数控平面槽类零件的设计与加工方法

重庆科创职业学院

毕

业

设

计

题目：数控平面槽类零件的设计与加工方法

学院：机电工程学院

专业：机电一体化（数控方向）

班级：数控zb421201

姓名：申先文

学号： 2012122874 指导老师：金江

年月日

一、设计任务书

1.设计题目

加工如图所示零件,材料为45钢，毛坯为120*150*50的立方体。外轮廓光滑，无需再加工。

2.设计任务

(1)零件图工艺分析。

(2)确定装夹方案。

(3)确定加工顺序。

(4)选择加工刀具。

(5)合理选择切削用量。

(6)拟定数控车削加工工艺卡片。

(7)根据加工工序步骤编写加工程序。

3.应完成的技术资料

(1)绘制装夹方式图。

(2)填写数控加工工序卡片。

(3)编写加工程序清单。

(4)毕业设计说明书。

目录

一、绪论 (5)

二、工艺分析 (5)

1.零件图工艺分析 (6)

2.装夹方案的分析 (6)

3.加工顺序的安排 (6)

4.刀具的选择 (7)

5.切削用量的选择 (7)

6.拟定数控铣削加工工序卡片 (8)

三、数控编程 (9)

1、确定编程原点 (9)

2、基本代码的解析 (9)

3、对刀 (11)

4、该零件的加工程序及解析 (11)

四、按工序编制的部分路线图 (13)

五、3D造型展现 (18)

设计小结 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

平面槽类零件的数控加工工艺

9．绪论

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

随着社会的进步，我国逐渐由农业大国向工业大国转变，社会对高技能人才需求的呼声越来越高。为适应社会对高技能人才的迫切需求，满足高技能人才培养需要，其中设计说明书包含了加工准备条件、工艺分析、数控机床加工与零件自检数据分析三大部分。加工准备条件介绍了零件加工的必要工艺装备；工艺分析分别对零件进行分析，加工技巧、刀具选择及刀具号设置、工艺路线拟定、零件工序简图、加工工步顺序、切削用量的选择、工序工艺卡、零件加工程序；数控机床加工与零件自检数据介绍了数控铣床操作及注意事项，工件、刀具的装夹及对刀操作的相关要点，零件加工，零件的自检及数据分析等内容。

由于本人水平有限，加之编写时间紧迫，书中难免存在不妥之处，恳请各位指导老师和同行给予批评、指正。

二、工艺分析

1.零件图工艺分析

该零件外形规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值等要求一般，由图可知零件的所有面的粗糙度为Ra﹦3.2μm,据《机械制造工艺及设备设计指导手册》可知：先粗铣，再精铣便可满足图纸表面粗糙度的要求；本题的难点在于保证型腔内的尺寸精度，也可以分为粗、精铣削来达到图纸要求，由《机械制造工艺及设备设计指导手册》（主编：李云）可知：其全部的机加工均可在铣床上完成。加工要素有平面、曲线、直线、圆弧、腔槽和孔加工。主要加工项目包括顶平面、底平面、零件外轮廓的四个侧面、型腔形状，几螺纹。

加工类型：单件小批量生产。

2.装夹方案的分析

机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分，为保证工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或形成运动处于准确的相对位置。

该零件结构简单，属于规则型毛坯，方便装夹，本题为了节省成本及时间，采用平口钳装夹即可。在装夹过程中，工件下方应用垫铁垫上，这样更能保证零件的平整情况，使得加工出来的零件平行度更好。

9．加工顺序的安排

加工顺序的选择直接影响到零件的加工的质量、生产效率和加工成本。按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则结合图样分析，由于此次加工工序集中，所以按照一把刀一个工序进行了如下安排：

