典型零件的数控加工工艺编制及仿真加工中心Word文件下载.docx

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图1.2立式加工中心

主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。

按加工中心立柱的数量分；

有单柱式和双柱式（龙门式）。

图1.3龙门加工中心

按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分：

有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。

三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。

按工作台的数量和功能分：

有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。

按加工精度分：

有普通加工中心和高精度加工中心。

普通加工中心，分辨率为1μm，最大进给速度15～25m／min，定位精度l0μm左右。

高精度加工中心、分辨率为0.1μm，最大进给速度为15～100m／min，定位精度为2μm左右。

介于2～l0μm之间的，以±

5μm较多，可称精密级。

（2）加工中心的结构组成

加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。

图1.4立式加工中心的外形结构

基础部件。

它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承

受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。

这些大件可

以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。

主轴部件。

由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。

主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。

数控系统。

加工小心的数控部分是由cNc装置，可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。

它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。

自动换刀系统。

由刀库、机械手等部件组成。

当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手（或通过其他方式）将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。

辅助装置。

包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。

这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。

1.2加工中心的加工工艺特点

数控加工柔性好，自动化程度高，特别适宜加工轮廓形状复杂的曲线，曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的复杂箱体，棱体零件，在多品种、小批量生产情况下，使用数控机床加工能获得较高的经济效益。

数控加工工艺问题的处理与普通加工基本相同，但又有其特点。

因此，在设计零件的数控加工工艺时，既要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，又要考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。

（1）零件装夹方法的确与夹具选择，数控机床上被加工零件的装夹方法与一般机床上一样，也要合理选择定位基准和夹紧方案。

在选择精基准时，也要遵循“基准统一”和“基准重合”等原则，除此之外，还应考虑一几点：

1）听尽量在一次定位夹紧中完成所有能加工的各表面的加工，为此要选择便于各个表面都可被加工的定位方式。

如对箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，带工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。

2）对于工件一次装夹可完成工件上各个表面的加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求要高一些。

3）对于加工中心，工件在工作台上的安放位置的确定要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。

如进行单工位单面加工，应将工件靠工作台一侧放置在工作台的正中位置。

这样可减少刀杆伸出长度，提高具刚度。

4）数控加工中使用的夹具，其结构大多比较简单，并应尽可能选用由通用元件拼装的组合可调节夹具，以缩短生产准备周期。

为了简化定位、编程和对刀，保证工件能在正确的位置上按程序加工，必须协调工件、夹具与机床坐标系之间的尺寸关系。

（2）加工顺序的安排，除了因按照“先面后孔”“先粗后精”等基本原则安排加工顺序外，还应注意遵循以下原则：

1）为了件少换刀次数和时间，通常应按刀具集中工序。

即在一次装夹中，用同一把刀具加工完工件上所有需要压该刀具加工的各个部位后，在换下一把刀具进行加工。

对于加工中心，若换刀时间较工作台转位时间，则应采用相同工位集中加工完毕所有可以加工的待加工表面，然后在转动工作台去加工其他表面。

2）对于同轴度要求很高的孔系，应在一次定位后（同一工位下），通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该孔系的全部孔后，在加工其他坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度。

（3）对刀点和换刀点的确定，对刀点是数控加工时刀具相对于工件运动的起点。

由于程序也是从这一点开始执行，所以对刀点也称作程序起点或起刀点。

编程时应首先考虑对刀点位置的选择。

加工精度要求不高时，可直接用工件上或夹具上的某些表面作对刀面；

加工精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的零件，取孔的轴心作为对刀点就比较合适。

对刀点必须与工件的定位基准有一定坐标关系，这样才能确定机床标系与工件坐标系之间的关系。

对刀点的选择应便于坐标值的计算，并使对刀方便。

对刀时，应是使对刀点与刀位点重合。

所谓刀位点，对于平底立铣刀是指刀具轴线与刀具底面的交点；

对于球头铣刀是指球头部分的球心；

对于车刀是指刀尖；

对于钻头是指钻尖；

对于线电极切割机床，则是指线电极轴心与零件面的焦点。

加工过程中需换刀时，应规定换刀点，换刀点的位置应根据换刀时不得碰伤工件、夹具以及机床的原则而设定。

（4）刀具进给路线的规划，进给路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）想对于被加工零件的运动轨迹，规划进给路线时应遵循的原则是：

