机械毕业论文范文.doc

1 重庆大学网络教育学院重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 学生所在校外学习中心 : 批次 层次 专业 : 学号：_ _ _ 学生姓名： _ _ _ 指导教师： 起止日期： 2 前 言 制造业是所有与制造有关的行业的总称，是一个国家国民经济的支柱产业。它 一方面为全社会日用消费品生产创造价值，另一方面也为国民经济各部门提供生产 资料和装备。据估计，工业化国家 70%80%的物质财富来自制造业，约有 1/4 的人 口从事各种形式的制造活动。可见，制造业对一个国家的经济地位和政治地位具有 至关重要的影响，在 21 世纪的工业生产中具有决定性的地位与作用。 由于 现代科学技术日新月异的发展，机电产品日趋精密和复杂，且更新换代速度加快， 改型频繁，用户的需求也日趋多样化和个性化，中小批量的零件生产越来越多。这 对制造业的高精度、高效率和高柔性提出了更高的要求，希望市场能提供满足不同 加工需求、迅速高效、低成本地构筑面向用户的生产制造系统，并大幅度地降低维 护和使用的成本。同时还要求新一代制造系统具有方便的网络功能，以适应未来车 间面向任务和定单的生产组织和管理模式。 随着社会经济发展对制造业的要求不断提高，以及科学技术特别是计算机技术 的高速发展，传统的制造业已发生了根本性的变革，以数控技术为主的现代制造技 术占据了重要地位。数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测及自动控制 等高新技术于一体，是制造业实现柔性化、自动化、集成化及智能化的重要基础。 这个基础是否牢固， 直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，也关系到一个国 家的战略地位。因此，世界各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术 及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当 大的进步，特别是在通用微机数控领域，基于 PC 平台的国产数控系统，已经走在了 世界前列。 毕业设计是在修完所有课程之后，我们走向社会之前的一次综合性设计。主要 用到所学的数控加工工艺设计、机械设计等方面的知识。着重说明一轴的数控加工 方法,即零件图样的分析、数控加工的工艺分析、工艺路线的制定、数控程序的编制。 通过本次毕业设计，使我更加了解数控加工的含义，以及懂得如何查阅相关资料和 怎样解决在实际工作中遇到的实际问题，这为我以后从事这项职业打下了良好的基 础。 3 摘摘 要要 凸轮零件的加工体现在对材料的选择、刀具的选择、工装夹具、定位元件、 基准的选择、定位方式、对刀、工艺路线拟定、程序的编制、数控车、数控铣等。 着重说明了数控加工工艺设计的主要内容 、数控加工工艺与普通加工工艺的 区别及特点 、数控刀具的要求与特点 、数控刀具的材料 、选择数控刀具时应考虑 的因素、工件的安装 、定位误差的概念和产生的原因 、数控车床的主要加工对象、 数控车床的坐标系、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定 、工步顺序的安 排 、切削参数选择 、数控铣床的主要加工对象等。全面审核投入生产制造中。其 中轴的数控加工工艺分析、装夹、基准的选择、工艺路线的拟定、程序的编制既是 重点又是难点。 关键词 刀具，加工工艺，铣床类型，程序编程，夹具，等等。 4 目目 录录 前前 言言2 摘摘 要要3 1 1、论文产生的目的及背景、论文产生的目的及背景5 11 课题的目的及意义.5 1.2 课题目的6 1.3 课题任务、设计内容、实现途径6 2 2、零件图样分析、零件图样分析7 2.1 结构分析7 2.2 精度等级、表面粗糙度8 2.3 选材分析8 3 3、确定加工工艺方案、确定加工工艺方案10 3.1 工艺分析10 3.2 加工调整10 3.3 刀具集中分序法12 3.4 以加工部位分序法12 3.5 以粗、精加工分序法12 4 4、工件的装夹、工件的装夹13 4.1 数控铣床夹具13 4.2 通用夹具13 4.3 工件的装夹方法和装夹方式14 4.4 工件的定位14 4.41 工件定位的意义14 4.42 工件的六点定位定位原理15 4.43 工件的定位形式15 4.5 定位基准的选择16 4.51 基准及分类.16 4.52 定位基准的选择16 5 5、数控铣刀的选择、数控铣刀的选择17 5.1 对刀具的要求.17 6 6、切削用量的选择、切削用量的选择19 7 7、数值计算、数值计算20 8 8、程序的编制、程序的编制22 8.1 UG 的编程的应用.22 8.2 编制程序23 5 8.21 UG 自动编程效果图23 8.22 手动编写加工程序.26 总结总结28 参考文献参考文献28 6 1 1、论文产生的目的及背景、论文产生的目的及背景 11 课题的目的及意义课题的目的及意义 数控铣床铣削凸轮零件，是理论知识和实践的课题。它主要的意义是让我们了 解数控技术，了解数控技术给我们生活带来的方便，给我国的传统工艺带来的巨大 的改变。 同过去的传统加工相比，数控不仅加工自动化程度高，在数控机床加工零件时， 除了手工装卸工件外，全部加工过程都是由机床自动完成。而且，数控加工精度高， 加工质量稳定。数控加工尺寸精度通常在 0.005-0.1MM 之间。