数控工工艺与编程.docx

《数控加工工艺》课程设计说明书

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学 号：
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指导老师：】

目录
1.设计任务…………………………………………………
2.设计目的…………………………………………………
3.设计要求…………………………………………………
4.设计内容…………………………………………………
4.1分析零件图纸，确定总体加工方案……………………
4.2确定毛坯尺寸……………………………………………
4.3数控加工工艺分析………………………………………
4.4夹具的设计………………………………………………
4.5选择刀具和切削用量……………………………………
4.6制订加工工艺卡片………………………………………
4.7建立零件三维模型并编程加工程序……………………
4.8编制的程序上仿真系统实验……………………………
5 心得体会………………………………………………………
6参考文献………………………………………………………

1.设计任务
本次课程设计是通过分析零件图，合理选择零件的数控加工工艺过程，对零件进行数控加工工艺路线进行设计，从而完成零件的数控加工程序的编写。使零件能在数控机床上顺利加工，并且符合零件的设计要求。
2.设计目的。
《数控加工工艺课程设计》是一个重要的实践性教学环节，要求学生运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的有：
1 通过本设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控加工工艺和数控编程的基本内容和基本知识，学习总体方案的拟定、分析与比较的方法。
2 通过对夹具的设计，掌握数控夹具的设计原则以及如何保证零件的工艺尺寸。
3 通过工艺分析，掌握零件的毛坯选择方式以及相关的基准的确定，确定加工顺序。
4 通过对零件图纸的分析，掌握如何根据零件的加工区域选择机床以及加工刀具，并根据刀具和工件的材料确定加工参数。
5 锻炼学生实际数控加工工艺的设计方法，运用手册、标准等技术资料以及撰写论文的能力。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。
3.设计要求：
1、要求所设计的工艺能够达到图纸所设计的精度要求。
2、要求所设计的夹具能够安全、可靠、精度等级合格，所加工面充分暴露出来。
3、所编制的加工程序需进行仿真实验，以验证其正确

4.设计内容
4.1分析零件图纸
零件图如下：

1. 该零件为滑台工作台，是一个方块形的零件。图中加工轮廓数据充分，尺寸清晰，无尺寸封闭等缺陷。
2. 其中有多个孔有明确的尺寸公差要求和位置公差要求，而无特殊的表面粗糙度要求，如70+0.1、102+0.1、80+0.1、100+0.1、13.5+0.05、26+0.05.
3. 有多个沉头孔有明确尺寸要求。如、。
4. 有具体的螺纹孔要求。、。
5. 零件尺寸标准注整，轮廓描述清晰，零件结构合理。
6. 零件材料选取：选用45#钢（热轧），无热处理和硬度要求，材料切削加工性能良好。
7. 无特殊热处理要求。
8. 本零件为单件生产
综合以上，可以简述为：加工部位有上下两表面，外轮廓，凹槽，上表面的六个 沉头孔，两个的沉头孔，六个螺纹孔，其都有具体的尺寸和位置度要求。侧面的三个螺纹孔，有具体位置度要求。故具体总方案为选一尺寸合适的方钢毛坯，选用45#钢，去除飞边，毛刺，选一个比较平整的大平面（A面）做为粗基准，在普通立式铣床上加工另一大平面（B面）;然后再以这个平面（B面）作为精基准，对A面进行加工留有余量；然后在普通卧式铣床再对四个侧面加工至尺寸。在普通铣床上完成以后，在数控铣床上在A面进行凹槽的加工，拆下再次装夹在B面上进行沉头孔、螺纹孔的加工；拆下再次装夹，对侧面的三个螺纹孔进行加工。虽然无特殊表面粗糙度要求，但要保证尺寸精度和位置精度要求。

4.2确定毛坯尺寸
毛坯分为铸件、锻件、型材、焊接件和冷冲压件。铸件适用于形状较复杂的零件，毛坯；锻件适用于强度要求高、形状比较简单的毛坯；型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯。冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯；焊接件是根据需要将型材或钢材等焊接而成的毛坯件；冷冲压件可以加工接件成品的工件
因为本零件形状不复杂而机械性能要求又不高，故选用型材。热加工型材尺寸比较大、精度较低，尺寸公差为一般为1mm—2.5mm，表面粗糙度为12.5um---6.3um,适合于各种批量的生产，多用于一般零件的毛坯，适合本零件的使用。故选用热加工型材。由零件图可知，选用45#方钢适合。
毛坯是从一大的钢板用气割割下来的。因为气割和热轧方钢有尺寸的偏差及要留加工余量，毛坯具体尺寸为：长X宽X高=135mmX135mmX35mm。气割和热轧方钢尺寸偏差如下表所示：

