数控毕业设计论文说明书.doc

摘要随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。本设计通过对数控加工的工艺特点、加工零件工艺性等进行分析，选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。设计说明书以数控铣床铣削模具类零件为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用的刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件的程序。按照说明书要求将加工出零件，并对零件自检数据惊醒分析，说明在加工过程中应注意的事项。关键词工艺分析，刀具，切削用量，刀具程序，零件自检数据，加工注意事项目录前言······································································1第一章 零件图图样分析·····················································21.1零件尺寸分析···························································21.2加工精度以及粗糙度的要求···············································21.3材料以及硬度要求·······················································3第二章零件工艺分析························································42.1加工设备的选用·························································42.2毛坯尺寸及材料确定·····················································42.3装夹定位的确定·························································52.4加工方案的确定·························································52.5刀具的选择·····························································6第三章 工艺规程设计·······················································63.1切削方式的确定·························································63.1.1顺铣与逆铣的选择·····················································63.1.2切削方式的方式选择··················································73.2工艺参数的设定·························································73.2.1主轴转速的确定·······················································73.2.2进给速度的确定·······················································83.2.3背吃刀量的确定······················································113.3零件刀具中心走刀轨迹··················································12第四章 编写加工工艺资料··················································174.1加工工艺卡片以及加工刀具卡············································174.2加工程序单····························································184.3零件图································································304.4零件三维实体图························································31第五章 加工检测··························································315.1模拟加工检测··························································31小结·····································································33参考资料·································································34前言1前言随着我国的工业化的加速，产业结构的调整和升级，数控技术在现代企业中得到广泛的应用，是制造业朝着数字化的方向发展。本设计以熟练掌握数控铣床加工为目的，在认真分析零件工艺的基础上，综合运用机械制造技术、数控加工编程、数控加工工艺等专业知识，结合数控加工实际操作，按照机械加工工艺规程的内容，制定出的零件数控加工工艺说明书。