1、 目 录 摘要 . 1 第一章 数控机床的发展过程 . 2 第二章 数控加工工艺的基本知识 . 3 第三章 零件工艺分析 . 4 第四章 零件毛坯的确定 . 4 第五章 零件装夹方案的确定 . 5 第六章 确定刀具起刀、进刀和退刀的工艺问题 . 6 第七章 加工方案的制定 .8 第八章 冷却液的选择 .9 第九章 正确选用加工系统与设备 .10 第十 章 确定切削用量与填写数控加工工艺卡片 .10 第十一章 精度分析 .15 结束语 .15 参考文献 .16 附录 .17 配合件的数控加工 摘要 21世纪科学技术突飞猛进，自中国加入世界贸易组织后，制造业是我国为数不多而又有 竞争优势的行业之一
2、。当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些产品的制造正在向发 展中国家转移，中国已经成为许多跨国公司的首选之地，中国正在成为世界制造大国，这已 经成为不争的事实。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。 本文主要通过铣削加工花型配合件的数控工艺分析与加工，综合所学的专业基础知识， 全面考虑可能影响在铣削、钻削、绞削加工中的因素，设计其加工工艺和编辑程序，完成配 合要求。 关键词：铣削、钻削、绞削、 CAD/CAM 花型配合件的加工 毕
3、业论文 第一章 数控机床的发展过程 20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现， 给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机 床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在 40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业 承包商派尔逊斯公司实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字 电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工 精度达到 0.0381mm（ 0.0015in），达到了当时的最高水平。 1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控
4、系统，成功地实现 了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。这台机床是一台 试验性机床，到了 1954年 11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台 工业用的数控机床由美 国本迪克斯公司正式生产出来。 在此以后，从 1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用 了数控机床。数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机 床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。然而，由于当时的数控系统采用的是 电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 到了 1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅
5、速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮 廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲 床、坐标镗床大量发展，据统计资料表 明，到 1966年实际使用的约 6000台数控机床中， 85%是点位控制的机床。 数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床， 它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在 1959年 3月，由美国卡耐 ; 特雷克公司（ KeaneyFMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及 应用。 1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软 件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为 CNC机床），进 一
6、步推动了数控机床的普及 第 1 页 共 22 页 毕业论文 应用和大力发展。 80年代，国际上出现了 1 4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自 动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（ FlexibleManufacturingCellFMC）。这种单元投 资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到 FMS或更高级的集成制造系统中 使用。 在 20余年间，我国数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训 一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床 ，使设计、制造、使用水 平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开
7、 始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求， 但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数 控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数 控机床的水平差距很大。 第二章 数控加工工艺的基本知识 2.1 数控加工工艺的概念 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 个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种 应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 2.2 数控加工工艺过程 数控加工工艺过程是利用切削工具
