铣床毕业设计--数控铣削工艺设计.doc

题 目： 数控铣削

目录

目录............................................................................................................................... 1
天河学院业设计任务书............................................................................................... 2
数控铣削工艺设计....................................................................................................... 3
引言............................................................................................................................... 5
第一章 设计课题分析................................................................................................. 8
1.1 零件图样分析；....................................................................................................................... 8
1.1.1 零件尺寸分析........................................................................................................................ 8
1.1.2 加工精度以及粗糙度的要求................................................................................................ 9
1.1.3 材质以及硬度要求................................................................................................................ 9
1.2 零件的工艺分析；................................................................................................................... 10
1.2.1 加工设备的选用................................................................................................................... 10
1.2.2 毛坯尺寸及材料确定........................................................................................................... 10
第二章 工艺规程设计说明........................................................................................11
2.1 切削方式的确定...................................................................................................................... 11
2.1.1 顺铣与逆铣的选择............................................................................................................... 11
2.1.2 切削方式的选择....................................................................................................................11
2.2 切削三要素的确定.................................................................................................................. 11
2.2.1 切削速度V 米（分）.......................................................................................................... 11
2.2.2 进刀量（走刀量）F............................................................................................................. 12
2.2.3 吃刀深度（切削深度）....................................................................................................... 12
2.3 装夹定位的确定...................................................................................................................... 12
2.4 数值的确定.............................................................................................................................. 13
2.5 刀具的选择.............................................................................................................................. 15
第三章 加工程序....................................................................................................... 16
3.1 编写零件加工程序单.............................................................................................................. 16
3.2 零件图...................................................................................................................................... 25
3.3 三维图像.................................................................................................................................. 25
3.4 零件走刀路径.......................................................................................................................... 25
小结............................................................................................................................. 29
后记............................................................................................................................. 30
参考文献..................................................................................................................... 31

任务书

毕业
设计
题目

数

控

组

毕

业

设

计

任

务
数控加工组

一、说明书内容
1、 毕业设计任务书
2、 前言
3、 目录
4、 零件图样分析（ 尺寸是否完整、精度及粗糙度要求、材质及硬度要求）
5、 零件的工艺分析（加工方式及设备确定、毛坯尺寸及材料确定、装夹定位的确定、加工路径及起刀点、换刀点的确定、刀具数量、材料、几何参数的确定、切削参数的确定）
6、 切削三要素的确定（背吃刀量、进给速度/量、主轴转速）
7、 零件定位与夹具
8、 数值计算（零件轮廓的基点和节点坐标及刀具中心轨迹）
9、 编写零件的加工程序单
10、 零件图、零件的工艺文件的编制以及刀具走刀轨迹路径图
11、 程序校核及首件试切（可以运用模拟软件）
12、检测验收报告
13、小结（体会、对指导教师或合作者的致谢等）
14、附录
15、参考资料
二、图纸要求
1、零件图（平面及立体图，可用CAD、PRO/E或UG软件绘制）
2、零件工序卡及刀具走刀运动轨迹图

　　　　　 2012年　12月　22　日　　　　　　　　　
进
度
安
排
1、 2013年3月1日~2013年3月15日：收集素材，项目调研
2、 2013年3月16日~2013年3月25日：整理素材，查找参考资料
3、 2013年3月26日~2013年4月15日：完成初稿，交指导教师初审
4、 2013年4月16日~2013年4月25日：完成终稿，准备答辨
5、2013年4月26日~2013年5月1日：毕业答辩

