加工中心在孔类工件中的应用毕业设计

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1、摘 要本文介绍了加工中心怎样加工孔类零件的内容，如孔加工中的注意事项，机床编程的内容和步骤、对零件的分析、拟定加工工艺路线、跟据图例编写家工程序、对刀的方法（特别描述了加工中心的对刀法和步骤）、绘制实例零件图，并通过理论与实践结合的办法讲述孔实际加工中的全过程。对于在手工编程时应注意的一些实际问题详细描述，如编程方法，当刀具剪切工件时X、Y、Z向的吃刀量大小等问题。从而解决了孔加工在实际加工中所遇到的一些常见的问题。关 键 词：加工中心；对刀；编程方法；吃刀量目 录绪论 1一、数控机床1（一）数控机床的概念 1（二）数控机床的特点 1（三）数控机床典型结构 1二、加工中心4(一)加工中心的主要

2、加工对象 4(二)加工中心的主要功能 6三、孔加工实例零件图分析7四、孔加工注意事项9五、加工工艺安排9(一)孔件的毛坯和材料分析 9(二)工序顺序的安排 9六、工件夹具选择 10七、绘制零件图 11八、加工程序编制 11九、对刀方法 13结论 17参考文献 18致谢 19加工中心在孔类工件中的应用绪 论随着科学技术的发展和经济竞争的日益激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争就是数控技的竞争。本文是将大学学习期间的理论和实践结合起来，增强对所收知识的理解和记忆，更清楚更明白更真实地学习数控技术，对数控有了进一步的

3、了解，提高我们的就业能力。 一、数控机床（一）数控机床的基本概念数控机床是数字控制机床（Computer numerical control）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。（二）数控机床的特点数控机床是通过CNC系统和人进行对话的，数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： 加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精

4、度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 （三）数控机床的典型结构1数控机床的组成数控机床的组成主要组成部分是：主机、数控装置、驱动装置、编程及其他附属设备。2数控机床的主轴传动系统（1）主传动系统的要求对数控机床来说，主传动链要求短、传动件精度与刚性要求高，主轴的支承跨距要求合理，噪声要求降低到最低限度。主传动系统必须具有良好的抗振性和热稳定性。（2）主传动的变速方式目前数控主传动有：经皮带和变速齿轮的主传动、经皮带传动的主传动、由调速电动机直接驱动的主传动。（3）主轴

5、部件主轴部件是机床的一个关键部件，主轴对零件加工质量有着直接的影响。而数控机床的主轴部件应有更高的精度、刚度和热稳定性，还应满足数控机床所特有的结构要求。如为加工螺纹需配有主轴编码器，为加工中心的自动换刀需配有刀具自动夹紧、放松与主轴准停和吹屑装置等。3数控机床的进给伺服系统(1)数控进给伺服系统的要求与普通机床相比，对数控机床进给系统的设计要求，除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，可概括为以下几点要求:高的精度要求、宽的调速范围、快的响应速度、好的稳定性、大的转矩输出。(2)数控进给系统的伺服驱动装置数控机床的伺服系统一般由驱动装置

6、与机械传动执行件等组成，对于半闭环、闭环控制系统还包括位置检测环节。而驱动装置是由驱动元件电动机和电动机驱动控制单元两部分组成，通常它们由同一生产厂家配套提供给机床制造厂。进给伺服驱动装置用于数控机床各坐标轴的进给运动，进给驱动用的伺服电动机主要有步进电动机和交流、直流调速电动机，电动机作为驱动元件是伺服系统的关键之一。（3）数控进给传动结构进给传动结构是进给伺服系统的主要组成部分，它是将伺服电动机的旋转运动转化为执行部件的直线移动或回转运动，以保证刀具与工件相对位置关系为目的。在数控机床中，进给运动是数字控制系统的直接控制对象。无论是开环还是闭环伺服进给系统，工件的精度均要受到进给运动的传动

