型腔凸凹板零件數控加工工藝設計與編程,凸凹,零件,數控,加工,工藝,設計,編程 零 件 數 控 加 工 工 藝 設 計 與 編 程摘要數控加工作為一種新型的制造加工方式， 因其具備傳統(tǒng)機加工不可比擬的諸 多優(yōu)勢， 從而在當今制造業(yè)中被廣泛運用。 工藝設計與數控編程在數控加工中扮 演重要角色， 此外數控加工改變了以往的加工模式， 將人從對加工機器的控制中 解放出來， 投入到前期的數控工藝設計與程序編制上來。 工藝設計與數控程序編 制及機床自動加工， 環(huán)環(huán)相扣， 最后的零件產品直接由程序控制， 程序編制又依 賴于工藝設計。 所以工藝設計和程序編制在數控加工中有著重要地位， 同時也是 主要工作量。 本文以數控銑削板類零件為例， 對數控加工中的工藝設計和編程進 行研究， 包括零件工藝性分析 、 工藝規(guī)程設計、 程序編制及成品檢測分析等等相 關內容。 采用手工編程的方法編制數控程序， 運用三角函數知識對零件圖進行數 學處理， 計算出相應的基點坐標值 。 從加工出的零件成品檢測分析可知， 基點坐 標的計算對零件產品有著重要性影響。關鍵詞：數控加工，工藝設計，數控編程，檢測分析PARTS NC MACHINING PROCESS DESIGN AND PROGRAMMINGABSTRACTAs a new manufacturing method, numerical control machining has been widely used in manufacturing industry because of its incomparable advantages over traditional manufacturing methods.Process design and NC programming in NC machining play important roles. In addition, NC machining changed the previous mode of processing, liberated workers from the control of the processing machine, into the early NC process design and programming.Process design and NC programming and automatic machining, interlocking, the last parts products directly from the program control, programming rely on in process design.So the process design and programming in numerical control processing has an important position, but also the main workload.The parts of NC milling plate as an example, the NC machining process design and programming research, including parts process analysis, process planning design, programming and testing of finished product analysis, and so on.By using the method of manual programming, the NC program is programmed, and the parts drawing are processed by the knowledge of trigonometric function, and the corresponding point coordinate values are calculated.It can be known that the calculation of the base point coordinate has an important influence on the part product.Key words: numerical control machining, process planning, NC programming, Detection and analysis目 錄1 緒論 ---------------------------------------------------------------------------------------------11.1 引言 -------------------------------------------------------------------------------------11.2 背景及意義 ----------------------------------------------------------------------------11.3 數控加工現(xiàn)狀 -------------------------------------------------------------------------21.4 課題目標 -------------------------------------------------------------------------------42 零件的工藝性分析 ---------------------------------------------------------------------------52.1 零件簡圖 -------------------------------------------------------------------------------52.2 