数控铣削工艺设计

摘要：刚开始接到这个图纸的时候，我就觉得这个工件似乎对我来说有点儿难

度，但是当我仔细去接触这个图纸的外形轮廓和尺寸时，发现这其中并不是我想

象中那么难。不就是凸台和沉孔罢了。于是我按照图纸里面的数据，信息，开始

了工艺的设计。首先，应该是把毛坯放在第一位去考虑的，因为要加工出一个高

质量的零件，选取毛坯是很重要的！毛坯的大小最好与工件的大小相差不大，可

以减少加工过程中刀具的切削量，减少加工的时间，降低加工成本，提高效率。

其次，就是对毛坯的材料进行分析，在设定切削三要素时，一定要考虑的毛坯的

材料，以免损坏毛坯或使刀具很快磨损。最后，选择合适的数控设备进行数控加

工。具体针对这个图形，我选用了数控铣床。对于加工程序，我是用电脑绘图

软件编制程序的方法对该图纸进行编程。包括将加工零件的全部工艺过程、确定

加工方案、工艺参数、位移数据等以规定的代码、程序格式写出,编制出了适合

所选铣床的程序。

关键词：加工工艺设计，电脑编制程序，数控铣床加工。

引言
迈向 21 世纪，数控专业作为一个朝阳产业越加突显出它的重要性，无论汽

车，飞机，轮船等工业产品的制造都离不开数控技术。当今社会市场上急需数控

专业的人才。数控专业人才的数量和素质很大程度决定了一个国家的综合国力。

然而机械产品日趋精密，复杂，人们对机械产品的质量和生产效率也相应的提出

了更高的要求，精密度越高形状越来越复杂。复杂零件用普通机床是很难加工的！

这也使得我们必须在数控技术的研究，发明方面，不断地发展和创新，使它向更

高的地方发展。

数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者

说是装备了数控机床。它是一种技术密集及自动化程度很高的机电一体化加工设

备，是数控技术与机床相结合的产物。数控加工则是根据被加工的零件的图样和

工艺要求。编制出以数字、代码表示的程序，传输到机床的数控装置或控制计算

机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法
。
在数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序就相当

于软件，两者缺一不可。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生，发展而逐步完

善的一种应用技术。实现数控加工，编程在这里面扮演了一个相当重要的角色。

编程前必须要做好必要的准备工作，编程后还要进行必要的善后处理工作，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

