畢業設計凸模零件數控加工工藝及銑削編程論文作者：李吉玉指導教師：劉培躍專業：數控技術系（院）：機電工程系答辯日期：年月日摘要本設計結合具體的零件銑削加工過程，介紹了數控技術、數控的發展趨勢、數控銑床的應用、數控的加工工藝、自動編程和手動編程。主要運用所學知識和資料的查閱對零件圖的分析、制定工藝路線、確定工藝方案，包括機床的選擇、基準的選擇、確定裝夾方式、刀具的介紹與選擇、切削用量的選擇、程序的編制、仿真加工，深入、全面了解零件數控加工的全過程。關鍵字：數控技術加工工藝編程 目錄TOC\o"1-3"\h\u17031第1章緒論 1138671.1數控加工技術的發展 1761.2數控加工技術的主要應用對象 1274361.3數控銑削技術 160791.3.1數控銑床的加工特點 1314581.3.2數控銑床加工工藝的基本特點 2178121.3.3數控銑床加工工藝的主要內容 215642第2章任務書 2296702.1畢業設計課題:凸模零件數控加工工藝及銑削編程 2191612.2設計任務與安排 365752.3設計要求 384622.4畢業設計起止時間 38824第3章設計圖 415895第4章零件工藝的分析 662324.1零件的作用 672114.2零件圖及其結構工藝性分析 6192294.3毛坯的選擇 6308354.4基準的選擇 7178184.4.1粗基準的選擇 750204.4.2精基準的選擇 7108514.5擬定工藝路線 716408第5章設備選擇 870485.1機床的選擇 8295625.2夾具與量具的選擇 8115345.3切削液的選擇 88239第6章刀具和切削用量的選擇 8156006.1平面加工 8219366.2輪廓和臺階面加工 9206996.3孔加工 96089第7章手工編程 9162857.1程序 983137.2手工編程仿真圖 1419025第8章自動編程 14569第9章設計總結 18 第1章緒論1.1數控加工技術的發展在時代發展的今天，一個企業只有高質量和高效率才有競爭力。在眾多行業中，機械制造業隨著科學技術和社會生產力的高要求與發展，對其加工出來的產品要求日趨精密、復雜，對產品加工設備的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求，但是采用專用的自動化機床加工小批量零件投資大、周期長，有時從技術上也難以加工。于是數控機床順應時代的發展誕生了，并結合現代科技，由DNC到CNC，從硬件數控系統發展發到計算機數控系統，發生了質的變化，數控技術和數控裝備也成為制造工業現代化的重要基礎。在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數控領域，以PC平臺為基礎的國產數控系統，已經走在了世界前列。但數控技術仍然需要朝著穩定、可靠、高效率、通訊、操作、編程方便，甚至環保節能的方向前進，達到更高層次的自動化、柔性化、敏捷化、網絡化、數字化。對零件的加工過程，不僅軟硬件的物理條件很重要，工藝的分析及編程等軟環境也關系工件的質量和加工效率，這需要政府和企業加大對人才教育的投入。1.2數控加工技術的主要應用對象數控加工時一種可編程的柔性加工方法，但其設備費用相對較高，故目前數控加工主要應用于加工零件形狀比較復雜、精度要求較高，以及產品更換頻繁、生產周期要求短的場合。具體地說，下面這些類型的零件最適合于數控加工：（1）形狀復雜、加工精度要求高或用數學方法定義的復雜曲線、曲面輪廓。（2）公差帶小、互換性高、要求精確復制的零件。（3）用通用機床加工時，要求設計制造復雜的專用工裝或需很長調整時間的零件。（4）價值高的零件。（5）小批量生產的零件。（6）鉆、鏜、鉸、攻螺紋及銑削加工聯合進行的零件。1.3數控銑削技術1.3.1數控銑床的加工特點數控銑床是一種加工功能很強的數控機床，主要采用銑削方式加工工件，能夠進行外形輪廓銑削、平面或曲面型銑削、孔加工及三位復雜型面的銑削，在數控加工中占據了重要地位。世界上首臺數控機床就是一部三坐標銑床，這主要因為銑床有X、Y、Z三軸可以移動的特性，更加靈活，且可完成較多的加工工序。