实验报告

现代机械工程基础实验2(机制) (数控部分)实验报告

院（部）：机电工程学院

班级：机械123班

姓名：尤樟华

学号：20120711101

指导教师：王全景

日期：2015年12月31日

目录

一、现代机械工程基础实验2 (数控部分)的目的和意义 (1)

1.1实验目的 (1)

1.2实验意义 (1)

1.3实践日期 (1)

1.4实践地点 (1)

1.5所用设备 (1)

二、加工前的准备 (2)

2.1加工图纸 (2)

2S OLID W ORKS三维造型 (3)

三、工艺分析 (5)

3.1数控车床加工零件工艺分析 (5)

3.1.1零件结构和加工工艺要求分析 (5)

3.1.2毛坯和材料的选择 (6)

3.1.3加工工序 (6)

3.1.4拟定加工工序卡 (7)

3.2数控铣床加工零件工艺分析 (8)

3.2.1零件结构和加工工艺要求分析 (8)

3.2.2毛坯和材料的选择 (8)

3.2.3基准的选择 (9)

3.2.4加工路线的设计 (9)

3.2.5刀具选择 (10)

3.2.6切削用量选择 (10)

3.2.7拟定加工工序卡 (11)

3.3加工中心加工零件工艺分析 (12)

3.3.1零件结构和加工工艺要求分析 (12)

3.3.2毛坯和材料的选择 (12)

3.3.3基准的选择 (13)

3.2.4在CAXA制造工程师软件中仿真 (13)

四、加工程序 (16)

4.1数控车床加工程序 (16)

4.2数控铣床加工程序 (17)

4.3加工中心加工程序 (18)

五、工作过程 (19)

5.1机用平口钳的使用 (19)

5.2千分表的正确使用方法 (20)

5.3对刀过程 (21)

六、心得体会.......................................................................................................................................... - 22 -

一、现代机械工程基础实验2 (数控部分)的目的和意义

1.1 实验目的

①学会数控加工的计算机辅助编程；

②了解数控机床的操作和数控加工的相关知识；

③学会使用Solidworks、CAXA等软件绘制零件三维图，用宇龙仿真软件模拟加工过程，和做好数控加工的前期工作；

1.2 实验意义

现代机械工程基础实验2 (数控部分)是为了弥补单科实验的单一型、不完整性，根据专业综合训练周教学基本要求，结合同学对数控加工知识的掌握情况，查缺补漏，重点锻炼同学对实际加工的细节操作进行讲解、示范，进一步巩固和加深对数控加工的理解。巩固本专业所学的知识，为毕业设计做好相关准备工作。

1.3 实践日期

2015年12月28日——2016年01月1日；

1.4 实践地点

机电学院实验室（建筑工程及装备虚拟仿真实验教学中心和工程训练中心）；

1.5 所用设备

数控铣床，数控车床，机用平口钳，百分表和磁力表座，量棒，塞尺，扳手，铜棒，宇龙数控仿真软件等。

二、加工前的准备

2.1 加工图纸

2.1.1 任务描述

加工如图所示零件，材料为45号钢，加工数量10件，如图2-1所示。

图2-1 数控车床加工零件图

2.1.2 任务描述

如图所示，按单件生产安排其数控铣削加工，工件材料45钢，如图2-2所示。

图2-2 数控铣床加工零件图

2.1.3 任务描述

在加工中心上加工如下图所示零件，材料为45钢，加工件数5件，如图2-3所示。

图2-3 加工中心加工零件图

2 SolidWorks三维造型

2.2.1 数控车床适合加工回转体零件。也就是能够绕某一轴线旋转而成的零件，例如一般的轴类零件，圆盘类零件，球形，椭球行，凸轮等，另外，还可以车削各种螺纹，包括锥管螺纹。在SolidWorks中三维造型也可利用旋转凸台特征或者拉伸凸台，如图2-4所示。

图2-4 零件三维造型

2.2.2 铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等，三维造型如图2-5所示。

图2-5 零件三维造型

2.2.3 加工中心主要适合用于加工形状复杂、工序多、精度要求比较高的工件，包括箱体类工件、复杂曲面类工件、异形件、盘/套/板类工件。SolidWorks三维造型如图2-3所示。

复杂曲面一般能用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率低。如果工件存在加工干涉区或者加工盲区，就必须考虑采用四坐标或者五坐标联动的机床。如飞机、汽车外形，叶轮、螺旋桨、各种成型模具等。由于该工件有复杂曲面，不能手动编程，要用CAXA制造工程师自动生成加工程序，三维造型如图2-6所示。

