数控加工中心加工工艺及零件加工程序编制.doc

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1、课题:数控加工中心加工工艺及零件加工程序编制目录一、绪论二、对偶零件(零件1和零件2)图纸初步分析及处理1.零件图分析2.刀具的选择3.切削用量及下刀方法的确定4.粗加工方法5.工件的定位与装夹三、零件加工工艺分析(一)零件1的工艺分析1.零件图分析，选择加工内容2.选择加工中心3.刀具的选择(二)编制零件1的加工工艺1.加工方法选择2.确定零件装夹方案3.确定加工顺序(三)零件2的工艺分析1.零件图分析，选择加工内容2.选择加工中心3.刀具的选择(四)编制零件2的加工工艺1.加工方法选择2.确定装夹方案3.确定加工顺序四、数控加工程序编制(FANUC 0i一MC系统)(一)坐标点位图(零件2

2、)(二)手工编制(零件2)程序(三)自动编程(零件1)1. MaslerCAM实体造型2. MaslerCAM实体加工设定3. MaslerCAM实体切削验证4. MaslerCAM8.0后处理五、手动编程与自动编程比较六、设计体会七、参考资料一、毕业设计说明书(一)绪论用数控机床加工零件，是按照事先编制好了的数控程序自动地对零件进行加工。它是把零件的加工工艺路线、刀具运动轨迹、切削参数等，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把程序单的内容输入到数控机床的数控装置中，从而控制机床加工零件。为了能充分高效地利用数控机床的各种功能，使数控机床能按照人们事先所设计的模式进行安全、

3、可靠地工作，特选择了一对偶件在数控机床上进行加工作为毕业设计的课题。并严格按照毕业设计的要求，进行包括数控加工工艺分析、数控刀具及其切削参数的选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数字计算、数控加工程序的编制等。由于本课题所选的这对偶件属于板类零件，仍在二维加工范围，但内、外轮廓的几何要素不都是只由直线和圆弧组成的，二、对偶零件(零件1和零件2)图纸初步分析及处理1.零件图分析该对偶件的毛坯尺寸为:零件1:150mm x 120mm x26mm零件2:150mm x 120mm x26mm材料为45号钢。在上数控机床加工前，6个面皆已加工完毕，并都已达到毛坯图上所规定的精度要求。

4、该对偶件的机械加工特点是:既有型腔加工，又有外轮廓加工，而且壁厚只有0.9 mm ,属于薄壁件，如图3.3-24和图3.3-25所示，要能够很好地处理薄壁面变形问题。同时，还有4个螺纹孔要加工，并且，这些螺纹孔的位置精度要求较高，即要在凹、凸件完全配合的前提下，凸件上的螺纹孔要与凹件上的光孔对中。因此，在选择什么样的数控机床进行加工时，着重要从机械加工的特点上去考虑。即要考虑到待加工面的加工特点、加工精度的要求和加工中要使用的刀具数量。从各方面的分析情况来看，决定采用立式加工中心来进行加工。选择机床的具体情况如下:该机床所使用数控系统为FANUC 0i一MC,型号为国产XH714 D立式加工中

5、心 ,该机床工作台尺寸为900mm x 400mm, X轴行程为450mm, Y轴行程为450mm, Z轴行程为500mm，主轴断面到工作台的距离为125625 mm。因为该机床具备定位精度高、重复定位精度高、回转精度也高、机床的主要构件刚度高、主轴转速恒功率范围宽、低转速扭矩大，可进行强力切削等特点，同时刀库容量为16把等，该机床特别适应于中小型零件的加工，故选择它作为本工件的加工设备。机床外形图如图3.3-26所示。从设计图样来看，零件结构设计合理;尺寸标注完整;各项精度要求皆符合国标，属于中等偏上精度范围;零件的加工工艺性也不错，可选择底面作为定位基准面，用两块平行垫铁将工件垫起，在平口

