B88腔体数控加工设计.docx

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B88腔体数控加工设计

摘要

B88腔体滤波器作为无线通信系统中重要的组成部分，其性能的好坏对无线网络发展有着至关重要的作用。

B88腔体由于加工形状、走刀路线比较复杂，普通铣床已不能满足加工要求，所以选择了数控加工中心进行加工。

加工中心能够对工件一次装夹后进行多工序加工按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，具有良好的经济效果。

本文设计主要内容：

1.B88腔体数控加工工艺设计。

通过毛坯分析，确定加工内容；选择合适机床、刀具、量具、夹具，确定定位与夹紧方案、切削用量、工步顺序；最后制定加工工艺路线。

2.B88腔体程序设计。

通过UG加工仿真，设定坐标系、刀具、切削参数，确定合理的走刀路线，最后完成该腔体的程序设计。

本文利用UG软件对该腔体进行加工仿真，选择了最优的走刀路线，大大提高产品的生产效率。

关键词：

数控技术；加工工艺；程序设计

ABSTRACT

B88recessedfilterswasusedasawirelesscommunicationsystemimportantconstituent,itsperformanceofwirelesshasaveryimportantroletonetworkdevelopment.OrdinarymillingmachinealreadycannotsatisfytherequirementsoftheprocessingtoB88recessedforprocessingshape,walkkniferoutewasmorecomplex,sochoosetheNCmachiningcenterformachining.Itcanprocessingmanyprocessesaftertheworkpieceafixtureaccordingtodifferentprocessestotheautomaticselection,changetool,automaticallyfindknife,automaticallychangeofspindlespeed,feedandsoon,whichcanbecompletedformanykindsofprocessofdrilling,milling,boring,reaming,tapping,greatlyreducetheworkpieceloadingtime,measurementandtheauxiliarymachineadjustmentproceduretime,hasthegoodeconomiceffect.

Themaincontentofthepaper:

1.TheNCmachiningprocessdesignofB88recessed.Throughtheblankanalysis,confirmedprocessingcontent;Choosetheappropriatemachinetools,measuringtools,cuttingtools,fixture,determinetheorientationandclampingandcuttingdosages,theorderofworking,andfinallymakeprocessingline.

2.TheprogramdesignofB88recessed.ThroughtheUGmachiningsimulation,andsetthecoordinatesystem,cuttingtools,cuttingparameters,thedeterminationofreasonablegokniferoute,finallycompletetherecessedprogramdesign.

ThispaperusingUGsoftwarefortherecessedprocesssimulation,choosethebestgokniferoute,andgreatlyimprovetheproductionefficiency.

Keywords:

Numericalcontroltechnology;Technologyprocess;Programdesign

第1章绪论

1.1国内外研究现状及意义

1.1.1复杂腔体数控加工国内外现状

在机械制造中，复杂腔体往往形状复杂，精度要求高，在通用机床上加工效率低、精度低、加工误差大；而数控机床具有的高柔性、高精度与自动检测到特性，使它能很好的解决单件、小批量，特别是复杂腔体类零件。

目前国外数控系统技术发展的总体趋势如下：

新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；驱动装置向交流、数字化方向发展；增强通信功能，向网络化发展；数控系统在控制性能上向智能化发展。

随着机床技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各发达国家投入巨资，对制造技术进行开发，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。

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、神经等多学术，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[1]。

国内数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收、引进技术阶段，“八五”期间建立国产化体系阶段，“九五”期间产业化阶段，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。

目前，较具规模的企业有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控系统。

经半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。

但是由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，还有不小的差距。

主要问题有以下几方面：

（1）技术创新成分低、消化吸收能力不足目前我国数控技术的研究主要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。

真正创新的成分不多，对国外技术的依赖度较高，对所引进技术的消化依旧停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有完全形成产品自主开发能力和技术创新能力。

技术引进是加快我国控技术发展的一条重要途径，但引进的技术要实现从根本上提高我国数控技术水平，必须进行充分的消化吸收。

消化吸收的力度不强，不但无法摆脱对国外技术的依赖，而且还会造成对国外技术依赖性增强的反作用。

（2）技术创新环境不完善我国尚未形成有利于企业技术创新的竞争环境。

企业技术创新的动力来源于对经济利益的追求和外部市场的竞争压力，其技术创新意识不强。

企业还没有建立良好的技术创新机制，绝大部分企业的技术创新组织仍处于一种分散状态，很难取得高水平的科研成果。

（3）产品可靠性、稳定性不高可靠性的指标一般采用平均无故障时间（MTBF，单位为h），国外数控系统平均无故障时间在10000h以上，国产数控系统平均无故障时间仅为3000—6000h。

