典型盘套零件数控铣削加工工艺分析及程序设计资料.docx
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典型盘套零件数控铣削加工工艺分析及程序设计资料
毕业设计(论文)
课题:
典型盘套零件数控铣削加工工艺
分析及程序设计
系部:
专业:
班级:
姓名:
学号:
导师:
二O年月
摘要
本文主要介绍了典型盘套零件的数控铣削加工工艺及其编程,开篇首先介绍了数控技术的概述,紧接着对零件图进行了简要的分析,然后确定零件的毛坯、定位基准、装夹方式、刀具、量具、切削用量等等,再制定出合理的加工方案,并制定相关的工艺文件,最后编制出零件的加工程序。
关键词:
加工工艺;装夹方式;切削用量;程序
Abstract
Set,thispapermainlyintroducesthetypicalsetofnumericalcontrolmillingprocessanditsprogramming,beginswiththefirstintroducedtheoverviewofnumericalcontroltechnology,followedbyabriefanalysiswascarriedoutonthepartdrawing,andthendeterminetheblank,thelocatingdatumfortheparts,theclampingway,cuttingtools,measuringtool,cuttingdosage,etc.,todevelopreasonableprocessingscheme,andformulatetherelevantprocessdocuments,finallydevelopthepartsprocessingprogram.
Keywords:
process;Theclampingway;Cuttingparameter;Theprogram
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1数控机床的产生和发展1
1.2数控加工的特点2
1.3本课题的主要内容及任务2
第二章零件的图样分析3
2.1零件的结构特点分析3
2.2零件的技术要求分析3
第三章零件的工艺规程设计5
3.1毛坯的选择5
3.2定位基准的选择5
3.3装夹方式的选择5
3.4表面加工方法的选择6
3.5加工顺序的安排6
3.6工艺路线的确定7
3.6.1可能采取的工艺路线方案7
3.6.2工艺路线方案比较8
第四章设备及其工艺装备的确定9
4.1机床的选择9
4.2夹具的选择9
4.3刀具的选择10
4.4冷却液的选择11
第五章切削用量的选取12
第六章设计工艺和工序卡片14
6.1工艺过程卡14
6.2数控加工工序卡14
第七章数控加工程序的编制16
7.1编程方法的选择16
7.2编程坐标系的确定16
7.3加工程序清单16
总结22
致谢23
参考文献24
第一章绪论
1.1数控机床的产生和发展
数控机床(NumericalControlMachineTools)是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。
数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的,其过程大致如下:
随着电子技术的发展,1946年世界上第一台电子计算机问世,由此掀开了信息自动化的新篇章。
1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。
由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。
1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。
1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,出现带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心(MCMachiningCenter),使数控装置进入了第二代。
1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。
60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。
20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造。
我国1958年试制成功第一台电子管数控机床,从1965年开始研制晶体管数控系统,到20世纪70年代初曾研究出数控臂锥铣床、非圆插齿机、数控立铣床、数控车床、数控镗床、数控磨床和加工中心等。
20世纪80年代随着改革开放政策的实施,我国从国外引进了先进技术,并在消化、吸收国外先进技术的基础上,进行了大量的开发工作,进而推动了我国数控机床新的发展高潮,使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。
1.2数控加工的特点
(1)自动化程度高,具有很高的生产效率。
除手工装夹毛坯外,其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。
若配合自动装卸手段,则是无人控制工厂的基本组成环节。
数控加工减轻了操作者的劳动强度,改善了劳动条件;省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作,有效地提高了生产效率。
(2)对加工对象的适应性强。
改变加工对象时,除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外,只需重新编程即可,不需要作其他任何复杂的调整,从而缩短了生产准备周期。
(3)加工精度高,质量稳定。
加工尺寸精度在0.005~0.01mm之间,不受零件复杂程度的影响。
由于大部分操作都由机器自动完成,因而消除了人为误差,提高了批量零件尺寸的一致性,同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置,更加提高了数控加工的精度。
1.3本课题的主要内容及任务
(1)主要内容
本文主要讲述了典型盘套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.分析加工工艺;
2.确定加工方案;
3.制订加工路线;
4.选择加工设备;
5.确定加工刀具;
6.编写加工程序;
8.编写设计说明书。
