基于UG下的槽轮板零件数控铣削加工工艺设计与编程仿真

0基于UG下的槽轮板零件数控铣削加工工艺设计与编程摘要本设计为零件数控加工工艺设计，设计首先根据零件的图纸及技术要求进行了详细的数控加工工艺分析，分析过后对该零件进行了数控加工工艺设计，拟定了加工方案，选择了加工设备、加工刀具、夹具，确定了装夹方案、切削用量，制定了加工顺序、编制了零件的数控加工工序卡片和刀具卡片等。最后，详细说明了如何运用UG自动编程编制该零件的数控程序。关键词数控加工工艺设计自动编程1目录摘要1目录21零件的图的分析311零件零件图312零件零件图分析32零件的数控加工工艺设计421毛坯选择422定位基准选择423加工顺序设计524刀具选择525零件刀具卡片制定526切削参数选择627加工设备的选用828夹具的选择与装夹方案的确定1029工序与工步的划分10210零件工序卡片的设计113零件的数控加工程序编制1631零件编程方法选择1632零件数控加工程序的编写16致谢25参考文献2621零件的图的分析11零件零件图12零件零件图分析该零件特征主要在正面上，正面主要包括四个10H7的孔以及20深度3MM的孔、一个由圆弧直线连接而成高度5MM的凸台、90X90MM的凸台。零件材料为45钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。分析图纸，可知长方形轮廓长和宽无精度要求，单外轮廓要作为定位基准因此加工零件的六个表面时需要进行粗精加工。通正面孔的孔径精度要求为H7，凹槽宽的尺寸精度要求上偏差为0035MM下偏差0015MM，90MMX99MM凸台精度要求005MM。零件所有表面粗糙度要求为RA63UM。32零件的数控加工工艺设计21毛坯选择根据零件的零件图，零件的尺寸为100MM100MM20MM（长宽高），该零件材料为45钢，零件形状规则且切削余量均匀，由于零件各表面加工精度要求为63M，故需安排粗、精加工需件长、宽、高应留取足够的加工余量，故毛坯选取尺寸为102MM102MM25MM（长宽高）的方形毛坯。22定位基准选择图21毛坯示意图在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。（1）粗基准以毛坯的底面F为粗基准，装夹B面和D面加工上表面A。（2）精基准以已铣上表面A为精基准，装夹A面和F面加工零件四个侧面。再以已铣上表面A为精基准，装夹B面和D面加工零件F面的凸台、凹槽、通孔等。423加工顺序设计按照先粗后精、先面后孔的原则，以及安装的先后顺序确定该零件的加工顺序为铣零件上表面A铣零件侧面B铣零件侧面C铣零件侧面D铣零件侧面E粗加工铣零件上表面F钻中心钻孔铰孔粗加工外轮廓铣孔铣槽精加工轮廓。24刀具选择1号刀80面铣刀可以提高加工精度和效率，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的使用寿命。2号刀2中心钻该零件有一定的位置精度要求，故选用2中心钻定位后再用普通的麻花钻钻孔才能达到所要求的位置精度。3号刀98麻花钻由于210通孔的内表面粗糙度为32M，并提高切削效率，故选用98麻花钻粗钻，再用铰刀铰孔，保证其表面粗糙度要求。4号刀10铰刀零件的四个通孔精度要求较高，选用10铰刀铰孔才能达到精度。5号刀20立铣刀对于零件F面凸台的加工，由于尺寸原因并为了提高加工效率，故选用20立铣刀即可满足加工要求。6号刀8立铣刀对于零件F面凹槽尺寸原因，故选用8立铣刀即可满足加工要求。25零件刀具卡片制定根据上文的刀具选择制定该零件的刀具卡片表21零件刀具卡片产品名称零件名称零件刀具规格序号刀具号刀具名称数量直径/MM长度/MM备注1T01面铣刀180实测硬质合金2T02中心钻12实测硬质合金3T03麻花钻198实测硬质合金4T04铰刀110实测硬质合金5T05立铣刀120实测硬质合金6T06立铣刀18实测硬质合金编制审核批准共1页第1页526切削参数选择1主轴转速的确定查阅刀具手册，可知，加工中主轴转速计算公式如下N1000VC/D（公式31）公式中N主轴转速，单位R/MINVC切削速度，单位M/MIND铣刀直径，单位MM根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。