6、钳上可以一次装夹完成所有待加工面的加工。由于设计基准为30孔轴线(也即是毛坯料的中心)，也将工件坐标系建在此处，并令毛坯面的上表面为Z =0。另外，还依据工件坐标系将内、外轮廓的基点坐标一一在零件工作图中注出，同时注出的还有4个螺纹孔或光孔的坐标、刀具的下刀点、建刀补点、切入点、切出点等。2.刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，选择的好坏不仅影响机床的加工效率、而且还直接影响加工质量。因此，在选择各种刀具时，是从机床的加工能力、工序内容和工件的材料等因素上着手的。所需的刀具有为加工平面用的面铣刀，加工内、外轮廓用的键槽铣刀和立铣刀、加工各种光孔、螺纹孔用的中心钻、麻花钻、扩孔钻

7、、铰刀以及丝锥。其规格要求根据加工尺寸选择。主要依据的是上表面轮廓粗铣时铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但又不能太小，以免影响加工效率;上表面精铣时铣刀直径应大一些，以减小接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径(XH714 D型加工中心的允许装刀直径无相邻刀具直径为150 mm，有相邻刀具直径为80mm)也不能太大。刀柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714 D型加工中心锥孔为IS040。具体所选刀具及刀柄见刀具卡片。该工件的材料为45号钢，切削性能尚好，选用硬质合金或高速钢为材质的刀具可以满足工艺要求。3.切削用量及下刀方法的确定切削用量包括主轴转速(切削速度)、切削深度或宽度、进给速度

8、(进给量)等。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量。在这里，采用的是计算、查表、类比相结合的办法，将不同加工方法中所用到的工艺参数通过列表的形式一一体现出来，以方便编程(详细情况请见:数控加工中使用的刀具及工艺参数图表)。在加工型腔下刀时，刀具是从(X=0.0, Y=0.0)点下刀的，由于毛坯件原本此处就有一个25 mm的通孔，故可以采用垂直下刀法下刀。粗加工时下刀为Z=-3. 8mm，留精加工余量0. 2mm。在加工外轮廓下刀时，刀具是从工件外(X=0.0, Y=60.0)点下刀的，故也可以采用垂直下刀法下刀。由

9、于外轮廓精度要求不高，粗加工时就将下刀量一次到位，即分层下刀量依次为Z=-2 mm、-4mm、-6mm、-8 mm。4.粗加工方法在型腔加工时，考虑到内轮廓的平滑过渡，采用圆弧切入、圆弧切出的进、出刀方式;同时，刀具也是在一次进刀中将内轮廓全部加工完毕;不过，在型腔的局部可能会留有一些死角，打算用手工加以铲除。此项工作必须是在精加工内腔结束时，在刀具未提起时，用手工铲除。这样可以保证内腔底平面高度一致。在外轮廓加工时，根据该零件的结构特点，采用旋转指令来依次加工4个方向的阶梯半圆盲孔，这样可以大大地减少编程工作量。每一个方向的阶梯半圆盲孔都利用子程序来进行编制，这部分用了两级子程序嵌套的方式编

10、制。在二级子程序中，外轮廓的走刀方式为顺铣、左补偿、分层进刀，每一次进刀量为-2mm。5.工件的定位与装夹由于该零件毛坯是一块长方体，而且6个面皆已加工到位，故选用平口钳，使其固定钳口侧与数控机床的X轴一致。在其内侧用两块平行垫铁将工件垫起，保证工件上表面平行就可以将平口钳夹紧，满足加工要求。由于工件坐标系的原点要靠对刀来实现，故毛坯件的定位与装夹只要保证方向一致即可。三、零件加工工艺分析(一)零件1的工艺分析1.零件图分析，选择加工内容该零件材料为45号钢。本工件的毛坯尺寸为150mm x 120mm x 26mm。由图可知，4个侧面为不加工面，全部加工面集中在上表面及下表面。由于该件与零件

11、2配合，所以加工螺纹时位置精度不好保证，为了能与零件2的孔，通过螺栓很好连接故这些螺纹孔在一次装夹中加工出来。另外该零件中有两段椭圆的弧，编制程序时需用宏程序。从工序集中和便于定位两方面考虑，选择上表面及上表面的螺纹孔、凸台在加工中心中加工。将下表面作为主要定位基准，并在前道工序中加工出来，如图3.3-27所示。 2.选择加工中心 由于上表面及上表面上的螺纹孔，凸台只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面只有粗铣，精铣，攻丝等工步。所需刀具不超过20把刀。故选国产XH714D型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台尺寸为900mm x400mm, X轴行程为450tntn, Y

