腔内圆弧凸台件的数控加工工艺分析及程序编制UG三维

毕业论文（设计）腔内圆弧凸台件的数控加工工艺分析及程序编制学院专业年级学生姓名学号20**年**月**日页共25页绪论（1）数控机床的产生和发展随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。（2）本课题的主要内容及任务1）主要内容本文主要讲述了腔内圆弧凸台零件的数控加工工艺中的问题，如毛坯的选择、定位基准的选择、装夹方式的选择、刀具及量具的选择、切削参数的选择等相关问题，在分析完这些问题后，制定出合理的加工方案，并制定相关工艺文件，编制出零件的数控加工程序。2）主要任务①绘制零件图纸，可手绘或者采用CAD软件绘制。②对零件进行工艺分析。③制定合理的加工方案，填写工艺卡片（如加工工艺过程卡和数控加工工序卡等）。④编制零件的数控加工程序（UG自动编程）。⑤撰写说明书。第一章零件的图样分析1.1零件的结构特点分析图1.1零件二维图图1.2零件三维图如图1.1所示零件二维图，图中有不清晰之处请参加附图，从图中可以看出，该零件的结构主要由矩形外轮廓、光滑通孔、型腔、凸台、球面等特征组成，总体看来该零件具有一定的艺术性，加工后的零件具有一定的观赏性；该零件的结构形状怪异，在普通铣床上难以加工，需要在数控铣床或者加工中心上进行加工，零件的程序需要采取CAM软件进行自动编程，采取自动编程可以降低编程的劳动量，提高编程的准确性。1.2零件的技术要求分析从图1.1分析得知，该零件的尺寸精度要求有：（1）外轮廓：其尺寸150×100×30精度要求未注，可按GB/T4249-2009进行控制，表面粗糙度要求为Ra3.2um。（2）薄壁凸台和型腔轮廓：尺寸110的精度等级为IT8级，尺寸70的精度等级为IT8级，壁厚2.5的精度等级为IT9级，表面粗糙度要求为Ra3.2um。（3）孔：2-Φ10H7的精度等级为IT7级，表面粗糙度要求均为Ra1.6um。其余未注尺寸按GB/T4249-2009进行控制，表面粗糙度要求为Ra3.2um。综上所述，该零件的加工精度要求较高，加工部位较多，手工编程比较麻烦，需要巧妙的运用UG软件进行自动编程。第二章零件的工艺规程设计2.1毛坯的选择该零件为板类零件，故其毛坯选择为板材，毛坯材料为45#，根据零件图的技术要求中设置的毛坯尺寸为155mm×105mm×35mm。2.2定位基准的选择选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。根据选定的基面加工与否，又将定位基准分为粗基准和精基准。在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。在选择定位基准时，是从保证工件精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序应为从精基准到粗基准。（1）精基准的选择原则选择精基准时，应能保证加工精度和装夹可靠、方便，可按照基准重合、基准统一、自为基准、互为基准、便于装夹等原则进行选择。根据其原则，确定该零件的精基准为零件的外轮廓及底面。（2）粗基准的选择原则选择粗基准要求应能保证加工面与不加工面之间的位置要求并合理分配加工面的余量，同时要为后续工序提供精基准，可按照非加工表面、加工余量最小、重要表面、不重复使用、便于工件装夹等原则进行选择。根据其原则，确定该零件的粗基准为毛坯外边及底面。2.3装夹方式的选择在机床上加工，为保证加工精度，必须先使工件在机床上占据一个正确位置，即定位；然后将其压紧压牢，使其在加工中保持这一正确位置不变，即夹紧。从定位到夹紧的全过程称为工件的装夹。经分析，该零件需要进行三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上下表面，此次装夹时以毛坯外轮廓定位，采用平口虎钳进行装夹；第二次装夹时加工零件的矩形外轮廓，此次装夹可以采用压板垫块组合夹具进行装夹；第三次装夹时铣削凸台轮廓、型腔轮廓及孔，此次装夹可以以加工好的外轮廓及底面定位，用虎钳压紧即可。2.4工艺路线的确定根据以上分析，下面再对该方案划分其工步，最终确定的工艺路线如下：工序1：制造毛坯155mm×105mm×35mm。工序2：铣上下表面。工步1：铣底面；工步2：铣上表面；工序3：铣外轮廓。工步1：压左右边，铣前后边，控制尺寸100；工步2：压前后边，铣左右边，控制尺寸150；工序4：铣薄壁凸台型腔轮廓、腔内凸台轮廓、球面、钻2-Φ10H7孔。工步1：整体开粗；工步2：半精铣型腔和腔内凸台轮廓；工步3：精铣薄壁凸台轮廓；工步4：精铣腔内凸台中间的连接平面；工步5：精铣型腔底面及侧壁；工步6：精铣球面；工步7：钻2-Φ10H7孔底孔；工步8：铰2-Φ10H7孔；工序5：检验。