如表32所示表32铣削时切削速度切削速度/M/MINCV工件材料硬度/HBS高速钢铣刀硬质合金铣刀225184266150225325123654120钢32542562136751902136661501902609184590铸铁16032045102130铝70120100200200400从理论上讲，切削速度VC的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，应综合考虑，加工中零件各部位切削速度VC数值选取如下粗铣时VC选取100M/MIN；精铣时VC选取150M/MIN；具体VC值应根据实际加工情况进行适当调整根据各部位切削速度VC的选取数值以及加工中选用的具体刀具，将VC与刀具直径代入公式31N1000VC/D得到零件各部位加工时的刀具转速如下6T01刀具80粗铣六个表面时N粗1000100/3148039809450R/MIN；T01刀具80精铣时N精1000150/3148059713600R/MIN；T02刀具2中心钻根据实际生产过程的经验而得到的1500R/MINT03刀具98麻花钻根据实际生产过程的经验而得到的1000R/MINT04刀具10铰刀根据实际生产过程的经验而得到的1200R/MINT05刀具20粗铣时N粗1000100/3142015921600R/MIN；T06刀具8粗铣时N粗1000100/314839803500R/MIN；T06刀具8精铣时N精1000120/314847774000R/MIN；2数控加工进给量的选择工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。铣刀每齿进给量如表23所示，本设计中每个工部的具体进给速度依据上述公式计算，具体参见加工过程总表。表23铣刀每齿进给量ZF每齿进给量/（MM/Z）工件材料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010015010025铸铁012020015030002005010015铝006020010025005010002005切削进给量F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进方向的相对位移，单位为MM/MIN。它与铣刀转速N、铣刀齿数Z及每齿进给量FZ（MM/Z）的关系为FFZZN公式中Z铣刀齿数，单位MM/MINFZ铣刀每齿工作台移动距离，即每齿进给量MM/Z7T01刀具80盘刀根据实际生产过程的经验而得到的粗加工F80MM/MINT01刀具80盘刀根据实际生产过程的经验而得到的精加工F50MM/MIN；T05刀具20粗铣F面凹槽凸台等时F粗01531600720MM/MIN；T06刀具10粗铣A面凸台等时F粗01335001050MM/MIN；T06刀具10精铣F面凹槽凸台等时F精00534000600MM/MIN；表24钻削时的进给量F（MM/R）钢（MPA）80080010001000钻头直径D（MM）进给量F（MM/R）20050060040050030042400801000600800400646014018010012008010680180220130150110138100220280170210130171013025031019023015019切削进给量F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进方向的相对位移，单位为MM/MIN。它与主轴转速N的关系为FNF（公式33）公式中N主轴转速，单位R/MINF钻削时的进给量F，单位MM/RT02刀具2中心钻定位210通孔以及2XM10时F005150075MM/MINT03刀具98麻花钻钻210通孔时F011000100MM/MINT04刀具10铰刀铰210通孔时F005120060MM/MIN27加工设备的选用选用加工中心（FAUNCVMC870）加工中心加工柔性比普通8数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。图22VMC870加工中心表25机床参数表工作台面尺寸（长宽）4071307（MM）主轴锥孔/刀柄形式24ISO40/BT40（MAS403）工作台最大纵向行程670MM主配控制系统FANUC0IMATEMC工作台最大横向行程470MM换刀时间（S）67S主轴箱垂向行程700MM主轴转速范围606000R/MIN工作台T型槽（槽数宽度间距）71660MM快速移动速度10000（MM/MIN）主电动机功率77/77（KW）进给速度7800（MM/MIN）脉冲当量（MM/脉冲）0001工作台最大承载KG700KG机床外形尺寸长宽高MM2740MM2720MM2710MM机床重量KG4000KG928夹具的选择与装夹方案的确定1夹具的选择考虑到该零件外轮廓为正方形,形状很规则，在外型上没有什么特殊要求，故夹具选用平口虎钳即可。