数控毕业设计典型零件数控加工工艺工装设计

数控毕业设计典型零件数控加工工艺工装设计

IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

一、毕业论文的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求）

1.课题名称：

典型零件数控加工工艺工装设计

2.设计任务与要求：

设计任务：

根据所给零件图（轴类、铣削类各一种），生产纲领为中批或大批生产，进行数控加工工艺规程的编制及工装设计。

设计的要求

1）选用适当的数控机床。

2）绘图采用Autocad，也可用Pro-E

3）零件加工程序应符合ISO标准的有关规定。

4）绘制的机械装配图要求正确、合理、图面整洁、符合国家制图标准。

5）说明书应简明扼要、计算准确、条理清楚、图文并茂并全部用计算机打印后装订成册。

3.设计内容

(1)确定生产类型，对零件进行工艺分析。

(2)选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图(零件——毛坯图)。

(3)拟定零件的数控机械加工工艺过程，选择各工序加工设备和工艺装备

(刀具、夹具、量具、辅具等)，确定各工序切削用量及工序尺寸，计算工

时定额。

(4)填写工艺文件：工艺过程卡片，工序卡片。

(5)进行数控编程

(6)设计数控铣削工序的专用夹具，绘制装配图和零件图。

(7)撰写设计说明书。

二、毕业设计图纸内容及张数

1、绘制零件图共7张（含数控加工零件）

2、绘制数控加工的零件（轴类、腔型类）毛坯图共2张

3、机械加工工艺卡片 1套

4、工艺装备设计图纸 1套

5、设计说明书 1份

三、毕业设计实物内容及要求

1）零件工艺分析。

2）总体方案的拟定及可行性论证。

3）轴类零件数控加工工艺规程的编制。

4）进行轴类零件数控加工程序的编制。

5）铣削类零件数控加工工艺规程的编制。

6）进行铣削类零件加工程序的编制。

7）编写设计说明书。

摘要

制造自动化技术是先进制造技术中得重要组成部分，其核心技术是数控技术。数控技术是应用计算机.自动控制.自动检验及精密机器等高新技术得产物。它得出现及所带来得巨大效益，已经引起了世界各国技术与工业界的普遍重视。目前，随着国内数控机床用量得剧增，急需培养

大批的能够熟练掌握现代数控机床编程.操作和维护得应用型高级技术人

才。

科学技术和社会的蓬勃发展，对机械加工产品得质量，品种和生产效率提出了越来越高得要求。数控加工技术就是实现产品加工过程自动化得现代化得措施之一，应用数控加工技术能提高加工质量和生产效率，解决若干普通机械加工所解决不了的加工技术问题，大大降低加工成本，提高综合经济效益，还能极大改善工人的劳动条件，提高工人得素质。

数控技术是以数字的形式实现自动加工控制得一门技术，其指令得数字和文字编码得方式，记录在控制介质上，经过计算机得处理后，对机床各种动作得顺序位移量及速度实现自动控制。

二关键字

零件的制造工艺性：所设计得零件在满足使用要求得前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。

对刀点:在数控机床上加工零件时，刀具对工件运动的起始点。

手工编程：从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制备控制介质到程序校验都是有人工完成。

自动编程：利用计算机专用软件编制数控加工程序得过程。

基点：一个零件轮廓由许多不同的几何元素组成，各个元素间得连接点称为基点。

机床坐标系：以机床原点为坐标原点建立起来的X Z轴得直角坐标系。

工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后得尺寸、形状、位置的基准。

1、在夹紧过程中能应保持工件定位是所获得得正确位置。

2、夹紧应可靠和适应。

3、夹紧装置应操作方便、省力、安全。

夹紧装置得复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。

目录

第一章：概述 (1)

数控机床的简介、应用和发展………………………………………………

数控加工…………………………………………………

数控加工的特点…………………………………………………

数控系统…………………………………………………

CAXA制造工程师进行自动编程的基本步骤………………………………

第二章：设计部分 (2)

轴零件的加工…………………………………………………

2.1.1 分析轴零件图纸及加工性能………………………………

2.1.2 选定数控设备………………………………………………

2.1.3 确定零件的定位基准和装夹方式…………………………

2.1.4 选取刀具……………………………………………

2.1.5 确定对刀点及换刀位置……………………………………

2.1.6 制定加工方案………………………………………………

2.1.7 确定切削用量………………………………………………

2.1.8 填写数控加工技术文件……………………………………

铣削零件的加工………………………………………………

2.2.1 分析座盘零件图样及加工性能……………………………

2.2.2 选用数控设备………………………………………………

2.2.3 确定零件的定位基准和装夹方式…………………………

2.2.4 选取刀具……………………………………………

2.2.5 确定对刀点及换刀位置……………………………………

2.2.6 制定加工方案………………………………………………

2.2.7 确定切削用量………………………………………………

2.2.8 填写数控加工技术文件……………………………………

第三章：数控铣削工序的专用夹具…………………………………………第三章：设计总结…………………………………………………………………………………

参考文献……………………………………………………………………………

第一章概述

数控机床的简介、应用、和发展

⑴数控机床的简介

数控机床是一种利用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。主要分为立式和卧式两种。立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。