現在數控銑床已全面向多軸化發展。目前迅速發展的加工中心和柔性制造單元也是在數控銑床的基礎上完成的。1.3.2數控銑床加工工藝的基本特點數控銑床加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括切削用量、走刀路線、刀具尺寸及銑床的運動過程受控于程序指令，加工的全過程都是按照程序指令自動進行的。因此，要求編程人員對數控銑床的性能、特點、運動方式、刀具系統、切削規范及工件的裝夾方法都要非常的熟悉。數控加工的基本特點如下:1.內容十分明確而具體。2.工藝工作要求相當準確而嚴密。3.采用多坐標聯動自動控制加工復雜表面。4.采用先進的工藝裝備。5.采用工序集中。1.3.3數控銑床加工工藝的主要內容（1）選擇適合在數控銑床上加工的零件，確定工序內容。（2）分析被加工零件的圖樣，明確加工內容及其要求。（3）確定零件的加工方案，擬定數控銑削加工工藝路線。第2章任務書2.1畢業設計課題:凸模零件數控加工工藝及銑削編程工件名:凸模零件材料:45#鋼毛坯：160mm╳120mm╳30mm設計總體要求:數控銑削編程、(仿真)加工2.2設計任務與安排1.布置任務，撰寫開題報告；2.繪制零件的二維圖、三維立體圖,標注尺寸和技術要求(使用CAD/CAM軟件完成)；3.制定零件的數控加工方案；4.數控編程(手工編程)[根據掌握的知識,可以增加自動編程]；5.數控仿真加工；6.編寫畢業設計說明書及答辯。2.3設計要求1.零件圖一張(CAD制圖)；2.零件數控加工工序卡片、刀具卡片、走刀路線圖；3.零件的數控加工程序及仿真。2.4畢業設計起止時間2012.9—2013.5第3章設計圖二維圖三維圖第4章零件工藝的分析4.1零件的作用本課題設計的零件是凸模零件，它用于模具零件的加工，精度要求較高。兩個凸臺為加工沖裁件的凸模。加工時凸模固定在底座上，凸模要承受很大的沖裁力，在滿足應力的要求下，就會在工件上擠出凹形，因此該零件必須有足夠的強度來承受沖裁力，和足夠高的精度來保證凸模在用于生產加工中能保證被加工件的精度以及自身的壽命。4.2零件圖及其結構工藝性分析該零件主要由平面、孔系、外輪廓組成。幾何元素只有直線和圓弧，加工相對比較簡單。上表面及臺階面粗糙度要求為Ra3.2μm，公差為IT8，臺階面與上表面有平行度的要求,需要在一次裝夾中加工完成。外輪廓的尺寸公差要求為IT7，粗糙度要求Ra1.6μm，精度要求較高。孔的尺寸公差都為IT7，粗糙度要求Ra1.6μm，都以毛坯的中心軸線為工藝基準。由于兩個凸臺的位置比較接近，立銑刀的直徑不能太大，以免出現過切。小凸臺的尺寸及零件的剛性能夠滿足刀具高速切削而不發生變形，不會影響加工尺寸、形位精度。兩凸臺為加工零件的凸模結構，為了防止小凸臺的刃口損壞，故小凸臺比大凸臺低2mm。Φ12mm的孔為讓位孔，φ38mm的孔為安裝打料桿的孔。4.3毛坯的選擇該零件為45#鋼顏色：白色+棕色，高強度中碳調質鋼，具有一定的塑性和韌性、較高的強度，切削性能好。其中σb=600MPa，σs=355MPa。毛坯的種類分為鑄件、鍛件、型材、焊接件、沖壓件、粉末冶金件。其中鍛件是金屬材料經過鍛造變形而得到的毛坯。適用于力學性能要求高，材料（鋼材）又具有可鍛性，形狀比較簡單的零件。由于本課題零件，生產批量小，精度要求較高，因此選用鍛件，熱處理后得連續的金屬纖維組合，保證零件工作可靠。根據零件的加工形狀，Z方向上保留1.5mm的加工余量既可保證加工精度。則毛坯的尺寸為質量為：4.5216KG加工該零件熱處理采用調質處理后可得到較好的韌性及較高的強度等零件的綜合性能，硬度約為220HBS。熱處理規范：加熱至850-900℃，保溫1-3h后空冷。4.4基準的選擇4.4.1粗基準的選擇根據粗基準的選用原則：保證工件加工表面與不加工表面的相互位置精度，選擇不加工表面為粗基準。毛坯的側面為不加工的表面，同時也保證了不加工表面與加工表面的相互位置，故選用側面和未加工的上表面進行裝夾，加工下底面。