《数控加工技术》课程设计说明书三组杜希元.docx
《《数控加工技术》课程设计说明书三组杜希元.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《数控加工技术》课程设计说明书三组杜希元.docx（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
《数控加工技术》课程设计说明书三组杜希元
适用专业：
机械设计制造及其自动化
《数控加工技术》
课程设计说明书
班级：
2011级机制本科三班
姓名：
杜希元
学号：
1101111084
指导老师：
陈继涛
一、课程设计任务书3
二、课程设计课题4
三、课程设计说明5
3.1课题分析5
3.1.1结构分析5
3.1.2尺寸分析5
3.1.3表面粗糙度分析6
3.2工艺规划7
3.2.1制定工艺方案7
3.2.2选定工艺参数9
3.2.3零件、刀具、夹具的选择、定位和安装12
3.2.4编制工序卡14
3.2.5编制刀具卡14
3.3程序编制15
3.4仿真加工21
3.5刀轨模拟30
四、课程设计小结31
五、课程设计参考文献32
前言
随着科学技术的高速发展制造业发生了根本性的变化。
由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，形成了巨大的生产力。
专家们预言：
二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术的广泛应用，给机械制造业生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化。
随着我国工业现代化进程逐步加快，数控技术在制造业中越来越多地得到应用。
目前，我国制造工业中，从事数控机床制造和生产的科技人员以及数控机床的操作员、程序员和维修人员都非常缺乏。
特别是在我国的经济特区，数控人才非常抢手。
因此，数控人才的缺乏是制约我国数控技术推广应用的极其重要的因素。
数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床有效能的前提条件。
本设计正是从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在结合数控加工切削基础、数控机床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识上，分析了具体零件在加工中心上的加工工艺。
本次数控加工工艺的课程设计，我们根据具体零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和夹具。
用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；用自动编程软件或手工编程。
通过数控仿真软件对程序和刀具走刀路径进行模拟仿真。
用UG来画出工件和夹具的三维图并装配好供分析使用。
制作工艺时还对工艺卡片进行制作。
在本次工艺中，粗加工时，要以提高生产效率，但同时应考虑到经济性和加工成本，对于半精加工和精加工，应首先保证加工质量，同时兼顾切削效率，经济和加工成本，要选择合适的参数在最短时间内加工出精度较高的工件和设计出适当的工艺卡。
本工艺设计由我们组两名成员共同编写，在编定过程中参阅了很多有关工艺设计手册、教材和网上资料等资料与文献，并得到指导老师的帮助，在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促，水平有限,调查研究不够深，实际工作经验少,本设计中难免仍有很多缺点和错误,我们恳切希望老师批评指正。
2014年6月8日
一、课程设计任务
1、设计目的
（1）．复习和巩固已学过的《数控加工技术》理论知识和操作技能，适当拓展数控加工技术的深度和广度。
（2）．培养学生运用《数控加工技术》技能，综合学过的工艺设计、编程及机床操作等专业知识，完成较复杂零件编程和加工的综合能力。
（3）.学习和训练查阅各种技术资料，编制相关的专业技术文件的基本技能。
2、设计要求
（1）．完成指定的课程设计课题，达到以下基本要求：
1）课题分析：
明确加工内容和加工要求。
2）工艺规划：
制定工艺方案；选定工艺参数；完成零件、刀具、夹具的选择、定位和安装；编制工序卡、刀具卡等技术文件。