加工內容 -------------------------------------------------------------------------------52.3 結構工藝性 ----------------------------------------------------------------------------62.4 輪廓幾何要素 -------------------------------------------------------------------------62.5 技術要求 -------------------------------------------------------------------------------62.6 加工精度要求 -------------------------------------------------------------------------73 零件工藝設計 ---------------------------------------------------------------------------------83.1 加工方法 -------------------------------------------------------------------------------83.1.1 平面加工 ------------------------------------------------------------------------83.1.2 孔加工 ---------------------------------------------------------------------------83.2 確定零件毛坯 -------------------------------------------------------------------------93.3 加工設備 ------------------------------------------------------------------------------103.4 選擇加工刀具 ------------------------------------------------------------------------113.5 定位基準的選擇 ---------------------------------------------------------------------123.5.1 粗基準 -------------------------------------------------------------------------123.5.2 精基準 -------------------------------------------------------------------------123.6 裝夾方案 ------------------------------------------------------------------------------123.7 數控加工工藝路線 ------------------------------------------------------------------133.8 劃分加工階段 ------------------------------------------------------------------------153.9 確定切削用量 ------------------------------------------------------------------------164 數控程序編制 -------------------------------------------------------------------------------204.1 數值計算 ------------------------------------------------------------------------------204.2 工件坐標系 ---------------------------------------------------------------------------214.3 走刀路線 ------------------------------------------------------------------------------234.3.1 精銑外輪廓 -------------------------------------------------------------------234.3.2 精銑傾斜槽 -------------------------------------------------------------------244.4 基點坐標計算 ------------------------------------------------------------------------254.4.1 粗銑傾斜槽基點坐標 -------------------------------------------------------254.4.2 精銑傾斜槽基點坐標 -------------------------------------------------------284.4.3 倒角基點坐標 ----------------------------------------------------------------314.5 程序編制 ------------------------------------------------------------------------------334.5.1 