这使得可靠性、稳定性上就与国外技术相差很大，必然影响产品的市场占有率。

（4）网络化程度不够我国数控技术的网络化程度不够，目前主要用于NC程序传送，采用纸带阅读器、串口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网络化水平有限。

（5）体系结构不够“开放”大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完善，少数具有开放功能的产品又不能形成真正的产品，只是停留在试验、试制阶段。

用户不能根据自己的需要将积累的技术经验融入到系统中，无形中流失了很多对数控技术改进、创新和完善的资源。

1.1.2选题的依据和意义

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,它广泛用于机械制造与自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产自动化问题。

数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品。

发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性保证。

腔体数控加工工艺与编程是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们掌握数控加工工艺及程序编制的基本知识和基本理论；学会选择机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法；掌握数控加工工艺设计方法和数控加工程序编制方法的能力；初步具备制定中等复杂程度的数控加工工艺及编程的能力；同时，还能分析解决生产中一般工艺性问题。

此次的毕业设计主要解决的问题是B88腔体的数控加工工艺和程序设计，选取最优的走刀路线[2]。

腔体滤波器的设计属于指定电路类型结构的设计。

只能实现衰耗极点出现在无穷大频率处类型的滤波器。

可利用谐振腔等效成至少两个电抗元件并至少含有一个LC并联谐振电路的原理，来合理的组合这些腔体便可以构成滤波器。

滤波器作为无线通信系统中重要的组成部分，其性能的好坏对无线网络发展有着至关重要的作用。

在腔体滤波器加工过程中，了解熟悉数控加工工艺和程序设计以及在加工过程中会出现的产品缺陷问题，通过改善加工工艺和程序设计使产品在加工过程中的误差降低。

1.2本课题的基本内容和解决的主要问题

腔体滤波器腔体滤波器由谐振腔、调谐螺钉等组成的滤波器，与其他性质的滤波器比较，它的结构牢固，性能稳定可靠，体积小，Q值适中，高端寄生通带较远而且散热性能好，可用于较大功率和频率，来滤除带外强干扰信号[3]。

腔体滤波器的特点：

（1）高Q值，低插损。

（2）非对称椭圆函数设计，高频率选择性，通带边频对称偏移10MHz对WCDMA频段的抑制均高达47dB。

（3）同轴腔体结构，高可靠性，高承受功率。

本文根据腔体滤波器的特点分析腔体数控加工工艺及程序设计，完成腔体的加工。

本文主要解决的问题：

B88腔体数控加工工艺设计，通过零件性能分析，选择合适的毛坯、机床、刀具、量具、夹具，确定定位与夹紧方案，划分工序，最后制定加工工艺路线；B88腔体的程序设计，通过UG加工仿真，设定坐标系、刀具、切削参数，合理的走刀路线，最后完成该腔体的程序设计和工序设计。

第2章B88腔体数控加工工艺设计

2.1B88腔体分析

2.1.1毛坯确定

1.毛坯的种类

（1）铸件：

铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。

其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。

（2）锻件：

锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。

其锻造方法有自由锻和模锻两种。

（3）型材：

型材有热轧和冷拉两种。

热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

（4）焊接件：

焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。

（5）冷冲压件：

冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。

2.毛坯种类的选择

（1）根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯。

图纸规定的材料就基本确定了毛坯的种类。

例如：

材料是铸铁，就要用铸造毛坯；材料为钢材，若力学性能要求高则可选锻件，若力学性能要求低则可选型材或铸钢。

（2）根据零件的功能选择毛坯。

根据零件的工作条件、材料、结构特点三者综合考虑。

（3）根据生产类型选择毛坯。

大量生产应选精度和生产率都较高的毛坯制造方法。

如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻或冷轧、冷拉型材等；单件小批量生产则用木模手工造型或自由锻件。

（4）根据具体生产条件选择毛坯。

确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。

有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯[4]。

根据以上要求选择毛坯的材料为ADC12铝锭，如图2.1所示。

要求材料,锯开断面无气泡，缩孔等缺陷；来料符合ROHS要求；注射温度：

650°±20℃；保压时间/冷却时间：

3s；新料回收料比例：

9:

1，毛坯的外形尺寸为246.8×208×42.9，压铸成型。

图2.1毛坯图

2.1.2零件加工内容分析

分析与研究整台产品的用途、性能和工作条件，了解零件在产品中的位置、装配关系及其作用，弄清各项技术要求对装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图进行分析。

该腔体毛坯是通过压铸成型，毛坯的毛坯的外形尺寸为246.8×208×42.9，3面的CAD加工图，如图2.2所示，其主要加工的内容包括：

分析尺寸精度、尺寸公差，去除加工余量是尺寸达到要求；然后加工中心铣内腔体；铣槽，然后钻孔攻同平面上的螺纹孔，注意孔的配合精度。

图2.2B88腔体3面CAD图

4面的CAD加工图，如图2.3所示，其主要加工的内容包括：

去除加工余量是尺寸达到要求；然后加工中心铣内腔体；铣槽，然后钻孔攻同平面上的螺纹孔，注意孔的配合精度。

图2.3B88腔体4面CAD图

6面的CAD加工图，如图2.4所示，其主要加工的内容包括：

钻2个螺纹底孔并攻牙，注意孔的配合精度。

。

图2.4B88腔体6面CAD图

5面的CAD加工图，如图2.5所示，其主要加工的内容包括：

去除加工余量达到要求，钻8个螺纹底孔，注意孔的配合精度。

图2.5B88腔体6面CAD图

1面的CAD加工图，如图2.6所示，其主要加工的内容包括：

去除加工余量是尺寸达到要求，然后钻孔攻同平面上的螺纹孔，注意孔的配合精度。

图2.6B88腔体6面CAD图

2面的CAD加工图，如图2.7所示，其主要加工的内容包括：

去除加工余量是尺寸达到要求，注意加工精度。

图2.7B88腔体2面CAD图

2.2机床选择

对一个制造企业来说，提高生产能力往往从生产管理、制造工艺、生产设备等方面入手进行技术改造，而这几部分内容又是互为影响和制约的。

在技改中对生产设备、数控机床的更新、维修、采购等的选择上必须考虑到要在什么样环境下使用、如何管理、怎样能达到最好的经济效果等问题。

选择制造设备是要为制造某一些产品服务的，选择的设备可能用于产品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。

制造水平的高低首先取决于工艺过程的设计，它将决定用什么方法和手段来加工，从而也决定了对使用设备的基本要求，这也是对生产进行技术组织和管理的依据。

设备选择的基本要求确定后还要根据市场上能提供什么样技术水平的装备来选择，针对大部分中小批量生产的制造企业，选择数控机床来替代旧机床或增强生产能力已是发展趋势。

比较普通和数控两类机床的性能，数控机床具有加工复杂形面零件能力强、适应多种加工对象；加工质量、精度和加工效率高；适应CAD/CAM联网、适合制造加工信息集成管理；设备的利用率高、正常运行费用低等特点。

根据以上要求，结合经济方面，确定选择小型C1-T14法兰克系统数控加工中心进行加工，如图2.8所示[5]。

法兰克数控加工中心的优点：

工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工,并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。

加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80％左右（普通机床仅为15～20％）；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。

加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。

图2.8FANUC数控加工中心

2.3定位与夹紧方案确定

工件的定位与夹紧首先应遵循前面所述有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。

同时注意下列三点：

（1）.力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。

（2）.设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。

（3）.避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率[6]。

总体设计定位装夹方案如下:

1.确定一工序定位与夹紧方案，如表2.1所示。

表2.1一工序定位与夹紧方案

工序名称

精铣3#面

1

NC名称

B88-1

加工1小时

CNC工艺流程

3#

装夹说明

以背面槽定位，用压板装夹加工。

按图示摆放.XY分中为零，Z对顶面为零，保证内腔30.6MM。

2.确定二工序定位与夹紧方案，如表2.2所示。

表2.2二工序定位与夹紧方案

工序名称

精铣4#面

NC名称

B88-2

加工0.5小时

装夹说明

用正面5.+0.06/+0.02孔定位

按图示摆放.XY以最大外形分中为零。

Z对顶面为零（对底部大面抬34.3MM为零）

3.确定三工序定位与夹紧方案，如表2.3所示。

表2.3三工序定位与夹紧方案

CNC工艺流程

3#--4#

工序名称

3第工序

加工6#面

NC名称:

B88-3.NC

预计加工时间:

3分钟

加工说明

按图示摆放以4#为基准XY单边分中，Z对顶为零。

直角铁装夹加工

4.确定四工序定位与夹紧方案，如表2.4所示。

表2.4四工序定位与夹紧方案

工序名称

铣5#面

5

NC名称

B88-4

0.5小时

装夹说明

直角铁装夹加工

按图示摆放以3#面为基准.XY单边分中为零，Z对顶面为零。

（大平面）

5.确定五工序定位与夹紧方案，如表2.5所示。

表2.5五工序定位与夹紧方案

CNC工艺流程

3#--4#

工序名称

5第工序

加工2#面

NC名称:

B88-5.NC

预计加工时间:

4分钟

加工说明

按图示摆放以4#为基准XY单边分中，Z对顶为零。

（大平面）

直角铁装夹加工

6.确定六工序定位与夹紧方案，如表2.6所示。

表2.6六工序定位与夹紧方案

工序名称

第6工序

加工1#面

NC名称:

B88-6.NC

预计加工时间:

2分钟

加工说明

按图示摆放以4#为基准XY单边分中，Z对顶为零（大平面）。

直角铁装夹加工

2.4夹具选择

1.数控加工的特点对夹具提出的基本要求：

保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；要能协调零件与机床坐标系的尺寸。

2.应考虑的其他几点：

单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单[7]。

B88腔体数控加工选取的夹具有：

（1）平口虎钳，如图2.9所示。

图2.9平口虎钳

精密平口虎钳，型号为CV-160V，适用于加工中心。

参数如下：

钳口宽度B为160mm左右,钳口高度H为63mm，钳口最大张开度L为200mm，定位键槽宽度A为18mm。

以5面为基准限制5个自有度。

特点：

装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小型工件。

（2）BIUCO孔系组合夹具，如图2.10所示。

图2.10BIUCO孔系组合夹具组装示意图

优点：

允许使用的过定位；其定位精度高，刚性比槽系组合夹具好，组装可靠，体积小，元件的工艺性好，成本低，可用作数控机床夹具。

缺点：

组装时元件的位置不能随意调节，常用偏心销钉或部分开槽元件进行弥补。

2.5刀具选择

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。

刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。

数控刀具的分类有多种方法。

根据刀具结构可分为：

整体式；镶嵌式，镶嵌式刀具采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。

根据制造刀具所用的材料可分为：

高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到了广泛的应用，在使用数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

数控铣刀从形状上主要分为平底刀（端铣刀）、圆鼻刀和球刀，如图2.11所示，从刀具使用性能上分为白钢刀、飞刀和合金刀。

在工厂实际加工中，最常用的刀具有D63R6，D50R5，D35R5，D32R5，D30R5，D25R5，D20R0.8，D17R0.8，D13R0.8，D12，D10，D8，D6，D4，R5，R3，R2.5，R2，R1.5，R1和R0.5等。

图2.11数控铣刀

（1）平底刀：

主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。

其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。

（2）圆鼻刀：

主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具开粗加工。

（3）球刀：

主要用于非平面的半精加工和精加工。

在经济型数控机床加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般遵循以下原则：

尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面加工，后进行二维轮廓加工[8]，刀具选择如下：

1.一工序刀具选择，如表2.7所示。

表2.7一工序刀具

刀具号码

刀具直径

刀具名称

刀长（刃×总）

刀柄型号

加工目的

备注

1

φ12

STM铣刀

45×30

ER32

铣面

2

φ10

STM铣刀

28×20

ER32

铣面

3

φ6

铝用刀

332×20

ER16

铣凸台

4

φ5×0.5×1

斜度刀

20

ER32

铣槽

介质槽（D4）

5

φ4

铝用刀

28

ER32

6

φ5

中心钻

35

ER16

钻φ55孔

7

φ2.8

钻头

35

ER16

钻φ3孔

M3底孔

8

φ3.65

钻头

38

ER32

注意背面鼓包

9

M3×0.5

挤压丝锥

22

ER16

攻M3牙

10

M4×0.7

挤压丝锥

26

ER16

攻M4牙

注意背面鼓包

11

φ2

STM铣刀

10

ER16

铣槽

密封槽

2.二工序刀具选择，如表2.8所示。

表2.8