考虑到本设计零件的外形尺寸和加工精度等因素，本设计选择的平口虎钳规格参数如下表26平口虎钳夹具参数产品名称型号钳口宽度（MM）钳口高度（MM）钳口最大张开度（MM）定位键宽度（MM）外形尺寸长宽高（MM）平口虎钳Q12160160701601870030020029工序与工步的划分根据上文制定的零件加工顺序和选用刀具设计出零件的加工工序与工步如下工序1下料毛坯尺寸为105X105X25MM工序2铣零件六个表面至尺寸100X100X20MM工序3410的孔加工（1）钻中心钻；（2）98麻花钻对四个孔进行钻孔；（3）10铰刀对四个孔进行铰孔；工序4铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台及20的孔（1）选用20立铣刀粗铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台；（2）选用8立铣刀粗铣20的孔；（3）选用8立铣刀粗铣宽度10MM的槽；（4）选用8立铣刀对上表面轮廓特征进行精加工，至图纸尺寸要求；工序5去毛刺、清洗工序6终检根据上文的工序与工步划分，设计出本零件的加工过程总表如下10表27零件加工过程总表产品名称或代号零件名称零件图号单位名称零件序号加工内容刀具号主轴转速R/MIN进给速度（MM/MIN）背吃刀量备注1粗铣表面T014508005手动2精铣表面T016005002手动3中心钻定位410通孔T0215007502自动4钻410通孔T03100010005自动5铰410通孔至规定尺寸T0412006002自动6粗铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台T05160072005自动7粗铣20的孔T063500105005自动88立铣刀粗铣宽度10MM的槽T063500105005自动98立铣刀对上表面轮廓特征进行精加工T06400060002自动210零件工序卡片的设计表28数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号工厂数控加工工序卡零件45钢A4工序号程序编号夹具名称设备名称车间111数控加工车间工步号工步内容刀具号主轴转速R/MIN进给速度（MM/MIN）背吃刀量/MM备注1下料105X105X25MM编制审核批准共4页第1页12表29数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号工厂数控加工工序卡零件45钢A4工序号程序编号夹具名称设备名称车间2平口虎钳VMC870数控加工车间工步号工步内容刀具号主轴转速R/MIN进给速度（MM/MIN）背吃刀量/MM备注1铣零件六面至尺寸100X100X20MMT014508005手动编制审核批准共4页第2页13表210零件钻孔工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号工厂数控加工工序卡零件45钢A4工序号程序编号夹具名称设备名称车间3平口虎钳VMC870数控加工车间工步号工步内容刀具号主轴转速R/MIN进给速度（MM/MIN）背吃刀量/MM备注1中心钻定位410通孔T0215007502自动2钻410通孔T03100010005自动3铰410通孔至规定尺寸T0412006002自动编制审核批准共4页第3页14表211铣上表面工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号工厂数控加工工序卡零件45钢A4工序号程序编号夹具名称设备名称车间4平口虎钳VMC870数控加工车间工步号工步内容刀具号主轴转速R/MIN进给速度（MM/MIN）背吃刀量/MM备注1粗铣方形凸台、多个圆弧和直线组成的凸台T05160072005自动2粗铣20的孔T063500105005自动38立铣刀粗铣宽度10MM的槽T063500105005自动48立铣刀对上表面轮廓特征进行精加工T06400060002自动编制审核批准共14页第10页第5页153零件的数控加工程序编制31零件编程方法选择本文中所设计的零件的轮廓较为复杂，加工工艺有点繁琐，零件轮廓中有凹槽、凸台、曲面等，因而所需的程序较多，局部坐标的计算也比较复杂，因此综合选择用自动编程编制。32零件数控加工程序的编写该零件表面A和表面F，加工面积较大，同时有较高的表面粗糙度要求，为保证零件的加工精度，兼顾加工效率，零件上表面A采用80面铣刀手动粗加工和精加工。其余表也使用80面铣刀手动铣削在这里不详细介绍。