1）保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量。

2）使数值计算工作简单。

3）使进给路线最短。

铣削平面零件轮廓时，一般采用立铣刀的侧刃切削，为了保证工件的外形光滑，铣刀的切入和切出点应沿零件周边外延布置如果铣刀沿零件轮廓法想直接切如零件，将在零件外形上留下明显刀痕。

铣削平面零件内槽的封闭轮廓时，切入切出不能有外延部分。

这时可沿零件轮廓的法线切入或切出，可能时其切入和切出点做好选在零件轮廓两几何元素的交点处。

轮廓加工中应避免进给停顿，因为加工过程中，工件、刀具、夹具以及机床等都有少量的弹性变形，进给停顿会使切削力减小，刀具将在工件表面留下凹痕。

对于孔的位置精度要求高的零件，在精镗孔系时，安排镗孔路线一定要注意做到各孔的定位方向一致，避免反向间隙的影响。

（5）刀具选择，数控加工台时费用高，为提高效益，数控加工对刀具提出了更高要求，不仅要刚性好，精度高，而且要尺寸稳定、耐用度高。

调整方便。

因此凡加工情况允许选用硬质合金刀具时，就不应选用高速钢具刀。

应尽量选用可转位刀片以减少刀具磨损后的更换和预调时间，选用涂层刀具以提高耐磨性。

精密镗孔应选用性能更好更耐磨的金刚石和立方氧化硼刀具。

数控加工一般不采用钻模，钻孔刚度差，因此钻孔前应选用大直径钻头或中心先锪一个被锥坑或钻一中心孔，作为钻头切入时的定心锥面，然后在用钻头钻孔。

铰孔采用浮动铰刀，铰前孔口要倒角，铰刀两刀刃对称度要控制在0.02～0.05mm之内。

由于镗孔是悬臂加工，为平衡径向力，减轻镗削振动，应采用对称的两刃或多刃镗刀头进行切削。

精镗应采用微调镗刀。

（6）切削用量的确定，数控加工的切削用量选择原则与普通加工相同。

由金属切削原理可知，在选择切削用量时，应首先采用最大的切削深度，再选用大的进给量，然后根据确定的刀具耐用度选择切削速度。

对于数控加工，刀具耐用度至少应大雨加工完一个零件，或最少不低于半个工作班。

在轮廓加工中，应注意克服由于惯性或伺服系统的随动误差而造成轮廓拐角处的“超程”或“欠程”现象。

为此，要选择变化的进给量，即在接近拐角处应适当降低进给量，过拐角后在逐渐升高，以保证加工精度。

（7）程编误差及其控制，程序编制中的误差由逼近误差、插补误差和尺寸圆整误差三部分组成。

在点位数控加工中，编程误差只包含尺寸圆整误差，在轮廓加工中，程编误差主要是插补误差，尺寸圆整误差所占的比例较小。

一般应控制尺寸圆整误差不超过脉冲当量的一半。

减小插补误差的最简单方法是密化补点，但这会增加程序段数目，增加计算、编程工作量、通常程编误差应小于零件公碴的10%～20%。

第二章零件加工工艺分析

2.1零件图工艺分析

（1）审查图纸。

