异形槽零件数控加工工艺、工装设计与编程NC程序含CAD图
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异形槽零件数控加工工艺、工装与NC程序设计摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点,针对具体的零件,进行了工艺方案的分析,工装方案的确定,刀具和切削用量的选择,确定加工顺序和加工路线,数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定,充分体现了数控设备在保证加工精度,加工效率,简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析加工方案进给路线控制 25目 录1前 言12工艺方案分析22.1零件图22.2零件图分析32.3确定加工方法32.4确定加工方案33工件的装夹53.1定位基准的选择53.2定位基准选择的原则53.3确定零件的定位基准53.4装夹方式的选择53.5数控铣床床常用的装夹方式53.6确定合理的装夹方式64刀具及切削用量64.1选择数控刀具的原则64.2切削用量的选择75异形槽零件的加工85.1形槽零件加工工艺85.2数控加工刀具卡片95.3数控加工工艺卡105.4数控编程116设计体会217致谢词228参考文献231 前 言数控加工就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床,用来控制机床的计算机不管是专用计算机,还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件,其加工方法并无多大差异,但是在机床的运动控制上却有很大的区别。在普通机床加工时,机床的运动受控于操作工人。如机床的开启、主轴转速的变换、走刀路径、运动部件的位移量,以及机床的停止等都是依靠操作工人来控制的。在数控机床上加工零件时,机床的运动和辅助动作的实现均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式编制的。编写加工指令的过程就称为编程。所谓编程,就是把加工零件的工艺过程、工参数、运动要求用数字指令形式记录在介质上,并输入数控系统。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运动或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时,机床便会自动停止。任何一种数控机床,在其数控系统中若没有输入程序指令,数控机床不能工作。要提高加工效率,首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证。为此,必须要有高性能的数控装置作保证。 2 工艺方案分析2.1 零件图图1-1 异形槽零件图2.2 零件图分析该零件的主要加工部位包括平面铣削,异形槽铣削,沟槽轮廓铣削,钻绞孔,其中可以能看出主要的加工精度集中在异形槽的中心孔200+0.033,10H7孔,腰槽总长260-0.033尺寸及粗糙度要求较高。凹槽的深度公差要求也较为严格。2.3 确定加工方法通过上述分析,采取以下几点工艺措施1) 由于异形槽的加工加工余量大,我们在加工此异形槽时,优先使用大刀去除大部分余量,使用小刀对其精铣,通过调整刀具半径补偿的方式控制住其精度。 2) 此零件的中心孔加工精度较高,我们采用成型铰刀控制尺寸,腰槽的加工精度也较高,采取粗铣加精铣的方式控制公差,这样即避免了机床因自身插补误差造成的尺寸超差也最大限度的避免了人的因素造成的尺寸超差。3) 加工此零件时,我们采用自上而下分层加工的方式,可以最大限度的简化我们的程序,提高加工的效率。2.4 确定加工方案零件上比较精密表面的加工,常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的,还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。1) 本工件毛坯为钢板150*120*25,因此我们加工的时候采用平口钳夹紧工件,简单可靠高效。平口钳装夹前校正钳口与机床轴线的平行度跳动0.02mm以内。2) 盘铣刀精铣大面,保证粗糙度达到图纸要求,第一面精铣见光就可以,反面装夹,继续铣削另一面,一直加工到尺寸为止。3) 继续使用盘铣刀加工外侧台阶多余的余量部分,让内部的孔包容在剩余的毛坯中,具体尺寸如下图1-2,这样可以大大的提高加工的效率,使用盘铣刀的优点:首先盘铣刀刚性好,加工更加平稳,其次盘铣刀是端铣铣削的效率大大高于周铣,盘铣刀的还可以获得更高的表面质量,那就是在两种刀具轨迹接刀的地方会留有接到痕,但是在满足图纸要求的前提下我们还是更看重效率。4) 使用中心钻分别点钻中心孔和10孔,然后用19.5的钻头钻出中心孔,既可以作为中心孔的粗钻,也可以作为下一步骤中立铣刀下刀点。用9.5钻头钻出10底孔。5) 使用立铣刀粗精加工异形槽内侧轮廓,保证精度,去除余量。这里我们使用刀具半径补偿的方式来保证精度,粗加工时我们将#1刀具半径补偿值修改成大于刀具尺寸,留下精铣余量,粗加工后测量长度和切削深度,在做出相应的调整,对于沟槽的铣削,排屑问题使我们在加工中不得不考虑的问题,尤其是在粗加工中,由于切削量较大,会产生大量的铁屑,沟槽的排屑条件较差,会造成铁屑大量积累,造成加工面被铁屑划伤,大量切削热集中刀具寿命简单。所以在对沟槽进行粗加工时优先选用容屑槽较大的刀具,及优先使用直径较大的刀具,切削刃较少的刀具,可以有效改善沟槽的切削条件。异形槽粗加工完成后,直接对腰槽进行粗加工,加工腰槽时,由于腰槽深度为5,无法通过打中心眼的方法来下刀,所以我们采用键槽铣刀加工,由于考虑到刀具中心的切削速度为零,下刀的方式不宜采用直线下刀,可采用螺旋下刀或斜线下刀,可有效避免下刀过程中断刀,腰槽轮廓应留有精加工余量粗铣,粗铣完成后直接下刀到所需要的深度,一次成型。