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十字零件的数控铣削加工工艺及编程仿真.doc

SX007-十字零件的数控铣削加工工艺及编程仿真【数控铣床类课题】【基于MasterCAM编程仿真】

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关键词：: sx007 十字零件数控铣削加工工艺编程仿真铣床课题基于 mastercam

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1.前言4

2.零件图样分析4

3.机床设备的选择5

4.工件的装夹6

4.1毛坯的选择6

4.2零件的装夹6

5.工艺路线6

5.1表面加工方法的选择6

5.2加工阶段的划分7

5.3工艺路线的安排7

6刀具的选择7

6.1刀具的选择原则7

6.2数控铣削刀具的选择8

7.切削用量的选择8

7.1切削用量对机械加工的影响8

7.2切削用量的选取9

8.拟定机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片10

9.数控编程11

设计小结18

致谢19

参考文献20

十字零件的数控铣削加工工艺及编程仿真

摘要

本文的主要写作目的是为了验证在校三年的学校以及实践过程中所学的知识，所以选择了一个典型的铣削零件来阐述数控铣削的加工工艺以及编程设计，此次设计不仅能够验证自己的知识，同时也能提高自己的知识，通过此次设计，使我发现了自己原来很多不足的地方，同时在设计中不断的改进，使自己的能力上了个新台阶，使我对数控铣削工艺有了更高的认识。

关键词：工艺分析工件装夹刀具数控编程

参考文献

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2.付铁主编《计算机辅助机械设计实训教程》．北京理工大学出版社．