工序6：去毛刺。工序7：入库。第三章设备及其工艺装备的确定3.1加工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)：460×950(500×1050)行程(X-Y-Z)(mm)：800×500×550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)：63.2数控加工刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。表3.1就是该零件加工所需要用到的所有刀具。表3.1数控加工刀具卡片工序号刀具名称刀具规格刀具材料加工表面2面铣刀Φ100mm硬质合金铣上下面3立铣刀Φ20硬质合金铣矩形外轮廓4立铣刀Φ12mm硬质合金整体开粗立铣刀Φ6mm硬质合金半精铣型腔和腔内凸台轮廓立铣刀Φ30硬质合金精铣薄壁凸台轮廓立铣刀Φ5硬质合金精铣腔内凸台中间的连接平面、精铣型腔底面及侧壁球刀Φ6mm硬质合金精铣球面麻花钻Φ9.5高速钢钻2-Φ10H7孔底孔铰刀Φ10硬质合金铰2-Φ10孔第四章切削用量的选取合理的选择切削用量，对保证产品质量，提高销量，降低加工成本具有重要作用。切削用量的选择主要根据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求进行，同时还要兼顾刀具的耐用度、工艺系统的刚度和机床功率等条件，其基本原则是：在工艺系统刚性允许时，应首先选择一个尽可能大的背吃刀量（），其次选择一个较大的进给量（），最后在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度（）。最后通过公式n=1000/d计算出主轴转速。（1）的选择主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定。1）粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若余量过大不能一次切除，也应按县多后少的不等余量法加工。第一刀的应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸造件。2）当冲击载荷较大或工艺系统刚度较差时，可适当降低，使切削力减小。3）精加工时，应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低的方法，逐步提高加工精度和表面质量。4）一般精加工时，取=0.05～0.8mm；半精加工时，取=1.0～3.0mm。（2）的选择1）粗加工时，主要受刀杆、刀片、机床、工件等强度和刚度所承受的切削力限制一般根据刚度选择。Go工艺系统刚度好时，可用大些的，适当降低。2）精加工、半精加工时，应根据工件的表面粗糙度要求选择。表面粗糙度要求小，取较小的，但不能过小，因为过小，切削厚度过薄，表面粗糙度值反而会增大，切刀具磨损加剧。（3）的选择主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选择。1）刀具材料好，可选择高些。2）表面粗糙度要求小的要避开积屑瘤、鳞刺产生的，高速钢刀去小，硬质合金取较高的。3）表面有硬皮或断续切削时，应适当降低。4）工艺系统刚性差的，应减小综上所述，查机械加工工艺手册，确定最后的切削用量如数控加工工序卡所示。第五章工艺卡片5.1工艺过程卡序号工序名称工序内容设备及工装1备料制造毛坯155mm×105mm×35mm2铣铣上下表面数控铣床3铣铣外轮廓数控铣床4铣铣薄壁凸台型腔轮廓、腔内凸台轮廓、球面、钻2-Φ10H7孔铣削加工中心5检验手检6钳去毛刺7入库入库5.2数控加工工序卡工序卡一夹具名称机用平口虎钳使用设备数控铣床工序号2程序编号O0001工步号工步内容刀具主轴转数(r/min)进给速度(mm/min)被吃刀量/mm1铣底面T01粗600精1000粗200精250粗2精0.52铣上表面T01粗600精1000粗200精250粗2精0.5工序卡二夹具名称机用平口虎钳使用设备数控铣床工序号3程序编号O0002工步号工步内容刀具主轴转数(r/min)进给速度(mm/min)被吃刀量/mm1压左右边，铣前后边，控制尺寸100T0112001502.52压前后边，铣左右边，控制尺寸150T0112001502.5工序卡三夹具名称机用平口虎钳使用设备铣削加工中心工序号4程序编号O0003工步号工步内容刀具主轴转数(r/min)进给速度(mm/min)被吃刀量/mm1整体开粗T012000125012半精铣型腔和腔内凸台轮廓T0225008000.23精铣薄壁凸台轮廓T0312002500.54精铣腔内凸台中间的连接平面T0420002500.25精铣型腔底面及侧壁T0420002500.26精铣球面T05300012500.27钻2-Φ10H7孔底孔T06100015028铰2-Φ10H7孔T07800600.25第六章数控加工程序的编制6.1编程方法的选择为了减少人工编程劳动量，提高编程效率及准确度，确定该零件程序选用UG软件进行自动编程。