毕业设计心形凸台零件的数控铣削加工工艺及其编程.docx
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毕业设计心形凸台零件的数控铣削加工工艺及其编程
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心形凸台零件的数控铣削加工工艺及其编程
【摘要】
本文主要介绍了心形凸台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并对数控技术原理加以解释，紧接着对零件图进行了简要的分析并确定其加工方式，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，在编制程序时运用了自动编程与手工编程相结合的方法编制，自动编程的应用大大减少了编程时的计算量，同时也使得程序更加准确无误。
本文对本公司一项心形凸台产品阐述加工中心对其复杂形状的工件加工，主要分析了心形凸台零件的结构特点、加工要求、制定加工工艺、选择刀具夹具以及确定切削用量等。
利用数控车床高精度的特性，对于高精度要求再适合不过。
对于高精度要求的加工，位置误差的把握。
在加工中零件对尺寸的高要求，自己对数控车床使用也越发熟悉。
我相信自己一定能独立的完成一项加工。
【关键词】：
数控编程；工艺分析；切削用量；加工方案；
引言
本课题来源于丹阳市永和铝材有限公司。
数控机床指的是信息（程序指令）的形式数字代码，是由给定了工具的工作程序、速度、轨迹进行自动加工的机器，称之为数控机床的控制。
数控机床是在控制技术的基础上和机械制造技术的基础上发展起来的。
数控加工特点：
（1）高自动化，生产效率高。
因为除了手动夹紧这方面的空白，其他的步骤都可以自动由数控机床完成。
数控加工以改善了劳动条件，减轻操作者的劳动强度，消除交叉多次定位夹具测试等工序和辅助操作，有效的提高生产效率。
（2）加工对象的适应性。
加工时改变对象，除了更换工具和方法来解决粗糙外夹紧，只需要重新编写新的程序，而不需要进行其他调整，进而缩短生产准备周期。
（3）加工质量稳定，精度高。
尺寸精度一般为0.005〜0.01毫米，部件的复杂程度不受影响。
因为大多数通过机器的操作，所以消除了人为误差，提高零件的大批量产品的尺寸一致性，并在机器的精确控制使用位置检测装置，从而更加提高数控加工的精确度。
本课题的主要内容和主要任务：
（1）主要内容
本文重点对心脏形凸台数控加工过程中的问题，如粗选，定位基准的选择，选择钳，切割工具和测量工具的选择，选择在切割这些问题后，完成了分析相关问题的参数的方法，制定合理的处理方案，以及相关的技术文件，数控加工过程的部分编制的发展。
（2）主要任务
1）绘制零件图，您可以自由手绘或使用CAD软件。
2）零件进行工艺分析。
3）制定合理的加工程序，填写工艺卡（如数控加工工艺卡和信用卡处理程序等）。
4）制备的部件的数控加工程序（制剂的手动或自动编程）。
5）书面说明。
一、零件的图样分析
（一）零件的结构特点分析
如图1-1所示零件图，图中有不清晰之处请参加附图，从图中可以看出，该零件的结构为：
一方形板上有一心型凸台、左右两个小凸台、两个腰型槽、2个M10的螺纹盲孔以及中间的光滑通孔组成，这些结构形状较复杂，在普通铣床上难以加工，而在数控铣床上加工这些结构属于易加工产品。
此零件也很典型的反映出数控铣床在机械加工中的应用。
图1-1心型凸台零件图
（二）零件的技术要求分析
从图2.1分析得知，该零件的尺寸精度要求有：
尺寸40
的精度等级为IT8级、尺寸38
的精度等级为IT8级、尺寸¢38
的精度等级为IT7级、尺寸20
的精度等级为IT7级、尺寸11
的精度等级为IT8级、尺寸8
的精度等级为IT8级，其余未注尺寸公差按IT10进行控制；表面粗糙度要求有：
Ф38
孔的表面、凸台轮廓表面及腰型槽表面的粗糙度要求为
，其余加工面的表面粗糙度要求为
；位置度要求有：
心型凸台上表面与底面之间的平行度要求跳动量为0.03，两侧小凸台上表面与底面之间的平行度要求跳动量为0.02。
二、零件的工艺规程设计
（一）毛坯的选择
此零件是板类的零件，所以他的毛坯选择板材，毛坯的材料是铝合金，毛坯尺寸为170mmx130mmx45mm。
（二）定位基准的选择
对于工件定位基准，实际是在确定工件的定位基面。
根据选定的基面是否加工，将定位基准分为粗基准和精基准。
