固定板零件的数控铣削加工工艺

第 24 页 共 24 页固定板零件的数控铣削加工本设计是独立自主完成并顺利通过答辩，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我，我存有该设计的全部电子档，旨在互相帮助，共同进步，共同探讨新的研究方案，维护社会主义文明，建设社会主义和谐社会。固定板零件的数控铣削加工作者：00000 指导老师：00000( 工学院 机械设计制造及其自动化 )摘要：该论文零件的加工工艺以及编程为主，主要对固定板零件加工中，存在的问题进行分析，并尝试着通过对加工工艺的改善，达到改善以及解决这些问题。 加工前，通过对零件的结构特点，尺寸精度，形位精度，加工难点及工艺关键点的研究和分析，通过改进加工工艺，使零件的加工精度得以提高，并且使零件精度的要求，尺寸精度，形位公差以及表面粗糙度的加工通过对此性能在加工中得以一次完成，而且对零件的加工工艺规律进行总结，分析在加工中易出现的问题，提高对此类零件在加工中心的加工过程中的准确性、实用性，以达到精简加工过程，稳定加工质量的目的。关键词 数控 铣床 数控工艺 编程1 绪论数控机床的加工特点(1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。(2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。(3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。(4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。2 工艺性分析2.1零件介绍以下图2.1为零件的二维图纸,若图纸不清楚详见附件零件图图2.1零件二维图图2.2零件三维图2.2零件加工工艺性分析该零件材料为45号钢。由图可知，四个侧面为不加工面，全部加工面集中在上表面。零件形状复杂，主要有上表面轮廓包括凸台、4-20的孔、2-15H7的通孔、深度为4mm 的花型凸台、。详细见零件图。拟将下表面作为主要定位基准，并在前道工序中加工出来，后用上表面作为基准，加工下表面。2.3零件的技术要求技术要求：1.未注尺寸公差为IT132.锐边去毛刺3.为注长度尺寸偏差0.5mm4.零件表面不应有划痕3 毛坯与工艺装配的选择3.1 毛胚的选择3.1.1常见的毛坯种类（一）铸件对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。（二）锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。（三）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。（四）其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。3.1.2确定毛坯的类型毛坯的金属成形工艺类型多样，且每一种毛坯有多种不同的制造方法。 选择毛坯时应全面考虑下列因素：（1）零件结构形状及尺寸；（2）零件材料及力学性能要求；（3）现有生产条件及能力；（4）生产纲领大小；（5）充分考虑利用新工艺、材料、技术的性能。根据该零件的图纸要求，由于零件并不是很长，形状为方形，因此可以直接采用型材毛坯（板材），能符合零件图纸的要求。3.2加工工艺路线的确定3.2.1工序的划分原则机加工工序的划分方法在数控机床上加工零件，工序应比较集中，在一次装夹中应尽可能完成大部分工序，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，则应选择哪一部分零件表面需用数控机床加工，即对零件进行工序划分。一般工序划分有以下几种方式： l、按所用刀具划分工序。即以同一把刀具完成的哪一部分工艺过程为一道工具。目的：减少安装次数，提高加工精度；减少换刀次数，缩短辅助时间，提高加工效率。适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间过长（如在一个工作班内不能完成），加工程序的编制和检查难度较大等情况。 2、按安装次数划分工序即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序. 适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。 3、以粗、精加工划分工序即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。适用于加工变形大，需要粗、精加工分开的零件，如薄壁件或毛坯为铸件和锻件，也适用于需要穿插热处理的零件。 4、以加工部位划分工序。即完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。适用于加工表面多而复杂的零件，此时，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平面）将加工划为分几个部分。3.2.2加工顺序的安排工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，当拟定工艺路线时要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。切削加工工序的安排原则1）基准先行 选为精基准的表面，应先进行价格，以便为后续工序提供可靠的精基准。如轴类零件的中心孔、箱体的地面或剖分面、齿轮的内孔和一端面等，都应安排在初始工序加工完成。2）先粗后精 各表面均应按照粗加工半精加工精加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺纹孔等），次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。该零件的加工顺序应严格按照以上原则进行加工。3.2.3工艺路线安排根据以上原则本零件的工艺路线如下：工艺路线方案一：锻热（调质处理）铣（上、下平面）铣（四周边）铣（粗精铣凸台）铣（粗精铣内圆）铣（粗精铣孔）钻（钻、扩、铰）铣（精加工轮廓）钳（清洗、去毛刺）检（检验入库）工艺路线方案二：锻热（调质处理）铣（上、下平面）铣（四周边）铣（粗精铣凸台）铣（粗精铣内圆）钻铣（粗精铣型腔）铣（粗精铣孔）钳（清洗、去毛刺）检（检验入库）上述两个工艺方案特点在于：方案一的孔是采用钻、扩、铰加工，方案二所有的孔采用铣加工。如果采用方案二，孔小选择的刀具直径也小，很容易断刀，切削效率也不高，所以方案一比较合理。3.3选择并确定工艺装备3.3.1数控机床的选择不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。根据数控加工的特点和国内外大量应用实践，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件。 （1）数控机床的应用范围 不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。根据数控加工的特点和国内外大量应用实践，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件。 1.多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。 2.形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件。 3.在普通机床加工时，需要昂贵的工装设备（I具、夹具和模具）的零件。 4.具有难测量、难控制进给、难控制尺寸型腔的壳体或盒型零件。 5.必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。 6.价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件。 7.需要最短生产周期的急需零件。 从数控机床的类型方面考虑，数控车床适用于加工具有回转特征的轴类和盘类零件。数控镗铣床、立式加工中心适用于加工箱体类零件、板类零件、具有平面复杂轮廓的零件。卧式加工中心较立式加工中心用途要广一些，适宜复杂箱体、泵体、阀体类零件的加工。多轴联动的数控机床、加工中心可以用来加工复杂的曲型面、叶轮螺旋桨以及模具。 本次设计加工的零件为板类零件，从经济性实用性的角度考虑，选择立式加工中心来用于本次零件的加工，较为合理。3.3.2夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点：（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具，同时要求夹具的结构简单。 （2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。 （3）在数控机床上使用的夹具，要能够安装准确，能保证工件和机床坐标系的相对位置和尺寸，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。 （4）尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数表面的加工，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，达到充分提高数控机床效率的目的。根据上述分析，该零件结构简单，能在一次装夹中完成，采用精密平口钳（图3.2）从侧面夹紧，以底面和两侧面定位（图3.3）。图3.2精密平口钳图3.3夹紧方式本零件使用精密平口钳，夹持工件左右端面，下面使用登高垫铁支撑，这样才能保证零件在加工过程中不易松动，从而保证加工精度。3.3.3量具的选择从经济价值选择(经济性)在保证测量精度和测量效率的前提下 ，能用专用量具的，不用万能量具；能用万能量具的，不用精密仪器。由于本论文选择的零件加工精度要求不高，所以选用游标卡尺 、千分尺作为检查的 量具，即可达到加工精度的要求（如图3.4）。图3.4量具4 工艺参数选择4.1切削用量的选择原则粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。精加工时，对加工精度和表面粗糙度要求较高应用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。（2）切削用量的选取方法背吃刀量的选择粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达810mm；半精加工的背吃刀量取0.55mm；精加工的背吃刀量取0.21.5mm。进给速度（进给量）的确定粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度f可以按公式f=fn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.30.8mmr；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。切削速度的确定切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/D来确定主轴转速n（r/min）。在工厂的实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查表的方式进行选取。4.2切削用量的选择制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定切削深度ap、进给量f和切削速度c。所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。，根据经验及查表确定该零件在数控加工过程中的切削用量如表4.2所示。表4.2 数控加工切削用量表加工表面刀具直径主轴转速（r/min）背吃刀量（mm）进给速度（mm/min）铣平面506000.550粗加工铣削轮廓3010001200精加工铣削轮廓818000.5300打中心孔315000.530钻孔101200160铣孔815001504.3机床实际参数通过以上分析 选定数控机床为 本零件的加工制造的实用机床，可以达到本零件的要求，本零件不是回旋体零件，不适合数控车床加工，为方形复杂零件适合数控铣床来加工，所以选择数控铣床。并且零件尺寸不大，在经济性的原则下可以选择行程较小的铣床。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，确定选择由大连机床集团有限公司生产的xk7132系列数控立式加工中心，其主要技术参数如下：用 xk7132立式加工中心。该加工中心的主要参数如下：X、Y、Z切削速度mm/min：010000X、Y、Z快速进给速度m/min：24/24/20主轴转速r/min：608000（10000）定位精度mm：X、Z：0.020 Y：0.016重复定位精度mm: X、Z：0.008 Y：0.006该机床各项参数，完全符合本次加工需要 图4.1 xk7132立式加工中心5 加工工艺文件制定5.1制定工艺文件详细工序卡片件附录1-工艺文件5.2刀具卡表5.2数控加工刀具卡片产品名称或代号固定板零件零件名称固定板零件零件图号1序号刀具号刀具名称及规格刀具参数刀补地址刀尖半径刀杆规格半径形状1T0150盘刀0.8BT40252T0230立铣刀BT40153T038立铣刀BT4044T04中心钻BT401.55T0510麻花钻BT4056T068立铣刀BT404编制审核批准共 1 页第1 页6 加工程序编制6.1.确定编程原点铣床编程坐标原点的位置是任意的，它是编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的，为了编程方便，一般要根据工件的形状和标注尺寸的基准以及计算最方便的原则来确定工件上某一点为编程坐标原点，具体选择应注意以下几点：1.