《数控加工工艺与编程》课程设计-为镶板1数控加工工艺及数控编程.doc

数控加工工艺与编程课程设计姓 名： 系 别： 机械工程系 专 业： 数控专业 班 级： 机自Y084班 指导教师： 学 号： 广 西 工 学 院2011年 6 月目 录前 言2课程设计任务书3一、任务说明31.1任务要求31.2任务内容概述3二、数控加工工艺42.1工艺分析42.1.1零件的工艺分析42.1.2 选择毛坯52.1.3 拟定工艺路线62.2工件的定位和装夹72.2.1 确定定位方式和装夹方案72.2.2 夹具选材72.2.3 夹具设计方案图82.3选择数控机床102.4选择刀具和确定切削用量112.3.1 选择切削用量原则112.3.2 计算切削用量122.3.2 制定数控加工工艺过程卡片152.3.3 制定数控加工工序卡片162.3.4 刀具明细表202.5确定走刀路线212.6建立三维模型和编制加工程序21总结29参考文献29前 言数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床有效能的前提条件。本设计正是从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在结合数控加工切削基础、数控机床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识上，分析了具体零件在加工中心上的加工工艺。本次数控加工工艺的课程设计，我们根据具体零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和夹具。用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；用自动编程软件或手工编程。通过数控仿真软件对程序和刀具走刀路径进行模拟仿真。用UG来画出工件和夹具的三维图并装配好供分析使用。制作工艺时还对工艺卡片进行制作。在本次工艺中，粗加工时，要以提高生产效率，但同时应考虑到经济性和加工成本，对于半精加工和精加工，应首先保证加工质量，同时兼顾切削效率，经济和加工成本，要选择合适的参数在最短时间内加工出精度较高的工件和设计出适当的工艺卡。本工艺设计由我们组两名成员共同编写，在编定过程中参阅了很多有关工艺设计手册、教材和网上资料等资料与文献，并得到指导老师的帮助，在此表示衷心的感谢。由于时间仓促，编者水平有限,调查研究不够深，实际工作经验少,本设计中难免仍有很多缺点和错误,我们恳切希望老师批评指正。 2011年6月25日课程设计任务书设计要求：1、数控加工编程任务书；2、数控加工工序卡、数控刀具卡片和数控刀具明细表；3、夹具方案图和刀具进给路线图；4、根据零件平面图建立零件三维模型；5、至少编制一个工步的加工程序；6、编写设计说明书 （不少于20页）一、任务说明1.1任务要求1. 零件分析；2. 绘制零件图；3. 设计加工顺序、选择机床、夹具；4. 计算工序尺寸、绘制毛坯图、工序图；5. 选择刀具和切削参数，绘制三维造型与编写程序，填工艺文件；6. 写说明书。1.2任务内容概述1. 零件分析：零件分析就是看了图纸后对零件作出的加工分析,其中包括:零件分析结果、确定加工方案、工艺处理等； 2. 绘制零件图： 绘制零件图就是用CAD把零件图画出来，用UG绘制三维图；3. 设计加工顺序、选择机床、夹具：设计零件的详细加工路线、顺序，合理的选择机床、夹具 ；4. 计算工序尺寸，绘制毛坯图、工序图：通过零件图和工艺路线计算出需要加工的零件的每一步工序尺寸，绘制毛坯图、工序图、标尺寸；5. 选择刀具，编写程序，填工艺文件：和根据给出的工艺路线工序合理选择刀具，编写程序，填写工艺文件；6. 编写说明书：对这次课程设计的所有内容作出总结。二、数控加工工艺2.1工艺分析2.1.1零件的工艺分析如图2-1所示为镶板1的零件简图。