在开始的工序中，只能选择未加工的表面作为定位基准，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。
在选定位基准时，为了保证工件精度要求，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，应能保证加工精度和装夹方便、可靠，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
选择粗基准的要求是能保证不加工面和加工面之间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，可按照不重复使用、重要表面、便于工件装夹、加工余量最小、非加工表面、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。
（三）装夹方式的选择
机床上加工时为了确保加工的精度，首先必须要让工件在机床上占据一个正确合适的位置，即定位；然后压牢压紧使得在加工过程中工件位置不变，即夹紧。
从定位到夹紧的过程称之为工件的装夹。
经分析，这个零件需要3次装夹才能完成加工。
第一次装夹是为了铣削零件底面，此次装夹时以毛坯外轮廓定位，采用平口虎钳进行装夹；第二次装夹时加工零件的外轮廓，此次装夹可以以加工好的底面进行定位，压零件上表面，该夹具具有4个压板，即前后左右，在铣前后边时压左右边的两块压板，铣左右边时压前后边的两块压板；在第三次装夹时铣削剩余的部分，此次装夹可直接用机用平口虎钳装夹。
（四）表面加工方法的选择
（1）上下两平面的加工方法
其尺寸精度要求较高，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
其表面粗糙度和侧面的尺寸精度要求都不算太高，可直接进行粗铣即可。
（3）心型凸台轮廓加工方法
其尺寸精度要求比较高，而表面粗糙度要求并不高，X、Y向的加工余量比较大，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X、Y向分层铣削。
（5）Ф38孔的加工方法
该孔的精度要求较高，达到IT7级，因为此孔的直径较大，若选用大铰刀的话，无法加工出合格的表面，故需要进行镗削加工，故选择其加工方法为先钻Ф30mm底孔，再进行扩孔，将其扩至Ф37.5mm，给精镗孔留0.5mm余量，然后再进行精镗孔。
（6）2-M10螺纹孔的加工方法
加工螺纹孔按照常规方法，采用预钻底孔，再攻螺纹的方法。
（五）加工顺序的安排
加工顺序安排的原则是：
先粗后精、先面后孔、基面先行。
根据以上的原则，确定该零件的加工顺序为：
铣底面→铣前后侧面→铣左右侧面→铣上表面→粗铣心型凸台及两侧小凸台→精铣心型凸台及两侧小凸台→粗铣腰型槽→精铣腰型槽→钻中心孔→钻中间孔的底孔Ф30mm→扩孔至Ф37.5→精镗孔至Ф38→钻M10螺纹底孔Ф8.5mm→攻M10螺纹孔。
（六）工艺路线的确定
（1）可能采取工艺路线的方案
（1）工艺路线方案一
工序1：
选择毛坯170mm×130mm×45mm。
工序2：
粗精铣底面。
工序3：
铣外轮廓。
工序4：
粗精铣上表面。
工序5：
粗精铣凸台轮廓。
工序6：
粗精铣腰型槽。
工序7：
钻镗Ф38孔。
工序8：
钻攻2-M10螺纹孔。
工序9：
去毛刺。
工序10：
检验。
工序11：
入库。
（2）工艺路线方案二
工序1：
制造毛坯
工序2：
铣底面，一次走刀。
工序3：
铣矩形外轮廓，一次走刀。
工序4：
铣上表面，凸台，光滑通孔及圆角，螺纹孔。
工序5：
检验。
工序6：
去毛刺。
工序7：
入库。
（2）工艺路线方案比较
对比以上方案分析可知，方案一采用工序分散的方式进行划分工序，方案二采用的是工序集中的方式进行划分工序；在方案一中需要装夹的次数较多，在加工时容易出现位置度偏差，由于该零件的腰型槽凸台，螺纹孔等部位的加工基准都在零件的对称中心上，并共线，故这几个部位需要在一次装夹中完成，所以综合考虑选择方案二进行加工。
（3）工艺路线的最终确定
根据以上分析比较，选择方案二进行加工，下面再对该方案划分其工步，最终确定的工艺路线如下：
工序1：
制造毛坯
工序2：
铣底面。
工步1：
粗铣底面，留出0.5mm的加工余量；
工步2：
精铣底面，控制表面粗糙度3.2；
工序3：
铣矩形外轮廓，一次走刀。
工步1：
铣前后边；
工步2：
铣左右边；
工序4：
铣上表面，凸台，光滑通孔及圆角，螺纹孔。
工步1：
粗铣铣上表面；