第二章零件的图样分析
2.1零件的结构特点分析
如图2.1所示零件图,从图中可以看出,该零件的结构为:
一方形板上有一规则凸台、凸台上有圆弧键槽、零件的四个角均布有4XM10的螺纹孔,这些结构形状涉及的内容坐标数值较多,在普通铣床上加工难以保证精度,而在数控铣床上加工这些结构属于易加工产品。
图2.1CAD零件图
2.2零件的技术要求分析
(1)工艺设计
1)对零件进行工艺分析
2)选择毛坯和机床
3)确定加工方案
4)选择刀具并填写工具单
5)确定零件装夹方式
6)确定粗、精铣加工切削用量
7)确定工序内容并填写工序卡
(2)编写加工程序
1)建立工件坐标系
2)基点尺寸计算与确定
3)编写加工程序
第三章零件的工艺规程设计
3.1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钢,毛坯尺寸为90mm×90mm×40mm。
3.2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零件底面。
(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,对零件的四周和上表面进行加工,再以加工的面做为精基准,加工剩余部位。
3.3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2道主要的加工工序方能完成零件的加工。
在第一工序装夹时为铣削零件的底面,和四周外轮廓,此次装夹时以毛坯外轮廓定位,采用平口虎钳进行装夹;第二工序装夹时加工零件的凸台、孔和螺纹,此次装夹以加工好的底面进行定位,直接用如下图3-1所示的机用平口虎钳装夹压紧已加工的外轮廓。
图3-1
3.4表面加工方法的选择
(1)上下两平面的加工方法
其表面粗糙度要求不高,故其加工方法可按照粗、精加工进行,在粗加工后留取0.5mm的余量进行精铣。
(2)侧面的加工方法
其侧面的尺寸精度和表面粗糙度要求均不高,可直接进行粗铣即可。
(3)凸台轮廓的加工方法
其表面粗糙度要求不高,尺寸精度Ra3.2um,且X、Y、Z向的加工余量较大,故其加工方法需按照粗、精加工进行,且粗加工时余量较多,需要进行分层铣削。
(5)凸台型腔键槽的加工方法
因为此型腔键槽的宽度较小,只能选用较小的刀具加工,考虑到刀具大小和长度,无形中增加难度,需要选择合理的进刀方式和切削三要素。
(6)螺纹孔及螺纹的加工方法
加工孔按照常规方法,螺纹孔直接钻即可,4XM10的螺纹则采用丝攻直接对其攻丝。
3.5加工顺序的安排
工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等,工序的安排与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。
切削加工工序通常按以下原则划分:
(1)以一次安装作为一道工序;
(2)以粗、精加工划分工序;
(3)以同一把刀具加工的内容划分工序;
(4)以加工部位划分工序。
在具有良好冷却系统的加工中心上,对于毛坯质量高、加工余量较小、加工精度要求不高或新产品试制等单件或生产批量很小的零件,可在加工中心上一次或两次装夹完成全部粗、精加工工序。
本次设计的电信盘套零件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→铣四周外轮廓→翻面装夹→铣上表面→粗铣凸台→精铣凸台→粗铣凸型腔键槽→精铣凸台型腔键槽→钻中心孔→钻零件四周的4xФ8.7mm的螺纹孔,刀肩深20mm→攻丝4XM10
3.6工艺路线的确定
3.6.1可能采取的工艺路线方案
(1)工艺路线方案一
工序一:
制造毛坯90mm×90mm×40mm
工序二:
粗、精铣6个面至尺寸80mm×80mm×30mm
工序三:
工步1:
粗铣凸台轮廓,侧部留0.4mm的精加工余量
工步2:
精加工凸台轮廓
工步3:
粗铣凸台上圆弧键槽,底部和侧部留0.4mm的精加工余量
工步4:
精铣凸台上圆弧键槽
工步5:
钻螺纹孔4xФ8.7mm,刀肩深20mm
工步6:
攻丝4XM10,深12mm
工序四:
去毛刺
工序五:
检验
工序六:
入库
(2)工艺路线方案二
工序一:
制造毛坯90mm×90mm×40mm
工序二:
粗、精铣6个面至尺寸80mm×80mm×30mm
工序三:
工步1:
钻螺纹孔4xФ8.7mm,刀肩深26mm
工步2:
攻丝4XM10,深18mm
工步3:
粗铣凸台上圆弧键槽,底部和侧部留0.4mm的精加工余量
工步4:
精铣凸台上圆弧键槽
工步5:
粗铣凸台轮廓,底部和侧部留0.4mm的精加工余量
工步6:
精加工凸台轮廓
工序四:
去毛刺
工序五:
检验
工序六:
入库
3.6.2工艺路线方案比较
在数控加工中,刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
加工路线的确定原则:
(1)加工路线因保证被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率高;
(2)使数值计算简单,减少编程工作量;
(3)应使加工路线最短,这样既可以减少程序段,又可以减少空刀时间。
从以上方案对比分析可知,方案二将钻孔和攻丝放在前面,钻孔攻丝之后再来铣平面有悖于工序的划分,不利于进行下一步铣削的加工,所以综合考虑选择方案一进行加工。
第四章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,确定选择由大连机床厂设备有限公司生产的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
4.2夹具的选择
在确定装夹方案时,只需根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式,并选择合适的夹具。
(1)专用夹具:
一般在产品相对稳定、批量较大的生产中采用各种专用夹具,可获得较高的生产率和加工精度。
除大批量生产之外,中小批量生产中也需要采用一些专用夹具,但在结构设计设计时要进行具体的技术经济分析;
(2)组合夹具:
组合夹具是一种模块化的夹具。
标准的模块元件具有较高的精度和赖磨性,可组装成各种夹具。
夹具用完可拆卸,清洗后可留、待组装新的夹具。
由于使用组合夹具可缩短生产准备周期,元件能重复多次使用并具有减少专用夹具数量等优点;
(3)通用夹具:
已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具,称为通用夹具。
其尺寸、结构已经规范化,而且具有一定的通用性,这类夹具适应性强,可用于一定形状和尺寸范围内的各种工件,价格便宜。
