数控课程设计.doc

1. 零件的实体建模 1.1 solidworks简介SolidWorks是功能强大、易学易用和高效创新的三维CAD系统，可进行机械设计、零件设计、模具设计、装配体和工程图设计、消费品设计等。 是当今最为流行的三维CAD软件之一，它具有基于特征、参数化、实体造型等特点。整个设计基于装配关系进行，装配的基础要素是相关的零件，零件是由若干参数化的可以基于装配关系的特征堆砌而成，特征是一些与机械设计的表达意图相关的一些简单的几何形体，这些几何形体的基础是参数化的，可以基于装配关系的二维或三维草图，草图是一些简单类型的图线，可以利用几何关系、装配关系或驱动尺寸加以约束。本文的实体建模都采用了软件。1.2 实体建模步骤1.新建slidworks零件文件2. 选择前视基准面，进行草图绘制，并用智能尺寸标注。3.点击特征指令，拉伸凸台基体4. 选择前视基准面，进行草图绘制5,进行孔的切除拉伸6、孔的线性阵列7.再次选择前视基准面，进行矩形的草图绘制。8、进行矩形的切除拉伸，其给定深度为65mm。9.2. 零件数控铣削加工工艺性分析 2.1 数控铣削加工工艺性分析的主要内容对于本文中的零件需采用数控铣削进行加工。数控铣削加工工艺性分析主要包含以下内容。一 零件图形的分析1. 检查零件图的完整性和正确性。2. 检查自动编程时零件的数学模型的完整性和合理性，即生成的数学模型是否表达了设计者的全部意图，模型中的曲面是否满足曲面造型的要求。二零件结构工艺性分析与处理1. 图纸尺寸的标注方法是否方便编程，构成工件轮廓图形的各种几何元素 的条件是否充要，各几何元素的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等等。2. 分析零件变形情况，保证获得要求的加工精度。虽然数控机床的精度很高，但对于一些特殊情况如过薄的底板由于切削力的作用和弹性变形的影响易产生震动，使精度得不到保证，需采取适当措施。3. 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸。内圆弧半径及常常限制刀具的直径。零件铣削面的槽底圆角半径r不能太大。当r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低，当r大到一定程度时甚至必须用球头刀加工，这是应当尽量避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d= D-2r(D为铣刀直径)，当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。有时候，当铣削的底面面积较大，底部圆弧r也较大时，我们不得不用两把r不同的铣刀(一把r小些，另一把r符合零件图)进行两次切削。4. 保证基准统一的原则。有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试削方法来接刀，往往会因为工件的重新安装而接不好刀(即与上道工序加工的面接不齐或造成本来要求一致的两对应面上的轮廓错位)。为了避免上述问题的产生，减小两次装夹误差，最好采用统一基准定位，因此零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。三 零件毛胚的工艺性分析在对零件图进行工艺性分析后，还应结合数控铣削的特点，对所用毛坯(常为板料、铸件自由锻及模锻件)进行工艺性分析，否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去；甚至会造成前功尽弃的后果。这方面的教训在实际工作中也是不少见的，应引起充分重视。根据经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的要点： 1.毛坯的加工余量是否充分。 毛坯主要指锻、铸件，因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量多少不等，铸造时也会因沙型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不等。此外，锻、铸后，毛坯的翘曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。在通用铣削工艺中，对上述情况常常采用划线时串位借料的方法来解决。但是在采用数控铣削时，次定位将决定工件的“命运”，加工过程的自动化很难照顾到何处余量不足的问题。因此，除板料外，不管是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有较充分的余量。经验表明，数控铣削中最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸，这一点应该引起特别重视。在这种情况下，如果已确定或准备采用数控铣削，就应事先对毛坯的设计进行必要更改或在设计时就加以充分考虑，即在零件图纸注明的非加工面处也增加适当余量。 2.分析毛坯在安装定位方面的适应性。 主要是考虑毛坯在加工时的安装定位方面的可靠性与方便性，以便充分发挥数控铣削在一次安装中加工出许多待加工面。主要是考虑要不要另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，什么地方可以制出工艺孔或要不要另外准备工艺凸耳来特制工艺孔。值得注意的是，对某些看上去很难定位安装的或缺少定位基准孔与定位面的工件，只要在毛坯上想想办法，就迎刃而解了。如图c所示工件，加工上下腹板与内外轮廓时因缺少定位安装面造成装夹困准，但只要在上下两筋上分别增加两个工艺台就可以较好地解决该工件的装夹困难问题。再如图d所示，该工件缺少定位用的基准孔，用其他方法很难保工件定位精度，如果在图示位置增加两个工艺凸耳，在凸耳上制出走位基准孔，这一问题就能得到圆满的解决。对于增加的工艺凸台或凸耳，可以在它们完成定位安裴使命后通过补加工去掉。 3. 分析毛坯的变形、余量大小及均匀性。 主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。如对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉伸处理后的淬火板坯。 2.2 加工方法的选择与加工方案的确定一 、加工方法的选择选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。二 、加工方案的确定原则零件上比较精密的尺寸及表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些加工部位仅仅根据质量要求选择相应的加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成型的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的,it7级精度的孔，最终的加工方法选择精铰孔时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。此外，还要考虑机床选择的合理性。例如，单纯铣轮廓表面或铣槽的简单中小型零件，选择数控铣床进行加工较好；而大型非圆曲线、曲面的加工或者是不仅需要铣削而且有孔系加工的零件，在数控镗铣加工中心上加工较好。2.3 工序与工步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。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。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。2.3.1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.按零件装夹定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，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，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。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。