精銑鍵槽程序 ----------------------------------------------------------------334.5.2 精銑傾斜槽程序 -------------------------------------------------------------345 零件成品檢測 -------------------------------------------------------------------------------365.1 檢測概述 ------------------------------------------------------------------------------365.1.1 檢測方法 ----------------------------------------------------------------------365.1.2 量具選用 ----------------------------------------------------------------------395.1.3 尺寸測量 ----------------------------------------------------------------------405.2 檢測數據分析 ------------------------------------------------------------------------425.3 結果分析 ------------------------------------------------------------------------------436 結論 -------------------------------------------------------------------------------------------44參考文獻 ----------------------------------------------------------------------------------------45致謝 ----------------------------------------------------------------------------------------------47附錄Ⅰ -------------------------------------------------------------------------------------------48附錄Ⅱ -------------------------------------------------------------------------------------------49附錄Ⅲ -------------------------------------------------------------------------------------------52附錄Ⅳ -------------------------------------------------------------------------------------------5711 緒 論1.1 引言數控加工技術于二十世紀中葉誕生于航空工業(yè)， 航空工業(yè)中傳統(tǒng)的機加工已 經無法滿足一些復雜零件的加工要求， 必須尋求一種新的加工技術方可保證零件 的加工要求。在這樣的一個機遇當中，數控加工技術應運而生。數控技術至從誕生之時起就從未停止發(fā)展的腳步。 如今的數控加工技術已經 能夠實現(xiàn)多軸聯(lián)動加工 ， 高檔數控技術是一個國家制造水平的象征 ， 這在國際上 早已形成共識 。 只有對數控加工技術作基礎性研究 ， 才能對這種技術有更深入的 了解， 進一步為了解高檔數控技術奠定扎實的基礎 。 本文利用一個板類零件針對 數控銑削加工進行研究 ， 設計加工工藝及編制數控程序 ， 并利用數控機床加工出 零件成品，最后分析兩者對零件成品的影響。1.2 背景及意義二十世紀五十年代， 第一臺數控機床的誕生， 標志著數控加工技術登上歷史 的舞臺。 半個世紀以來 ， 數控加工技術已經取得飛速的發(fā)展和革命性的突破。 數 控加工技術讓整個制造業(yè)發(fā)生顛覆性的變革， 科學技術的不斷發(fā)展， 數控加工在 制造業(yè)中承擔越來越重要的角色。時代更迭交替， 制造業(yè)將會涌現(xiàn)出不同的加工方式。 數控加工作為一種新型 的加工方式， 正逐步占據制造業(yè)中的主導地位， 數控加工技術對于一個國家而言， 無疑是一種強大的核心競爭力。 時過境遷， 技術不斷發(fā)展。 搶占制造技術制高點， 改變傳統(tǒng)生產模式，尋找新型生產方式，方可在這種前進的趨勢中穩(wěn)步前進。通過該課題的研究， 了解數控加工技術的起源及發(fā)展歷程， 對數控加工技術 有整體的把握。 縱觀西方發(fā)達國家數控加工技術的發(fā)展史， 對于尋求我國數控加 工技術的變革發(fā)展具有指導性的意義。 回望過去， 展眼未來。 站在這歷史的交接2點上， 通過此課題的研究， 對未來我國數控加工技術該如何發(fā)展做好良好的定位。 通過零件數控加工的實際綜合訓練， 從工藝規(guī)程設計到數控程序編制， 再到程序的調試， 最后到零件的自動加工。 整個過程就是一次次的挑戰(zhàn)。 當接受這些 挑戰(zhàn)，克服重重困難之后，方可發(fā)現(xiàn)此課題研究的重大作用。零件的工藝分析、 工藝路線的制定、 程序編制等等這些過程都會增強個人分 析能力 ， 更為重要的是磨練個人解決實際問題的能力 ， 為在實際工作中接受更大 的挑戰(zhàn)奠定扎實的基礎。1.3 數 控 加 工 現(xiàn) 狀數控加工技術最初誕生于美國， 美國在數控加工領域掌握著世界最先進的技 術水平。