4.3数控加工工艺分析
本零件从毛坯到成品分为两个阶段，一是在普通机床加工阶段，二是在数控铣床加工阶段。
1. 普通铣床加工阶段
毛坯气割下来后，要去毛剌。选择比较平的一平面（A面）做为粗基准，在立式普通铣床上铣B面，留有足够余量，再以B面作为精基准加工A面，留有余量。然后再以A、B两个面作为基准，在卧式普通多铣床上加工四个侧面至尺寸。夹具用通用虎钳和压板可以满足。普通铣床加工后，毛坯尺寸为：长X宽X高=125mmX125mmX30mm。

2. 数控铣床加工阶段
（1）确定被加工面
台工作台的毛坏为方钢。其四个侧面已经在普通铣床上加工完成，加工部位集中在A面上凹槽，B面上的沉头孔与螺纹孔及一个侧面上的三个螺纹孔。因为A面的凹槽要与另外一个零件进行配合，要求较高；B面的沉头孔与螺纹孔要严格的尺寸精度与位置度要求，要求较高；侧面的三个螺纹孔也要尺寸精度与位置度的要求，要求也比较高；从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择A面的凹槽，B面上的沉头孔与螺纹孔及一个侧面上的三个螺纹孔都在立式数控铣床上进行加工。
（2）选择立式数控铣床
加工内容：粗铣A面、精铣A面、粗铣凹槽、精铣凹槽、钻孔、扩孔、锪孔、攻螺纹。
（3）选择加工方法
A面采用粗铣、精铣方案；A面的凹槽也采用粗铣、精铣方案；Ф5.5和Ф6.6的孔按钻中心孔——钻孔——扩孔方案；Ф10和Ф11的孔在Ф5.5和Ф6.6的基础上锪到尺寸即可；M5和M3的螺纹孔采用钻中心孔——钻底孔——倒角——攻螺纹方案加工。
（4）确定加工顺序
顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：
a.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；
b.行内腔加工，后进行外形加工；
c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，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；
d一次装夹进行多道加工工序时，应把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加工变形；
e.先面后孔，先粗后精、先主后次、先内后外、基准先行的原则。
综合考虑以上原则，具体加工顺序为：粗铣、精铣A面——粗铣、精铣A面的凹槽——钻各光孔和螺纹孔的中心孔——钻、扩、锪、铰Ф5.5和Ф6及Ф10和Ф11孔——M5和M3螺纹孔钻底孔、倒角、和攻螺纹。
（5）机床的选择
在普通机床的加工阶段过程中，用到立式的普通铣床和卧式的普通铣床，一般的机床都够满足本零件的加工要求，故型号不限。而数控加工阶段，由本零件的加工内容地求和特点，选择XK716数控铣床，铣床的数控系统为FANUC 0i系统。机床具有铣削、镗削、钻孔、攻丝加工能力能够满足零件一次装夹完成钻、扩、铰、镗、铣、玫丝加工。具体的参数如下表所示：

项 目
单位
规 格
工作台
工作台尺寸（宽×长）
mm
590×1450
T型槽槽宽×数量×间距
mm
18×5×125
工作台最大承重
kg
1350
行程
工作台行程(X轴)
mm
1270
滑鞍行程 (Y轴)
mm
610
主轴箱行程(Z轴)
mm
760
主

轴
主轴锥孔

ISO 50
主轴转速
r/min
20～6000
主轴电机功率
kw
11/15
主轴最大扭矩
Nm
95.4
主轴端面至工作台距离
mm
150～910
主轴中心至立柱距离
mm
635
进

