B88腔体数控加工设计.doc

杭州电子科技大学本科毕业设计 摘 要B88腔体滤波器作为无线通信系统中重要的组成部分，其性能的好坏对无线网络发展有着至关重要的作用。B88腔体由于加工形状、走刀路线比较复杂，普通铣床已不能满足加工要求，所以选择了数控加工中心进行加工。加工中心能够对工件一次装夹后进行多工序加工按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，具有良好的经济效果。 本文设计主要内容： 1.B88腔体数控加工工艺设计。通过毛坯分析，确定加工内容；选择合适机床、刀具、量具、夹具，确定定位与夹紧方案、切削用量、工步顺序；最后制定加工工艺路线。2.B88腔体程序设计。通过UG加工仿真，设定坐标系、刀具、切削参数，确定合理的走刀路线，最后完成该腔体的程序设计。本文利用UG软件对该腔体进行加工仿真，选择了最优的走刀路线，大大提高产品的生产效率。关键词：数控技术；加工工艺；程序设计ABSTRACTB88 recessed filters was used as a wireless communication system important constituent, its performance of wireless has a very important role to network development. Ordinary milling machine already cannot satisfy the requirements of the processing to B88 recessed for processing shape, walk knife route was more complex, so choose the NC machining center for machining. It can processing many processes after the workpiece a fixture according to different processes to the automatic selection, change tool, automatically find knife, automatically change of spindle speed, feed and so on, which can be completed for many kinds of process of drilling, milling, boring, reaming, tapping , greatly reduce the workpiece loading time, measurement and the auxiliary machine adjustment procedure time, has the good economic effect.The main content of the paper: 1.The NC machining process design of B88 recessed . Through the blank analysis, confirmed processing content; Choose the appropriate machine tools, measuring tools, cutting tools, fixture, determine the orientation and clamping and cutting dosages, the order of working, and finally make processing line. 2.The program design of B88 recessed .Through the UG machining simulation, and set the coordinate system, cutting tools, cutting parameters, the determination of reasonable go knife route, finally complete the recessed program design.This paper using UG software for the recessed process simulation,choose the best go knife route, and greatly improve the production efficiency.Keywords: Numerical control technology;Technology process;Program design目录第1章 绪论11.1 国内外研究现状及意义11.1.1 复杂腔体数控加工国内外现状11.1.2 选题的依据和意义21.2 本课题的基本内容和解决的主要问题3第2章 B88腔体数控加工工艺设计42.1 B88腔体分析42.1.1 毛坯确定42.1.2 零件加工内容分析52.2 机床选择72.3 定位与夹紧方案确定82.4 夹具选择122.5 刀具选择132.6 量具选择162.7 刀具切削参数设置162.8 工序及工步设计182.9 制定加工工艺路线表202.10 本章小结20第3章 B88腔体数控加工程序设计213.1 基于UG的B88腔体铣削加工自动编程213.1.1 创建刀具213.1.2 创建几何体223.1.3 创建操作243.1.4 刀具路径的显示及检验253.2 基于UG的B88腔体数控加工仿真283.3 本章小结29第4章 总结与展望304.1 总结304.2 展望30致 谢31参考文献32 第1章 绪论1.1 国内外研究现状及意义1.1.1 复杂腔体数控加工国内外现状在机械制造中，复杂腔体往往形状复杂，精度要求高，在通用机床上加工效率低、精度低、加工误差大；而数控机床具有的高柔性、高精度与自动检测到特性，使它能很好的解决单件、小批量，特别是复杂腔体类零件。