工步2：
精铣上表面，控制总厚度38，表面粗糙度3.2；
工步3：
粗铣凸台轮廓，壁边留0.5mm加工余量；
工步4：
精铣凸台轮廓，控制表面粗糙度1.6；
工步5：
粗铣腰型槽，壁边预留0.5mm加工余量；
工步6：
精铣腰型槽，控制表面粗糙度1.6；
工步7：
钻中间孔中心孔Φ3mm；
工步8：
钻底孔至Φ30mm；
工步9：
粗镗孔至Φ37.5；
工步10：
精镗孔至Φ38
，控制表面粗糙度1.6；
工步11：
铣R28孔口圆角；
工步12：
钻2-M10螺纹孔中心孔Φ3mm；
工步13：
钻2-M10螺纹孔底孔Φ8.5mm；
工步14：
攻2-M10螺纹空；
工序5：
检验。
工序6：
去毛刺。
工序7：
入库。
三、设备及其工艺装备的确定
（一）机床的选择
因为该零件属于小批量生产，所以不用考虑生产效率问题，只要在能够保证精度要求的前提下选择相应设备进行加工即可，但为减少人为的换刀次数，根据现有的数控机床，确定选择由云南CY集团有限公司生产的CY-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）：
460x950（500x1050）
行程（X-Y-Z）（mm）：
800x500x550
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
机床重量（吨）：
6
（二）夹具的选择
工序2选用机用平口虎钳进行装夹。
工序3选择在机床平台上直接压紧的方式进行装夹，通过垫铁、压板、螺栓的部件组合压紧。
工序4选择机用平口虎钳装夹。
（三）刀具的选择
如何选择合适的刀具是数控加工中最重要的工艺内容之一，它直接影响了机床的加工效率和加工质量。
编程时选择刀具通常考虑工件材料、工序内容、机床的加工能力、等因素。
表3-1就是该零件加工所需要用到的所有刀具。
表3-1刀具卡片
刀具名称
刀具规格
刀具材料
加工表面
面铣刀
Ø200mm
YT15
铣零件上下底面
立铣刀
Ø20mm
YT15
铣零件外轮廓
立铣刀
Ø10mm
YT15
铣零件凸台轮廓
立铣刀
Ø16mm
YT15
铣腰型槽
中心钻
Ø3mm
高速钢
钻中心孔
麻花钻
Ø30mm
高速钢
钻中间Ø38孔底孔
扩孔钻
Ø37.5mm
YT15
扩Ø38孔至Ø37.5mm
精镗刀
Ø38mm
YT15
精镗Ø38孔
球头铣刀
Ø10mm，R5mm
YT15
铣Ø38孔口圆角
麻花钻
Ø8.5mm
高速钢
钻2-M10螺纹孔底孔
丝锥
M10
YT15
攻2-M10螺纹孔
四、切削用量的选取
合理的选择切削用量，对保证产品的质量，降低加工成本，具有重要的作用。
切削用量如何选择主要根据工件材料、表面粗糙度和加工精度的要求进行，同时还要兼顾刀具耐用的程度、机床的功率和工艺系统的刚度等条件，其基本原则是：
在工艺系统刚性允许的条件下，首先应该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的条件下选择一个合理切削速度（
）。
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，也应按先多后少的不等余量法进行加工。
第一刀的
应尽可能的大些，使得刀口在里层切削，避免有硬皮的铸造件和工件表面的不平。
2）当工艺系统刚度较差时或者冲击载荷较大，可适当的降低
，让切削力减小。
3）在精加工的时候，
应根据粗加工所留下的余量判断和确定，采用逐渐降低
的方法，逐步提高表面质量和加工精度。
4）一般精加工，取
=0.05～0.8mm，半精加工，取
=1.0～3.0mm。
（2）
的选择
1）粗加工时，
主要受机床、工件、刀片、刀杆等刚度和强度所能承受切削限制时一般根据刚度选择。
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，
应根据工件表面粗糙度的要求进行选择。
表面粗糙度要求小，则选择较小的
，但是又不能过小，因为
过小，切削厚度过薄，表面粗糙度的值反而会加大，使得刀具磨损加剧。
（3）
的选择
主要根据机床功率、工件材料和刀具材料来选择。
1）刀具材料好，
可选择高些。
2）表面粗糙度要求较小要避开积屑瘤、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。
五、工艺卡片
（一）工艺过程卡，见表5-1所示。
表5-1工艺过程卡
序号
工序名称
工序内容