12、轴行程为450mm Z轴行程为500mm ,主轴端面到工作台距离为125625mm，定位精度和重复定位精度分别为0. 02mm和0. 01 mm。刀库容量为12把。工件在依次装夹中即可完成铣、钻，扩、铰等工步的加工。 3.刀具的选择 所需的刀具有面铣刀，螺纹刀。其规格根据加工尺寸选择。上表面粗铣时铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但不能太小，以免影响加工效率;上表面精铣时铣刀直径应大一些，以减小接刀痕迹，但必须考虑到机床自动换刀库允许装夹的刀具直径(XH714D型加工中心的允许装刀直径无相邻刀具为150mm，有相邻刀具直径为80mm)也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714

13、 D型加工中心锥孔为IS040。具体所选刀具及刀柄见刀具卡片。 (二)编制零件1加工工艺 根据图3.3-28所示的毛坯图，可知道该零件三面已经加工完成，下表面、零件四周可以作为加工基准。 1.加工方法选择 上表面用铣削方法加工，因其表面粗糙度值为1.6m，故采用粗铣，精铣的加工方案。内腔的内壁的粗糙度要求与上表面相同加工方案与上表面相同。直径为10 mm的螺纹孔采取先钻直径8.5 mm底孔、后用M10机用丝锥攻牙的工艺路线加工。直径30mm的孔为了满足要求，采用钻、扩、铰方法。 2.确定零件装夹方案 该零件结构简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，但凸台要与零件2配合的

14、，故形状精度要求较高由机床保证，四个螺纹孔的位置精度要保证好只能在一次装夹中完成，采用通用虎钳从侧面夹紧，以底面和两侧面定位。 3.确定加工顺序 按照先面后孔，先粗后精的原则确定具体的加工顺序为先粗铣，精铣上表面及凸台，后加工4个直径为10mm的螺纹孔。具体的加工顺序见表3.3-17和表3.3-18所示工艺卡片。 上两表中，转速计算公式为 (3.3-1) 式中v切削速度，m/s D刀具直径，mm。 进给速度计算公式为 (3.3-2) 式中 刀具的每齿进给量mm/ r ; Z 刀具的齿数; N 主轴的转速r/min。 (三)零件2的工艺分析 1.零件图分析，选择加工内容 该零件材料为45号钢。本

15、工件的毛坯尺寸为150mm x 120mm x 26mm。由图3.3-29可知，四个侧面为不加工面，全部加工面集中在上表面及下表面。由于该件与件1配合，所以加工孔时位置精度不好保证，为了能与件1的螺纹孔，通过螺栓很好连接故这些孔在一次装夹中加工出来。另外该零件中有两段椭圆的弧，编制程序时需用宏程序。从工序集中和便于定位两方面考虑，选择上表面及上表面的孔、内腔在加工中心中加工。 将下表面作为主要定位基准，并在前道工序中加工出来。 2.选择加工中心 由于上表面及上表面上的孔，内腔只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面只有粗铣，精铣，钻、扩、铰等工步。所需刀具不超过20把刀。故选国产X

16、H714D型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台尺寸为900mm x400mm, X轴行程为450mm, Y轴行程为450mm, Z轴行程为500mm ,主轴端面到工作台距离为125625 mm，定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和 0.01 mm。刀库容量为12把。工件在依次装夹中即可完成铣、钻，扩、铰等工步的加工。 3.刀具的选择 所需的刀具有平面铣刀、中心钻、扩孔钻、铰刀，其规格根据加工尺寸选择。上表面粗铣时铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但不能太小，以免影响加工效率;上表面精铣时铣刀直径应大一些，以减小接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径(XH714D型加工中心的允许装

17、刀直径无相邻刀具直径为150mm，有相邻刀具直径为80mm)也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714 D型加工中心锥孔为IS040。具体所选刀具及刀柄见刀具卡片。 (四)编制零件2的加工工艺 根据图3.3-30所示的毛坯图(与零件1毛坯图相同)，可知道该零件三面已经加工完成，下表面、零件四周可以作为加工基准。 1.加工方法选择 上表面用铣削方法加工，因其表面粗糙度值为1. 6，故采用粗、精铣的加工方案。内腔的内壁的粗糙度要求与上表面相同加工方案与上表面相同。直径为12mm的孔小于35mm，故不能够铸造出来，为达到IT7级精度和粗糙度值，故采用钻、扩、铰的加工方案。 2.确定装