目前国外数控系统技术发展的总体趋势如下：新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；驱动装置向交流、数字化方向发展；增强通信功能，向网络化发展；数控系统在控制性能上向智能化发展。随着机床技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各发达国家投入巨资，对制造技术进行开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经等多学术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工1。国内数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收、引进技术阶段，“八五”期间建立国产化体系阶段，“九五”期间产业化阶段，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。目前，较具规模的企业有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控系统。经半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。但是由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，还有不小的差距。主要问题有以下几方面：（1）技术创新成分低、消化吸收能力不足目前我国数控技术的研究主要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。真正创新的成分不多，对国外技术的依赖度较高，对所引进技术的消化依旧停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有完全形成产品自主开发能力和技术创新能力。技术引进是加快我国控技术发展的一条重要途径，但引进的技术要实现从根本上提高我国数控技术水平，必须进行充分的消化吸收。消化吸收的力度不强，不但无法摆脱对国外技术的依赖，而且还会造成对国外技术依赖性增强的反作用。(2)技术创新环境不完善我国尚未形成有利于企业技术创新的竞争环境。企业技术创新的动力来源于对经济利益的追求和外部市场的竞争压力，其技术创新意识不强。企业还没有建立良好的技术创新机制，绝大部分企业的技术创新组织仍处于一种分散状态，很难取得高水平的科研成果。(3)产品可靠性、稳定性不高可靠性的指标一般采用平均无故障时间(MTBF，单位为h)，国外数控系统平均无故障时间在10000 h以上，国产数控系统平均无故障时间仅为3 0006 000 h。这使得可靠性、稳定性上就与国外技术相差很大，必然影响产品的市场占有率。 (4)网络化程度不够我国数控技术的网络化程度不够，目前主要用于NC程序传送，采用纸带阅读器、串口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网络化水平有限。 (5)体系结构不够“开放” 大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完善，少数具有开放功能的产品又不能形成真正的产品，只是停留在试验、试制阶段。用户不能根据自己的需要将积累的技术经验融入到系统中，无形中流失了很多对数控技术改进、创新和完善的资源。1.1.2 选题的依据和意义数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,它广泛用于机械制造与自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产自动化问题。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品。发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性保证。腔体数控加工工艺与编程是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们掌握数控加工工艺及程序编制的基本知识和基本理论；学会选择机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法；掌握数控加工工艺设计方法和数控加工程序编制方法的能力；初步具备制定中等复杂程度的数控加工工艺及编程的能力；同时，还能分析解决生产中一般工艺性问题。此次的毕业设计主要解决的问题是B88腔体的数控加工工艺和程序设计，选取最优的走刀路线2。腔体滤波器的设计属于指定电路类型结构的设计。