整个数控加工过程。

数控加工工艺的特点：数控加工的工艺内容十分明确而且具体。进行数控加

工时，数控机床接受数控系统的系统指令。完成各种运动，实现加工要求。数控

加工的工艺要求相当准确而且严密。数控加工不能像通用机床加工那样，可以对

加工过程的问题由操作者根据自己的经验自由地进行调整。数控加工的工序相对

集中。一般来说，在普通机床上是根据机床的种类进行单工序加工。而在数控机

床上往往是在工件的一次装夹中完成钻，铰，攻螺纹等多工序的工作。

数控加工工艺在整个数控加工当中所起的作用是很大的，它也是跟数控加工

是成为了一种密不可分的关系，两者都发挥了很大的作用。数控加工工艺过程是

数控加工工序设计的基础，其质量的优劣直接影响零件加工质量和生产率，故应

力求最合理的工艺过程。为此，在数控加工工艺过程设计中应注意工序划分和加

工顺序的安排。

(1)工序划分：数控机床与普通机床加工相比较，加工工序更加集中

1)以一次安装加工作为一道工序：适应加工内容不多的工件。

2)以同一把刀具加工的内容划分工序：适合一次装夹的加工内容很多，程序

很长的工作，减少换刀次数和空程时间。

3)以加工部位划分工序：适应加工内容很多的工件。按零件的结构特点将加

工部位分成几部分，如内形、外形、曲面或平面等，每一部分的加工都作为一个

工序。

4)以粗、精加工划分工序：对易产生加工变形的工件，应将粗、精加工分在

不同的工序进行。

划分工序要视零件的结构与工艺性，机床功能，零件数控加工内容的多少，

安装次数及本单位生产组织状况，灵活掌握，力求合理。

(2)加工顺序的安排

加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，

重点保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下

原则：

1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧；

2)先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓；

3)尽量减少重复定位与换刀次数；

4)在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序。

而作为数控加工这方面，它的作用也是非常大的，数控加工就是泛指在数

控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床，用

来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。

数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是

由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式(数

控语言或符号)编制的。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出

运行或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时，机床便会自

动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就

不能工作。

机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向

和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；

刀具的更换，冷却液的开起、关闭等。

对于这个工件的设计，这其中它的加工工艺设计还是占了主要的部分，从

草图着手，一开始在我大脑里面形成了一个总的思维，一个比较大的方向，使我

自己知道我要如何来制作这一份设计。在这一份设计当中，从一开始插入了该工

件的草图，再由其逐渐向下展开工艺等其它的设计。在这份设计当中，所有的图

像（包括制表、刀具卡、工序卡），我都是采用CAD 为主，电脑的“画图”为

辅的方式导入到Word 文档里面去的。具体方法就是在CAD 软件当中，把图复

制到电脑“画图”软件中去，然后截图，反色，再把它复制粘贴到Word 文档里

面。我选择这样的方式有两个原因，第一，这样我能够很方便的修改我的图像里

面的尺寸、文字、尺寸标注线，直接在CAD 当中就可以完成，然后按上述方法

导入；第二，因为有一些人是直接用CAD 直接复制粘贴到Word 文档里面的，

但是打印出来的效果是轮廓线很粗，但是所有的尺寸标注线都看不清晰甚至是看

不见，导致图文效果不好。我采用的这种方式，是以图片的形式导入，所以打印

出来的效果是很好的，轮廓线还有其它的线都很清晰。

当然我在制作这一份设计时，当中有很多不懂的地方，即使有一些是以前

读过的知识，但是由于太久没有去复习，导致很多地方都搞不懂，所以只能得回

去翻阅我以前所学过的知识，如果疑难之处是教科书里面没有的，我就去图书馆

借阅一些与其相关的书籍来学习，不断的问我的指导老师，请求老师的帮助。直

到这一份设计完工。

第一章设计课题分析

1.1 零件图样分析；

1.1.1 零件尺寸分析
根据数控铣削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析，要注意考虑以下问

题：

图1 数控铣削实例

从图1 可以知道，1，从外形结构来看：这个工件由平面、凸台及型腔组成，

另外在两边还有沉孔，总的来说，这个工件的外形结构还算是比较简单的，因为

该结构中没有曲面的存在，所以给编程带来了一些方便的地方。2，从尺寸方面

来说,：这个工件的基本尺寸完整。圆台还有沉孔的基本尺寸都已经标明，定位

尺寸和定形尺寸都已经明确，相应的粗糙度也已经给出。由于加工程序是以标准

的坐标点来编制的，因此，各几何要素间的互相关系（例如相切，相交，垂直等）
应该明确，每个几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序

