铣削零件的数控加工工艺及编程设计Word文档格式.docx
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2设备的选择
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）：
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
机床重量（吨）：
6
3工件的装夹
3.1毛坯的选择
毛坯是根据零件所要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。
毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。
确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：
首先选取毛坯加工余量和毛坯公差；
其次将毛坯加工余量叠加在零件相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差，其总的要求是：
减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。
因此毛坯要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。
根据零件的图样分析以及零件的材料要求，选择45#钢；
依据毛坯的选择原则，综合考虑零件的使用要求，以及机械加工的效率和经济性，确定毛坯的尺寸为155×
155×
35mm。
3.2零件的装夹
从零件图中的分析可以看出，该零件属于规则的方形零件，因此可选择数控铣削通用夹具——机用虎钳。
在数控铣床加工中，对于较小的零件，在粗加工、半精加工和精度要求不高时，是利用机用虎钳进行装夹的。
机用虎钳装夹的最大优点是快捷，但夹持范围不大。
使用机用虎钳安装工件时的注意事项：
1）在工作台上安装机用虎钳时，要保证机用虎钳的正确位置。
当机用虎钳底面没有定位键时，应该使用百分表找正固定钳口面。
2）夹持工件时的位置要适当，不应该装夹在机用虎钳的一端。
3）安装工件时要考虑铣削时的稳定性。
4）铣削长形工件时，可使用两个夹具把工件夹紧。
4工艺路线
零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。
在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择工序集中和分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。
4.1表面加工方法的选择
表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理加工方法。
在选择时一般先根据表面的精度及粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的，即确定加工方案。
由于获得同一精度和粗糙度的加工方法有几种，在选择时除了考虑生产率要求和经济效益外，还应考虑下列因素：
（1）工件材料的性质。
（2）工件的结构和尺寸。
（3）生产类型。
（4）具体的生产条件。
从图1.1中可以看出，该零件表面粗糙度为Ra3.2um，精度要求较高，又因该零件为45#钢，其切削性能好，硬度低，因此确定该表面的加工方法为：
粗铣→精铣。
4.2加工阶段的划分
针对该零件的形状特性及精度要求，将该零件划分为以下几个阶段：
粗加工阶段——主要任务是切除表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。
精加工阶段——保证各主要表面达到图样尺寸及精度要求，其主要问题是如何保证加工质量。
4.3加工顺序的安排
先粗后精——先安排粗加工，再安排精加工。
先面后孔——本题中无孔，因此先加工平面，后加工槽。
基面先行——本题中考虑先加工下表面（无槽的那面），然后以此面为基准，加零件上表面（有带槽的那面）。
4.4工序的集中和分散
经过以上所述，零件加工的工步顺序已经基本排定，如何将这些工步组成工序，就需要考虑采用工序集中还是工序分散的原则。
（1）工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。
其主要特点是：
①可以采用高效机床和工艺设备，生产率高。
②减少设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力物力。
③减少工件安装次数，利于保证表面间的位置精度。
④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。
（2）工序分散工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长，其特点是：
①设备和工艺装备比较简单，便于调整，易于适应产品的更换。
②对工人技术要求较低。
③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。
④所需设备和工艺装备数目多，操作工人多，占地面积大。
在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。
一般情况下，单件小批量生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；
大批量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。
