毕业设计（论文）-薄板零件加工工艺分析与仿真.doc

薄板零件加工工艺分析与仿真薄板零件加工工艺分析与仿真 【摘要摘要】 薄板零件在实际生产中非常常见，也有很多用途。本文根据零件图纸及其技术要 求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，根据分析的结果，确定了该零件加工 时的设备选用、刀具使用、装夹方式、加工方法和走刀路线等，并采用自动编程编制 了该零件的数控加工程序与仿真。 【关键词关键词】：薄板零件；数控加工；工艺分析；编程；仿真 目录目录 引言引言.1 一、零件图样分析一、零件图样分析.2 二、选择加工设备二、选择加工设备.3 三、毛坯的选择三、毛坯的选择.3 四、确定装夹方案四、确定装夹方案.3 五、工艺路线五、工艺路线.4 （一）表面加工方法的选择.4 （二）加工阶段的划分.4 （三）工艺路线的安排.5 六、刀具的选择六、刀具的选择.5 （一）刀具的选择原则.5 （二）数控铣削刀具的选择.5 七、机械加工工艺过程卡片七、机械加工工艺过程卡片.6 八、数控编程八、数控编程.7 （一）铣削平面时的程序.7 （二）铣削轮廓时的加工程序.8 总结总结.12 参考文献参考文献.13 谢辞谢辞.14 1 引言引言 用数字代码形式的信息（程序指令）控制按给定的工作程序、运动速度和轨迹进 行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只 需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面，因而 适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好 的经济效果。随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、 镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、进行 多工序加工的加工中心、车削中心等。 数控铣在数控加工中占了一定的地位，它可以加工外形、曲面、孔、螺纹等形状 特征，下面来介绍一下薄板零件的数控铣削加工工艺过程及编程。 2 一、零件图样分析一、零件图样分析 分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的工艺编制及加工结果。 主要包括以下几项内容： 分析加工轮廓的几何条件，主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进 行处理。 分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的 选择。 分析形状和位置公差要求，对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受 机床机械运动副精度的影响。 分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是 对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。 图 1-1 薄板的零件图 3 如图 1-1 所示为薄板的零件图，该零件主要加工部位有平面、轮廓、分层轮廓等。 图中尺寸标注齐全，零件的尺寸公差要求一般，表面粗糙度要求一般，技术文件要求 键槽粗糙度为 3.2，其余平面为 12.5。材料为铝件，质软，易于切削加工。 二、选择加工设备二、选择加工设备 由于该零件属于单件小批量生产，因此不用考虑生产效率等问题，只要在能够保 证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可，但为了减少人为的换刀量，根 据现有的数控机床，确定选择由云南 CY 集团有限公司生产的 CY-VMC850 系列数控 立式加工中心，其主要技术参数如下： 系统配置： FANUC 工作台面积(mm)：460950(5001050) 行程(X-Y-Z)(mm)：800500550 主轴锥孔：BT40 主功率(KW)：7.5/11 主轴转速(rpm)：50-6000 机床结构：台湾主轴、全防护、贴塑滑轨、电柜空调 备注：16 把斗笠式刀库、20 把圆盘式刀库 机床重量(吨)：6 三、毛坯的选择三、毛坯的选择 毛坯是根据零件所要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生 产对象。毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械 加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。 确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差；其次将毛 坯加工余量叠加在零件相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与 公差，其总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此毛坯要力求接 近成品形状，以减少机械加工的劳动量。 根据零件的图样分析以及零件的材料要求，选择铝件；依据毛坯的选择原则，综 合考虑零件的使用要求，以及机械加工的效率和经济性，确定毛坯的尺寸为 21011035mm。 四、确定装夹方案四、确定装夹方案 从图 1-1 中可以看出该零件属于规则的零件，易于装夹，因此可以选择数控车床 夹具平口钳。 使用平口钳安装工件时的注意事项： 1.车床安装机用平口钳时应擦净钳底平面、工作台面，安装工件时应擦净钳口平 面、钳体导轨面及工件表面。 4 2.车床工件在机用平口钳上装夹后，铣去的余量层应高出钳口上平面，高出的尺 寸以铣刀铣不着钳口上平面为宜。 3.车床工件在机用平口钳上装夹时，放置的位置应适当，夹紧工件后钳口受力应 均匀。 4.用平行垫铁装夹工件时，所选垫铁的平面度、平行度、相邻表面垂直度应符合 要求。车床垫铁表面要具有一定的硬度。 5.禁止采用砸扳手的方法紧固工件。车床这样会使机用平口钳丝杠变形，夹紧力 减小，甚至损坏机用平口钳。 五、工艺路线五、工艺路线 零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后 顺序。在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工 方法的选择工序集中和分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。 （一）表面加工方法的选择 表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理加工方 法。在选择时一般先根据表面的精度及粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精 加工前准备工序的，即确定加工方案。由于获得同一精度和粗糙度的加工方法有几种， 在选择时除了考虑生产率要求和经济效益外，还应考虑下列因素： 1工件材料的性质。 2工件的结构和尺寸。 3生产类型。 4具体的生产条件。 从图 1-1 中可以看出，该零件最高要求的表面粗糙度为 Ra3.2um，精度要求较高， 又因该零件为铝，其切削性能好，硬度低，因此确定该表面的加工方法为：粗铣半 精铣精铣。在粗铣时应尽快的去除零件的加工余量，给精加工留与合适的切削深度， 本零件中给 0.3mm 余量。 （二）加工阶段的划分 针对该零件的形状特性及精度要求，将该零件划分为以下几个阶段： 粗加工阶段主要任务是切除表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。 半精加工阶段再次切除部分余量，其主要问题是为精加工的高速切削加工提 供最佳的加工条件。 精加工阶段保证各主要表面达到图样尺寸及精度要求，其主要问题是如何保 证加工质量。 5 （三）工艺路线的安排 根据该零件的结构工艺性、生产规模和技术要求，确定该零件的工艺路线如下所 述： 工序 1 下料，准备 21011035mm 的方块，材料为铝。 工序 2 装夹零件，加工零件外型、阶梯等轮廓。 工序 3 加工阶梯层面 工序 4 铣刀三个槽 工序 5 去上道工序毛刺。 工序 6 调头装夹，铣削零件底面，保证总厚度为 30mm。 工序 7 去毛刺。 工序 8 检验。 六、刀具的选择六、刀具的选择 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿 命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低 成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目 标确定。 （一）刀具的选择原则 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复 杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间 短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取 15- 30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀 具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间 的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些，当某工序单位时间内所分担到的 全厂开支 M 较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走 刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床 加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且 要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机 床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、 超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。 （二）数控铣削刀具的选择 在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关 参数的经验数据如下：一是铣刀半径 RD 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径 R min， 一般取 RD=(0.8-0.9)R min。二是零件的加工高度 H(1/4-1/6)RD，以保证刀具有足够 的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底 刃起作用的半径 Re=R-r，即直径为 d=2Re=2(R-r)，编程时取刀具半径为 Re=0.95(R-r)。 6 对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、 锥形铣刀和盘铣刀。 综上所述，并根据该零件的结构特性，确定该零件的数控加工刀具如表 6-1 所示。 表 6-1 数控铣削刀具卡片 刀具号刀具名称刀具规格加工表面 T01 面铣刀 50mm 上平面 T02 立铣刀 20mm 粗铣平面以及外轮廓 T03 立铣刀 10mm 精铣凹面以及外轮廓 T04 立铣刀 8mm 铣槽 七、机械加工工艺过程卡片七、机械加工工艺过程卡片 编制机加工艺卡片是用来指导工人加工的，一般简易的工艺卡片中需编制简易的 工艺流程、工序名称、工装等。固定产品的工艺卡片比较复杂，每一工步都需编制卡 片，卡片中包含本工序加工图，加工刀具，测量量具，设备，定位等。如表 7-1，7-2 所示。 表 7-1 机械加工工艺过程卡片 机械加工工艺过程产品名称薄板材料铝毛坯尺寸 20010030mm 序 号 工序名称工序内容车间设备工装 1 下料制作 21011035mm 板块机加车间 2 铣 铣削零件外形轮廓及上表 面等 机加车间铣削加工中心机用虎钳 3 钳去毛刺 4 铣铣削平面机加车间铣削加工中心机用虎钳 5 钳去毛刺 6 检检验图上各处尺寸 表 7-2 数控加工工序卡片 机械加工工序卡 （工序 2） 产品名称十字凸台材料铝 工 步 号 工步内容 主轴转速 （r/min） 进给速度（mm/min） 1 装夹零件，对刀。 2 粗铣零件上表面 1000200 3 精铣零件上表面 1000150 4 粗铣外轮廓 1000150 5 精铣外轮廓 2000200 6 粗铣凹面轮廓 1200150 7 7 精铣凹面阶轮廓 2000100 8 铣槽 2000100 9 精铣凹面阶轮廓 2000100 10 调头，铣底面 2000150 八、数控编程八、数控编程 编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和 进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹 紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加 工程序。 