典型数控铣零件工艺分析及程序编制Word文档下载推荐.docx
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编写程序，完成加工操作
设计进度要求：
第一周搜集资料和前期准备工作
第二周零件的工艺分析
第三周零件的尺寸计算
第四周整个零件工艺尺寸的计算部分
第五周校核、修改、成文和定稿
第六周电子稿的输入和排版
第七周毕业答辩
指导教师（签名）：
摘要
质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品是国民经济各个部门迫切需要的，伴随着科学技术和工业生产的飞速发展，产品设计是决定产品性能、质量水平、市场竞争力和经济效益的重要环节。
数控加工效率高、质量好、加工精度高，数控技术是与机床的自动控制密切结合而发展起来的，如今数控技术已广泛应用于化工生产、石油精炼、造纸、钢铁生产等工艺流程控制及其他各个方面。
近代大工业生产中，机械加工工艺过程的自动化是提高产品质量和生产率的重要措施。
数控机床的诞生，较好解决了精密复杂多品种单件或小批量机械零件加工自动化的问题。
为了能充分发挥、利用数控机床的各种功能，使数控机床能安全、可靠、高效的工作，在这里选择了一件最适宜在数控机床上进行加工的零件作为设计，并严格按照毕业设计要求，进行包括数控加工工艺分析、数控刀具及切削参数的选择、工件装夹方式与数控夹具的选择、程序编制中的数字计算、数控加工程序的编制等。
本设计主要介绍数控加工技术概述、数控加工的铣削基础、数控加工工艺设计及数控加工工艺文件、数控加工的工具系统、数控加工夹具、典型形状零件的数控加工工艺、数控铣削的加工工艺。
由于本课题所选的零件属于板类零件，二维加工，而且内、外轮廓的几何要素都是由直线和圆弧组成的，故采用手工编程方式即可完成全部数控编程任务。
这样既及时又经济，同样能达到预期的效果。
另外，为了检验手工编程的实际效果，在这里还采用了数控仿真技术来及时校验整个程序的加工效果。
关键词：
工序确定，数控编程，工艺分析，数控加工
1国内外的研究现状
1.1数控铣的研究
1.1.1国外的研究现状
1947年为了精确地制作直升机的叶片样板，美国密执安州特拉弗斯城帕森公司的帕森提出了用电子装置控制坐标镗床的方案。
1949年美国空军后勤司令部为了在段时间内能制造出变更基础设计的火箭发动机零件与帕森公司合作，并选择麻省理工学院伺服机构研究所为协作单位，经过三年的时间努力于1952年研制成功了基于电子管和继电器的机床数控装置，用于控制三坐标立式铣床，它标志着第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。
世界上第一台数控机床由美国帕森斯公司与麻省理工学院合作研制。
1952
年公开展示。
数控机床的发展先后经历了五代。
第一代：
电子管（1952年）
第二代：
晶体管（1959年）
第三代：
小规模集成电路（1965年）
第四代：
大规模集成电路及小型计算机（1970年）
第五代：
微处理机或微型计算机（1974年）
有代表性的数控公司有日本的法拉克公司、德国的西门子公司、美国的A-B公司、西班牙的发格公司、法国的NUM公司等。
数控铣零件的工艺分析与程序的编制在国外有很大的改进与创新。
今年来国际上对零件的要求是越来越高，在精度方面更是苛刻，数控铣作为平面、曲面、和各种箱体类零件的加工，和新产品的样板的制作中发挥着重要的作用
在数控铣中工艺的好坏可以决定零件的精度和表面粗糙度，在零件的加工中不断的寻求新工艺，新技术，做出更高质量的零件。
在当今的数控加工的程序编制中也需要不断的革新，在新世纪不仅要求有好的质量，工厂需要取得较好的效益，加工效率也是一个重要的因素。
一段合理简洁的数控程序不但可以提高生产效率，对机器、刀具的损害也是可以降低的。
1.1.2国内的研究现状
目前自动编程软件主流的有UG、PRO/E、MASTERCAM等。
在一些复杂表面的加工中经常是要用到自动编程的，手动编程已经不能满足要求。
同时自动编程也给了我们很大的方便，软件强大的绘图功能以及辅助制造功能让三维空间的零件加工变得简单，在精度方面也能达到很高的要求。
手动编程虽然已经很少用到了，但是手动编程是编程的基础。
在一些简单的平面图形铣削中还是起这相当的作用，尤其是宏程序的使用让一些手动编程的程序变得极为简单明了。
在当今的数控加工中，数控铣扮演了重要的角色，在这里我们使用数控铣床加工零件，如一些平面及曲面类零件，数控铣在箱体零件的加工中发挥着重要的作用。
数控铣加工有手动编程加工和自动编程加工，手工编程一般使用在零件比较简单的程序简单的加工中。
自动编程用于零件复杂，如一些曲面加工中。
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床发挥出相应功能，以使数控机床能够安全、可靠及高效的工作。
轮廓铣削加工路线的分析：
对于里啊你铣削轮廓。
特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的痕迹。
用圆弧方式铣削外圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相撞，造成工件报废。