该零件的材料为S136-SUP(HRC52-54)，外形尺寸为119.5*120*25mm，加工部位由平面、矩形槽、球形槽、通孔、沉头孔、盲孔、深孔、螺纹孔和喇叭孔组成，且孔径多数不一样，需经常换刀具，而且具有曲面，故考虑使用加工中心加工。零件的表面粗糙度为7级精度，查相关表格可得加工方法为粗铣-精铣-磨削。孔位精度可由机床本身决定。图纸标明的通孔S6的加工方法为线切割，尺寸精度要求较高，其公差为，根据相关表格，查得通过钻-扩-精铰的加工方法也能满足要求，且线切割加工时间较长，效率低，故在此选用加工中心加工；中间的大通孔也无需线切割，使用加工中心加工。在生产线上，为了提高加工效率和减少加工成本，加工表面可作为一道独立的工序，由专门的铣床完成。根据零件图可知，孔旁边有槽，需用线切割加工，线切割加工安排在孔加工之后，再上磨床，最后进行热处理。孔旁边槽难以在机床上加工，故在线切割加工后安排一道工序，专门进行钳工倒角。进行这样的工序安排原因有：1. 基准先行的原则。先加工方钢的6个表面，作为后续加工的基准；2. 先面后孔的原则。便于加工孔时定位安装，利于保证孔与平面的位置精度，同时也给孔加工带来方便；3. 机床的布置。线切割作为特种加工机床，一般不与一般机床布置在一起，一般布置在较为清洁的小房间之内，线切割加工应安排在其他机加工之后，有利于提高效率，减少工时浪费。图2.1-1 零件简图2.1.2 选择毛坯毛坯分为铸件、锻件、型材、焊接件和冷冲压件。铸件适用于形状较复杂的零件，毛坯；锻件适用于强度要求高、形状比较简单的毛坯；型材有热轧和冷扎两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯。冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯；焊接件是根据需要将型材或钢材等焊接而成的毛坯件；冷冲压件可以加工接近成品的工件。该零件的材料为S136-SUP（HRC52-54），S136是镜面防锈模具钢，具良好抛旋光性能(镜面加工)和良好的耐磨性和韧性，高温下具良好塑性，因其含铬量高(13.6%)故其抗腐蚀性极佳。因工件形状为比较规则的方形，选用S136方钢作为毛坯，可有效较少材料消耗，机械加工的劳动量也越少，因而会提高机械加工效率，降低成本。由图纸可知，零件的外形尺寸为119.5*120*25mm，毛坯的总体尺寸比较小，考虑到一定的加工余量，从标准中选择厚度为28mm的钢板，长宽方向比成品大12mm即可，采用机械切割下料。2.1.3 拟定工艺路线工序号工序内容工步号工步内容1下料1方钢下料2铣削外表面1铣底面2以底面为基准，铣左面3以左面为基准，铣右面4以底面为基准，铣上面5以左面为基准，铣前后面6四个角倒角C23钻1钻3中心孔2钻8深孔3铣10 沉头孔4钻、铣、扩、铰1钻3中心孔2钻4xS4盲孔至83钻2xS5通孔、4xS7通孔至64钻2xS5沉头孔至105钻2xS6孔至96扩2xS6孔至9.87铰2xS6孔至108钻2xS3螺纹孔至59钻2x36孔至3010扩2x36孔至35.811铰2x36孔至3612粗铣43台阶13精铣43台阶14孔倒角C1、边界倒角C215攻丝2xM65钻、铣1钻4xS7沉头孔至102粗铣矩形槽12x18.78mm3精铣矩形槽12x18.78mm4铣球形槽S2.65粗铣喇叭孔6精铣喇叭孔7倒角6线切割1切割36大通孔旁边的16.26mm槽7钳工1打磨16.26mm槽的倒角8磨表面1精磨至粗糙度为0.89热处理1低温回火2.2工件的定位和装夹2.2.1 确定定位方式和装夹方案传统的组合夹具或专用夹具一般具有工件的定位和夹紧、刀具的导向和对刀等四种功能，而数控机床上由程序控制刀具的运动，不需要利用夹具限制刀具的位置，即不需要夹具的对刀和导向功能，所以数控机床所用夹具只要求具有工件的定位和夹紧功能，其所用夹具的结构一般比较简单。工序1是铣方钢的表面，在机加工领域是比较经典的，在此不做过多的介绍，这里主要介绍数控加工工艺。