2.3.2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。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。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。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，提高加工生产率。2.4 零件的安装与夹具的选择2.4.1.零件的安装数控机床上零件的安装方法与普通机床一样.要合理选择定位基准和夹紧方案.注意以下两点: 1)力求设计.工艺与编程计算的基准统一.这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性. 2)尽量减少装夹次数.尽可能在一次定位装夹后.加工出全部待加工表面.2.4.2夹具的选择1、对夹具的基本要求实际上数控铣削加工时般不要求很复杂的夹具，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。其设计原理也与通用铣床夹具相同，结合数控铣削加工的特点，这里只提出几点基本要求：1）为保持零件安装方位与机床坐标系及程编坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系。2）为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。3）夹具的刚性与稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。2、数控铣削夹具的选用原则在选用夹具时，通常需要考虑产品的生产批量，生产效率，质量保证及经济性等，选用时可参照下列原则：1）在生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具，只有在组合夹具无法解决工件装夹时才可放弃；2）小批或成批生产时可考虑采用专用夹具，但应尽量简单；3）在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动；液压夹具。2.5 刀具的选择与切削用量的确定2.5.1刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。2.5.2、数控铣加工刀具类型的选择 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、工件材料的性能、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。生产中，被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。1）铣削刀具的选用：加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀；铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀；铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀；铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀；2）孔加工刀具的选用：数控机床孔加工一般无钻模，由于钻头的刚性和切削条件差，选用钻头直径D应满足L/D5（L为钻孔深度）的条件；钻孔前先用中心钻定位，保证孔加工的定位精度；精绞前可选用浮动绞刀，绞孔前孔口要倒角；镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头进行切削，以平衡镗削振动；尽量选择较粗和较短的刀杆，以减少切削振动。在经济型数控加工中，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。一般应遵循以下原则：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部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。2.5.3切削用量的确定切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，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。铣削加工的切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。(1).背吃刀量ap或侧吃刀量ae背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为。端铣时，ap为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为。端铣时，ae为被加工表面宽度；而圆周铣削时，ae为切削层深度背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定：当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.525m时，如果圆周铣削加工余量小于5，端面铣削加工余量小于6，粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.212.5m时，应分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.51.0余量，在半精铣时切除。当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.83.2m时，应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.52；精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.30.5 ，面铣刀背吃刀量取0.51 。(2).进给量f与进给速度Vf的选择铣削加工的进给量f（/r）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；进给速度Vf（/min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为Vf = nf（n为铣刀转速，单位r /min）。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz，再根据公式f =Zfz（Z为铣刀齿数）计算。 (3).切削速度Vc铣削的切削速度Vc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fz、ap、ae和Z增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度。但是加大铣刀直径则可改善散热条件，可以提高切削速度。铣削加工的切削速度Vc可参考表1选取，也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。表1 铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度（HBS）Vc/（m.min-1）高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251842661502253251236541203254256213675铸铁19021366615019026091845902603204.5102.6 零件的加工工艺分析 1. 零件图工艺分析零件主要由直线组成，零件表面和内轮廓粗糙度要求较高为Ra1.6，。内圆角半径为R10，此零件的加工应分粗精加工两个阶段进行。零件材料为45钢，硬度HRC40。2.确定装夹方案 根据零件结构特点，加工时应以底面为定位面，选用台虎钳夹住工件的两侧面。3. 确定加工顺序 加工顺序拟定按照基面现行，先粗后精的原则确定。先加工4个的孔，再加工零件的槽内轮廓表面。4.刀具的选择根据零件的结构特点，孔的加工为了保证定位精度首先使用的中心钻，在使用的钻头。内槽轮廓的加工使用的立铣刀，倒内圆角使用的球头铣刀。5.切削用量的选择零件槽内轮廓的加工留有0.2mm加工余量。