设备及工装
1
备料
制造毛坯170mm×130mm×45mm
2
铣
铣底面。
铣削加工中心
3
铣
铣矩形外轮廓，一次走刀。
铣削加工中心
4
铣
铣上表面，凸台，光滑通孔及圆角，螺纹孔。
铣削加工中心
4
检验
手检
5
钳
去毛刺
6
入库
入库
（二）数控加工工序卡
见工序卡表5-1、5-3、5-4
表5-2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
O0100
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
粗铣底面，留0.5mm加工余量
T01
600
200
3
2
精铣底面，控制表面粗糙度3.2
T01
1000
300
0.5
表5-3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
3
程序编号
O0200
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
铣前后边
T01
1200
150
5
2
铣左右边
T01
1200
150
5
表5-4工序卡三
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
O0300
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
粗铣铣上表面
T01
600
200
3
2
精铣上表面，控制总厚度38，表面粗糙度3.2
T01
1000
300
0.5
3
粗铣凸台轮廓，壁边留0.5mm加工余量
T02
1200
100
5
4
精铣凸台轮廓，控制表面粗糙度1.6
T02
1800
150
0.5
5
粗铣腰型槽，壁边预留0.5mm加工余量
T03
1200
150
8
6
精铣腰型槽，控制表面粗糙度1.6
T03
1800
200
0.5
7
钻中间孔中心孔Φ3mm
T04
1200
120
2
8
钻底孔至Φ30mm
T05
600
150
1.5
9
粗镗孔至Φ37.5
T06
800
120
3.75
10
精镗孔至Φ38，控制表面粗糙度1.6
T07
1200
100
0.25
11
铣R28孔口圆角
T08
1500
120
12
钻2-M10螺纹孔中心孔Φ3mm
T04
1200
120
2
13
钻2-M10螺纹孔底孔Φ8.5mm
T09
1000
150
1.5
14
攻2-M10螺纹孔
T10
200
300
六、数控加工程序的编制
（一）编程方法的选择
数控编程方法可分为自动编程和手动编程两种。
（1）自动编程
自动编程指的是借助于图形编程系统和数控语言编程系统，再借助于计算机来自动生成零件加工程序的过程。
编程者只需根据加工对象及工艺要求，借助于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，而由编程系统自动生成出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。
因为在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能够及时地检查程序有无错误，并进行修改，得出正确程序。
综合考虑该零件的外形，确定该零件的凸台、槽等部分内容采用UG软件自动编程，其余平面、外轮廓、孔的加工程序采用手工编程的方法进行编制。
这样做可以简化编程。
（2）手工编程
主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作的方法叫做手工编程。
在程序较短和被加工零件形状不怎么复杂时，都可以采用手工编程的方法。
手工编程目前仍是被广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的今天，手工编程的地位也不可取代，依旧是自动编程的基础。
在先进的自动编程方法中，许多重要的方法和经验都来源于手工编程，并不断推进和丰富自动编程的发展。
（二）编程坐标系的确定
由零件图可知，该零件的设计基准在零件的左下角，故在编程时将其编程原点设置在此处能够方便对刀和编程。
但加工外轮廓和平面时还是将坐标系设置在零件的几何中心处比较合理。
（三）加工程序清单
（1）工序2的加工程序单
该工序加工零件底面，所用的刀具为Φ200面铣刀，其加工程序见表6-1：
表6-1粗铣削底面