7、精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控机床的进给系统应力求做到减少摩擦力，提高传动精度与刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量等。目前，在数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置主要有：滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆-蜗母条、预加载荷双齿轮-齿条及双导程蜗杆等。4数控机床的自动换刀装置在零件的加工制造过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸、测量和搬运零件等非切削时间上，切削加工时间占整个工时中较小的比例。为了进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的方向发展。这就是近年来带有自动换刀装置的多工序数控机床得以迅速发展的原因。为此，更进一步发展和完善各类刀具自动更换装置，扩大

8、换刀数量，以便有可能实现更为复杂的换刀操作。这不仅可以提高机床的生产效率，扩大数控机床的功能和使用范围。而且，由于零件在一次安装中完成多工序加工，大大减少了零件安装定位次数，进一步提高零件的加工精度。二、加工中心（一）加工中心的主要加工对象铣削是机械加工中最常见的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削。加工中心特别适用于加工下列几类零件： 1平面类零件 平面类零件是指加工平面与水平面的夹角为定角的零件。 这类零件的特点是，各个加工表面是平面，或可以展开为平面，如图2-1中的曲线轮廓面M和斜平面P以及圆台侧平面N。 图2-1 平面类零件2变斜角类零件变斜角类零件是指加工面与水平面的夹角呈连续

9、变化的零件，如图2-2所示。其加工面不能展开为平面，但在加工中，铣刀圆周与加工面接触的瞬间为一直线。 图2-2 变斜角类零件3曲面类零件曲面类零件是指加工面为空间曲面的零件，如图2-3所示。其特点是加工平面不能展开为平面，且加工面与铣刀始终为点接触。图2-3 曲面类零件三、孔加工实例零件图分析 本设计以图3-1所示为例，要求在一块正方形的钢板上钻出4个直径6mm的通孔，在中心铣直径90mm的圆孔，板厚40mm。图3-1正方形钢板分析零件图可知，筛板需要钻削加工，孔的深度与孔径比大于3，所以为深孔，在加工中要考滤到钻削中的断屑问题切翻液的选择、深孔钻削过程中的震动及消除方法对于深孔钻头，目前主要

10、的断屑方法有两个：合理的设计刀具角度和断屑槽；合理的选择钻削迸给景S和钻削速度V。合理的刀具角度就是在钻切削力允许的情况下，应尽可能使切屑塑性变形大，造成硬化，为其折断提供条件。断屑槽的作用在于强迫切屑弯曲、折断。对于同样几何形状的深孔钻头，选用不同钻削进给量S，其断屑情况也就不同。当断屑不良时，一般采用加大钻削进给量s的办法，其目的在于使切屑变厚，与断屑槽相碰时产生较大应力，促使切屑折断。对于错齿式硬质合金深孔钻头，若中间刃断屑不好，可适当减小进给量S(但不可使边刃、中间刃断屑变坏)，若效果还不好，可使内刀刃处负前角加大，同时刃倾角也加大。四、孔加工注意事项 钻孔前一般先划线，确定孔的中心，

11、在孔中心先用冲头打出较大中心眼。钻孔时应先钻一外浅坑，以判断是否对中。在钻削过程中，特别钻深孔时，要经常退出钻头以排出切屑和进行冷却，否则可能使切屑堵塞或钻头过热磨损甚至折断，并影响加工质量。钻通孔时，当孔将被钻透时，进刀是要减小，避免钻头在钻穿时的瞬间抖动，出现啃刀现象，影响加工质量，损伤钻头，甚至发生事故。钻削大于直径30mm的孔应分两次钻，第一次先钻第一个直径较小的孔第二次用钻头将孔扩大到所要求的直径。钻削钢件时常用机油或乳化液，钻削铝件时常用乳化液或煤油，钻削铸铁时则用煤油。铰孔时铰刀不能倒转，否则会卡在孔壁和切削刃之间，而使孔壁划伤或切削崩裂。五、加工工艺安排（一）毛坯的确定和材料分

