浅谈典型零件的编程及工艺编制

毕业论文题目浅谈典型零件的编程及工艺编制系部数控应用技术系专业数控加工摘要数控技术是数字控制技术的简称。利用数控技术可以把生产过程用某种语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。数控编程分为手工编程和自动编程。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。基本偏差是经标准化的、由国家标准（GB）规定的极限偏差称为基本偏差，它是用来确定公差带相对于零件位置的上偏差或者下偏差，一般指靠近零件的那个偏差。即当公差带位于零件上方时，其基本偏差为下偏差；当公差带位于零件下方时，其基本偏差为上偏差。为了满足不同配件的需要，国家标准对孔和轴分别规定了28种基本偏差，它们用拉丁字母表示，大写字母表示孔，小写字母表示轴。工艺性能是指金属在制造各种机械零件或工具的过程中，对各种不同加工方法的适应能力，即金属采用某种加工方法制成成品的难易程度。它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能等。例如，某种金属材料用铸造成形的方法，容易得到合格的铸件，则该种材料的铸造性能好。工艺性能直接影响零件的制造工艺和质量，是选择金属材料时必须考虑的因素之一。关键词“数控”、“编程”、“偏差”、“工艺性能”。前言数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工作，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。目录摘要2前言3第一章数控机床概论611控机床的基本概念612数控机床的组成及工作过程613数控机床的分类及特点7第二章数控加工工艺及夹具概述821加工工艺基本概述822机床夹具概述9第三章数控铣削加工工艺1031铣削加工工艺制定1032铣削用量的选择方法11第四章公差配合与测量误差1141加工误差及公差1142基准制1343配合的种类1344测量误差1345辅助基准的应用14第五章典型零件加工工艺分析1551加工工艺分析1552加工工艺方案1753加工程序17第六章总结20参考文献21第一章机床概论11数控机床的基本概念数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹的位移量，切削参数（主轴转速、进给量、背吃刀量等以及辅助功能换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件，数控机床是集机械、电气、液压、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。12数控机床的组成及工作过程（1）数控机床的组成程序载体CNC装置（又称计算机数控装置）；伺服系统；检测与反馈装置；辅助装置；机床本体组成。（2）工作过程在数控机床上加工零件的过程通常经过以下几个步骤，见下图。数控加工工作步骤图（1）准备阶段根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等）。根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。（2）编程阶段根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序（对加工工艺过程的描述），并填写程序单。（3）准备信息载体根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（穿孔带、磁带、磁盘等）上，通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。（4）加工阶段当执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。13数控机床的分类及特点按工艺用途分类1金属切削类数控机床包括数控车床,数控钻床,数控铣床,数控磨床,数控镗床发及加工中心这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。2金属成型类数控机床这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。3数控特种加工机床这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。4其他类型的数控设备非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。按运动方式分类1点位控制点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。2直线控制点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。3轮廓控制轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。按控制方式分类1开环控制即不带位置反馈装置的控制方式。2半闭环控制指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。3闭环控制是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。