本设计说明书包括零件的工艺分析、零件加工过程、加工注意事项、成品自检数据等内容。并详细介绍零件工艺分析的内容，重点阐述了零件的加工过程，认真分析和解释零件加工的程序的意义。 数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控机床。它是一种技术密集及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床相结合的产物。数控加工则是根据被加工的零件的图样和工艺要求。编制出以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。在数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序就相当于软件，两者缺一不可。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生，发展而逐步完善的一种应用技术。实现数控加工，编程是关键。编程前必须要做好必要的准备工作，编程后还要进行必要的善后处理工作，数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工过程。 数控加工工艺的特点：数控加工的工艺内容十分明确而且具体。进行数控加工时，数控机床接受数控系统的系统指令。完成各种运动，实现加工要求。数控加工的工艺要求相当准确而且严密。数控加工不能像通用机床加工那样。可以对加工过程的问题由操作者根据自己的经验自由地进行调整。数控加工的工序相对集中。一般来说，在普通机床上是根据机床的种类进行单工序加工。而在数控机床上往往是在工件的一次装夹中完成钻，铰，攻螺纹等多工序的工作。由于编者水平有限，设计中难免存在一些错误，恳请老师批评指正。2前言第一章 零件图图样分析1.1零件尺寸分析根据数控铣削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析：分析过程中应该注意以下几点：（1）各几何要素间的互相关系（例如相切，相交，垂直等）应该明确，每个几何要素的条件充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的米粉尺寸等。（2）数控加工的零件，图样上的尺寸可以采用统一基准标注，即标注尺寸。这样既便于编程。又有利于设计基准与编程原点的统一。由图所示，毛坯尺寸大小为130X100X20的零件，这个零件的基本尺寸标注完整，几何条件充分。从零件图看，有一个凸台，一个矩形底座，有三个凹槽和七个倒角通孔，其中圆形凹槽和矩形圆角凹槽有尺寸公差标注，没有粗糙度的标注，尺寸精度和表面质量要求不高，材料为45钢。1.2加工精度以及粗糙度的要求所谓加工精度，是指零件加工后的几何形状和相互位置的实际值与理想值之间的符合程度，而它们之间的偏离程度（即差异）则为加工误差.加工误差的大小反映了加工精度的高低。加工精度包括了三个方面：尺寸精度。几何形状精度.相互位置精度。影响加工精度主要因素有机床误差.刀具误差。工件内应力引起的误差等。3前言由于该工件是属于小批量生产品，所以我将使用试切法，直至符合规定的尺寸要求后才正式切削整个待加工表面。粗糙度即表面质量，影响表面质量的因素主要有工件、切削量。刀具材料、表面光洁度、工艺系统的振动、刀具几何参数。由于零件图上没有标注粗糙度，默认为一般粗糙度，只有两个键槽有H7的公差标注，基本偏差为H7的基孔制公差带，零件没有热处理和要求。1.3材料以及硬度要求本零件的材质是45号钢，没有硬度的要求。45号钢是GB中的叫法，JIS中称为:S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN称为:C45 45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理 。45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。其表面含碳量0.81.2，芯部一般在0.10.25（特殊情况下采用0.35）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐冲击。 如果用45钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。 GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850正火、840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPa 4前言GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16，断面收缩率为40，冲击功为39J 45钢不淬火硬度小于HRC28，比较软，不耐磨。淬火后硬度可以（注意是可以）大于HRC55，耐磨性较好，45号钢淬火后硬度可以（注意是可以）大于HRC55。但这是小截面的，截面稍大，得到的硬度就会降低。而且冬天淬裂的可能也是有的。这些方面都要注意。 不要采用表面氮化处理，虽然表面硬度可以提高很多，但基体材料会硬度很低。虽然耐磨了，但会压出小坑。第二章零件工艺分析2.1加工设备的选用机床选择的原则：（1）要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。（2）有利于提高生产率。（3）尽可能降低生产成本。根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、生产条件等要求，选用日本三菱电机的BMY-106数控铣床比较适合，它是高速数控系统，7.5KW主轴，三轴2KW X1000 Y600 Z600。