1）铣削初基准平面，保证表面粗糙度为3.2um，选用Φ100mm可转位铣刀（5个刀片）。

2）铣削平面，保证厚度尺寸为45mm，表面粗糙度为3.2um，选用Φ100mm 可转位铣刀（5个刀片）。

3）粗铣内槽，给精加工留1mm余量，选用Φ10mm键槽铣刀进行铣削。

4）精铣内槽，保证零件形状尺寸达到图纸要求，选用Φ10mm立铣刀进

行铣削。

5）钻中心孔，选用Φ2mm的中心钻。

6）钻M10螺纹底孔，保证孔深15mm，正负0.2mm，选用Φ8.5mm的麻花钻。

7）攻M10螺纹，保证螺纹塞规通规过，止规止，螺纹深度12mm，公差

0.2mm，选用M10丝锥。

8）去尖边毛刺。

9．刀具的选择

刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

表1 数控加工刀具卡片

5.切削用量的选择

切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编

入程序单内。

1）铣削初基准平面时，主轴转速为800r/min，切削深度为1mm，进给速度为150mm/min。

2）铣削平面，分两次铣削，粗铣时：主轴转速为600r/min，切削深度为3mm，进给速度为200mm/min；精铣时：主轴转速为800r/min，切削深度为1mm，进给速度为150mm/min。

3）粗铣内槽，主轴转速为1200r/min，每次切削深度为1.5mm，进给速度为200mm/min。

4）精铣内槽，主轴转速为1500r/min，切削深度为1mm，进给速度为150mm/min。

5）钻中心孔，主轴转速为1200r/min，切削深度为2mm，进给速度为150mm/min。

6）钻螺纹底孔，主轴转速为650r/min，每次切削深度为2mm，进给速度为120mm/min。

7）攻M10螺纹，主轴转速为200r/min，切削深度为1mm，进给速度为300mm/min。

6.拟定数控铣削加工工序卡片

把零件加工顺序、所采用的刀具和切削用量等参数编入下表所示的数控加工工序卡片中，以指导编程和加工操作。

三、数控编程

1、确定编程原点

铣床上编程坐标原点的位置是任意的，它是编程人员在编制程序时根据零件特点选定的，为了编程方便，一般要根据工件形状和标注尺寸的基准以及计算最方便的原则来确定工件上某一点为编程坐标原点。

该零件尺寸对称分布，选择零件的对称中心作为编程零点，这样在选取坐标时更加直观明了，大大减少了坐标值计算的步骤，从而能够快速的编出程序。

2、基本代码的解析

1）定位：G00：G00指令，刀具以快速移动速度移动到用绝对值指令或增量值指令指定的工件坐标系中的位置。

指令格式：G00 IP_;(IP_：绝对值指令时，是终点的坐标值；增量指令时，是

刀具移动的距离)

2）直线插补G01：刀具沿直线移动。

指令格式：G01 IP_F_；

IP_:绝对绝对值指令时，是终点的坐标值；增量指令时，是刀具移动的距离。

F_:刀具的进给速度（进给量）。

3）圆弧插补G02/G03：使刀具沿圆弧运动。

指令格式：在X Y 平面上的圆弧G17 G02/G03 X_Y_或I_J_ F_;

在Z X 平面上的圆弧G18 G02/G03 X_Y_或I_J_ F_;

在Y Z 平面上的圆弧G19 G02/G03 X_Y_或I_J_ F_;

4)钻孔循环，钻中心孔循环G81:该循环用作正常钻孔，切削进给执行到孔底，

然后，刀具从孔底快速移动退回。

指令格式：G81 X_Y_Z_R_F_K_;

X_Y_:孔的位置数据

Z_:从R点到孔底的距离

R_:从初始位置到R点位置的距离

F_：切削进给速度

K_:重复次数

5）排屑钻孔循环G83:该循环执行深孔钻。执行间歇切削进给到孔底，钻孔过程

中从孔中排除切屑。

指令格式：G83 X_Y_Z_R_Q_F_K_;

X_Y_:孔的位置数据

Z_:从R点到孔底的距离

R_:从初始位置到R点位置的距离

Q_:每次切削进给的切削深度

F_：切削进给速度

K_:重复次数

6）攻丝循环G84：该循环执行攻丝，在这个攻丝循环中，当到达孔底时，主轴

以反响旋转。

指令格式：G84 X_Y_Z_R_P_F_K_;

X_Y_:孔的位置数据

Z_:从R点到孔底的距离

R_:从初始位置到R点位置的距离

P_:暂停时间

F_:切削进给速度

K_:重复次数

3、对刀

一般来说零件的数控加工编程和上机床加工是分开进行的，数控编程员根据零件的设计图纸，选择一个方便编程的的坐标系及其原点，我们称之为程序坐标系和程序原点，程序原点一般与零件的工艺基准或设计基准重合，因此又称工件原点。