通过对零件图的分析，该零件的总体尺寸较小，为了能在生产线上提高效率，这里为加工中心设计一套专用夹具。根据零件的加工要求，为完成零件在加工中心上的加工，即工序3、工序4和工序5，需要分三次装夹。其中工序4和工序5的加工情况相似，且该零件形状是轴对称(除侧面两个深孔之外)，可使用同一套夹具。该零件是典型的长方体零件，主要是孔加工，根据基准重合原则，工序4和工序5应以左面作为定位面，作为X方向的基准；Y方向的基准则应选择前面或者后面。为了便于装夹零件，夹具应具有方便的夹紧装置，这里采用螺旋夹紧机构，最后可根据六点定位原理进行夹具的总体设计。2.2.2 夹具选材该零件外形尺寸较小，在保证强度、刚度的基础上，尽量选择常用的经济性好、易加工的材料，这里选择HT200作为主要材料。2.2.3 夹具设计方案图图2.2-1 加工侧面深孔装夹演示图2.2-2 加工侧面深孔专用夹具图2.2-3 加工上面孔装夹演示图2.2-4 加工上面孔专用夹具2.3选择数控机床通过对零件的工艺分析，加工该零件需要多道工序，其中工序3、4、5需要钻多个孔径不一样的孔，还要加工曲面、槽等，需要多次换刀，但曲面不是很复杂，一般的加工中心即可满足要求。机床型号和具体参数如下：型号/单位VMC-1060/深圳市盛鸿机械有限公司X轴行程(mm)1000Y轴行程(mm)600Z轴行程(mm)600主轴端至工作台(mm)180-780主轴中心至立柱面(mm)600工作台尺寸(mm)1300*600工作台最大载重(kg)1000T型槽宽度(mm)5-18主轴锥度BT40主轴最大转速(rpm)8000主轴/电机规格(kw)11三轴/电机规格(kw)2*2*2三轴移动速度(mm/min)15000/15000/12000最高进给速度(mm/min)1-10000定位精度(mm/min)0.01重复定位精度(mm)0.005气压(kg/cm2)6电源KVA20机械重量(kg)8500机床外形尺寸(长*宽*高)3300*2500*2950配件:标准配件可选控制系统可选配件全封闭防护罩工作状态警示灯三菱系统M64S/E60切屑输送机BT40/BT50刀柄气动拉刀装置手持电子手轮FANUC自动断电卸刀座自动润滑系统工具箱及工具SIEMENS刀库(10-24刀)平口钳循环冷却系统传输线德国PA主轴冷却系统压板石英工作灯水平调整螺丝及垫块配电柜冷却系统10000/12000/15000高速主轴主轴装置程式说明书及操作说明书主轴中心出水系统2.4选择刀具和确定切削用量2.3.1 选择切削用量原则选择铣削用量的原则是：首先选择尽可能大的背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)，其次是确定进给速度，最后根据刀具耐用度确定切削速度。粗铣时切削力大，用高速钢铣刀加工时，进给量主要受到工艺系统刚度的限制，在刚度允许的情况下可取较大的每齿走刀量，以取得较大的铣削效率。用硬质合金铣刀加工时，进给量的提高主要受到刀齿强度的限制。当加工表面的粗糙度要求较小时，进给量的大小由粗糙度要求确定。当背吃刀量和进给量选定后，在保证铣刀耐用度以及机床动力和刚度允许的情况下，尽可能选择较大的铣削速度，其推荐值可查相关表格或通过铣刀耐用度公式来计算确定。钻、扩、铰孔切削用量可根据刀具直径、刀具属性以及材料属性等参数查相关表格确定。2.3.2 计算切削用量确定切削用量相关公式有：式中 -切削速度，； D-刀具直径，mm； n-主轴转速，。式中 -进给速度，；n-主轴转速，； z-铣刀齿数。(1)以工序4工步2钻8盲孔为例，计算钻削切削用量：表2.4-1 采用高速钢刀具钻削的及该零件的材料为S136-SUP（HRC52-54），钻头直径为8。根据表2.4-1可知，选择切削速度、每周进给量。则转速为 每分钟进给量为 (2)以工序4工步12粗铣43台阶为例，计算铣削切削用量：由于是粗铣，应选择尽可能大的铣刀，但又要保证能够切削到尽可能多的余量，考虑到台阶的最小圆角为4，这里选10、齿数为4的硬质合金立铣刀。