数控加工工艺与编程设计.docx
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数控加工工艺与编程设计
********学院
毕业设计任务书
毕业设计题目：
数控加工工艺与编程设计
题目类型：
工程设计题目来源：
生产实际题
毕业设计时间从至
1.毕业设计内容要求：
（需自已填写）
1、毕业设计过程中要认真学习数控毕业设计指导书，并按照内容要求进行毕业设计进度，按时保质完成毕业设计。
2、毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累编程技巧，提高对数控加工工艺分析和编程的能力。
3、按要求撰写毕业设计说明书。
4、绘制有关设计图样。
5、最后简明扼要地进行总结，得出结论。
6、毕业设计（论文）必须符合“湖南理工职业技术学院信息工程系毕业设计（论文）规范格式”的要求。
[1]题目类型：
（1）理论研究
（2）实验研究（3）工程设计（4）工程技术研究（5）软件开发
[2]题目来源：
（1）教师科研题
（2）生产实际题（3）模拟或虚构题（4）学生自选题
2.主要参考资料：
（查找本专业技术资料库）
[1]岩松•《该软件为什么水土不服?
——ERP失败案例剖析》•《计算机世界》•2001年11月
[2] 武兴兵•《关于ERP产品成熟与否的深刻反思》•2002年5月23日
[3] 张秋华•《ERP遭遇信任危机》• week•2002年22期
[4]《ERP失败案例剖析》 • 企业信息化•2002年11月1日
[5]吴晓斌• 《一家美国企业实施ERP失败的经历》•计算机世界网•2002年6月26日
[6]《中国ERP第一案：
原告获得200万》 • 《21世纪经济报道》
[7]《ERP变局哈药1000万计划的悔与梦》•《21世纪经济报道》
[8]王延东•《ERP败局启示录》•《天极网》•2003年1月30日
[9]田茂永•《中国信息化两大基本问题》• 国家信息化评测中心•2003年2月24日
3.毕业设计进度安排
阶段
阶段内容
起止时间
1
毕业设计动员大会
2.25～2.26
2
着手收集资料，并报送提纲审定
2.27～3.12
3
集中指导与个别指导，提交初稿审查
3.13～3.31
4
修改，经审稿后定稿交稿
4.1～4.7
5
答辩与鉴定
4.10～4.16
指导老师（签名）___________时间：
_____________
教研室主任（签名）_____________时间：
______________
系主任（签名）___________时间：
______________
数控加工工艺与编程设计
一、设计题目
数控加工工艺与编程设计
二、设计目的
（1）了解加工中心的特点、分类及加工对象。
（2）了解加工中心加工的内容与步骤。
（3）掌握加工中心加工程序的结构、编程规则和编程的方法。
（4）掌握加工中心操作方法，并用加工中心加工给定的零件。
（5）了解加工中心与微机通过RS232接口的通信方法。
三、设计要求
1、设计安全要求
基本要求：
以设计小组为单位，在指导老师的安排和指导下，完成课题整体方案的分析、比较和论证。
同时由教师和实验指导老师组织学生进行毕业设计动员和安全教育。
要求学生在毕业设计时做到以下几点：
（1）在编程操作前，应熟悉加工中心的操作说明书，并严格按照操作规程操作。
（2）检查加工中心各部分机构是否完好，各按钮是否能自动复位。
（3）毕业设计车间工具都应放在固定位置，不可随意乱放；爱护量具，经常保持量具的清洁，用后擦净，涂油后放入盒内；工作位置周围应经常保持整齐清洁。
（4）数控加工时精力应高度集中，出现问题应立即切断加工中心电源，并向指导老师报告。
（5）操作过程中出现机床故障时，应及时向指导老师反映。
2、设计质量要求
（1）毕业设计过程中要认真学习数控毕业设计指导书，并按照内容要求进行毕业设计进度，按时保质完成毕业设计。
（2）毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累编程技巧，提高对数控加工工艺分析和编程的能力。
（3）按要求撰写毕业设计说明书。
（4）绘制有关设计图样。
（5）按要求的精度加工出给定零件。
3、零件图及技术要求
设计要完成的加工零件如图所示，并对被加工零件进行精度检验。
已知材料为45钢。
四、设计任务
（1）零件图样分析及工艺分析
（2）确定装夹方案
（3）确定加工顺序
（4）选择加工用刀具
（5）合理选择切削用量
（6）拟定加工中心加工工序卡片
（7）根据加工工序步骤编写加工程序
五、应完成的技术资料
1、按统一格式编写毕业设计说明书一份。
设计说明书是毕业设计的总结性技术文件，包括工艺方案的分析、工艺规程的制定、工艺装备的选用等等。
2、毕业设计说明书务必用钢笔或圆珠笔书写，字迹要工整，字数不得少于8000。
3、凡涉及到零件图或装配图必须用手工画，且符合国家绘图标准。
4、按规定时间完成毕业设计和毕业答辩。
六、章节目序号
按照正式出版物的惯例，章节目序号的级序规定如下：
一、
（一）1.