只能实现衰耗极点出现在无穷大频率处类型的滤波器。可利用谐振腔等效成至少两个电抗元件并至少含有一个LC并联谐振电路的原理，来合理的组合这些腔体便可以构成滤波器。滤波器作为无线通信系统中重要的组成部分，其性能的好坏对无线网络发展有着至关重要的作用。在腔体滤波器加工过程中，了解熟悉数控加工工艺和程序设计以及在加工过程中会出现的产品缺陷问题，通过改善加工工艺和程序设计使产品在加工过程中的误差降低。1.2 本课题的基本内容和解决的主要问题腔体滤波器腔体滤波器由谐振腔、调谐螺钉等组成的滤波器，与其他性质的滤波器比较，它的结构牢固，性能稳定可靠，体积小，Q值适中，高端寄生通带较远而且散热性能好，可用于较大功率和频率，来滤除带外强干扰信号3。腔体滤波器的特点：（1）高Q值，低插损。 （2）非对称椭圆函数设计，高频率选择性，通带边频对称偏移10MHz对WCDMA频段的抑制均高达47dB。（3）同轴腔体结构，高可靠性，高承受功率。本文根据腔体滤波器的特点分析腔体数控加工工艺及程序设计，完成腔体的加工。 本文主要解决的问题：B88腔体数控加工工艺设计，通过零件性能分析，选择合适的毛坯、机床、刀具、量具、夹具，确定定位与夹紧方案，划分工序，最后制定加工工艺路线；B88腔体的程序设计，通过UG加工仿真，设定坐标系、刀具、切削参数，合理的走刀路线，最后完成该腔体的程序设计和工序设计。 第2章 B88腔体数控加工工艺设计2.1 B88腔体分析2.1.1 毛坯确定1.毛坯的种类 (1) 铸件：铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。 (2) 锻件：锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。(3) 型材：型材有热轧和冷拉两种。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。(4) 焊接件：焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。 (5) 冷冲压件：冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。2.毛坯种类的选择（1）根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯。图纸规定的材料就基本确定了毛坯的种类。例如：材料是铸铁，就要用铸造毛坯；材料为钢材，若力学性能要求高则可选锻件，若力学性能要求低则可选型材或铸钢。（2）根据零件的功能选择毛坯。根据零件的工作条件、材料、结构特点三者综合考虑。（3）根据生产类型选择毛坯。大量生产应选精度和生产率都较高的毛坯制造方法。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻或冷轧、冷拉型材等；单件小批量生产则用木模手工造型或自由锻件。（4）根据具体生产条件选择毛坯。确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯4。根据以上要求选择毛坯的材料为ADC12铝锭，如图2.1所示。要求材料,锯开断面无气泡，缩孔等缺陷；来料符合ROHS要求；注射温度：65020；保压时间/冷却时间：3s；新料回收料比例：9:1，毛坯的外形尺寸为246.820842.9，压铸成型。 图2.1 毛坯图2.1.2 零件加工内容分析分析与研究整台产品的用途、性能和工作条件，了解零件在产品中的位置、装配关系及其作用，弄清各项技术要求对装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图进行分析。该腔体毛坯是通过压铸成型，毛坯的毛坯的外形尺寸为246.820842.9，3面的CAD加工图，如图2.2所示，其主要加工的内容包括：分析尺寸精度、尺寸公差，去除加工余量是尺寸达到要求；然后加工中心铣内腔体；铣槽，然后钻孔攻同平面上的螺纹孔，注意孔的配合精度。图2.2 B88腔体3面CAD图4面的CAD加工图，如图2.3所示，其主要加工的内容包括：去除加工余量是尺寸达到要求；然后加工中心铣内腔体；铣槽，然后钻孔攻同平面上的螺纹孔，注意孔的配合精度。图 2.3 B88腔体4面CAD图6面的CAD加工图，如图2.4所示，其主要加工的内容包括：钻2个螺纹底孔并攻牙，注意孔的配合精度。图2.4 B88腔体6面CAD图5面的CAD加工图，如图2.5所示，其主要加工的内容包括：去除加工余量达到要求，钻8个螺纹底孔，注意孔的配合精度。图2.5 B88腔体6面CAD图1面的CAD加工图，如图2.6所示，其主要加工的内容包括：去除加工余量是尺寸达到要求，然后钻孔攻同平面上的螺纹孔，注意孔的配合精度。图2.6 B88腔体6面CAD图2面的CAD加工图，如图2.7所示，其主要加工的内容包括：去除加工余量是尺寸达到要求，注意加工精度。图2.7 B88腔体2面CAD图2.2机床选择对一个制造企业来说，提高生产能力往往从生产管理、制造工艺、生产设备等方面入手进行技术改造，而这几部分内容又是互为影响和制约的。在技改中对生产设备、数控机床的更新、维修、采购等的选择上必须考虑到要在什么样环境下使用、如何管理、怎样能达到最好的经济效果等问题。选择制造设备是要为制造某一些产品服务的，选择的设备可能用于产品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。