复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制.docx
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复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制
兰州交通大学博文学院
毕业设计（论文）
论文题目：
复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制
系别：
机电工程系
专业：
机械设计制造及自动化
班级：
机制1班
学号：
nichousha
学生姓名：
大哥
指导教师：
陈德道
二零一七年六月
兰州交通大学博文学院
毕业设计（论文）任务书
姓名
大哥
学号
nichousha
专业
机设
班级
机设1班
指导老师
陈德道
职称
副教授
题目
复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制
设计任务
本课题要求了解数控加工的原理、机床结构及机床操作方法；掌握数控加工工艺分析方法，分析典型零件的加工参数，刀具选用及装夹方法；掌握典型零件的数控加工程序编制方法。
零件图见附图
要求
1、完成给定零件的数控加工工艺过程分析，编制数控加工工艺卡；
2、数控加工刀具选择，编制刀具应用卡；
3、数控加工工件装夹方式选择；
4、编制加工程序编制；
5、完成典型零件的数控加工仿真。
参考文献
1、数控工艺分析方面的资料。
2、数控加工程序编制方面的资料。
3、数控加工仿真方面的资料。
进
度
安
排
2月29日——3月6日资料准备。
3月7日——3月13日学习资料，分析设计要求，撰写开题报告。
3月14日——3月20日学习设计资料，修改开题报告，撰写设计提纲。
3月21日——4月24日完成毕业设计第一稿。
4月25日——5月8日修改第一稿，完成毕业设计第二稿。
5月9日——5月22日修改第二稿，完成毕业设计终稿。
5月23日——6月1日准备毕业答辩。
指导教师
意见
同意
指导教师
签字
陈德道
系主任
签章
兰州交通大学博文学院学生开题报告表
课题名称
复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制
课题来源
导师指定
课题类型
AX
导师
陈德道
学生姓名
大哥
学号
nichousha
专业
机械设计制造及其自动化
一、调研资料的准备
[1]陈德道主编《数控技术及其应用》.北京：
国防工业出版社，2008.10
[2]张金敏主编《单片机原理与应用系统设计》.成都：
西南交通大学出版社，2010.5
[3]毕俊喜主编《数控系统及仿真技术》.北京：
机械工业出版社,2013.6
[4]陈明主编《机械制造工艺学》.北京：
机械工业出版社，2011.6
[5]关雄飞主编《数控加工工艺与编程》.北京：
机械工业出版社，2013.1
[6]赵婷主编《数控加工仿真与自动编程技术》.北京：
机械工业出版社，2011.6
二、设计目的：
了解数控加工的原理、机床结构及机床操作方法；掌握数控加工工艺分析方法，分析典型零件的加工参数，刀具选用及装夹方法；掌握典型零件的数控加工程序编制方法。
三、设计要求：
1、完成给定零件的数控加工工艺过程分析，编制数控加工工艺卡；
2、数控加工刀具选择，编制刀具应用卡；
3、数控加工工件装夹方式选择；
4、编制加工程序编制；
5、完成典型零件的数控加工仿真。
四、思路与预期成果：
1、复杂零件的数控加工工艺分析。
2、逐步编写工艺卡、刀具应用卡及加工顺序。
3、完成零件的数控加工仿真。
五、任务完成的阶段内容及时间安排：
2月29日——3月6日资料准备。
3月7日——3月13日学习资料，分析设计要求，撰写开题报告。
3月14日——3月20日学习设计资料，修改开题报告，撰写设计提纲。
3月21日——4月24日完成毕业设计第一稿。
4月25日——5月8日修改第一稿，完成毕业设计第二稿。
5月9日——5月22日修改第二稿，完成毕业设计终稿。
5月23日——6月1日准备毕业答辩。
指导教师意见
同意开题
签名：
陈德道2016年3月10日
课题类型和性质：
（1）A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题
（1）、
（2）均要填，如AY、BX等
兰州交通大学博文学院
毕业设计（论文）学生自查表
（中期教学检查用）
学生姓名
大哥
专业
机械设计制造及其自动化
班级
12机制
（1）班
指导教师
姓名
陈德道
职称
副教授
课题名称
复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制
个人精力
实际投入
日平均工作时间
8
周平均工作时间
40
迄今缺席天数
0
出勤率%
100%
指导教师每周指导次数
3次
每周指导时间（小时）
6学时
备注
随时答疑
毕业设计（论文）工作进度（完成）内容及
比重
已完成主要内容
%
待完成主要内容
%
1、熟悉课题，收集借阅有关资料、粗拟开题报告；
2、对要加工的零件进行工艺分析；
3、数控加工工艺的确定；
60%
1、对零件进行UG编程；
2、论文格式的修改。
40%
存在问题
1、对要加工的零件进行工艺分析较为简略；
2、对零件进行UG编程还有缺陷。
指导教师签字：
陈德道2016年5月26日
摘要
随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域,尤其在机械制造业中应用十分的广泛。
而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。
本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势，紧接着对数控铣削加
工工艺做了简要的介绍，使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解。
接下来主要是对具体零件的加工工艺的分析，然后用软件指令进行数控编程加工，最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。
关键词：
数控，铣床，数控工艺，编程
Abstract
Asthedevelopmentofcomputertechnology,theNumericalControlTechnologyhasbeenwidelyappliedtovariousfieldsofindustialcontrol,especiallyinengineeringindustry.Andchinaisabigcountryinmanufacturing,somoreandmorechinesemasterthekonwledgeofnumericalcontrolprocessingandprogrammingtechnologyisveryimportant.