6.2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。6.3走刀路线的生成该零件结构形状比较复杂，故选用UG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：（1）整体开粗的刀具轨迹路径，运用软件的“型腔铣削”功能生成。图6.1整体开粗的刀具路径（2）半精铣型腔和腔内凸台轮廓刀具路径，运用软件里的“深度加工轮廓”功能生成。图6.2半精铣型腔和腔内凸台轮廓的刀具路径（3）精铣薄壁凸台轮廓刀具路径，运用软件里的“型腔铣削”功能生成。图6.3精铣薄壁凸台轮廓刀具路径（4）精铣腔内凸台中间的连接平面的刀具路径：运用“型腔铣削”功能生成。图6.4精铣腔内凸台中间的连接平面的刀具路径（5）精铣型腔底面及侧壁的刀具路径：运用“型腔铣削”功能进行生成。图6.5精铣型腔底面及侧壁的刀具轨迹（6）精铣球面的刀具路径：运用“固定轮廓铣削”功能生成。图6.6精铣球面的刀具路径（7）钻2-Φ10H7孔的刀具路径，运用“钻孔”功能生成。图6.7钻2-Φ10H7孔的刀具轨迹6.4后处理设置全选所有刀具路径，然后单击“后处理”按钮，将弹出如图6.8所示对话框。图6.8后处理设置单击确定，将得到如图6.9所示加工程序。图6.9加工程序加工程序清单：%G40G17G49G80G90G53N10(CAVITY_MILL)T01M06;(D=12.00R=0.00F=50.00L=75.00)T02G0X-86.999Y0.0S2000M03G43Z10.H00Z2.063G1Z-.938F1250.M08X-75.599Y49.998G2X-75.536Y50.308I.627J-.028X-75.309Y50.535I.565J-.337X-75.Y50.598I.338J-.565G1X75.G2X75.309Y50.535I-.029J-.627X75.536Y50.308I-.338J-.565X75.599Y49.998I-.565J-.337G1Y-49.998G2X75.536Y-50.308I-.627J.028X75.309Y-50.535I-.565J.337X75.Y-50.598I-.338J.565G1X-75.G2X-75.309Y-50.535I.029J.627X-75.536Y-50.308I.338J.565X-75.599Y-49.998I.565J.337G1Y0.0X-69.599Y44.598X14.275Y38.598G3X13.552Y38.099I11.024J-15.598X12.872Y37.545I11.746J-15.099X12.239Y36.938I12.426J-14.545G2X10.158Y35.225I-12.239J13.062X7.827Y33.868I-10.158J14.775X5.318Y32.877I-7.827J16.132X2.69Y32.273I-5.318J17.123X0.0Y32.07I-2.69J17.727X-2.69Y32.273I0.0J17.93X-5.318Y32.877I2.69J17.727X-7.827Y33.868I5.318J17.123X-10.158Y35.225I7.827J16.132X-12.239Y36.938I10.158J14.775G3X-12.872Y37.545I-13.059J-13.938X-13.552Y38.099I-12.426J-14.545X-14.275Y38.598I-11.746J-15.099G1X14.275Y44.598X69.599Y-44.598X55.369Y-38.598G3X57.344Y-36.877I-10.369J13.598X59.012Y-34.854I-12.344J11.877X60.352Y-32.6I-14.012J9.854X61.332Y-30.168I-15.352J7.6X61.929Y-27.614I-16.332J5.168X62.1Y-25.I-16.929J2.614G1Y-18.574G3X61.965Y-16.066I-19.1J0.0X61.472Y-13.602I-18.965J-2.508X60.661Y-11.223I-18.472J-4.973X59.519Y-8.986I-17.661J-7.351G2X58.32Y-6.578I15.481J8.986X57.524Y-4.007I16.68J6.578X57.121Y-1.346I17.476J4.007Y1.346I17.879J1.346X57.524Y4.007J-1.346X58.32Y6.578I17.476J-4.007X59.519Y8.986I16.68J-6.578G3X60.661Y11.223I-16.519J9.588X61.472Y13.602I-17.661J7.351X61.965Y16.066I-18.472J4.973X62.1Y18.574I-18.965J2.508G1Y25.