给
切削进给速度
mm/min
1～8000
快速移动速度
mm/min
20000
X/Y/Z轴电机额定功率
Kw
4.0/4.0/7.0
X/Y/Z轴电机额定转矩
N.m
22/22/30
B轴电机额定功率(选配)
Kw
3.0
B轴电机额定转矩(选配)
N.m
12
冲刷
切屑冲刷泵流量
L/min
120
切屑冲刷泵扬程
m
15
冷却
刀具冷却泵流量
L/min
66
刀具冷却泵扬程
m
15
精
度
定位精度
mm
±0.010
重复定位精度
mm
±0.005
其
他
机床高度尺寸
mm
2950
机床地基面积
mm
3200×2650
机床总功率
Kw
35
机床总重量
kg
8000kg

4.4夹具的设计
1 数控加工对夹具要有两方面要求：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。此外，尚需考虑以下四点：
（1）夹具结构应力求简单。当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用；成批生产时考虑采用专用夹具；
（2）零件的装卸要迅速、方便，以缩短机床的停顿时间；
（3）夹具要开敞，其定位、夹紧机构或其它元件不得影响加工中的走刀；
（4）夹具在机床上的安装及工件在夹具上的安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上按程序加工。
综合考虑以上原则，本零件为单件生产，且外形结构简单，故不需要设计专业用夹具，选用通用虎钳也可以满足加工的要求。
2 装夹与定位
在普通机床上加工时，利用工作台与压板就可以定位与夹紧；在数控铣床上，用虎钳为夹具，工件下面垫个垫块，以工作表面，两个侧面作为定位基准，虎钳夹紧，就可以进行加工了（凹槽与孔的加工也都适用）。加上侧面孔时，以一个侧面，与一个表面，底面作基准定位，夹紧进行加工。

设计零件工艺规程如下表所示：
工序
工序名称
加工内容
加工设备
1
气割
割130X130X30的45#毛坯
气割机
2
钳工
去毛刺
辅助工序
3
铣削
铣削上下两个平面，留有足够余量。铣四个侧面到尺寸。
普通铣床
4
铣削
铣削上表面，铣削凹槽至尺寸
数控铣床
5
钻孔
沉头孔、螺纹底孔的加工
数控铣床
6
锪孔
沉头孔的加工
数控铣床
7
攻螺纹
在螺纹底上攻M5和M3的螺纹
数控铣床
8
钳工
去毛刺
辅助工序

4.5选择刀具和切削用量
1 平面铣削
(1) 平面铣削粗加工和精加工选用同一把刀具。工件上表面宽度为125mm，面宽比较大，拟选用双向来回Z形切削。则选用Ф80mm的数控硬质合金可转位面铣刀，选择刀齿数为8。
（2）切削用量的计算——设面铣刀分二次铣削到指定的高度，粗铣切深为4mm，留下1mm的精加工余量。粗铣时，因面铣刀有8个刀齿，为中等密度铣刀，选=0.12,则；参考，综合其他因素选用，则主轴转速为,计算进给速度
精铣时，为保证表面质量，选用，参考，综合切深小，进给量小，切削力小的因素，选，则主轴转速，计算进给速度。
2 凹槽的加工
（1） 凹槽的粗加工和精加工都用同一把立铣刀。分析零件可得选用Ф=30mm的三齿立铣刀比较合适。因为余量比较大，要分层铣削。
（2） Ф=30mm的立铣刀，有4 个刀齿。选,选 ，则主轴转速，计算进给速度，综合其他因素确定。立铣刀精铣削时，要保证表面质量，取，。
3 打中心孔
中心孔选用Ф=2.5mm的中心钻钻削。因为刀具直径比较小，可以选用比较大的转速，选用主轴转速S=1600r/min,进给速度为F=160mm/min。
4钻孔
钻B面上的14个孔，选用Ф4mm的高速钢麻花钻。其中有六个是M5螺纹孔的底孔（M5的螺纹底孔为4mm，固选用Ф4mm的麻花钻来加工底孔），其他为沉头孔的孔。进给量为0.1mm/r，切削速度，，。
4 扩孔
扩孔选用Ф5.3mm和Ф6.4mm的扩孔钻，刀具材料为高速钢，进给量为0.1mm/r，切削速度，则，.因为直径相差不大，所以可以用一样的切削用量。
5 锪孔
因为有两个不同直径的沉头孔，固选用Ф10mm和Ф11mm的锪孔钻。刀具材料为高速钢，进给量为0.2mm/r，切削速度，则，。因为两个锪孔钻的直径相当不大，所以选用同样的切削用量。
6 侧面螺纹底孔
查表可得，M3的螺纹底孔为2.5mm，固选用Ф2.5mm的中心钻来加工底孔，深度为6mm。刀具材料为高速钢，进给量为0.1mm/r，切削速度，，
。
7孔口倒角
选用Ф=9mm钻尖为90°的点钻，刀具材料为高速钢，进给量为0.1mm/r，切削速度，则主轴转速，
进给速度。
8 攻螺纹
本零件中有两种规格的螺纹孔：M5X0.8和M3X0.5。螺纹丝锥刀具材料为高速钢，，取，则主轴转速，。
4.6制订刀具明细表及加工工艺卡片
将以上刀具信息制成刀具明细表，以指导编程和加工操作。
明细表如下：
刀具号
刀具名称
刀柄
直径/mm
长度/mm
补偿/mm
备注
T01
面铣刀
BT40-XM32-75
Ф80mm

