典型零件的数控铣加工编程设计【说明书+CAD+UG】
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江苏信息职业技术学院毕业设计报告 毕业设计毕业设计( (论文论文) )课题课题： ：X2 的数控加工工的数控加工工艺艺及及编编程程系系 部部 ： 专专 业业 ： 班班 级级 ： 姓姓 名名 ： 学学 号号 ： 指导老师指导老师 ： 20*年年*月月江苏信息职业技术学院毕业设计报告- I -摘 要本文主要讲述心型零件的加工工艺，通过开篇对其零件图纸进行工艺分析，然后设计出毛坯，制定出加工工艺路线，分析工序尺寸与确定公差，选择加工设备，再到夹具、刀具、量具的设计，最终编制出零件的数控加工程序，运用程序在数控机床上进行数控加工，最后完成该零件的所有工序，得到合格的零件。关键词：关键词：工艺分析；加工方案；切削用量；数控编程江苏信息职业技术学院毕业设计报告1目 录摘 要.I1 绪论.22 零件的图样分析.32.1 零件的结构特点分析.32.2 零件的技术要求分析.33 零件的工艺规程设计.53.1 毛坯的选择.53.2 定位基准的选择.53.3 装夹方式的选择.53.4 加工顺序的安排.54 设备及其工艺装备的确定.74.1 机床的选择.74.2 刀具的选择.75 切削用量的选取.96 工艺卡片.116.1 工艺过程卡.116.2 数控加工工序卡.117 数控加工程序的编制.137.1 编程方法的选择.137.2 编程坐标系的确定.137.3 走刀路线的生成.137.4 仿真加工.14设计总结.22致 谢.23参考文献.24江苏信息职业技术学院毕业设计报告21 绪论随着科学技术的高速发展，制造业发生了根本性的变化。由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，形成了巨大的生产力。专家们预言：二十一世纪机械制造业的竞争，其实是数控技术的竞争。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAM/CAD，FMS 和 CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率、提高企业的市场适应能力和竞争能力必不可少的物质手段；数控技术是国防现代化的重要战略物质，是国际技术和商业贸易的重要构成。因而可以毫不夸张地说：数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低和拥有量是衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控技术的广泛应用，给机械制造业生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化。随着我国工业现代化进程逐步加快，数控技术在制造业中越来越多地得到应用。目前，我国制造工业中，从事数控机床制造和生产的科技人员以及数控机床的操作员、程序员和维修人员都非常缺乏。特别是在我国的经济特区，数控人才非常抢手。因此。数控人才的缺乏是制约我国数控技术推广应用的极其重要的因素。（1）毕业设计的作用本课题是数控专业学生在毕业时的任务，其作用主要为验证我们在学校所学的知识，并通过此课题的编写，让我们对在校所学的知识进行一次综合的应用，为今后的实践工作打下基础，在编写过程中，不断的发现问题，并解决问题。培养我们独立完成零件的数控加工工艺及加工程序编制的能力。（2）本次课题的主要任务1）运用制图软件绘制零件二维图纸及三维图。2）分析零件的技术要求，确定零件的加工方案。3）合理的选择刀具、切削参数。4）编制零件的数控加工程序并进行仿真加工。5）制定相应的工艺卡片。江苏信息职业技术学院毕业设计报告3江苏信息职业技术学院毕业设计报告42 零件的图样分析2.1 零件的结构特点分析如图 2.1 所示零件图，图中有不清晰之处请查看附图，其毛坯材料为 45 钢，单件小批量生产，试运用所学知识对零件进行工艺分析，并编制出其数控加工程序。R102-?14+0.02-0R84-?10+0.02-0?10?20 0-0.02?40+0.02-0R51.61.61.6AB70.02R639R30R10R5R681?50+0.02-0?30 0-0.02B向B图图 2.12.1 零件图零件图从图 2.1 中可以看出，该零件的总体结构为一凸台类零件，零件主要由凸台、凹槽、孔等特征组成。其轮廓曲线较简单，主要由直线、圆弧、椭圆组成，无复杂曲面，在编程时比较容易，为了提高编程效率，可以选择软件编程，这样不仅能节约时间，同时也能保证程序的准确性。2.2 零件的技术要求分析 零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性，以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度大，增加不必要的成本。江苏信息职业技术学院毕业设计报告5从图 2.1 分析得知，该零件的尺寸精度要求有：（1）外轮廓尺寸：118和 78的精度等级为 IT7 级，厚度尺寸 28035. 00021. 00的精度等级为 IT78 级，表面粗糙度为 Ra3.2um。027. 00（2）椭圆凹槽：尺寸精度等级为 IT78 级，表面粗糙度要求为 Ra3.2um。（3）凸台：尺寸精度等级为 IT7 级，表面粗糙度要求为 Ra3.2um。其余未注尺寸公差按 IT12 控制，未注表面粗糙度为 Ra3.2um。综上所述，该零件的加工精度要求一般，在数控加工中比较容易保证。江苏信息职业技术学院毕业设计报告63 零件的工艺规程设计3.1 毛坯的选择毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯，该零件的毛坯类型可选择锻造毛坯。毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上，加减总加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。