十字凸臺典型零件的數(shù)控銑削加工工藝設(shè)計與編程仿真

典型銑削零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計與編程摘要隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其在機械制造業(yè)中應(yīng)用極其的廣泛。而中國作為一個制造業(yè)的大國，掌握先進的數(shù)控加工工藝和好的編程技術(shù)也是相當重要的。本文的主要寫作目的是為了驗證在校幾年的學(xué)校以及實踐過程中所學(xué)的知識，所以選擇了一個典型的銑削零件來闡述數(shù)控銑削的加工工藝以及編程設(shè)計，此次設(shè)計不僅能夠驗證自己的知識，同時也能提高自己的知識，通過此次設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己原來很多不足的地方，同時在設(shè)計中不斷的改進，使自己的能力上了個新臺階，使我對數(shù)控銑削工藝有了更高的認識。關(guān)鍵詞：工藝分析工件裝夾刀具數(shù)控編程

目錄32082摘要 2249341.前言 355302.零件圖樣分析 593063.機床設(shè)備的選擇 6313134.工件的裝夾 656514.1毛坯的選擇 6192464.2零件的裝夾 792325.工藝路線 7293815.1表面加工方法的選擇 737185.2加工階段的劃分 8151275.3工藝路線的安排 8121886刀具的選擇 8139086.1刀具的選擇原則 9154936.2數(shù)控銑削刀具的選擇 9177547.切削用量的選擇 10228657.1切削用量對機械加工的影響 10204727.2切削用量的選取 10231828.擬定機械加工工藝過程卡片和數(shù)控加工工序卡片 1173199.數(shù)控編程 1226829設(shè)計小結(jié) 1626150致謝 1715706參考文獻 181.前言畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)學(xué)習生活的很重要的一部分，是我們在校學(xué)習的最后的一個環(huán)節(jié)，是評價我們是否是一個合格大學(xué)生的一個很重要標準，因此在做畢業(yè)設(shè)計時，我都懷著很重視的態(tài)度去做的。在剛接到要做畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)，我一下子感到無從下手，有點迷茫，由于從沒有做過這樣的設(shè)計，經(jīng)過幾天的查找資料，我發(fā)現(xiàn)數(shù)控加工是機械行業(yè)一門新的專業(yè)，數(shù)控技術(shù)是數(shù)字程序控制數(shù)控機械實現(xiàn)自動工作、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。它廣泛用于機械制造和自動化領(lǐng)域，較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)過程自動化問題。隨著計算機、自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機床、機器人以及各類機電一體化設(shè)備上。同時，社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對數(shù)控裝置和數(shù)控機械要求在理論和應(yīng)用方面有迅速的發(fā)展和提高。隨著改革開放深入發(fā)展，全國特別是國有大中型企業(yè)及三資企業(yè)，在生產(chǎn)中都廣泛地應(yīng)用了數(shù)控加工技術(shù)和計算機輔助加工技術(shù)。由于市場競爭日益激烈，從而導(dǎo)致對專業(yè)人才的大量需求。隨著民營經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)(如廣東，浙江、江蘇、山東)，數(shù)控人才更是供不應(yīng)求，所以我覺得數(shù)控行業(yè)有著十分廣闊的前景，所以就有試著做這方面設(shè)計的念頭，又因為我們在校時也開了這方面的課程，我對數(shù)控的編程又有一定的了解，就選擇典型零件的數(shù)控銑床銑削編程與操作設(shè)計這個課題。要成為數(shù)控編程員就要具備：掌握數(shù)控加工工藝知識和數(shù)控機床的操作，掌握機械的設(shè)計和制造專業(yè)知識，熟練掌握三維CAD、CAXA、UG軟件，熟練掌握數(shù)控手工和自動編程等技術(shù)；這樣的高的要求就更能考察我們的綜合知識掌握的怎么樣，所以我愿意接受這個任務(wù)，來自我檢驗一下自己是否合格一個的大學(xué)生。經(jīng)過一個多月的準備，我的畢業(yè)設(shè)計終于告以段落，一個多月的忙碌對我來說有著豐富的收獲，我學(xué)會了如何與同學(xué)、老師的溝通，學(xué)會了與同學(xué)配合完成任務(wù)，學(xué)會了如何利用圖書、網(wǎng)絡(luò)搜集信息等。