制造水平的高低首先取决于工艺过程的设计，它将决定用什么方法和手段来加工，从而也决定了对使用设备的基本要求，这也是对生产进行技术组织和管理的依据。设备选择的基本要求确定后还要根据市场上能提供什么样技术水平的装备来选择，针对大部分中小批量生产的制造企业，选择数控机床来替代旧机床或增强生产能力已是发展趋势。比较普通和数控两类机床的性能，数控机床具有加工复杂形面零件能力强、适应多种加工对象；加工质量、精度和加工效率高；适应CAD/CAM 联网、适合制造加工信息集成管理；设备的利用率高、正常运行费用低等特点。根据以上要求，结合经济方面，确定选择小型C1-T14法兰克系统数控加工中心进行加工，如图2.8所示5。法兰克数控加工中心的优点：工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工,并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80左右(普通机床仅为1520)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。图2.8 FANUC 数控加工中心2.3定位与夹紧方案确定工件的定位与夹紧首先应遵循前面所述有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。同时注意下列三点：(1).力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。(2).设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。(3).避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率6。总体设计定位装夹方案如下:1. 确定一工序定位与夹紧方案，如表2.1所示。表2.1 一工序定位与夹紧方案 工序名称精铣3#面1NC名称B88-1加工1小时CNC工艺流程 3#装夹说明以背面槽定位，用压板装夹加工。按图示摆放.X Y分中为零，Z对顶面为零，保证内腔30.6MM。2. 确定二工序定位与夹紧方案，如表2.2所示。表2.2 二工序定位与夹紧方案工序名称精铣4#面NC名称B88-2加工0.5小时装夹说明用正面5.+0.06/+0.02孔定位按图示摆放.X Y以最大外形分中为零。Z对顶面为零（对底部大面抬34.3MM为零）3. 确定三工序定位与夹紧方案，如表2.3所示。表2.3 三工序定位与夹紧方案CNC工艺流程3#-4#工序名称3第工序加工6#面NC名称:B88-3.NC预计加工时间: 3分钟加工说明按图示摆放以4#为基准XY单边分中，Z对顶为零。直角铁装夹加工4.确定四工序定位与夹紧方案，如表2.4所示。表2.4 四工序定位与夹紧方案工序名称铣5#面5NC名称B88-40.5小时装夹说明直角铁装夹加工按图示摆放以3#面为基准.XY单边分中为零，Z对顶面为零。（大平面）5. 确定五工序定位与夹紧方案，如表2.5所示。表2.5 五工序定位与夹紧方案CNC工艺流程3#-4#工序名称5第工序加工2#面NC名称:B88-5.NC预计加工时间: 4分钟加工说明按图示摆放以4#为基准XY单边分中，Z对顶为零。（大平面）直角铁装夹加工6.确定六工序定位与夹紧方案，如表2.6所示。表2.6 六工序定位与夹紧方案工序名称第6工序加工1#面NC名称:B88-6.NC预计加工时间: 2分钟加工说明按图示摆放以4#为基准XY单边分中，Z对顶为零（大平面）。直角铁装夹加工2.4 夹具选择 1.数控加工的特点对夹具提出的基本要求：保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；要能协调零件与机床坐标系的尺寸。 2.应考虑的其他几点：单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单7。B88腔体数控加工选取的夹具有：（1）平口虎钳，如图2.9所示。 图2.9 平口虎钳精密平口虎钳，型号为CV-160V，适用于加工中心。参数如下：钳口宽度B为160mm左右,钳口高度H为63mm，钳口最大张开度L为200mm，定位键槽宽度A为18mm。以5面为基准限制5个自有度。特点：装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小型工件。（2） BIUCO孔系组合夹具，如图2.10所示。图2.10 BIUCO孔系组合夹具组装示意图 优点：允许使用的过定位；其定位精度高，刚性比槽系组合夹具好，组装可靠，体积小，元件的工艺性好，成本低，可用作数控机床夹具。缺点：组装时元件的位置不能随意调节，常用偏心销钉或部分开槽元件进行弥补。2.5 刀具选择数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，镶嵌式刀具采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到了广泛的应用，在使用数量上达到整个数控刀具的30%40%，金属切除量占总数的80%90%。数控铣刀从形状上主要分为平底刀（端铣刀）、圆鼻刀和球刀，如图2.11所示，从刀具使用性能上分为白钢刀、飞刀和合金刀。