3）程序编制：
建立编程坐标系；编写数控加工程序单。
4）刀轨模拟：
检验加工程序准确无误。
5）仿真加工：
检验零件加工尺寸的基本信息。
（2）.编写能够体现整个设计思想、设计要求、设计过程的课程设计的说明书，并装订成册。
3、课程设计评分标准
1.工作表现30%
2.说明书质量50%
3.答辩情况20%
二、课程设计课题
采用数控铣床或加工中心加工图示零件，已知毛坯尺寸100㎜×100㎜×25㎜，45钢，完成工艺设计与程序编制，并仿真加工。
三、课程设计说明
3.1课题分析
3.1.1结构分析
零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型，且成本低，效率高。
在数控铣床或加工中心上加工零件时，应根据数控铣削的特点，认真审视零件结构的合理性。
在结构分析时，若发现问题，一般应通过设计人员或指导教师请示并提出修改意见。
结构工艺性分析过程中对于像小深孔、薄壁件、窄深槽等允许刀具运动的空间狭小、结构刚性差的零件，安排工序时要特殊考虑刀具路径、刀具类型、刀具角度、切削用量、装夹方式等因素，以降低刀具损耗，提高加工精度、表面质量和劳动生产率。
结构工艺性问题比较复杂，它涉及毛坯制造、机械加工、热处理和装配等各方面要求。
本次课程设计的零件主要由外轮廓表面、一个凸台（有三处圆角）、一个型腔（轮廓由几段圆弧围成）、型腔下有两个对称的通孔等组成。
3.1.2尺寸分析
该零件图尺寸完整，主要尺寸分析如下：
零件的总长为100mm,总宽为100mm，最大厚度为23mm，圆弧最大半径为R30mm。
零件的具体尺寸为：
凸台长80mm，宽84mm，高度为10mm；3处圆角半径均为R10mm；型腔由6段圆弧围成，其中最大圆弧半径R30mm，深5mm；型腔内的通孔直径为Φ10mm，深度为18mm。
由表3-1、3-2知，该零件的加工等级为精密级。
3.1.3表面粗糙度分析
零件上表面、底面和侧面的表面粗糙度为Ra0.8um，凸台表面的粗糙度为Ra1.6um和Ra3.2um；型腔周边表面粗糙度为Ra3.2um；其余表面粗糙度为Ra6.3um。
由表3-3和表3-4分析，零件的所有表面都可以加工出来，尺寸精度要求较高。
表3-3
表3-4
【表面粗糙度Ra特征】
3.2工艺规划
制定数控加工工艺是数控加工的前期工艺准备工作。
数控加工工艺贯穿于数控程序中，数控加工工艺制定的合理与否，对程序的编制，机床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影响。
因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控加工的特点认真而详细地分析零件的数控加工工艺。
3.2.1制定工艺方案
1．生产要求：
单件，小批量
2.选择设备
根据图形结构有圆弧、内腔、凸台、孔等型面，加工内容较为复杂，为了避免重复定位带来的误差，减少手工换刀操作，故用MV-820加工中心（如下图3-1所示）来完成此次加工任务，其特点如下：
、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。
、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。
、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。
、加工精度高、加工质量稳定可靠。
、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。
有利于生产管理自动化。
、生产效率高。
、从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。
图3-1MV-820加工中心
3.毛胚材料及其尺寸选择
零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，实用余量的大小，如何装夹等问题在选用毛胚就要仔细考虑好，否则，如果毛胚不适合数控铣削，加工将很难进行下去。
根据分析零件图得到，所选毛胚尺寸为：
100㎜×100㎜×25㎜。
选用45钢为加工材料。
见图3-2。
4.加工顺序方案的制定
一般工序划分原则：
1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。