铣削内圆时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧。
曲面加工的加工路线的分析：
对于辩解敞开的直纹曲面，加工时经常采用球铣刀进行“行切法”加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行，行间距按零件加工精度要求而确定。
孔系加工的路线的工艺分析：
对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向见习带入，直接影响位置精度。
进入21世纪90年代以来，我国数控系统的各个方面研究力量在集中优势、突破关键、一我为主、发展产业的原则基础上，逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京一发那科、西门子数控（南京）有限公司等合资企业的基本力量。
而数控机床的发展在20世纪80年代也在西方国家得到了十分重视，国家科技攻关开发自主产权数控系统也已经成为数控机床的产业奠定了良好的基础，并取得了长足的进步。
“九五”期间数控机床发展已迈入实现产业化的阶段。
新开发的国产数控机床大部分达到了国际20世纪80年代中期水平，部分达到20世纪90年代水平，在技术上取得了突破，如高速株洲的制造技术、快速进给、快速走刀。
柔性制造等，为下一代国产数控机床的发展奠定了基础。
2数控铣削加工工艺分析
2.1加工零件图
图2.1零件基本尺寸参照
2.2零件的结构工艺性分析
零件的尺寸标注图样图所示，此零件的端面及外轮廓的粗糙度是3.2，加工过的端面粗糙度是6.3，矩形槽设置的极限偏差为0～+0.052mm,半圆形槽的极限偏差设置为0～+0.043mm，同一基准标注方法以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸，它适应数控铣床加工的特点，即便与编程，也便于保持设计工艺，测量基准与编程原点设置的一致性。
由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，构成零件轮廓的几何元素（点，线，面）的相互关系（如相切，相交，垂直和平行等）应明确，各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸，尺寸的标注应方便编程等。
保证零件的加工精度要特别注意：
过薄的底板的厚度公差，由于加工时产生的切削力及薄板的弹性变形易使切削面发生震动，薄板的厚度尺寸公差难以得到保证，薄棉粗糙度值也将增大。
对于面积较大的薄板，当厚度小于3mm时，应在工艺上充分重视。
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
良好的结构工艺性可使零件加工容易，节省工时和材料。
较差的结构工艺性，会使零件加工困难，浪费工时和材料，有时甚至会使零件无法加工。
1.工件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，以减少刀具规格和换刀次数，方便编程和提高数控机床加工效率。
2.工件内槽的圆角半径R不应过小。
圆角半径限制了刀具直径的大小，刀具直径与工件轮廓的深度之比又决定了刀具的刚度，如果刀具半径R＜0.2H（H为工件轮廓的深度），则判定工件该部位加工工艺性差，如果R＞0.2H时，则判定工件该部位的加工工艺性良好，工件的加工质量能得到保证。
3.工件槽底的圆角半径r不宜过大。
铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径d=D-2r（D为铣削直径），当D一定时，r越大，铣刀的端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性越差。
当r大到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。
4.应采用统一的基准定位
数控铣削加工中若没有统一的定位基准，则会产生因工件二次装夹而造成的加工后两个面上的轮廓，位置及尺寸不协调现象。
例如，有些零件需要在铣完一面后两次装夹铣另一面，由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试切法来接切，这时最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的的孔作为定位基准。
如果没有基准孔。
则应专门设置工艺孔作为定位基准。
若无法制出工艺孔，也应用加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。
5.该槽轮板的零件图工艺分析：
槽轮板是由平面，外轮廓以及孔系组成，几何元素之间关系描述清晰，完整，槽轮板侧面与矩形槽，半圆形槽内侧表面粗糙度值要求较小，为Ra3.2um。
该半圆形槽相对于中心线有对称度的要求，零件材料为45钢，切削加工性能较好，台阶面粗糙度值Ra3.6。
根据上述分析，槽轮板内，外轮廓及半圆型槽，矩形槽应分，粗，精加工两个阶段进行，以保证表面粗糙度值要求。