数控加工对象比较广 泛，生产的效率也比较高：一方面自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面， 省去了划线，多次装夹，检测等工序；例如凸轮零件在加工过程中，先把刀对好， 再利用数控编程技术使加工深度逐渐的加深，这样既能不损坏刀具，又能达到加工 要求。这样就提高了效率。数控技术生产的效率.质量是先进技术的主题。 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统 中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适用控 制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用链接方便的智能化，如智能化的自 动编程，自动化的人机界面等；还有智能诊断.智能监控方面的内容，方便系统的诊 断和维修等。 为了充分发挥数控加工优势，数控加工正在向工序集中.更高速高效率.更高精 度.更高可靠性及更完善的功能方向发展。 1.2 课题目的课题目的 （1）培养和提高自己综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力，进一步 将自己学到的理论知识运用到实际问题当中去，使所学的理论知识得到巩固、扩大、 加深和系统化。 7 （2）学会利用现代数控技术解决普通铣床难以解决的零件，使用现代数控铣床 编程数控程序铣削凸轮零件，学会和同学们一起互相合作，互相探讨，培养团队合 作精神。 1.3 课题任务、设计内容、实现途径课题任务、设计内容、实现途径 课题任务： （1）分析凸轮零件的数控铣削加工工艺。 （2）合理的选择数控机床， （3）利用数控铣床铣削凸轮零件。 （4）利用 CAD/CAM 技术画图根据其图样自动生成加工程序，然后转换到数控铣 床，让其加工出合格的凸轮零件 设计内容：数控加工工艺设计、程序编制；机床、刀具、材料的选择；工件的装 夹；数控车、数控铣；工艺路线的拟定。 实现途径：根据我所学的知识，加上指导老师的指导，参考有关数控加工工艺与 设备的书本和文献，在网上找相关的资料加以分析和利用，还有数控现场的调查和 分析。 8 32 2 2、零件图样分析、零件图样分析 如图所示 图图 1 1 凸轮零件凸轮零件 2.1 结构分析结构分析 该零件是常见的凸轮类复杂零件，是由凸轮槽内、外轮廓、孔等表面组成的内 外轮廓加工 零件。由于该零件加工表面较多、技术要求主要是凸轮定位孔的径向尺 寸和形位精度要求较 高，形状较复杂、尺寸难以控制，属于较复杂槽形零件。为保 证零件加工质量，提高生产效 率，选择以数控铣床为主加工该零件。 另外，此零件外型是一个厚度为 15MM，直径为 127MM 的圆盘。该凸轮是由几个 圆弧连接组成的，其中上方向圆弧连接尤为突出。中间还有一个圆孔直径为 30MM。 中心孔周围有 4 个小圆孔直径都是 13MM，因为结构比较简单所以只需要用数控铣床 铣出来就可以在保证它的质量之前。选用 140mmX1400mmX20mm 方料毛坯 9 2.2 精度等级、表面粗糙度精度等级、表面粗糙度 （1）表面间的平行度和垂直度，为了保证配合能够紧密贴和。所以工件应该装 的平稳。 （2）表面粗糙度和经济等级，一般表面精度为 IT6 以上。表面粗糙度0.63 精度等级不是很高的表面。 （3）孔的精度，垂直度，粗糙度。最终精度可达 H7。 （4）其它部分达到尺寸要求即可。 加工的关键问题是如何保证凸轮零件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。 2.3 选材分析选材分析 机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常，毛坯需要经过若 干工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件，可以 采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经 济、最合理的。所以此平面凸轮零件应选择最经济，最符合实际条件的材料。因为 凸轮运转速度 比较高所以强度要求高。塑性和韧性要求都比较高。所以我们选择 45 号钢材 料，毛坯尺寸为的方料。我们可以分析以下 45 号钢材料的 mmmmmm20140140 性能。45 号钢又名优质碳素钢。 抗拉强度: 600 (MPa) 屈服强度: 355 (MPa) 延 长 率: 16% 断面收缩率: 40% 布氏硬度: 197 材料化学成分组成 元素 比例(%) 碳 C : 0.420.50 铬 Cr ; 0.25 10 锰 Mn ; 0.500.80 镍 Ni ; 0.25 磷 P ; 0.035 硫 S ; 0.035 硅 Si ; 0.170.37 试样毛坯尺寸/mm300 推荐热处理/|正火: 850 推荐热处理/|淬火: 840 推荐热处理/|回火: 600 力学性能|b/MPa: 600 力学性能|s/MPa: 355 力学性能|5(%): 16 力学性能|(%): 40 力学性能|AKU/J: 39 钢材交货状态硬度 HBS10/3000，|未热处理钢: 229 钢材交货状态硬度 HBS10/3000，|退火钢: 197 特性及应用 未热处理时：HB229 热处理：正火 冲击功：Aku39J 强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较 小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如曲轴、传动轴、 齿轮、蜗杆、键、销等。