工步内 容 加工面 刀具 号 刀具规格 主轴 转速 进 给 速 度 背吃 刀量 1 铣上面 精加工 上平面 上平面 T1D1 30 的硬质合金 端面铣刀（4 个刀 片） 8001001.5 2 粗铣上 部内轮 廓 粗加工 上部内 轮廓 上部内轮 廓 T2D1 8 的高速钢铣刀 （3 个刀刃） 600804 3 精铣上 部内轮 廓 精加工 上部内 轮廓 上部内轮 廓底面 T3D1 8 的高速钢铣刀 （4 个刀刃） 8001800.5 4 精铣球 面 精加工 球面 球面 T4D1 8 的求头铣刀 1000601 5 铣下部 内轮廓 粗、精 加工下 部内轮 廓 下部内轮 廓 T5D1 15 的高速钢键 槽铣刀 800100 6 钻孔10 孔10 的孔 T6D1 9.8 高速钢麻花 钻 400 7 铰孔 10 的 孔 10 的孔 T7D1 10 的铰刀 6001003.5 8 钻孔 20 的 孔 20 的孔 T8D1 19.8 的锥柄麻 花钻 400 9 铰孔 20 的 孔 20 的孔 T10D1 20 的铰刀 600 10 铰孔 13 的 孔 13 的孔 T11DI 13 的铰刀 600 13 3.73.7 由由 CAXACAXA 生成程序生成程序 系统程序 %_N_ZSS_MPF 精加工上平面程序 N10G90G54G00Z60.000 N12S1000M03 N14X-99.578Y-62.373Z60.000 N16Z50.000 N18Z9.500 N20G01Z-0.500F100 N22X-99.360Y-63.145F120 N24X-99.226Y-63.488 N26X-98.390Y-65.229 N28X-98.218Y-65.507 N30X-97.356Y-66.600 N32X-96.967Y-67.019 N34X-95.959Y-67.881 N36X-95.411Y-68.273 N38X-94.327Y-68.881 N40X-93.728Y-69.150 N42X-92.471Y-69.564 N44X-91.811Y-69.717 N46X-90.535Y-69.868 N48X-89.710Y-69.900 N50X90.140Y-69.882 N52X91.259Y-69.794 N54X91.671Y-69.720 N56X93.416Y-69.270 N58X95.210Y-68.402 N60X95.507Y-68.218 N62X96.600Y-67.356 N64X97.019Y-66.967 N66X97.881Y-65.959 N68X98.273Y-65.411 N70X98.881Y-64.327 N72X99.150Y-63.728 N74X99.564Y-62.471 N76X99.717Y-61.811 N78X99.868Y-60.535 N80X99.900Y-59.711 N82X99.882Y60.140 N84X99.794Y61.259 N86X99.720Y61.671 N88X99.270Y63.416 N90X98.402Y65.210 N92X98.218Y65.507 N94X97.356Y66.600 N96X96.967Y67.019 N98X95.959Y67.881 N100X95.411Y68.273 N102X94.327Y68.881 N104X93.728Y69.150 N106X92.471Y69.564 N108X91.811Y69.717 N110X90.535Y69.868 N112X89.710Y69.900 N114X-90.140Y69.882 N116X-91.259Y69.794 N118X-91.671Y69.720 N120X-93.416Y69.270 N122X-95.210Y68.402 N124X-95.507Y68.218 N126X-96.600Y67.356 N128X-97.019Y66.967 N130X-97.881Y65.959 N132X-98.273Y65.411 N134X-98.881Y64.327 N136X-99.150Y63.728 N138X-99.564Y62.471 N140X-99.717Y61.811 N142X-99.868Y60.535 N144X-99.900Y59.711 N146X-99.882Y-60.140 N148X-99.794Y-61.259 N150X-99.578Y-62.373 N152X-84.883Y-54.899 N154X84.899Y-54.883 N156X84.883Y54.899 N158X-84.899Y54.883 N160X-84.883Y-54.899 N162X-69.885Y-39.898 N164X69.897Y-39.884 N166X69.885Y39.898 N168X-69.897Y39.884 N170X-69.885Y-39.898 N172X-54.887Y-24.897 N174X54.895Y-24.886 