8、在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面 位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容 （ 1）选择并确定进行数控加工的内容； （ 2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析； （ 3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定； （ 4）数控加工工艺方案的制定； （ 5）工步、进给路线的确 定； （ 6）选择数控机床的类型； （ 7）刀具、夹具、量具的选择和设计； （ 8）切削参数的确定； （ 9）加工程序的编写、校验与修改； （ 10）首件试加工与现场问题处理； （ 11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。 2.3 数控加工工艺特点 由于数控加工采用
9、了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工与普通加工相比具有加 第 2 页 共 22页 毕业论文 工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、周期短、设备使费用高的特点。 第三章 零件的加工工艺分析 如图 3-1零件的主体外形所示，被加工 部分的各尺寸、形状、表面粗糙度值及凹凸配合 等要求较高。本次设计的零件结构简单，包含了平面、圆弧、内外轮廓、孔、键槽的加工， 且大部分的尺寸均为 IT14级精度。此零件选用平口虎钳装夹，校正平口钳固定钳口，使之与 工作台 X轴移动方向平行，在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫片。通过 CAXA 制造工程师设计出实体，再由 CAXA电子图板生成而成。由
10、于数控加工程序是以准确的坐标点 来编制，零件的视图应完全、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。 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 退火处理等措施来减少或消除变形的影响。 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
11、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。 图 3-1花型键主体零件外行图 第 3 页 共 22页 毕业论文 第四章 零件毛坯的确定 该图的毛坯采用铸铁合金 HT200，且达到要求。所以件一采用 756550的毛坯，件二 采用 304530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。 分析 毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑是否采
12、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。 第五章 零件装夹方案的确定 5.1 定位方式的确定 如图 5-1在确定加工方案时，要根据以选定的加工表面和定位基准来确定工件的装夹定位 方式，并选择合理的夹具，一般考虑以下几点： （ 1）夹紧机构和其它元件不得影响进 给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组 件不能与刀具运动轨迹发生干涉。 （ 2）必须保证最小的夹紧变形，工件加工时切削
13、力大，需要的夹紧力也大，但不能把工 件夹变形。因此，必须慎重考虑夹具的支撑点、定位点和夹紧点。 （ 3）夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产的零件可以选用通用夹具。 （ 4）夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。由于该零件材料是铸 造件一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要用专用夹具，所以 只需要用平口虎钳和一辅助装夹的垫块、垫片。 5.2 基准选择原则如下： 粗基准的选择原则： （ 1）有加工表面和不加工表面的零件，为保证不加工表面和加工表面的位置精度，应选 择不加工表面为粗基准。 （ 2）对于具有较多加工表面的工件选择粗基准时，应考虑合理分配
14、各表面的加工余量（保 证各表面都有足够的余量和选择重要表面作为粗基准）。 （ 3） 粗基准应避免重复使用。 （ 4） 选择粗基准的平面应平整，没有冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠粗基选择应从 保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便夹具结构简单。 精基准的选择原则： （ 1）基准重合原则。 （ 2）基准统一原则。 第 4 页 共 22页 毕业论文 （ 3）自为基准原则。 （ 4）互为基准原则。 （ 5）精基准的选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。 根据上诉原则得出定位基准应首先以毛坯的一个平面为粗基准，铣削 2mm的夹持面，再 以夹持面为精基准来加工零件，零件加工完毕，再以加工后的上平面为
