铣削零件加工工艺分析与编程.doc

目录摘要1Abstract3第一章 绪论41.1 数控技术的定义及其发展趋势41.2 叶轮的作用及其分类51.3 本文主要研究的内容6第二章 零件铣削加工工艺分析72.1 铣削加工工艺概述72.2 毛坯的选择72.3 机床的选择112.4 选择夹具及装夹方案的确定132.5 刀具的选择162.6 切削用量的选择192.7薄壁特征的加工工艺分析192.8本章小结19第三章 零件数控仿真加工23.1 加工方法及加工路径的选择23.2 零件一下表面加工23.3 零件一上表面加工23.4 零件二下表面加工23.5 零件二上表面加工2第四章 设计总结2致谢2参考文献230湖南工业职业技术学院毕业工程实践说明书摘要本文主要研究了半开式曲线叶轮轮廓和孔的数控铣削工艺、工装以及在此基础上的数控铣床的程序编制。主要设计内容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺简卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计，绘制零件图，G代码编制该零件的数控加工程序。本设计的重点在于零件的工艺性分析、毛坯的选择及薄壁件的工艺分析。通过对该零件的工艺分析，合理的制定零件的加工工艺，从而加工出符合工作要求的叶轮。关键词：数控加工工艺、数控编程、薄壁件Abstracton this basis, the programming of the CNC milling process, tolling, and on this basis, the programming of the the CNC milling machine. focuses on the design of the CNC machining fixture parts, the main designelements are the competition is the part of the technical rules(including craft simple cards, process cards and CNC tool card)and the main processes of tooling design. And draw the parts diagram. Prepared with the G-code CNC machining of the part program. Keywords: CNC machining, CNC programming，thin-walled parts第二章 零件加工工艺分析2.1零件的工艺分析2.1.1 零件图工艺分析凸模图样的视图主要由平面、孔、凹槽、椭圆凸台及外轮廓组成，凹模图样的视图主要由平面、凹槽轮组成，孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔及光加工方法选择原则。平面轮廓常采用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。在本设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求Ra6.3mm,可采用粗铣精铣方案。椭圆凸台部分利用数控宏程序进行加工，可采用粗铣精铣方案。选择以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。2.1.2 毛坯的选择图2.1 椭圆凸台件本文主要研究图2.1椭圆凸台件的加工工艺设计，本文讲述的是整材制造椭圆凸台件，所以在选材上要考虑材料是否满足其工作的工艺性、力学性能、使用性等方面的要求。而机械零件常用的毛坯类型有铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等，每种类型的毛坯都可以有多种成形方法，在选择时我们遵循的原则是：在保证毛坯质量的前提下，力求选用高效、低成本、制造周期短的毛坯生产方法。一般毛坯选择步骤是：首先由设计人员提出毛坯材料和加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量，并综合考虑交货期限及现有可利用的设备、人员和技术水平等选定合适的毛坯生产方法。由该零件的工作环境和制造成本，选择毛坯需要注意一下几个问题：1）材料的耐腐蚀能力。2）切削加工性能。3）材料的耐磨性等。工业上生产型材毛坯一般以棒料，块料为主，考虑到零件的外轮廓为方形，再从其结构上可知零件的侧面无其他难加工特征，所以适合选用块料，在其常见的材料中，45钢的一些特性都满足椭圆凸台件的要求，其成本也是椭圆凸台件常用材料中较为经济的。所以选择毛坯的材料为45钢。图2.2 零件一零件一属于盘类零件（如图2.2），零件上有孔、凹槽、凸台、薄壁等组成，而轮廓由直线和圆弧构成。