4.4.2精基準的選擇臺階面以零件的上表面作為設計基準，但零件的設計基準與定位基準（下表面）不重合，通過尺寸鏈計算來保證加工精度，從而滿足設計基準與定位基準重合的原則。凸臺和孔系以零件φ38的孔的中心軸線作為設計基準。為了保證基準統一原則，故選擇毛坯經過加工的下表面中心作為精基準。4.5擬定工藝路線上、下表面的銑削需要精銑才能達到加工要求。臺階面粗糙度要求為Ra3.2，公差為IT8，精度要求較高需要粗銑半精銑才能達到要求。兩凸臺外輪廓的尺寸公差要求為IT7，粗糙度要求Ra1.6μm，需要粗銑半精銑精銑才能達到要求。Φ12mm的孔尺寸公差為IT7，粗糙度要求Ra1.6μm，需要鉆孔鉸孔達到要求。Φ38mm的孔尺寸公差為IT7，粗糙度要求為Ra1.6μm，需要通過鉆孔擴孔鏜孔鉸孔達到要求。根據基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔的原則確定加工順序。由零件圖可知，Z向基準為A面，但設計基準與定位基準不重合故通過尺寸鏈計算保證加工精度使下表面為設計基準，從而使設計基準與定位基準重合，長、寬方向基準為φ38的孔的中心軸線。根據工序集中原則，可將上表面、兩個凸臺的外輪廓、φ38的孔、φ12的孔在一次裝夾中加工出來。根據先面后孔的原則，可將兩凸臺的上表面以及外輪廓和臺階面在孔加工之前加工出來。零件的在機床上分兩次裝夾，加工順序如下：1.第一次裝夾：精銑下底面1mm；2.第二次裝夾（1）精銑A面至零件要求尺寸；（2）粗銑小凸臺上表面留0.2mm的精銑余量；（3）精銑小凸臺上表面至尺寸；（4）臺階面及凸臺外輪廓留0.2mm的精銑余量；（5）精銑臺階面及凸臺外輪廓至尺寸；（6）鉆φ38、φ12的中心孔；第5章設備選擇5.1機床的選擇加工該零件應用銑削加工，故選用數控立式升降臺銑床，機床的數控系統為華中數控HNC-21M；主軸電機容量為4.0KW；主軸變頻調速變速范圍100-4000r/min；工作臺面積為（長x寬）1120mmx250mm；工作臺縱向行程760mm；主軸套筒行程120mm；升降臺垂向行程（手動）400mm；定位移動速度2.5m/min；銑削進給速度范圍0-0.50m/min；脈沖當量0.001mm；定位精度（300±0.03）mm；重負定位精度±0.015mm；工作臺允許最大承載256kg。選用的機床能夠滿足本零件的加工。5.2夾具與量具的選擇零件為長方體塊件，為了保證加工精度要求和提高生產率，即直接靠夾具保證工件在機床上的正確位置，則用機用平口虎鉗定位裝夾。注意工件必須高出鉗口13mm以上，下面用墊塊，壓板壓緊，但要注意墊塊的位置，應避開通孔加工時的鉆頭伸出的位置。公差尺寸的公差等級在IT7-IT8，可以選用游標卡尺（分度值為0.02mm）。平行度和孔徑選用百分表進行測量。表面粗糙度用表面粗糙度測量儀。5.3切削液的選擇常用的切削液分為3大類：水溶液、乳化液、切削油。由于該課題加工的零件采用硬質合金刀具高速切削，切削液潤滑效果較差，故選用以冷卻作用為主的濃度為5%的乳化液。第6章刀具和切削用量的選擇6.1平面加工平面銑削上下表面時，表面的寬度為120mm，為了提高效率，縮短加工時間，擬用面銑刀單次平面銑削。為使銑刀工作時有合理的切入/切出角，面銑刀直徑尺寸的選擇最理想的寬度應為材料寬度的1.3-1.6倍，因此選用Φ160mm的硬質合金面銑刀（YG8），齒數10。因下表面單邊余量給為1mm；上表面單邊余量給為0.5mm，故直接進行半精加工達到技術要求。加工凸臺上表面時，用φ25mm的立銑刀進行粗銑、半精銑達到技術要求，粗銑留0.2mm的半精加工余量。面銑刀精銑時Vc=120m/min,?z=0.15mm/齒，則主軸轉速為n=1000Vc/ΠD=318r/min故選n=320r/min，F=360mm/min。Φ25mm立銑刀粗銑Vc=75m/min,?z=0.1mm/齒，則主軸轉速為n=1000Vc/ΠD=955r/min故選n=1000r/min，F=400mm/min；精銑時，選n=1200r/min，F=300mm/min。