底座零件的数控加工与编程 论文.docx
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底座零件的数控加工与编程论文
摘要
本文通过对底座零件的数控编程与加工设计，从结构上分析零件，达到学习设计，制定加工所需的工艺规程、零件加工编程的编制，同时能够选择合适的机床，对夹具进行一定的设计，切削用量的合理选择、刀具进给路线的设定以及对零件加工程序的仿真检验等，使其能较好地加工出满足实际精度要求的零件，提高了加工质量和设计效率。
文中程序的编制采用UG自动编程与手动编程相结合的方法生成。
关键词：
数控加工工艺，夹具设计，数控编程
底座凹件的数控编程与加工设计
吴燕164906203
0引言
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。
我国数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了发展初期的封闭式发展阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收和引进技术阶段，“八五”期间国产化体系阶段，以及“九五”期间产业化阶段，现基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。
零件的数控编程与加工设计主要从对零件的技术要求分析，加工工艺分析，数控加工工艺分析，夹具的设计，仿真加工这几大步骤来进行设计。
1.课题背景
1.1背景
在制造业，当今世界各国广泛采用数控技术，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。
此外世界各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，其技术范围覆盖很多领域：
（1）机械制造技术；
（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。
本课题源于某企业实际加工产品。
底座凹件的数控编程与加工设计，通过本实践设计着重培养学生的综合能力，其基本任务是培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能来分析，解决生产实际问题的能力。
通过设计使学生受到工程技术专门人才所需要的综合训练，包括调查研究、查阅文献和收集资料的能力；理论分析、制定设计和实验方案的能力；设计、计算和绘图的能力；实验研究的能力；数据和信息处理、计算和综合分析的能力；撰写论文（或设计说明书）的能力等。
通过毕业设计培养学生认真刻苦的专研精神和严格细致的工作作风。
对学生未来的工作和学习起着相当重要的作用。
1.2零件图分析
图1三维零件图
如图1所示，该零件由凸台、半圆柱、凹形等形状组成。
如图2所示，可知该零件有8处较高的尺寸精度要求及多个表面粗糙度要求。
同时还有3处同轴度要求和底座凸件的配合精度的要求。
零件尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45#钢。
无热处理要求。
1.3零件的技术要求分析
图2二维零件图
如图2所示，该零件共有8处较高的尺寸精度要求，分别是外形尺寸长宽高为：
700-0.03mm、500-0.025mm和300-0.021mm；凸台的尺寸100-0.022mm和150-0.027mm；凹形尺寸40+0.0390mm和30+0.0210mm以及半圆柱尺寸20+0.0330mm。
主要加工表面为凸台与凹形部分。
主要加工表面有同轴度要求，以及与凸件的配合精度要求。
各加工表面均有较高的粗糙度Ra1.6的要求。
零件尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45#钢。
2.零件的加工工艺过程的分析
2.1零件的工艺分析
此零件加工主要由铣床和磨床的加工完成。
加工主要由三个部分组成：
普铣、磨削、数控铣削。
由于给定的长方体6面都有尺寸精度要求，所以在普铣时还需要粗、半精，由于零件的粗糙度要求较高，所以采用磨削精加工。
