数控加工工艺与程序编制--毕业设计
课题名称：凹圆弧多配合综合件的数控加工工艺与
程序编制
【摘要】本篇论文主要介绍在 FANUC Series-0i-MC 上分别采用铣圆弧及精密平口钳夹具进行装夹定为，使用立铣刀、球头铣刀、高速钢钻头、高速钢铰刀及整体式的螺纹铣刀对零件的加工，来实现多配合；在查阅相关的资料和参考文献的基础上，对凹圆弧多配合综合件零件图纸的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，明确加工内容和要求，确定加工方案；在指导老师的建议及帮助下，最终设计出符合该综合件的加工工艺及编制出简洁、方便的加工程序，通过仿真机床的仿真加工验证了设计的可行性。
【关键词】：多配合加工工艺设计宏程序编制右旋螺纹凹圆弧
Topic name:Concave arc more comprehensive coordination of nc machining process and programming
【Abstract】：This paper mainly introduced in fanuc series-0i-mc using milling arc shape face special jig, milling appearance at the special jig by introducing "combination" fixture and ordinary vises fixtures are used as the clamping, mills, milling and integral thread cutter to parts processing, to achieve more with, Referring to the relevant data and references, on the basis of comprehensive pieces with concave arc more drawings of the technical features, geometric shapes, sizes and technology, this paper analyzes the contents and requirements clearly processing, determine the processing schemes, The teacher's advice and guidance in the help, finally meet the design of integrated process and prepare a concise, easy processing procedure, through the simulation of machine design process simulation verified the feasibility.
【Key word】：With more Process design Macro programming Dextral threads Concave arc
目录
摘要 (1)
第一章前言 (5)
1．1数控加工的特点 (5)
1．2数控加工工艺设计的特点 (6)
1．3数控加工工艺的主要内容 (6)
第二章数控加工工艺设计 (8)
2．1零件图的工艺性分析 (8)
2．2机械加工工艺路线的确定 (11)
2．3主要装配解析 (16)
第三章：机床选择、刀具及装夹方案 (19)
3．1机床选择 (19)
3．2刀具材料的选择 (19)
3．3 刀具选择及切削用量的计算 (19)
3．4对刀点与换刀点的确定 (21)
3．5 装夹方案与定位基准分析 (22)
第四章：数控加工程序的编制与注释 (23)
第五章：综合件的数控仿真加工 (44)
5. 1仿真界面的介绍——CRT/MDI面板介绍 (44)
5. 2机床操作面板介绍 (44)
5. 3手动操作机床的方法 (44)
5. 4对刀参数输入 (47)
5. 5刀具参数输入 (47)
5. 6仿真结果 (49)
第六章: 综合件的CAXA造型及加工 (50)
6. 1 CAXA制造工程师介绍 (50)
6. 2 造型加工 (50)
6. 3 数控编程中手动编程与自动编程区别 (51)
小结 (53)
致谢 (54)
参考文献 (55)
第一章前言
随着我国市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，中、小批量的生产越来越多。在工业，中、小批零件的生产几乎占产品数量的35%一50%，而且零件外形越来越复杂，精度要求也越来越高。传统的机床的加工己不能满足要求，柔性加工的重要性更加突出，数控加工的需求日益增大。
1.1 数控加工的特点