此外，作為工業(yè)帝國的德國，在數控加工領域同樣扮演著重要的角色， 至從發(fā)展自己的數控技術開始， 便始終堅持理論與實踐相結合的發(fā)展理念。 同時， 作為后起之秀的日本，在這一領域也同樣取得令世人矚目的驕人成績。美國的顯著特點是， 政府高度重視機床工業(yè)的發(fā)展， 國防部等相關部門不斷 提出數控機床的發(fā)展方向及下達科研任務， 并在財政上提供充足的科研經費， 網 絡世界頂尖的科研人才， 總體注重基礎科學研究。 鑒此， 美國在數控技術上一直 不 斷 創(chuàng) 新 。 如 1952 年 研 制 出 世 界 第 一 臺 數 控 機 床 、 1958 年 研 制 出 加 工 中 心 、 70 年 代 初 研 制 成 FMS、1987 年 首 創(chuàng) 開 放 式 數 控 系 統(tǒng) 等 [1]。 德 國 政 府 將 機 床 工 業(yè) 納 為國家戰(zhàn)略發(fā)展的重要地位， 給予大力扶持。 堅持 “以人為本 ”的理念， 師徒相傳， 不斷提高人員的技術水平。 德國非常重視科學實驗 ， 理論與實踐相結合， 基礎科 研與應用技術雙管齊下。 所以， 德國的數控機床質量及性能良好、 先進實用、 貨 真 價 實 ， 出 口 遍 及 世 界 ， 尤 其 是 大 型 、 重 型 、 精 密 數 控 機 床 [1]。 日 本 直 接 由 政 府 出臺相應的法規(guī)引導發(fā)展， 在科學研究方面學習德國的發(fā)展模式， 在質量管理上 則吸取美國的先進理念。 自 1958 年研制出第一臺數控機床后， 1978 年產量 （7342 臺） 超過美國 （5688 臺） ， 至今產量、 出口量一直居世界首位 （2001 年產量 46604 臺，出口 27409 臺，占 59%)[1]。經歷了五十多年的發(fā)展 ， 國外數控技術達到了一種新的高度 。 日本山崎馬扎 克公司開發(fā)出了可使用長鏜桿切削工件的復合加工機床， 其主要特點是主軸最高3VMC4020C 機 床 最 高 轉 速 達 到 7500r/min，1700kg 的 承 載 能 力 ， 711mm 的 垂 直 行 程 。 德 瑪 吉 公 司 生 產 的 CTX310ECO， 無 級 調 速 可 到 5000r/min， 輸 出 功 率 達 為 11kW， 主 軸 上 的 直 接 測 量 系 統(tǒng) 與 高 端 CNC 控 制 器 相 結 合 ， 實 現(xiàn) 最 高 定 位 精 度 [2]。 在 操 作 方 面 ， 都 采 用 了 西 門 子 和 發(fā) 那 科 的 高 科 技 三 維 CNC 數 控 系 統(tǒng) ， 彩 色 LED 顯 示 器 ， 標 準 鍵 盤 和 電 子 手 輪 。 除 此 之 外 ， 還 擁 有 整 合 了 西 門 子 數 控 系 統(tǒng) 中 的 ShopTurn 圖 形 化 編 程 軟 件 和 發(fā) 那 科 數 控 系 統(tǒng) 中 的 Manual Guide i 圖 形 化 編 程 軟 件 的 操 控 軟 件 [2]。我國數控技術起步于 20 世紀 50 年代末期，經歷了初期的封閉式開放階段， “六五” 、 “七五” 期間的消化吸收、 引進技術階段， “八五” 期間建立國產化 體系階段， “九五” 期間產業(yè)化階段， 現(xiàn)已基本掌握了數控技術， 建立了數控開 發(fā) 、 生 產 基 地 ， 培 養(yǎng) 了 一 批 數 控 專 業(yè) 人 才 ， 初 步 形 成 了 自 己 的 數 控 產 業(yè) [2]。 作 為 數控技術的載體，數控機床的發(fā)展大致分為兩個階段。中國于 1958 年研制出第 一 臺 數 控 機 床 ， 1958 年-1979 年 間 為 第 一 階 段 ， 此 期 間 由 于 盲 目 性 大 ， 缺 乏 實 事 求 是 的 科 學 精 神 ， 終 因 表 現(xiàn) 欠 佳 ， 無 法 用 于 生 產 而 停 頓 ； 1979 年 至 今 為 第 二 階 段， 在此期間先后從歐美等發(fā)達國家引進先進數控機床技術， 解決了可靠性和穩(wěn) 定 性 問 題 ， 數 控 機 床 才 開 始 生 產 和 使 用 ， 并 且 逐 步 向 前 發(fā) 展 [1]。經過半個世紀的不斷摸索和發(fā)展， 現(xiàn)今我國數控加工技術已經取得了顯著的 成績。 華中“ 世紀星 ”數控系統(tǒng)在功能和配置方面遠優(yōu)于國外普及型數控系統(tǒng) ； 廣 州數控生產的 GSK983M 系 統(tǒng) 是 中 高 檔 數 控 系 統(tǒng) 產 品 ， 該 系 統(tǒng) 最 多 可 實 現(xiàn) 5 軸 4 聯(lián) 動 ， 可 實 現(xiàn) 高 速 高 精 閉 環(huán) 加 工 ， 最 高 移 動 速 度 達 24m/min,精度達 1um； 由 齊 齊哈爾二機床集團、 清華大學和哈爾濱電機廠有限公司“ 產學研用 ”密切合作開發(fā) 的 XNZD2415 大 型 龍 門 式 五 軸 聯(lián) 動 混 連 機 床 ， 是 我 國 在 并 聯(lián) 機 床 研 究 方 面 的 一 個 突 破 ； 武 漢 重 型 機 床 廠 研 制 的 CKX53160 型 數 控 單 柱 移 動 立 式 銑 車 床 ， 加 工 直徑 16m，加工高度 6.3m，工作臺承重 550t 并可精確分度，要求工件一次裝夾 完 成 車 、 銑 、 鏜 、 鉆 、 攻 絲 、 磨 削 全 部 加 工 工 序 ， 制 造 難 度 大 [2]。雖然取得舉世矚目的驕人成果， 但是不乏存在一些問題。 由于我國機械加工 數控技術起步晚，抵擋技術不斷膨脹，因此一直處于高檔技術依賴進口的局面。 國內重點工程的關鍵設備中的數控加工技術主要靠進口， 從而導致我國數控加工4技術受制于人 。 數控加工領域的培訓工作尚處于低級階段 ， 僅限于培養(yǎng)基本操作 人員，嚴重缺乏高級數控編程、應用、設計人員。