水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油 中淬火。焊 牌号: 45 应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、 齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 3 3、确定加工工艺方案、确定加工工艺方案 11 平面凸轮如图 1 所示。 图 1 平面凸轮 3.1 工艺分析工艺分析 从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，30 孔为设计基准，其余表 面包括 4-13H7 孔均已加工。故取 30 孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔 13 的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基 准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的 相对位置。 3.2 加工调整加工调整 加工坐标系在 X 和 Y 方向上的位置设在工作台中间，在 G53 坐标系中取 X- 400，Y-100。Z 坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用 20 的立铣 刀，零件上端面为 Z 向坐标零点，该点在 G53 坐标系中的位置为 Z-80 处，将上述 三个数值设置到 G54 加工坐标系中。加工工序卡如表 1 所示。 12 表 1 数控加工工序卡 机械加工工序卡片 产品名称凸轮零件名称 凸轮共 1 页第 1 页 车间工序号工序名称材料牌号 机加 10 粗、精铣 45# 毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数 方料 140mmX140mmX20mm 11 设备名称设备型号设备编号同时加工件数 数控铣床 XD-A40 华中世纪星 1 夹具编号夹具名称切削液 台虎钳 工位器具编号工位器具名称工序工时/分 准终单件 （该栏要求画工序简图） 游标卡尺 0-150 平板 高度尺 0-150 工步号工步内容工艺设备主轴转速切削速度进给量切削深度工步工时 r/minm/minmm/rmm 进给次 数机动辅助 1 找正台虎钳百分表、磁力表座 2 找正零件划分针 3 编制加工程序，启动设备粗、精铣 140mmX140mm 任 一端面端面 数铣 800 0.5 0.3 2 设计（日期） 校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期） 签字日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 13 表 1 数控加工工序卡 机械加工工序卡片 产品名称凸轮零件名称 凸轮共 1 页第 1 页 车间工序号工序名称材料牌号 机加 20 钻孔 45# 毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数 方料 140mmX140mmX20mm 11 设备名称设备型号设备编号同时加工件数 数控铣床 XD-A40 华中世纪星 1 夹具编号夹具名称切削液 台虎钳 工位器具编号工位器具名称工序工时/分 准终单件 （该栏要求画工序简图） 游标卡尺 0-150 平板 高度尺 0-150 工步号工步内容工艺设备主轴转速切削速度进给量切削深度工步工时 r/minm/minmm/rmm 进给次 数机动辅助 1 编制加工程序，启动设备在在上道工序铣好的 140mmX140mm 端面上钻孔 数铣 500 0.1 0.1 20 设计（日期） 校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期） 签字日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 14 表 1 数控加工工序卡 机械加工工序卡片 产品名称凸轮零件名称 凸轮共 1 页第 1 页 车间工序号工序名称材料牌号 机加 30 铣孔 45# 毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数 方料 140mmX140mmX20mm 11 设备名称设备型号设备编号同时加工件数 数控铣床 XD-A40 华中世纪星 1 夹具编号夹具名称切削液 台虎钳 工位器具编号工位器具名称工序工时/分 准终单件 （该栏要求画工序简图） 台虎钳、铣夹具、游标卡尺 0- 150、位置度量规、高度尺 0- 150 、30H7 塞规、 13H7 塞规 工步号工步内容工艺设备主轴转速切削速度进给量切削深度工步工时 r/minm/minmm/rmm 进给次 数机动辅助 1 编制加工程序，启动设备在上道工序，铣平面以及 铣钻好的孔 30H7 的中心孔和 4-13H7 的 4 个小 孔数铣 800 0.3 0.1 20 设计（日期） 校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期） 