突台孔类零件数控加工工艺分析与制造 数控技术应用专业毕业设计 毕业论文.doc

专科毕业设计论文 论文题目：突台孔类零件数控加工工艺分析与制造 作者姓名作者姓名 邹进明邹进明 指导教师指导教师 赵燕伟赵燕伟 所在院系所在院系 成教学院成教学院 专业班级专业班级 数控技术应用数控技术应用 提交日期提交日期 _ 2009-5-30 I 突台孔类零件数控加工工艺分析与制造论 摘摘 要要 此课题是型面铣削与孔的加工，分析编排加工工艺，编程与加工。 数控加工柔性好，自动化程度高，特别适宜加工轮廓形状复杂的曲线， 曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的复杂箱体，棱体零件，在多品 种、小批量生产情况下，使用数控机床加工能获得较高的经济效益。 数控加工工艺问题的处理与普通加工基本相同，但又有其特点。 因此，在设计零件的数控加工工艺时，既要遵循普通加工工艺的基本 原则和方法，又要考虑数控加工本身的特点和零件编程要求 本次课题内容介绍了数控加工的特点、对突台孔类零件数控加工 加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并利用 CAXA 制造工程师软 件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。利用宇 龙仿真软件完成仿真加工。利用 CAD/CAM 软件及 G 代码指令进行手工 编程。 关键词：编程 ，加工工艺，数控机床 II 目 录（三号黑体居中） 摘摘 要要.I 第第 1 章章绪论绪论.1 1.1数控加工的特点.1 1.2数控机床的发展史.1 1.3数控加工.2 第第 2 章章加工分析加工分析.3 2.1分析零件图.3 2.2设备的选择.3 2.2.1 机床的选择.3 2.2.2 夹具的选择.4 2.3基准的选择.5 2.3.1 粗基准的选择.5 2.3.2 精基准的选择.5 2.3.3 粗基准应避免重复使用.6 2.4刀具和冷却液的选择.6 2.4.1 刀具的选择.6 2.4.2 冷却液的选择.7 2.5切削用量的选择.8 2.5.1 确定主轴转速.8 2.5.2 切削进给速度的选择.9 2.5.3 背吃刀量.9 第第 3 章章图表图表.10 3.1加工图.10 3.2CAXA 实体造型.10 致谢致谢.13 参考文献参考文献.14 III 附录附录.I 浙江工业大学专科毕业设计论文 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1数控加工的特点数控加工的特点 数控加工，也称之为 NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的 信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当 代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地 提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可 以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时 间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点： （1）提高生产效率； （2）不需熟练的机床操作人员； （3）提高加工精度并且保持加工质量； （4）可以减少工装卡具； （5）可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控 加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率； （6）容易进行加工过程管理； （7）可以减少检查工作量； （8）可以降低废、次品率； （9）便于设计变更，加工设定柔性； （19）容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床； （11）操作容易，极大减轻体力劳动强度 随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用， 在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否 具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造 （CAD/CAM）系统的质量。 1.21.2数控机床的发展史数控机床的发展史 20 世纪 40 年代末，美国开始研究数控机床，1952 年，美国麻省理工学院 （MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于 1957 年投入使用。这 是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。 数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意 义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究的发 展。我国于是 1958 年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的数控 机床，1965 年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十 年的发展，目前的数控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用 尤为普及。 浙江工业大学专科毕业设计论文 2 数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：数控铣床、数控电火花 成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。数控机床通常由控制 系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。控制系统用于 数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和 运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件 执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、 滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比 较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行 件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行重复加 工） 、自动换刀（可交换指定的刀具） 、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的 间隙误差）等等。 