（1）1）①
七、设计时间进度安排。
2006～2007学年度上学期：
第1～2周毕业实习
第3～6周毕业设计
第7周毕业答辩
论在实践生产中数控加工工艺与编程应用
【中文摘要】
本设计主要是介绍数控加工技术的特点、发展方向和加工对象以及数控加工的内容与步骤；学会在实践之中掌握数控加工程序的结构、编程规则和编程的方法，逐步地熟悉数控加工的操作方法，加工给定的零件。
数控技术是一项重要的科学技术，它是我们机电一体化专业的重要组成项目；也在我国机械生产领域当中占有独特的地位，体现了当前我国机床技术进步的主流，是衡量现代技术水平的重要标志。
科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对加工不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。
这样，我们要不断的提高对这种科学的认知，学会对科学发展的认识。
【关键词】数控加工工艺分析编程技术操作训练
一、设计任务
1.1零件图样分析
零件图是制订工艺规程最主要的原始材料，首先在工艺规程之前，应对零件图样做出全面性、完整性地分析，弄清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键性的技术要求，才能正确的加工出合格的零件；主要分析以下几点：
（1）零件图的完整性与正确性分析
根据所给零件图来看,如图
（1）所示,是属于一种典型的数控铣削加工零件类型，此零件加工包括挖槽、钻孔、铣削平面、攻螺纹等加工，这种加工适合于数控加工中心；零件图上的尺寸标注符合数控加工的要求,轮廓的几何要素（点、线、面）都给定出来了，这是数控编程的重要依据；无论是手工编程还是自动编程都需要这些几何要素进行定义加工零件；才能在程序编制中，充分掌握零件轮廓各几何要素与各几何要素之间的关系进行正确的编程加工。
（2）尺寸标注应符合加工的特点分析
在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。
因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。
根据零件所给的尺寸来看，是以中心为基准来定义尺寸加工的；从零件尺寸和图样来分析，零件的图样是关于中心对称的，这样可以设计零件的对称中心为编程的原点，使编程加工简单化。
（3）零件的技术要求分析
零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度以及热处理。
这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。
过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。
从图上的尺寸来看，所加工零件的尺寸精度要求不是很高，长、宽、高的尺寸（146±0.2、100±0.1、20±0.05）精度一般不要用什么特殊的加工,就可以到达这种精度要求；上、下底面的平行度（以下底面为基准）要保证公差为0.1mm的要求；下底面平面度公差为0.05mm；Φ12H7孔对基准A的对称度为0.02mm，4-Φ12H7孔的内表面的粗糙度Ra为1.6，Φ12H7的对称孔保证中心距62±0.03，两边的槽靠零件边为3±0.05、2±0.05，B基准表面粗糙度Ra也为1.6，零件的上表面是3.2，其余都为6.3以上等。
（4）零件材料分析
因为此零件加工为批量生产，加工的精度比较低，为提高生产效率，降低成本，所选材料为45锻件。
图
（1）
1.2零件的结构工艺性分析
零件结构工艺性好还是差对其工艺过程的影响非常大，不同结构的两个零件尽量都能满足使用性能的要求，但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。
良好的结构工艺就是指在满足使用性能的前提下，能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来。
本零件的材料为45钢，毛坯为锻件。
该工件结构复杂程度适中，精度要求不高，各加工表面没有较高的位置精度和形状精度等要求；只有Φ12H7的对称中心孔相对100±0.1的对称中心线（基准A）有对称度精度的要求，上表面相对下底面基准B有平行度精度的要求，下底面有平行度的要求。
若在普通机床上加工，需要多次安装才能完成，这样不能使基准统一，致使加工零件的精度不能保证。
再是此零件的轮廓形状比较复杂，在普通机床上是难以加工的。
在数控加工中心上加工，只需要安装一次即可完成。
为便于加工中心上的定位与夹紧，将零件事先加工下底面以及四个侧面，保证尺寸为180±0.2、100±0.1完成加工，这样能使零件在加工中心上实现一次按照完成；提高生产效率。