批量生产应尽可能的采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效的提高生产效率。
根据该零件的结构工艺性、生产规模和技术要求，确定该零件采用工序集中的方法制定加工工艺。
综上所述，该零件的加工工艺路线如下所示：
工序1下料，准备155×
35mm的钢板，材料45#钢。
工序2铣削平面及外轮廓，保证总厚度为32，外形尺寸为150×
150×
22mm。
工序3掉头装夹150×
150的边，铣削另一表面，钻孔，铣槽。
工序4去尖边毛刺。
工序5检验。
5合理的选择刀具
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。
5.1刀具的选择原则
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。
5.2数控铣削刀具的选择
在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：
一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=（0.8-0.9）Rmin。
二是零件的加工高度H<
（1/4-1/6）RD，以保证刀具有足够的刚度。
三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r，即直径为d=2Re=2（R-r），编程时取刀具半径为Re=0.95（Rr）。
对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。
综上所述，并根据该零件的结构特性，确定该零件的数控加工刀具如表5.1所示。
表5.1数控加工刀具卡片
刀具号
刀具名称
刀具规格
刀具材料
加工表面
T01
可转位面铣刀
Φ200mm
YT5
铣削平面
T02
立铣刀
Φ20×
50mm
铣削外轮廓
T03
15mm
铣削凸台
T04
Φ10×
铣槽
T05
中心钻
Φ2mm
高速钢
钻中心孔
T06
麻花钻
Φ30mm
合金
钻孔
T07
镗刀
Φ39.5mm
YT15
粗镗孔
T08
Φ40可微调镗刀
精镗孔
6切削用量的选择
与传统加工相比，数控加工的显著特点是:
自动化程度高、加工质量稳定；
适合复杂型面零件的加工；
高速化、高精度、高效率；
工艺复杂、一机多用；
柔性化高。
“工欲善其事，必先利其器”。
刀具的切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量，因此，数控加工中切削用量确定至关重要。
编程人员必须掌握切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。
切削用量是在机床调整前必须确定的重要参数，它对切削力、功率消耗、刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和表面质量等均有明显的影响。
因此，合理选择切削用量对提高切削效率，保证加工质量和降低加工成本具有重要的作用。
所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
要确定合理的切削用量，既要从理论上充分认识切削用量，又要将理论上得出的切削用量运用到实际中去，这样才能综合机床、刀具、加工材料确定最佳的切削用量。
6.1切削用量的具体参数
零件的切削过程可看作是刀具从零件的毛坯上切除多余工件材料的过程。
刀具和工件之间的相对运动包括主运动和进给运动。
主运动的速度即为切削速度V，进给运动的大小用进给量f来表示，吃刀的大小称为切削深度ap。
切削速度、进给量和切削深度称为切削用量的三要素。
（1）切削速度V。
在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度表示为：
v=πdn/1000（m/min）
式中d表示完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）；
n表示主运动的转速（r/min）。
（2）切削深度ap。
ap等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距：
对于车削：
ap=（dw-dm）/2（mm）；
对于铣削：
ap为吃刀深度。
（3）进给速度F。
F表示工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量：
vf=n*f（mm/min）
表6.1切削用量选取表
材质
布氏硬度
抗拉强度
切削速度m/分
每齿进给量MM/齿
平面铣刀、槽铣刀
粗铣
精铣
负前角
正前角
铸铁
低硬度
中硬度
高硬度
HB
〈=170
170-180
220-300
60-90
55-80
45-60
90-120
75-105
60-90
0.5-1.2
0.3-1.0
0.2-0.8
0.3-0.9
0.3-0.8
0.2-0.6
0.15-0.4
0.1-0.3
0.1-0.2
钢
一般钢
低硬合金钢
中硬合金钢
高硬合金钢
铸钢
n/mm2
400-700
500-800
800-1100
1100-1400
400-700
120-240
90-180
60-120
25-60
45-90
150-300
30-90
75-140
0.2-0.8
0.3-1.0
0.3-0.8
0.1-0.25
0.08-0.15
0.1-0.3
黄铜
150-600
300-900
-
0.25-0.50
青铜
90-300
铝
900-4500
>
=1500
0.15-1.00
镁
1500-4500
6.2切削用量的选取