考虑到零件的长、宽、高方向最大尺寸分别为150mm、120mm、24mm，所以选择毛坯的尺寸长150mm、宽120、高27mm的块料。用铣床加工出两个装夹面(如下图2.3)。图2.3 零件二零件二属于盘类零件（如图2.3），零件上有平面、凹槽等组成，而轮廓由直线和圆弧构成。考虑到零件的长、宽、高方向最大尺寸分别为150mm、120mm、19mm，所以选择毛坯的尺寸长150mm、高22mm的块料。用铣床加工出两个装夹面(如下图2.4)。图2.4 毛坯2.2刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。本工艺是基于零件特征来选择铣刀的。零件的主要特征分为凸台、凹槽、孔、边圆角等，毛坯的材料是45钢，数控铣削加工中刀具的材料一般有：1、高速钢。又称白钢，它含有W 、Cr、Mo、V、Co等元素。其红硬性较低，适合的切削速度为17-30m/min,一旦切削的温度过高，其切削加工性能就会下降。2、硬质合金。硬质合金是硬度和熔点都很高的碳化物（WC TiC等），用co mo ni做粘结剂制成的粉末冶金产品。在中速和大切削中发挥出优良的切削性能。常用的硬质合金有钨钴合金、钨钛合金等。其切削速度比高速钢更加的优越。 还有一些刀具的材料为陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石（PCD）等。又因为叶轮的粗加工本论文采用的是大切削、精加工采用的是高速光刀。所以综合起来选择的刀具材料为硬质合金。硬质合金铣刀的模型如下图所示：图3.1硬质合金铣刀下面是从零件的轮廓特征来选择刀具的型号。1. 零件一（1）平面粗加工。平面的粗加工的原则是：在保证零件的精度的基础上，采用大切深、大进给，以便能保证零件的最大生产率。零件一为心型部分，外部特征中需要注意的一个特征是心形部分的凹圆弧半径大小为R10如下（图2.4），选择刀具原则是小于轮廓的半径，还要保证零件的加工效率。所以选择的是16mm的硬质合金立铣刀。其外轮廓只需要考虑零件加工效率，而内轮廓需要考虑的是岛屿与岛屿之间，能否容纳刀具，不导致过切，另外内轮廓圆弧半径应该要比选择的刀具半径大，所以选择的是16mm的硬质合金立铣刀。（2）平面精加工。精加工的特点是：切削量小，加工速率快。再加上要获得较高的表面粗糙度，所以选择较小的刀具，选择的是6mm的硬质合金立铣刀。（3）孔加工。零件一主要包括两个是精度H7的的通孔（如下图所示）。分析两通孔，通孔的尺寸12H7mm，因为其精度为IT7级，所以需要用到铰刀加工，通常在用铰刀加工前底孔留下的余量为0.3-0.5mm，所以选择的为11mm的麻花钻，选择的铰刀为12mm的硬质合金铰刀如下图。为了防止麻花钻钻偏，先选用一个3mm中心钻点孔。 麻花钻 铰刀 中心钻2. 零件二由零件二图纸可知，需要加工的特征为凹槽，没有特殊加工部位，所以外形及型腔均可以用到零件一的相关刀具。由以上分析可以得出本加工工艺的刀具表如下：表2.4刀具卡编号刀具号刀具名称刀具作用直径/mm1T0125立铣刀零件一外轮廓162T0216立铣刀零件一心型面163T038球铣刀R15球面84T043中心钻加工定位孔35T0511钻头钻基本孔116T0612铰刀加工12H7的孔122.3 编制加工工艺2.3.1 切削用量的选择理选择切削用量的原则是：粗加工时，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。刀具的耐用度，以及零件的表面粗糙度主要由刀具的切削用量影响，而切削用量三要素由进给量、背吃刀量、切削速度组成，其中切削速度对其的影响最大。切削速度的大小和刀具的材料相关，不同的材料有着不同的切削速度，下面主要介绍高速钢和硬质合金切削钢和铸铁的切削速度如下表：表2.5 切削速度毛坯材料硬度（HBS）切削速度m/min高速钢刀具硬质合金刀具钢22518-4266-150225-32512-3654-120铸铁325-4256-2136-7519021-3666-150190-2609-1845-90160-3204.5-1021-30而不同材料的刀具在切削不同材料的毛坯的时候，选择的进给量也不同，本文主要参考表2.6,如下所示：表2.6 进给量工件材料每齿进给量fz(mm/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.10-0.150.10-0.250.02-0.050.10-0.15铸铁0.12-0.200.15-0.30（1）、 背吃刀量、侧吃刀量的确定背吃刀量和侧吃刀量的确定主要根据机床、夹具、刀具、工件的刚度和被加工零件的精度要求来决定。由此原则，再结合该工序所要保证的表面粗糙度要求。