321零件F面程序编写零件F面（正面）的加工很难确定刀具走刀路线的坐标，手工编程繁琐，计算量大，因此选用自动编程。1零件正面粗加工的自动编程（1）进入UG加工模块启动NX60。双击UGNX60的图标，进入UGNX60界面。图31UG界面打开模型文件。在主菜单中选择【文件】/【打开】命令，在系统自动弹出的“打开”对话框中选择正确的路径和文件名，单击“OK”按钮，打开零件模型。16图32打开零件模型进入加工模块。使用快捷键（CTRLALTM）进入UGNX60CAM模块，系统自动弹出如图所示的“加工环境”对话框，进行加工环境的初始化设置，“MILLCONTOUR（轮廓铣）”，单击对话框中的“确定”按钮进入加工模块。如图33所示。图33加工环境（2）创建程序17在操作导航器的空白处单击鼠标右键，系统弹出快捷菜单，在该快捷菜单中选择“程序顺序视图”命令。在【插入】工具栏上单击【创建程序】图标系统将弹出的“创建程序”对话框。在名称文件输入框中输入“FMIANJIAGONG”（F面加工），单击“确定”按钮。（3）创建刀具在【插入】工具栏上单击【创建刀具】按钮，系统弹出如图44所示的“创建刀具”对话框。（4）创建几何体在操作导航器的空白处单击鼠标右键，系统弹出快捷菜单。在该快捷菜单中选择“几何视图”命令，在操作导航器中出现图标，用鼠标左键双击该图标，系统弹出对话框。在对话框中的“安全设置选项”选择“自动”、“安全距离”文本框内输入“10”。在“指定MCS”对话框中单击“自动判断”按钮，选择工件表面，系统使加工坐标系在零件XY轴的中心点。单击对话框中的“确定”按钮。如图45机床坐标系的创建。图35机床坐标系图34创建刀具18在操作导航器中双击图标，系统弹出如36所示的“工件几何体”对话框，在该对话框中单击“指定部件”按钮，系统弹出“部件几何体”对话框，在该对话框中选中“几何体”单选按钮，在“过滤方法”下拉列表框中选择“体”选项，单击“全选”按钮，选择图形区所有可见的零件几何体模型，单击鼠标中键，返回“工件几何体”对话框。图36工件几何体指定毛坯。在如图36所示的“工件几何体”对话框中单击“指定毛坯”钮，系统弹出如图所示的“毛坯几何体”对话框，在该对话框选中“自动块”单选按钮，单击鼠标中键，返回“工件几何体”对话框，单击鼠标中键，结束几何体的选择。1零件钻孔的自动编程（1）钻中心孔的自动编程二）创建操作在加工创建工具条中，单击“创建操作”命令，系统将弹出“创建操作”对话框。在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“DRILL”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标PECKDRILLING啄19钻。在“创建操作”对话框中设置其他参数程序、刀具为2中心钻、几何体选择WORKPIECE1、方法、名称。在“创建操作”对话框中单击“确定”，指定孔、指定部件表面、指定底面、指定循环方式、进给和速度，如图37所示。图7创建操作生成操作，如图37所示。图37钻中孔刀轨20图37铰孔刀轨2零件型腔铣的自动编程（1）创建操作单击【插入】工具栏上的【创建操作】图标，系统自动弹出如图38所示的“创建操作”对话框，选择“类型”为“MLIICONTOUR”，选择“操作子类型”为“CAVITYMILL”（型腔铣），“刀具”选择“D20”、“几何体”设置为“WORKPIECE1”、“方法”设置为“MEHOD”、“名称”设置为“CUJIAGONG”，单击对话框中的“确定”按钮将弹出“型腔铣”对话框。21图38创建操作（6）指定切屑区域在“型腔铣”对话框中单击“指定切削区域”图标，系统弹出“切削区域”对话框，选择切削区域，单击确定键，返回“型腔铣”对话框。（7）刀轨生成切削模式。在“切削模式”下拉列表中选择“跟随部件”。歩距。在“歩距”下拉列表选择“70刀具平直”。全局每刀深度。在“全局每刀深度”文本输入框中输入“05”。如图39参数设置。图39参数设置切削参数。在“型腔铣”对话框中单击【切削参数】图标，系统弹出“切削参数”对话框，“策略”选项卡参数中设置“切削方向”为“顺铣”、“切削顺序”为“层优先”、如图38参数设置。22“余量”选项卡参数中设置使用“底部面和侧壁余量一直”，“毛坯余量”为03，“部件侧面余量”采用继承自MILLROUGH为“05”，“内公差”为003、“外公差”为012。在“型腔铣”对话框中指定了所有的参数后，单击对话框底部操作组的【生成】图标，生成如图310所示的型腔铣粗加工刀轨。图310型腔铣粗加工刀轨3零件正面精加工的自动编程（1）凸台侧壁半精的自动编程创建操作单击【插入】工具栏上的【创建操作】