數(shù)字控制機床（NumericallyControlledMachineTool）簡稱數(shù)控(CNC)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。數(shù)控機床是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)，通過計算機按事存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成。它的出現(xiàn)以及所帶來的巨大效益，引起世界各國科技界的普遍重視。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標志。數(shù)控機床作為裝備制造業(yè)的核心技術(shù)應(yīng)用，是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，對制造業(yè)提高加工質(zhì)量和效率有著重要的意義。數(shù)控銑在數(shù)控加工中占了一定的地位，它可以加工外形、曲面、孔、螺紋等形狀特征，下面來介紹一下一十字凸臺數(shù)控銑削加工工藝過程及編程。2.零件圖樣分析分析零件圖樣是工藝準備中的首要工作，直接影響零件的工藝編制及加工結(jié)果。主要包括以下幾項內(nèi)容：分析加工輪廓的幾何條件：主要目的是針對圖樣上不清楚尺寸及封閉的尺寸鏈進行處理。分析零件圖樣上的尺寸公差要求，以確定控制其尺寸精度的加工工藝，如刀具的選擇及切削用量的確定等。分析形狀和位置公差要求：對于數(shù)控切削加工中，零件的形狀和位置誤差主要受機床機械運動副精度的影響。分析零件的表面粗糙度要求，材料與熱處理要求，毛坯的要求，件數(shù)的要求也是對工序安排及走刀路線的確定等都是不可忽視的參數(shù)。圖1十字凸臺的零件圖圖1所示為十字凸臺的零件圖，該零件主要加工部位有平面、輪廓、分層輪廓等，圖中尺寸標注齊全，零件的尺寸公差較高，表面粗糙度一般，材料為鋁件，質(zhì)軟，易于切削加工。3.機床設(shè)備的選擇此零件為中小批量加工。故其毛坯可以在普通機床上完成粗加工，其余內(nèi)容在數(shù)控機床上加工。在普通機床上加工毛坯時，首先確定一個加工基準面，以保證在加工時平行度的要求，為在數(shù)控機床上的加工準備好定位基準面。根據(jù)零件尺寸和加工精度的要求，綜合分析現(xiàn)有機床可知XH714D立式數(shù)控加工中心適合于此工件的加工。XH714D立式數(shù)控加工中心的主要技術(shù)參數(shù)如下表：4.工件的裝夾4.1毛坯的選擇零件毛坯的加工選擇應(yīng)具有如下要求：滿足設(shè)計使用需要、具有良好的經(jīng)濟性、良好的切削性、取材方便。在制定機械加工工藝規(guī)程時，正確選擇合適的毛坯，對零件的加工質(zhì)量、設(shè)備和刀具的材料的消耗和加工工時都有很大的影響。毛坯的選擇不僅要考慮經(jīng)濟性、實用性，還要考慮到現(xiàn)有的設(shè)備及工人的技術(shù)等級等。顯然毛坯的尺寸和形狀越接近成品零件，機械加工的勞動量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，綜合考慮毛坯制造和機械加工的費用來確定毛坯，以求得最好的經(jīng)濟效益。根據(jù)零件的圖樣分析以及零件的材料要求，選擇鋁件；依據(jù)毛坯的選擇原則，綜合考慮零件的使用要求，以及機械加工的效率和經(jīng)濟性，確定毛坯的尺寸為φ60×30mm。4.2零件的裝夾該零件的毛坯結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，其裝夾方式可直接平口鉗進行裝夾，在數(shù)控銑床上加工。根據(jù)本零件加工的技術(shù)要求和零件結(jié)構(gòu)特點，選擇外圓柱面和下端面作為定位基準。本零件毛坯為軸類零件選用夾具為平口鉗（圖2），其基礎(chǔ)限制工件X、Y、Z、三個自由度。通過鉗口將零件夾緊，夾緊力在外圓柱面上。圖2平口鉗5.工藝路線零件機械加工的工藝路線是指零件生產(chǎn)過程中，由毛坯到成品所經(jīng)過的工序先后順序。在擬定工藝路線時，除了首先考慮定位基準的選擇外，還應(yīng)當考慮各表面加工方法的選擇工序集中和分散的程度，加工階段的劃分和工序先后順序的安排等問題。5.1表面加工方法的選擇表面加工方法的選擇就是為零件上每一個有質(zhì)量要求的表面選擇一套合理加工方法。在選擇時一般先根據(jù)表面的精度及粗糙度要求選定最終加工方法，然后再確定精加工前準備工序的，即確定加工方案。由于獲得同一精度和粗糙度的加工方法有幾種，在選擇時除了考慮生產(chǎn)率要求和經(jīng)濟效益外，還應(yīng)考慮下列因素：（1）工件材料的性質(zhì)。（2）工件的結(jié)構(gòu)和尺寸。（3）生產(chǎn)類型。（4）具體的生產(chǎn)條件。從圖1中可以看出，該零件表面粗糙度為Ra3.2um，精度要求較高，又因該零件為鋁，其切削性能好，硬度低，因此確定該表面的加工方法為：粗銑→精銑。在粗銑時應(yīng)盡快的去除零件的加工余量，給精加工留與合適的切削深度，本題中給0.3mm余量。5.2加工階段的劃分針對該零件的形狀特性及精度要求，將該零件劃分為以下幾個階段：粗加工階段——主要任務(wù)是切除表面上的大部分余量，其關(guān)鍵問題是提高生產(chǎn)率。