编程的坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算。2.编程坐标原点应尽量选择在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。3.对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上;不对称的零件，编程原点应设在外轮廓的某一角点上。4.Z轴方向的零点一般设在工件表面。本设计根据零件图的对称特点，编程原点设在工件的中心，Z轴坐标原点在工件的表面。如图6.1中红色为本次编程原点图6.1编程原点6.2UG软件介绍UG NX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架，它为UG NX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。UG NX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于世界上主流 NC机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于25轴或更多轴的铣削加工、24轴的车削加工和电火花线切割。6.3数控编程打开UG软件进入加工模块，进入后将看到如图6.2所示加工界面图6.2加工界面1.首选选择创建刀具,选择平面铣刀,输入刀具名称D30,点击创建如下图6.3刀具名称图6.3刀具名称 图6.4刀具参数点击确定，进入刀具页面设定参数，刀具直径为30mm，长度为75mm，刀刃长度为50mm 如图6.4刀具参数2.点击创建几何体，弹出对话框选择MCS,输入名称。如下图6.4几何体页面图6.4几何体页面点击确定进对话框，选择指定MCS，进入页面选择自动判断,选中工件表面。确定工件坐标系,点击确定保存。图6.5工件坐标系3.再次点击创建几何体，弹出对话框，选择WORKPIECE，选择几何体位置，输入名称，点击确定进入对话框。图6.5工件几何体 图6.5工件几何体选择指定部件，选中要加工的零件。指定几何体毛坯，选中毛坯体，如下图6.6指定毛坯,自动块。图6.6指定毛坯创建好刀具，工件坐标系，毛坯后。点击创建操作，进入对话框，选择mill-contour，弹出对话框。设定程序，刀具，几何体和加工方法。点击确定。图6.7加工操作图6.7加工操作进入对话框后，对刀轨进行设置，选择跟随部件，刀具平直，平面刀具直径百分比为75。全局每刀深度为1mm。对切削参数以及非切削移动、进给进行设置后。点击生成刀路，获得刀路图如下图图6.8加工刀路图。图6.8加工刀路图图6.9钻孔刀路图图6.10铣孔加工刀路图图6.11精加工刀路图6.5零件仿真加工加工仿真系统是模拟真实数控机床的操作,学习数控技术、演示讲解数控操作编程、工程技术人员检验数控程序防止碰刀提高效益的工具软件。通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各种系统数控车、数控铣及加工中心的操作。总之，实现了数控加工过程仿真，保证了数控编程的质量，减少了试切的工作量和劳动强度，提高了编程的一次成功率，引入教学培训，在数控行业推广，都可产生巨大的经济和社会效益.选中程序列表，点击确定刀轨。开始仿真加工，得到如下效果图图6.12仿真加工效果图6.13仿真加工效果图6.14仿真加工效果图6.15仿真加工效果 总结本设计贯穿于本专业所学到的专业知识与实践操作技术，从零件图的分析到编程，再到最后的设计完成，使我认识了许多以前不懂的知识，同时也巩固了旧知识。这次毕业设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。除了对编程的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识，对于夹具的选择，切削参数的设定我们必须十分清楚。在操作UG软件编程时，我们只有练习各功能键的作用，在编程时才得心应手。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和热情。致谢本人在毕业课题的设计中，学习了不少的新知识，体会到了学习的重要性，同时，感谢学校具远瞻的规划与教育，给予我们良好的学习环境，并提供给我们对学业及个人生涯发展的多元信息，帮助我们成长。感谢几年来陪伴我们学习与生活的恩师，感谢您们对我精心的教育，感谢您们没使我的学习变成劳作而成为一种快乐；.感谢您们让我明白自身的价值；.感谢您们帮助我发现了自己的专长，而且让我把事情做得更好。感谢您们容忍我的任性与错误，不仅教会了我知识，更教会了我如何做事，如何做人。特别感谢老师的谆谆教导，他的悉心指导与斧正，对于论文. 架构之启迪，及其内容的细心斟酌与指导，倍极辛劳。最后感谢几年来陪伴我一起的同学们，伙伴们，所有的欢笑和泪水、成功和失败、骄傲和苦恼，我们曾一起分享；那是我们青春中最灿烂的一页，最辉煌的回忆，而回忆中的每个人，都是栩栩如生，这些都将是我一生的财富。几年时间虽然短暂，但它必将在我的记忆里永恒。参考文献1 陈洪涛.数控加工工艺与编程. 北京：高等教育出版社，20032 曹井新数控加工工艺与编程. 北京：电子工业出版社，20093 杨伟群.数控工艺培训教程. 北京：清华大学出版社，20024 江剑锋.CAD/CAM与数控机床加工M. 北京：中国人事出版社，20115 田萍.数控机床加工工艺及设备北M. 北京：电子工业出版社，20056 陈洪涛.数控加工工艺与编程. 北京：高等教育出版社，20037 陈磊.机械制造工艺M. 北京：北京理工大学出版社，2010 8 Xian-kui wang. Mechanical processing technology handbook M. Beijing: mechanical industry publishing house, 2008 9 Xiang-yang zeng etc. By UG based and application tutorial M. Beijing: electronic industry press. 2003 10 MiaoDeJian etc. CAD/CAM application technology M. Nanjing: southeast university press, 2005The NC milling of fixed plate partsAuthor: lvsong Guide teacher: Yang yi(Anhui Agricultural University Institute of technology grade 11 machinery design and manufacture and its automation Hefei )Abstract The paper parts processing technology and programming is given priority