在B0°工位，采用G54指令，编程原点X0、Y0设在零件的对称中心上，Z0设在高度尺寸20±0.05上面（基准B面）。
1.3设备的选择
此加工零件的内容有钻孔、铰孔、铣面及挖槽等加工要求，所需要的刀具不超过20把，FANUC-0M型立式加工中心可以满足上述要求。
1.4数控加工零件的安装与夹具的选择
1、数控加工零件定位安装的基本分析
在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定位基准和夹紧方案。
在选择时应注意以下几点：
1）力求设计、工艺和编程计算的基准统一。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
根据上述的要求，由六点定位原则确定，选择下底面、100±0.1的两侧面作为加工的定位基准，限制了四个自由度；虽然是属于欠定位，但是可以能够保证它的定位加工；这样可以一次性的定位装夹加工出全部待加工表面，使工艺基准与设计基准统一。
2、数控夹具的选择
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：
一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。
根据以上的定位安装的分析以及数控加工对夹具的要求，此零件加工要求不是很高，用普通的台钳就能够达到要求，以下底面B和100±0.1中的两侧面定位，用平口虎钳钳口从侧面夹紧，即可使用，如下图
（2）所示。
图
（2）工件装夹示意图
1.5加工方法的选择
机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面、成形面等基本表面组成的。
每一个表面都有多种加工方法，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸以及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。
此零件加工的毛坯为45锻件，只要对零件进行成形的加工，达到零件所加工的要求即可。
零件加工的内容有钻孔、铣面、攻螺纹及挖槽等，要达到这些加工内容的经济精度和表面粗糙度的要求时，必须确定一个正确的加工方法来加工；首先零件加工的孔要求有IT7精度、表面粗糙度Ra值为1.6，根据所示表1孔的加工方案，符合上述要求的是第3个加工方案：
对孔进行钻-铰-精铰。
根据表2平面加工方案确定铣面以及挖槽的加工方法，符合零件图纸的经济精度、表面粗糙度的要求只有方案4可行（粗铣-精铣）。
螺纹加工在已加工好孔的基础上，用对应丝锥直接加工即可。
表1孔的加工方案
序号
加工方案
经济精度
表面粗糙度Ra值/
使用范围
1
钻
IT11～12
12.5
加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属（Ra稍大，孔径小于15～20mm）
2
钻-铰
IT9
3.2～1.6
3
钻-铰-精铰
IT7～8
1.6～0.8
4
钻-扩
IT10～11
12.5～6.3
同上，但孔径大于15～20mm
5
钻-扩-铰
IT8～9
3.2～1.6
6
钻-扩-粗铰-精铰
IT7
1.6～0.8
7
钻-扩-机铰-手铰
IT7～9
0.4～0.1
8
钻-扩-拉
IT11～12
1.6～0.1
大批大量生产（精度由拉刀的精度控制）
9
粗镗（或扩孔）
IT8～9
12.5～6.3
除淬火钢以外各种材料，毛坯有铸件孔或锻出孔
10
粗镗（粗扩）-半粗镗（精扩）
IT7～8
3.2～1.6
11
粗镗（扩）-半精镗（精扩）-精镗（铰）
IT6～7
1.6～0.8
12
粗镗（扩）-半精镗（精扩）-精镗-浮动镗刀精镗
IT7～8
0.8～0.4
13
粗镗（扩）-半精镗-磨孔
IT6～7
0.8～0.2
主要用于淬火钢也可用于未淬火，但不宜用于有色金属；
14
粗镗（扩）-半精镗-精镗-精磨
IT6～7
0.2～0.1
15
粗镗-半精镗-精镗-金刚镗
IT6～7
0.4～0.05
主要用于精度要求高的有色金属加工
16
钻-（扩）-粗铰-精铰-珩磨；钻-（扩）-拉-珩磨；粗镗-半精镗-精镗-珩磨
IT6～7
0.2～0.025
精度要求很高的孔
17
以研磨代替上述方案中的珩磨
IT6级以上
表2平面加工方案
序号
加工方案
经济精度
表面粗糙度Ra值/μm
1
粗车-半精车
IT9
6.3～3.2
2
粗车-半精车-精车
IT7～8
1.6～0.8
端面
3
粗车-半精车-磨削
IT8～9
0.8～0.2
4
粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）
IT8～9
6.3～1.6
一般不淬火硬平面（端铣表面粗糙度较细）