该工件图纸尺寸标注完整、正确、符合数控加工要求，加工部位清楚明确。

（2）零件的结构工艺性分析。

该零件材料为45号钢，毛胚为65*65*40mm，要求在数控加工中心上面铣削零件的6个平面，铣型腔，铣外轮廓，钻孔以及铰孔，工艺性好。

（3）零件图纸技术要求分析

该零件要求加工部位的6个平面表面粗糙度Ra为1.6um，要求精度高。

其余加工部件的表面粗糙度Ra为3.2um。

对图纸上的一些数值进行如下处理，见下图：

图2.1所要加工的零件尺寸

改为如下图所示

图2.2处理后的尺寸

（以上数值单位为：

mm），要求很高。

2.2选择设备及刀具

该工件需要加工的步骤比较多、车床需要有刀库，所以选用型号为VUCL600的加工中心即能加工。

根据工件的加工顺序，以及工件本身的特点，加工上下平面选用φ80mm的高速钢立铣刀，内槽选用φ10mm的高速钢立铣刀，外轮廓选用φ20mm的高速钢立铣刀。

钻孔选用φ5mm的麻花钻头、φ6mm的直柄机用铰刀，钻大孔选用φ11mm的钻头、φ12mm的直柄机用铰刀

2.3确定零件的定位基准和装夹方式

根据该工件的加工顺序以及该工件本身的特点，选择螺栓压板组合和平口台虎钳两套夹具

2.4确定加工路线

起始点上图所示为工件上平面加工路线

图2.3工件键槽的走刀路线

上图所示为工件内槽的加工路线

2.5确定切削参数

根据上述加工工艺路线设计

（1）该零件上平面有3.2125mm的加工余量，分为粗铣、半精铣和精铣三道工步。

即粗铣时背吃刀量ap取2.0mm，半精铣时背吃刀量ap取0.8mm，精铣时背吃刀量ap取0.2125mm。

在根据表5-5和表5-4所提供的参考值，粗铣时vc取60m/min，每齿进给量fz选0.10mm/z，半精铣时vc取70m/min，每齿进给量fz选0.12mm/z，精铣时vc取85m/min，每齿进给量fz选0.06mm/z。

（2）铣零件的前平面，即粗铣时背吃刀量ap取2.0mm，半精铣时背吃刀量ap取0.4mm，精铣时背吃刀量ap取0.2075mm。

（3）铣零件后平面即粗铣时背吃刀量ap取2.0mm，半精铣时背吃刀量ap取0.4mm，精铣时背吃刀量ap取0.2075mm。

（4）铣外轮廓，即粗铣时背吃刀量ap取1.5mm，半精铣时背吃刀量ap取0.7mm，精铣时背吃刀量ap取0.2075mm。

（5）铣型腔，该零件键槽的加工余量为13.975mm,即粗铣时背吃刀量ap取3.0mm，半精铣时背吃刀量ap取1.76mm，精铣时背吃刀量ap取0.2125mm。

（6）钻直径为6mm的孔，选用φ5mm的钻头钻孔，然后精铰至φ6mm。

钻φ12mm的孔，选用φ11mm的钻头打孔，然后半精铰至φ11.85mm，最后精铰至φ12mm.