按数控制机床的性能分类1经济型数控经济型数控机床是指具有针对性加工功能但功能水平较低且价格低廉的数控机床，它主要是由机械和电气控制两大部分组成，其故障按故障源可分为机械故障和控制系统故障两类；按运行情况分有不运行类，运行加工尺寸超差无规则类和运行加工尺寸超差有规则类等；就其数控系统而言又可分为硬件故障，软件故障和干扰故障三大类2中档数控机床3高档数控机床按所用数控装置的构成方式分类1硬线数控系统使用硬线数控系统。它的输入处理、插补运算和控制功能，都是由专用的固定组合逻辑电路来实现。不同功能的数控机床，组合逻辑电路也不同。因而改变或增减控制和运算功能时，需要改变硬件电路。故通用性、灵活性差，制造周期长，成本高。2软线数控系统软线数控系统也称计算机数控系统，它使用软线数控装置。这种数控装置的硬件电路由小型或微型计算机再加上通用或专用的大规模集成电路制成，数控机床的主要功能几乎全部由系统软件来实现，所以不同功能的数控机床其系统软件也就不同，而修改或增减系统功能时，也不需要改动硬件电路，只需要改变系统软件。因此，该系统具有较高的灵活性，同时由于硬件电路基本是通用的，这就有利于大量生产、提高质量和可靠性、缩短制造周期和降低成本。20世纪70年代中期以后，随着微电子技术的发展和微型计算机的出现，以及集成电路的集成度不断提高，计算机数控系统才得到不断发展和提高，目前几乎所有的数控机床都采用软线数控系统。第二章数控加工工艺及夹具概述21加工工艺基本概述1生产过程和工艺过程（1）生产过程将原材料转变为成品的过程，称为生产过程。生产过程包括生产技术准备，如产品设计等；毛坯的制造；零件的加工与热处理；装配；检验和试车及各种生产服务，如半成品、标准件和材料的供应及产品的包装、运输等工作过程。（2）工艺过程改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。它包括毛坯制造、机械加工、热处理和装配等过程。（3）机械加工工艺过程利用机械力对各种工件进行加工的过程，称为机械加工工艺过程。它主要是使材料或毛坯改变形状、尺寸和表面质量，使之成为零件的过程。2数控加工工艺分析（1）尺寸标注应符合数控加工的特点；（2）几何要素的条件应完整、准确；（3）定位基准可靠；（4）统一几何类型及尺寸。3零件结构工艺性（1）零件结构设计工艺性；（2）零件机械加工结构工艺性；4确定加工余量的方法（1）计算法在影响因素清楚、统计分析资料齐全的情况下，可以采用分析计算法，用工式计算出工序余量。分析计算法确定加工余量的过程较为复杂，多用于大批量生产或贵重材料零件的加工。对于成批单件生产，目前大部分工厂都采用查表法或经验法来确定工序余量和总余量。（2）经验估计法经验法是由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验确定余量，这种方法大都用于单件小批生产。（3）查表修正法实际生产中常用的方法是将生产实践和实验硏究积累的大量数据列成表格，以便使用时直接查找，同时还应根据实际情况加以修正。5对刀点的选择原则（1）所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。6工艺文件（1）机械加工工艺过程卡片；（2）机械加工工艺卡片；（3）机械加工工序卡片；22机床夹具概述1机床夹具的组成（1）定位装置；（2）夹紧装置；（3）夹具体；（4）其他装置或元件。2机床夹具的功用（1）保证加工质量；（2）提高劳动生产率，降低成本。（3）扩大机床工艺范围。（4）改善工人劳动条件，保障生产安全。3夹紧装置的基本要求（1）夹紧力的大小适当；（2）夹紧力方向；（3）夹紧力的作用点；（4）工艺性好；（5）使用性好；第三章数控铣削加工工艺31铣削加工工艺制定1数控铣削加工内容的选择；（1）平面轮廓加工；（2）固定斜角平面；（3）变斜角面的加工；（4）曲面轮廓加工；2进给路线的确定（1）顺铣和逆铣的选择；（2）铣削外轮廓的进给路线；（3）铣削内轮廓的进给路线；（4）铣削内槽的进给路线；（5）铣削曲面的进给路线。3加工路线的确定对于数控铣床，加工路线是指道具中心运动的轨迹和方向。合理的选择加工路线，不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度，确定加工路线时应考虑以下几个方面（1）尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间；2铣削零件轮廓时，尽量采用顺铣方式，以提高表面精度；3进、退刀位置应选在不太重要的位置，并使刀具沿零件的切线方向进刀和退刀，以免产生刀痕；4先加工外轮廓，再加工内轮廓。总之，确定加工路线时，应根据被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求以及机床、刀具等的具体情况加以考虑。所确定的加工路线应使数值机算简单，程序段少。同时，为了充分发挥数控机床的效能，应使加工路线最短，以便减少空刀时间。4铣削刀具的选择刀具的选择应考虑机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它的相关因素。刀具选择总的原则是安装调整方便，刚性好，刀具耐用度和精度高。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。