在工厂实际加工中，最常用的刀具有D63R6，D50R5，D35R5，D32R5，D30R5，D25R5，D20R0.8，D17R0.8，D13R0.8，D12，D10，D8，D6，D4，R5，R3，R2.5，R2，R1.5，R1和R0.5等。图2.11 数控铣刀（1）平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。（2）圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具开粗加工。（3）球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。在经济型数控机床加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面加工，后进行二维轮廓加工8，刀具选择如下：1.一工序刀具选择，如表2.7所示。表2.7 一工序刀具刀具号码刀具直径刀具名称刀长(刃总)刀柄型号加工目的备注112STM铣刀4530ER32铣面210STM铣刀2820ER32铣面36铝用刀33220ER16铣凸台450.51斜度刀20ER32铣槽介质槽（D4)54铝用刀28ER3265中心钻35ER16钻55孔72.8钻头35ER16钻3孔M3底孔83.65钻头38ER32注意背面鼓包9M30.5挤压丝锥22ER16攻M3牙10M40.7挤压丝锥26ER16攻M4牙注意背面鼓包112STM铣刀10ER16铣槽密封槽2.二工序刀具选择，如表2.8所示。表2.8 二工序刀具刀具号码刀具直径刀具名称刀长(刃总)刀柄型号加工目的备注16铝用刀2015ER16铣面D4225铝用刀2015ER16D33,D34,D35,D3635中心钻25ER16钻5孔43中心钻25ER16钻3孔52.8钻头30ER16钻2.8孔62.3钻头30ER16钻2.3孔7M305挤压丝锥22ER16攻M3牙8M2.50.45挤压丝锥22ER16攻M2.5牙95钻头32ER161012铝用刀3520ER32铣槽114铝用刀15ER16d37,d38 3.三工序刀具选择，如表2.9所示。 表2.9 三工序刀具刀具号码刀具直径刀具名称刀长(总刃)刀柄型号加工目的备注1690中心钻ER14ER15钻孔22铣刀10ER16铣面34-400.635丝锥15ER16攻牙4.四工序刀具选择，如表2.10所示。 表2.10 四工序刀具刀具号码刀具直径刀具名称刀长(刃总)刀柄型号加工目的备注1690中心钻15ER16钻孔22.8钻头25ER16钻孔3M30.5挤牙丝锥15ER16攻M3牙412铝用刀73*40ER32铣槽 D44513.6铰刀73ER32铰13.6孔5.五工序刀具选择，如表2.11所示。表2.11 一工序刀具刀具号码刀具直径刀具名称刀长(总刃)刀柄型号加工目的备注1 690中心钻15ER16钻孔25.7钻头71ER16钻孔35.85合金钻头71ER16钻孔45.95铰刀71ER16铰孔56STM铣刀15ER16铣面D356. 六工序刀具选择，如表2.12所示。表2.12 六工序刀具刀具号码刀具直径刀具名称刀长(总刃)刀柄型号加工目的备注16STM铣刀15ER16铣面3590中心钻15ER16钻孔44.6钻头20ER16钻孔54.25钻头20ER16钻孔62.3钻头20ER16钻孔7M2.5*0.45挤牙丝锥15ER16攻牙2.6 量具选择在数控过程中，必须对加工出来的产品进行检测，产品设计出来不符合设计要求就是不合格的，这个过程必须使用量具，在按照零件图的尺寸要求，B88滤波器腔体主要测量孔，牙纹的深度，槽的深度，孔的距离。在测量过程用到的量具有牙规，针规，高度尺，游标卡尺等等。用牙规每个面都的螺纹孔的深度，用针规检查孔的深度，用高度仪测量孔距。2.7 刀具切削参数设置合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产效率为主，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。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下5个因素。 （1）切削深度ap（mm）。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工，这是提高生产效率的一个有效措施。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 （2）切削宽度L（mm）L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：L=（0.60.9）d。（3）切削速度v（m/min）。提高v也是提高生产效率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，切削热升高，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。 （4）主轴转速n（r/min）。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：v=nd/1000（d刀具直径，单位mm）。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速在一定范围内进行调整。 （5）进给速度f（mm/min）。