N176X54.887Y24.897 N178X-54.895Y24.886 N180X-54.887Y-24.897 N182X-39.890Y-9.895 N184X39.893Y-9.887 N186X39.890Y9.895 N188X-39.893Y9.887 N190X-39.890Y-9.895 N192Z50.000F800 N194G00Z60.000 N196M05 上部内轮廓加工程序 N10G90G54G00Z60.000N3188G01X42.015Y12.413 14 N12S1000M03 N14X22.669Y-15.480Z60.000 N16Z50.000 N18Z8.000 N20G01Z-2.000F100 N22X7.964Y-9.427F120 N24X7.032Y-10.153 N26X5.812Y-10.897 N28X4.474Y-11.511 N30X3.040Y-11.970 N32X1.538Y-12.254 N34X0.000Y-12.350 N36X-1.538Y-12.254 N38X-3.040Y-11.970 N40X-4.474Y-11.511 N42X-5.812Y-10.897 N44X-7.032Y-10.153 N46X-8.121Y-9.305 N48X-9.070Y-8.382 N50X-9.880Y-7.410 N52X-11.101Y-5.412 N54X-11.843Y-3.492 N56X-12.241Y-1.639 N58X-12.277Y-1.096 N60X-75.250Y24.825 N62Y41.989 N64X-75.195Y42.590 N66X-75.021Y43.195 N68X-74.719Y43.777 N70X-74.297Y44.297 N72X-73.777Y44.719 N74X-73.195Y45.021 N76X-72.590Y45.195 N78X-71.989Y45.250 N80X72.602Y45.192 N82X73.195Y45.021 N84X73.777Y44.719 N86X74.297Y44.297 N88X74.719Y43.777 N90X75.021Y43.195 N92X75.195Y42.590 N94X75.250Y41.989 N96Y24.816 N98X75.132Y23.935 N100X74.987Y23.520 N102X74.784Y23.125 N104X74.214Y22.423 N106X73.354Y21.835 N108X70.533Y20.078 N110G03X70.510Y20.062I0.132J-0.212 N112G01X68.707Y18.631 N114G03X68.694Y18.619I0.155J-0.196 N116G01X67.935Y17.923 N118G03X67.924Y17.913I0.169J-0.184 N120G01X66.447Y16.381 N122G03X66.435Y16.368I0.180J-0.174 N3190G03X41.654Y11.086I19.347J-5.979 N3192G01X41.271Y9.464 N3194G03X41.043Y8.361I19.709J-4.652 N3196G01X40.842Y7.232 N3198G03X40.641Y5.814I19.937J-3.548 N3200G01X40.411Y3.642 N3202G03X40.307Y2.073I20.138J-2.130 N3204G01X40.260Y0.409 N3206G03X40.269Y-0.967I20.242J-0.561 N3208G01X40.336Y-2.631 N3210G03X40.445Y-4.070I20.234J0.814 N3212G01X40.654Y-5.937 N3214G03X40.863Y-7.349I20.124J2.253 N3216G01X41.126Y-8.778 N3218G03X41.570Y-10.675I19.915J3.665 N3220G01X42.485Y-13.876 N3222G03X43.268Y-16.112I19.471J5.562 N3224G01X44.209Y-18.369 N3226G03X44.811Y-19.678I18.688J7.798 N3228G01X45.210Y-20.469 N3230G03X45.685Y-21.357I18.086J9.108 N3232G01X46.507Y-22.805 N3234G03X47.031Y-23.677I17.611J9.996 N3236G01X47.519Y-24.444 N3238G03X48.052Y-25.240I17.087J10.867 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