Atfirst,thispapermainlyintroducesthestatusofNCandthedevelopmenttrend.Subsequently,theNCmillingprocesshasbeenmadeabriefintroductionandmakepeoplemastertheknowledgeingeneral.Thenextpartisanalysistheprocessingofspecificofspecificparts,thenusetheCNCsimunationsoftwareinstructionsforprogramminganfsimulationprocessing.Finally,accrodingtotheprogram,machiningthecorrespondingproducts.
Keywords：
NC，Millingmachine，NCProcessing，Programme
1.绪论
1.1数控技术的发展
科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，机械加工工艺的过程的自动化是实现上述要求的最重要的措施之一。
它不仅仅能够提高产品的质量和生产系效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动强度。
数控技术经过几十年的发展，还是有一大批高档数控系统的国产市场完全依靠进口，这样就会形成受益于人的局面。
究其原因,国产中高端数控系统的差距主要表现在技术成熟度低、可靠性不高、质量不稳定、精度不高,正因为如此,对于质量的保证才显得尤其重要。
随着先进制造技术的发展,不仅要求机床具有优越的性能和高度的自动化功能,更要求具有性能与功能的维持性、可靠性、维修性和维修保障性,即要求机床具有可信性。
数字控制（NumericalControl,NC，简称数控）机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。
它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批生产精密复杂零件提供了自动化加工手段。
我国数控系统研究起步于1958年，60、70年代研制了晶体管数控系统和集成电路数控系统，在这一段时间里，由于国外技术封锁和我国的基本条件限制，数控系统发展较慢。
到70年代开始，数控技术在车、铣、钻、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加一工一中心研制成功。
我国在二十世纪八十年代初期通过引进、消化、吸收国外的先进技术，从美国、德国等国家引进了一些新技术，又在“七五”、“八五”、“九五”期间对伺服驱动技术进行重大科技项目攻关，取得了重大成果。
代表我国当前数控机床水平的中华1型、航天1型数控系统已能够向国内各机床制造厂配套自身的数控系统所需的伺服系统，还应用于一些老设备的技术改造。
1.2数控铣床的简介
数字控制（NumericalControl）技术，简称为数控技术，是一种自动控制技术，它用数字指令来控制机床的运动。
数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。
数控铣床是数控加工中一类重要的机床，它能够进行铣削、钻削、铰孔、忽孔、攻螺纹孔、切削螺纹等工艺过程；数控铣削加工中心则进一步具有刀库和自动换刀机构，在工件的一次装夹中，可以集铣、钻、镗等加工为一体，对两个或两个以上的表面自动完成加工，生产效率高，加工质量好，适合箱体、立体曲面、型腔等非回转体的加工。
数控铣削中心又有立式或卧式两种。
数控铣床及其加工中心的编程有刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿和孔加工固定循环指令
1.3本课题研究的内容
复杂零件的数控加工工艺分析及程序编制为本课题的研究内容，对此研究查阅的大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。
1.4本课题研究的目的及意义
制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。
在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计算机集成制造（CIM）已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。
用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必由之路。
在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。
现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。
我国从1958年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。
特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增加。
数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径。
数控机床是根据加工程序对工件进行自动加工的先进设备，工件的加工质量主要由机床的加工精度、工艺和加工程序的质量决定，基本上排除了机床操作人员手工操作技能的影响，但对操作者的综合素质提出了较高的要求。
数控机床要按照数控加工程序自动进行零件的加工，必须由机床操作人员具体实施。