6) 异形槽精加工完成后,使用铰刀铰10和10孔。7) 卸下工件,去除毛刺,尤其是反面的孔口毛刺。3 工件的装夹3.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时,正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏,不仅影响零件加工的位置精度,而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提,还能简化加工工序,提高加工效率。3.2 定位基准选择的原则1)基准重合原则。为了避免基准不重合误差,方便编程,应选用工序基准作为定位基准,尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2)便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠,定位、夹紧机构简单、易操作,敞开性好,能够加工尽可能多的表面。3)便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下,保证对刀的可能性和方便性。3.3 确定零件的定位基准以左右端大端面为定位基准。3.4 装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移,使其在加工过程始终保持正确的位置,需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要,工件的装夹不仅影响加工质量,而且对生产率,加工成本及操作安全都有直接影响。3.5 数控铣床床常用的装夹方式1) 平口钳装夹,一般适用与平板类零件,也可以与V形槽配合,装夹轴类零件,夹紧力可靠,操作方便,通用性强。2) 压板装夹:通用性好,夹紧可靠,操作起来稍显麻烦,一般适用于箱体类零件和异形件,装夹的效果和选择的夹紧位置有很大关系。3) 专用夹具:操作方便,快捷,通用性差。3.6 确定合理的装夹方式 本例题中是典型的平板零件非常适合平口钳装夹。4 刀具及切削用量4.1 选择数控刀具的原则刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一,不仅影响机床的加工效率,而且直接影响零件的加工质量,应考虑以下方面:1) 根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件,建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。2) 根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主,应选择刚性较好、精度较低的刀具,半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主,应选择耐用度高、精度较高的刀具,粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具,建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具,因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损,涂层磨损修光,继续使用会影响精加工的加工质量,但对粗加工的影响较小。3) 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角,以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀,齿数也不要超过4齿。4.2 切削用量的选择 编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时,一定要充分考虑影响切削的各种因素,正确的选择切削条件,合理地确定切削用量,可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有:机床、工具、刀具及工件的刚性;切削速度、切削深度、切削进给率;工件精度及表面粗糙度;刀具预期寿命及最大生产率;切削液的种类、冷却方式;工件材料的硬度及热处理状况;工件数量;机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小,则切削时间会加长,刀具无法发挥其功能;若切削速度太快,虽然可以缩短切削时间,但是刀具容易产生高热,影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多,概括起来有:1) 刀具材料。刀具材料不同,允许的最高切削速度也不同。高速钢刀具耐高温切削速度不到50mmin,碳化物刀具耐高温切削速度可达100mmin以上。陶瓷刀具的耐高温切削速度可高达1000mmin。2) 工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度,同一刀具加工硬材料时切削速度应降低,而加工较软材料时,切削速度可以提高。3) 刀具寿命。刀具使用时间(寿命)要求长,则应采用较低的切削速度。反之,可采用较高的切削速度。4) 切削深度与进刀量。切削深度与进刀量大,切削抗力也大,切削热会增加。5) 刀具的形状。刀具的形状、角度的大小、刃口的锋利程度都会影响切削速度的选取。6) 冷却液使用。机床刚性好、精度高可提高切削速度;反之,则需降低切削速度。5 异形槽零件的加工5.1 异形形槽零件加工工艺1) 确定加工工步顺序a) 先加工大平面b) 加工外侧台阶c) 加工异形槽d) 加工腰槽e) 最后钻铰孔根据数控的加工原则一次装夹尽可能加工更多的表面2) 选择刀具a) 盘铣刀:120及以上。