安排的密封尺寸等。数控加工的零件，图样上的尺寸可以采用同一基准标注，即

标注尺寸。这样既便于编程。又有利于设计基准与编程原点的统一。

1.1.2 加工精度以及粗糙度的要求
所谓加工精度，是指零件加工后的几何形状和相互位置的实际值与理想值之

间的符合程度，而它们之间的偏离程度（即差异）则为加工误差.加工误差的大

小反映了加工精度的高低.加工精度包括了三个方面：尺寸精度、几何形状精度、

相互位置精度。影响加工精度主要因素有：机床误差、刀具误差、工件内应力引

起的误差等。

精糙度即表面质量。影响表面质量的因素主要有：工件材料、切削量、刀具

材料、表面光洁度、工艺系统的振动和刀具的几何参数。因此，对于该零件粗糙

度的加工要求，在加工过程当中应该要注意这一点。

1.1.3 材质以及硬度要求
我假设这块工件的材质是珠光体灰铸铁，它内含有大量石墨元素，具有较高

的强度和硬度，物理性质和钢相似，但价格比钢便宜。 灰铸铁可以承受较大的

应力（抗弯应力小于300MPA），切削时，石墨能起到润滑的作用，使切削力减小，

是十分合适的加工材料，如表1。其他性能：良好的铸造性能，良好的减振性，

良好的耐磨性以及低的缺口敏感性！

表1 工件材质

1.2 零件的工艺分析；
1.2.1 加工设备的选用
如果是不太复杂，批量又不多的情况下，我认为应该选用通用机床。而产品

的品种比较多，加工精度要求高，单件产品要求批量少的情况下，使用数控机床

是一个比较好的方法。因为这样可以获得较高的利益。我们可以从以下几点考虑

选用加工设备：

（1）机床精度应与工件加工的精度要求相适应.因为机床的精度过高或过低都不

符合成本。

（2）工件的生产类型要和机床的生产效率相适应。

（3）机床规格要与工件的外形尺寸相附和，既大件零件用大机床，小件零件用

小机床。

因此，对该零件的加工，我选用了数控铣床。

1.2.2 毛坯尺寸及材料确定

毛坯的形状和尺寸越接近成品就越理想，因为材料消耗越小，加工的时间也

越少。有利于提高加工效率，降低成本。

根据图纸的要求，该零件的毛胚种类选用φ240×120×50，材料为45#钢。

由于毛坯最大轮廓跟工件是完全一样的，所以这个条件给加工和编程序带来了一

些方便之处，因为毛坯接近工件尺寸，在加工的过程当中就会减少对毛坯的切削

量，减少一些不必要的程序去加工余量，可以说是节省了原材料和加工的时间。

数控铣床由于是自动化加工，除要求毛坯的余量要充分、均匀，毛坯装夹要

方便，可靠外，还要注意到数控铣床最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸。

如果已确定或准备采用数控铣削，就应该事先对毛坯的设计进行必要的更改或有

设计时就充分加以考虑。即在零件图注明的非加工表面处也增加适当的余量。否

则，毛坯将不适合加工设备，加工很难进行下去。因为，只要准备采用数控铣床，

就应在对零件图进行工艺分析后，结合铣床的特点，对零件毛坯进行工艺分析！

第二章工艺规程设计说明

2.1 切削方式的确定
2.1.1 顺铣与逆铣的选择
根据顺铣与逆铣加工的特点.在粗加工时,工件表面有硬皮,为了防止铣刀崩

刀和打刀,先选择逆铣方式进行粗加工.在精加工时,工件表面无硬皮,为了提高零

件的表面加工质量,减小刀具的磨损.采用顺铣方式进行精加工。

2.1.2 切削方式的选择
铣削的方式有三种:行切法,环切法,拐角过度方式。

本设计计划用环切法对零件进行切削加工.因为环切法是刀具对工件面由外

到内进行切削，通过X,Y 坐标来“工件”的外形轮廓。这种走刀方式能保证在

切削加工过程中,顺铣和逆铣的一致性.编程时可根据零件的加工要求选择顺铣或

逆铣的一种走刀方式,确保零件的加工质量。

2.2 切削三要素的确定
2.2.1 切削速度V 米（分）
要选择主轴每分钟转数，必须首先知道切削速度 V 应该取多少。

V 的选择：取决于刀具材料、工件材料、加工条件等。

一般情况下，我们采用铣刀铣平面的时候S 为1600-1800。精切时要保证加

工的质量，速度可以把它调高一些，S 取（1800-2500）而在螺纹加工、切断、

镗孔的时候，S 一般取较低，可以防止刀具材料的损坏。S 一般取200-300，甚

至更低！

2.2.2 进刀量（走刀量）F

主要取决于工件加工表面粗糙度要求。精加工时，表面要求高。走刀量取小：

0.06-0.12MM/主轴每转。

粗加工时，可取大一些。主要取决于刀具强度。一般可取0.3 以上，刀具主

后角较大时刀具强度差.进刀量不能太大。

2.2.3 吃刀深度（切削深度）
粗加工时，根据工件，刀具，机床情况决定。一般加工中心切削正火状态下的HT250

灰铸钢，半径方向切刀深度一般不超过7MM

另外还要注意，如果数控铣床的主轴变速采用的是普通变频调速，那么主轴

每分钟转速很低时（低于100-200 转/分），电机输出功率将显著降低。这个时

候吃刀深度及进刀量就要取小数值了。

表2 为常用的切削速度。

表2

2.3 装夹定位的确定
在机床上加工零件时，为保证加工精度，必须先使工件在机床上占据一个正

确的位置，即定位然后将其压紧夹牢，使其在加工中保持这一正确位置不变，即

夹紧，从定位到夹紧的全过程称为工件的装夹。假如工件没有夹紧，就会使工件

在加工的过程中，出现松动，影响其加工的质量，甚至还有可能会使整个工件在

加工的过程当中整个脱离夹具。

根据六点定位原理，用六个支承点（即定位元件）未限制工件的六个自由度，

其中每一个支承点相应的一个自由度。参照零件图的工艺分析，该零件图要用到

多个表面定位，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准。

2.4 数值的确定
根据零件图，按照已经确认的走刀路线和编程误差，计算数控系统所输入加

工的数据，称之为数控加工的数值计算，数值计算根据加工表面的几何形态，误

差要求所用的数控机床具有的功能（坐标轴数、插补、补偿）以及刀刃形状等诸

因素的不同，有不同的计算内容。主要有：零件轮廓的基点和节点的计算，刀具

中心轨迹的计算，辅助计算等。

刀具中心轨迹计算：全功能的数控系统具有刀具补偿功能，编程时只要计算

出零件轮廓上的基点或者节点坐标，给出有关刀具补偿指令及相关的数据，数控

装置可自动进行刀具编程的计算，算出所需的刀具中心轨迹坐标，控制刀具运动。
2.5 刀具的选择
一般情况下，在铣削平面时，粗铣为了降低切削能力，铣刀直径应该小些，但不