同时以零件的A和B定位，提高装夹刚度以满足垂直度和对称度的要求。
确定装夹方案，根据零件的结构特点，加工两个槽时，以A和B定位（必要时可设工艺孔），采用螺旋压板机构夹紧。
以A和B定位基准。
2.3毛胚的确定
毛胚的设定，为了更快的加工出零件来，在选择毛胚的时候，应该尽量接近零件的基本尺寸，这样就可以节省加工时间和减少加工余量。
在这里选择毛胚是45钢，规格为：
长100mm宽为100mm高为25mm的长方体毛胚，示意图如下：
图2.2零件的正视图
此毛胚的未经过任何加工，表面的粗糙度比较差，要选择一个平面先进行面铣，再以这个平面作为基准平面。
现代机械加工的发展趋势之一，是通过毛胚精化使毛胚的形状和尺寸与零件接近，减少机械加工的劳动量，力求实现少、无切屑加工。
毛胚形状主要取决于毛胚种类、零形状和各种加工表面的总余量。
在本次的毕业设计零件中由于材料的限制，所以没有精化的零件毛胚。
2.4零件的技术要求
作为数控铣零件需要有一定的技术和表面粗糙度，在本次的零件加工中不需要经过热处理。
零件的内台圆孔的同心度要求较高，表面粗糙度为3.2，其他粗糙度为6.4，在零件的侧面部做要求。
零件的最大外形为100mm×
100mm,其公差为±
0.1。
3机床以及夹具的选择
3.1机床以及系统的选择
3.1.1机床的介绍
本次设计采用数控铣床加工出所需要的零件，机床为长征机床。
数控机床是一种装了程序控制的系统的机床。
数控机床是典型的数控设备，它由信息载体、计算机数控装置、伺服系统和机床本体四部分组成。
机床是用于完成各种切削加工的机械部分，是在普通机床的基础上经过很多的改进和提高发展而来的。
它主要的特点是：
一、由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统，因此数控机床的机械传动部分结构得到了简化，传动链比较短。
二、为了适应数控机床的连续自动加工，数控机床的机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性热变形较小。
三、更多地采用高效的传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨。
四、不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床的生产效率等。
数控铣床在加工箱体类零件中起着重要的作用，在平面类零件的加工中更是扮演者重要的角色。
与普通的铣床相比，数控铣床采用了一个数控系统，再者是，数控铣床看可以多轴联动，本次所采用的数控铣床采用的是三轴联动，具有加工一些复杂表面的能力。
3.1.2数控系统的介绍及选用
计算机数控装置是数控机床的核心。
它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。
它由软件和硬件组成。
硬件除计算机外，其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。
数控系统信息处理的主要任务之一是惊醒轨迹控制。
早期的硬件数控系统中，都采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作。
以硬件作为基础的NC系统中，数控装置都采用电压脉冲作为插补点坐标增量输出，其中每一脉冲都在相应的坐标轴上产生一个基本长度的单位的运动。
计算机数控系统中插补工作一般由软件来完成，也有用软件进行粗插补，用硬件进行精插补的CNC系统。
软件插补的方法分为基准脉冲插补和数据采样插补两类。
数控系统的分类：
一、按机床的运动轨迹分类：
点位控制系统、直线切削控制系统、轮廓控制系统。
二、按伺服系统的控制方式分类：
开环伺服控制系统、半闭环伺服控制系统、闭环伺服控制系统。
随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领域日益扩大。
为了满足社会经济发展和科技发展的需要，数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化、集成化、网络化及开放性等方向发展。
3.1.3夹具的确定
在机械加工中，为了保证工件加工的精度，使之占有确定的位置接受加工或检验的工艺装备统称机床夹具，简称夹具。
机床夹具的作用有：
保证加工质量、提高生产效率降低劳动成本、减轻劳动强度、扩大机床的工艺范围。
在铣床上加一个转台或分度头装置，就可以加工友等分要求的零件。
夹具的装夹是靠工件的定位基准面与夹具上定位元件的定位表面相接触，实现工件的迅速定位，并使其夹紧。
这种方法可使用一批工件在夹具中占据一致的加工位置，保证同一批工件的精度的稳定，容易获得较高的加工精度和生产效率，广泛使用于中批以上的生产类型。
在铣床夹具中一般有：
平口钳、工艺板等。
由于本设计的零件时长方形零件，故采用平口钳夹具，
图3.1平口钳
在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系的两个过程。