1.4 課 題 目 標零件數控加工， 一項具備研究價值的課題。 數控加工在不久的將來必定會成 為制造業(yè)的主流， 這是時代發(fā)展的趨勢， 也是社會前進的必然選擇。 對此課題展 開實際的研究， 利用數控機床對零件進行加工， 可以掌握相關的理論知識以及實 際操作。通過此課題的實踐研究可以實現(xiàn)以下種種目標及內容。（ 1） 查 閱 相 關 文 獻 ， 掌 握 零 件 的 工 藝 分 析 方 法 ， 并 對 該 零 件 進 行 工 藝 分 析 ， 包括零件加工內容、 零件結構工藝性 、 零件的輪廓幾何要素、 零件的技術要求以 及加工精度要求等等。（ 2） 根 據 零 件 的 輪 廓 特 征 以 及 表 面 的 要 求 選 擇 合 適 的 加 工 方 法 。 包 括 零 件 表面加工方法的確定、凹槽加工方法的選擇以及通孔加工方法的綜合評定等。（3）零件定位基準的分析選擇，涵蓋粗基準的選擇以及精基準的選擇。（ 4） 進 行 零 件 加 工 階 段 的 劃 分 ， 擬 定 合 理 的 加 工 工 藝 路 線 ， 確 定 加 工 工 序 內容，選擇計算合適的切削用量。（5）根據零件各特征的加工方法，選擇理想的加工刀具。（ 6） 根 據 加 工 工 藝 路 線 對 零 件 進 行 數 控 加 工 刀 具 路 徑 規(guī) 劃 ， 選 擇 最 佳 的 對 刀點、下刀點以及抬刀點。（7）對零件圖進行數學處理， 運用所學的數學知識計算出所有基點坐標值， 編制數控加工程序代碼。（ 8） 結 合 實 際 數 控 機 床 ， 完 成 數 控 程 序 的 調 試 以 及 修 改 ， 保 證 程 序 準 確 無 誤，最終利用該程序完成零件的數控加工并對其進行檢測分析。52 零 件 的 工 藝 性 分 析2.1 零 件 簡 圖圖 2-1 零 件 簡 圖圖 2-1 為該零件的簡圖 ， 該圖呈現(xiàn)了零件所包含的幾何輪廓特征。 圖中只標 注了零件輪廓尺寸以及特征位置尺寸 ， 所有特征的設計尺寸沒有標出 。 該零件完 整的零件圖詳見附錄Ⅰ。2.2 加工內容該零件由平面輪廓等特征組成。 加工內容包括 2×?12H7 的通孔； 2×?10mm 的 沉 孔 ； 35mm×25mm 的 傾 斜 槽 ； 12.5mm×15mm 的 鍵 槽 ； ?47mm 等 幾 何 尺 寸 構 成 的 臺 階 面 ； ?100mm 等幾何尺寸包圍的平面以及 120mm×80mm 的外輪廓。62.3 結構工藝性從零件圖中可以清晰地看到該零件的幾何輪廓都是由直線和圓弧構成， 并沒 有復雜的空間幾何要素，由此可知，數控銑床完全可以滿足該零件的加工要求。 除去 35mm×25mm 的 傾 斜 槽 之 外 ， 該 零 件 最 大 的 結 構 特 點 就 是 具 有 空 間 對 稱 性 ， 這 一 特 點 為 數 控 銑 削 加 工 中 程 序 的 編 制 創(chuàng) 造 了 有 利 條 件 。 傾 斜 槽 圓 弧 半 徑 為 7mm,完 全 可 以 滿 足 立 銑 刀 的 最 小 半 徑 加 工 要 求 。 綜 上 所 述 ， 該 零 件 具 備 良 好 的 結構工藝性，完全可以利用數控銑床進行加工。2.4 輪廓幾何要素該零件利用數控銑床加工， 要求給定零件圖樣準確無誤。 只有完整的輪廓幾 何要素， 方可為后續(xù)數控程序的編制提供依據 ， 從而保證數控程序的質量， 進一 步保證加工出的零件滿足零件圖紙的設計要求。縱觀零件圖樣，不難看出，該零件的輪廓幾何要素都是由直線和圓弧組成， 結構形狀簡單明了。 整個零件最為顯著的幾何輪廓就是傾斜槽， 它也是本零件加 工的難點所在。 要想確定傾斜槽的位置關系， 就必須給出相關尺寸。 包括傾斜槽 中心到零件中心的幾何尺寸、 傾斜角度以及傾斜槽的長、 寬和圓弧的尺寸， 所有 這些幾何要素在零件圖中都應該表達完備。 另外， 從圖紙中， 可以知道該零件的 其他輪廓幾何要素標注非常完整， 準確。 以上分析可知， 該零件圖紙幾何尺寸的 標注可以滿足數控程序的編制。2.5 技 術 要 求從 零 件 圖 可 以 明 確 該 零 件 的 技 術 要 求 有 兩 點 ： ① 未 注 尺 寸 公 差 為 IT13； ② 銳 邊 去 毛 刺 。 13 級 的 公 差 要 求 大 大 降 低 了 零 件 的 加 工 難 度 ， 只 要 保 證 標 注 公 差 的尺寸要求，那么未標注公差的尺寸則一定能夠得到保證。72.6 加工精度要求（1）孔的尺寸精度及表面粗糙度2×?12H7 的通孔， 該孔按照基孔制配合 ， 公差等級為 IT7， 基本尺寸為 12mm， 由公差等級表， 可以確定該孔的極限偏差為 0.018mm， 表面粗糙度 Ra 為 1.6um。 整個零件中， 最高精度要求為通孔的精度要求， 所以必須在一次裝夾之后加工出 該特征， 方可保證其加工要求 。 由于受到數控設備條件不足的限制， 該孔可以通 過立銑刀精銑的方式進行加工，同樣也能達到加工要求。2×?10 的 沉 孔 ， 未 標 注 公 差 ， 按 技 術 要 求 ， 公 差 等 級 為 IT13， 表 面 粗 糙 度 Ra 為 3.2um。 從 加 工 精 度 數 值 的 大 小 ， 可 以 看 出 ， 沉 孔 的 加 工 要 求 明 顯 要 比 通 孔的加工要求低很多。（2）孔的相互位置精度2×?12H7 孔距基本尺寸為 18mm， 公差為± 0.05mm； 2×?10 孔距基本尺寸 為28mm， 公 差 為 ±0.05mm。（3）凹槽的尺寸精度和表面粗糙度 傾斜槽的長寬基本尺寸為：35mm×25mm；兩者的公差相同，其上偏差為：+0.052mm， 下 偏 差 為 ： 0； 傾 斜 角 度 為 45??；內側面的表面粗糙度 Ra 為 3.2um。 鍵槽的基本尺寸為： 長 12.5mm， 公差等級為 IT13； 寬 15mm,上偏差為 +0.043，下偏差為 0，內側面的表面粗糙度要求 Ra 為 3.2um。