6.2輪廓和臺階面加工加工外輪廓及臺階面的加工時，雖然加工余量較大，但兩凸臺的相對位置較近，故選用4個齒的莫氏錐柄的Φ14mm的高速鋼立銑刀和5個齒的莫氏錐柄螺旋齒的Φ25mm的硬質合金立銑刀同時加工外輪廓和臺階面，具有較高的切削性能；因尺寸精度和表面粗糙度的要求，需要粗銑后留0.5mm的加工余量精銑。Φ25mm立銑刀粗銑Vc=75m/min,?z=0.1mm/齒，則主軸轉速為n=1000Vc/ΠD=955r/min故選n=1000r/min，F=400mm/min，；Φ14mm立銑刀粗銑Vc=40m/min,?z=0.1mm/齒，則主軸轉速為n=1000Vc/ΠD=909.5r/min故選n=1000r/min，F=400mm/min；Φ14mm立銑刀半精銑時F=300mm/min，精銑時F=150mm/min。6.3孔加工加工Φ12孔時，因公差等級較高以及粗糙度要求是Ra1.6，故需要Φ11.5的錐柄鉆頭進行粗加工后留單邊余量0.25mm用錐柄鉸刀進行精加工，鉆孔時選Vc=20m/min，?=0.2mm/r，n=600r/min，F=120mm/min；鉸孔時Vc=3m/min，?=0.25mm/r，n=80r/min，F=20mm/min；加工Φ38的孔時，考慮到需要倒角，為了保證加工精度，選用Φ11.5mm麻花鉆鉆底孔，φ36的擴孔鉆擴孔，φ37.7的鏜刀鏜孔，φ38的鉸刀鉸孔達到技術要求。擴孔時，Vc=20m/min，?=0.3mm/r，n=180r/min，F=60mm/min；鏜孔時Vc=80m/min，?=0.15mm/r，n=800r/min，F=120mm/min；鉸孔時Vc=20m/min，?=0.2mm/r，n=200r/min，F=40mm/min。第7章手工編程7.1程序%0002G17G28G90G49G21M06T01G90G54G00X225Y0M03S240G00G43Z50H01Z-1G01X-225F360G00Z50X0Y0G91G28Z0G49M05M00G17G28G90G49G21M06T01G90G54G00X225Y0M03S240G00G43Z50H01Z-0.5G01X-225F400G00Z50X0Y0G91G28Z0G49M06T03G90G54G00X0Y0G43Z50H03M03S800G51X0Y0P2M98P1001G51X0Y0P1.7M98P1001G51X0Y0P1.5M98P1001G51X0Y0P1.3M98P1001G51X0Y0P1M98P1001M98P1001G50S1000G51X0Y0P2M98P1002G51X0Y0P1.7M98P1002G51X0Y0P1.5M98P1002G51X0Y0P1.3M98P1002M98P1002G50G00Z50X0Y0G91G25Z0G49M3S1000G90G54G00X0Y80G43Z50H03Z-3M98P1000G51X0Y0P1.1M98P1000Z-6M98P1000G51X0Y0P1.1M98P1000Z-9.5M98P1000G51X0Y0P1.1M98P1000Z-10M98P1000G51X0Y0P1.2M98P1000G50G00Z50X0Y0G91G28Z0M05G49M06T02G90G54G00X0Y0G43Z50H02M03S1000G00X100Y50Z-2M98P1003Z-4M98P1003Z-6M98P1003Z-8M98P1003Z-9.5M98P1003Z-10M98P1003G00X0Y80Z-2M98P1004Z-4M98P1004Z-6M98P1004Z-8M98P1004Z-9.5M98P1004Z-10M98P1004G00X0Y0G91G28Z0G49M06T04G90G54G00X0Y0G43Z50H04M03S1000G81X0Y0Z-3.5R5F100G80G81X-65Y0Z-13.5R5F100G80G00Z50G91G28Z0G49M05M06T05G90G54G00X0Y0G43Z50H05M03S600G83X0Y0Z-35R5Q2