工件在定位元件上定位好后，还需要采用一些装置将工件牢固地压紧，防止工件在切削力、工件重力、离心力的作用下发生位移或振动，以保证加工质量和安全生产。
对夹紧装置的基本要求：
夹紧既不应破坏工件的定位，又要有足够的夹紧力，同时不应产生过大的夹紧变形，不允许产生振动和损伤工件表面。
夹紧动作迅速，方便操作，安全省力。
手动夹紧要有可能的自锁性，结构应该尽量简单，工艺性要好。
确定夹紧力包括正确地选择夹紧力的三要素，即：
夹紧力的方向、作用点和大小。
它是一个综合性的问题们必须结合工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布方式，切削条件及切削力的大小等具体情况确定。
4零件加工工艺分析
4.1工序的划分及加工顺序的安排
工序的划分：
根据数控机床的加工特点，加工工序的划分有以下几种方式：
1．按装夹定位划分工序
2．按所用刀具划分工序
3．按粗、精加工划分工序
4．按加工部位划分工序
粗铣，半精铣和精铣时使用同一加工程序，只需调整刀具参数，分三次调用相同的程序进行加工即可。
精加工时换直径20毫米和直径12毫米的精立铣刀。
4．1.1数控加工工艺分析：
粗铣圆柱外轮廓和凹圆弧粗铣圆柱外轮廓，留0.50mm的单边余量；
粗铣4×
直径30毫米凹圆弧，留0.50毫米的单边余量。
半精铣，精铣圆柱外轮廓和凹圆弧，安装直径20毫米精立铣刀对刀设定刀具参数，半精铣圆柱外轮廓和凹圆弧，留0.10毫米的单边余量。
实测工件尺寸，调整刀具参数，精铣圆柱外轮廓和凹圆弧至要求尺寸。
（1）铣半圆形槽
安装直径12毫米粗立铣刀并对刀，设定刀具，参数选择程序，粗铣各槽留0.50毫米单边余量。
安装直径12毫米精立铣刀并对刀，设定刀具参数，半精铣各槽留0.10单边余量。
实测工件尺寸，调整刀具参数，精铣各半圆形槽主要尺寸。
（2）铣矩形槽
安装直径为12毫米的键槽铣刀并对刀，设定刀具参数,选择程序，粗铣矩形槽，留0.50毫米单边余量。
安装直径为12毫米的精立铣刀并对刀，设定刀具参数，半精铣，矩形槽，留0.10毫米的单边余量。
实测矩形槽的尺寸，调整刀具参数，精铣矩形槽至要求尺寸。
（3）加工顺序的安排
数控铣削和加工中心，加工顺序的安排同样要遵循“基准先行，先粗后精，先主后次，先面后孔”的一般工艺原则。
在零件图样和实际零件上，总要依据一些一些指定的点、线、面来确定另外一些点、线、面的位置。
这些作为依据的点、线、面就是称为基准。
根据基准的功用的不同，它可分为设计基准和工艺基准两大类。
：
图4.1零件正视图
本零件的设计基准是零件的中心线，在加工上表面是，零件以上表面的平面作为加工基准。
零件的立体图如下：
图4．1俯视图
4.2刀具的选用
在本次的零件加工中所需要用到的刀具有立铣刀、中心钻、钻头等。
刀具的合理选用可以对零件的加工精度产生影响，为了让工件的精度达到要求，通过选择合理的刀具无疑是一种好方法。
为保证加工质量，工件在粗加工时切除金属较多，切削力、装夹力大，切削热量多，加工后应力要重新分布，由此而引起的工件变形较大，需要通过半精加工和精加工来纠正。
刀具的选择是数控加工工艺内容中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且影响零件的加工质量。
所以在编程时，选择刀具通常是要考虑机床的加工能力、工序内容、零件的材料等。
为了减少加工时间，这里采用工序集中，一把刀具的加工内容尽量在一次性
的加工完，这不仅可以提高生产效率，还可以减轻劳动强度。
表4.1槽轮板数控加工刀具卡片
产品名称或代号
槽轮板
零件名称
零件图号
1
序号
刀具号
刀具
加工表面
备注
规格名称
数量
刀具长／毫米
T01
R10高速钢立铣刀
20
粗铣圆柱外轮廓及凹圆弧
2
T02
R10硬质合金钢
精铣圆柱外轮廓及凹圆弧
3
T03
R6高速钢立铣刀
粗铣半圆形槽
4
T04
R6的硬质合金刚
精铣半圆形槽
5
T05
R6的键槽铣刀（粗齿）
粗铣矩形槽
6
T06
R6的键槽铣刀（细齿）
精铣矩形槽
编制
审核
批准
年月
图4.2道具
4.3切削用量的确定
与切削用量有关的因素有：
生产率、加工质量（主要是表面粗糙度）、刀具耐用度、机床功率、切削引起的工艺系统的弹性变形和振动等。
切削用量的确定原则是：
在综合考虑有关的基础上，先尽量取大的背吃刀量，其次是取小的进给量，最后是取合适的切削速度。
但由于许多工艺因素的变化较大，故在工艺文件上一半不规定切削用量，而由操作者根据实际情况自己确定。
合理选择我切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也是应该考虑经济性和加工成本；
半精加工和精加工时，一般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。
在机床允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好是一次切除待加工余量，以提高生产效率。
为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，可留少许余量待最后加工。
数控机床的精加工余量可略小于普通机床，一般取0.2~0.5mm.
