1、北华航天工业学院1目录前言第 1 章数控加工工艺设计 11.1 选择并确定零件的数控加工内容 11.2 对零件图纸进行数控加工工艺性分析 11.2.1 尺寸标注应符合数控加工的特点 11.2.2 零件图的完整性与正确性分析 21.2.3 零件技术要求分析 21.2.4 零件材料分析 21.2.5 定位基准选择 21.3 数控加工工艺路线的设计 21.3.1 数控加工工艺路线的确定 21.3.2 工序的划分 31.3.3 数控加工工艺与普通工序的衔接 31. 4 数控加工的工序设计 31.4.1 确定走刀路线和安排加工顺序 31.4.2 确定定位和夹紧方案 41.4.3 确定刀具与工件的相对位置
2、 5第二章数控车削零件 62.1 泵轴零件三维图形绘制 62.1.1 图形绘制 62.2 车削零件数控加工工艺 72.2.1 数控加工工艺分析 72.2.2. 确定装卡方案 72.2.3. 选择刀具 72.2.4. 切削用量的选择 82.2.5 泵轴加工工艺 82.2.6 手工程序的编制 14第三章数控铣削零件 163.1 端盖图形绘制 1631.1 端盖三维图形绘制 173.1.2 端盖零件的工程图绘制 173.3 工艺分析 183.3.1 零件图工艺分析 183.3.2 确定装夹方案 183.3.3 确定加工顺序 193.3.4 刀具选择 193.3.5 切削用量选择 193.4 端盖工艺
3、卡片 20北华航天工业学院23.5 数控程序的生成(软件编程)283.5.1 加工轨迹 283.5.2 自动生成程序(自动编程程序过长,以下为截取部分程序示意)28致谢 32参考文献 33北华航天工业学院1第 1 章数控加工工艺设计1.1 选择并确定零件的数控加工内容数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处,但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多,此外,数控机床的加工质量比通用机床要高的多。在数控加工前,要将机床的运动过程、零件的工艺特点、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序,这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员
4、,否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程,以及正确、合理地编制零件的加工程序。数控加工工艺设计的主要内容:(1)选择并确定零件的数控加工内容;(2)对零件图纸进行数控加工工艺性分析;(3)数控加工工艺路线的设计;(4)数控加工的工序设计;(5)数控加工专用技术文件的编写;对于一个零件来说,并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件结构进行仔细的工艺分析,选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时,应结合本企业设备的实际,立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率,充分发挥数控加工的优势。选择适于数控加工的内
5、容时,一般可按下列顺序考虑:(1)通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容;(2)通用机床难加工,质量也难以保证的内容应作为重点选择内容;(3)通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容,可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。此外,在选择和决定加工内容时,也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之,要尽量做到合理,达到多、快、好、省的目的,要防止把数控机床降格为通用机床使用。1.2 对零件图纸进行数控加工工艺性分析1.2.1 尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中,所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸,或尽量以同一基准引注尺寸。
6、北华航天工业学院21.2.2 零件图的完整性与正确性分析在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程时要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。1.2.3 零件技术要求分析零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等,这些要求在保证零件使用性能的前提下,应经济合理。1.2.4 零件材料分析在满足零件功能的前提下,应选用廉价、切削性能好的材料;而且,材料选择应立足国内,不要轻易选择贵重或紧缺的材料。1.2.5 定位基准选择在数控加工中,加工工序往往较
7、集中,以同一基准定位十分重要,有时需要设置辅助基准,特别是正、反两面都采用数控加工的零件,其工艺基准的统一是十分必要的。1.3 数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到,由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中,因而要与其它加工工艺衔接好,常见工艺流程如下:毛坯热处理通用机床加工数控机床加工通用机床加工成品。1.3.1 数控加工工艺路线的确定在数控加工中,刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时,加工路线的确定原则主