数控加工技术是与机床的控制密切结合而发展起来的，通常把采用数控装置来实现自动化和高效率加工的机床统称为数控机床。在实现加工合理化及高效率方面，数控机床与普通机床相比具有许多优势，它突出地表现为:
1、加工精度高，质量稳定。数控系统每输出一个脉冲，机床移动部件的位移量称为脉冲当量，数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控机床可达0.0001mm，其运动分辨率远高于普通机床。数控机床加工零件的质量由机床保证，无人为操作误差的影响，所以同一批零件的尺寸一致性好，质量稳定。
2、能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。例如，采用二轴联动或二轴以上联动的数控机床，可加工母线为曲线的旋转体曲面零件、凸轮零件和各种复杂空间曲面类零件。
3、生产效率高。数控机床的主轴转速和进给量范围比普通机床的范围大，良好的结构刚性允许数控机床采用大的切削用量，从而有效地节省了机动时间。对某些复杂零件的加工，如果采用加工中心，可实现在一次装夹下进行多工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产率的提高更为明显。
4、对产品改型设计的适应性强。当被加工零件改型设计后，在数控机床上只需变换零件的加工程序，调整刀具参数等，就能实现对改型设计后零件的加工，生产准备周期大大缩短。因此，数控机床可以很快地从加工一种零件转换为加工另一种改型设计后的零件，这就为单件、小批量新试制产品的加工，为产品结构的频繁更新提供了极大的方便。
5、能减轻工人劳动强度、改善劳动条件。
1.2 数控加工工艺设计的特点
合理确定数控加工工艺对实现优质、高效和经济的数控加工具有极为重要的作用。数控加工工艺问题的处理与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。
1．2.1 数控加工工艺内容要求具体而详细
数控工艺不仅包括详细描述的切削加工步骤，而且还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容以及标有数控加工坐标位置的工序图等。
1．2.2 制定数控加工工艺时要特别强调刀具选择的重要性
复杂型面的加工编程通常要用自动编程软件来实现，由于绝大多数三轴以上联动的数控机床不具有刀具补偿功能，在自动编程时必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹。若刀具预先选择不当，所编程序将只能推倒重来。
1．2.3 数控加工工艺的特殊要求
（1）由于数控机床较普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因而在同等情况下，所采用的切削用量通常比普通机床大，加工效率也较高。选择切削用量时要充分考虑这些特点。
（2）由于数控机床的功能复合化程度越来越高，因此，工序相对集中是现代数控加工工艺的特点，明显表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。
（3）由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。
1.2.4 加工程序的编写是数控加工工艺的一项特殊内容
制定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。复杂表面加工的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。
1.3 数控加工工艺的主要内容
根据实际应用需要，数控加工工艺主要包括以下内容：
1、选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容。
2、对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求。
3、具体设计数控加工工序，如工步的划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。
4、处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具补偿等。
5、编程误差及其控制。
6、处理数控机床上的部分工艺指令，编制工艺文件。
第二章：凹圆弧多配合综合件数控加工工艺设计
配合件1 配合件2
2.1 零件工艺性分析：
2.1.1零件结构分析
凹圆弧多配合综合件如图所示，该综合件其设计时，结合了国内相关行业典型零件特征，譬如：
【配合件1】其外形上半部分为圆弧状引入了航空航天产品的零件特征，同时上半部分用已成型的圆弧面和左右对称的凸台，及上下结构的腔槽相互衬托，在加上凸出的球面，形成类似模具结构特征的零件，该配合件的下部分有圆弧状槽型和十字槽型，这部分结构借鉴了凸轮和联轴节结构，下部分两侧有近似机床平导轨特点的部分；