选择主轴转速和切削速度时，先查切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，按照公式，计算主轴转速和进给速度。3. 零件程序编制及切削仿真 本文把在solidworks里建的三维模型导入cimatrom软件进行零件程序编制及切削仿真。 1. 粗加工。选用立铣平底刀2. 创建毛胚3.创建刀路轨迹，设置安全平面的高度50mm4. 创建粗加工程序程序的输出% O0100 G90 G80 G00 G17 G40 M23 G43 H02 Z50. S1000 M03 G00 X-4.5 Y0.0 Z50. M09 Z1. G01 Z-25. F150 M98 P1001 G00 X-32.5 Y0.0 Z50. X-4.5 Z-24. G01 Z-50. F150 M98 P1001 G00 X-32.5 Y0.0 Z50. X-4.5 Z-39. G01 Z-65. F150 M98 P1001 G00 X-32.5 Y0.0 Z50. M30 O1001 G01 Y-54.5 F500 M09 X4.5 Y54.5 X-4.5 Y0.0 X-32.5 X-34.5 Y-84.5 X34.5 Y84.5 X-34.5 Y0.0 X-32.5 M99 %4.创建精加工程序精加工程序输出为% O0100 G90 G80 G00 G17 G40 M23 G43 H03 Z50. S3000 M03 G00 X-48. Y0.0 Z50. M09 Z1. G01 Z-1. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z0.0 G01 Z-2. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-1. G01 Z-3. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-2. G01 Z-4. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-3. G01 Z-5. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-4. G01 Z-6. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-5. G01 Z-7. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-6. G01 Z-8. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-7. G01 Z-9. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-8. G01 Z-10. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-9. G01 Z-11. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-10. G01 Z-12. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-11. G01 Z-13. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-12. G01 Z-14. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-13. G01 Z-15. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-14. G01 Z-16. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-15. G01 Z-17. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-16. G01 Z-18. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-17. G01 Z-19. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-18. G01 Z-20. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-19. G01 Z-21. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-20. G01 Z-22. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-21. G01 Z-23. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-22. G01 Z-24. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-23. G01 Z-25. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-24. G01 Z-26. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-25. G01 Z-27. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-26. G01 Z-28. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-27. G01 Z-29. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-28. G01 Z-30. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-29. G01 Z-31. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-30. G01 Z-32. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-31. G01 Z-33. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-32. G01 Z-34. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-33. G01 Z-35. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-34. G01 Z-36. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-35. G01 Z-37. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-36. G01 Z-38. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-37. G01 Z-39. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-38. G01 Z-40. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-39. G01 Z-41. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-40. G01 Z-42. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-41. G01 Z-43. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-42. G01 Z-44. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-43. G01 Z-45. F600 M98 P1001 G00 X-48. Y0.0 Z50. Z-44. G01 Z-46.