12、析工件材质要求为钢，表面质量无要求，板厚40mm,留2mm加工余量，所以毛坯选用规格为402X502X42的锻件。（二）工序顺序的安排（1）用直径20mm铣刀粗铣上表面及铣4个C8倒角，留0.5mm精加工余量，深度20mm；（2）换直径8mm刀精铣该表面；（3）将工件翻转粗铣另一面和4个倒角；（4）同样用直径8mm刀精铣；（5）钻削4个直径6mm圆孔；（6）铣直径90mm孔。六、工件夹具选择在铣两端表面时用虎钳图6-1正方形钢板钻孔时选择压板图6-2压板七、绘制零件图图7-1零件图八、加工程序编制铣表面：G54T1D1M06G87 X0 Y0 Z5 I-0.5 J90 K90 C10 D5 H

13、150 V50G80G0 Z100T2D2M06F200 S800 M3 M8G0 X-120 Y-120G0 Z5G01 G42 X-90 Y-80G01 G39 R8 X-90 Y90G01 G39 R8 X90 Y90G01 G39 R8 X90 Y-90G01 G39 R8 X-90 Y90G01 X-90 Y-80G01 G40X-120 Y-120G0Z100M5M30钻孔：注意在钻孔时应先确定刀具的初始平面、安全平面、加工平面。在不设置初始平面时，系统会默认刀具的起始点为初始平面，安全平面要距离工件最小5mm，在多孔加工应用G81指令时，只而用G0确定孔在X、Y向的位置即可G54

14、T3D3M06F100 S500M03 M08G0 Z100G81 G98 X-60 Y-60 Z5 I-40G0 X-60 Y60G0 X60 Y60G0 X60 Y-60G0 Z100G80T4D4F100 S500 M03 M08G88 G98 X0 Y0 Z5 I-40 J45 B4 C10 D5 H150 V50G80G0 Z100M30九、对刀方法在数控加工中 ,对刀是指确定工件坐标与机床坐标系之间的关系以及刀具刀位点在工件坐标系中的位置。要让刀具在数控程序的控制下使加工对象相对于定位基准有正确的尺寸关系 ,就要靠对刀来保证。对刀问题处理得好坏直接影响到加工精度、程序编制的难易程度

15、以及加工操作的方便性等。对刀点的确定，对刀点是工件在机床上定位装夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。对刀点可选在工件上或装夹定位元件上，但对刀点与工件坐标点必须有准确、合理、简单的位置对应关系，方便计算工件坐标系的原点在机床上的位置。一般来说，对刀点最好能与工件坐标系的原点重合。换刀点的确定，在使用多种刀具加工的铣床或加工中心上，工件加工时需要经常更换刀具，换刀点应根据换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则而定。对刀操作分为X、Y向对刀和Z向对刀。对刀的的准确程度将直接映影响加工精度。对刀方法一定要同零件加工精度要求相适应。根据使用的对刀工具的不同，常用的对刀方法分为以下几种：

16、试切对刀法;塞尺、标准芯棒和块规对刀法;采用寻边器、偏心棒和Z轴设定器等工具对刀法;顶尖对刀法;百分表(或千分表)对刀法;专用对刀器对刀法。另外根据选择对刀点位置和数据计算方法的不同，又可分为单边对刀、双边对刀、转移(间接)对刀法和“分中对零”对刀法(要求机床必须有相对坐标及清零功能)等。1.试切对刀法这种方法简单方便，但会在工件表面留下切削痕迹，且对刀精度较低。X、Y向对刀，将工件通过夹具装在工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出对刀的位置。起动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件左侧有一定安全距离的位置，然后降低速度移动至接近工件左侧。靠近工件时改用微调操作(一般