2.2毛坯尺寸及材料确定毛坯的形状和尺寸越接近成品，那材料消耗就越小。加工的时间也越小，有利于提高加工效率，降低成本。根据图的要求，该零件的毛坯为45钢。尺寸选用比零件尺寸大5-7mm的毛坯最好，这样有效地节省毛坯成本，以及减少时间。数控铣床加工时，由于是自动加工，除了要求毛坯的余量充分，均匀，毛坯装夹要方便，可靠外，还要注意到数控铣床最难保的是加工面与非加工面之间的尺寸。如果以确定或准备采用数控铣削，就应该事先对毛坯的设计进行必要的更改或者有设计时就要充分加以考虑，即在零件图注明的非加工表面处也出增加适当的余量，否则，毛坯将不适合数控铣床加工，加工很难进行下去。因为，只要准备采用数控铣床，就应在对零件图进行工艺分析后，结合数控铣床的特点，对零件毛坯进行工艺分析。5前言2.3装夹定位的确定夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，选择最常用的平口虎钳，在安装虎钳时，要对准它的固定钳口定位找正，工件加工部分要高出钳口，避免刀具与虎钳发生干涉；安装工件时，要把工件放在钳口中间部分，并注意工件上浮，最后压紧工件即可。2.4加工方案的确定加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要俩考虑。加工顺序安排的原则：（1）基面先行（2）先粗后精（3）先主后次（4）先面后孔（5）先进行内腔加工，后进行外形加工。（6）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑。（7）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少换到重复定位次数、换到次数与挪动压板次数。对于直径小于30mm的孔毛坯上一般无孔，这就需要要在数控铣床上完成其余部分的加工。为了提高孔的位置精度，在钻孔前必须铣平孔口端面，并钻中心孔作引导孔，即通常采用铣平面钻中心孔钻半精镗孔口倒角精镗的加工方案。孔口倒角安排在半精加工后、精加工前进行，以防孔内产生毛刺。综合考虑了各个方面的因素，对零件的加工方案是：先面铣毛坯顶面，加工深度0.2mm；再以面铣后的顶面为基准面，分别粗加工凸台和矩形底座外轮廓，留余量0.2mm；再分别精加工凸台和矩形底座至尺寸；然后粗加工、精加工三个凹槽；接着钻7个通孔的中心孔，钻通孔，半径镗通孔留余量0.1，并孔口倒角，最后精镗通孔至尺寸。6前言2.5刀具的选择数控机床上用的刀具应满足：（1）刀具刚性好。刀刚性要好的目的，视为提高生产效率而采用切削永陵啊的需要；（2）刀具抗冲击性高。刀在加工时难免会受到冲击。（3）刀具的耐用的高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如果刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶。除上述两点之外，铣刀切削刃的集合角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。根据不同的加工内容，则需要不同规格的刀具进行加工，该零件材料为45钢，考虑到加工效率、走刀的重叠量和圆弧半径。综上分析确定粗铣用：16立铣刀、10键槽铣刀、7麻花钻，精加工用：16立铣刀、10立铣刀、8精镗刀、10麻花钻，所有的刀具材料为高速钢。第三章工艺规程设计3.1切削方式的确定3.1.1顺铣与逆铣的选择（1）顺铣时，每个刀的切削厚度都是由小到大逐渐变化的。当刀齿刚与工作接触时，切削厚度为零，只有当刀齿在前一刀齿留下的切削表面上滑过一段距离，切削厚度达到一定数值后，刀齿才真正开始切削。逆铣使得切削厚度是由大到小逐渐变化的，刀齿在切削表面上的滑动距离也很小。面且顺铣时，刀齿在工件上过过的路程也比逆铣短。因此，在相同的切削条件下，采用逆铣时，刀具易磨损。（2）顺铣时，刀齿每次都是由工件表面开始切削，所以不宜用来加工有硬皮的工件。（3）顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆削相比较功率消耗要少些（铣削碳钢时，功率消耗可减少5%，铣削难加工材料时可减少14%）（4）逆铣时，由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工作进给运动方向相反，所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。而顺铣时则不然，由于水平铣削力的方向与工作进给运动方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙在存在，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。7前言（5）逆铣时，由于刀齿与工件间的摩擦较大，因此已加工表面的冷硬现象较严重。因此，根据顺铣与逆铣加工的特点，在粗加工时,工件表面有硬皮,为了防止铣刀崩刀和打刀,先选择逆铣方式进行粗加工；在精加工时,工件表面无硬皮,为了提高零件的表面加工质量,减小刀具的磨损，采用顺铣方式进行精加工。3.1.2切削方式的方式选择铣削的方式有三种：行切法、环切法，先行后环法。根据本零件的外形特点，选用先行后环法进行切削。因为这种方法先用行切法去点大部分余量，然后用环切法精修零件轮廓，对于凹槽比较多而且外形不规则的零件，有利于缩短进给路线和获得较好的表面粗糙度。