其缺点是夹具精度不高,生产效率也比较低,较难装夹。
一般适用于单件小批量生产中。
选择装夹方法的要点:
(1)尽可能的选择箱体的设计基准为精基准;粗基准的选择要保证重要表面的加工余量均匀,使不加工表面的尺寸、位置符合图纸的要求,且便于装夹;
(2)加工中心高速强力切削时,定位基准要有足够的接触面积和分布面积,以承受大的切削力且定位移动可靠;
(3)夹具本身要以加工中心工作台上的基准槽或基准孔来定位并安装到机床上,这可确保零件的工件坐标系与机床坐标系固定的尺寸关系,这是和普通机床的一个重要区别。
综合分析此方块座,毛坯和零件都较为规则选用机用平口虎钳进行装夹。
4.3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。
数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。
对刀具的基本要求:
(1)铣刀刚性要好。
铣刀刚性要好的目的有二:
一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要;二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点;
(2)铣刀的耐用度要高。
尤其是当一把铣刀加工的内容很多时,如刀具不耐用而磨损较快,不仅会影响零件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数,也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶。
除上述两点之外,铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。
根据不同的加工内容,则需要不同规格的刀具来进行加工,该零件材料为45钢,毛坯尺寸与成品尺寸余量较为充足,考虑到加工效率,接刀痕迹,走刀的重叠量。
综上分析确定铣6个平面用面铣刀Φ120mm;粗、精铣凸台用Φ12mm立铣刀;粗、精铣凸台上型腔键槽用Φ10mm立铣刀;钻孔用的Φ8.7麻花钻;攻丝选用M10标准丝攻。
表4.1就是该零件加工所需要用到的所有刀具。
表4.1刀具卡片
刀具名称
刀具规格
刀具号
刀具材料
加工表面
面铣刀
Ф120mm
T01
硬质合金
铣零件6个面
立铣刀
Ф16mm
T02
YT15
铣零件凸台轮廓
立铣刀
Ф10mm
T03
YT15
铣零件凸台型腔键槽
中心钻
A3mm
T04
高速钢
钻中心孔
麻花钻
Ф8.7mm
T05
高速钢
钻孔4XФ8.7
攻丝
M10
T06
硬质合金
攻丝4XM10
4.4冷却液的选择
为了刀具和工件的温度,不仅要减少切削热的产生,而且要改善散热条件,使用切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形。
减少切削与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦,现有冷却液分为:
水溶液、乳化液和切削油三大类。
根据零件材料和刀具材料分析,为了得到较高的表面质量和精度,并且减少水与铝的化学反应。
所以选取10%乳化液效果较好。
冷却液表3-5如下所示:
表4-2冷却液主要成分及作用
冷却液名称
主要成分
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却
乳化液
水、油、乳化悸
冷却、润滑、防锈
切削油
矿物油、动植物油、极压油添加剂或油性
润滑
第五章切削用量的选取
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。
第六章设计工艺和工序卡片
6.1工艺过程卡
工序号
工序名称
工序内容
设备及工装
一
备料
制造毛坯90mm×90mm×40mm
二
铣
粗、精铣6个面至尺寸80mm×80mm×30mm
铣削加工中心
三
铣
粗铣凸台轮廓,侧部留0.4mm的精加工余量
铣削加工中心
铣
精加工凸台轮廓
铣削加工中心
铣
粗铣凸台上圆弧键槽,底部和侧部留0.4mm的精加工余量
铣削加工中心
铣
精铣凸台上圆弧键槽
铣削加工中心
钻
钻螺纹孔4xФ8.7mm,刀肩深20mm
铣削加工中心
攻丝
攻丝4XM10,深12mm
铣削加工中心
四
检验
手检
五
钳
去毛刺
六
入库
入库
6.2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
铣削加工中心
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/mm
1
铣6个面至尺寸80mm×80mm×30mm
T01
300
200
2.5
工序卡二
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
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/mm
1
粗铣凸台轮廓,侧部留0.4mm的精加工余量
T02
1000
100
5.6
2
精加工凸台轮廓
T02
1200
150
6
3
粗铣凸台上圆弧键槽,底部和侧部留0.2mm的精加工余量量
T03
2000
1250
0.2
4
精铣凸台上圆弧键槽
T03
1800
200
4
5
打中心孔
T04
1200
150
5
6
钻螺纹孔4xФ8.7mm,刀肩深20mm
T05
600
200
6
7
攻丝4XM10,深12mm
T06
120
——
5
8
检验
9
去毛刺
10
入库
第七章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。
手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式,即使在自动编程高速发展的将来,手工编程的重要地位也不可取代,仍是自动编程的基础。
在先进的自动编程方法中,许多重要的经验都来源于手工编程,并不断丰富和推动自动编程的发展。
(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。
综合考虑该零件的外形,确定该零件采用手工编程的方法进行编制。
7.2编程坐标系的确定
由
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- 典型 零件 数控 铣削 加工 工艺 分析 程序设计 资料
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