b) 立铣刀:14硬质合金键槽刀c) 中心钻: A3d) 钻头:标准麻花钻,9.5及19.5e) 铰刀:标准麻花钻,10H7及20H85.2 数控加工刀具卡片数控加工中心工艺分析实例产品名称或代号零件名称底板零件图号序号刀具号刀具名称规格加工表面备注1T01盘铣刀120铣大平面2T02平底立铣刀16(键槽铣刀)铣四周,两凸台及凹槽粗加工用3T03平底立铣刀16(硬质合金)铣四周,两凸台及凹槽精加工用4T04中心站A3钻中心孔5T05钻 头9.8钻9.8孔6T0619.7钻19.7孔7T07铰刀10H7铰10H7孔8T0820H8铰20H8孔编制审核批准表3-1 刀具卡片5.3 数控加工工艺卡 单位名称产品名称或代号零件名称零件图号数控车工艺分析实例异形槽工序号程序编号夹具名称使用设备车间O0001Lathe-01平口钳Fanuc 0i数控立式加工中心工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量备注1精铣铣大平面T011205001000.5保证大平面见光2粗铣四周台阶T021415002001.83精铣四周台阶T021418002000.44粗铣异形槽T011205001001去除大余量T021415002002.3去除异形槽周边余量5精铣异形槽T021418002000.46粗铣腰槽T021415002001.87精铣腰槽T021418002000.48点中心孔T03A31200309钻孔T049.560030T0519.54003010铰孔T0610H730020T0720H824020编制审核批准年 月 日共1页第一页表3-2 数控加工工艺卡5.4 数控编程首先使用盘铣刀铣大平面O0001 程序编号TO1M06 1#刀具:盘铣刀,长度补偿地址H1G90G54G40G49G00X150YO 机床还原,快速移动M03S500 主轴转动M8 加切削液G43Z50H1 加入刀具长度补偿Z5 G01Z0F100 将大面定位Z0平面,方便后续编程X-150F200G00Z100 抬刀M05 主轴停转M09 切削液停止G91G28Z0 Z轴回参考点,为换刀做准备G91G28Y0 M30反面装夹工件,校对中心 O0002 程序编号TO1M06 1#刀具:盘铣刀,长度补偿地址H1G90G54G40G49G00X150YO 机床还原,快速移动M03S500 主轴转动M8 加切削液G43Z50H1 加入刀具长度补偿Z5 #1=0 为#1变量赋值WHILE#1LE5DO1 判断语句G01Z-#1F100X-150F200G00Z5 单向往复,为了获得更好的加工质量X150 回到起始点,准备下一循环#1=#1+1.2 自变量的运算END1 循环结束语句G00Z100 抬刀M05 主轴停转M09 切削液停止G91G28Z0 Z轴回参考点,为换刀做准备G91G28Y0 Y轴回参考点,方便测量M00 选择性暂停,测量G90G54G40G49G00X150YO 精加工程序段M03S500M8G43Z50H1Z5G01Z-5F100X-150F200G00Z100M05M09G91G28Z0G91G28Y0M00在该平面对铣刀,中心钻及铰刀,设置为ZO平面G90G54G40G49G0X90Y72 加工四周台阶程序M3S1500M8G43Z50H2Z5#1=1.8WHILE#1LE4DO3G1Z-#1F100G41X75D01F200 粗加工使用#1刀补值8.2Y-60X-75Y60X90G40Y72#1=#1+1.8END3G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOO 测量工件G90G54G40G49G0X90Y72 四周台阶精加工程序 M3S1800G43Z50H2Z5G1Z-5F200G41X75D02Y-60X-75Y60X90G40Y72G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOO 测量工件T3M6 点中心孔,#3刀,长度补偿H3G90G54G40G49G0X0Y0M3S1200M8G43Z50H3Z5G81XOYOZ-2R2F50Y-35G80G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOOT4M6 #4刀9.8钻头,长度补偿H4G90G54G40G49G0X0Y0M3S800M8G43Z50H4Z5G83XOYOZ-30R2Q3F50 为20预钻孔Y-35 为10钻孔G80G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOOT5M6 #5刀:19.7钻头,长度补偿H5G90G54G40G49G0X0Y0M3S600M8G43Z50H5Z5G83XOYOZ-30R2Q3F50G80G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOOT2M6 #2刀:立铣刀加工腰形槽,长度补偿地址H2G90G54G40G49G039Y36M03S1500M8G43Z50H2Z5#1=2.3WHILE#1LE5DO2G1Z-#1X49F50 X39 F100 G0Z5X-39G1Z-#1X-49F50X-39G0Z5X39 #1=#1+1END2G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOO G90G54G40G49G0X0Y0 加工异形槽程序M3S1500M8G43Z50H2Z5#1=2.3WHILE#1LE5DO4G1Z-#1F100G41X-19.445Y27.26D01X-51.966Y-9.379G3X-32.5Y-33.856R16G1X-20.5Y-27.217G2X-13Y-31.547R16G1Y-35G3X13R13G1Y-31.547G2X20.5Y-27.217R16G1X32.5Y-33.856G3X51.966Y-9.379R16G1X19.445Y27.26G3X-19.445R26G1G40XOYO 