15、精基准来铣掉夹持面。 图 5-1装夹及定位基准示意 第六章 确定刀具起刀、进刀和退刀的工艺问题 刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加快新产 品开发等方面有十分重要的作用。国外有资 料表明，刀具费用一般占制造成本 2.5%-4%，但 它却直接影响占制造成本 20%的机床费用和 38%的人工费用。如果进给速度和切削速度提高 15%-20%，则可降低制造成本 10%-15%。这说明使用好的刀具会增加成本，但效率提高则会 使机床费用和人工费用有很大的降低，这正是工业发达国家制造业所采用的加工策略之一。 应根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相
16、关因素正确选择 刀具及刀柄。 刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前 提下，尽量选择较短 的刀柄，以提高刀具加工的刚性，结合我院实际，采用高速钢刀具加工。 6.1 刀具的选择 （ 1）直径尺寸：根据零件图样不同，选用的刀具尺寸不一样，因图而异。 选取的原则是：在刀具能够满足加工前提下，尽量选取直径大的刀具，铣削刀具都是成型刀 具且标准，在同时可根据选取刀具的直径提取刀具各异的刀具。 （ 2）长度尺寸：在加工中心上，刀具长度一般是指主轴端面到刀尖距离 ,包括刀柄和刃具。 第 5 页 共 22页 毕业论文 选取的原则是：在满足各个部分加工要求的前提下，尽量减小
17、刀具长度，以提高工艺系统 的 刚性，制造工艺和编程时，一般不必准确的确定刀具的长度，只需初步估算出刀具长度范围。 Z 0 Tt 根据经验公式： T =A-B-N+L+ + 1 公式中 ： T1 刀具长度 A主轴端面至工作台中心最大距离 B主轴在 Z向的最大行程 N加工表面距工作台中心距离 L工件的加工深度尺寸 Z 0 刀具切出工件长度（以加工表面取 2-5 mm毛坯表面取 5-8 mm） 刀具长度示意图如图 6-1： 图 6-1刀具长度示意图 6.2 程序起始点、返回点和切入点、切出点的确定 （ 1）程序起始点 程序 起始点是指程序开始时，刀尖（刀位点）的初始停留点，采用 G54对刀时为对刀点
18、。在 同一个程序中，起始点和返回点最好应相同，在加工时，多个程序的设置最好也完全相同。 （ 2）程序返回点 程序返回点是指一把刀程序执行完毕后，刀尖返回后的停留点为换刀点。 （ 3）切入点（进刀点） 在进刀或切削过程中，要使刀具不受损坏，一般来说，对粗加工而言，选择曲面内的最 高角点作为曲面的切入点（初始切削点）。因为该点的余量较小，进刀时不易损坏刀具。对精 加工而言，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点，因为在该点处，刀具 所 第 6 页 共 22页 毕业论文 受的弯矩小，不易折断刀具。总之，要避免将铣刀当钻头用，立铣刀不能轴向进刀，最否则 因受力大，排屑不便而使刀具受损。 （
19、4）切出点（退刀点） 切出点（退刀点）是指曲面切削完毕后，刀具与曲面的接触点。这个主要考虑在切完工 件后退出工件是否要损伤工件的其它表面及是否与机床的其它部分和夹具相互撞击的情况。 6.3 起始平面、返回平面、进刀平面和安全平面的确定 （ 1）起始平面 是程序开始时刀具的初始位置所在的 Z平面，如前所述，一般定义在被加工零件的最高点 之 上 50-100mm左右的某一位置上，在加工时取高出工件 100mm。 （ 2）返回平面 是指程序结束时，刀尖点（不是刀具中心）所在的 Z平面，它也定义在被加工表面的最高处 50-100mm的某一个位置上，在加工时取高出工件 100mm。 （ 3）进刀平面 以
20、快速下刀的位置到达安全平面，一般为（ 10-20mm）以 G01速度在 Z向下刀的平面，取高 出工件 20mm。 （ 4）退刀平面 加工完零件之后，退出加工表面，一般是退出加工表面（ 10-20mm）快速至退刀平面，取高出 工件 20mm。 （ 5）安全 平面 就是加工时，为了提高工作效率而进行设置的一个平面，一般是高出工件（ 10-30mm），取高 出工件 30mm。 第七章 加工方案的制定 根据花型键主体图样，制定以下加工顺序方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，且 又能保证质量）下面分析两套加工顺序方案进行比较。 方案一： 铣夹持面 铣 40凹型腔 粗铣方凹型腔 粗铣弧形键槽 预钻孔 钻
21、孔 铰孔 精铣 40 凹行腔 精铣方凹型腔 精铣弧形键槽。 方案二： 铣夹持面 粗铣 40凹型腔 精铣 40凹型腔 粗铣方形型腔 精铣方形型腔 粗铣弧形键 槽 精铣弧形 键槽 预钻孔 钻孔 铰孔 翻转铣夹持面。 对转接盘的加工制定重要工艺过程，如表 7-1所示。 第 7 页 共 22页 毕业论文 表 7-1花型键零件加工的工艺路线 工序内容 工序号 工序名称 备料 1 钳工 设备 1 2 3 4 5 6 7 8 9 将毛坯铸成 706040mm 画线找正找出中心点的位置 铣夹持面 钳台 铣削 KVC650 KVC650 钳工用具 铣削 上平面、外轮廓、型腔、键槽、 4个孔 去加工印痕，矫正内腔
22、死角 全面按图纸要求 钳工 钳工精修 检验 测量各部分尺寸 、形状精度检测 将毛坯铸成 203820mm 根据花型键主体加工成顶盖并装配成品 备料 2 加工成品 第八章 冷却液的选择 由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后 面的摩擦要产生大量的切削热。大量的切削热被工件吸收 9%-30%、切屑吸收 50%-80%、刀 具吸收 4%-10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有 52%传入麻花钻。 由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响 加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具 损坏，造成 “烧刀 ”的现象。为了提高加工 零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进 行冷却，以避免造成 “烧刀 ”的现象和零件精度的影响。 通过经验知道常用的冷却液主要有以下三种，如表 8-1： 表 8-1常用冷却液 冷却液名称 水溶液 主要成份 主要作用 冷却 水、防锈添加剂 水、油、乳化剂 乳化液 冷却、润滑、清洗 第 8 页 共 22页
