1、 本科生毕业 论文 数控铣中典型零件设计制造及工艺（ CAD/CAM） 学生姓名 学 号 学 院 机电工程学院 专 业 机械电子工程 指导教师 2012 年 6 月长春理工大学本科毕业设计 I 摘 要 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产 的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术 (IT)与制造技术 (MT)结合发展的结果。现代的 CA
2、D/CAM、 FMS、 CIMS、 敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。 本设计是 数控铣典型 零件的加工，通过对零件图的分析，毛坯的选择，装夹方案的确定，合理地进行了加工工艺分析，并制定了工艺文件。正确的选用了刀具，最后用 Pro/E 数控 加工 仿真并自动编程 。 关键词 ： 数控铣典型 零件 数控工艺 编制程序 数控加工 长春理工大学本科毕业设计 II Abstract Numerical control technology and numerical control machine tool in todays mec
3、hanical manufacturing industry and the important position of great benefit shows its basic industry in the modern countries in strategic function, and has become a traditional mechanical manufacturing industry upgrading transformation and automation, flexibility, integration of the production of the
4、 important means and sign. Numerical control technology and the wide application of numerical control machine, machinery manufacturing industry structure, product and the class and mode of production brought the revolutionary change. Numerical control machine tool is the most important modern proces
5、sing workshop equipment. It is the development of the information technology (IT) and manufacturing technology (MT) combined with the result of the development of. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, agile manufacturing and intelligent manufacture technology, are based in the numerical control technology on.
6、 Master modern numerical control technology knowledge is modern mechanical and electrical engineering students indispensable. This design is CNC typical parts processing, through to the analysis of the drawing, the choice of blank, clamping schemes to determine the, the reasonable processing technol
7、ogy analysis, and formulated the process documents. The correct choose the cutting tools, with the Pro/E nc machining simulation and automatic programming. Keywords: CNC milling typical parts; numerical control technology; programming; CNC processing 长春理工大学本科毕业设计 III 目 录 摘 要 .I 关键词 .I Abstract. II 第
8、一章 绪论 . 5 1.1 数控加工内容的选择 . 5 1.2 机床的选择 . 5 第二章 数 控加工工艺性分析 . 6 2.1零件毛坯余量的确定 . 6 2.1.1 分析毛坯的加工余量 . 6 2.1.2 分析毛坯的变形及余量大小均匀性 . 6 2.2零件图的分析 . 6 2.2.1 零件图的完整性与正确性分析 . 6 2.2.2 零件技术要求分析 . 6 2.2.3 尺寸标注方法分析 . 7 2.2.4 零件的结构工艺性分析 . 7 2.2.5 数控加工的定位基准 . 8 2.3定位基准及装夹方案分析 . 9 2.3.1 定位基准的选择 . 9 2.3.2 数控铣床夹具的确定 . 9 2.