3.方世杰主编《机械优化设计》．机械工业出版社．2003年3月

4.曹桄高学满主编《金属切削机床挂图》．上海交通大学出版社．1984年8月

5.吴宗泽罗圣国主编《机械设计课程设计手册》．高等教育出版社．1982年12月

6.华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学．《机床设计图册》．上海科学技术出版社．

7.机械设计手册编写组．《机械设计手册》．机械工业出版社．1986年12月

8.邱宣怀主编《机械设计》高等教育出版社．2004年5月

9.李华，李焕峰副主编《机械制造技术》机械工业出版社出版

10.叶伟昌，林岗副主编《机械工程及自动化简明设计手册》机械工业出版社出版

11.卜炎主编《机械传动装置设计手册》机械出版社出版

12.徐锦康主编《机械设计》高等教育出版社出版

13.大连理工大学画教研室编《机械制图》高等教育出版社出版

14.隋明明主编史艺农审《机械设计基础》机械工业出版社出版

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内容简介：: 第 1 页共 20 页毕业设计 (论文 )任务书论文题目：十字零件的数控铣削加工工艺及编程仿真专业名称：班级名称：学生姓名：指导老师：二一年 * 月 * 日 nts第 2 页共 20 页目录 1.前言 . 4 2.零件图样分析 . 4 3.机床设备的选择 . 5 4.工件的装夹 . 6 4.1 毛坯的选择 . 6 4.2 零件的装夹 . 6 5.工艺路线 . 6 5.1 表面加工方法的选择 . 6 5.2 加工阶段的划分 . 7 5.3 工艺路线的安排 . 7 6 刀具的选择 . 7 6.1 刀具的选择原则 . 7 6.2 数控铣削刀具的选择 . 8 7.切削用量的选择 . 8 7.1 切削用量对机械加工的影响 . 8 7.2 切削用量的选取 . 9 8.拟定机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片 . 10 9.数控编程 . 11 设计小结 . 18 致谢 . 19 参考文献 . 20 nts第 3 页共 20 页十字零件的数控铣削加工工艺及编程仿真摘要本文的主要写作目的是为了验证在校三年的学校以及实践过程中所学的知识，所以选择了一个典型的铣削零件来阐述数控铣削的加工工艺以及编程设计，此次设计不仅能够验证自己的知识，同时也能提高自己的知识，通过此次设计，使我发现了自己原来很多不足的地方，同时在设计中不断的改进，使自己的能力上了个新台阶，使我对数控铣削工艺有了更高的认识。关键词：工艺分析工件装夹刀具数控编程 nts第 4 页共 20 页 1.前言数字控制机床（ Numerically Controlled Machine Tool）简称数控 (CNC)是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控机床是采用计算机实现数字程序控制的技术，通过计算机按事存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。它的出现以及所带来的巨大效益，引起世界各国科技界的普遍重视。随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。数控机床作为装备制造业的核心技术应用，是现代制造业的关键设备，对制造业提高加工质量和效率有着重要的意义。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，下面来介绍一下一十字凸台数控铣削加工工艺过程及编程。 2.零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，如刀具的选择及切削用量的确定等。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。 nts第 5 页共 20 页图 1 十字凸台的零件图图 1 所示为十字凸台的零件图，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，零件的尺寸公差较高，表面粗糙度一般，材料为铝件，质软，易于切削加工。 3.机床设备的选择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 主轴变速系统转速 (rpm)： 50-6000伺服机床结构：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 nts第 6 页共 20 页 4.工件的装夹 4.1 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 50 50 30mm。 4.2 零件的装夹从图 1 中可以看出该零件属于规则的方形零件，易于装夹，因此可以选择数控铣削通用夹具机用虎钳，在数控铣床加工中，对于较小的零件，在粗加工、半精加工和精度要求不高时，是利用机用虎钳进行装夹的。机用虎钳装夹的最大优点是快捷，但夹持范围不大。使用机用虎钳安装工件时的注意事项： 1）在工作台上安装机用虎钳时，要保证机用虎钳的正确位置。当机用虎钳底面没有定位键时，应该使用百分表找正固定钳口面。 2）夹持工件时的位置要适当，不应该装夹在机用虎钳的一端。 3）安装工件时要考虑铣削时的稳定性。 4）铣削长形工件时，可使用两个夹具把工件夹紧。 5.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。 5.1 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。 nts第 7 页共 20 页（ 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中可以看出，该零件表面粗糙度为 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，本题中给 0.3mm余量。 5.2 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。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。 5.3 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 50 50 30mm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 去上道工序毛刺。工序 4 调头装夹，铣削零件底面，保证总厚度为 16mm。工序 5 去毛刺。工序 6 检验。 6 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。 6.1 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，nts第 8 页共 20 页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，不仅需要冈牲好、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。 6.2 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Rmin，一般取 RD=(0.8-0.9)Rmin。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(Rr)。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 1 所示。表 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 60mm 上下两平面 T02 立铣刀 10mm 粗铣第一个阶梯轮廓以及外轮廓 T03 立铣刀 12mm 精铣第一个阶梯轮廓以及外轮廓 T04 立铣刀 6mm 粗铣第二个阶梯轮廓 T05 立铣刀 8mm 精铣第二个阶梯轮廓 T06 立铣刀 16mm 粗精铣八方轮廓 7.切削用量的选择 7.1 切削用量对机械加工的影响（ 1）对加工质量的影响 Vc 的影响。因为 Vc 对切削温度影响最大，所以 Vc 主要是通过来影响加工质量的。随着 Vc的增加，上升，工件的温升变形和刀具磨损加快，使误差加大。同时，工件表面层的热应力、金相组织发生变化，使工件表面质量下降。 F的影响。 F 主要是通过已加工表面的残留面积来影响表面粗糙度的。在中等以上 f时，降低 f可降低表面粗糙度值；但当低速切削（ 0.05 0.15mm/r）时，由于存在塑性变形故可使 Ra增大。 nts第 9 页共 20 页 pa 的影响， pa 主要是通过切削力来影响加工质量的。随着 pa 的加大，切削力成正比地增加，工艺系统发生变形、振动等，使加工精度和表面粗糙度下降。（ 2）对刀具使用寿命的影响刀具耐用度 T 与刀具总刃磨次数 n 的乘积称为刀具寿命。它是一把刀从开始使用到完全报废所经过的切削时间。对刀具寿命的影响主要从对耐用度的影响来分析。 Vc、 f、 pa 增加时，刀具磨损加剧，耐用度降低，其中影响最大的是 Vc，其次是 f，影响最小的是 pa ，因此，贵重、精密的刀具是不宜采用高速切削和大进给量切削的。