T02
高速钢立铣刀
BT40-M1-45
Ф30mm

T03
中心钻
BT40-Z10-45
Ф2.5mm

T04
扩孔钻
BT40- M1-45
Ф5.5mm

T05
扩孔钻
BT40- M1-45
Ф6.6mm

T06
锪孔钻
BT40- M1-45
Ф10mm

T07
锪孔钻
BT40- M1-45
Ф11mm

T08
高速钢麻花钻
BT40- M1-45
Ф4mm

T09
高速钢钻头（90°）
BT40- M1-45
Ф9mm

T10
丝锥
BT40-G10-130
M5X0.8

T11
丝锥
BT40-G10-130
M5X0.5

数控加工工序卡片如下：
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度/(mm)
背吃刀量/mm
1
粗铣平面
T01
Ф80mm硬质合金可转面铣刀
250
250
4
2
粗铣平面
T01
Ф125mm硬质合金可转面铣刀
400
240
1
3
粗铣凹槽
T02
Ф30mm高速钢立铣刀
300
120
11
4
精铣凹槽
T02
Ф30mm高速钢立铣刀
500
100
1
5
打中心孔
T03
Ф2.5mm的中心钻
1600
160
2.5
6
钻14XФ4mm孔
T08
Ф4mm的高速钢麻花钻
1200
150
0.75
7
扩Ф5.5mm孔
T04
Ф5.5mm扩孔钻
1100
110
0.65
8
扩Ф6.6mm孔
T05
Ф6.6mm扩孔钻
1100
110
1.1
9
锪Ф10mm的孔
T06
Ф10mm的锪孔钻
500
100
2.25
10
锪Ф11mm的孔
T07
Ф11mm的锪孔钻
500
100
2.2
11
孔口倒角
T09
Ф9mm高速钢钻头（90°）
700
70
1
12
攻丝6XM5
T10
M5X0.8丝锥
760
608

13
打中心孔
T03
Ф2.5mm的中心钻
1600
160

14
孔口倒角
T09
Ф9mm高速钢钻头（90°）
700
70
0.5
15
攻丝3XM3
T11
M5X0.5丝锥
1000
500

4.7建立零件三维模型并编程加工程序
1利用CAD图和UG软件建得三维图如下：

2利用MastercamX2自动编程软件进行编程，具体程序如下：
（1） 平面粗铣 刀具T01
O0000
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N106 G0 G90 G55 X-150.5 Y-121.498 S250 M3
N110 Z10.
N112 G1 Z1. F1000.
N114 X110.5 F250.
N116 G3 Y-79.833 R20.833
N118 G1 X-110.5
N120 G2 Y-38.167 R20.833
N122 G1 X110.5
N124 G3 Y3.498 R20.832
N126 G1 X-150.5
N128 G0 Z50.
N130 M5
N132 G91 G28 Z0.
N134 G28 X0. Y0.
N136 M30