2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。
3）按刀具划分工步。
某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。
零件的加工内容包括端面及孔所有表面，加工部位包括型腔内侧及底面、凸台外侧及上表面。
根据零件的加工精度等级，暂将加工分为粗加工和精加工。
根据零件图样，制定以下加工顺序方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，且又能保证质量）下面分析两套加工顺序方案进行比较。
方案一：
夹持零件→精铣上表面→粗铣内轮廓→精铣内轮廓→粗铣凸台→精铣凸台→钻Φ10孔。
方案二：
夹持零件→粗铣上平面→粗铣内轮廓→粗铣凸台→精铣上平面→精铣内轮廓→精铣凸台→钻Φ10孔。
方案二换刀次数多，加工工时较长，严重影响加工效率，方案一能达到加工要求。
故选择方案一进行加工。
3.2.2选定工艺参数
切削用量的选择
选择切削用量原则
选择铣削用量的原则是：
首先选择尽可能大的背吃刀量
（端铣）或侧吃刀量
（圆周铣），其次是确定进给速度，最后根据刀具耐用度确定切削速度。
粗铣时切削力大，用高速钢铣刀加工时，进给量主要受到工艺系统刚度的限制，在刚度允许的情况下可取较大的每齿走刀量
，以取得较大的铣削效率。
用硬质合金铣刀加工时，进给量的提高主要受到刀齿强度的限制。
当加工表面的粗糙度要求较小时，进给量的大小由粗糙度要求确定。
当背吃刀量
和进给量
选定后，在保证铣刀耐用度以及机床动力和刚度允许的情况下，尽可能选择较大的铣削速度
，其推荐值可查相关表格或通过铣刀耐用度公式来计算确定。
钻、扩、铰孔切削用量可根据刀具直径、刀具属性以及材料属性等参数查相关表格确定。
计算切削用量
确定切削用量相关公式有：
式中
----切削速度，
；
D----刀具直径，mm；
n----主轴转速，
。
式中F----进给速度，
；
n----主轴转速，
；
z----铣刀齿数；
----每齿走刀量
用到的相关参数数据表格
表3-5各种常用工件材料的铣削速度推荐值
表3-6铣刀每齿进给量
工件材料
每齿进给量
/（mm/z）
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10～0.15
0.10～0.25
0.02～0.05
0.10～0.15
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。
但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：
取：
=40m/min
综合选取：
粗铣
=0.05mm/z
精铣
=0.02mm/z
铣刀齿数z=2
利用公式计算出：
=1000r/min
=2000r/min
将它们代入式子计算
粗铣时：
F=0.05×2×1000=100mm/min
精铣时：
F=0.02×2×2000=80mm/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。
背吃刀量是根据机床、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机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，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。
3.2.3零件、刀具、夹具的选择、定位和安装
1.刀具的选择
刀具尺寸选择包括直径尺寸和长度尺寸：
（1）直径尺寸：
根据零件图样不同，选用的刀具尺寸不一样，因图而异。
选择的原则是：
在道具能够满足加工前提下，尽量选取直径大的刀具，铣削刀具都是成型刀具且标准，在同时可根据选择刀具的直径提取刀具。
（2）长度尺寸：
在铣床上，刀具长度一般是指主轴端面到刀尖距离，包括刀柄和刃具。
选取的原则是：
在满足个部分加工要求的前提下，尽量减小刀具长度，以提高工艺系统的刚性，制造工艺和编程时，一般不必准确的确定刀具的长度，只需初步估算出刀具长度的范围。
根据经验公式：
公式中：
―刀具长度
A―主轴端面至工作台中心最大距离
B―主轴在Z方向的最大行程