数控铣床分三坐标和多坐标两种。三坐标（X Y Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线和轮廓和开敞曲面的行切。多坐标机床是在三坐标的基础上，通过增加分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆线行切等，摆角形式坐标主要为A或B;5坐标机床主要为AB、AC、BC，可根据零件需要选用，摆角加工大小由加工的零件决定。数控机床从组成来看。主要分为以下两方面：

机床本身技术参数

数控机床主要的技术参数由下面几个

1、工作台：零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用

2、T形槽：工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽数、槽宽、相互间距，需要根据加工工件的符号进行规定。

3、主轴：主轴形式，主轴孔形式等。

4进给范围：机床XYZ三个方向的可移动距离（行程），移动速度的大小；摆角（ABC）的摆动范围，摆动的速度

主轴的旋转：主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等

数控加工

数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。

被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所示：

【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】

（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的地方；

（2）利用图形软件（PRO/E UG）造型；

（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工，半精加工，精加工轨迹）；

（4）轨迹仿真检验；

（5）生成G代码

（6）传给机床实现加工；

数控加工的特点

数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误

差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：

（1）提高生产效率；

（2）不需熟练的机床操作人员；

（3）提高加工精度并且保持加工质量；

（4）可以减少工装卡具；

（5）可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效

率；

（6）容易进行加工过程管理；

（7）可以减少检查工作量；

（8）可以降低废、次品率；

（9）便于设计变更，加工设定柔性；

（19）容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；

（11）操作容易，极大减轻体力劳动强度

随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。

数控系统

数控系统是控制机床的核心。现代数控系统通常是一台带有专用系统软件的专用微型计算机。它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性价比因此应该可以考虑以下几个方面：

1、分辨率：分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。2控制轴数和联动轴数：应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况3、标准功能项目：功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自动适应技术模块等

利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤

CAM系统的编程基本步骤如下：

●理解二维图纸或其它的模型数据

●建立加工模型或通过数据接口读入

●确定加工工艺（装卡、刀具等）

●生成刀具轨迹

●加工仿真

●后期处理生成NC代码

●输出加工代码

现在分别予以说明。

1、加工工艺的确定

加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：

●核准加工零件的尺寸、公差和精度要求

●确定装夹位置

●选择刀具

●确定加工路线

●选定工艺参数

2、加工模型建立

利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。

加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。

被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。

被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统

自动生成零件的外形曲面。

3、刀具轨迹生成

建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，

为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。

4、后期G代码生成

在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后期处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床

要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。

5、加工代码输出

生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。

随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。我们相信当你认识了CAXA制造工程师以后，CAXA制造工程师一定会走到你的身边，成为你身边的不可多得的造型能手，忠实可靠的编程高手，数控加工工艺的良师益友。

第二章设计部分

第一节零件的工艺分析

1.分析轴零件

轴零件的加工

2.图纸及加工性能

该轴零件是由外圆柱面，槽面，螺纹面和外圆锥面。从图纸2上看出零件有表面粗糙度要求，其中有三个尺寸也有严格的尺寸精度要求，有极限偏差尺寸标注而且零件图尺寸标注完整，轮廓描述的清楚。该轴零件无

热处理和硬度要求，但是所有的表面都必须加工。为提高加工效率，可以先采用一般刀具进行粗加工，然后按要求选择刀具对轮廓上的残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。

2.工件材料的选择

钢45（长度100直径35的棒料）

3. 数控设备

加工此轴类零件采用日本FANUC系统的卧式车床，配备旋转刀架，可以自动换刀，刀架里有90°外圆车刀，60°的螺纹车刀，切断刀（刀宽

4mm）

4．确定零件的定位基准和装夹方式

采用一次装夹完成重要表面的所有加工工序，可以直接选用毛面作为定位基准，只是毛面的精度要求要高些。

圆柱体棒料外形规整，采用三爪卡盘，装夹时要保证毛坯外露平面基本平行与机床工作台，并且被夹的面和未被夹住的面要分别平行对应轴。

5.选取刀具并对刀

加工该轴类零件所用到的硬质合金刀具有90°外圆车刀，60°的螺纹车刀，切断刀（刀宽4mm）。

6．确定对刀点及换刀位置

其中90°外圆车刀和60°螺纹车刀的对刀点为刀具的刀尖，而切断刀（刀宽4mm）的对刀点为刀具的左刀尖，这样编制数控加工程序时可以确定刀具位置。

7.制定加工方案

先对刀建立工件坐标系，再用90°外圆车刀粗车外圆柱面和精车外圆柱面，然后按照图纸，再绕圆弧车，表面车完了后，再就是回到换刀点换60°螺纹车刀车M20*2长为16mm的螺纹，车完螺纹后，回到换刀点换切断刀（刀宽4mm）切直径为16m m的槽，最后切断。切削过程中依然用皂化液作为冷却液，在产品加工过程中，切削液的主要作用有：冷却作用、润滑作用、排屑作用、洗涤以及防锈等作用。考虑到产品的加工材料特性，以及其生产成本，故采用皂化液（由皂化油与水的混合所形成的溶液）加工工艺时。