f应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。f的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，f可选择得大些。在加工过程中，f也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制9。 列出了切削参数参考表,如表2.13、表2.14和表2.15所示，这些切削参数仅供参考，实际确定切削用量还应根据具体的机床性能、零件形状和材料、装夹状况等进行调整。表2.13 铣刀每齿进给量参考表工件材料每齿进给量 (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0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30表2.14 铣刀每转进给量f 刀具 名 称32面铣刀20立铣刀25内螺纹孔单刃镗刀11钻头 每转进给量f(mm/r)0.090.150.070.0350.10.2刀具名称20立铣刀（扩孔）16H7铰刀12整体合金立铣刀8球头刀 每转进给量f(mm/r)0.080.160.050.05表2.15铣削时的切削速度参考表工件材料硬度（HBS）切削速度Vc (m/min)高速钢铣刀硬质合金刀具钢225184266150225325123654120铸铁325425621367519021366615019026091845901603204.5102130 铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其原因是、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。列出了铣削切削速度的参考值，如表2.16所示。表2.16 铣削时的切削速度 刀具名称32面铣刀20立铣刀25内螺纹孔单刃镗刀11钻头 铣削速度Vc(mm/min)1602502007025 刀具名称20立铣刀16H7铰刀12整体合金立铣刀8球头刀 铣削速度Vc(mm/min)100151501502.8 工序及工步设计1.工序的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。一般工序划分有以下几种方式：(1）按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构外形不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。(2）粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，应将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。(3)按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法。2.工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则：(1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。(2)对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。(3)按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，进步加工生产率10。通过图2.1分析，结合生产实际，确定加工走刀路线，我们可以将该零件加工分为六道工序，每道工序分为若干个工步，设计如下：1.一工序CNC加工3#面(1)去除加工余量使尺寸达到要求； (2)铣3处隔离槽,使尺寸达到要求；(3)去除加工余量使尺寸达到要求； (4)去除12处介子槽的加工余量使相关尺寸达到要求；(5)去除谐振腔内凸台的加工加工余量使尺寸达到要求； (6)去除右侧加工余量使尺寸达到要求；(7)去除左侧加工余量使尺寸达到要求；(8)铣直沉孔2-6.8深1.8及孔2-深8使尺寸达到要求；(9)钻孔并攻牙：123-M3深8不可穿, 8-M4深6不可穿,16-M4深6不可穿。2 .二工序CNC加工4#面(1) 去除加工余量使总厚度尺寸42.90.05达到要求；(2) 去除加工余量使尺寸4.0达到图纸要求；(3) 去除加工余量使尺寸孔2-深10.3, 2-通, 2-，A-A剖处宽及深度尺寸达到要求； (4) 去除加工余量使尺寸2.10.1,达到要求；深8.4 ，通, F-F剖处宽及深度达到尺寸要求；(5) 去除加工余量使腔深120.05, 28.890.1, 28.890.1, 140.1达到尺寸要求；(6) 铣出6.0深9.8的避位腔，钻孔并攻牙：49-M2.5深6不穿；钻螺纹底孔：17-M2.5深5.5不穿；5-M2.5深3不穿，11-M2.5深4.5不穿(其中3处螺纹可穿)，17-M3深6不穿,5-M3深4.5不穿。3.三工序CNC加工5#面(1)去除加工余量使尺寸深8及深70达到要求； (2)钻螺纹底孔：8-M3深。 4. 四工序CNC加工1#面(1) 去除加工余量使尺寸使3处阴影面高出D面0.20.4 ； (2) 去除加工余量使尺寸使G面低于D面1.00.1；(3)使尺寸2- , 2-尺寸达到要求钻螺纹底孔：11-M2.5深4 (其中5处螺纹不可穿)。 