【配合件2】上部外形和配合件1下部两侧滑动配合部分，借鉴机床导轨特征，又有铰链和模具滑块等特征。
2.1.2零件图纸分析
由设计图纸可知，凹圆弧多配合综合件其形状虽没有复杂的曲线与特殊的结构，但所有的要数组织在一起，就形成了对工艺性与互换性要求极高的复杂结构零件，其配合精度要求较高，譬如圆弧面配合；同时，由于配合件外形复杂，装夹，定位，测量都有难度；零件中有M20*1.25右旋螺纹加工项目以及球面加工，这对程序的编制，特别是宏程序的编制要求较高。
零件的尺寸标注采用统一的基准即设计基准，无多余尺寸与封闭尺寸。
2.1.3主要技术要求分析
①．主要平面的精度：如零件图所示， 对称度及平面度要求为0.03，他们的精度
将影响到零件的最终配合；
②．滑动配合技术要求：配合部位为零件1侧向滑轨与零件2的两侧滑槽；
③．插配合技术要求：如图所示，配合后主要控制B 处间隙（≤0.03）和1 ，2 面
距离（522.005.0+
+） , 从配合透视图可以看出，配合2为插配合，有三种配合要数：
a) . B 处为主要配合，其圆弧配合为毛坯提供圆弧面与加工圆弧面的配合，
保证此项配合需要在零点设置，圆弧面测量，对称加工等方面有较高要
求，圆弧面配合加工要有控制控制圆弧面加工精度的技能;
b) . 定位销参与配合;
c) . 两侧面配合也是配合要数之一，由于对其间隙没有特殊要求，可采用
配合加工式实现;
④．面与面的配合：如透视图所示，配合3从结构上看起来比较简单，但实现起来难度也比较大，这是典型的V型结构的角度控制和尺寸加工精度以及配合加工能力,装配图中给出了1、2面距离尺寸，但是由于测量困难，仅作为参考；
2.1.4毛坯与材料分析
凹圆弧多配合综合件属于数控加工典型零件，归类为模具，其生产批量属于单件生产。
凹圆弧多配合综合件其材料铝合金，毛坯重量约为11Kg。
配合件1毛坯外形经车削加工已预加工完成；
配合件2毛坯为型材。
2.2 机械工艺路线确定
2.2.1定位基准的选择
基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
从零件图上分析凹圆弧多配合综合件，其主要加工表面为上面，侧面及下面，为保证加工精度，采用“互为基准”及“基准重合”原则，以零件的底面及对称中心为基准来确保加工精度。
2.2.2主要加工表面加工方法的选择
【配合件 1 】
①.上半部上下结构的腔槽加工
从零件图上分析，考虑到很多工序的加工，装夹方便，配合件1上半部分腔槽应先行加工，由于毛坯的外形为半圆弧状，同时还有平行度，对称度的要求，所以加工时不仅装夹不便，而且测量也有难度，这就要求借助一些其他手段，譬如对刀用的寻边器，找正用的杠杆表，基准检棒等，这一部分涉及到:
a)两个台阶面的加工；
b)一对凸台的加工；
c)一对凹槽的加工；
d)两个φ8H7（+0.0150）深度为6mm定位孔的加工；
e)凸出来的球面的加工;
我们采用立式加工中心加工，这样做不仅可以保证加工精度而且可以在一次装夹中完成所有侧面的加工，以减少加工中的辅助时间提高加工效率。
②.两侧对称滑轨加工
从零件图上分析，加工两侧对称滑轨是实现滑动配合的关键，其设计基准为配合件1的底面（保证6.5-0.05-0.11 mm）及尺寸680-0.11 mm对称中心，按基准统一原则，先进行粗加工，同时工序集中原则，接着进行精加工。
③．下半部分圆弧凹槽及十字槽形的加工
下半部圆弧凹槽及十字槽的加工，按基准统一原则，应安排在两侧对称滑槽加工之后，先进行粗加工，紧接着进行精加工。
【配合件 2 】
①．台阶平面的加工
从零件图上分析，考虑到该平面是其他待加工工序的基准平面，所以应优先安排加工，同时兼顾平面度要求，选择先进行粗加工，紧接着进行精加工。
②．圆弧面的加工
考虑到圆弧面是装配方案2的关键配合部分，由于不好测量，所以选择配合加工，分别进行粗精加工。
③．精度较高的坐标孔加工
考虑到精度较高的坐标孔，参与配合，孔的设计基准为零件的对称中心，采用先钻孔，接着精铰孔的方式来保证加工精度。
④．V型面的加工
这一部分不好测量，采用配合加工。
⑤．M20*1.25右旋螺纹的加工
Z轴走刀方向为自下而上，进行G03逆时针螺纹插补走刀
2.2.3加工阶段的划分
从整个的过程来看，最主要的是铣削加工，考虑到零件的材质及配合要求，在加工时可以采用将工艺余量分多层去除,而且去除量逐渐减少,每次的去除量约占总量的三分之二。反映在工序的安排上就是分为粗加工、半精加工、精加工。在每个阶段的加工中又细分为几次加工,均匀地去除额定的加工量。加工外形,余量是4mm,可分为2+1.5+0.5的切削方法;加工内形时,在一个槽腔内,可分成2～3次切削到最后深度。这样做的目的是减小每次对零件表面的切削量，提高表面制造精度，便于配合。同时由于工件装夹采用精密的平口钳装夹，夹紧力很有限，粗加工时，工件容易产生微量的位移，为保证位置精度，粗加工结束后，应再一次验证工件的零点。根据先面后孔的原则，先进行面精加工，最后加工坐标孔。这种做法有利于保证型面和坐标孔间的位置精度。这样在配合中可以防止型面和坐标孔间产生干涉现象，保证配合精度实现。