可以说，数控加工工艺方案是通过机床操作人员在数控机床上实现的，数控加工现场经验的积累又是提高数控加工工艺和数控加工程序质量的基础。
从以上可以看出，本课题研究的目的在于设计比较经济的工艺规程，出合理的G代码程序，实现理论与实践的相结合，提高自己的素质和水平能够更加充分的利用数控机床加工。
2.复杂零件的数控加工工艺分析
2.1复杂零件的零件图
图2-1零件图
零件图纸工艺分析包括审查图纸、分析零件结构工艺性、吃寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求。
该零件图纸的尺寸标注完整、正确，符合加工要求加工部位清楚明确。
该加工材料钢，为结构对称的实心材料。
加工内容有轮廓铣削、挖槽加工、钻孔等；加工内容设计随广但并不复杂，是典型的适合数控铣削类加工的零件。
该零件要求最高的粗糙度Ra为1.6µm，要求较高；直径为45mm的凹槽垂直度为0.02mm，要求稍高；最高允许偏差为±0.1mm。
2.2复杂零件的数控加工工艺分析与设计
2.2.1复杂零件的工艺分析
加工工艺路线包括选择加工方法、划分加工阶段、划分工序、加工顺序的安排和确定进给加工路线等。
根据该案例零件图纸的要求对厚度为1.57的薄壁和直径为45mm的凹槽应该选择半精加工-----精加工的加工方法,另外加工时为了不损坏薄壁而达到更高的精度，加工深度为8mm和10mm的凹槽时应留足够的精加工余量。
根据加工方法该零件的加工工序划分按粗、半精、精加工分序法划分。
加工顺序按先粗后精的的原则确定。
2.2.2零件毛坯的确定
根据零件工艺设计时，毛坯的选择是指确定毛坯的种类、制造方法以及余量确定后的毛坯尺寸。
零件材料为钢，根据技术要求，要求零件进行去毛刺的处理，即要求外形光洁且美观，根据零件的结构形状及外形尺寸以及生产纲领的大小可选择锻件。
由零件凹模2-1图样尺寸分别为180x180x17，毛坯四面已铣好。
而且零件毛坯材质是经过处理的钢具有较高的硬度，适合切削加工。
该零件除了处理毛坯至图纸尺寸外其他的加工部位一次装夹可完成整个零件的加工。
2.2.3选择加工方法
1、粗铣
铣零件图的凹槽（型腔）：
用Ф8立铣刀铣凹槽。
将工件坐标系G54建立在工件的左下角上。
在对凹槽铣削时，采用分层铣深方式进行，加工余量为0.3。
再用Ф6钻孔刀钻三个圆孔
2、精铣
用上述所说的加工工艺，同样用Ф8立铣刀铣零件图的凹槽和Ф6三个圆孔。
去毛刺、清洗、检验、入库。
2.2.4复杂零件的定位基准的确定
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求，因此，粗基准选择毛坯的平面即可。
根据凹台的加工，孔的加工的要求，定位基准选择底板的底面。
2.2.5复杂零件工艺路线的制定
选择粗基准时，主要考虑的是如何保证各加工表面有足够的余量，使之不加工。
根据凹台的加工，孔的加工的要求，定位基准选择上压板板的底面。
2.2.6机床选择
不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择机床，数控车床适于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔。
数控立式镗、铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件以及模具的内外型腔。
数控卧式镗、铣床和卧式加工中心适于加工各种复杂的箱体零件、泵体、阀体、壳体等。
多坐标联动的卧式加工中心还可用于加工各种复杂曲线、曲面、叶轮、模具等。
该课题零件尺寸不大加工也不是很难，因为需要换约4把刀来加工，而机床自动换刀可提高加工效率，再加上学校的实习资源有限，所以选用FANUC加工中心。
2.3零件夹具的选择
图2-3平口虎钳
选用的是平口虎钳
平口虎钳的特点：
产品特点：
1、耐用铸铁钳身，提供高强度夹持力。
2、夹持稳定。
3、镀铬涂层，有效防蚀。
平口虎钳在钳台上安装时，必须使固定钳身的工作面处于钳台边缘以外，以保证夹持长条形工件时，工件的下端不受钳台边缘的阻碍。
即肘放在台虎钳最高点半握拳，拳刚好抵下颚，钳桌的长度和宽度则随工作而定。
该零件只是单批生产，且加工工件的宽度尺寸自己有160mm，在平口台虎钳的夹持范围之内，所以可以选用平口台虎钳找平口虎钳后进行工件装夹加工。
2.4刀具选择
刀具选择主要根据加工零件余量的大小、结构特点、材质、热处理硬度、加工部位、尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求，结合刀具材料正确合理地选择刀具。
该案例零件加工部位有外轮廓、挖槽加工、钻空、圆弧等，立铣刀（硬质合金）可以加工深度为10mm/20mm的槽,槽底的精度Ra为3.2µm容易达到;孔内精度Ra为1.6µm要求较高难以保证，需要粗加工留有足够的加工余量的同时要—半精加工—精加工；直径为45的圆槽垂直度为0.02mm要求稍高最后还需半精加工--精加工即可。
其他的部位只需粗加工—半精加工—精加工，不会存在铣削平面接力痕迹问题，零件图纸要求的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度也容易保证。
表2-4复杂零件数控加工刀具卡片
产品名称
或代号
零件
名称
零件
图号
序号
刀具号
规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
Φ20mm硬质合金面铣刀
1
毛坯、
2
T02
Φ12mm硬质合金立铣刀
1
挖槽、两角平台、内型腔
3
T03
Φ6硬质合金球头铣刀
1
倒角
4
T04
Φmm6硬质合金中心钻
1
点孔
5
T05
Φ14mm硬质合金钻头
1
钻孔
6
T06
Φ12mm硬质合金镗刀
1