………………由于自动编程程序代码较多，此处有省略，完整的程序请查看TXT文本。X23.481Y9.843Z-12.996X23.65Y9.697X23.695Y9.658Z-12.877X23.829Y9.507Z-12.518X23.877Y9.46Z-12.482X23.903Y9.437Z-12.466X23.971Y9.377Z-12.432X24.018Y9.328Z-12.405X24.051Y9.281Z-12.382X24.068Y9.266Z-12.373X24.135Y9.202Z-12.325X24.163Y9.183Z-12.313X24.352Y8.988Z-12.453X24.437Y8.904Z-12.496X24.478Y8.859Z-12.51X24.484Y8.853Z-12.515X24.516Y8.824Z-12.55X24.595Y8.744Z-12.669X24.622Y8.718Z-12.719X24.679Y8.669Z-12.925X24.696Y8.65Z-12.996X24.557Y8.81X24.537Y8.831Z-12.916X24.528Y8.839Z-12.883X24.489Y8.871Z-12.787X24.473Y8.886Z-12.765X24.455Y8.904Z-12.737X24.382Y8.974Z-12.677X24.308Y9.048Z-12.639X24.163Y9.193Z-12.536X24.133Y9.214Z-12.555X24.094Y9.259Z-12.579X24.049Y9.299Z-12.604X24.028Y9.328Z-12.618X23.959Y9.399Z-12.655X23.93Y9.431Z-12.701X23.818Y9.549Z-12.996X23.981Y9.392X24.047Y9.316Z-12.823X24.102Y9.267Z-12.794X24.151Y9.212Z-12.765X24.163Y9.203Z-12.759X24.341Y9.031Z-12.868X24.387Y8.987Z-12.923X24.405Y8.97Z-12.975X24.411Y8.965Z-12.996X24.193Y9.181X24.163Y9.211Z-12.978X24.157Y9.216Z-12.98X24.144Y9.23Z-12.996X23.673Y9.688Z-13.423X23.139Y10.208Z-13.665X22.579Y10.753Z-13.705X22.03Y11.288Z-13.543X21.53Y11.775Z-13.187X21.113Y12.181Z-12.663G0Z-4.4Z10.M09M05G91G28Z0.0N70(DRILLING)T06M06;(D=9.50Tipangle=118.00F=35.00L=50.00)T07G0X-64.371Y35.S0M03G43Z12.H00G81Z-34.354R12.F250.X64.371Y-35.G80M09M05G91G28Z0.0N80(BORING)T07M06;(D=10.00R=0.00F=0.00L=100.00)T01G0X-64.371Y35.S1000M03G43Z12.H00G85Z-31.5R12.F250.X64.371Y-35.G80M09M05G91G28Z0.0M30%6.5仿真加工全选所有刀具路径，然后单击“确认到轨”按钮，将弹出如图6.10所示对话框，在对话框中，选择“2D动态”，然后单击“”按钮即可进行仿真模拟，最后得到的仿真效果图如图6.11~6.16所示。图6.10仿真操作对话框图6.11整体开粗后的仿真效果图图6.12半精铣型腔和腔内凸台轮廓后的仿真效果图图6.13精铣薄壁凸台轮廓后的仿真效果图图6.14精铣腔内凸台中间的连接平面后的仿真效果图图6.15精铣型腔底面及侧壁后的仿真效果图图6.16精铣球面后的仿真效果图图6.17钻孔后的仿真效果图设计总结通过这次的毕业