8、要有以下几点: (1) 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。 (2)应尽量缩短加工路线,减少刀具空程移动时间。 (3)应使数值计算简单,程序段数量少,以减少编程工作量。 对点位控制的数控机床,只要求定位精度较高,定位过程尽可能的快,而刀具相对于工件的运动路线是无关紧要的,因此这类机床应按空程最短来安排走道路线。除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸,其大小主要由被加工零件的孔深来决定,但也应考虑一些辅助尺寸,如刀具的引入距离和超程量。北华航天工业学院31.3.2 工序的划分根据数控加工的特点,数控加工工序的划分一般可按下列方法进行:(1)以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较
9、少的零件,加工完后就能达到待检状态。(2)以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面,但考虑到程序太长,会受到某些限制,如控制系统的限制(主要是内存容量) ,机床连续工作时间的限制(如一道工序在一个工作班内不能结束)等。此外,程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长,一道工序的内容不能太多。 (3)以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件,可按其结构特点将加工部位分成几个部分,如内腔、外形、曲面或平面,并将每一部分的加工作为一道工序。 (4)以粗、精加工划分工序。一般来说,凡要进行粗、精加工的过程,都要将工序分开。注:上道工序的加工不能影响下道工序
10、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。1.3.3 数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序,如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时,要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点,如要不要留加工余量,留多少;定位面与孔的精度要求及形位公差;对校形工序的技术要求;对毛坯的热处理状态等,这样才能使各工序达到相互满足加工需要,且质量目标及技术要求明确,交接验收有依据。1. 4 数控加工的工序设计在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后,即可进行数控加工工序的设计。数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工
11、序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来,为编制加工程序作好准备。1.4.1 确定走刀路线和安排加工顺序走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹,它不但包括了工步的内容,也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点:(1)寻求最短加工路线北华航天工业学院4(2)最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求,最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。(3)选择切入切出方向考虑刀具的进、退刀(切入、切出)路线时,刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上,以保证工件轮廓光滑;应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面;尽
12、量减少在轮廓加工切削过程中的暂停(切削力突然变化造成弹性变形) ,以免留下刀痕。(4)选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线,安排工步时,应先安排对工件刚性破坏较小的工步。1.4.2 确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题:(1)尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一;(2)尽量将工序集中,减少装夹次数,尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面;(3)夹紧方式可靠,夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。北华航天工业学院51.4.3 确定刀具与工件的相对位置对于数控机床来说,在加工开