5
粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-刮研
IT6～7
0.8～0.1
精度要求较高的不淬硬平面;批量较大时宜采用宽刃精刨方案
6
以宽刃刨削代替上述方案刮研
IT7
0.8～0.2
7
粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-磨削
IT7
0.8～0.2
精度要求较高的淬硬平面或不淬硬平面
8
粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-粗磨
IT6～7
0.4～0.02
9
粗铣-拉
IT7～9
0.8～0.2
大量生产,较小的平面（精度视拉刀精度而定）
10
粗铣-精铣-磨削-研磨
IT6级以上
0.1～Rz0.05
高精度平面
1.6确定加工顺序及进给路线
1.确定加工顺序
按照切削工序安排的原则先粗后精、先面后孔、先主后次、基面先行以及在一次装夹中尽量可能加工出较多的工件表面。
结合本零件的结构特征，可先加工平面，然后加工各内孔表面，最后加工螺纹。
具体加工路线为：
首先加工零件的四个侧面作为加工的定位基准,然后粗铣→精铣基准平面B、粗铣→精铣上表面、粗铣→精铣13±0.05的上表面、粗铣→精铣37×94、37×96两个槽、粗铣→精铣正方形的内轮廓（倒角为R6）、粗铣→精铣高度为16±0.1的内轮廓、钻4-Φ12H7孔→铰4-Φ12H7孔→精铰4-Φ12H7、钻2-Φ10H7孔→铰2-Φ10H7孔→精铰2-Φ10H7、钻2×M6深6的螺纹中心孔→钻2×M6深6的螺纹底孔→2×M6深6螺纹孔端倒角→攻2×M6深6的螺纹，加工过程详见表5数控加工工序卡片。
2.确定进给路线
B基准面的粗、精加工进给路线根据铣刀直径来确定，因此可以把铣刀直径选大的，为Φ50㎜，故安排沿X方向进给（见图4），因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，所以所有孔加工路线均按最短路线确定（见图2所示），所有的加工进给路线如下图所示。
图1内轮廓加工进给路线图
图22-Φ10H7、4-Φ12H7孔加工路线图
图3轮廓铣削加工进给路线图
图4B平面加工进给路线图
1.7零件加工的刀具选择
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，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；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。
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：
1）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
2）零件的加工高度H≤（1/4～1/6）RD，以保证刀具有足够的刚度。
图4粗加工铣刀直径估算法
3）粗加工内轮廓时，铣刀最大直径D可按下式计算（参见图4）；
式中
D1——轮廓的最小凹圆角半径；
Δ——圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；
Δ1——精加工余量；
ϕ——圆角两邻边的最小夹角。
图5平底立铣刀
4）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,如图5所示，即直径为d=2Re=2（R-r）,编程时取刀具半径为Re=0.95（R-r）。
对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为TSG—JT，直柄刀具系统的标准代号为DSG—JZ。
根据加工内容，所需刀具有铣刀、麻花钻、铰刀以及丝锥等；从上面选择加工刀具的分析方法来看，选择刀具要看加工零件的形状、内轮廓面倒角处的曲率半径来定的；根据我们加工的零件来看，最小的曲率半径R为6㎜，所以根据上述要求，铣刀直径D取12㎜，刀具底刃为3㎜；还有一个是曲率半径R为10㎜，平底立铣刀直径D取20㎜,刀具底刃为3㎜；粗、精铣B面时无相临刀具，铣刀直径可以取大的值，这样加工精度比较高，减少了走刀的次数，在无任何的干涉情况下，最好一次性加工。
一般来说，铣削平面时粗铣铣刀直径应选小一些，以减少切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；精铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹。
其他刀具根据孔径尺寸确定。
具体所选刀具以及刀柄见表3。
表3数控加工刀具卡片
产品名称或代号