笔者认为这种设计方法并不合理，这是因为从毛坯尺寸的作用来讲并不要求它和零件图一致，对它提出的要求是:(1)保证它在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量：(2)保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。该零件为板类零件，故其毛坯选择为板材，毛坯材料为 45#，毛坯尺寸为120mm80mm30mm。3.2 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用己加工过的表面作为定位基准称为精加工。除第一道工序用粗基准外，其余工序都应使用精基准。选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求没计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。经分析，确定该零件的粗基准为毛坯底面及毛坯外轮廓；精基准以设计基准为精基准，即底面及零件外轮廓侧面。 。3.3 装夹方式的选择经分析，该零件需要进行两次装夹方能完成零件的加工。在第一次装夹时为铣削零件的底面，采用平口虎钳进行装夹；第二次装夹时加工零件的上表面，此次装夹可以以加工好的底面及外边进行定位，用虎钳压紧即可。3.4 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。加工顺序的安排原则：先粗后精、先面后孔、基面先行。根据该以上原则，确定该零件的加工顺序为：铣底面铣外轮廓铣凹槽江苏信息职业技术学院毕业设计报告7加工中心圆角凸台铣椭圆槽钻 4-10 孔铣 2-14 台阶孔调头铣上表面铣扇形凹槽钻 4-10 孔铣圆形凹槽轮廓铣倒圆角凸台轮廓铣键槽。江苏信息职业技术学院毕业设计报告84 设备及其工艺装备的确定4.1 机床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)：64.2 刀具的选择合理的选择数控加工的刀具、夹具，是工艺处理工作中的重要内容，在数控加工中产品的加工质量和劳动生产率在很大程度上将受到刀具、夹具的制约，虽其大多数刀具、夹具与普通加工中所用的刀具、夹具基本相同，但对一些工艺难度较大或其轮廓、形状等方面较特殊的零件加工，所选用的刀具、夹具必须具有较高要求，或需做进一步的特殊处理，以满足数控加工的需求。一般优先采用标准刀具，必要的时候可以采用各种提高生产率的复合刀具及其他一些专用刀具。此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工需求，刀具材料应与工件材料相适应。数控加工所用的刀具在刀具性能上应高于普通加工中所用的刀具。所以选择数控加工刀具时，还应考虑以下几个方面：切削性能好 数控加工能采用大的背吃刀量和高进给速度，刀具必须要有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具江苏信息职业技术学院毕业设计报告9寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。精度高 为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度达到 0.005mm 等。可靠性高 要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。耐用度高 数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。断屑及排屑性能好 数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样，能及时由人工处理，切屑易缠在刀具和工件上，会损坏刀具和划上工件上已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的顺利、安全，所以要求刀具应具有较好的断屑和排屑性能。综上所述，零件上、下表面加工时采用端铣刀加工，根据工件的宽度选择端铣刀直径，使得铣刀工作时有合理的切入/切出角；切铣刀直径应尽量包容整个工件加工宽度，以提高加工精度和效率，并减少相邻两次进给之间的接刀痕。表 4.1 就是该零件加工所需要用到的所有刀具。表表 4.14.1 刀具卡片刀具卡片零件名称心形凸台工序号刀具编号刀具规格和名称数量加工表面T0180 面铣刀1铣工件的上下表面T0220 立铣刀1铣削外轮廓T0310 立铣刀1铣椭圆凹槽T043mm 中心钻1钻 4-10 孔的中心孔T0510 麻花钻1钻 4-10 孔T068mm 立铣刀1铣 4-14 沉孔1T075R2 圆角成型刀1铣椭圆槽圆角T0180 面铣刀1铣工件的上下表面T0220 立铣刀1铣削外轮廓及凸台轮廓T038 立铣刀1铣侧边凹槽T0416 立铣刀1铣圆槽2T0510R4 圆角成型1铣槽口圆角 R4江苏信息职业技术学院毕业设计报告10刀5 切削用量的选取数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。切削用量：“三要素”是指刀具在切削过程中的运动参数。“三要素”是指：切削速度，进给量，背吃刀量。选择切削用量时考虑的因素：（1）切削加工生产率在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 （2）刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为 v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。（3）加工表面粗糙度精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 （4）刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为 v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；江苏信息职业技术学院毕业设计报告11然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。