数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。 手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉 数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点 位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即 可实现。 自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加 工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。 本题中的零件形状比较简单，尺寸易于计算，因此采用自动编程。 以下便是该零件的加工程序清单： （一）铣削平面时的程序 N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T06 M06 N0040 G0 G90 X6.6929 Y-3.5433 S2000 M03 N0050 G43 Z.3937 H06 N0060 Z.1181 N0070 G1 Z0.0 F3.9 M08 N0080 G3 X4.9213 Y-1.7717 I-1.7716 J0.0 N0090 G1 X-4.9213 F9.8 N0100 Y-.5906 N0110 X4.9213 N0120 Y.5906 N0130 X-4.9213 N0140 Y1.7717 N0150 X4.9213 8 N0160 G2 X6.6929 Y0.0 I0.0 J-1.7717 N0170 G1 Z.1181 N0180 G0 Z.3937 N0190 M02 （二）铣削轮廓时的加工程序 该部分的加工是由 UG NX6 自动编制的程序，其走刀轨迹如图 8-1、8-2、8-3、8-4 所示。 图 8-1 铣削零件上表面的走刀路径 图 8-2 半精加工铣削凹面轮廓的走刀路径 9 图 8-3 精加工铣削凹面轮廓的走刀路径 图 8-4 精铣轮廓的走刀路径 根据以上走刀路径，采用 CAM 软件自动生成这几个轨迹的部分程序如下： N0010 G40 G17 G94 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T01 M06 N0040 G0 G90 X-3.0849 Y1.1849 B0.0 S1000 M03 N0050 G43 Z.3937 H01 N0060 Z.1181 N0070 G3 X-3.0849 Y1.1849 Z-.0277 I.0044 J-.0865 K.0232 F3.9 N0080 X-3.1671 Y1.0984 Z-.063 I.0044 J-.0865 K.0232 N0090 I.0866 J0.0 F9.8 N4290 Y-.8043 F9.8 10 N4300 X-.5709 N4310 Y-1.369 N4320 X-.0197 Y-1.3691 N4330 Y-1.0867 N4340 G3 X-.1235 Y-.8361 I-.3543 J0.0 N4350 G1 Z-.3858 N4360 G0 Z.3937 N4370 M02 N0010 G40 G17 G94 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T02 M06 N0040 G0 G90 X-3.1376 Y1.1737 B0.0 S1500 M03 N0050 G43 Z.3937 H02 N0060 Z.1181 N0070 G3 X-3.1376 Y1.1737 Z-.041 I.0571 J-.0753 K.0253 F7.9 N0080 X-3.175 Y1.0984 Z-.0643 I.0571 J-.0753 K.0253 N0090 X-3.1277 Y1.0166 I.0945 J0.0 F9.8 N8640 G1 X2.5932 Y.6821 F9.8 N8650 G3 X2.643 Y.7431 I.0249 J.0305 N8660 G1 X2.1706 Y1.1289 N8670 G3 X2.1208 Y1.0679 I-.0249 J-.0305 N8680 G1 X2.357 Y.875 N8690 G3 X2.4868 Y.836 I.1121 J.1372 N8700 G1 Z-.0748 N8710 G0 Z.3937 N8720 M02 N0010 G40 G17 G94 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T03 M06 N0040 G0 G90 X-2.9755 Y1.048 B0.0 S2000 M03 N0050 G43 Z.3937 H03 N0060 Z.1181 11 N0070 G3 X-2.9755 Y1.048 Z.0068 I-.0428 J.0504 K.0177 F7.9 N0080 X-3.0844 Y1.0984 Z-.0643 I-.0428 J.0504 K.0177 N0090 I.0039 J0.0 F9.8 N7310 G1 X2.2029 Y1.1686 F9.8 N7320 G3 X2.0884 Y1.0283 I-.0572 J-.0702 N7330 G1 X2.5608 Y.6425 N7340 G3 X2.6754 Y.7827 I.0573 J.0701 N7350 G1 X2.4392 Y.9756 N7360 G3 X2.2397 Y.9555 I-.0897 J-.1097 N7370 G1 Z-.1142 N7380 G0 Z.3937 N7390 M02 12 总结总结 本次课题“薄板零件加工工艺分析与仿真”贯穿本专业所学到的议论知识与实践 操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主 选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次 选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分， 是运用数控机床实际操作的一次综合练习。随着毕业设计做完，也将意味我的大学生 活即将结束，但在这段时间里面我觉得