N―加工表面距工作台中心距离
L―工件的加工深度尺寸
―刀具切出工件长度（以加工表面2-5mm，毛坯表面取5-8mm）
数控铣床上加工平面主要采用面铣刀和立铣刀；对于凹凸零件的加工要选用立铣刀，根据加工余量和加工精度要求，需要精加工，采用一把精立铣刀和一把粗立铣刀。
在铣削毛坯上表面时，选用直径为120mm，长度为120mm的面铣刀；在铣削深度为5mm的型腔时，根据型腔中圆弧的半径，因此查表可选择直径为15mm的高速钢铣刀；在铣削深度为10mm的凸台时查表后可选用直径为12mm的高速钢铣刀；钻孔时用到中心钻、麻花钻和铰刀，具体尺寸参看下述的刀具卡。
2．定位安装
加工中定位基准的确定应注意一下几点：
1）应采用统一的基准定位，数控加工工艺特别强调定位加工，若无统一的基准定位会因工件重新安装产生的定位误差而导致加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象，因此为保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。
2）统一的基准可以是工件上已有表面，也可以是辅助基准，工件上最好有合适的孔作为定位基准，若没有，应专门设置工艺孔作为定位基准，称之为辅助基准，工件上如没有合适的辅助基准位置，可考虑采用在毛坯上增加工艺凸台，制出工艺孔或在后续加工工序要加工掉的余量上设置工艺孔，在完成定位加工后再去除的方法。
3）装夹及定位示意图如图3-4：
图3-4装夹及定位示意图
3.2.4编制工序卡
工序卡
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
材料牌号
45
毛坯种类
锻件
每毛坯可制造数
1
每台件数
1
工序号
工 序 内 容
车间
工段
数控设备
1
铣上平面2mm，保证粗糙度要求
/
MV-820加工中心
2
铣型腔深5mm，先粗后精
/
MV-820加工中心
3
铣凸台外轮廓10mm，分2层
/
MV-820加工中心
4
中心钻钻孔
/
MV-820加工中心
5
麻花钻钻孔
/
MV-820加工中心
6
铰刀铰孔至尺寸要求
/
MV-820加工中心
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
标记
处数
更改
标记
签字
日期
标记
处
数
更改文件号
签字
2014/6/18
2014/6/22
2014/6/25
3.2.5编制刀具卡
数控加工刀具卡
序号
刀具号
刀具名称
刀片/刀具规格
刀具材料
备注
1
T01
面铣刀
Ф120
高速钢
铣端面
2
T02
立铣刀
Ф15
高速钢
铣型腔内轮廓
3
T03
立铣刀
Ф12
高速钢
铣凸台外轮廓
4
T04
中心钻
Ф2
/
定位
5
T05
麻花钻
Ф9.5
高速钢
钻孔
6
T06
铰刀
Ф10
硬质合金
铰孔
编制
审核
批准
第1页
共1页
3.3程序编制
（1）铣削深度为2mm的上表面轨迹坐标
坐标点
X
Y
A
50
50
B
50
-50
C
-50
-50
D
-50
50
走刀路线
程序如下：
O9999；
G90G40G49G80；
T01；
M06；
G54G00X0Y0；
M03S2000；
G43Z10H01；
G01X50Y50Z-2F100；
Y-50；
X-50；
Y50；
X50；
G00Z100；
X0Y0；
M30；
（2）铣削深度为5mm型腔时轨迹坐标
坐标点
X
Y
坐标点
X
Y
1
0
-15
5
9.084
24.2788
2
0
15
6
20.1922
14.0727
3
0
-30
7
20.1922
-14.0727
4
0
30
8
9.084
-24.2788
走刀路线
程序如下：
（1）主程序：
O0102;
G90G40G49G80;
T02;
M06;
G54G00X0Y0;
G43Z10H01;
M03S1000;
G01Z-5F50;
G42Y-15;
G02X0Y15R15;
X0Y-15R15;
G40G01Y0;
Z10;
D02M98P1236F100;
M03S2000;
D01M98P1236F50;
G00Z100;
M30;
（2）子程序：
G01Z-5F100;
G42Y-30;
G02Y30R30;
G02X9.0384Y24.2788R10;
G03X20.1922Y14.0727R20;