精镗孔
2.5切削用量的选择
（1）主轴转速的确定
主要根据允许的切削速度Vc（m/min）选取：
n=
其中Vc-切削速度
D-工件或刀具的直径（mm）
由于每把刀计算方式相同，现选取20mm的面铣刀为例说明其计算过程。
根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。
铣削时切削速度查询《实用数控加工手册》得到下表。
表2-5钢铣削时切削速度表
工件
材料
硬度
（HBS）
Vc（m/min）
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<225
18-42
66-150
225-325
12-36
54-120
325-425
6-21
36-75
从理论上讲，
的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。
但实际上由于花辊机、刀具等的限制，综合考虑：
取粗铣时：
=28m/min
精铣时：
=35m/min
代入公式得到：
=450r/min
=589r/min
计算的主轴转速n要根据铣床有的或接近的转速选取
取
=450r/min
=589r/min
同理计算
12立铣刀：
取
=350r/min
=500r/min
同理计算
6求头铣刀：
取
=450r/min
（2）进给速度的确定
粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出铣床额定功率。
通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。
曲面轮廓的精加工的每齿进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出铣床的额定功率。
粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要爱温度的限制。
通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的速度就一定，因此极限切削线速度也一定。
切削进给速度F时切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。
它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量
（mm/z）的关系为:
F=fzZN
每齿进给量
的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。
工件材料的强度和硬度越高，
越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，
就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。
切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。
刀每齿进给量
选取：
粗铣
=0.11mm/z
精铣
=0.03mm/z
铣刀齿数z=3
上面计算出：
=450r/min
=600r/min
将它们代入式子计算。
粗铣时：
F=0.11×3×450=150mm/min
精铣时：
F=0.06×3×600=120mm/min
同理即可得出：
球头铣刀进给速度：
=750r/min
铣刀齿数Z=3
F=240mm/min
φ12铣刀进给速度：
=350r/min
=500r/min
铣刀齿数Z=3
F=115mm/minF=90mm/min
切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。
背吃刀量：
背吃刀量是根据数控铣床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2～0.5mm。
总之，切削用量的具体数值应根据数控铣床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
3.复杂零件的加工工艺路线设计
3.1复杂零件切削用量的确定及工序卡片
表3-1复杂零件数控加工工序如下表所示
工序号
程序编号
夹具名称
加工设备
平口虎钳
数控铣床
车间
工歩号
工步内容
刀具号
刀具规格（mm）
1
铣零件上表面
T01
Ф32mm立铣刀
主轴转速
（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量（mm）
备注
2
中心钻钻孔
T08
Ф5mm钻头
450
150
3
预钻Ф16mm的孔至Ф11mm
T02
Ф11mm钻头
600
120
4
预钻花瓶轮4-R8廓的拐角处
T05
Ф11mm钻头
350
115
5
粗铣左右R45mm曲线轮廓
T03
Ф20mm立铣刀
500
90
6
粗铣花瓶Ф100曲线内轮廓
T07
Ф20mm立铣刀
287
114，
7
扩铣4-R8mm拐角处轮廓
T4
Ф12mm立铣刀
500
90
8
粗铣花瓶曲线内轮廓
T08
Ф12mm立铣刀
800
264
9
扩3-Ф16mm孔至Ф15.9mm
T09
Ф12mm立铣刀
300
130
10
精铣花瓶曲线内轮廓
T11
Ф12mm立铣刀
500
110
11
精铣左右R45mm
曲线轮廓
T10
Ф12mm立铣刀
750
240
3.2工序与工步的划分
（1）工序的划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。
一般工序划分有
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