1.31.3数控加工数控加工 数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零 件的运动，从而实现零件加工的过程。 被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM 系统在零件几何体 基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给 数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所示： 【零件信息】【CAD 系统造型】【CAM 系统生成加工代码】【数控机床】 【零件】 （1）零件数据准备：系统自设计和造型功能或通过数据接口传入 CAD 数据，如 STEP，IGES，SAT，DXF，X-T 等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图 纸，特别在广泛采用 Internet 网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数 据接口传输等方式得到。 （2）确定粗加工、半精加工和精加工方案。 （3）生成各加工步骤的刀具轨迹。 （4）刀具轨迹仿真。 （5）后期处理输出加工代码。 （6）输出数控加工工艺技术文件。 浙江工业大学专科毕业设计论文 3 （7）传给机床实现加工。 浙江工业大学专科毕业设计论文 4 第第 2 2 章章 加工分析加工分析 2.12.1分析零件图分析零件图 图 2.1 如图 2.1 所示毛坯材料为 45 钢，主要结构是根据分析此图形的尺寸比较复 杂，带有台阶孔，突台，曲面该零件的毛胚尺寸为该零件材料为 45 钢，毛坯为 545436mm 而零件的实际尺寸为 484830mm 余量较为充足，考虑到加工效率， 接刀痕迹，走倒的重叠量，综上分析确定粗精铣平面用 80 的平面铣刀，外轮廓 用 20 的立铣刀，8 和 10 的孔精度较高分粗精加工先加工到 7.5 和 9.5 再 用 89 的机用铰刀加工到标准尺寸。台阶用 20 的立铣刀加工开粗，再用 20 刀精铣。刀具材料硬质合金。 2.22.2设备的选择设备的选择 2.2.1 机床的选择 根据分析此图形的尺寸比较复杂，带有台阶孔，突台，曲面，所以采用 CAX 浙江工业大学专科毕业设计论文 5 绘制图形，再利用加工中心(VB610 FANUC21i)系统加工，由于加工时需要九 把刀（20 立铣刀、10 立铣刀，16 中心钻，7 .5 麻花钻，9.5 麻花钻， 8 机用铰刀，10 机用铰刀，80 面铣刀）进行加工。 2.2.2 夹具的选择 确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹 持方式，并选择合理的夹具。夹紧机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞 开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。必须保证最小的 夹紧变形，工件加工时切削力大，需要的夹紧力也大，但不能把工件夹变形。因 此，必须慎重考虑夹具的支撑点、定位点和夹紧点。夹具结构应力求简单，对形 状简单的单件小批量生产的零件可以选用通用夹具。夹具应便于与机床工作台及 工件定位表面间的定位元件连接。由于该零件材料是 45 钢一般不会产生夹紧变 形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要用专用夹具，所以只需要用平口 虎钳和一辅助装夹的垫块、垫片。最终选择夹具确定装夹方案时，要根据已选定 的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持方式，并选择合理的夹具。夹紧 机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组 件不能与刀具运动发生干涉。必须保证最小的夹紧变形，工件加工时切削力大， 需要的夹紧力也大，但不能把工件夹变形。因此，必须慎重考虑夹具的支撑点、 定位点和夹紧点。夹具结构应力求简单，对形状简单的单件中小批量生产的零件 可以选用通用夹具。夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。 由于该零件材料是 45 钢一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较 简单，不需要用专用夹具，所以只需要用平口虎钳和一辅助装夹的垫块、垫片。 最终选择夹具如图 2.2.1 所示 浙江工业大学专科毕业设计论文 6 图 2.2.1 2.32.3基准的选择基准的选择 2.3.1 粗基准的选择 选择粗基准时，主要考虑两个问题：一是保证加工面与不加工面之间的相互位 置精度要；二是合理分配各加工面的加工余量。 2.3.2 精基准的选择 定位基准有粗精基准之分，在选择粗基准时主要考虑两个问题：一是保证加工 面与不加工面的相对位置精度要求；二是合理分配各加工表面的加工余量。具体 原则如下： 对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为保证不加工表面和加工表面的位 置精度，应选择不加工表面为粗基准。 对于具有较多加工表面的工件选择粗基准时，应考虑合理分配各表面的加工余量 （保证各表面都有足够的余量和选择重要表面作为粗基准）。 浙江工业大学专科毕业设计论文 7 2.3.3 粗基准应避免重复使用 选择粗基准的平面应平整，没有冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠粗基准的选 择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便夹具结构简单。 选择精基准的原则考虑如下：基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则； 互为基准原则；精基准的选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。 定位基准是工件再定位时所依据的基准，首先以毛胚的一个平面为粗基准，铣 削 4mm 的夹持面，在以夹持面为精基准来加工零件，零件加工完毕，在以加工 后的上平面为精基准来铣下底面。 2.42.4刀具和冷却液的选择刀具和冷却液的选择 2.4.1 刀具的选择 根据数控加工中心的特点，对数控刀具提出如下要求： 1）刀具应具有高的刚性：因为在数控加工中心上加工时无辅助装置支撑刀具， 刀具的长度在满足使用要求的前提下尽可能的短。 