P1K2F120X-65Y0G80G00Z50G91G28Z0G49M05M06T06G90G54G00X0Y0G43Z50H05M03S180G73X0Y0Z-35R5Q2P1K2F60G80G00Z50G91G28Z0G49M05M06T07G90G54G00X0Y0G43Z50H07M03S800G85X0Y0Z-35R5P2F120G80G00Z50G91G28Z0G49M05M06T08G90G54G00X0Y0G43Z50H08M03S100G82X0Y0Z-35R5P2F20G80G00Z50G91G28Z0G49M05M06T09G90G54G00X0Y0G43Z50H09M03S80G82X-65Y0Z-35R5P2F20G80G00Z50G91G28Z0G49M05M06T02G90G54G00X0Y0G43Z50H02M03S550G00Z2#1=0WHILE#1LE90#2=5-5*SIN[#1*PI/180]#3=5-5*COS[#1*PI/180]G01Z-[1+#3]F60G03X[12+#2]R[[12+#2]/2]G03I-[12+#2]G03X0Y0R[[12+#2]/2]#1=#1+0.5ENDWG00Z50G40X-75Y2Z-10G01X-55Y-3Z2G91G28Z0M30%1003G01G41X95Y-40D0F400G01X-42F150G02X-50Y-32R8G01Y-27.69477G02X-47.11111Y-21.54037R8G03X-47.11111Y21.54037R28G02X-50Y27.69477R8G01Y32G02X-42Y40R8G01X13.3812G02X20.3094Y36R8G01X48.9282Y-13.56922G02X50Y-17.56922R8G01Y-32G02X42Y-40R8G01X-95F1000G00Z5G40X100Y-50M99%1004G01G41X30.68558Y80D02F1000X73.92925Y28.45228F800G02X58.62319Y15.58079R10G01X39.33956Y38.57212G02X54.65774Y51.4311R10G01X97.81356F1000Z5G40G00X0Y80M99%1000G01G42X37Y65D03F1000Y40F400X-50Y-40X50Y3X80Y22X48Y60G40X0Y80M99%1001G00X100Y50G01G42X95Y40D03F800Z-1.5G01X-42Y40F360G03X-50Y32R8G01X-50Y-32G03X-42Y-40R8G01X42Y-40G03X50Y-32R8G01X50Y-17.56922G03X48.9282Y-13.56922R8G01X20.3094Y36G03X13.3812Y40R8G01X-95G00Z5G40X100Y50M99%1002G00X100Y50G01G42X95Y40D03F800Z-2G01X-42Y40F360G03X-50Y32R8G01X-50Y-32G03X-42Y-40R8G01X42Y-40G03X50Y-32R8G01X50Y-17.56922G03X48.9282Y-13.56922R8G01X20.3094Y36G03X13.3812Y40R8G01X-95G00Z5G40X100Y40M997.2手工編程仿真圖第8章自動編程(該自動編程程序為摘自步號5、6、7、8的程序段)第9章設計總結通過這次畢業設計，我希望對自己即將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為即將參加的工作打下一個良好的基礎。所以，在這次設計中我必須要用好所學的知識，學習該學的知識，培養自己動手和動腦的能力，爭取在畢業時有一個滿意的結果。做設計的過程中當然會有難題，再加之以往所學的知識不夠完善，需要經常到圖書館查閱一些資料，請教老師。而且現在也在實習，所以會與實際相結合，更有利于對設計