×××
零件名称
××
零件图号
×××
程序编号
O0001
工步号
刀具号
刀具名称
刀柄型号
刀具
加工表面
备注
直径/㎜
长度/㎜
1
T01
可转位面铣刀
BT40-XM32-75
Φ50
零件上下表面
2
T02
可转位面铣刀
BT40-XM32-50
Φ40
铣四方形以外平面
3
T03
立铣刀
BT40-WM40-45
Φ20
30
铣两边的槽
4
T04
立铣刀
BT40-WM40-45
Φ12
40
铣内轮廓
5
T05
麻花钻
BT40-M1-45
Φ11.5
30
钻底孔
6
T06
麻花钻
BT40-M1-45
Φ9.8
50
钻2-Φ10H7底孔
7
T07
麻花钻
BT40-M1-45
Φ5
30
钻M6的基孔
8
T08
铰刀
BT40-M1-45
Φ12H7
40
铰4-Φ12H7孔
9
T09
铰刀
BT40-M1-45
Φ10H7
40
铰2-Φ10H7孔
10
T10
丝锥
BT40-G12-100
M6
15
攻2-M6
编制
成奇
审核
批准
共1页
第1页
1.8合理选择零件加工的切削用量
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。
对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是，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；半精加工和精加工时，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。
具体数值应根据机床说明书、切削手册，并结合经验而定。
1）切削深度ap（㎜） 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。
在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产率。
在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般取（0.2～0.5）㎜
2）主轴转速n（r/min）主要根据允许的切削速度νc（m/min）选取。
式中，νc——切削速度，由刀具的耐用度决定；
D——刀具直径（㎜）。
主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。
3）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r） 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在（20～50）mm/min范围内选取。
最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。
合理的选择切削加工用量能提高生产效率，降低成本；根据以上的分析，我们可以确定切削用量的选择；一般来说，粗加工时进给量大一点（范围在50～100mm/min）,主轴转速低点（400～800r/min）切削深度取（1～5）㎜；精加工时进给量取（20～50）㎜/min，主轴转速取（800～1500r/min），；在铰4-Φ12H7、2-Φ10H7时要留有0.1㎜的精加工切削余量，其他所选切削用量见表5加工工序卡片。
1.9拟定加工工序卡
表4数控加工工艺过程卡
产品型号及名称
零件生产批量
大批量生产
第1页
零件名称
零件图号
12.37.108
共1页
毛坯种类
锻件
材料名称及型号
45锻件
每件毛坯制坯数
1
外形尺寸
180×100×20
毛坯外形尺寸
190×110×25
零件重量
毛坯重量
每台产品件数
1
车间名称
工序号
工种
工序名称
单件
工时/h
机床型号
及名称
夹具名称
及编号
刀具名称
及编号
辅助名称
及编号
量具名称
及编号
10
钳
整形
20
铣
铣下底面保证平行度0.05
FANUC-0M加工中心
平口虎钳
Φ50面铣刀
百分表
30
铣
铣上表面外形
FANUC-0M加工中心
平口虎钳
Φ40面铣刀
35
铣
铣上表面曲面内轮廓
同上
同上
Φ12立铣刀
40
钻
钻4-Φ12H7的中心孔
同上
同上
Φ11.5的中心钻
50
钻
钻2-Φ10H7的中心孔
同上
同上
Φ9.8的中心钻
60
钻
钻2-M6的中心孔
同上
同上
Φ5的中心钻
70
铰
铰4-Φ12H7底孔
同上
同上
Φ12H7的铰刀
游标卡尺
80
铰
铰2-Φ10H7底孔
同上
同上
Φ10H7的铰刀
游标卡尺
90
攻丝
攻2-M6的螺纹
同上
同上
M6的丝锥
100
钳
去毛
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