签字日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 15 表 1 数控加工工序卡 机械加工工序卡片 产品名称凸轮零件名称 凸轮共 1 页第 1 页 车间工序号工序名称材料牌号 机加 40 钻孔 45# 毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数 方料 140mmX140mmX20 11 设备名称设备型号设备编号同时加工件数 数控铣床 XD-A40 华中世纪星 1 夹具编号夹具名称切削液 台虎钳 工位器具编号工位器具名称工序工时/分 准终单件 （该栏要求画工序简图） 游标卡尺 0-150 平板 高度尺 0-150 工步号工步内容工艺设备主轴转速切削速度进给量切削深度工步工时 r/minm/minmm/rmm 进给次 数机动辅助 1 翻面铣端面，以铣好的端面位基准，铣另一面 140mmx140mm 800 0.1 0.1 20 设计（日期） 校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期） 签字日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 16 表 1 数控加工工序卡 机械加工工序卡片 产品名称凸轮零件名称 凸轮共 1 页第 1 页 车间工序号工序名称材料牌号 机加 50 铣削 45# 毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数 锻件 140mmX140mmX20mm 11 设备名称设备型号设备编号同时加工件数 数控铣床 XD-A40 华中世纪星 1 夹具编号夹具名称切削液 台虎钳 工位器具编号工位器具名称工序工时/分 准终单件 （该栏要求画工序简图） 游标卡尺 0-150 平板 高度尺 0-150 工步号工步内容工艺设备主轴转速切削速度进给量切削深度工步工时 r/minm/minmm/rmm 进给次 数机动辅助 1 编制加工程序，启动设备铣凸轮外圆粗铣 500 0.5 0.3 20 精铣 1000 0.1 0.1 05 20 设计（日期） 校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期） 签字日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 17 3.33.3 刀具集中分序法刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。 在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空 程时间，减少不必要的定位误差。 3.43.4 以加工部位分序法以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、 外形、圆弧或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形 状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。 3.53.5 以粗、精加工分序法以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形， 故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。 综上所述，该凸轮的加工路线包括深度切入进给和平面切削，切削加工时当刀 具至指定深度后，刀具在 XY 平面内运动，铣削凸轮轮廓。在划分工序时，一定要视 零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位 生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要 根据实际情况来确定，但一定力求合理。 本零件的加工表面有外圆、内孔、端面及小孔，材料为 45#钢。故确定加工方 法及工艺路线如下： 工序 0：将锻件毛坯进行正火处理，将毛坯加热到 850-900，空冷或风冷到 常温，随炉抽检零件正火硬度； 工序 10：找正虎台钳，加紧毛坯，编制加工程序，启动设备粗、精铣 140mmX140mm 任一端面端面 18 工序 20：编制加工程序，启动设备在在上道工序铣好的 140mmX140mm 端面上钻 孔 工序 30：编制加工程序，启动设备在上道工序，铣平面以及铣钻好的孔 30H7 的中心孔和 4-13H7 的 4 个小孔 工序 40：翻面铣端面，以铣好的端面位基准，铣另一面 140mmx140mm 工序 50：做好工装，编制加工程序，启动设备铣凸轮外圆 4 4、工件的装夹、工件的装夹 4.1 数控铣床夹具数控铣床夹具 (1) 数控铣床夹具的定义和分类 在数控铣床上用于装夹工件的装置称为铣床夹具。 铣床夹具可分万能组合夹具，专用铣切夹具，多工位夹具，气动或液压夹具， 真空夹具。还有虎钳和分度头三爪卡盘这几种通用夹具。 (2)夹具的作用：简单的定位和夹紧 夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间 保持一定的坐标尺寸联系。 做得尽可能开敞，保持一定的安全距离，夹紧机构元件能低则低，以防止夹 具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。 