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本。
它的主要目的是快速地去除工件表面的残余金属，所以在机床功率允许的前提下应尽可能的提高效率，以便提高机床的利用率。
在确定切削用量时，首先应该考虑切削深度，这样可以达到在短时间内快速除去金属的目的，提高单位时间内的切削量。
精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度，因此，要避免在加工过程中受力的突然变化，使切削力均匀；
工件的表面粗糙度主要取决于切削速度，切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决定的。
综上所述，根据该零件的工艺特性，确定该零件的切削用量如表6.2所示。
表6.2数控切削用量表
加工部位
加工刀具号
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/min）
切深
（mm）
粗
精
平面
600
1000
200
120
3
0.5
外轮廓
800
1200
150
100
2
铣凸台
1800
2.5
650
镗孔
T07和T08
80
4.75
7拟定数控加工工艺卡
编制机加工艺卡片是用来指导工人加工的，一般简易的工艺卡片中需编制简易的工艺流程、工序名称、工装等。
固定产品的工艺卡片比较复杂，每一工步都需编制卡片，卡片中包含本工序加工图，加工刀具，测量量具，设备，定位等。
本题中的机械加工工艺卡片及工序卡片见附录。
8数控编程
8.1数控编程的分类
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，确定该零件的编程方法为：
加工平面、外轮廓及孔时采用手工编程。
加工凸台、槽时采用MasterCAMX3进行自动编程。
8.2加工程序清单
O0001（工序2）
T01M06；
面铣刀
M01
G00G90G54X190Y-10M03S600
G43H1Z50M08
G00Z-1.5
G01X-190F200
G00Z-2S1000
G01X190F120
G00Z150
T02M06；
Φ20立铣刀
G00G90G54X90Y-90M03S800
G43H2Z50M08
G00Z-22
G42X75D02（D02=9.5）
G01Y75F150
X-75
Y-75
X75
G40G01X90F300
G41Y-75D03（D03=10）S1200
G01X-75F100
Y75
G40G01Y-90F300
M05
M30
加工完成后检验总厚度，控制在32mm，外轮廓尺寸为图样尺寸要求内。
O0002（掉头装夹后的程序）
G00Z-5
G00Z-10
G01X190F200
G00Z-11.5
G01X-190F250
G00Z-12.03
T03M06；
M98P0003
T04M06；
Φ10立铣刀
M98P0004
T05M06
G00G90G54X0Y0M03S1200
G43H5Z50M08
G98G81Z-2R2F150
G80Z150
T06M06
G00G90G54X0Y0M03S650
G43H6Z50M08
G98G83Z-23R2F100
T07M06
G00G90G54X0Y0M03S800
G43H7Z50M08
G98G73Z-23R2F100
T08M06
G43H8Z50M08
G98G76Z-23R2Q0.3F80
子程序O0003；
子程序O0004；
N106G0G90G54X-97.309Y62.91S1200M3
N108G43H3Z25.
N110Z2.
N112G1Z-2.5F50.
N114X-77.309F200.
N116G3X-57.309Y82.91R20.
N118G2X-15.509Y146.651R69.5
N120X139.891R100.5
N122Y19.169R69.5
N124X-15.509R100.5
N126X-57.309Y82.91R69.5
N128G3X-77.309Y102.91R20.
N130G1X-97.309
N132X-89.309Y62.91F50.
N134X-69.309F200.
N136G3X-49.309Y82.91R20.
N138G2X-10.549Y140.051R61.5
N140X134.931R92.5
N142Y25.769R61.5
N144X-10.549R92.5
N146X-49.309Y82.91R61.5
N148G3X-69.309Y102.91R20.
N150G1X-89.309
N152X-81.309Y62.91F50.
N154X-61.309F200.
N156G3X-41.309Y82.91R20.
N158G2X-5.589Y133.369R53.5
N160X129.971R84.5
N162Y32.451R53.5
N164X-5.589R84.5
N166X-41.309Y82.91R53.5
N168G3X-61.309Y102.91R20.
N170G1X-81.309
N172X-73.309Y62.91F50.
N174X-53.309F200.
N176G3X-33.309Y82.91R20.
N178G2X-.629Y126.567R45.5
N180X125.011R76.5
N182Y39.253R45.5
N184X-.629R76.5
N186X-33.309Y82.91R45.5
N188G3X-53.309Y102.91R20.
N190G1X-73.30
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