9、4刀具的选择 . 10 2.4.1 刀具尺寸选择 . 10 2.4.2 刀具卡片的制定 . 11 2.5切削用量选择 . 12 2.5.1 确定背吃刀量 . 12 2.5.2 确定主轴转速 . 12 2.5.3 进给速度 . 14 2.6切削液选择 . 14 2.7起刀、进刀和退刀的工艺问题的处理 . 15 2.7.1 程序起始点、返回点和切入点（进刀点）切出点（退刀点）的确定 . 15 2.7.2 程序起始点、返回点和切入点、切出点的方法 . 15 2.7.3 起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定 . 16 2.8数控加工工艺方案的制定 . 17 2.8.1 加工顺序方案的
10、制定 . 17 2.8.2 制定工艺路线和工序卡片 . 18 第三章 ProE 数控加工与自动编程 . 21 3.1体积块铣削 . 21 长春理工大学本科毕业设计 IV 3.2精度分析 . 30 设计小结 . 33 参考文献 . 34 致 谢 . 35 长春理工大学本科毕业设计 5 第一章 绪论 随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起 着越来越重要的作用。 本课题 是对我所学知识的应用，它包括了我在大 学四 年所学的全部知识，在机电 专业上具有代表性，而且提高
11、了我们综合运用各方面知识的能力。程序的编制到程序的调试，零件的加工运用到了我们 四 年 所学的 专业课程： 工程制图、 AUTO CAD 制图、数 控 技术 、 机械制造 技术 基础等 。这将我所学到的理论知识充分运用到了实际加工中，切实做到了理论与实践的有机结合。 1.1 数控加工内容的选择 当选择并决定对某个零件进行数控加工后，一般情况下，并非其全部加工内容都适 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 。为了提高生产效率，充分发挥数控的优势，选择哪些最合适、最需要的内容和工序进行数控加工。一般可按下列原则选择数控加工内容： (1)普通机床无法加工的内容应作为优 先
12、 选择内容。 (2)普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。 (3)普通机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容 ，可以在数控机床尚未加工能力的基础上进行选择。 此外在选择数控加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产 率及综合经济效益等指标都明显提高的目的，要防止将数控机床降格为普通机床使用。 由于本次加工零件是单件，形状较为复杂， 故本次毕业设计的所有内容都选择在数控机床上加工。 1.2 机床的选择 根据图形结构有曲面 、 轮廓、平面 、内腔、 椭圆 、 凹槽 等型面，加工内容较复杂，为了避免重复定位带来的误
13、差，减少手工换刀操作 ,结合我校 机床的实际情况 。采用 加工中心 VDF850 进行加工，该机床的 X 轴的行程 850mm， Y 轴的行程为 510mm， Z 轴的行程为 510mm，工作台为 1000 500mm，主轴中心线至工作台的距离为 550mm，主 轴端面至工作台中心线距离为 150-660mm，斗笠式刀库容量为 20 把， X,Y,Z 切削速度 0760mm/min,X,Y,Z 快速 进给速度为20/20/18mm/min(大连数控系统 )，主轴转速为 45-8000 r/min。 长春理工大学本科毕业设计 6 第 二 章 数控加工工艺性分析 2.1 零件毛坯余量的确定 零件在
14、进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使用余量的大小，如何装夹等问题在选用毛坯时就要仔细考虑好，否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去，根据经验，列举以下几点： 2.1.1 分析毛坯的加工余量 该图的毛坯采用铝合金， 且达到要求。所以 图 2-1 采用 206 206 66（ mm）的毛坯尺寸进行加工，由于该件是铸造件，须考虑用到砂型误差、收缩量及金属液体流动性差不能充满型腔等造成余量不均匀，此外，毛坯的扭曲变形量的不同地方造成余量不充分，不稳定，因此，要采用数控铣削加工，其加工面均有充分的余量。 2.1.2 分析毛坯的变形及余量大小均匀性 分析毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑
15、是否采用预防性措施和补救性措施，是对零件加工变形的一个重要保证。如对于厚铝合金板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形。这时最好采用经预拉伸处理的淬火板坯 ，对于毛坯的余量大小及均匀性，主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削。自动编程时，尤其重要。 2.2 零件图的分析 2.2.1 零件图的完整性与正确性分析 由于加工程序是以准确的坐标点来编制，零件的视图应足够、正确及表达清楚，并符合国家标准，尺寸及有关技术要求应标注齐全，图 2-1 中有圆弧相切，几何元素之间的关系较明确。 2.2.2 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
16、在保证零件使用性能的前提下应经济合理。过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂 ，加工困难，成本提高。图 2-1 中要求最高尺寸公差为 0.03mm，该零件最高精度等级为 IT8 级，被测表面与基准表面之间的平行度公差为 0.002mm，表面粗糙度值全部为 Ra1.6 或 Ra3.2，数控铣削加工经粗、精加工可达到 IT9-IT7 级，表面粗糙度可达到 Ra3.2-Ra1.6,故比较容易加工，但加工时如果装夹不当极容易产生振荡，如果定位不好可能会导致表面粗糙度值增长春理工大学本科毕业设计 7 加，加工精度难以保证。 图 2-1 数控铣典型 零件图 2.2.3 尺寸标注方法分析 零件图上的尺寸