选取刀具时，应使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、32铣削用量的选择方法粗加工时当工件表面光洁度要求为RA25时，一般采用粗铣即可达到加工要求。此时，切削用量的选择主要根据机床系统的刚性、刀具使用寿命、工件余量及坯料表面质量等方面考虑。半精加工时当表面光洁度要求在RA12563范围时，一般采用半精加工。根据加工表面的精度要求，铣削速度V在采用范围内尽量选较大的值，进给量应选取较小值。精加工时精铣加工的工件，切削深度的选择为05毫米左右。铣削速度在推荐范围内选最大值。计算公式N1000V/314D转/分式中N主轴转速，转/分；D铣刀直径，毫米；V切削速度，米/分。S分S齿ZN毫米/分式中Z铣刀刀齿数；N主轴转速，转/分。第四章公差配合及测量41加工误差及公差要使零件具有互换性，就必须保证零件几何参数的准确性。但在实际生产过程中，由于设备精度，刀具的磨损，测量误差，以及工人的操作水平等因素的影响，相同规格零件的几何参数不可能绝对准确、一致。我们把零件加工后的几何参数（尺寸、形状和位置）所产生的差异称为加工误差。而要使零件具有互换性，就必须允许零件的几何参数有一个变动量，也就是允许加工误差有一个范围，这个允许的变动量称为公差。它包括尺寸公差、形状公差、位置公差。不同的两个零件装配在一起，例如，相同尺寸的轴与孔的装配，有的要求松一点，有的要求紧一点，这种松紧程度的要求就是一种配合关系。公差与配合是相互联系的。（1）尺寸公差零件在制造过程中，由于加工或测量等因素的影响，完工后的实际尺寸总存在一定的误差。为保证零件的互换性，必须将零件的实际尺寸控制在允许变动的范围内，这个允许的尺寸变动量称为尺寸公差。例1，基本尺寸设计给定的尺寸30MM2，极限尺寸允许尺寸变动的两个极限值最大极限尺寸300013001MM最小极限尺寸300012999MM3，极限偏差极限尺寸减基本尺寸所得的代数值。即最大极限尺寸和最小极限尺寸减基本尺寸所得的代数差，分别为上偏差和下偏差，统称极限偏差。孔的上、下偏差分别用大写字母ES和EI表示上偏差ES300130001下偏差EI2999300014，尺寸公差允许尺寸的变动量，即最大极限尺寸减最小极限尺寸，也等于上偏差减下偏差所得的代数差。尺寸公差是一个没有符号的绝对值。公差30012999002或I001001002标准公差国标GB180079至GB180479将确定尺寸精度的标准公差等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2、IT18表示。从IT01到IT18相应的公差数值依次加大、精度依次降低。（2）形状公差形状公差带是限制单一实际被测要素变动的区域，零件实际要素在该区域内为合格。反之为不合格。特点形状公差带的特点不涉及基准，它的方向和位置均是浮动的，只能控制被测要素形状误差的大小。形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量。形状公差包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度。直线度符号为一短横线（），是限制实际直线对理想直线变动量的一项指标。它是针对直线发生不直而提出的要求。平面度符号为一平行四边形，是限制实际平面对理想平面变动量的一项指标。它是针对平面发生不平而提出的要求。圆度符号为一圆（），是限制实际圆对理想圆变动量的一项指标。它是对具有圆柱面（包括圆锥面、球面）的零件，在一正截面（与轴线垂直的面）内的圆形轮廓要求。圆柱度符号为两斜线中间夹一圆（/），是限制实际圆柱面对理想圆柱面变动量的一项指标。它控制了圆柱体横截面和轴截面内的各项形状误差，如圆度、素线直线度、轴线直线度等。圆柱度是圆柱体各项形状误差的综合指标。线轮廓度符号为一上凸的曲线（），是限制实际曲线对理想曲线变动量的一项指标。它是对非圆曲线的形状精度要求。面轮廓度符号是用一短线将线轮廓度的符号下面封闭，是限制实际曲面对理想曲面变动量的一项指标。它是对曲面的形状精度要求。（3）位置公差位置公差是指机械加工面位置关系所容许的公差,如同轴度,垂直度,平行度,跳动,对称度,等42基准制基准制是指为了设计和制造上的经济性，把孔、轴配合中孔的公差带或轴的公差带的位置固定，通过改变轴的公差带或孔的公差带的位置，来实现各种所需要的配合的制度。把孔的公差带固定，通过改变轴的公差带的位置来实现各种配合的制度称为基孔制。基孔制的基本偏差代号为H把轴的公差带固定，通过改变孔的公差带的位置来实现各种配合的制度称为基轴制，基轴制的基本偏差代号为H43配合的种类（1）间隙配合间隙配合指具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合，公查带的位置关系表现为孔的公差带完全在轴的公差带之上。由于孔、轴的实际尺寸是变动的，所以配合的尺寸也是变动的，变动范围在最大间隙和最小间隙之间。最大间隙XMAXDMAXDMINESEI最小间隙XMINDMINDMAXEIES2过盈配合过盈配合指具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合，公差带的位置关系表现为孔的公差带完全在轴的公差带之下。由于孔、轴的实际尺寸是变动的，所以配合的过盈也是变动的，变动范围在最大过盈和最小过盈之间。最大过盈YMAXDMINDMAXEIES最小过盈YMINDMAXDMINESEI3过渡配合过渡配合是指可能具有间隙或者过盈的配合，公差带的位置关系表现为孔和轴的公差带相互交叠。