（2）、主轴转速、切削进给速度的计算（1）切削进给速度是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为。 （2-1）式中：切削进给速度，单位为；铣刀每齿进给量，单位为；铣刀的转速，单位为;铣刀齿数，单位为齿。（2）主轴转速（铣削） （2-2）式中：切削速度,单位为；铣刀直径，单位为；主轴转速，单位为。（3）孔加工时主轴转速 （2-3）式中：切削速度,单位为；切削刃选定点处所处对应的工件或刀具的回转直径，单位为；工件或刀具的转速，单位为。（4）进给速度的计算 （2-4）式中：进给速度，单位为mm/min进给量，单位为mm/r工件或刀具的转速，单位为。（5）攻螺纹时主轴转速 （2-5）式中：工件螺纹的螺距或导程，mm；保险系数，一般取80；主轴转速，。（6）攻螺纹时的进给速度攻螺纹时的进给量的选择决定于螺纹的导程，由于使用了带有浮动功能的攻螺纹夹头，攻螺纹时进给速度可略小于理论计算值，即 （2-6）式中：加工螺纹的导程，mm；加工螺纹时主轴转速，。综上所述，根据表2.5，可以得出不同的刀具切削不同硬度的材料时，切削速度是不相同的，因为45钢调质处理之后其硬度一般不超过HRC40，所以在选择切削线速度的时候，选择范围为66-150m/min，由此可知：（1）25.的立铣刀粗加工 Vc=66m/min =0.15 z=3n=1313r/min=0.1531313=591mm/min（2）25.的立铣刀精加工 Vc=80m/min =0.04 z=3S=1592r/min=0.0431592=191mm/min（3）16立铣刀粗加工 Vc=66m/min =0.12 z=3S=2101r/min=0.1221062=254.9mm/min（4）16立铣刀精加工 Vc=80m/min =0.05 z=3S=2547r/min=0.1232547=916mm/min（5）3的中心钻 Vc=10mm/min f=0.08mm/r S=1061r/minF=Sf=10610.08=85mm/min（6）11的钻头 Vc=20mm/min f=0.15mm S=530r/minF=Sf=0.15x530=79.5mm/min（7）8球铣刀 Vc=5mm/min f=0.8 mm/r S=314r/minF=Sf=0.8x314=254mm/min（8）12铰刀 Vc=5mm/min f=0.8 mm/rS=318r/minF=Sf=0.8x318=254mm/min下面表2.3是本工艺全部刀具的切削参数：表2.3 刀具切削参数刀具规格mm切削速度每分钟进给量转速每转进给量25立铣刀粗66 m/min591 mm/min1313 r/min0.15 mm/r25立铣刀精80 m/min191 mm/min191 r/min0.04 mm/r16立铣刀粗66 m/min254.9 mm/min2101 r/min0.12 mm/r16立铣刀精80 m/min916 mm/min2547 r/min0.05 mm/r8球铣刀精80 m/min1146 mm/min3184 r/min0.05 mm/r3中心钻10 m/min85 mm/min1061 r/min0.08 mm/r11钻头20 m/min79.5 mm/min530 r/min0.15 mm/r12铰刀5 m/min254 mm/min318 r/min0.8 mm/r2.3.2 设备的选择设备的选择首先考虑零件需要哪一种加工或者哪几种机床加工来完成。本文研究的是椭圆凸台件的铣削加工工艺的设计，所以首先选择应该放在铣床上加工，而数控铣床的选用一般有以下几个原则：1、根据被加工零件的尺寸选用。 2、根据加工零件的精度要求选用。 3、根据加工零件的加工特点来选择。4、根据零件的批量或其他要求选择。对于大批量的，用户可采用专用铣床。如果是中小批量而又是经常周期性重复投产的话，那么采用数控铣床是非常合适的，因为第一批量中准备好多工夹具、程序等可以存储起来重复使用。 2.3.3 本工艺选择的数控铣床由上述的数控铣床选用原则，可以从以下几个方面选择铣床：（1）零件的尺寸。如下（图2.5），零件毛坯分别由150X120X27mm、150X120X22mm45钢的方料组成，而45钢的方料密度为7.85g/cm3 ,所以由公式m=可以算出，这两件毛坯的重量约分别为3.9kg、3.2kg。（2）零件的尺寸精度要求及表面粗糙度要求。零件的主要尺寸如下图所示，由此可知，零件的最高精度等级为IT7级，表面质量要求最高位Ra1.6。一般的经济型机床就能满足这个要求。图2.5零件一剖视图（3）加工零件的加工特点。由零件图和零件要求可知，椭圆凸台件制造难度较小,成本较低,且适应性强，零件的轮廓主要由直线、圆弧、椭圆等组成。零件的四周无特殊需要加工的特征，无高难度复杂型的曲面，不需要特殊的装夹和定位，属于简单型零件。经济型机床也能满足这个要求。（4）零件的批量或其他要求选择。