图2-6 SolidWorks零件三维造型图2-7 CAXA制造工程师零件三维造型

三、工艺分析

在编制零件机械加工工艺规程前，首先应研究零件的工作图样和产品装配图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该零件在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制订的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施加以保证。

工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。

3.1 数控车床加工零件工艺分析

3.1.1零件结构和加工工艺要求分析

在编程前要对零件进行工艺分析。如图3-1对该零件进行分析，选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。该由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成。其中应保证直径尺寸精度要求、轴线长度、圆弧面、锥面、槽、螺纹等要求。加工表面较多，适合在数控车床上加工。

图3-1 零件图

3.1.2毛坯和材料的选择

该零件材料为45号钢，毛坯尺寸为?90×295，加工数量10件，为小批量生产类型。

3.1.3基准的选择

按工序分散原则、先粗后精原则，由于工件较长，其整个工艺流程分两大部分：一部分是下料和粗加工部分，粗加工的定位基准是用三爪卡盘、各端面配合定位；另一部分是精加工和螺纹加工部分，按装夹方式划分为两个工序，第一个工序是先加工左边大端面，毛坯外圆表面是定位基准。第二个工序是以已加工的?85外圆表面为定位基准，进行锥面、圆弧曲面、切槽、螺纹等加工。夹紧已加工表面可以垫铜皮来保护表面质量。

3.1.3 加工工序

工序一：

1.装夹：使用三爪卡盘夹紧毛坯，中心找正，工件较长，需钻工艺孔，用顶尖顶住加工，以减少跳动误差。

2.车刀选择：在宇龙数控仿真软件中选择93°外圆车刀，如图3-2所示。

图3-2 选择车刀

3.主轴转速：300r/min。

4.加工尺寸：?85×65mm。

工序二：

1.夹紧：用三爪卡盘夹紧好已加工的?85×65mm轴段，装夹长度大约50mm。装夹

时需要用垫铜片，找正中心，钻工艺孔，用顶尖顶住工件。

2.车刀选择：在宇龙数控仿真软件中选择车刀，如图3-3所示。

图3-3 车刀选择

1号车刀：粗车和精车外圆轮廓、车端面、曲面以及锥面

2号切槽刀：切槽，宽3mm

3号螺纹刀：车螺纹

3.1.4拟定加工工序卡

工序二工艺卡片如表1所示：

工步工步内容刀具号

主轴转速

r/min

进给速度

mm/min

1 车C1倒角 1 800 2

2 车63mm轴段 1 800 2

3 车锥面锥度10:1 1 800 2

4 车12mm轴段 1 800 2

5 车C1倒角 1 800 2

6 车19mm轴段 1 800 2

7 车R70mm圆弧 1 800 2

8 车10mm轴段 1 800 2

9 切3×Φ45的槽 2 600

10 车M48×1.5螺纹 3 1.5

3.2 数控铣床加工零件工艺分析

3.2.1零件结构和加工工艺要求分析

该零件图主要由平面、孔系及外轮廓组成，如图3-4所示，内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔及光加工方法选择原则，两个孔的尺寸要求为?102.00+±mm，尺寸精度要求较高，可采用钻孔方案。平面轮廓常采用的加工方法有数控轮廓铣加工。本工件中，上表面轮廓表面粗糙度要求Ra6.3mm,可采用粗铣方案；下半侧面表面粗糙度要求Ra0.8mm，可采用粗铣-精铣方案；上半侧面表面粗糙度要求Ra1.6mm，可采用粗铣-精铣方案；内轮廓表面粗糙度要求Ra3.2mm，可采用粗铣-半精铣方案；左右表面和上下表面均要求平行度0.06，靠定位基准精度包装。孔的定位尺寸、工件的形状尺寸均有较高的精度要求。选择以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。

图3-4 零件图

3.2.2 毛坯和材料的选择

工件主体尺寸为100×100×23，选用105×105×25的毛坯。按单件生产类型，工件材料45钢。

粗基准选择应当满足以下要求：

（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。可以保证该面有足够的加工余量。

（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。

为了满足上述要求，基准选择以后毛坯下表面作为粗基准，加工出端面和工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。

精基准的选择：

精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。选择已加工表面作为精基准面。

3.2.4加工路线的设计

由于生产类型为单件生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生产成本。

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，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀表2本设计中刀具的选择：

3.2.6切削用量选择

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、切削速率、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，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。

合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

该零件材料切削性能较好，铣削平面、外轮廓面时，留0.5mm精加工余量，其次一刀完成粗铣。

确定主轴转速时，先查切削用量手册，硬质合金铣刀加工铸（190-260HB）时的切削速度为45-90m/min，取v=70m/min,然后根据铣刀直径计算主轴转速，并填入工序卡中（若机床为有级调速，应选择与计算结果接近的转速）。

背吃刀量的选择应根据加工余量确定。粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率的机床上，背吃刀量可达8-10mm。半精加工时，背吃刀量取为

0.5-2mm。精加工时背吃刀量取为0.2-0.4mm.