（5）加工表面粗糙度 精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。根据以上因素，确定该零件的切削用量如数控加工工序卡所示。江苏信息职业技术学院毕业设计报告126 工艺卡片6.1 工艺过程卡序号序号工序名称工序名称工序内容工序内容设备及工装设备及工装1备料制造毛坯 125mm85mm35mm2铣铣底面、铣外轮廓、铣椭圆凹槽、钻 4-10孔中心孔、钻 4-10 孔底孔、铰 4-10 孔、铣 4-14 沉孔、铣椭圆槽圆角 R2铣削加工中心3铣铣上表面、铣外轮廓、铣矩形凸台轮廓、铣心型凸台轮廓、铣侧边凹槽、铣 24 圆槽、铣槽口圆角 R4铣削加工中心4检验手检5钳去毛刺6入库入库6.2 数控加工工序卡工序卡一夹具名称夹具名称机用平口虎钳使用设备使用设备铣削加工中心工序号工序号2程序编号程序编号O0001工步工步号号工步内容工步内容刀具刀具主轴转数主轴转数(r/min)(r/min)进给速度进给速度(mm/min)(mm/min)被吃刀量被吃刀量/mm/mm1铣底面，控制表面粗糙度 3.2T0160015032铣外轮廓，深 15mmT0212001503.53铣椭圆凹槽T03150012054钻 4-10 孔中心孔T04120012025钻 4-10 孔T058501501.56铣 4-14 沉孔T06120015027铣椭圆槽圆角 R2T0712001202工序卡二夹具名称夹具名称机用平口虎钳使用设备使用设备铣削加工中心工序号工序号3程序编号程序编号O0002工步工步号号工步内容工步内容刀具刀具主轴转数主轴转数(r/min)(r/min)进给速度进给速度(mm/min)(mm/min)被吃刀量被吃刀量/mm/mm1铣上表面，控制表面粗糙度 3.2，尺寸 29T016001503江苏信息职业技术学院毕业设计报告132铣外轮廓，与上道工序接平，控制外形尺寸及表面粗糙度T0212001503.53铣矩形凸台轮廓T02150012054铣心型凸台轮廓T02150012055铣侧边凹槽T03180012046铣 24 圆槽T04150012027铣槽口圆角 R4T0512001204江苏信息职业技术学院毕业设计报告147 数控加工程序的编制7.1 编程方法的选择数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。（2）自动编程自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。为了节省编程时间，提高效率，保证刀具路径的正确性，选择该零件程序使用 ug 软件进行自动编程。7.2 编程坐标系的确定由零件图可知，该零件的设计基准在零件的对称中心上，故在编程时将其编程原点设置在此处能够方便对刀和编程。7.3 走刀路线的生成该零件结构形状比较复杂，故选用 Mastercam 软件进行自动生成刀具轨迹，其各工序工步的轨迹路线如下：7.3.1 上表面走刀路线上表面走刀路线江苏信息职业技术学院毕业设计报告157.3.27.3.2 底面走刀路线底面走刀路线7.4 仿真加工图图 7.15 铣面、外轮廓仿真效果图铣面、外轮廓仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告16图图 7.16 铣凹槽仿真效果图铣凹槽仿真效果图图图 7.17 加工中心圆角凸台仿真效果图加工中心圆角凸台仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告17图图 7.18 铣椭圆槽仿真效果图铣椭圆槽仿真效果图图图 7.19 钻钻 4-10 孔的仿真效果图孔的仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告18图图 7.20 铣铣 2-14 台阶孔台阶孔的仿真效果图的仿真效果图图图 7.21 铣上表面铣扇形凹槽的仿真效果图铣上表面铣扇形凹槽的仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告19图图 7.22 钻钻 4-10 孔孔的仿真效果图的仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告20图图 7.23 铣圆形凹槽轮廓的仿真效果图铣圆形凹槽轮廓的仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告21图图 7.24 铣倒圆角凸台轮廓的仿真效果图铣倒圆角凸台轮廓的仿真效果图图图 7.25 铣键槽的仿真效果图铣键槽的仿真效果图江苏信息职业技术学院毕业设计报告22江苏信息职业技术学院毕业设计报告23设计总结本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，通过对该零件的加工设计，使自己能够运用 Mastercam 进行实体绘制，并能够完成铣削零件的自动编程，对刀具路径有了更深一步的理解。通过此次的毕业设计，使我对数控铣削零件的加工过程有了一定的了解，本文的主要目的是对心型凸台零件进行工艺分析及编制。当一开始拿到图纸感觉特别繁琐，所以开始的一段时间，我仔细的在图纸上找与自己加工有关的地方，尽量弄明白，搞清楚整个的加工内容及工序，不明白的地方向指导老师和同学们请教，尽量使自己在加工之前把整个图纸内容搞清楚，这样有利于后期的加工。经指导老师和朋友的一些提示让我的思路豁然开朗。这对我的设计工作有很大的推动作用，特别是在工艺分析过程上老师更是不断的加以指导和分析，通过老师的悉心指导和自己的认真学习，刻苦分析，查阅相关资料，最终做完了此份毕业设计。根据图纸的具体要求，再结合我以前实际生产的经验，制定出一套加工的详细方案。此次毕业设计对我以后的学习和工作都有很大的帮助，不仅是因为通过设计
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