零件为单件小批量生产。由XK713 数控铣床的技术参数可知，数控铣床的最大载重量为350kg，本零件的重量分别为3.9kg、3.2kg加上夹具的重量，总重量远远小于铣床的额定最大载重，零件的尺寸精度的最高等级为IT7，数控铣床加工能达到的精度为IT9-IT7。零件无特殊复杂的特征，质询要按照一般的装夹加工就可以完成，再加上零件是单件小批量生产，XK713数控铣床都符合这个要求。2.3.4 夹具的选择及装夹方案的确定椭圆凸台件的制造难度较低，本文中零件的结构简单，不需要特殊的装夹定位，而在选择夹具的时候有两个基本的要求。一是：要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对的固定；二是：要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。一般的零件加工，都会采用通用夹具，当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调试夹具及其它通用夹具，来缩短生产准备时间、节省生产费用。在成批量生产时，采用专用夹具，来提高效率。在选择夹具时还要保证零件的装卸要快速、方便、可靠。夹具上各部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。2.3.5 选择夹具由2.2节，XK713数控铣床技术参数，可以得到机床的加工范围、工作台面积为300X600mm，工作台最大承重为3500kg，x、y、z方向的行程为520X300X400mm。本零件为单件小批量生产，符合台虎钳的装夹要求及其外形尺寸的要求，由此选择机用台虎钳（如下图）。本文选择的是上海众球附件机床有限公司生产的供应德式机用平口钳，其特点是采用HT200铸铁材料加工而成，传动螺母采用QT400-18材料，定位采用三点固定，稳定性好.不宜断，取代老式丝杆螺母。两钳口的平行度和对导轨面垂直度0.02mm/100mm。广泛用于铣床.刨床.钻床等进行各种平面.角度.沟槽.钻孔等加工，且满足本零件的加工要求。其一些技术参数如下（单位为mm）：表2.3所以选择上海众球机床附件有限公司生产的供应德式机用平口钳中Q60160SA-1这个型号的机用平口钳（如下图2.6）。图2.6 机用平口钳2.3.6 加工方法及加工路径的选择图3.2零件一零件一为椭圆凸台部分，毛坯的形状为带装夹面的方料，所以在选择粗精基准的时候要特别注意，由下图3.3零件的三视图可得，零件下表面为对称图形，支撑面积大，在零件的切削加工过程中，能使加工更加的平稳，所以零件一的加工路径为以底面为粗基准加工零件的上表面，再以这个加工完成的基准加工凸台部分，紧接着加工球面和孔。图3.3上表面图3.4零件二零件二为凸台配合部分，毛坯的形状为带装夹面的方料，所以在选择粗精基准的时候要特别注意，由下图零件的三视图可得，零件下表面，支撑面积大，在零件的切削加工过程中，能使加工更加的平稳，所以零件二的加工路径为先以毛坯的任一个大端面为粗基准加工零件的上表面，再以这个加工完成的表面为精基准零件二的凹槽。图3.5零件二三视图2.4 FANUC系统编程2.4.1 零件一的加工O0103(零件一下表面第一层加工程序)G54G90G17G40M03S800G00Z50X-60Y50 下表面G01Z-6F100G41X-55D01G01X-32.249Y47G03X26.382R35G01X32.249G02Y-47R114G01X26.382G03X-26.382R35G01X-32.249G02Y47R114G00Z10X20Y20G01Z1F100G91G03X0Y0Z-1I-5J0G42G01X25.737Y42.043G02X33.526Y42.332R6M05M30O0104 （内腔加工程序）内腔G54G90G17G40M03S600G00Z50M98P2G24X0M98P2G24Y0M98P2G25X0M98P2G25Y0G00Z50M05M30%2子程序G00X22Y22G00Z10G01Z1F200G91G03X0Y0Z-1L5I5J0F100G90G03X22Y0I5J0G42G01X24D01X43Y24X54Y0G03X51.708Y15.564R57G03X42.963Y19.031R6G01X410230Y18.031X36.230Y26.691X37.963Y27.691G03X39.333Y36.999R6G01X33.526Y42.332G03X25.735Y42.043R6G02X0Y32R38G40G01Y31G01Z10M99图3.1 零件一下表面加工刀路图图3.2 零件一下表面加工效果图2.