13、始时,确定刀具与工件的相对位置是很重要的,这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是数控加工时刀具相对零件运动的起点,可以设置在被加工零件上,也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置。对刀点的选择原则如下:对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置;对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置;在使用对刀点确定加工原点时,就需要进行“对刀” (碰数) 。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”准确定位的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的,刀具装在机床上后,应在控制系统中设置刀具的基本位置。 “刀位点”是指刀具的定位基准点。比如:圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交
14、点;球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点;车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心;钻头的刀位点是钻头顶点。各类数控机床的对刀方法是不完全一样的,这一内容将结合各类机床分别讨论。1.4.4 确定切削用量对于高效率的金属切削机床加工来说,被加工材料、切削刀具、切削用量是三大主要要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式,要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时,应根据被加工工件材料、硬度、刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择合适的吃刀量和切削速度(进给速度和主轴转速) ,合理选择切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和
15、加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。北华航天工业学院6第二章 数控车削零件2.1 泵轴零件三维图形绘制2.1.1 图形绘制图 2-1 车削零件的实体图图 2-2 车削零件的工程图北华航天工业学院72.2 车削零件数控加工工艺2.2.1 数控加工工艺分析该零件的工件包括普通外三角螺纹,圆弧面和切槽,外圆表面粗糙度精度要求高,基本上反应了车削加工轮廓的典型工序。为加工方便,选用同轴度较好的毛坯,尺寸为 45*130。加工余量较大,一次装夹粗精加工均完成。2.2.2.确定装卡方案装卡确定零件坯
16、件轴线和和右端大端面为定位基准,左端采用三爪自定心卡盘定心装卡右端采用活动顶尖支撑的装卡方式。2.2.3.选择刀具(1)粗精车均选用机夹硬质合金 93外圆车刀,刀号设置为 1 号(2)切槽选用刀宽为 5mm 的硬质合金切槽刀。刀号设置为 2 号(3)车螺纹选用硬质合金 60外螺纹车刀,刀号设置为 3 号各刀具的刀头示意图如图T01T02 T032.2.4.切削用量的选择数控车床加工中的切削用量包括:背吃刀量、主轴转速、进给速度等。在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下,尽可能选取较大的背吃刀量,以减少进给次数。当零件要求较高时,则应考虑留出精车余量,其所留的精车余量一般比普通车削所留的余量少,常
17、取 0.10.5mm。进给速度的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证加工质量的前提下,可以选择较高。在切断、车削深孔或精加工时,应选择较低的进给速度。这里取双边 2mm 余量。(1).背吃刀量的确定背吃刀量的选择因粗精加工有所不同。粗加工时在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下,尽可能取较大的背吃刀量,以减少进给次数,根据本次FANUC-0i 数控车床取 ap=2mm,精加工时为保证零件的表面粗糙度取 ap=0.1.螺纹加工时为保证其牙型及导程,取粗车时 ap=0.4mm,精车时 ap=0.1mm.(2).主轴转速的确定北华航天工业学院8车直线外圆时切削速度由表 1-13(机械制造基础)查
18、得 v=100m/min 为粗加工速度,精车切削速度取 v=200m/min粗车时切削用量由公式 v=dn/1000 得,粗车时主轴转速 n=580m/min其中 d 为圆柱表面直径的平均值。这样粗车时实际主轴转速取 n=600m/min,进给量取 F=0.2mm/r精车时切削用量精车时主轴转速 n=1000v/d=789r/min查机床手册找与 789r/min 最接近的数值确定 n=800r/min,进给量取F=0.1mm/r车槽时切削用量 具体加工实例中的切削用量主轴转速取 n=300r/min,进给量取 f=0.15mm/r北华航天工业学院92.2.5 泵轴加工工艺北华航天工业学院10
19、北华航天工业学院11北华航天工业学院12北华航天工业学院13北华航天工业学院14北华航天工业学院152.2.6 手工程序的编制产品系统代号 产品代号 工艺文件编号数控车程序零件代号 零件名称 工序号 工序名称 设备名称轴O0001 程序号N10 G50 X200.0 Z300.0; 建立工件坐标系 N20 S600 M03 T0101 MO8; 启动主轴,换 T01 并建立刀补,开冷却液N30 G00 X0 Z2.0; 快速定位至循环起点N40 G71 U3 R1;N50 G71 P40 Q120 U0.4 W0.3 F0.2;N60 G01 Z0.0 F0.1;N70 X14.0;N80 X