（4）主要平面和側面的表面粗糙度 零 件 上 表 面 、 內 臺 階 面 側 面 、 外 臺 階 面及 其 側 面 和 零 件 底 面 的 表 面 粗 糙 度Ra 都為 3.2um。除此之外，其余表面的粗糙度要求 Ra 為 6.3um。83 零 件 工 藝 設 計3.1 加 工 方 法3.1.1 平面加工根據零件結構特征、 材質、 尺寸公差及表面粗糙度要求等因素綜合考慮， 零 件的加工方法多種多樣。 只有全面考慮各種因素的影響， 才能最終確定最佳的加 工方法。該零件最為顯著的特征就是平面輪廓， 并且該輪廓具有對稱性， 如果不考慮 內腔傾斜槽， 那么該零件就是一個對稱性的零件。 該平面輪廓的表面和側面， 所 要求的表面粗糙度 Ra 為 3.2um。 再則， 內腔傾斜槽側面的表面粗糙度 Ra 同樣為 3.2um。 所以對于這種典型的平面類輪廓零件 ， 采用數控銑削為最佳的加工方法。 采用數控銑削加工， 對稱性的結構特征有利于程序的編制。 通常而言， 通過粗銑 然后再精銑的加工方案，就可以滿足零件表面的加工精度要求。3.1.2 孔 加 工該零件有兩個關于中心線對稱的通孔 2×?12H7。 該孔的加工精度要求最高 ， 公差等級為 7 級 ， 表 面 粗 糙 度 Ra 為 1.6um。 若 要 只 考 慮 滿 足 加 工 精 度 而 言 ， 該 孔的最佳加工方案為： 鉆 →擴→粗鉸→精鉸。 但是采用此方案就必須具備滿足該 方案的加工設備， 該方案必須要經過二次裝夾方可加工出所需的特征， 由此會造 成更大的加工誤差。 雖然孔的加工精度能夠滿足要求， 但是孔的位置誤差由于二 次裝夾以及對刀等因素的影響必定無法滿足要求。 綜合考慮數控設備及一次裝夾 盡量加工更多特征的準則， 最終選擇該孔采用數控銑削的方案進行加工， 通過嚴 格選擇該工步的切削用量，以保證精度要求。綜上所述， 該零件采用數控銑削的加工方法， 工件一次裝夾之后便可實現(xiàn)零 件所有特征的加工，充分發(fā)揮了數控加工的優(yōu)勢。93.2 確定零件毛坯（1）選擇毛坯 由零件的工藝分析可知， 該零件的材料在機械性能上不做過多要求， 所以無論其材料是鋼鐵或是工程塑料， 只要最后的加工精度達到要求即可。 再則該課題 所進行的為實驗性研究，所以選擇切削性能良好的尼龍塑料作為該零件的材料。該零件的結構特征十分簡單 ， 并且切削去除材料并不是很大 ， 又采用數控銑 削的方式加工，加工效率非常高，所以毛坯可以是一個方塊。（2）確定毛坯尺寸零件外輪廓尺寸為 120mm×80mm×19mm，為了使毛坯能夠有效的裝夾，所 以 毛 坯 件 必 須 預 留 出 裝 夾 所 需 的 安 全 空 間 區(qū) 域 ， 只 有 這 樣 才 能 夠 對 毛 坯 進 行 裝 夾， 從而對零件進行加工 。 綜合考慮裝夾安全區(qū)域的影響后， 最終選擇的實際毛 坯尺寸為 200mm×100mm×30mm。表 3-1 毛 坯 尺 寸 mm毛 坯 幾 何 要 素 長 寬 高基 本 尺 寸 200 100 30圖 3-1 毛坯103.3 加工設備加 工 該 零 件 所 選 用 的 設 備 為 實 驗 室 中 一 臺 啄 木 鳥 牌 數 控 雕 刻 機 ， 型 號 為CP6590。 該 機 床 的 主 要 技 術 參 數 如 下 ： 重 復 定 位 精 度 ： ±0.02mm 分別率：0.005 毫米/脈沖 最 高 主 軸 電 機 轉 速 :24000r/min 最 大 刀 柄 直 徑 ： ?8mm 最高快移走速：7.2/25* 米/分圖 3-2 數 控 機 床113.4 選擇加工刀具該零件采用數控銑削的加工方法， 所以采用的刀具自然為立銑刀。 綜合零件 的加工特征考慮， 所選用的銑刀能夠滿足銑削平面 、 端面、 輪廓側面以及孔的內 表面， 由于零件是通過一次裝夾之后加工出所有的幾何特征， 所以選擇的銑刀直 徑應該小于該零件的最小結構特征尺寸。 該零件上最小的幾何尺寸為兩個沉孔的 直 徑 尺 寸 ?10mm， 所 以 選 用 的 銑 刀 直 徑 應 該 小 于 該 尺 寸 。 同 時 為 了 兼 顧 加 工 效 率 ， 充 分 發(fā) 揮 數 控 機 床 的 效 率 ， 選 用 的 銑 刀 直 徑 最 好 為 ?8mm。綜 上 所 述 ， 最 終 選 擇 整 體 直 柄 硬 質 合 金 立 銑 刀 。 查 閱 參 考 文 獻 [3]表 4.85， 滿 足 銑 削 要 求 的 銑 刀 直 徑 d1 =8mm， 刀 柄 直 徑 d2 =8mm， 總 長 L=63mm， 刃 長 l =19mm。 實 際 銑 刀 直 徑 d1 =8mm， 刀 柄 直 徑 d2 =8mm， 總 長 L=66mm， 刃 長 l =22mm。圖 3-3 刀具123.5 定位基準的選擇3.5.1 粗基準 該零件的主要加工特征在上表面 ， 所以考慮到便于裝夾的原則 ， 應該選擇底面作為粗基準。零件在縱向上具有對稱性，所以要選擇兩側面為粗基準。3.5.2 精基準 該零件為平面輪廓的板型零件， 輪廓具有對稱性， 凸臺輪廓關于零件中心對稱， 即零件的兩個端面為零件的設計基準。 為了避免由于基準不重合產生的定位 誤差， 保證加工精度， 應該選擇零件的端面作為精基準， 及遵循“ 基準重合” 原則。 除此之外， 為了使定位更加的可靠 ， 使加工過程穩(wěn)定， 所以必須要選擇零件的底 面作為精基準。 綜合考慮零件加工精度以及加工的平穩(wěn)性兩大因素， 最終選擇底 面作為第一定位基準， 限制 3 個自由度， 端面為第二定位基準， 限制 2 個自由度。有以上分析結果可知 ， 粗基準和精基準的選擇結果基本上是一致的 ， 均選擇 了端面和底面構成的組合表面為定位基準。3.6 裝 夾 方 案裝夾是零件相對于機床有一個確定位置的過程。 就數控加工而言， 由于加工 過程經由機床本身自動完成，所以裝夾尤為重要，只有確保裝夾正確的前提下， 才能加工出符合圖紙要求的零件。 即使數控加工程序沒有什么問題， 但是由于工 件裝夾不正， 從而導致對刀的時候所建立的實際坐標系與工件坐標系之間存在偏 差， 很容易導致加工出的零件不符合設計要求 。 