17、标注方法有局部分散标注法、集中标注法和坐标标注法等 。对在数控机床上加工的零件，零件图上的尺寸在加工精度能够保证使用性能的前提下，可不必用局部分散标注，应采用集中标注或以同一基准标注，即标注坐标尺寸，这样，既便于编程又有利于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。图5-1 中的尺寸标注采用的是同一基准标注，达到了要求。 2.2.4 零件的结构工艺性分析 （ 1） 分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度，虽然数控机床加工精度很高，但对一些特殊情况，就应工艺上充分重视这一问题，应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。该零件的材料是属于铸铝类零件，属于不易变形的零件，能够 满足要求，对该零件可以进行
18、退火处理等措施来减少或消除变形的影响。 （ 2） 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸。若工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径大，可以采用较大直径的铣刀来加工，且加工其底板面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性能较好；反之，数控铣削工艺性较差，一般来说，当 R0.2H(H 为被加工轮廓面的最大高度值 )，这种工艺性较差。 长春理工大学本科毕业设计 8 根据图 2-1，当铣 U 型槽时采用直径 10mm 键槽铣刀时，则 R5mm， 即： 5 0.2 5 故：工艺性较好 综上所述，在一个零件上，这种内腔圆弧半径数值上 的工艺性显得相当重要，零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或
19、尺寸，这样可以减少换刀次数，一般来说，即使不能要求完全统一，但也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀的规格与换刀次数，并避免因频繁换刀而增加了零件加工面上的接刀阶差，降低表面质量。 2.2.5 数控加工的定位基准 加工中定位基准的确定应注意以下几点： （ 1） 应采用统一的基准定位，数控加工工艺特别强调定位加工，若无统一的基准定位会因工件重新安装产生的定位误差而导致加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象，因此为保证两次装 夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。 （ 2） 统一的基准可以是工件上已有表面，也可以是辅助基准，工件上最好有合适的孔作为定位基
20、准，若没有，应专门设置工艺孔作为定位基准，称之为辅助基准，工件上如没有合适的辅助基准位置，可考虑采用在毛坯上增加工艺凸台，制出工艺孔或在后续加工工序要加工掉的余量上设置工艺孔，在完成定位加工后再去除的方法。 综上，图 2-1 中采用增加工艺凸台，铣两个夹持面作为基准，可以一次性装夹而加工完所要加工的表面，没有重复定位，故能保证基准统一。如图 2-2： 图 2-2 装夹及定位基准示意 长春理工大学本科毕业设计 9 2.3 定位基准及装夹方案分析 2.3.1 定位基准的选择 根据零件图及加工要求选择设备为加工中心 VDF850，同普通机床一样在加工中心上加工时装夹仍应遵守六点定位原则： （ 1）
21、尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。 （ 2） 当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。 （ 3） 一次装夹能够完成全部关键精度部分的 加工。 （ 4） 定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。 （ 5） 批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工作坐标系的对刀基准重合。 （ 6） 必须多次安装时应遵从基准统一原则。 综上所述，我选择设计基准作为定位基准，一次装夹保证其精度，并且遵循基准统一原则。 2.3.2 数控铣床 夹具的
22、确定 数控铣床 夹具的选择应考虑以下几点： （ 1） 夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开。 （ 2） 为保持零件的安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装。 （ 3） 夹具的刚性和稳定性要好。 （ 4） 装夹方便辅助时间应尽量短。 （ 5） 夹具的结构应力求简单。 （ 6） 减少更换夹具的准备 结束时间。 （ 7） 减少夹具在机床上的使用误差。 经上综合分析，结合 我校 实际，该零件的装夹可选用平口虎钳及垫片和垫块作为辅助夹紧装置加工所需内容。根据零件图分析，该零件可采取如下工艺措施：以夹持面和两个侧面定位选用虎钳装夹，如图 2-2 所示。安排粗、精加工，采用小直径铣刀铣夹持面以减小切削变形。装夹夹持面加工上面，完成加工内容，最后翻面夹凸台面，将夹持面铣掉。由于毛坯为铝合金在装夹时勿过于紧以免发生变形造成加工精度的误差。