凹圆弧多配合综合件的工艺过程分析为以两个阶段：
(1)粗加工阶段
(2)精加工阶段
2.2.4工艺路线方案安排
制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降
【配合件 1 】：
工序10 ：粗、精加工零件上半部
1)粗铣上平面
2)精铣上平面，保证尺寸70+0. 150 mm，同时与对称中心有对称度要求0.03 ,
间接保证270-0.05 mm 以及与底面的平面度要求0.03
3)粗铣上半部左右对称凸台
4)精铣上半部左右对称凸台，保证尺寸φ53+0.05 0 mm
5)钻左右φ8 定位孔及预钻中心孔
6)精铰左右φ8H7(+0.0150 ) mm 定位孔,同时保证尺寸64±0.015mm,孔深6 mm
及孔的表面粗糙度值1.6
7)粗铣上半部凸出的球面
8)精铣上半部凸出的球面
9)粗精铣上半部阶梯平面，保证尺寸4-12+0.05 0 mm及88mm
10)粗加工对称凹槽
11)精加工对称凹槽，保证尺寸φ42+0.05 0 mm
工序20-30:粗、精加工侧向滑轨
1)粗铣滑轨部平面
2)精铣滑轨部平面, 保证尺寸680 -0.11 mm,间接保证13 mm,同时要保证与对称
中心的对称度要求0.03
3)粗铣滑轨
4)精铣滑轨，保证尺寸60-0.11 -0.15 mm ,6.5-0.05 -0.11 mm
工序40 ：粗、精加工零件底面
1)铣削圆弧凹槽，保证尺寸14mm
2)铣削φ22+0. 050 mm ，φ35+0. 0390 mm 阶梯孔
3)粗精铣十字槽，保证尺寸2mm , 12+0. 050 mm
【配合件 2 】
工序10 ：粗、精加工零件底面
1)粗精铣削220-0.1 mm的槽，保证尺寸5+0.050 mm
2)粗精铣左边V型面
3)粗精铣右边V型面
4)精铣φ40+0.0390 mm圆弧槽
工序20 ：粗、精加工上半部基准平面
1)粗铣工件上平面
2)精铣工件上平面，保证尺寸80-0.05 mm , 29+0.050 mm ,同时控制与底面的平面
度要求0.03 mm及与对称中心的对称度要求0.03
工序30-40 ：粗、精加工圆弧面
1)粗铣圆弧凹槽面R88+0.050 mm
2)精铣圆弧凹槽面R88+0.050 mm，保证尺寸100-0.05 mm, 70-0.1-0.15 mm同时间接
保证与上平面的距离
工序50 ：粗、精加工零件上半部
2)粗加工异型凸台
3)精加工异型凸台，保证尺寸2-30+0.050 mm,2-460-0.05 mm 及4mm
4)粗加工阶梯槽
5)精铣阶梯槽，保证尺寸70-0.1-0.15 mm , 104+0.050 mm
6)钻左右定位孔及中心孔
7)精铰左右定位孔，保证尺寸φ8H7(+0.0150 ) mm ,64±0.015 mm，及孔的表面
粗糙度值1.6
8)铣削中心孔及螺纹底孔，保证尺寸φ8+0.0150 mm，18.65mm
9)粗精加工异型圆弧凹槽，保证尺寸φ38mm
10)铣削M20*1.25 右旋螺纹
工序60-70 ：粗、精加工两侧滑槽
1)粗加工滑槽
2)精加工滑槽，保证尺寸2-R3.25,2-6.5+0.050mm,2-4.5mm,及表面粗糙度3.2 2.3 主要装配解析：
（装配1）
（装配2）
（装配3）
该综合件为三重配合，配合尺寸较多，配合加工难度大，需清楚地阅读图纸，分清零件的主要尺寸与次要尺寸，选择合理的加工和装配基准，合理的运用自为基准和互为基准原则，在保证尺寸精度的基础上，完成最合理的装配加工与装配要求。
第三章：机床选择、刀具及装夹方案
3．1机床选择：
加工此综合件，选择在南通机床厂XHK5025 FANUC Series-oi-MC数控系统的加工中心上进行实际调试和加工。
主要技术参数如下：
工作台尺寸（mm）:1085*16666*2410 主轴转速：50-3750r/min
定位精度: +-0.015-+- 0.025 重复定位精度：0.01 刀库容量：12
数控系统：FANUC
3．2刀具材料的选择：
选择刀具材料为硬质合金，因为硬质合金具有很高的硬度，耐磨性和热硬性。用硬质合金制成刀具，切削速度比高速钢高4-7倍，刀具寿命可提高几倍到几十倍。但抗弯强度低、韧性、抗振动和抗冲击性能差。
3．3 刀具选择及切削用量的计算：
3.3．1刀具选择
加工配合件1
工序10 ：粗、精加工零件上半部
1)粗铣上平面：T01 φ20mm 平面立铣刀
2)精铣上平面：T01 φ20mm 平面立铣刀