机床坐标系是机床出厂后已经确定不变的，工件在机床加工尺寸范围内的安装位置却是任意的。对刀点是工件在机床上找正、装夹后，用于确定工件坐标系中位置的基准点，为保证加工的正确，在编制程序时，应合理设置对刀点，起选择原则是：

（1）机床上容易找到。

（2）对刀误差小。

（3）使程序编制方便简单。

（4）加工过程检查方便、可靠。

对刀点可以在零件表面上，也可以在夹具上，但都必须要与零件编程原点有一定的坐标尺寸关系，本题中将对刀点设在零件的表面上，先用第一把铣削平面的面铣刀试切，然后测量工件的厚度，根据厚度及零件图纸要求，设定其零点位置。

4、该零件的加工程序及解析

该程序是在FANUC-Oi系统下编制的，如果需要在其他系统下运行，

请根据机床参数表进行修改，该程序中的所有坐标值均有CAD中查询得到。

四、按工序编制的部分路线图

工序1铣削初基准平面，保证表面粗糙度，选用Φ100mm可转位面铣刀，采用平口钳装夹。

注意：在装夹工件时，应保持零件平面平整，因为该毛坯余量少，为了避免下道工序中表面不见光的现象，在切削过程中，应该将切削液一直对准刀具，防止刀具过热而出现退火，使刀具损坏，加工完成后，要将边缘的毛刺去除，以免影响下道工序的精度，此表面是基准面，避免划伤加工好的表面。

工序2 铣削平面，保证尺寸45mm，表面粗糙度3.2um，继续选用上把刀进行加工，粗加工时不用换刀片，进行精加工时请更换新的刀片。

注意：装夹时，一定要保证上道工序的基准面与垫铁贴平，保证零件的平行度，在第一次切削后，要把所剩余的厚度量准确，一定要认真检测，保证100%不出错；在更改程序时，更加要注意，不要输错了数值，避免造成工件的报废及机床的损伤；加工完成后，继续测量厚度值，保证45mm，前后公差在0.1mm 内。

工序3 粗铣内槽，选用Φ10的键槽铣刀进行铣削，给精加工留1mm余量。以下是用mastercam编制的走到路径，由于技术有限，路线中有些错误，此路线仅供参考。

工序4 精铣粗铣内槽，选用Φ12的立铣刀进行铣削。

五、3D造型展现

该造型是采用UGNX4.0绘制而成。

设计小结

经过这几周的设计,成功地完成了数控车零件的工艺设计和编程。通过本壳体躲设计，我对数控加工地整个过程有了较全面的理解。经过设计中选择刀具，我对数控机床工具系统的特点和数控刀具材料和使用范围有了较深的了解，基本掌握了数控机床刀具的选用方法；经过设计加工工艺方案，进一步了解了工件定位的基本原理、定位方式和定位元件及数控机床用夹具的种类与特点，对教材中有关定位基准的选择原则和数控加工夹具的选择方法有了更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。

致谢

本课题在选题及研究过程中得到侯老师的悉心指导。老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。我对老师的感激之情是无法用言语表达的。

我还感谢所有帮过我和教过我的老师。他们细心指导我的学习和做人，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有可敬的师长、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

参考文献

1. 张超英, 《数控机床加工工艺、编程及操作实训》,高等教育出版社，2003.9

2. 倪森寿，《机械制造基础》，高等教育出版社，2005.1

3. 陈立德，《机械设计基础》，高等华教育出版社，200

4.7

4. 李一民，《数控机床》,东南大学出版社,200

5.7

5. 隋秀凛，《现代制造技术》，高等教育出版社，2002.11

6. 于荣贤等，《机械制图与计算机绘图》，机械工业出版社，2004.3

7．顾京，《数控加工编程及操作》，顾京主编，高等教育出版社，2003 .7 8．赵长明刘万菊，《数控加工工艺及设备》，高等教育出版社 2005.9 9．陈洪涛，《数控加工工艺及编程》，高等教育出版社，2006.10