由此可知， 裝夾在整個加工過程 中占據非常重要的地位，它是整個加工能夠順利進行的基礎條件。根據現(xiàn)有條件以及零件實際毛坯尺寸對裝夾方案做如下分析確定。 零件實際毛坯尺寸為 200mm×100mm×30mm。 利用虎口鉗裝夾最為便 捷 ， 但是 所 選 用 的 數 控 設 備 工 作 臺 為 帶 有 T 型 槽 的 平 面 ， 所 以 只 能 排 除 虎 口 鉗 裝 夾 的 可能性。鑒于數控設備工作臺的要求，所以該零件加工只能采用壓板進行裝夾。為了杜絕加工過程中發(fā)生撞刀的危險情況， 所以采用劃線裝夾法對該零件進13行裝夾。 首先在零件毛坯上劃線 ， 找出毛坯的幾何中心， 然后根據幾何中心點規(guī) 劃零件加工區(qū)域， 確定零件的加工區(qū)域之后， 才能夠進一步確定壓板的壓緊空間。 根據現(xiàn)有的壓板種類進行組合選擇， 最終采用三點裝夾的方案。 即采用一個長壓 板夾緊毛坯左端， 采用兩個短壓板分別夾緊毛坯右端上下兩個邊角。 采用此方案 進行裝夾，夾緊力在空間中呈三角形分布，穩(wěn)定性高，能夠確保裝夾可靠。圖 3-4 毛坯裝夾3.7 數 控 加 工 工 藝 路 線本零件的生產類型為單件生產 ， 所選的加工方法為數控銑削加工 。 所以在擬 定數控加工工藝路線的時候，要充分考慮以下幾個方面：第一、采用數控銑削的加工方法，在安排工藝時盡可能一次裝夾之后加工出 更多的特征，以保證機床的使用效率；第二、在一次裝夾加工出更多特征的前提下，同時還要考慮到裝夾之后加工 的可能性，以免發(fā)生撞刀，從而導致不必要的損失；第三、 根據表面粗糙度要求， 定要遵循“ 先粗后精 ”的原則合理安排加工工序； 第四、在安排工序時，切勿將某一表面加工完成之后再去加工另外的其他表面，應該將所有的表面進行粗加工之后再對其進行精加工。14根據以上各種注意事項的綜合分析，可以制定出以下的數控加工工藝路線： 方案一：工序 1：銑外表面輪廓→銑內表面輪廓→銑凹槽及沉孔→銑兩個通孔 定位基準：底面和端面方案二：工序 1：銑外表面輪廓→銑內表面輪廓→銑凹槽及沉孔 定位基準：底面及端面工序 2：兩個通孔的鉆、擴和鉸加工 定位基準：底面及端面表 3-2 方 案 表項目 優(yōu)點 缺點方 案 一方 案 二工 序 集 中 、 加 工 效 率 高零 件 加 工 精 度 高裝 夾 不 便工 序 分 散 、 多 次 裝 夾從表 3-2 中可以直觀看出， 方案一中工序比較集中 ， 一次裝夾之后便可以加 工出該零件的所有工藝特征， 非常符合數控加工工藝特點的要求。 但是若采用此 種工藝方案， 零件的裝夾是否能夠滿足要求， 仔細分析可以得出結論， 若用壓板 在安全區(qū)域內進行裝夾是不會干涉加工， 所以此方案具有良好的可行性。 方案二 對方案一中的工序進行拆分，將通孔的加工單獨列出作為一道工序。由此可知， 在這種情況下， 無疑導致工序分散， 違背數控加工工序集中的原則。 但是采用此 種加工方案， 通孔的加工要求很容易達到， 精度很高 ， 更容易加工出零件的要求。 不過也會導致另外一個問題，就是工序分散，二次裝夾必定導致加工誤差增大， 這是無法避免。綜上所述， 不難得出結論 ， 方案一的優(yōu)點多于方案二， 并且考慮到加工設備 的因素， 總體來 說 ， 該零件更適合采用方案一的工藝路線， 所以最終采用方案一 的工藝路線對該零件進行加工。153.8 劃分加工階段（1）銑外表面輪廓表面粗糙度 Ra 為 3.2um， 該道工步中的背吃刀量 ap 為 5mm。 根據粗糙度要 求可知， 一次銑削無法達到加工要求， 所以必須分為粗銑然后再精銑兩個加工階 段。粗銑階段應以除去大部分材料為目的，精銑則是滿足所需的精度要求。（2）銑內表面輪廓表面粗糙度 Ra 為 3.2um， 該道工步中背吃刀量 ap 為 4mm。 所以為了粗糙度 要求，就必須先進行粗銑然后再進行精銑，所以該加工同樣分為兩個加工階段。（3）銑凹槽凹槽側面的表面粗糙度 Ra 為 3.2um， 該 工 步 的 加 工 余 量 為 3mm。 只 有 精 銑 后才能到達要求。（4）通孔加工該通孔的表面粗糙度 Ra 為 1.6um。 該特征的加工要求為整個零件中最高的 ， 所以也必須通過精銑才能達到加工要求。綜上所述， 零件四個特征加工都分為兩個加工階段 。 首先要進行粗加工， 銑 削大部分材料，然后再進行精加工，以保證零件的加工要求。雖然每個特征表面都要經過粗銑和精銑兩個加工階段， 但是不可按照加工完 一個特征表面然后再去加工另外一個特征表面的順序進行加工， 那樣頻繁的改變 切削用量反倒使加工出的零件達不到所設計的精度要求。 由此， 應該粗銑零件上 的所有特征， 去除大部分材料之后， 然后再重新精銑一遍零件上的所有特征， 只 有這樣的加工順序才能保證零件的加工精度。163.9 確定切削用量（1）粗銑外輪廓表面背吃刀量的確定 由零件圖可知 ， 該工步中輪廓表面的基本尺寸為 5mm， 由 此 可 知 ， 其 加 工 余 量 就 是 5mm。 由 于 要 在 粗 銑 之 后 還 要 進 行 精 銑 的 加 工 ， 所 以 要為精銑留有一定的加工余量， 通常情況下， 精銑加工余量為 0.5mm。 所以該道 工步的背吃刀量 ap1 =5mm-0.5mm=4.5mm；確定進給量 所選用的刀具為硬質合金銑刀，加工材料為尼龍材料，并且該工 步 為 粗 銑 ， 以 鑄 鐵 材 料 為 參 考 查 閱 參 考 文 獻 [4]表 3-13 取 f ??0.15mm計 算 銑 削 速 度 根 據 刀 具 的 材 質 以 及 加 工 材 料 的 種 類 ， 查 參 考 文 獻 [4]表 3-14選取理論 vC =100m/min；理論主軸轉速按照下式進行計算：n ??1000 ??vC /(?d ) （ 3-2）n ??1000 ??vC /(?d ) ??1000 ?100 /(???8) ??3978.8r / min又 根 據 機 床 主 軸 轉 速 級 別 ， 選 取 較 近 的 轉 速 。 