能过小以避免对机床的加工效率造成影响，在精铣中为减小接刀痕迹、铣刀直径

应该大些，速度相应也可以调高一些。

表3 数控加工刀具卡

产品名称
数控铣削实例

序号
刀具编号
刀具规格、名称
数量
加工表面
备注
1
T01
φ10mm硬质合金平刀
1
粗、精铣工件的内外轮廓

2
T02
φ5mm硬质合金平刀
1
粗、精铣R6的凹槽

3
T03
φ8mm硬质合金球刀
1
精铣两沉孔及R5和R8的圆弧

编制
林泽群
审核
陈玉莲
批准
陈玉莲
共1页
共1页

表4 数控加工工序卡

工序号
01
程序编号
O0001
使用设备
数控铣床

工步编号
工步内容
刀具编号
刀具规格（mm）
主轴转速（r/min）
进给速度（mm/min）
吃刀量（mm）
1
曲面粗加工挖槽
T01
φ10
1600
1000
2
2
粗、精铣120mmX240mm的正方凸台
0T1
φ10
1600
1000
2
3
粗、精铣φ40和φ80的圆台轮廓
T01
φ10
1600
1000
2
4
粗、精铣R250的圆弧
T01
φ10
1600
1000
2
5

粗、精铣R6的凹槽
T02
φ5
1600
800
0.2
6
精铣沉孔及圆弧R5和R8
T03
φ8
1600
1000
0.2
编制
林泽群
审核
陈玉莲
批准
陈玉莲
共一页
共一页

第三章加工程序

在进行工件外轮廓的加工时，应该要注意刀具的半径补偿，不然的话会导致

过切或加工不到位的情况，从而导致工件的报废，所以这是要考虑进去的一个因

素，其它基本上没有什么需要特别注意的地方。

我用Mastercam软件编程再导出程序：

图2（零件图）

O0001 程序号
N100G21G54G64 装一号刀具
N102G0G17G40G49G80G90 建立坐标系，快速定位
N104T1M6 刀具到达安全高度，冷却液开
N106G0G90G54X-135.184Y-65.336A0.S1600M3 主轴正转，转速1600
N108G43H1Z10. 切入工件，开始粗加工挖槽
N110Z5.
N112G1Z0.F500.
N114X-125.184F1200.
N116Y65.859
N118X125.184
N120Y-65.336
N122X-125.184
N124X-118.448Y-58.836
N126X-117.684Y-56.336
N128Y56.664
N130X-118.448Y59.164
N132X118.448
N134X117.684Y56.664
N136Y-56.336
N138X118.448Y-58.836
N140X111.629
N142X-111.629
N144X-109.684Y-55.836
N146Y49.164
N148X-110.448Y51.664
N150X110.448
N152X109.684Y49.164
N154Y6.664
N156X110.233Y4.664
N158X110.273Y2.664
N8580X-14.625
N8582Z5.F3000.
N8584G0Z10.
N8586X-9.371Y20.782
N8588Z5.
N8590G1Z-15.F500.
N8592X13.949F800.
N8594X14.305Y21.581
N8596X-4.75
N8598Z5.F3000.
N8600G0Z10.
N8602X-.519Y22.381
N8604Z5.
N8606G1Z-15.F500.
N8608X14.706F800.
N8610X15.108Y23.18
N8612X3.23
N8614Z5.F3000.
N8616G0Z10.
N8618X6.823Y23.979
N8620Z5.
N8622G1Z-15.F500.
N8624X15.517F800.
N8626X15.972Y24.779
N8628X10.161
N8630Z5.F3000.
N8632G0Z10.
N8634X13.318Y25.578
N8636Z5.
N8638G1Z-15.F500.
N8640X16.428F800.
N8642X16.27Y26.377
N8644X16.899
N8646Z5.F3000.
N8648G0Z10. 挖槽粗精工完成
N8650M5 取消刀补，提刀
N8656M30 主轴停止，冷却液关

O0002 程序号
N100G21G54G64 装夹二号刀
N102G0G17G40G49G80G90 刀具到达安全高度，冷却液开
N104T2M6 建立坐标系，粗精R6槽
N106G0G90G54X-42.611Y-6.391A0.S2500M3
N108G43H2Z10.
N110Z5.
N112G1Z-14.6F500.
N114G2X-47.599Y-6.652Z-15.R2.5
N116G1X-47.824Y-6.674F800.
N118G2X-47.4Y-2.92R20.461
N120G3X-47.788Y5.807R32.744
N122G2X-44.638Y9.653R3.279
N124G3X4.663Y15.438R258.729
N126G2X8.541Y11.507R3.286
N128G3X8.544Y-11.527R52.683
N130G2X4.664Y-15.438R3.286
N132G3X-44.641Y-9.652R258.754
N134G2X-47.824Y-6.674R3.279
N136G1X-45.069Y-6.507
N138X-45.029Y-5.757
N140X-44.959Y-5.007
N142X-44.857Y-4.257
N144X-44.723Y-3.507
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N9468X-4