G02X20.1922Y-14.0727R15;
G03X9.0384Y-24.2788R20;
G02X0Y-30R10;
G40G01Y0;
G00Z100;
X0;
M99;
（3）铣削深度为10mm凸台时轨迹坐标
坐标点
X
Y
坐标点
X
Y
a
0
-62
g
-30
42
b
20
-62
h
30
42
c
0
-42
i
40
27
d
-30
-42
j
40
-32
e
-40
-32
k
30
-42
f
-40
32
l
-20
-62
走刀路线
程序如下：
（1）主程序：
O0101;
G90G40G49G80;
T03;
M06;
G54G00X0Y0;
G43Z10H01;
M03S1000;
G00X0Y-62;
D03M98P21235F100;
D02M98P21235F50;
M03S2000;
D01M98P21235F30;
G00Z100;
M30;
（2）子程序
O1235；
G01Z-5；
G41X20Y-62；
G03X0Y-42R20；
G01X-30；
G02X-40Y42R10；
G01Y32；
G02X-30Y42R10；
G01Y30；
X40Y27；
Y-32；
G02X30Y-42R10；
G01X0；
G03X-20Y-62R20；
G40G01X0；
Z10；
M99；
（4）钻深度为18mm的两个通孔
程序如下：
（1）中心钻定位
O0103;
G90G40G49G80;
T04;
M06;
G54G00X0Y0;
G43Z10H01;
M03S2000;
G99G81X0Y20Z-5R3F80M08;
Y-20;
M09;
G80G00Z50;
G91G28Z0;
G28X0Y0;
M30;
（2）麻花钻钻孔
O0104;
G90G40G49G80;
T05;
M06;
G54G00X0Y0;
G43Z10H01;
M03S400;
G99G83X0Y20Z30R3Q10F100M08;
Y-20;
M09;
G80G00Z50;
G91G28Z0;
G28X0Y0;
M30;
（3）铰刀铰孔
O0105;
G90G40G49G80;
T06;
M06;
G54G00X0Y0;
G43Z10H01;
M03S200;
G98G85X0Y20R3Z-30F200;
X0Y-20;
G80;
G00Z100;
X0Y0;
M30;
3.4仿真加工
（1）准备阶段
1．用鼠标单击红色急停键和程序保护键
2.机床回零
选择
模式，按住X、Y、Z（先Z）
，使机床回零，如下图所示。
3.刀具库管理
在机床操作中找到刀具管理，选择仿真中要用到的刀，并添加到刀库
4.设置工件装夹方式
按照设计，选择平口钳装夹，并设置好高度。
如下图所示
5.设置毛坯
按照要求，设定毛坯材料、尺寸及加工原点
（2）仿真加工阶段
1）铣端面2mm
1.仿真机床如下图所示，一切准备就绪
2.将编好的程序输入仿真软件
3.铣削前
4.铣削中
5.铣削后
2）铣型腔
1.程序输入
2.刀补设置
3.执行程序
4.铣削后工件测量（若不符合尺寸要求，再进行修改加工）
3）铣凸台
1.程序输入
2.刀补设置
3.执行程序
4．铣削后工件测量（若不符合尺寸要求，再进行修改加工）
4）钻通孔
1．中心钻定位2.麻花钻钻孔
3.铰刀铰孔至尺寸要求
仿真最终效果图
3.5刀轨模拟
1.型腔刀轨
2.凸台刀轨
四、课程设计小结
此次课程设计要求我们能够对这学期所学的数控技术方面的知识有较全面的掌握很熟练运用。
通过对零件的工艺路线和走刀轨迹的设计、轨迹坐标的计算、
数控加工程序的编制以及数控机床上的调试，使得我对数控技术的知识有了更加深刻的了解，并能够理论结合实际的编制一些加工程序，然后正确使用数控机床进行加工。
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
通过本次设计，使我们了解到更多有关于数控加工工艺的问题，如怎样选择毛坏、数控加工零件工艺分析、加工方法怎样选择、加工方案怎样确定、刀具的选择还有切削用量的确定，各方面知识都有所提高，特别是加工路线的确定。
数控加工工艺与编程是一门以机械加工基本理论为基础，并与数控加工紧密结合的专业技术课，我们应注意以下几点：
、本课程与“机械制造基础”、“数控机床”、“公差与技术测量”等机械类专业课程关系密切，应在巩固复习好这些课程的基础上，学懂弄
升级会员 