所 以 實 際 的 主 軸 轉 速n' =4000r/min， 則 實 際 的 切 削 速 度 可 由 下 式 進 行 計 算 ：vC ' ???n' d /1000 （ 3-3）vC ' ???n' d /1000 ?????4000 ??8 /1000 ??100.5m / min（2）粗銑內表面輪廓確定背吃刀量 由零件圖可知， 內輪廓表面總的加工余量為 4mm。 通常情況 下，預留 0.5mm 的精加工余量，所以該道工步的背吃刀量 ap 2 =3.5mm；確定進給量 由于該加工為粗加工， 所以進給量應該和上道工步選取同一值， 即 f z ??0.15mm ；計算銑削速度 該道工步的理論切削速度取值和上道工步的理論切削速度相同， 即 vC =100m/min， 同理計算出理論主軸轉速 n ??3978.8r / min ， 又根據機床主 軸 轉 速 級 別 來 確 定 選 取 較 近 的 轉 速 ， 所 以 實 際 主 軸 轉 速 n' =4000r/min， 進 一 步 計z17算出實際的切削速度 vC ' ??100.5m / min ；（3）粗銑凹槽確定背吃刀量 由零件圖可知 ， 凹槽深度的公稱尺寸為 7mm， 并且該尺寸的 設 計 基 準 為 零 件 的 上 表 面 。 由 此 可 知 ， 該 道 工 步 總 的 加 工 余 量 為 7mm。但是由 于內輪廓表面的加工在此道工步之前， 并且在內輪廓表面的銑削的工步中已經切 除 4mm 的加工余量，所以該工步的加工余量為 3mm。 除 去 0.5 的精加工余量以 后，該工步的實際背吃刀量 ap3 ??2.5mm ；確定進給量 由于該道工步同樣為粗加工，所以其進給量選值和上道工步相 同，即 f z ??0.15mm ；計算銑削速度 此處理論選取的切削速度 vC ??100m / min ， 同理可計算出理論 的主軸轉速 n ??3978.8r / min ， 實 際 的 主 軸 轉 速 選 取 n' ??4000r / min ， 則 實 際 的 切 削速度同樣可以計算得出 vC ' ??100.5m / min ；（4）粗銑通孔確定背吃刀量 由零件圖可知，該孔的公稱直徑為 ?12mm ，利用銑削加工， 孔 徑 的 單 邊 預 留 精 加 工 余 量 為 0.5mm 。 由 此 可 知 ， 該 道 工 步 的 背 吃 刀 量 ap 4 ??11mm ；確定進給量 該道工步同樣為粗加工，所以進給量的選擇和上道工步一樣， 即 f z ??0.15mm ；計算銑削速度 此處選取的理論銑削速度同樣為 vC ??100m / min ， 進一步計算 出 理 論 主 軸 轉 速 n ??3978.8r / min ， 實 際 的 主 軸 轉 速 根 據 機 床 主 軸 轉 速 級 別 進 行 選取，即 n' ??4000r / min ，更進一步計算出實際的切削速度 vC ' ??100.5m / min ；（5）精銑外表面輪廓確定背吃刀量 根據粗加工該特征的工步中知道， 預留有 0.5mm 的精加工余 量，所以該道工步的背吃刀量 ap5 ??0.5mm ；確定進給量 由于該道工步為精加工， 所以在選取進給量時應該盡量選小值，18保 證 其 加 工 質 量 的 要 求 。 查 參 考 文 獻 [4]表 3-13，最終選定 f ??0.10mm ；計算銑削速度 精加工中為了保證加工要求，所選擇的銑削速度應該要比粗 加 工 中 的 銑 削 速 度 要 高 ， 查 參 考 文 獻 [4] 表 3-14 ， 選 取 的 理 論 銑 削 速 度 vC ??145m / min ，理論的主軸轉速可按下式進行計算：n ??1000 ??vC /(?d ) ??1000 ?145 /(???8) ??5769.4r / min由以上計算結果和主軸轉速級別，最終選擇實際主軸轉速 n' ??6000r / min ，則實際的銑削速度可以按照下式進行計算：vC ' ???n' d /1000 ?????6000 ??8 /1000 ??150.7m / min（6）精銑內表面輪廓確 定 背 吃 刀 量 由 精 加 工 余 量 為 0.5mm， 可 以 得 出 該 道 工 步 的 背 吃 刀 量ap 6 ??0.5mm ；確 定 進 給 量 該 道 工 步 進 給 量 的 取 值 應 和 上 道 工 步 的 進 給 量 相 同 ， 即 ：f z ??0.10mm ；計算銑削速度 該道工步為精加工，所以選取的理論銑削速度和上道工步相 同 ， 即 vC ??145m / min 。 同 理 可 以 計 算 出 理 論 主 軸 轉 速 n ??5769.4r / min ， 選 取 實 際的主軸轉速 n' ??6000r / min ，進一步計算出實際的切削速度 vC ' ??150.7m / min ；（7）精銑凹槽確 定 背 吃 刀 量 由 精 加 工 余 量 為 0.5mm 可 知 ， 該 道 工 步 的 背 吃 刀 量ap 7 ??0.5mm ；確定進給量 該工步進給量的選值和上道工步相同，即 f z ??0.10mm ； 計算銑削速度 由于該工步的背吃刀量以及進給量和上道工步的相同，所以最 終 確 定 的 實 際 主 軸 轉 速 和 計 算 出 的 實 際 切 削 速 度 亦 也 相 同 ， 即 實 際 主 軸 轉 速n' ??6000r / min ，實際切削速度 vC ' ??150.7m / min ；z19（8）精銑通孔確 定 背 吃 刀 量 由 精 加 工 余 量 為 0.5mm 可 知 ， 該 道 工 步 的 背 吃 刀 量ap8 ??0.5mm ；確定進給量 該工步進給量的選值和上道工步相同，即 f z ??0.10mm ； 計算銑削速度 由于該工步的背吃刀量以及進給量和上道工步的相同，所以最 終 確 定 的 實 際 主 軸 轉 速 和 計 算 出 的 實 際 切 削 速 度 亦 也 相 同 ， 即 實 際 主 軸 轉 速n' ??6000r / min ，實際切削速度 vC ' ??150.7m / min 。 根據以上計算結果填寫工藝卡片，包括工藝過程卡及工序卡，詳見附錄Ⅱ。20?0