轮廓加工结束,取消刀补Y-15 去除余量X30X-30X-16.5YOX16.5XOY19XOYO#1=#1+1.8END4G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOO 测量工件 T3M6 G90G54G40G49G0X0Y0 凹槽精加工程序M3S1800M8G43Z50H2Z5G1Z-9F300G41X-19.445Y27.26D01X-51.966Y-9.379G3X-32.5Y-33.856R16G1X-20.5Y-27.217G2X-13Y-31.547R16G1Y-35G3X13R13G1Y-31.547G2X20.5Y-27.217R16G1X32.5Y-33.856G3X51.966Y-9.379R16G1X19.445Y27.26G3X-19.445R26G1G40XOYOY-15X30X-30X-16.5YOX16.5XOY19XOYOG0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOOG90G54G40G49G039Y36 腰槽精加工程序M03S1500M8G43Z50H2Z5G1Z-5F100 X49 G0Z5X-39G1Z-5F100X-49 G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOO T6M6 #6刀:10H7铰刀,长度补偿H6G90G54G40G49G0X0Y0M3S300M8G43Z50H6Z5G81XOY-35Z-30R2F50G80G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9MOOT7M6 #7刀:10H7铰刀,长度补偿H7G90G54G40G49G0X0Y0M3S300M8G43Z50H7Z5G81XOY0Z-30R2F50G80G0Z100G91G28Z0G91G28YOM5M9M30 程序结束6 设计体会这次的设计是我们离开学校前对所学的内容进行的总结,同时让我们对零件的数控加工有了一个更完整的了解,也提高了自己对于分析解决问题的能力。毕业设计有实践性、综合性、探索性和应用性等特点,是运用数控机床实际操作和理论学习的一次综合练习。通过这次的毕业设计,使自己在理论与实际应用能力方面得到了综合的提高,熟练了操作技能,收获了经验和技巧,为以后的工作奠定了良好的基础。几个星期以来,从开始到毕业设计完成,每一步对我们来说都是新的尝试和挑战,在做这次毕业设计过程中使我学到很多,我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做,才会使自己更快的成长。我相信,通过这次的实践,我对数控的加工能进一步了解,并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误,有能力加工出更复杂的零件,精度更高的产品。7 致谢词通过这次做毕业设计,我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过本设计的实践,真切体会到理论必须和生产实践相结合。虽然在以前的学习中学到了许多在实践中用到了的知识,可是那些还是远远不够的,在具体操作时还是会出现一些意想不到的问题,还是得请教有经验的师父才能完成。在整个设计的过程中,不断地遇到新的问题,然后就必须不断地向别人请教,请教我的指导老师,还请教一些有经验的朋友、同学,利用一切可以利用资源,再加上不断地从书上找一些理论的知识,总算是把我的设计弄出个模样来了。在工艺设计好后,加工程序还是要经过多次调试、修改才能最终完成。总之这次的设计考验了我的综合能力,很大程度上提高了我的综合能力。这次的设计让我看到了自己很多方面的不着,需要更多的实践,也需要更多的理论知识才能成为一个更有用技术人员。这次设计也让我学到了很多知识,最要感谢的是我的指导老师,感谢他的不厌其烦的教诲,还要感谢我的朋友、同学及所有指导过我的人,感谢他们!8 参考文献1邹新宇。数控编程M.清华大学出版社,2006年2陈子银、徐鲲鹏.数控加工技术M.北京理工大学出版社,2006年6余英良.数控加工编程及操作M.北京:高等教育出版社,2004年第一版7黄卫.数控技术与数控编程M.北京:机械工业出版社,2004年3眭润舟.数控编程与加工技术M.北京:机械工业出版社,2006年第一版4詹华西.数控加工技术实训教程M.西安:电子科技大学出版社,2006年5陈富安.数控机床原理与编程M.西安:西安电子科技大学出版社,2004年第一版8李家杰.数控机床编程操作与操作实用教程M.南京:东南大学出版社,2005年9华茂发.数控机床加工工艺M.北京:机械工业出版社,2000年10黄康美.数控加工实训教程M.北京:电子工业出版社,2004年XXXXXXXXX设计(X)任务书题目 异形槽零件数控加工工艺、工装与NC程序设计专业 学号 姓名 主要内容:(一)零件加工工艺与NC程序设计:绘制异形槽零件图,拟定零件加工走刀路线图,编制数控加工工序说明书,编写数控加工程序;(二)零件图与装配图设计:绘制异形槽零件数控加工工序图,绘制异形槽零件数控加工工序的夹具装配图;(三)编写设计说明书;基本要求:(一)必须发挥独立思考,独立查找资料,创造性地完成毕业论文;(二)所查阅资料数量不低于10篇;(三)正文字数不低于8000字,并在规定时间内完成论文;(四)要严肃认真一丝不苟,以使毕业论文代表一定的学术水平。主要参考资料等:1.校园网万方数据库。2.论文网。3.校园期刊资料库。4.其他图书与资料库。完 成 期 限: 20XX年4月10日 指 导 教 师 签 名: 评审小组负责人签名: 20XX年10月28日
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