精加工階段——保證各主要表面達到圖樣尺寸及精度要求，其主要問題是如何保證加工質(zhì)量。5.3工藝路線的安排根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)工藝性、生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)要求，確定該零件的工藝路線如下所述：工序1下料，準備φ60×30mm的棒料，材料為鋁。工序2裝夾零件，加工零件外型，留有精加工余量。工序3加工零件第二個臺階面，留有精加工余量。工序4精加工零件各個表面輪廓。工序5掉頭裝夾，銑削底面保證總厚度。工序6去毛刺。工序7檢驗。6刀具的選擇刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。6.1刀具的選擇原則選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時間內(nèi)所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。6.2數(shù)控銑削刀具的選擇在數(shù)控加工中，銑削平面零件內(nèi)外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：一是銑刀半徑RD應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/4-1/6)RD，以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑削內(nèi)槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r，即直徑為d=2Re=2(R-r)，編程時取刀具半徑為Re=0.95(Rr)。對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。綜上所述，并根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特性，確定該零件的數(shù)控加工刀具如表1所示。表1數(shù)控銑削刀具卡片刀具號刀具名稱刀具規(guī)格加工表面T01面銑刀Φ60mm上下兩平面T02立銑刀Φ12mm粗銑階梯輪廓以及外輪廓T03立銑刀Φ8mm粗精銑階梯輪廓以及外輪廓7.切削用量的選擇7.1切削用量對機械加工的影響（1）對加工質(zhì)量的影響Vc的影響。因為Vc對切削溫度θ影響最大，所以Vc主要是通過θ來影響加工質(zhì)量的。隨著Vc的增加，θ上升，工件的溫升變形和刀具磨損加快，使誤差加大。同時，工件表面層的熱應(yīng)力、金相組織發(fā)生變化，使工件表面質(zhì)量下降。F的影響。F主要是通過已加工表面的殘留面積來影響表面粗糙度的。在中等以上f時，降低f可降低表面粗糙度值；但當?shù)退偾邢鳎?.05——0.15mm/r）時，由于存在塑性變形故可使Ra增大。的影響，主要是通過切削力來影響加工質(zhì)量的。隨著的加大，切削力成正比地增加，工藝系統(tǒng)發(fā)生變形、振動等，使加工精度和表面粗糙度下降。（2）對刀具使用壽命的影響刀具耐用度T與刀具總?cè)心ゴ螖?shù)n的乘積稱為刀具壽命。它是一把刀從開始使用到完全報廢所經(jīng)過的切削時間。對刀具壽命的影響主要從對耐用度的影響來分析。Vc、f、增加時，刀具磨損加劇，耐用度降低，其中影響最大的是Vc，其次是f，影響最小的是，因此，貴重、精密的刀具是不宜采用高速切削和大進給量切削的。（3）對生產(chǎn)效率的影響在一定的切削條件下，合理選擇切削用量是提高切削效率、保證刀具耐用度和加工質(zhì)量的主要手段。7.2切削用量的選取粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本。它的主要目的是快速地去除工件表面的殘余金屬，所以在機床功率允許的前提下應(yīng)盡可能的提高效率，以便提高機床的利用率。在確定切削用量時，首先應(yīng)該考慮切削深度，這樣可以達到在短時間內(nèi)快速除去金屬的目的，提高單位時間內(nèi)的切削量。精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取決于機床精度和加工殘余的均勻程度，因此，要避免在加工過程中受力的突然變化，使切削力均勻；工件的表面粗糙度主要取決于切削速度，切削速度的大小是由刀具直徑的大小和主軸轉(zhuǎn)速的高低決定的。綜上所述，根據(jù)該零件的工藝特性，確定該零件的切削用量如表2所示。表2切削用量表加工部位加工刀具號主軸轉(zhuǎn)速（r/min）進給速度（mm/min）切深（mm）粗粗粗銑平面T016002001粗銑臺階輪廓及外輪廓T0212001001粗銑臺階輪廓及外輪廓T0318002001精銑臺階輪廓及外輪廓T0325001500.38.擬定機械加工工藝過程卡片和數(shù)控加工工序卡片編制機加工藝卡片是用來指導(dǎo)工人加工的，一般簡易的工藝卡片中需編制簡易的工藝流程、工序名稱、工裝等。表3機械加工工藝過程卡片機械加工工藝過程產(chǎn)品名稱凸臺材料鋁毛坯尺寸Φ60×30mm序號工序名稱工序內(nèi)容車間設(shè)備工裝1下料下φ60×30mm棒料機加車間2銑裝夾零件，加工零件外型，留有精加工余量。