17、用0.01mm来靠近)，让刀具慢慢接近工件左侧，使刀具恰好接触到工件左侧表面(观察，听切削声音、看切痕、看切屑，只要出现其中一种情况即表示刀具接触到工件)，再回退0.01mm。记下此时机床坐标系中显示的X坐标值，如-240.500等。沿Z正方向退刀，至工件表面以上，用同样方法接近工件右侧，记下此时机床坐标系中显示的X坐标值，如-340.500等。据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中X坐标值为-240.500+(-340.500)/2=-290.500。同理可测得工件坐标系原点W 在机床坐标系中的Y坐标值。Z向对刀，将刀具快速移至工件上方。起动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到

18、靠近工件上表面有一定安全距离的位置，然后降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。靠近工件时改用微调操作(一般用0.01mm来靠近)，让刀具端面慢慢接近工件表面(注意刀具特别是立铣刀时最好在工件边缘下刀，刀的端面接触工件表面的面积小于半圆，尽量不要使立铣刀的中心孔在工件表面下刀)，使刀具端面恰好碰到工件上表面，再将Z轴再抬高0.01mm，记下此时机床坐标系中的Z值，如-140.400等，则工件坐标系原点W在机床坐标系中的Z坐标值为-140.400。数据存储，将测得的X、Y、Z值输入到机床工件坐标系存储地址G5*中(一般使用G54G59代码存储对刀参数)。进入面板输入模式(MDI)，输入“G5*”，

19、按起动键(在“自动”模式下)，运行G5*使其生效。检验对刀是否正确，这一步是非常关键的。2.塞尺、标准芯棒、块规对刀法此法与试切对刀法相似，只是对刀时主轴不转动，在刀具和工件之间加入塞尺(或标准芯棒、块规)，以塞尺恰好不能自由抽动为准，注意计算坐标时这样应将塞尺的厚度减去。因为主轴不需要转动切削，这种方法不会在工件表面留下痕迹，但对刀精度也不够高。3.采用寻边器、偏心棒和Z轴设定器等工具对刀法操作步骤与采用试切对刀法相似，只是将刀具换成寻边器或偏心棒。这是最常用的方法，效率高，能保证对刀精度。使用寻边器时必须小心，让其钢球部位与工件轻微接触，同时被加工工件必须是良导体，定位基准面有较好的表面粗

20、糙度。Z轴设定器一般用于转移(间接)对刀法。4.顶尖对刀法X、Y向对刀，将工件通过夹具装在机床工作台上，换上顶尖。快速移动工作台和主轴，让顶尖移动到近工件的上方，寻找工件画线的中心点，降低速度移动让顶尖接近它。改用微调操作，让顶尖慢慢接近工件画线的中心点，直到顶尖尖点对准工件画线的中心点，记下此时机床坐标系中的X、Y坐标值。Z向对刀，卸下顶尖，装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到Z轴坐标值。结 论通过本文的论述可以了解到加工中心加工孔类零件的一般工艺顺序，在加工前要对零件图进行分析，针对该工件加工时例出就该注意的问题等，按此方法就可以应用加工中心对一般的孔类零件进行加工在制造业中，孔

21、加工占有重要地位，而目前存在的重要问题是深孔加工，深孔加工时排屑困难，往往因切屑堵塞而造成钻头折断。为防止钻头折断，常采用步进式加工方法来强制分屑、断屑，以避免堵屑故障。但这种方法会延长加工时间，降低加工效率。因此解决深孔加工的问题应该在刀具结构和材料上进行深一步的研究，这将对深孔加工的效率和质量有很大的影响。 参考文献1 韩秋实主编机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，20052 李一民主编机械设计基础.东南大学出版社，20073 倪森寿主编机械制造工艺与装备.化学工业出版社，20044 邹新宇主编数控编程.清华大学出版社，20065 吴新佳主编数控加工工艺与编程.人民邮电出版社，2009 致 谢本论文是在我的指导老师郝双双的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，郝老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。一年多来，郝老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向郝老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。