表2.4-2 硬质合金立铣刀加工平面和台阶时的进给量表2.4-3 各种常用工件材料的铣削速度推荐值为了提高切削效率，通常粗铣无硬皮钢材，粗铣铣削深度尽可能大，选，根据表2.4-2，选择每齿进给量；根据表2.4-3，选择切削速度。则转速为 每分钟进给量为 2.3.2 制定数控加工工艺过程卡片2.3.3 制定数控加工工序卡片(工厂)数控加工工序卡片产品名称零件名称材料零件图号D40旋入式折盖镶板1S136-SUP HRC52-54M0900061201工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间2虎钳普通铣床工步加工内容刀具名称刀具号刀具规格/主轴转速/()进给速度/()切削深度/1铣底面硬质合金端面铣刀T181602201702以底面为基准，铣左面3以左面为基准，铣右面4以底面为基准，铣上面5以左面为基准，铣前后面6四个角倒角C2(工厂)数控加工工序卡片产品名称零件名称材料零件图号D40旋入式折盖镶板1S136-SUP HRC52-54M0900061201工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间4O0002专用夹具夹具2VMC-1060立式数控加工中心工步加工内容刀具名称刀具号刀具规格/主轴转速/()进给速度/()切削深度/1钻3中心孔高速钢中心转T013.1519701801.52钻4xS4盲孔至8高速钢钻头T028127025043钻2xS5通孔、4xS7通孔至6高速钢钻头T046138014034钻2xS5沉头孔至10硬质合金平底锪钻T031017507025钻2xS6孔至9高速钢钻头T05912403104.56扩2xS6孔至9.8硬质合金扩孔钻T069.88404200.47铰2xS6孔至10硬质合金铰刀T0710130650.18钻2xS3螺纹孔至5高速钢钻头T08522902002.59钻2x36孔至30高速钢钻头T1030210401510扩2x36孔至35.8硬质合金扩孔钻T1135.81301102.911铰2x36孔至36硬质合金铰刀T123680500.112粗铣43台阶硬质合金立铣刀T03101750210313精铣43台阶硬质合金立铣刀T1743000150214孔倒角C1、边界倒角C2硬质合金锥面锪钻T13151170120215攻丝2xM6丝锥T096500(工厂)数控加工工序卡片产品名称零件名称材料零件图号D40旋入式折盖镶板1S136-SUP HRC52-54M0900061201工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间5O0003专用夹具夹具2VMC-1060立式数控加工中心工步加工内容刀具名称刀具号刀具规格/主轴转速/()进给速度/()切削深度/1钻4xS7沉头孔至10硬质合金平底锪钻T031017507022粗铣矩形槽12x18.78mm硬质合金立铣刀T146292011033精铣矩形槽12x18.78mm硬质合金立铣刀球形槽S2.6硬质合金球头刀T152.63002001.35粗铣喇叭孔硬质合金圆鼻刀T16827507500.56精铣喇叭孔硬质合金圆鼻刀T16830004500.17倒角硬质合金锥面锪钻T1315117012022.3.4 刀具明细表2.5确定走刀路线粗铣2x18.78mm矩形槽时，为了避免多换一次刀，可直接用粗铣的立铣刀把原有的6孔稍加扩大，作为直线下刀的预制孔。以下是孔加工走刀路线示例： 图2.5-1 工序3工步1、2、3走刀路线示例 图2.5-2 工序4工步2走刀路线示例图2.5-3 孔加工下刀路线图2.6建立三维模型和编制加工程序根据工程图，用UG建立零件三维图形如下图所示：图2.6-1 底面图2.6-2 上面总结通过本次设计，使我们了解到更多有关于数控加