数控铣削凹件内部时因为有尺寸精度要求和同轴度精度要求，所以在数控铣削时还需要粗、半精以及精加工。
加工半圆柱轮廓时，由于有尺寸精度要求以及凸件的配合精度要求，所以不仅需要粗、半精以及精加工。
图3底座凹件各面名称指示图
该零件加工时需要多次装夹。
如图3所示，铣削时先任选一面为底面，夹紧，以底面与侧平面为定位基准，普铣上表面达一定的粗糙度要求，翻面，以上表面为基准，加工底面达到所要求的尺寸精度要求，按上述步骤依次加工另外4面达到图纸要求尺寸精度要求。
完成毛坯的精加工后，如图3所示选定700-0.03mm*300-0.021mm的一面为底面夹紧，用数控铣床铣削两凸台150-0.027mm和100-0.022mm，加工至尺寸精度要求和同轴度要求（如图2所示）。
然后加工凹形部分40+0.0390mm和30+0.0210mm，铣削凹形至尺寸精度要求、同轴度要求以及粗糙度要求。
图4结合凹凸两件
完成轮廓的加工后，合并凹凸两零件（如图4所示），用夹具夹紧两零件，先用莫氏锥柄麻花钻钻φ18mm的孔，然后用φ19.8mm的直柄扩孔钻扩φ19.8mm的孔，最后用φ20mm的铰刀完成孔的加工，加工时保证零件尺寸精度要求、同轴度要求和粗糙度要求。
2.2拟订工艺路线
底座凹件的加工工艺路线一般是先进行外轮廓的铣削加工，再进行内轮廓的铣削加工和孔加工。
铣削加工包括有尺寸精度、粗糙度要求的各面进行的加工。
根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：
（1）以一次安装、加工作为一道工序
（2）以同一把刀具加工的内容划分工序
（3）以加工部位划分工序
（4）以粗、精加工划分工序。
而数控切削的顺序的安排一般遵循下列原则：
（1）先加工定位面，以上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和核实的夹紧表面。
制定零件的整个工艺路线就是从最后一道工序开始往前推，按照前工序为后工序提供基准的原则先大致安排的。
（2）先加工平面后加工孔；先加工简单的几何形状在加工复杂的几何形状。
（3）对精度要求高，粗精加工需分开进行的，先粗加工精加工。
（4）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、换到次数与夹紧次数。
（5）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。
（6）中间穿插有通用机床加工工序的要综合考虑合理安排其加工顺序。
根据以上原则可以取下列工艺路线进行，底座凹件的加工可取下述工艺路线进行：
3.数控加工工艺分析
3.1数控加工内容的确定
本零件工序在普通铣床、数控机床以及磨床上进行生产加工。
在普通铣床上完成毛坯表面的尺寸精度的粗、半精加工，并各自留有加0.2mm的余量。
磨床上，进行毛坯表面的尺寸精度、粗糙度要求的精加工。
最后在数控机床上完成该零件的轮廓加工，主要有：
数控铣床上，粗、半精及精加工零件凸台、凹形部分以及孔加工。
3.2数控加工设备的选用
（1）机床的发展
从数控系统的发展来看，数控机床已发展了五代。
在实际应用中，除了机床行业之外，数控技术还应用在其他部门，产生了各种数控设备。
当前，国内外在数控装置、机床结构等的研究与开发方面不断取得成果，其水平和功能也日臻提高和完善，出现了新的发展特点。
从数控系统方面看，主要有：
（1）主控机向着多位的微处理机化发展。
（2）数控装置向着集成化和智能化的方向发展。
（3）数控系统采用模块化结构。
（4）数控编程更加图形化和自动化。
（5）数控系统更加可靠和宜人化。
（2）机床的选用
机床的种类繁多，一般选用原则如下：
1加工零件的工艺要求
2选用的机床必须适应被加工零件的形状尺寸、尺寸精度和生产节拍等要求。
3经济合理性
从工序1～工序6分别为粗铣、半精铣零件毛坯的上、下、左、右、前、后的六个表面，其工序的工步数不是很多，并且半精加工的精度要求不高，不需要很复杂的程序，且零件毛坯有氧化膜刀具磨损较快，所以加工零件毛坯时需要选用较慢的切削速度，倘若选用数控机床加工过于浪费，因此选用普通铣床加工可满足要求。
