胎帽的数控加工工艺与编程毕业设计论文说明书格式.docx
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胎帽的数控加工工艺与编程毕业设计论文说明书格式
摘要
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
本次设计就是胎帽的数控加工工艺与编程，侧重于该零件的工艺分析、加工路线的确定及加工程序的编制。
并绘制零件图、加工路线图。
用G代码编制该零件的数控加工程序，并附以编程尺寸的计算方法，其中零件工艺规程的分析是此次论文的重点和难点。
关键词：
工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸
摘要---------------------------------------------------------------------------------1
第一章前言-------------------------------------------------------------------------2
第二章胎帽加工工艺的分析-----------------------------------------------------------4
2.1胎帽的零件图--------------------------------------------------------------------4
2.2胎帽的零件图分析-----------------------------------------------------------------4
2.3定位基准的选择析-----------------------------------------------------------------5
2.4毛坯-----------------------------------------------------------------------------5
2.5胎帽的技术分析-------------------------------------------------------------------5
2,5.1胎帽工艺方案的拟定--------------------------------------------------------------5
2.5.2加工顺序------------------------------------------------------------------------5
2.5.3确定工序尺寸--------------------------------------------------------------------6
第三章加工设备与刀具的选择----------------------------------------------------------7
3.1立式加工中心/数控镗铣床---TK7640/7650------------------------------------------7
3.2装夹方案和夹具的选择-----------------------------------------------------------7
3.3选择刀具------------------------------------------------------------------------7
3.3.1选择数控刀具的原则-----------------------------------------------------------7
3.3.2选择数控车削用刀具-----------------------------------------------------------8
3.3.3设置刀点和换刀点-------------------------------------------------------------8
3.4确定切削用量--------------------------------------------------------------------9
3.5量具的选择----------------------------------------------------------------------10
第四章胎帽的数控加工------------------------------------------------------------11
4.1胎帽走刀路线的确定-------------------------------------------------------------11
4.2胎帽的数控加工程序-------------------------------------------------------------22
4.3数控加工程序说明---------------------------------------------------------------34
致辞-------------------------------------------------------------------------------35
参考文献---------------------------------------------------------------------------36
附录---------------------------------------------------------------------------------
第一章前言
所加工零件是胎帽的凸模，是铣削类加工的零件，单件生产，结构形状复杂，是适合数控铣削加工的一种典型零件。