铣削速度大，能提高生产效率。
但提高生产效率的最有效措施是应该尽可能采用大的背吃刀量，因为在切削速度与刀具耐用的关系成反比，所以切削速度的选用主要取决于刀具的耐用度。
切削用量的选择参阅有关手册。
在这里相关的切削用量就根据平常加工零件的经验来确定切削用量。
在粗加工时主轴转速取1000r/min，进给速度在F200-F400之间。
精加工时，主轴转速采用1500r/min，进给速度在F100-F200之间。
4.4数控加工工序卡片
表4.2加工槽轮板的工序卡片
板状零件
数量/件
2010年12月
零件材料
45钢
尺寸单位
mm
工作者
王欣
零件规格
80×
工序
名称
工艺要求
下料
30
数
控
铣
工步
工步内容
刀具类型
主轴转速（r/min）
进给速度（mm/min）
直径20高速钢立铣刀
500/800
200/30
直径20硬质合金刚立铣刀
直径12高速钢立铣刀
800
100
直径12硬质合金钢立铣刀
直径12键槽铣刀（粗齿）
60
直径12键槽铣刀（细齿）
5程序的编制
5.1自动编程
编制零件加工程序的全部过程主要由计算机来完成，此种编程方法称为自动编程。
编程人员只需要根据零件图纸和工艺过程，使用规定的数控语言编写一个较简短的零件加工源程序，输入到计算机中。
计算机由通用处理程序自动地进行编译、数学处理。
计算刀具中心轨迹，再由后置处理自动地写出零件加工程序并输出、制备出穿孔纸带或磁盘等控制介质，也可以直接通过计算机通信程序，将零件加工程序传送到机床数控系统。
由于在计算机上了自动给出所编程序的图形及走刀轨迹，及时检查程序是否有错，及时修改得到正确的程序，编程人员不需要繁琐的计算，不需要手工编写程序单机制备控制介质，可以自动获得加工源程序和控制介质，因此可提高编程效率几倍甚至上百倍，解决了手工编程无法解决的难题。
经过不断的发展，现在已经出现了许多种成熟的图形交互自动编程系统（如MasterCAM、SurferCAM以及PROE和UG等等），与语言编程系统相比更为方便、快捷，大大的加快产品的开发和更新换代，成为自动编程的发展方向。
5.2手动编程
手动编程在一些比较简单的零件中具有快速编写的优势，宏程序的使用和开发使较复杂的零件加工程序编制免去一些手工计算的过程。
目前很多机床都具备宏程序功能，如果能熟练运用宏程序将大大简化加工程序的编制，从而使数控编程更快捷、更简单。
以工件的上表面中心为零点建立工件坐标系，X、Y、Z三坐标方向都由刀具本身对刀。
轮廓尺寸为对称公差，用基本尺寸编程。
刀具材料为高速钢。
在本次毕业设计的零件，使用手动编程，并将程序录入数控铣床系统，加工出相应工件程序如下：
图5.1零件基本尺寸参照
加工程序为：
N010G92X0Y0Z20
N020M06T01换直径18铣刀
N030G0G90X71.129Y1.286M03S800
N040G43H01Z5.1号刀，长度补偿
N050Z2.54
N060G1Z0.0F250.M08
N070G41X69.895Y3.46H011号刀，左偏刀具补偿
N080G3X64.5Y6.I-5.395J-4.46切入
N090G1X62.
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