选X51型
从工序7～工序12分别为磨零件毛坯的上、下、左、右、前、后的六个表面。
由于该零件表面的粗糙度要求较高，需要Ra1.6，采用普通铣床或者是数控机床对零件毛坯进行精加工，不能满足零件的粗糙度要求，遂采用磨削的方式进行精加工，故选用磨床才能满足要求。
选MM7120型。
工序13为综合面加工，即零件的轮廓外形的加工。
该零件轮廓的同轴度要求、尺寸精度要求和配合精度要求均比较高，同时还有较高的表面粗糙度要求，所以必须选用较精密的数控铣床才能满足要求。
选XK714A型。
（3）选择量具
量具主要是根据生产类型和所要求检验的精度来选择的。
本零件属于成批生产，一般均采用通用量具。
选择量具的方法有两种，一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。
选择时，采用其中的一种方法即可。
（a）选择各加工面的量具
工序7～工序10中，精加工零件毛坯长700-0.03mm以及高500-0.025mm，其中由于尺寸精度要求高，所以加工时需要测量，故适宜选用分度值为0.01mm。
测量范围为Ø50~100mm的外径千分尺测量即可。
同样道理，工序11、12中精加工宽30mm达到图纸要求，由于精度要求高，所以加工时每个工件都需要测量，故适宜选用外径千分尺测量。
根据零件尺寸可选择分度值为0.01mm。
测量范围为Ø25～50mm的外径千分尺即可。
按照上述方法选择本零件凸台以及凹形部分使用量具具体如下：
工序13中精加工10mm*15mm的两个对称凸台选用的量具为Ø0～25mm外径千分尺。
精加工40mm*30mm的凸台部分选用的量具为分度值为0.01mm，测量范围为Ø25～50的内径千分尺，以及分度值为0.01mm。
测量范围为25～50mm的深度游标卡尺。
（b）选择加工零件孔部分的量具
粗、半精及精铣三次加工。
均可选用分度值为0.01mm。
测量范围为Ø0～25mm的内径千分尺进行测量。
3.3定位方案与夹具设计
1.定位方案
本零件是长方体通用零件，但零件的同轴度精度较高，所以零件轮廓加工时可能需要用垫块保证零件的平行度。
由于全部工序是用铣床和磨床进行加工，所以相对于夹具，工件以底面和侧平面为定位基准定位，即可进行加工。
2.夹具设计
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。
一般来说，夹具的精度都应比工件要求的精度高，才能加工出合格的工件。
精度高出的部分称为夹具的精度储备或精度裕度。
精度裕度用来补偿加工中的各项误差及定位、导向元件的磨损。
当然精度裕度越大，加工工件的质量越稳定，夹具的易损件的使用寿命也越长。
但从另一方面看，精度裕度越大，必须要求夹具的制造精度越高，从而会急剧增加夹具的制造成本，工件的加工成本也随之增加；反之，夹具制造的精度越小，将会使夹具在夹具中易损件〔主要是定位、导向元件〕需频繁地更换，维修周期短，增加维修费用，从而增加了工件的加工成本。
所以夹具精度的设计准则是：
应使夹具的设计精度与工件的加工精度要求相适应，不可盲目地提高夹具的精度要求。
从原则上讲对加工精度要求高的工件，夹具的精度只能略高于工件要求的加工精度，即减小夹具的精度裕度。
这虽然会使易损件使用期限缩短，更换频繁，但仍比提高夹具的制造精度经济、合理。
对加工精度要求不高的工件，夹具的设计精度要求应以夹具制造车间的平均经济精度为下限而不必过低。
一般而言，设计夹具考虑以下几点：
（1）工件在夹具体中的定位精度，夹具在机床上的定位精度。
（2）夹紧方式。
（3）结构设计，夹具机构的设计既要可靠，又要和生产纲领相适应。
（4）夹具结构的高度和强度。
（5）夹具与机床和刀具的位置关系。
（6）操作使用安全。
（7）结构的工艺性。
图5夹具图
本零件在加工时，零件以底面与侧平面为定位基准。
如图5所示，零件在固定板8和支承板9上定位。
拧螺杆11带动滑动板10移动至夹紧工件。
用垫圈6、螺母7和螺柱5连接夹具体12和底座13。