由零件的简图可知，该零件形状复杂，较难用一般的平面CAD软件来绘制，相对应的模具型腔表面也较复杂，采用纯手工制作比较繁，因此采用三维软件来生成零件图，同时利用三维软件的分型功能，生成上下模具，然后利用自动编程软件，对生成的凸模型腔面进行自动编程，再把程序输入数控机床，进行加工，基本达到型面要求，最后进行钳工修模、配模。
这样加工过程相对要简单很多，而且效率较高
正面
反面
第二章胎帽的加工工艺分析
2.1胎帽的零件图
2.2胎帽的零件图分析
1．结构分析
如图所示胎帽的凸模零件由圆柱面、球面、曲面、平面等构成。
2．精度分析
由于胎帽的表面粗造度要求比较高为1.6，所以胎帽凸模的所有面要求粗造度应高于1.6，由于胎帽的材料为工程塑料，考虑到塑料的伸缩率为0.5-0.6mm，由于凹模的粗造度要求比较高，所以用数控机床加工的曲面很难达到要求，需要模具钳工对模具进行抛光修模。
还有模具的拐角部分用数控机床的刀具很难加工，还需要用电级进行加工，所以数控铣床精加工时需留0.02-0.05mm的加工余量给钳工进行抛光等后处理。
3．结构工艺性分析
构成胎帽凸模的几何元素的条件充分，几何模型复杂、完善、光滑。
2.3定位基准选择
由于胎帽的凸模是单件生产，不便于设计专用夹具，所以选用毛坯底面钻孔攻螺纹吊工装板作为夹具，以底面和压板作为定位基准，板料底面约束工件Z轴,移动X、Y轴旋转三个自由度，后表面约束Y轴、移动Z轴旋转两个自由度。
X轴移动作为对刀自由度
2.4毛坯
简介：
特性:
真空脱气、钢质纯净，适合要求抛光或蚀纹加工塑胶模；经锻轧制加工、组织致密，100%超声波检验，无气孔、针眼缺陷；预硬状态供货，不需再热处理可直接用于模具加工，缩短工期。
用途:
热塑性塑胶注塑模具，挤压模具；热塑性塑料吹塑模具；重载模具的主要部件；结构制件；常用制造电视机壳、洗衣机、冰箱内壳、水桶等。
使用方法:
直接制模已预先硬化处理至260-320HB，可直接用于制模加工，并具有尺寸稳定性好的特点，预硬钢材可满足一般用途需求，模具寿命可达到50万模次。
加硬处理:
为提高模具寿命达到80万模次以上，可对预硬钢实施淬火加低温回火的加硬方式来实现。
淬火时先在500-600℃预热2-4小时，然后在850-880℃保温一定时间（至少2小时），放入油中冷却至50-100℃出油空冷，淬火后硬度可达50-52HRC，为防止开裂应立即进行200℃低温回火处理，回火后，硬度可保持48HRC以上。
该胎帽的材料为P20+Ni高级预硬塑料模具钢，450×450×80
2.5胎帽的技术分析
2.5.1胎帽工艺方案的拟定
通过查阅数控加工工艺教科书和操作加工的经验，得出各部位的加工方案粗铣—半精铣—精铣—电脉冲—抛光
2.5.2加工顺序（工步顺序）
该工序的工步有五步：
粗、半精、精铣削、抛光、修模等加工模具，根据先粗后精原则：
工步1：
粗铣削加工模具
加工内容是整个模具，由于模具的造型比较复杂所以用的是UGCAM对加工的模具进行编程，对模具进行加工，整个零件留0.8mm的余量,此次粗加工分三步进行，第一次粗加工选用φ35R5的圆鼻刀，切削的力比较大能够满足粗加工的要求，去除大量的加工余量，第二次粗加工用的是φ16R0.8的立铣刀，加工的部位是第一把刀的残余加工，为后面的半精加工做好准备。
第三把刀选用的是φ8的端面立铣刀，加工的部位是前两吧到加工不到的小的部位。
工步2：
半精铣削加工模具
加工内容是整个模具，用的是UGCAM对加工的模具进行编程，对模具进行加工，整个零件留0.3mm的余量。
此道工步分三次加工，先加工所有的侧壁,选用φ6的端面立铣刀；再加工所有的球面及曲面，选用φ4R2球刀；再加工内圆腔侧面选用φ4R2球刀。
工步3：
精铣削加工模具
加工内容是整个模具，用的是UGCAM对加工的模具进行编程，对模具进行加工，除了部分球面留0.05mm的余量留给模具钳工进行抛光等后处理，其余的地方不留余量。
工步4：
电脉冲加工
加工内容是：
数控机床加工不到的部分拐角用电脉冲进行加工。
工步5：
抛光等后处理
加工内容：
用数控机床加工的部分球面的表面粗造度达不到要求，需要进一步的抛光等后处理。
2.5.3确定工序尺寸
因为用UGCAM对模具进行编程,然后对其进行加工,所以工序尺寸由UG软件控制。
粗加工留0.5mm的加工余量，
半精加工留0.2mm的加工余量，
精加工时曲面留0.02mm的加工余量给钳工进行抛光、修配等后处理，
底面、平面、圆台侧面、圆腔侧面不留加工余量。
第三章加工设备与刀具的选择
3.1.立式加工中心/数控镗铣床---TK7640/7650
主要技术参数：
TK7640
TK7650
工作台尺寸（长X宽）:
800X400mm
900X500mm
工作台行程（X向）:
600mm
600mm
工作台行程（Y向）:
400mm
500mm
主轴头垂直行程（Z向）:
600mm
500mm
主轴端面距工作台面距离:
180-780mm
180-680mm
主电机功率:
5.5kw
5.5kw
主轴转速范围（无级调速）:
63-3000r/min
63-3000r/min
主轴最大输出扭距:
150NM
150NM
主轴最大轴向抗力:
10000N
10000N
快速移动速度（X、Y、Z方向）:
X、Y:
12m/minZ:
6m/min
X、Y:
12m/minZ:
6m/min
进给速度范围:
1-2500mm/min
1-2500mm/min
工作台承重:
400kg
400kg
刀柄:
BT40
BT40
坐标定位精度:
X:
0.025,Y/Z:
0.022
X:
0.025,Y/Z:
0.022
重复定位精度:
X:
0.015,Y/Z:
0.012
X:
0.015,Y/Z:
0.012
坐标控制:
三轴控制
三轴控制
数控系统:
SIEMENS802D
SIEMENS802D
3.2装夹方案和夹具的选择