3.2工艺参数的设定编程时我们必须首先确定每道工序的切削用量，然后根据公式计算出各个参数，并把这些数值以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、进给速度和背吃刀量等，对于不同的加工方法需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能；保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度地提高生产效率降低成本。所以本设计的切削用量等设计全部都根据公式计算，选用最佳的参数进行加工。3.2.1主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件的（或刀具）的直径来选择。其计算公式为：n=1000v/(D)v为切削速度，单位为m/mim有刀具的耐用度决定n为主轴的转速，单位为r/minD为刀具的直径或者是工件的直径，单位为mm8前言从理论上上将，v越大越好，因为这不仅可以提高生产效率，畏怯可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上会受到机床、刀具等的限制。根据表得：取粗铣时v=20m/mim16立铣刀n=1000x20/3.14x16=400r/min10键槽刀n=1000x20/3.14x10=640r/min7麻花钻n=1000x16/3.14x7=700r/min10麻花钻n=1000x16/3.14x7=700r/min精铣时v=42m/mim16立铣刀n=1000x42/3.14x16=840r/min10立铣刀n=1000x42/3.14x10=1400r/min8镗孔刀n=1000x30/3.14x8=1200r/min3.2.2进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数。主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度应该选择小些。最大进给速度手机床刚度和进给系统的性能影响，并与数控系统中脉冲当量的大小有关。9前言其公式为：F=ZxSzxnF为进给量，单位为mm/minZ为齿数10前言11前言根据表得：粗加工进给量：16立铣刀F=ZxSzxn=3x0.06x400=100mm/min10键槽刀F=ZxSzxn=3x0.06x640=120mm/min7麻花钻F=245mm/min10麻花钻F=431mm/min精加工进给量：16立铣刀F=ZxSzxn=5x0.025x840=120mm/min10立铣刀F=ZxSzxn=5x0.02x1400=150mm/min8镗孔刀F=130mm/min3.2.3背吃刀量的确定背吃刀量的选用时根据主要由工件的加工余量、精度要求及工艺系统的刚度决定。如果工件的精度要求不高，工艺系统的刚度又足够，则最好一次切净加工余量，如果工件的精度和表面粗糙度要求较高，或工艺系统的刚度较差，则只能按先多后少的原则，采用多次走刀加工。12前言背吃刀量是根据机床工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的条件下应尽可能是背吃刀量等于工件的加工余量这样可以减少走刀次数，提高生产率。为了保证加工表面质量可留少量精加工余量一般留0.2-0.5mm。3.3零件刀具中心走刀轨迹刀具加工走刀轨迹：面铣顶面（图3-1）铣凸台外轮廓（图3-2）铣零件外延面（图3-3）铣凸台左上角凹槽（图3-4）铣凸台中间圆槽（图3-5）铣凸台右上边凹槽（图3-6）铣直径8通孔（图3-7）通孔倒角（图3-8）图3-113前言图3-2图3-314前言图3-4图3-515前言图3-6图3-716前言图3-817前言第四章编写加工工艺资料4.1加工工艺卡片以及加工刀具卡加工工艺卡片加工刀具卡18前言4.2加工程序单40 / 40O0001N00001T1 M06调用一号刀，面铣毛坯顶面N00002G90 G54 G00 X-76.0 Y-47.0 S400 M03主轴正转N00003G01 Z-0.2 F100 M08冷却液开启N00004M98 P0010 L4铣削深度0.2mmN00005G90 G00 Z100.0 N00006X0.0 Y0.0 O0010面铣毛坯顶面子程序G91 G01 X145.0 F100Y13.5X-145.0Y13.5M99子程序结束N00007G90 G00 X-76.0 Y-60.5 S400 粗铣凸台外轮廓N00008M98 P0020 L5分5层铣削，每层深度1mmN00009G90 G00 Z100.0 留余量0.2N00010X0.0 Y0.0O0020铣削凸台外轮廓子程序G91 G01 Z-1.0 F100G90 G03 X3.0 Y-76.2 R32.2 G01 X37.5G03 X60.269 Y-66.769 R32.2G01 X67.769 Y-59.269G03 X77.2 Y-36.5 R32.2G01 Y20.298G03 X52.243 Y51.673 R32.2G01 X-41.757 Y73.375G03 X-71.769 Y64.769 R32.219前言G01 X-81.769 Y54.769G03 X-91.2 Y32.0 R32.2G01 Y-44.0G03 X-59.0 Y-76.2 R32.2G01 X-43.0G03 X-20.0 Y-66.535 R32.2X-19.289 Y-67.239 R32.2G02 X-19.201 Y-71.48 R3.0G01 X-23.0 Y-60.461G02 X-20.0 Y-57.461 R3.0X-15.553 Y-59.537 R5.8G03 X3.0 Y-68.2 R24.2G01 X37.5G03 X54.612 Y-61.112 R24.2G01 