18、夹方案 该零件结构简单，4个侧面较光整加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，但内腔要与零件1配合的，故形状精度要求较高由机床保证，4个孔的位置精度要保证好只能在一次装夹中完成，采用通用虎钳从侧面夹紧，以底面和两侧面定位，如图3.3-30所示。 3.确定加工顺序 按照先面后孔，先粗后精的原则确定具体的加工顺序为先粗、精铣上表面及内腔，后加工4个直径为12mm的孔。具体的加工顺序见表3.3-19和表3.3-20所示工艺卡片。 上两表中零件2切削加工主轴转速计算公式为 n=1000v/(D) (3.3-3) 式中v切削速度，m/s D刀具直径，mm。 进给速度计算公式为 F=fz*Z*N(mm/m

19、in) (3.3-4) 式中 fz刀具的每齿进给量mm/ r ; Z 刀具的齿数; N 主轴的转速r/min。 四、数控加工程序编制(FANUC 0i一MC系统) 加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。按照基准先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序。 (一)坐标点位图(零件2) 零件2坐标点位置图如图3.3-31所示 零件2坐标点位置如表3.3-21所列。 四个孔的圆心坐标分别为表3.3-22所列。 走刀路线说明: (1)加工椭圆内腔时，中心下刀，椭圆最右点为起刀点。 (2)内花槽下刀点为中心，起刀点为D点。 (二)手工编制(零件2)程序 程序清单如表3.3

20、-23所列。 (三)自动编程(零件1) 1. MasterCAM实体造型 CAD造型部分 Mastercatn8. 0的CAD功能有二维图形的构建功能、三维线框架图的功能、三维曲面的构建、图形的休整、图形尺寸的标注等。本次毕业设计用到二维图形构建功能和图形的修整及图形尺寸标注。二维图形构建功能有:点的绘制、线的绘制、圆的绘制、倒圆角的绘制、曲线的绘制、曲面曲线的绘制、曲面的绘制、矩形的绘制。在主功能菜单区，单击“C绘图”/N下一页”，还可以出现绘制椭圆等命令。用这些功能绘制的CAD图如图3.3-32所示。 2. MasterCAM实体加工设定 MatlerCAM8. 0的CAM功能有二维刀具路

21、径、三维刀具路径、共同参数选择、实体验证等功能。 1)刀具路径的选择 由分析可知上图只需外形铣削、挖槽、钻孔及面铣削这些都是二维刀具路径的功能。固刀具路径选择二维刀具路径。 2)共同参数选择 均由前工艺卡设定，输入输入后加工页面如图3.3-33所示 3. MasterCAM实体切削验证 MasterCAMB. 0以三维立体图形显示出被加工后零件的形状，这样提供实体切削验证的功能，用户可以在程序传输到机床前直观地看到加工结果，从而及时发现问题。 当用户在完成刀具路径编辑及各项参数的设定后，在主菜单区依次单击T刀具路径”/ 0操作管理”，弹出操作管理窗口。在操作管理窗口单击 实体验证窗口，选择手动

22、控制或快速切削，就能以三维立体模式显示加工结果。 本次设计的刀具参数及切削加工参数选择，最终实体验证结果如图3.3-34所示 4. MasterCAM8.0后处理 当用户在完成刀具路径编辑及各项参数的设定后，在主菜单区依次单击T刀具路径”/ 0操作管理”，弹出操作管理窗口。在操作管理窗口单击“执行后处理”按钮，弹出后处理程式对话框，选择储存NC档复选框，输入保存文件的路径和文件名(* . NCI)，单击0确定”按钮，自动转换程序。程序如下: O0000 (PROGIiAM NAME-114) (DATE=DD-MM-YY-21-12-07 TIME=HH:MM-11:11)CV-800机床外形图该机床工作台尺寸910mm*400mm