8.确定切屑用量

切削用量是指切削时各运动参数的数值，它是调整机床的依据。切削用量包括切削速度v、进给量f和切削深度a p，这三者常称为切削用量三要素。

1）切削速度V

V = Dn/1000

车外圆轮廓时主轴转速N=800 r/min， V=87.92m/min。

车螺纹时主轴转速N=600 r/min， V=65.94 m/min。

切槽面时主轴转速N=400 r/min， V=43.96 m/min。

2）进给量f

在车外圆轮廓时进给量f=1.5mm/r；在车螺纹时进给量f=0.8mm/r；在切槽面时进给量f=0.3mm/r。

3）切削深度

外圆车削来切削深度

a p=（d w-d m）/2

式中 d w——工件待加工表面的直径（mm）；

d m——已加工表面的直径（mm）。

由于每段的切屑深度不同，所以可以根据已知条件来求切屑深度。

9.填写数控车加工技术

数控车加工工序卡片

（表2-1）

（表2-2）

第二节手工编

数控车床加工程序单

%

O0002

N001 G50 X100，Z100；N002 M03S800；

N003 T0101；

N004 G00 X26，Z2；

N005 G01 Z-20 F1.5 M08；N006 X22；

N007 X28，Z-30；

N008 Z-40；N009 G02 X56， R15；N012 Z-76；

N013 G00 X100，Z100；N014 T0100；

N015 M06T0202；

N016 S600；

N017 G00 X26，Z2；

N018 G92 ，-16 F；

N019 ；

N020 ；

N021 ；

N022 ；

N023 ；

N024 G00 X100，Z100；N025 T0200；

N026 M06T0303；

N027 S400；

N028 G00 X20 Z-20；

N029 G01 16 F；

N030 G00 X32；N031 Z-65；

N032 G01 X22；

N033 G00 X32；

N034 Z-74；

N035 G01 X-1；

N036 X30；

N037 G00 X100，Z100；N038 T0300；

N039 M09；

N040 M05；

N041 M30；

N021 ；

N022 ；

N023 ；

N024 G00 X100，Z100；N025 T0200；

N026 M06T0303；

N027 S400；

N028 G00 X20 Z-20；

N029 G01 16 F；

N030 G00 X32；

N031 Z-65；

N032 G01 X22；

N033 G00 X32；

N034 Z-74；

N035 G01 X-1；

N036 X30；

N037 G00 X100，Z100；

N038 T0300；

N039 M09；

N040 M05；

N041 M30；

铣削零件

第一节零件的工艺分析

数控铣削加工

1.分析座盘图样及加工性能

该铣削零件由平面，孔，环形槽组成，从图纸1上看出零件有表面有粗糙度要求，其中11个尺寸也有严格的尺寸精度要求，有极限偏差尺寸标注，零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。该铣削零件无热处理和硬度要求，但是所有表面都必须加工。为提高加工效率，可以先采用大直径刀具进行粗加工，然后按要求选择刀具对轮廓上的残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。

2．选用数控设备

加工此零铣削件采用日本FANUC系统的数控立式铣床，配备各种所需刀具，可以手动换刀，所需刀具里有立铣刀、钻刀和镗刀。

3.确定零件的定位基准和装夹方式

采用一次装夹完成重要表面的所有加工工序，可以直接选用毛面作为定位基准，只是毛面的精度要求要高些。

长方体毛坯外形规整，用平口钳装夹，装夹时要保证毛坯外露平面基本水平，并且被夹的边和未被夹住的边要分别平行对应的XY 轴。

4．选取刀具并对刀

加工该铣削零件所用到的硬质合金刀具有：Φ8的麻花钻、Φ16的扩孔钻、Φ6的铣刀、镗刀、Φ16的铣刀。

5.确定对刀点及换刀位置

镗刀的对刀点为刀具的刀尖，对于面铣刀、钻头的对刀点为刀具轴线与刀具底端面的交点，这样编制数控加工程序时可以确定刀具位置。

为了考虑加工过程中换刀，防止刀具碰伤工件，设换刀点为机床坐标原点。每次换刀必须回机床原点，便于人工换刀，确保安全可靠。

6.制定加工方案

先用Φ16面铣刀粗铣工件表面，加工出基本轮廓；按照图纸1，对轮廓上的残留余量过大的局部区域处理后再用Φ6的铣刀对整个轮廓