由于胎帽的凸模是单件生产不便于设计专用夹具，价格昂贵，所以选用毛坯底面钻孔攻丝吊工装板作为夹具，以底面和压板作为定位基准，板料底面约束工件Z轴移动X、Y轴旋转三个自由度，后表面约束Y轴移动Z轴旋转两个自由度。
X轴移动作为对刀自由度。
3.3选择刀具
3.3.1选择数控刀具的原则
刀具寿命与切削用量有密切关系。
在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。
复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。
对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。
对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。
车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。
大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。
与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。
数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。
3．3.2选择数控车削用刀具
数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。
成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。
数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。
在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。
尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。
这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。
尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。
二是圆弧形车刀。
圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。
该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。
圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。
选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。
3.3.3设置刀点和换刀点
刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?
所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。
此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。
在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。
对刀点设置原则是:
便于数值处理和简化程序编制。
易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。
对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。
实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。
所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。
平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。
球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。
用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。
而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。
加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。
所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。
综上所述：
工
步
号
工步内容
刀
具
号
1
粗铣胎帽凸模
T01
2
粗铣胎帽凸模
T02
3
粗铣胎帽凸模
T03
4
半精铣胎帽凸模所有平面
T04
5
半精铣胎帽凸模曲面
T05
6
半精铣胎帽凸模圆台侧壁
T06
7
半精铣胎帽凸模8个小圆腔
T03
8
精铣胎帽凸模底平面
T07
9
精铣胎帽凸模10个圆腔底平面
T07
10
精铣胎帽凸模部分槽
T08
11
精铣胎帽凸模曲面
T05
12
精铣胎帽凸模圆台侧壁
T06
13
半精铣胎帽凸模8个小圆腔
T03
3.4确定切削用量
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
1．粗铣削加工模具
所用刀具为T01，圆鼻刀，刀具直径φ35，型号是CRT-6R35×200刀齿数为3，加工余量为0.5mm。
因为加工量比较大，所以要几次走刀才能切除全部余量，背吃刀量为0.5，因为为平底立铣刀铣平面，选择刀具重合度为80%，即行距为26mm。