X62.112 Y-53.612G03 X69.2 Y-36.5 R24.2G01 Y20.298G03 X50.444 Y43.878 R24.2G01 X-43.556 Y65.58G03 X-66.112 Y59.112 R24.2G01 X-76.112 Y49.112G03 X-83.2 Y32.0 R24.2G01 Y-44.0G03 X-59.0 Y-68.2 R24.2G01 X-43.0G03 X-24.447 Y-59.537 R24.2G02 X-20.0 Y-57.461 R5.8X-19.005 Y-57.547 R5.8X-16.564 Y-61.018 R3.20前言G01 X-23.0 Y-52.461G02 X-20.0 Y-49.461 R3.X-9.42 Y-54.401 R13.8G03 X3.0 Y-60.2 R16.2G01 X37.5G03 X48.955 Y-55.455 R16.2G01 X56.455 Y-47.955G03 X61.2 Y-36.5 R16.2G01 Y20.298G03 X48.644 Y36.083 R16.2G01 X-45.356 Y57.785G03 X-60.455 Y53.455 R16.2G01 X-70.455 Y43.455G03 X-75.2 Y32.0 R16.2G01 Y-44.0G03 X-59.0 Y-60.2 R16.2G01 X-43.0G03 X-30.58 Y-54.401 R16.2G02 X-20.0 Y-49.461 R13.8X-19.001 Y-49.498 R13.8X-16.226 Y-52.707 R3.0G01 X-23.0 Y-44.461G02 X-20.0 Y-41.461 R3.0X-3.287 Y-49.265 R21.8G03 X3.0 Y-52.2 R8.2G01 X37.5G03 X43.298 Y-49.798 R8.2G01 X50.798 Y-42.298G03 X53.2 Y-36.5 R8.221前言G01 Y20.298G03 X46.845 Y28.288 R8.2G01 X-47.155 Y49.99G03 X-54.798 Y47.798 R8.2G01 X-64.798 Y37.798G03 X-67.2 Y32.0 R8.2G01 Y-44.0G03 X-59.0 Y-52.2 R8.2G01 X-43.0G03 X-36.713 Y-49.265 R8.2G02 X-20.0 Y-41.461 R21.8X-19.0 Y-41.484 R21.8X-16.141 Y-44.619 R3.0G01 X-20.0 Y-66.535M99N00011G90 G00 X-76.0 Y-61.0 S400粗铣零件外延面N00012G00 Z-5.0 分5层铣削，每层深度1mmN00013M98 P0030 L15留余量0.2N00014G90 G00 Z100.0N00015X0.0 Y0.0O0030粗铣零件外延面子程序G91 G01 Z-1.0 F100G90 G01 Y58.1X73.1Y-58.1X-73.1M99N00016G90 G00 X-73.0 Y-58.0 S84022前言精铣凸台外轮廓至尺寸N00017G00 Z0.0N00018M98 P0040 L2N00019G90 G00 Z100.0N00020X0.0 Y0.0O0040精铣凸台外轮廓子程序G91 G01 Z-2.5 F120G90 G02 X-20.0 Y-41.261 R3.0 X-3.133 Y-49.136 R22.0G03 X3.0 Y-52.0 R8.0G01 X37.5G03 X43.157 Y-49.657 R8.0G01 X50.657 Y-42.157G03 X53.0 Y-36.5 R8.0G01 Y20.298G03 X46.8 Y28.093 R8.0G01 X-47.2 Y49.795G03 X-54.657 Y47.657 R8.0G01 X-64.657 Y37.657G03 X-67.0 Y32.0 R8.0G01 Y-44.0G03 X-59.0 Y-52.0 R8.0G01 X-43.0G03 X-36.867 Y-49.136 R8.0G02 X-20.0 Y-41.261 R22.0X-19.0 Y-41.284 R22.0X-16.14 Y-44.417 R3.0G01X-23.0 Y-44.261M9923前言N00021G90 G00 X-74.0 Y59.0 S840精铣零件外延面至尺寸N00022G00 Z-5.0N00023M98 P0050 L4N00024G90 G00 Z100.0 M05主轴停止，抬刀至安全高度N00025X0.0 Y0.0 M09冷却液关闭O0050精铣零件外延面子程序G91 G01 Z-5.0 F120G90 G03 X-73.0 Y0.0 R3.0 G01 Y50.0G02 X-65.0 Y58.0 R8.0G01 X65.0G02 X73.0 Y50.0 R8.0G01 Y-50.0G02 X65.0 Y-58.0 R8.0G01 X-65.0G02 X-73.0 Y-50.0 R8.0G01 Y0.0Y1.0G03 X-76.0 Y4.0 R3.0G01 Y-3.0M99子程序结束N00026T2 MO6调用2号刀N00027G90 G54 G00 X0.0 Y0.0 S640 M03粗铣凸台左上角凹槽N00028G01 X-49.0 Y-20.0 Z0.0 F120 M08N00029M98 P0060 L16分16层铣削，每层深度0.5mmN00030G90 G00 Z100.0留余量0.2N00031X