O0100;
程序号；
T01MO6;（面铣刀）
G00G90G54X200Y0M03S600;
G43H1Z50M08;
调用1号刀具长度补偿，切削液开；
G00Z0.5;
快速下刀至粗铣位置；
G01X-200F200;
粗铣平面；
G00Z0;
下刀至精铣位置；
M03S1000;
主轴转速800；
G01X200F300;
精铣平面；
G00Z150;
抬刀；
Y150;
工作台退回；
M05;
主轴停止；
M09;
切削液关；
M30;
程序结束；
（2）工序3的加工程序单
该工序加工零件底面，所用的刀具为Φ20mm立铣刀，其加工程序见表6-2。
表6-2铣削底面
程序
解释说明
铣侧面的加工程序
O0200;
程序号；
T01M06;（Ф20立铣刀）
换1号刀；
G00G90G54X100Y70M03S1200;
快速运动至下刀点；
G43H1Z50M08;
调用1号刀具长度补偿，切削液开；
G00Z-43;
快速下刀；
G01X-100F150;
铣后边；
G00Z50;
抬刀；
Y-70;
定位；
Z-43;
下刀；
G01X100F150;
铣前边；
G00Z150;
抬刀；
Y150;
工作台退回；
M00;
暂停，换压板，铣左右侧面；
G00X90Y-80M03S1200;
快速定位；
M08;
切削液开；
G00Z-43;
快速下刀；
G01Y80F150;
铣右边；
G00Z50;
抬刀；
X-90;
定位；
Z-43;
下刀；
G01Y-80F150;
铣左边；
G00Z150;
抬刀；
Y150;
工作台退回；
M05;
主轴停止；
M09;
切削液关；
M30;
程序结束；
（3）工序4的加工程序单
表6-3铣上表面
程序
解释说明
O0200;
程序号；
铣平面
T01MO6;（200mm面铣刀）
M01;
选择停
G00G90G54X200Y0M03S600;
G43H1Z50M08;
调用1号刀具长度补偿，切削液开；
G00Z0.5;
快速下刀至粗铣位置；
G01X-200F200;
粗铣平面；
G00Z0;
下刀至精铣位置；
M03S1000;
主轴转速800；
G01X200F300;
精铣平面；
G00Z150;
抬刀；
粗精铣凸台
采用调用子程序的方式进行编程
T02M06;（¢10mm立铣刀）
M98P0201;
调用子程序O0201[程序见附件]
铣腰型孔
采用调用子程序的方式进行编程
T03M06;（¢16mm立铣刀）
换3号刀，
M01;
选择停
M98P0302;
调用子程序O0302[铣腰型槽]，程序见附件
T04M06;（¢3mm中心钻）
换4号刀
M01;
选择停
G00G90G54X0Y0M03S1200;
快速运动至孔上方
G43H4Z50M08;
调用4号刀具长度补偿，切削液开
G98G81Z-2R2F120;
调用G81钻孔循环
G80Z150;
取消循环，抬刀
T05M06;（¢30mm麻花钻）
换5号刀
M01;
选择停
G00G90G54X0Y0M03S600;
G43H5Z50M08;
调用5号刀补，切削液开
G98G83Z-40R2F150;
调用G83深孔琢钻循环
G80Z150;
取消循环，抬刀
T06M06;（¢37.5mm粗镗刀）
换6号刀
M01;
选择停
G00G90G54X0Y0M03S800;
G43H6Z50M08;
调用6号刀补，切削液开
G98G73Z-40R2F120;
调用G73间歇式镗孔循环
G80Z150;
取消循环，抬刀
T07M06;（¢38mm精镗刀）
换7号刀
M01;
选择停
G00G90G54X0Y0M03S1000;
G43H7Z50M08;
调用7号刀补，切削液开
G98G76Z-40R2Q0.5F100;
调用G76精镗孔循环
G80Z150;
取消循环，抬刀
T08M06;（¢10×R5mm球头铣刀）
换8号刀
M01;
选择停
G43H8Z50M08;
调用8号刀补，切削液开
G00Z2;
快速下刀
G00G90G54X0Y0;
#1=38;
#2=28;
#3=5;
#4=24;
G01Z0F200;
靠近工件
N010WHILE[#4]LE[38]
铣孔口球面
#5=[#2-#3]*SIN[#4*PI/38]
#6=[#2-#3]*COS[#4*PI/38]
G01Z#6;
X[-#1+#5]
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