3.2.7拟定加工工序卡

把零件加工顺序、所采用的刀具和切削用量等参数编入表3所示的加工工序卡中以指导编程和加工操作。

表2-3 数控加工工序卡

07 精铣外轮廓T03 ?25 900 25 5

3.3 加工中心加工零件工艺分析

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构相似。带刀库的数控铣床称为加工中心。加工中心主要适合用于加工形状复杂、工序多、精度要求比较高的工件，包括箱体类工件、复杂曲面类工件、异形件、盘/套/板类工件。

3.3.1 零件结构和加工工艺要求分析

零件图如图3-5所示，主要包括平面、自由曲面、圆弧面、斜面、椭圆面等，形状复杂，工序较多。加工精度无严格要求。

图3-5 零件图

3.3.2 毛坯和材料的选择

工件主体尺寸为135×100×30，选用在铣床粗铣之后的135×100×30的毛坯，用公差保证形状精度。材料为45钢，加工件数5件，为小批量生产类型。

3.3.3 基准的选择

本工件在加工中心加工前，在铣床铣出毛坯135×100×30尺寸，以下表面及端面为定位基准面。

3.2.4 在CAXA制造工程师软件中仿真

由于本零件自由曲面比较复杂，人工编程困难，故在CAXA制造工程师中完成三维造型，如图3-6所示，并进行仿真数控加工。

图3-6 CAXA制造工程师三维造型

定义毛坯，如图3-7、3-8所示。

设置刀具：本次加工选用两把刀具，平底刀和球刀，如图3-9、3-10、3-11所示。

图3-7 定义毛坯图3-8 选择毛坯

图3-9 刀具库设置

生成加工轨迹：粗加工轨迹如图3-12所示，精加工轨迹如图3-13所示。实体仿真：加工过程和最会加工形状如图3-14所示。

图3-10 平底刀参数图3-11 球刀参数

图3-12 粗加工轨迹图3-13 精加工轨迹

图3-14 实体仿真过程

最后生成工艺清单、G代码加工程序。

图3-15 生成工艺清单

图3-16 生成G代码

四、加工程序

4.1 数控车床加工程序

第一段:

O0001;

M03S600T0101;

G00X100.Z-3.;

G01X-1.F1.0;

G00Z2.;

X87.;

G01Z-68.;

G00X100.;

Z2.;

X85.;

G01Z-68.;

G00X100.;

Z50.;

M30;

%

第二段:

O0002;

M03S800T0101;

G00X90.Z-2.;

G01X-1.F1.0;

G00X100.;

Z2.;

G71U3.R1.;

G71P10Q20U0.2W0.1F1.0; G01X48.Z-3.F2.0;

Z-65.;

X50.;

X62.Z-125.;

Z-137.;

X78.;

X80.Z-138.;

Z-157.;

G02X80.Z-217.R70.;

G01Z-227.;

X85.;

N20G00X95.;

Z50.;

T0202;

G00X80.Z-65.;

G01X45.;

G00X80.;

Z50.;

T0303;

G00X48.Z2.;

G92X47.2Z-63.F1.5;

X46.6;

X46.2;

X46.04;

Z50.;

M30;

%

O0001;

G54M03S600;

G00X-50.Y-50.Z50.; G01Z-13.;

G41G01X0.Y0.F300; G01X105.;

Y105.;

X0.;

Y0.;

G40G00Z-2.;

Y5.;

G01X100.F300;

Y15.;

X0.;

Y25.;

X100.;

Y35.;

X0.;

Y45.;

X100.;

Y55.;

X0.;

Y65.;

X100.;

Y75.;

X0.;

Y85.;

X100.; X0.;

G00X-50.Y-50.Z50.;

M30;

%

O0002;

G54M03S600;

G00X-50.Y-50.Z50.;

G42G00X0.Y0.;

G01Z-10.F400.;

X87.;

X100.Y15.;

Y87.;

G03X87.Y100.R18.;

G01X13.;

X0.Y87.;

Y13.;

G03X13.Y0.R18.;

G01X100.;

Y100.;

X0.;

Y0.;

G40G00X-50.Y-50.;

Z50.;

G00X50.Y50.;

G01Z-5.F400.;

G41G01Y15.D01;

X62.;

G03X70.Y23.R8.;

G01Y30.;

X77.;

G03X85.Y38.R8.;

G01Y62.;

G03X77.Y70.R8.;

G01X70.;

Y77.;

……

Z50.;

X-50.Y-50.;

M30;

%