过渡配合可能产生间隙也有可能产生过盈，其中可能的最大间隙与最大过盈是过渡配合的两个极限值。最大间隙XMAXDMAXDMINESEI最大过盈YMAXDMINDMAXEIES切削加工所获得的尺寸精度一般与使用的设备、刀具和切削条件等密切相关。尺寸精度愈高，零件的工艺过程愈复杂，加工成本也愈高。因此在设计零件时，应在保证零件的使用性能的前提下，尽量选用较低的尺寸精度。44测量误差1外界条件主要指观测环境中气温、气压、空气湿度和清晰度、风力以及大气折光等因素的不断变化，导致测量结果中带有误差。2仪器条件仪器在加工和装配等工艺过程中，不能保证仪器的结构能满足各种几何关系，这样的仪器必然会给测量带来误差。3观测者的自身条件由于观测者感官鉴别能力所限以及技术熟练程度不同，也会在仪器对中、整平和瞄准等方面产生误差。减小误差的方法1、选用精密的测量仪器2、多次测量取平均值45辅助基准的应用工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，大多优先选择设计基准或装配基准作为主要定位基准，这些基准一般为零件上的主要表面。但有些零件在加工中，为装夹方便或易于实现基准统一，人为地制造一种定位基准。如毛坯上的工艺凸台和轴类零件加工时的中心孔。这些表面不是零件上的工作表面，只是为满足工艺需要而在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。此外某些零件上的次要表面（非配合表面），因工艺上宜作定位基准而提高其加工精度和表面质量以便定位时使用。这种表面也称为辅助基准。第五章典型零件加工工艺分析51加工工艺分析1工、量、刃具选择（1）工具选择工件装夹在平口钳上，平口钳用百分表校正。X、Y方向用寻边器对刀。Z方向用对刀仪进行对刀。2量具选择内外轮廓尺寸用游标卡尺测量；深度尺寸用深度游标卡尺测量；孔径用内径千分尺测量，其规格、参数见表（3）刃具选择上表面铣削用端铣刀；内、外轮廓铣削用键槽铣刀铣削；孔加工用中心钻、麻花钻、铰刀、其规格、参数见表种类序号名称规格数量1平口钳QH1601个2平行垫铁若干3塑胶锤子1个4呆板手若干5寻边器10MM1只工具6对刀仪1只1游标卡尺0150MM1把2百分表及表座010MM1个3深度游标卡尺0150MM1把量具4内径千分尺525MM1把1面铣刀60MM1把2中心钻A21个3麻花钻97MM1个4机用铰刀10H8MM1个刃具5键槽铣刀16MM1个52加工工艺方案（1）加工工艺路线本图为内、外轮廓及孔加工。首先粗、精铣坯料上表面，以便深度测量；然后粗、精铣削内、外轮廓，最后钻、铰孔。粗、精铣坯料上表面，粗铣余量根据毛坯情况由程序控制，留精铣余量05MM用16MM键槽铣刀粗、精铣内、外轮廓和MM内轮廓。1025用中心钻钻4MM中心孔。021用97MM麻花钻钻4MM孔。02用10H8机用铰刀铰4MM孔。（2）合理切削用量的选择加工钢件，粗加工深度除留精加工余量，应进行分层切削。切削速度不可太高，垂直下刀进给量应小。参考切削用量见表刀具号刀具规格工序内容VF/MM/MINN/R/MINT160MM面铣刀粗、精铣坯料上表面100/80500/800T216MM键槽铣刀粗精铣外轮廓、内轮廓100800/1200T3A2中心钻钻中心孔1001000T497MM麻花钻钻4MM021的底孔100800T510H8机用铰刀铰4MM02的孔100120053加工程序程序说明G17G40G80G49设置初始状态M3S500M8主轴顺时针方向旋转，主轴转速500R/MIN,切削液开G90G54G0X80Y20绝对编程、建立工件坐标系、快速移动到X80Y20处G43Z5H01调用1号刀具长度补偿G1Z05F100直线进给到工件上05MM处，进给速度100MM/MINX80直线进给到X80处G0Z5刀具快速抬起5MMX80Y20刀具快速运动到X80Y20处G1Z05直线快速进给到工件上05MM处X80直线进给到X80处G0Z5刀具快速抬起5MMGOX80Y20刀具快速运动到X80Y20处M3S800主轴顺时针方向旋转，主轴转速800R/MIN,工件表面精加工G1Z0F80刀具直线进给到工件表面上，进给速度80MM/MINX80刀具直线进给到X80处G0Z5刀具快速抬起5MMX80Y20刀具快速运动到X80Y20处G1Z0直线进给到工件上0MM处X80直线进给到X80处G0Z200刀具快速抬起200MMM9M5M00切削液开，主轴停止，程序停止，安装T2刀具G90G54G00X60Y60S800M03M8G43H2G0Z5G42G0Y36D2通过修改刀具半径补偿进行粗精加工Z805铣削深度分层加工，每层23MM,通过改变Z坐标值实现G1X35F100X0G3X0Y36R36G1X35,R10Y36,R10X0G1Z2F500G0X0Y0G1Z595F100X20Y10G2X20Y10R10G3X10Y20R10G2X10Y20R10G3X20Y10R10G2X20Y10R10G3X10Y20R10G2X10Y20R10G3X20Y10R10G2X20Y10R10G1Z2F500G40G0X0Y0刀具运动到X0Y0处G1Z12F100铣削20MM的平底孔X2G2I2G1X0Y0G0Z150M9M5M00切削液关，主轴停止，程序停止，安装T3刀具G90G54G00X20Y20钻中心孔S1000M03M8G43H3G0Z5G99G81Z3R5F100X20Y2