5.五工序CNC加工2#面去除加工余量使尺寸2-深2.2, 2-深65尺寸达到要求。6.六工序CNC加工6#面钻2-(4-40UNC-2B)深6的螺纹底孔并攻牙 （采用P4丝锥）。2.9 制定加工工艺路线表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规工序的安排，使之与整个工艺过程协调吻合。结合企业生产要求，拟定了B88腔体的加工工艺卡，加工工艺卡见附录1。只有设计合理的加工工艺，才能编制出合理、高效的数控加工程序11。2.10 本章小结B88腔体数控加工工艺序设计的主要任务对毛坯种类和热处理状况等进行分析，根据零件图确定加工内容，然后选择机床和刀具、确定定位夹紧装置、加工方法、工步顺序及切削用量，最后制定出B88腔体的加工工艺路线。在确定工艺过程中，应充分考虑所用数控机床的性能，充分发挥其功能，做到加工路线合理、走刀次数少和加工工时短等。此外，还应填写相关的工艺技术文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片和走刀路线图等。第3章 B88腔体数控加工程序设计3.1 基于UG的B88腔体铣削加工自动编程UG仿真流程，如图3.1所示12。图3.1 UG仿真流程图3.1.1 创建刀具打开需要编程的模型并进入编程界面后，第一步要做的工作就是分析模型，确定加工方法和加工刀具。在加工创建工具条中单击创建刀具按钮，弹出创建刀具对话框；在名称文本框中输入刀具的名称，接着单击按钮，弹出刀具参数对话框；输入刀具直径和底圆角半径，选择10粗加工平底刀，如图3.2所示，最后单击。 图3.2 刀具创建图注意事项：（1）刀具的名称一般根据刀具的直径和圆角半径来定义，例如，直径为30，圆角半径为5的飞刀，其名称定义为D30R5；直径为12的平底刀，其名称定义为D12；半径为5的球刀，其名称定义为R5。（2）输入刀具名称时，只需要输入小写字母即可，系统会自动将字母转为大写状态。（3）设置刀具参数时，只需要设置刀具的直径和底圆角半径即可，其他参数按默认即可。加工时，编程人员还需要编写加工工艺说明卡，注明刀具的类型和实际长度。3.1.2 创建几何体创建何体包括机床坐标、部件和毛坯，其中机床坐标属于父级，部件和毛坯属于子级。在加工创建工具条中单击创建几何体按钮，弹出创建几何体对话框，如图3.3所示；在创建几何体对话框中选择几何体和输入名称，然后单击按钮，即可创建几何体。图3.3 创建几何体1创建机床坐标（1）首先，在编程界面的左侧单击操作导航器按钮，使操作导航器显示在界面中。（2）在操作导航器中的空白处单击鼠标右键，然后在弹出的快捷菜单中选择几何视图命令。在操作导航器中双击图标，弹出机床坐标系对话框；接着设置安全距离，然后单击CSYS对话框按钮，弹出CSYS对话框，如图3.4所示；然后选择当前坐标为机床坐标或重新创建坐标；最后单击按钮两次。图3.4 设定坐标系图2指定部件双击图标，弹出Mill Geom对话框；在Mill Geom对话框中单击指定部件按钮，弹出部件几何体对话框；然后选择部件或单击按钮；最后单击按钮。3指定毛坯在MillGeom对话框中单击指定毛坯按钮，弹出部件几何体对话框；然后选择部件或单击按钮，最后单击按钮两次，如如3.5所示。图3.5 铣削几何体4设置余量及公差加工主要分为粗加工、半精加工和精加工3个阶段，不同阶段其余量及加工公差的设置都是不同的，下面介绍设置余量及公差的方法。（1） 在操作导航器中单击鼠标右键，然后在弹出的快捷菜单中选择加工方法视图命令。（2） 在操作导航器中双击粗加工公差图标，弹出Mill Method对话框；然后设置部件的余量为0.5，内公差为0.05，外公差为0.05，最后单击按钮。（3）设置半精加工和精加工的余量和公差。3.1.3 创建操作创建操作包括创建加工方法、设置刀具、设置加工方法和切削参数等。在加工创建工具条中单击创建操作按钮，弹出创建操作对话框，如图3.6所示。首先在创建操作对话框中选择类型，接着选择操作子类型，然后选择程序名称、刀具、几何体和方法，如图3.7所示。 图3.6 创建操作图 图3.7 型腔铣图3.1.4 刀具路径的显示及检验生成刀路时，系统就会自动显示刀具路径的轨迹。当进行其他操作时，这些刀路轨迹就会消失，如想再次查看，则可先选中该程序，再单击鼠标右键，然后在弹出的快捷菜单中选择重播命令，即可重新显示刀路轨迹，通过加工工艺设计要求，选择合理的参数，生成合适的刀轨，如图3.8，图3.9和图3.10。图3.8 最短刀轨图 图3.9 刀轨优化图 图3.10 生成刀具轨迹图 图3.11 模拟刀轨图 根据显示的刀路轨迹判别刀路的好坏，而需要进行实体模拟验证。在加工操作工具条中单击校验刀轨按钮，弹出刀轨可视化对话框，接着选择2D动态选项卡，然后单击播放按钮，系统开始进行实体模拟验证，检查是否撞刀，如图3.11所示。在UG/CAM模块下，选中相应的操作，然后调用UG/ Post Builder生成的DMU_70_V的后置处理，即可生成相应NC代码，操作如图3.12所示。 图3.12 后处理图3.2 基于UGB88腔体数控加工仿真选择的合理的刀轨，然后进行数控加工仿真，选择的是深圳湘银天3轴联动FANUC系统数控加工中心，输入程序，进行数控加工仿真，如图3.13所示。图3.13 模拟加工仿真效果程序见附录2，部分加工程序:G91