根据FANUC数控铣床加工中心一书表2-1查得，硬质合金刀片每齿进给量为0.07mm，在此因为表面粗糙度要不高，切削速度取27m/min，因此S=1000×27/π×16=537（r/min）。
2．精铣轮廓
工步号
工步名称
刀具号
或刀具名称
切削速度
或主轴转速（r/min）
进给量
或进给速度（mm/min）
背吃刀量
1
铣圆台及底面
T02
2500
1000
0.15
2
铣削加工球面
T03
3000
1500
0.15
3
铣削圆台侧面
T05
7000
1000
0.15
根据上述分析，填写数控加工工序卡片（附表2）、数控加工刀具卡片（附表3）、数控加工进给路线图（附表4）
3．5量具的选择
一种测量长度、内外径、深度的量具。
游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。
若从背面看，游标是一个整体。
主尺一般以毫米为单位，而游标上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等。
游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪通常用来测量内径，外测量爪通常用来测量长度和外径。
深度尺与游标尺连在一起，可以测槽和筒的深度
综上所述：
胎帽的量具需要用到游标卡尺。
第四章胎帽的数控加工
4.1胎帽走刀路线的确定
下图所示为粗加工的第一步加工的走刀路线，选用φ35R5的圆鼻刀，步距为刀具直径的80%为28mm，加工留的余量为0.8mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.5mm,S1500r/min,F2000mm/min。
因为是粗加工主要的目的是去除大量的余量，所以选用型腔铣削。
下图所示为粗加工的第二步加工的走刀路线，选用φ16R0.8的立铣刀，步距为恒定的0.5mm，加工留的余量为0.8mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.5mm,S2000r/min,F2500mm/min。
下图所示为粗加工的第三步加工的走刀路线，选用φ8端面的立铣刀，步距为恒定的0.5mm，加工留的余量为0.8mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S2000r/min,F2000mm/min。
下图所示为半精加工的第一步加工的走刀路线，选用φ8端面的立铣刀，步距为恒定的16mm，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S3000r/min,F2500mm/min因为加工的圆腔的侧壁和底面，所以选用平面铣削进行走刀。
下图所示为半精加工的第二步加工的走刀路线，选用φ10R5球刀，步距为恒定的0.5mm，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S3000r/min,F1500mm/min因为加工的是所有的曲面，所以选区域铣削进行走刀。
下图所示为半精加工的第三步加工的走刀路线，选用φ4R2球刀，步距为恒定的0.5mm，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S3000r/min,F2500mm/min，因为加工的是圆台的侧壁，所以选用陡峭壁轮廓铣削进行走刀。
下图所示为精加工的第一步加工的走刀路线，选用φ4R2球刀，步距为恒定的0.2mm，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S3000r/min,F1500mm/min因为加工的是所有的曲面，所以选区域铣削进行走刀。
下图所示为半精加工的第二步加工的走刀路线，选用φ30端面立铣刀，步距为恒定的0.2mm，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S3000r/min,F2500mm/min，因为加工的是上表面，所以选用平面铣削进行走刀。
下图所示为精加工的第三步加工的走刀路线，选用φ4R2球刀，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S1500r/min,F1500mm/min，因为加工的是圆腔的侧壁和曲面，所以选用径向铣削进行走刀。
下图所示为精加工的第四步加工的走刀路线，选用φ6端面立铣刀，加工留的余量为0.3mm，根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀0.25mm,S1500r/min,F1500mm/min，因为加工的是圆台的侧壁，所以选用陡峭壁轮廓铣削进行走刀。
4.2胎帽的数控加工程序
根据数控加工工序卡和进给路线，编写数控加工程序，所选机床系统为FANUC系统。
考虑到所有的加工程序太长下面是典型平面的加工程序
加工的部位如下图所示：
图1
图1的加工程序如下：
O0001：
N0010G54G90M03S1500G40G17G90G70
N0010G40G17G90G70
N0020G91G28Z0.0
:
0030T00M06
N0040G0G90X14.7Y-10.3923S0M03
N0050G43Z36.H00
N0060G1Y0.0Z30.F250.M08
N0070X1.2
N0080Y1.2
N0090X-1.2
N0100Y-1.2
N0110X1.2
N0120Y0.0
N0130X14.7
N0140Y14.7
N0150X-14.7
N0160Y-14.7
N0170X14.7
N0180Y0.0
N0190X37.2
N0200Y37.2
N0210X-37.2
N0220Y-37.2
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