零件一上表面O0101（零件一下表面轮廓加工程序）%0101叶片G54G90G17G40M03S0600G00Z50 X70Y0G42G01X65D01F100X20G03X20Y0I-20J0G01X65G40X70G00Z50M05M30O0102（零件一上表面叶片加工程序）G54G90G17G40M03S600G00Z50M98P2G68X0Y0P90M98P2G68X0Y0P90M98P2G68X0Y0P90M98P2G00Z50M05M30%2（叶片加工子程序）G00X70Y55G01Z-9F1000G42G01X65D01F100X35.235Y48.205X34.359Y47.723G02X33.137Y9.992R40G02X17.741Y11.472R8.5G03X-48.205Y35.235R45G01X-55G40X60G00X10M99图3.3 零件一上表面刀路图图3.4 零件一上表面加工效果图3.零件二下表面加工O0103(零件二下表面第一层加工程序)G54G90G17G40M03S800G00Z50X-60Y50 G01Z-6F100G41X-55D01下表面G01X-32.249Y47G03X26.382R35G01X32.249G02Y-47R114G01X26.382G03X-26.382R35G01X-32.249G02Y47R114G00Z10X20Y20G01Z1F100G91G03X0Y0Z-1I-5J0G42G01X25.737Y42.043G02X33.526Y42.332R6M05M30图3.5零件二下表面刀路图图3.6零件二下表面效果图4.零件二上表面加工O0103(零件一下表面第一层加工程序)上表面G54G90G17G40M03S800G00Z50X-60Y50 G01Z-6F100G41X-55D01G01X-32.249Y47G03X26.382R35G01X32.249G02Y-47R114G01X26.382G03X-26.382R35G01X-32.249G02Y47R114G00Z10X20Y20G01Z1F100G91G03X0Y0Z-1I-5J0G42G01X25.737Y42.043G02X33.526Y42.332R6M05M30O0104 G54G90G17G40M03S600G00Z50M98P2G24X0M98P2G24Y0M98P2G25X0M98P2G25Y0G00Z50M05M30%2子程序G00X22Y22G00Z10G01Z1F200G91G03X0Y0Z-1L5I5J0F100G90G03X22Y0I5J0G42G01X24D01X43Y24X54Y0G03X51.708Y15.564R57G03X42.963Y19.031R6G01X410230Y18.031X36.230Y26.691X37.963Y27.691G03X39.333Y36.999R6G01X33.526Y42.332G03X25.735Y42.043R6G02X0Y32R38G40G01Y31G01Z10M99图3.7零件二上表面刀路图图3.8零件二上表面效果图第五章 设计总结时至今日，几月的毕业设计终于画上了圆满的句号。毕业设计的整个过程，有苦也有甜，不过乐趣也尽在其中！通过编写复杂外形零件数控加工工艺设计说明书，我掌握了编写零件加工工艺规程的步骤。从课题分析开始，再进行总体设计、详细设计,最后到加工出符合技术要求的零件。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去，使我掌握了一整套规范的设计操作流程。首先从零件工艺分析入手，审查零件图，明确零件各部分的尺寸和精度要求，根据数控加工工艺性，正确选择加工方法、加工路线，合理选择刀具和切削用量，按照加工工艺步骤编写数控加工程序在设计准备阶段，我总结学过的专业知识，到图书馆、上网查找资料，搜集各种能辅助设计的知识。设计过程中，运用综合知识进行考虑，遇到不懂的问题及时向老师请教，或与同学讨论。从开题报告的格式，到加工过程中应正确分析零件的装夹定位、划分加工工序，从选择合理的刀具，到切削用量的确定，从编写加工程序到数控车床上切削加工，设计中遇到的每个细节问题都和同学认真讨论。在老师的悉心指导下，我从开题报告做起，进行零件工艺分析、装夹方案的确定、加工工序划分、选择合理的刀具、确定切削用量、拟订数控加工工序卡片、编写加工程序、编写整理设计说明书等过程。通过小组讨论、老师指导，我的毕业设计最终得以顺利完成在进行毕业设计的一个月里，我不断的学习、不断的积累，专业技能和综合技能不断的提高。尤其是数控车床操作熟练度大大提高，熟练掌握了操作面板各功能键的作用、对刀的技巧。在设计过程中我收获最大的除了巩固专业技能外，计算机水平也有大步提升。从Office办公软件到AutoCAD、UG的应用能力，我都有进一步的提高。在设计说明书的整体排版时，严格按照设计指导书的要求选择字体、大小，设置合适的段落、间距等格式，利用AutoCAD绘制零件图、工序简图，利用UG零件立体图形。遇到