3)粗铣上半部左右对称凸台：T04 φ6mm 平面立铣刀
4)精铣上半部左右对称凸台：T04 φ6mm 平面立铣刀
5.钻左右φ8H7(+0.0150 ) mm 定位孔：T06 φ7.8mm高速钢钻头
6.精铰左右φ8H7(+0.0150 ) mm 定位孔, ：T07 φ8mm 铰刀
7.粗精铣上半部阶梯槽：T02 φ10mm 平面立铣刀
8.粗铣上半部凸出的球面：T05 φ6mm球头铣刀
9.精铣上半部凸出的球面：T05 φ6mm球头铣刀
10.粗加工对称凹槽：T04 φ6mm 平面立铣刀
11.精加工对称凹槽：T04 φ6mm 平面立铣刀
工序20-30:粗、精加工侧向滑轨
1.粗铣滑轨部平面：T04 φ6mm 平面立铣刀
2.精铣滑轨部平面, ：T04 φ6mm 平面立铣刀
3.粗铣滑轨：T04 φ6mm 平面立铣刀
4.精铣滑轨：T04 φ6mm 平面立铣刀
工序40 ：粗、精加工零件底面
1)铣削圆弧凹槽：T02 φ10mm 平面立铣刀
2)铣削φ22+0. 050 mm ，φ35+0. 0390 mm 阶梯孔:T03 φ16mm平面立铣刀
3)粗精铣十字槽：T02 φ10mm 平面立铣刀加工配合件2
工序10 ：粗、精加工零件底面
1)粗精铣削220
mm的槽：T02 φ10mm 平面立铣刀
-0.1
2)粗精铣左边V型面：T02 φ10mm 平面立铣刀
3)粗精铣右边V型面：T02 φ10mm 平面立铣刀
4)精铣φ40+0.039
mm圆弧槽：T02 φ10mm 平面立铣刀
工序20 ：粗、精加工上半部基准平面
1)粗铣工件上平面：T01 φ20mm 平面立铣刀
2)精铣工件上平面：T01 φ20mm 平面立铣刀工序30-40 ：粗、精加工圆弧面
mm : T02 φ10mm 平面立铣刀
1)粗铣圆弧凹槽面R88+0.05
mm : T02 φ10mm 平面立铣刀
2)精铣圆弧凹槽面R88+0.05
工序50 ：粗、精加工零件上半部
1)粗加工异型凸台：T02 φ10mm 平面立铣刀
2)精加工异型凸台：T02 φ10mm 平面立铣刀
3)粗加工阶梯槽：T04 φ6mm 平面立铣刀
4)精铣阶梯槽：T04 φ6mm 平面立铣刀
5)钻左右定位孔：T06 φ7.8mm高速钢钻头
6)精铰左右定位孔：T07 φ8铰刀
7)铣削中心孔及螺纹底孔：T03φ16mm平面立铣刀T04φ6mm 平面
立铣刀
8)粗精加工异型圆弧凹槽：T05 φ6mm球头铣刀
9)铣削M20*1.25 右旋螺纹： T06 φ16mm/4刃多齿,整体式
工序60-70 ：粗、精加工两侧滑槽
1) 粗加工滑槽 ：T05 φ6mm 球头铣刀
2) 精加工滑槽 ：T05 φ6mm 球头铣刀
3.3．2切削用量的计算（取铣内槽为例）
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。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；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本根据经验值确定，此次设计主要是参考经验的，这个经验主要来自与工人师傅、指导老师的交流得来的。背吃刀量ap(mm),亦称切削深度。背吃刀量主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切除余量，以便提高生产效率。精加工时 ，则应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。
查《机械加工工艺师手册》：铣侧面时,选取铣削深度a p =0.5 mm ，铣削速度
v =110min m ，进给速度为250㎜/min ， n =D
v 1000 式中 n —主运动的转速（m in r ）
v —切削速度（min m ）
D —刀具的最大直径（㎜）
代入数值得：n =2800r/min
铣端面时，选取铣削深度a p =1 mm ，铣削速度v =110min m ，进给速度为200㎜/min
同上计算，得n =2800r/min ；
铣底平面时，选取铣削深度a p =0.84mm ，铣削速度v =65min m ，进给速度为400㎜/min
同上计算，得n =1600r/min 。
3.4对刀点与换刀点的确定
“对刀点”是数控加工时，刀具相对于工件的起点，这个起点也是编程时程序的起点，因此，“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。在编制程序时应正确选择对刀点的位置。
对刀点可以选择在工件上，此零件的对刀点就在工件的上表面，也可选夹具或机床上（夹具或机床上应设置相应的对刀装置）。若对刀点选择在夹具或者机床上，则必须与工件的定位基准有一定的尺寸关系，以保证机床坐标系与工件坐标系的关系。