2）重复定位精度高，同一把刀具多次装入主轴锥空时，刀具的位置应重复不 变。 3）刀具相对与主轴的一个固定点的轴向和径向位置应能准确调整即刀具必须 能够以快速简单的方法准确地预调到一个固定的几何尺寸。 根据不同的加工内容，则需要不同规格的刀具来进行加工，该零件材料为 45 钢，毛坯为 545436mm 而零件的实际尺寸为 484830mm 余量较为充足，考 虑到加工效率，接刀痕迹，走倒的重叠量，综上分析确定粗精铣平面用 80 的平 面铣刀，外轮廓用 20 的立铣刀，8 和 10 的孔精度较高分粗精加工先加工到 7.5 和 9.5 再用 89 的机用铰刀加工到标准尺寸。台阶用 20 的立铣刀加工 开粗，再用 20 刀精铣。刀具材料硬质合金。 浙江工业大学专科毕业设计论文 8 2.4.2 冷却液的选择 为了降低刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条 件使用切削液可以有效地降低温度还可以防止切削层金属的变形、减少切削与刀 具前面的磨擦和工件与刀具的摩擦，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩 擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。大量的切削热被工件吸 收 9%30%、切屑吸收 50%80%、刀具吸收 4%10%、其余有周围介质传出， 而在钻削时切削热有 52%传入麻花钻。 现有冷却液分为：水溶液、乳化液和切削油三大类。 1）由于热长冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产 生变形最终影响加工精度。 2）如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象 为了提高加零件的刀具精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中 必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的 影响。 通过查询资料选择常用的冷却液，根据表 2.4.2 进行选择。 表 2.4.2 常用冷却液 冷却液名称主要成份主要作用 水溶液水、防锈添加剂冷却 乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清 洗 切削油矿物油、动植物 油、极压添加剂或油 性 润滑 浙江工业大学专科毕业设计论文 9 从工件材料考虑，切削铝时不得使用水溶液，考虑到冷却液作用和价格，选 择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，高速钢刀具一般采用乳化液作为冷却 液，其冷却效果很好。 综合以上的分析，采用润石合成金属加工液（Corlan9y355）效果很好。它 的主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。 2.52.5切削用量的选择切削用量的选择 合理的选择切削用量的原则是：粗加工时一般以提高生产率为主，但也应该 考虑经济性和加工成本，半精加工和精加工时应在保证质量的前提条件下兼顾切 削效率，经济性和加工成本。 2.5.1 确定主轴转速 主轴根据允许的切削速度 Vc(m/min)选择 N=1000Vc/D 其中：N-主轴转速 Vc切削速度(m/min)由刀具寿命来确定切削速度，常选为（100-200） m/min D-工件或刀具的直径(mm) 根据上述工式得：粗加工立铣刀主轴转速 1000 r/min，精加工立铣刀 1500 r/min 粗加工面铣刀主轴转速 450 r/min，精加工面铣刀 600 r/min 浙江工业大学专科毕业设计论文 10 2.5.2 切削进给速度的选择 进给速度 F 是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，是根 据工件的加工精度和表面粗造度的要求，以及刀具和工件材料进行选择，最大进 给速度受到机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床和系统，最大进给速度不 同，当加工精度和表面粗造度质量要求高时，进给速度应选小一些，通常在 （2050）m/min 范围内选取。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量， 以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。 切削进给速度与铣刀的转速 n、铣刀齿数 Z 及每齿进给量 fz 的关系为： F=fzZn 根据公式可以看出：每齿进给量 fz 的选取主要取决于工件材料的力学性能、 刀具材料、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度越高，fz 越小； 反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同内高速钢铣刀。工件表面粗糙度 值越小，fz 就越小。 根据上述工式得：粗加工进给量 500m/min，精加工 300 m/min 2.5.3 背吃刀量 由机床，夹具、刀具、工件组成的工艺系统的刚度确定，在系统刚度允许的情 况下，尽量选取背吃刀量等于加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。 为了保证加工表面质量可留少量精加工余量，一般留 0.20.5 mm。对于质量要 求较高的工件，可以减少加工余量以便最后进行精加工。 浙江工业大学专科毕业设计论文 11 第第 3 3 章章 图表图表 3.13.1加工图加工图 3.23.2CAXA 实体造型实体造型 图 3.2 零件实体上面 浙江工业大学专科毕业设计论文 12 图 3.2.1 零件实体图下面 图 3.2 A 工序加工装夹实体图 浙江工业大学专科毕业设计论文 13 图 3.4 B 工序装夹实体图 浙江工业大学专科毕业设计论文 14 致谢致谢 本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在老师的悉心指导下完成的。在 毕业论文的完成过程中倾注了老师大量的心血，因此，在论文完成之际，特向我 尊敬的老师表示衷心的感谢。 设计期间，我非常感谢老师，在论文的设计过程中，他教会了我许多加 工实际操作方面的知识和加工工艺方面 CAXA 造型的知识。 在我毕业设计的过程中，老师也给我讲解了一些工艺上的问题和要注意 的事项，让我在做论文时思路更加清晰，在设计过程中我还得到了老师的认真指 导，也非常感谢。 通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打 下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度