以定位键14和螺纹圆柱销15限制夹具除在导轨1上移动之外的其余五个自由度，再利用垫圈3、螺母4以及螺栓2将夹具固定于导轨1之上，使其能够完全定位。
为保证夹具的经济效益，夹具体与底座之间可不必要完全填充钢材，而是选用镂空的方式处理，如此保证了设计的夹具的经济和美观。
本零件通过拧螺杆11带动滑动板10移动加紧工件，再设计时为了保证螺杆转，滑动板移动，所以在螺杆前设计了一个固定螺钉来确定其运动的唯一性，考虑到夹具的使用寿命，故此螺杆设计成可拆卸而非焊接固定式。
本零件的夹具设计所使用的螺栓、螺母、导轨等全部参照机械设计手册（第五版）的标准件设计。
3.4加工工序制定
一个或一组工人在同一工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程被称为工序，它是生产过程中最基本的组成单位。
表1机械加工工艺过程卡片
上海工程技术大学高职学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
1
铣上平面
铣长方体钢件上表面留0.2mm要求
实训车间
铣床
专用夹具
2
铣下平面
铣长方体钢件下表面留0.2mm要求
实训车间
铣床
专用夹具
3
铣左平面
铣长方体钢件左表面留0.2mm要求
实训车间
铣床
专用夹具
4
铣右平面
铣长方体钢件右表面留0.2mm要求
实训车间
铣床
专用夹具
5
铣前平面
铣长方体钢件前表面留0.2mm要求
实训车间
铣床
专用夹具
6
铣后平面
铣长方体钢件后表面留0.2mm要求
实训车间
铣床
专用夹具
7
磨上平面
磨长方体钢件上表面至图纸尺寸要求
实训车间
磨床
8
磨下平面
磨长方体钢件下表面至图纸尺寸要求
实训车间
磨床
9
磨左平面
磨长方体钢件左表面至图纸尺寸要求
实训车间
磨床
10
磨右平面
磨长方体钢件右表面至图纸尺寸要求
实训车间
磨床
11
磨前平面
磨长方体钢件前表面至图纸尺寸要求
实训车间
磨床
12
磨后平面
磨长方体钢件后表面至图纸尺寸要求
实训车间
磨床
13
结合面综合加工
铣长方体的表面至图纸示零件要求
实训车间
铣床
专用夹具
14
钳
去毛刺
实训车间
锉刀
编制
吴燕
审核
共1页
第1页
3.5加工工步制定
数控加工工步顺序安排原则：
（1）先粗后精
（2）先近后远
（3）内外交叉
（4）保证工件加工刚度原则
（5）同一把刀能加工内容连续加工原则
1.零件毛坯的加工工步
图6.毛坯上表面的粗加工图7.毛坯上表面的半精加工
表2毛坯上表面加工工序卡
上海工程技术大学高职学院
数控加工工序卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
设备名称
设备型号
程序编号
夹具代号
夹具名称
冷却液
车间
1
铣上平面
普通铣床
X51
专用夹具
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
量具及检具
主轴转速
（r/min）
切削速度
（m/min）
进给速度
（mm/min）
背吃刀量
（mm）
备注
1
校正零件
百分表
2
粗铣长方体零件的上表面留0.5余量
T1
面铣刀φ160mm
50~100千分尺
300
150
1000
2
加冷却液
3
半精铣长方体零件的上表面留0.2余量
T2
面铣刀φ160mm
50~100千分尺
500
200
800
0.2
加机油
编制
吴燕
审核
批准
共14页
第1页
图8.毛坯下表面的粗加工图9.毛坯下表面的半精加工
表3毛坯下表面加工工序卡
上海工程技术大学高职学院
数控加工工序卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
设备名称
设备型号
程序编号
夹具代号
夹具名称
冷却液
车间
2
铣下平面
普通铣床
X51
专用夹具
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
量具及检具
主轴转速
（r/min）
切削速度
（m/min）
进给速度
（mm/min）
背吃刀量
（mm）
备注
1
校正零件
百分表
2
粗铣长方体零件的下表面留0.5余量