（ 3）对生产效率的影响在一定的切削条件下，合理选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。 7.2 切削用量的选取粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本。它的主要目的是快速地去除工件表面的残余金属，所以在机床功率允许的前提下应尽可能的提高效率，以便提高机床的利用率。在确定切削用量时，首先应该考虑切削深度，这样可以达到在短时间内快速除去金属的目的，提高单位时间内的切削量。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。它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度，因此，要避免在加工过程中受力的突然变化，使切削力均匀；工件的表面粗糙度主要取决于切削速度，切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决定的。综上所述，根据该零件的工艺特性，确定该零件的切削用量如表 2所示。表 2 切削用量表加工部位加工刀具号主轴转速（ r/min）进给速度（ mm/min）切深（ mm）粗精粗精粗精铣平面 T01 600 1000 200 120 3 0.5 第一个台阶轮廓及外轮廓 T02/T03 1200 1800 150 100 2 0.3 nts第 10 页共 20 页第二个台阶轮廓 T04/T05 1800 2500 200 150 2.5 0.3 铣八方轮廓 T06 1200 1800 150 100 2.5 0.3 8.拟定机械加工工艺过程卡片和数控加工工序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。表 3 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称十字凸台材料铝毛坯尺寸 50 50 30mm 序号工序名称工序内容车间设备工装 1 下料制作 50 50 30mm板块机加车间 2 铣铣削零件外形轮廓及阶梯轮廓，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 4 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毛坯尺寸 50 50 30mm 工步工步内容主轴转速（ r/min）进给速度（ mm/min）背吃刀量（ mm） nts第 11 页共 20 页号 1 装夹零件，对刀。 2 粗铣零件上表面 600 200 2 3 精铣零件上表面 1000 120 0.5 4 粗铣外轮廓 1200 150 2 5 精铣外轮廓 1800 1200 0.3 6 粗铣第一个台阶轮廓 1200 150 2 7 精铣第一个台阶轮廓 1800 120 0.3 8 粗铣第二个台阶轮廓 1800 150 2 9 精铣第二个台阶轮廓 2500 150 0.3 10 粗铣八方形轮廓 1200 150 2 11 精铣八方形轮廓 1800 120 0.3 9.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。本题中的零件形状复杂，尺寸不易于计算，因此采用自动编程，但对于平面铣削，仍然采用手工编制。以下便是该零件的加工程序清单（ 1）铣削平面时的程序 O0001 T01 M06 M01 G00 G90 G54 X60 Y0 nts第 12 页共 20 页 G43 H1 Z25 M08 G00 Z-2 G01 X-60 F200 Z-2.5 S1000 X60 F150 G00 Z150 M30 (2)铣削轮廓时的加工程序该部分的加工是由 Mastercam X3 自动编制的程序，其走刀轨迹如下图所示。图 9.1 铣削零件外轮廓的走刀路径该次切削过程中， Z 轴分两次切削，每次的进刀量为 9mm； X-Y 方向分 3 次进刀，最后一次进刀时的切削量为 0.3mm，即精加工。图 9.2 铣削第一个台阶轮廓的走刀路径该次走刀过程中， Z 轴一次切削完成， X-Y 方向分 4 次切削，最后一次进刀量nts第 13 页共 20 页为 0.3mm，即精加工。图 9.3 第二个阶梯轮廓的走刀路径第三个阶梯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程序如下： % N100 O0002 N582 G1 Y75.304 N584 G0 Z21.5 nts第 14 页共 20 页 N102 T2 M6 N104 G0 G90 G54 X57.452 Y-4.265 A0. S3000 M3 N106 G43 H1 Z25. N108 Z5. N110 G1 Z-7.85 F50. N112 X50.381 Y2.806 F150. N114 G3 X36.239 R10. N116 G2 X27.541 Y-.796 R12.301 N118 G1 X-11.459 N120 G2 X-23.759 Y11.504 R12.3 N122 G1 Y50.504 N124 G2 X-11.459 Y62.804 R12.3 N126 G1 X27.541 N128 G2 X39.841 Y50.504 R12.3 N130 G1 Y11.504 N132 G2 X36.239 Y2.806 R12.3 N134 G3 Y-11.336 R10. N136 G1 X43.31 Y-18.407 N138 G0 Z17.15 N140 X53.916 Y-.729 N142 Z5. N144 G1 Z-7.85 F50. N146 X46.845 Y6.342 F150. N148 G3 X32.703 R10. N150 G2 X27.541 Y4.204 R7.3 N152 G1 X-11.459 N154 G2 X-18.759 Y11.504 R7.3 N156 G1 Y50.504 N158 G2 X-11.459 Y57.804 R7.3 N160 G1 X27.541 N162 G2 X34.841 Y50.504 R7.3 N164 G1 Y11.504 N166 G2 X32.703 Y6.342 R7.3 N168 G3 Y-7.8 R10. N170 G1 X39.774 Y-14.871 N172 G0 Z17.15 N174 X53.704 Y-.517 N176 Z5. N178 G1 Z-7.85 F50. N180 X46.633 Y6.554 F150. N182 G3 X32.491 R10. N184 G2 X27.541 Y4.504 R7. N186 G1 X-11.459 N188 G2 X-18.459 Y11.504 R7. N190 G1 Y50.504 N192 G2 X-11.459 Y57.504 R7. N194 G1 X27.541 N196 G2 X34.541 Y50.504 R7. N198 G1 Y11.504 N200 G2 X32.491 Y6.554 R7. N202 G3 Y-7.588 R10. N204 G1 X39.562 Y-14.659 N206 G0 Z17.15 N208 X57.452 Y-4.265 N210 Z-2.85 N212 G1 Z-15.7 F50. N214 X50.381 Y2.806 F150. N216 G3 X36.239 R10. N218 G2 X27.541 Y-.796 R12.301 N586 X-1.959 Y75.004 N588 Z5. N590 G1 Z-3.5 F50. N592 Y65.004 F150. N594 G3 X8.041 Y55.004 R10. N596 G1 X12.141 N598 G2 X17.141 Y50.004 R5. N600 G1 Y40.104 N602 X27.041 N604 G2 X32.041 Y35.104 R5. N606 G1 Y26.904 N608 G2 X27.041 Y21.904 R5. N610 G1 X17.141 N612 Y12.004 N614 G2 X12.141 Y7.004 R5. N616 G1 X3.941 N618 G2 X-1.059 Y12.004 R5. N620 G1 Y21.904 N622 X-10.959 N624 G2 X-15.959 Y26.904 R5. N626 G1 Y35.104 N628 G2 X-10.959 Y40.104 R5. N630 G1 X-1.059 N632 Y50.004 N634 G2 X3.941 Y55.004 R5. N636 G1 X8.041 N638 G3 X18.041 Y65.004 R10. N640 G1 Y75.004 N642 G0 Z25. N644 M5 N646 G91 G28 Z0. N648 G28 X0. Y0. A0. N650 M01 N652 T4 M6 N654 G0 G90 G54 X.041 Y78.304 A0. S1800 M3 N656 G43 H2 Z25. N658 Z5. N660 G1 Z-7. 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