（7）该零件下平面有23.2125mm的加工余量，分为粗铣、半精铣和精铣三道工步。

即粗铣时背吃刀量ap取3.0mm，半精铣时背吃刀量ap取2.0mm，精铣时背吃刀量ap取0.2125mm。

2.6确定编程原点、编程坐标系、对刀位置及对刀方法

编程原点：

零件中心点，编程坐标系：

XY、ZY、XZ三个平面

对刀位置：

X轴的对刀位置在零件的左侧面、Y轴的对刀位置在零件的右侧面、Z轴的对刀位置在零件的上平面。

对刀方法：

Z向对刀

2.7编制刀具卡片和工序卡片填写数控加工工序卡和刀具卡

加工中心零件的数控加工工序卡

单位名称

无锡商业职业技术学院

产品名称或代号

零件名称

零件图号

工序号

程序编号

夹具名称

加工设备

车间

平口台虎钳

加工中心VMCL600

数控加工中心

工步号

工步内容

刀具号

刀具规格

主轴转速

进给速度

刀具补偿号

/mm

/（r/min）

/（mm/min）

长度

半径

1

粗铣上平面留1.0125mm余量

T01

φ80

700

150

H01

2

粗精铣上平面留0.215余量

800

100

3

精铣上平面

1000

80

4

粗铣前表面留0.6075mm余量

T02

φ20

H02

5

粗铣前表面留0.2075mm余量

850

120

6

精铣前表面

7

粗铣后表面留0.6075mm余量

8

粗铣后表面留0.2075mm余量

9

精铣后表面

10

粗铣左面外轮廓留0.9075mm余量

D06

11

半精铣外轮廓留0.2075余量

D05

12

精铣至指定尺寸

D04

13

14

15

16

粗铣型腔留1.975mm余量

T03

φ10

H03

D03

17

半精铣型腔留0.2125mm余量

D02

18

精铣型腔至指定尺寸

D01

19

钻两个φ5的通孔

T04

φ5

H04

20

精铰两个通孔至φ6

T05

φ6

H05

21

钻两个深度为4.025直径为11的孔

T06

φ11

H06

22

半精铰两个孔至直径为11.85mm

T07

φ11.85

110

H07

23

精铰两个孔至φ12mm

T08

φ12

H08

24

粗铣下平面留1.0125mm余量

25

粗精铣下平面留0.215余量

26

精铣下平面

编制

孙阿虎

审核

批准

2011年11月18日

共页

第页

加工数控加工刀具卡

数控铣零件

序号

刀具卡

刀具

规格名称

数量

刀长/mm

加工表面

备注

φ80mm高速钢面铣刀

实测

粗、半精、精铣下、上表面

φ20mm高速钢立铣刀

粗、半精、精铣前、后表面

粗、半精、精铣左右外轮廓

φ10mm高速钢立铣刀

粗、半精、精铣内槽

φ5mm麻花钻头

钻2Xφ5mm的孔

φ6mm直柄机用铰刀

精铰2Xφ6mm的孔

φ11mm麻花钻头

钻2Xφ11mm的孔

φ11.85mm直柄机用铰刀

半精铰2Xφ11.58mm的孔

φ12mm直柄机用铰刀

精铰2Xφ12mm的孔

第三章零件的仿真加工

3.1数控程序的调试及仿真加工

（1）选择机床。

通过对该零件的性质和规格，选用FANUC立式加工中心即可。

如图3-1所示

图3.1FANUC立式加工中心

（2）机床回零以及选择毛坯、夹具以及刀具。

如图3-2所示

图3.2毛坯、夹具以及刀具的选择

（3）车床对刀操作。

如图3-3所示

图3.3对刀

（4）加工零件上平面3-4所示

图3.4加工零件上平面

（5）加工零件外轮廓。

如图3-5所示

图3.5外轮廓的走刀路线和外轮廓的加工完成图

（6）铣零件的键槽。

如图3-6所示

图3.6铣键槽的走刀路线以及键槽的加工完成图

（7）阶梯孔的加工。

如图3-7所示

图3.7大孔的走刀路线和深孔的走刀路线

（8）零件完成图。

如图3-8所示

图3.8零件的模拟加工完成图

（9）加工编程程序

O0001

G54G90G40G49M03S800T01

G00X-80.0Y-30.0

Z30.0

G01Z-4.0F80

G42X-60.0D01

X25.0

G03X30.0Y-25.0R5.0

G01Y25.0

G03X25.0Y30.0R5.0

G01X-25.0

G03X-30.0Y25.0R5.0

G01Y-25.0

G03X-25.0Y-30.0R5.0

G01X60.0

G40X80.0

G00Z30.0

G01Z-8.0F80

G01Z-12.0F80

G01Z-14.0F80

X0Y0

G91G28Z0

T2M06

G00X-12.0Y-5.1

G41X-5.0D02

X18.0

G03X23.1Y0