(2)凹槽粗铣 刀具T02
O0000
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N106 G0 G90 G54.1 P3 X-2.5 Y-69.5 S300 M3
N110 Z10.
N112 G1 Z-2.75 F1000.
N114 X92.5 F120.
N116 G2 X62.5 Y-99.5 R30.
N118 G1 X-62.5
N120 G2 X-92.5 Y-69.5 R30.
N122 G1 X2.5
N124 X-2.5
N126 Z-5.5 F1000.
N128 X92.5 F120.
N130 G2 X62.5 Y-99.5 R30.
N132 G1 X-62.5
N134 G2 X-92.5 Y-69.5 R30.
N136 G1 X2.5
N138 X-2.5
N140 Z-8.25 F1000.
N142 X92.5 F120.
N144 G2 X62.5 Y-99.5 R30.
N146 G1 X-62.5
N148 G2 X-92.5 Y-69.5 R30.
N150 G1 X2.5
N152 X-2.5
N154 Z-11. F1000.
N156 X92.5 F120.
N158 G2 X62.5 Y-99.5 R30.
N160 G1 X-62.5
N162 G2 X-92.5 Y-69.5 R30.
N164 G1 X2.5
N166 G0 Z50.
N168 Y-48.5
N170 Z10.
N172 G1 Z-2.75 F1000.
N174 X-92.5 F120.
N176 G2 X-62.5 Y-18.5 R30.
N178 G1 X62.5
N180 G2 X92.5 Y-48.5 R30.
N182 G1 X-2.5
N184 X2.5
N186 Z-5.5 F1000.
N188 X-92.5 F120.
N190 G2 X-62.5 Y-18.5 R30.
N192 G1 X62.5
N194 G2 X92.5 Y-48.5 R30.
N196 G1 X-2.5
N198 X2.5
N200 Z-8.25 F1000.
N202 X-92.5 F120.
N204 G2 X-62.5 Y-18.5 R30.
N206 G1 X62.5
N208 G2 X92.5 Y-48.5 R30.
N210 G1 X-2.5
N212 X2.5
N214 Z-11. F1000.
N216 X-92.5 F120.
N218 G2 X-62.5 Y-18.5 R30.
N220 G1 X62.5
N222 G2 X92.5 Y-48.5 R30.
N224 G1 X-2.5
N226 G0 Z50.
N228 M5
N230 G91 G28 Z0.
N232 G28 X0. Y0.
N234 M30
（15）攻M3螺纹 刀具T11
O0000
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
N106 G0 G90 G55 X0. Y7. S1000 M3
N110 G99 G81 Z-5. R10. F20000.
N112 X40.
N114 X-40.
N116 G80
N118 M5
N120 G91 G28 Z0.
N122 G28 X0. Y0.
N124 M30
因为所有的程序太长，不便全放这里，所以省略其中的部分。
部分工序的刀具路径如下：
平面粗加工走刀路线

凹槽粗加工走刀路线

打中心孔走刀路线

4.8编制的程序上仿真系统实验
5心得体会
为期两周的课程设计结束了，在这两周的学习中，我学到了很多，也现自己身上的很多不足，感受很多，受益匪浅。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
从开始的第一天，我就对本次任务进行了规划分析，在以后的几天里，我努力的查阅资料、跟别的同学讨论、请教老师、分析零件图并进行三维建模与数控加工、仿真，比较好完成自己的课程设计任务。
这次课程设计是对我们学的《数控加工工艺与编程》这门课的一次深入学习。平时在课堂上接触的都是纯理论的知识，学的都是课堂上东西，对课堂以的了解得很少，这一次的学习让我们开阔了视野。
这次课程设计利用到了ＵＧ来建模，Mastercam X2来进行自动编程，宇龙仿真系统进行程序的检验。在次过程中，我对这些软件又有了进一步的认识。课程设计中总是会遇到问题，首先是自己独立的进行思考，自己没办法解决就得去请教别人，并通过查阅相关资料来解决问题。在整个过程中，我不但学习到了知识，还提高了自己的学习能力，提高了自己解决问题的能力，学会与人沟通，真是学到很多东西。

6参考文献
　《机床夹具设计》薛源顺　主编
　《互换性与技术测量》廖念钊　古莹奄　莫雨松　李硕根　主编
　《数控加工工艺学》蔡兰　王宵　主编
　《数控加工工艺学》中国劳动社会保障出版社出版
　《机床夹具设计》王启平　主编
　《画法几何及机械制图》　毛沂　主编
　《切削用量简明手册》