機加車間數(shù)控銑床三爪卡盤3銑加工零件第二個臺階面，留有精加工余量。機加車間數(shù)控銑床三爪卡盤4銑精加工零件各個表面輪廓。機加車間數(shù)控銑床三爪卡盤5銑掉頭裝夾，銑削底面保證總厚度機加車間數(shù)控車床三爪卡盤6鉗去毛刺7檢檢驗圖上各處尺寸表4數(shù)控加工工序卡片機械加工工序卡產(chǎn)品名稱十字凸臺材料鋁毛坯尺寸Φ60×30mm工步號工步內(nèi)容主軸轉(zhuǎn)速（r/min）進給速度（mm/min）背吃刀量（mm）1下φ60×30mm棒料2裝夾零件，加工零件外型，留有精加工余量。60020013加工零件第二個臺階面，留有精加工余量。120010014精加工零件各個表面輪廓。18002000.35掉頭裝夾，銑削底面保證總厚度120010019.數(shù)控編程編程是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數(shù)控編程又可分為手工編程和自動編程兩類。手工編程時，整個程序的編制過程是由人工完成的。這要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備有機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。自動編程是用計算機把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作有計算機來實現(xiàn)。本題中的零件形狀復(fù)雜，尺寸不易于計算，因此采用自動編程，但對于平面銑削，仍然采用手工編制。以下便是該零件的加工程序清單（1）銑削平面時的程序O0001T01M06M01G00G90G54X60Y0G43H1Z25M08G00Z-2G01X-60F200Z-2.5S1000X60F150G00Z150M30(2)銑削輪廓時的加工程序該部分的加工是由UG軟件自動編制的程序，其走刀軌跡如下圖所示。圖9.1銑削零件外輪廓的走刀路徑因為使用φ12的立銑刀加工全部輪廓特征的時候，R4的圓弧角沒辦法完全加工，所以使用φ8的立銑刀清根加工。圖9.2清根加工該次走刀過程中，最后一次進刀量為0.3mm，即精加工。圖9.3輪廓精加工根據(jù)以上走刀路徑，采用CAM軟件自動生成這幾個軌跡的程序詳見附件加工程序。設(shè)計小結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計論文經(jīng)過幾個月的努力終于完成了。從開始拿到論文題目，進行加工過程的分析，到完成整個論文都經(jīng)過了仔細的考慮，每一個設(shè)計過程都經(jīng)過了詳細的推敲，確保論文的準確性，本次設(shè)計考驗了我學(xué)習的知識面的寬度，及運用知識的靈活度，對我來說是一個重大挑戰(zhàn)。此次畢業(yè)設(shè)計讓我有了一個獨立完成一次大工作量設(shè)計的機會，其中所需的知識將使我受益終身。在此次設(shè)計過程中我遇到了許多不懂的問題，通過查閱資料和請教老師同學(xué)有了深刻了解。在設(shè)計中我熟練掌握了CAD繪圖軟件的使用方法，并能夠運用這個軟件熟練繪圖。對Word的使用水平也有了很大提高，讓我可以熟練進行操作。在設(shè)計過程中我學(xué)會了分析零件及掌握零件的加工工藝及加工路線的制定方法，獨立完成手工編程，從而大大提高了自己的識圖能力和數(shù)控知識的進一步掌握，提高了我分析問題解決問題的方法。這對我今后的工作和學(xué)習有著巨大的幫助。我個人所學(xué)知識有限，論文作品不是很成熟，還有很多不足之處。但是看著自己的論文，自己的設(shè)計，真是莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。

這次做業(yè)設(shè)計論文鍛煉了我獨立學(xué)習的能力，還培養(yǎng)了我善于思考的品質(zhì)，使我在遇到困難時勇于前進，仔細探索不向困難屈服。本次設(shè)計是真正的自己學(xué)習自己研究的過程，沒有學(xué)習就沒更深的研究探索，沒有研究探索就不會有新的突破。在本次設(shè)計的所學(xué)習的經(jīng)驗和知識將會我在今后的工作和學(xué)習起到不可估量的作用。致謝本設(shè)計在老師的悉心指導(dǎo)和嚴格要求下已完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計和調(diào)試，無不凝聚著老師的心血和汗水，在幾年的學(xué)習和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。感謝他們傳授給我各方面的知識，如果沒有他們授予我的教育，我也不會有今天的成績。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。本次畢業(yè)設(shè)計我能夠按時完成，要感謝幫助我的老師和同學(xué)，因為自己的水平有限，所以在設(shè)計過程中難免會遇到許多問題。是他們熱心的幫助及鼓勵使我能夠堅定信念繼續(xù)進行設(shè)計。讓我體會到了集體的溫暖和團隊協(xié)作精神，對我今后的學(xué)習和生活有極大的意義。使我知道遇到問題要不怕吃苦及時解決