20、15.8 Z-10.0;N90 Z-20.0;N100 X20.0;N110 X30.0 W-15.0;N120 W-35.0;N130 X40.0;N140 W-30.0 M09;N150 G00 X200.0 Z300.0 M05 T0100; 粗加工结束N160 S800 M03 T0202 M08;N170 G00 X0 Z2.0;N180 G70 P40 Q120;N190 G00 X200.0 Z300.0 M05 T0200;N200 S300 M03 T0303;N210 G00 X22.0 Z-18.5 M08;N220 G01 X10.0 F0.15 切槽编制 刘淼 阶段标
21、记北华航天工业学院16产品系统代号 产品代号 工艺文件编号数控车程序零件代号 零件名称 工序号 工序名称 设备名称轴N230 G04 X5.0; N240 G00 X200.0 M09; 精车结束N250 Z300.0 M05 T0300; N260 S200 M03 T0404;N270 G00 X20.0 Z3.0 M08;N280 G92 X14.9 Z-19.0 F2.0; 螺纹循环,螺距为 2.0N290 X14.4; N300 X14.0 M09;N310 G00 X200.0; 径向退刀N320 Z-40.0;N330 X32.0;N340 G01 X30.2;N350 G02
22、X30.2 Z-60.0 R20; 顺圆加工N360 G00 X32.0 Z-40.0; N370 G01 X30.0;N380 G02 X30.0 Z-60.0 R20;N390 G00 X200.0 Z300.0 M05 T0400; 返回起始点,撤消刀补,主轴停N400 S300 M03 T0303;N410 G00 X45.0 Z-91.5 M08; 刀具定位到切断点 N420 G01 X0 F0.15 M09; 切断N430 G00 X200.0 Z300.0 M05 T0300;N440 M30;编制 阶段标记校对审核更改标记 更改单号 签名 日期 标准 共 2 页北华航天工业学院
23、17第三章 数控铣削零件3.1 端盖图形绘制对铣削零件的三维造型中,主要是应用 UG 的拉伸增料和除料完成的。31.1 端盖三维图形绘制如图 3-1图 3-1 端盖零件的实体图北华航天工业学院183.1.2 端盖零件的工程图绘制如图 3-2图 3-2 端盖零件的工程图3.2 加工分析铣削零件综合了外形铣削,面铣削和孔加工,对表面质量和尺寸精度提出了一定要求,因此定位装夹须慎重考虑。为保证加工精度和提高数控机床的效率,在确定定位基准与加紧方案时应注意两点:一是设计基准与工艺基准编程原点统一,以减少基准不重合误差;二是尽量减少装夹次数,以减少装夹误差,提高加工表面之间的相互位置精度。在确定进给路线
24、时,主要遵循三个原则:一是应能保证零件的 加工精度和表面粗糙度要求;二是尽量使加工路线最短;三是进、退刀位置应选在不太重要的位置,并且使刀具尽量沿切线方向进、退刀,避免采用法向进、退刀和进给中途停顿而产生刀痕。3.3 工艺分析3.3.1 零件图工艺分析该零件主要由平面孔系和外轮廓组成,38 内孔的表面粗糙度值要求较小,北华航天工业学院19可选择钻孔扩孔粗镗精镗方案。两个 16 的对角孔的表面粗糙度要求不高,可选择点中心孔钻孔方案。平面与外轮廓表面粗糙度要求为 R1.6m,可采用粗铣精铣方案。3.3.2 确定装夹方案根据零件的结构特点,加工上表面和工艺孔系时选用平口虎钳加紧定位。然后用虎钳加紧,
25、用两个对角工艺孔定位来加工工件外轮廓和中间凹槽。3.3.3 确定加工顺序按照先面后孔、先粗后精的原则确定加工顺序,即粗、精加工上表面加工两个对角的定位孔粗、精铣工件整个外轮廓中心孔加工粗精加工中间凹槽。3.3.4 刀具选择刀具选择见表 3-1表 3-1 平面槽型凸轮数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称 端盖 零件图号刀具序号刀具编号 规格名称 数量 刀尖半径 加工表面 备注1 T01 80 硬质合金端面铣刀 1 0.5 铣削上下表面2 T02 3 中心钻钻 1 钻 216 孔3 T03 16 直柄麻花钻 1 钻 216 孔4 T04 12 硬质合金立铣刀 1 铣削外轮廓3 T03 11.8
26、钻头 1 钻 38 底孔4 T04 35 扩孔刀 1 0.2 扩 38 内孔表面5 T05 37.5 粗镗刀 1 0.2 粗镗 38 内孔6 T06 38 精镗刀 1 0.2 精镗 38 内孔7 T07 20 立铣刀 1 0.2 粗精铣中间凹槽编制 刘淼 审核 批准 共一页北华航天工业学院203.3.5 切削用量选择孔系加工切削用量见表 3-2.该零件材料切削性能较好,铣削平面、外轮廓和凹槽时,留 0.4mm 精加工余量,其余一次走刀完成粗铣。确定主轴转速时,先查切削用量手册,硬质合金刀加工铸铁时的切削速度为 45-90m/min,取 Vc=70m/min.然后根据铣刀直径和公式 n1000Vc/D 计算主轴转速,并填入工序卡片中。确定进给速度时,根据铣刀齿数、主轴转速和切削用量手册中给出的每齿进给量,利用式 Vf=fn= zn 计算进给速度并填入工序卡片中。zf北华航天工业学院213.4 端盖工艺卡片北华航天工业学院22北华航天工业学院23北华航天工业学院24北华航天工业学院25北华航天工业学院26北华航天工业学院27北华航天工业学院28一