T1
面铣刀φ160mm
25~50千分尺
300
150
1000
2
加冷却液
3
半精铣长方体零件的下表面留0.2余量
T2
面铣刀φ160mm
25~50千分尺
500
200
800
0.2
加机油
编制
吴燕
审核
批准
共14页
第2页
图10.毛坯左表面的粗加工图11.毛坯左表面的半精加工
表4毛坯左表面加工工序卡
上海工程技术大学高职学院
数控加工工序卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
设备名称
设备型号
程序编号
夹具代号
夹具名称
冷却液
车间
3
铣左平面
普通铣床
X51
专用夹具
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
量具及检具
主轴转速
（r/min）
切削速度
（m/min）
进给速度
（mm/min）
背吃刀量
（mm）
备注
1
校正零件
百分表
2
粗铣长方体零件的左表面留0.5余量
T1
面铣刀φ160mm
50~100千分尺
300
150
1000
2
加冷却液
3
半精铣长方体零件的左表面留0.2余量
T2
面铣刀φ160mm
50~100千分尺
500
200
800
0.2
加机油
编制
吴燕
审核
批准
共14页
第3页
图12.毛坯右表面的粗加工图13.毛坯右表面的半精加工
表5毛坯右表面加工工序卡
上海工程技术大学高职学院
数控加工工序卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
设备名称
设备型号
程序编号
夹具代号
夹具名称
冷却液
车间
4
铣右平面
普通铣床
X51
专用夹具
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
量具及检具
主轴转速
（r/min）
切削速度
（m/min）
进给速度
（mm/min）
背吃刀量
（mm）
备注
1
校正零件
百分表
2
粗铣长方体零件的右表面留0.5余量
T1
面铣刀φ160mm
50~100千分尺
300
150
1000
2
加冷却液
3
半精铣长方体零件的右表面留0.2余量
T2
面铣刀φ160mm
50~100千分尺
500
200
800
0.2
加机油
编制
吴燕
审核
批准
共14页
第4页
图14.毛坯前表面的粗加工图15.毛坯前表面的半精加工
表6毛坯前表面加工工序卡
上海工程技术大学高职学院
数控加工工序卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
设备名称
设备型号
程序编号
夹具代号
夹具名称
冷却液
车间
5
铣前平面
普通铣床
X51
专用夹具
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
量具及检具
主轴转速
（r/min）
切削速度
（m/min）
进给速度
（mm/min）
背吃刀量
（mm）
备注
1
校正零件
百分表
2
粗铣长方体零件的前表面留0.5余量
T1
面铣刀φ160mm
25~50千分尺
300
150
1000
2
加冷却液
3
半精铣长方体零件的前表面留0.2余量
T2
面铣刀φ160mm
25~50千分尺
500
200
800
0.2
加机油
编制
吴燕
审核
批准
共14页
第5页
图16.毛坯后表面的粗加工图17.毛坯后表面的半精加工
表7毛坯后表面加工工序卡
上海工程技术大学高职学院
数控加工工序卡片
产品型号
零件图号
1
产品名称
底座凹件
零件名称
凹件
材料牌号
45#
毛坯种类
毛坯外形尺寸
73*53*33mm
备注
工序号
工序名称
设备名称
设备型号
程序编号
夹具代号
夹具名称
冷却液
车间
6
铣后平面
普通铣床
X51
专用夹具
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
量具及检具
主轴转速
（r/min）
切削速度
（m/min）
进给速度
（mm/min）
背吃刀量
（mm）
备注
1
校正零件
百分表
2
升级会员 