夹具的刚性与稳定性要好。 4.2 通用夹具通用夹具 (1)数控铣削加工常用的夹具大致有下列几种： 万能组合夹具 专用铣切夹具 多工位夹具 气动或液压夹具 真空夹具 除上述几种夹具外，数控铣削加工中也经常采用虎钳、分度头和三爪夹盘等通 用夹具。 19 （2）数控铣削夹具的选用原则 在选用夹具时可参照下列原则： 在生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具。 小批或成批生产时可考虑采用专用夹具。 在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动；液压夹具。 4.3 工件的装夹方法和装夹方式工件的装夹方法和装夹方式 在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定位基准和夹紧方 案。在选择时应注意以下几点： （1）力求设计、工艺和编程计算的基准统一。 （2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 （3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 根据工件特点，用一块 320×320×40的垫块，在垫块上分别精镗 30及 13两个定位孔（当然要配定位销） ，孔距离 15±0.015，垫板平面度 为 0.05，该零件在加工前，先固定夹具的平面，使两定位销孔的中心连线与机床 x 轴平行，夹具平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。 4.4 工件的定位工件的定位 工件的定位的目的是使工件在夹具中相对机床，刀具都有一个确定的位置。工 件上用来定位的表面称为定位基准面，而在工序图上，用来规定本工序加工表面的 位置的基准为工序基准。 4.414.41 工件定位的意义工件定位的意义 在切削加工过程中，要使工件的各个加工表面的尺寸、形状及位置精度符合规 定要求，必须使工件在机床或夹具中占有一个确定的位置。定位就是确定工件在机 床上或夹具中占有正确位置的过程。工件定位是否准确，决定了工件的加工精度能 否达到要求。在成批生产中，工件夹紧后，使之与机床、刀具保持一个确定的相对 位置，也是缩短加工时间，提高生产效率的决定因素之一。 20 4.424.42 工件的六点定位定位原理工件的六点定位定位原理 物体在空间的任何运动，都可以分解为相互垂直的空间直角坐标系中的六种运 动。其中三个是沿三个坐标轴的平行移动，分别以 x,y、z 表示；另三个是绕三个坐 标轴的旋转运动，分别以 x,y,z 表示，如图 3l 所示。这六种运动的可能性，称为 物体的六个自由度。在夹具中适当地布置六个支承，使工件与六个支承接触，就可 消除工件的六个自由度，使工件的位置完全确定。这种采用布置恰当的六个支承点 来消除工件六个自由度的。 在图 32 中，xOy 坐标平面上的三个支承点限制了工件的 z,x,y 三个自由度； y02 坐标平面的两个支承点限制了 z.x 两个自由度;xoz 坐标平面上的一个支承点限 制了矿一个自由度。这种必须使定位元件所相当的支承点数目刚好等于六个，且按 3：1：1 的数目分布在三个相互垂直的坐标平面上的定位方法称为六点定则，或称 为六点定位原理。 4.434.43 工件的定位形式工件的定位形式 完全定位 工件在夹具中定位时，如果夹具中的六个支承点恰好限制了工件的六个自由度， 使工件在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为完全定位，如图 32 所示。 不完全定位 21 定位元件的支承点，完全限制了按加工工艺要求需要限制的自由度数目，但却 少于六个自由度。 如图 33 所示为阶梯面零件，需要在铣床上铣阶梯面。其底面和左侧面为高 度和宽度方向的定位基准，阶梯槽是前后贯通的，故只需限制五个自由度(底面三个 支承点，侧面两个支承点)。 因为工件无须铣台阶面。所以我们可以采用完全定位方式。 4.54.5 定位基准的选择定位基准的选择 4.514.51 基准及分类基准及分类 (1)基准：零件上用来确定其他点，线，面所依据的点线，面。 (2)基准的分类：依据用途不同基准可分为两类，设计基准，工艺基准。 4.524.52 定位基准的选择定位基准的选择 (1)选择精基准时，应能保证加工精度和装夹的可靠方便，可按下列原则： 基准重合原则 基准统一 自为基准原则 互为基准原则 保证工件定位准确、加紧可靠、操作方便的原则 (2)粗基准的选择 粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配 22 各加工面的余量，同时为后续工序提供精基准面。具体按以下原则选择： 为了保证加工面和非加工面的位置要求，应选非加工面为粗基准 合理分配各加工面的余量 粗基准要避免重复使用 粗基准的表面应平整光洁 余量均匀原则 此凸轮零件我们先用毛坯夹在铣床上铣一个平整光滑的平面，再以此平面 作为粗基准。然后把此平面安装在工装上加工。 定位基准采用“一面两孔”定 位，即用铣好的面和两个基准孔作为定位基准。加工出此零件的外型。 5 5、数控铣刀的选择、数控铣刀的选择 5.15.1 对刀具的要求对刀具的要求 (1)铣刀刚性要好 一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程 中难以调整切削用量的特点。当工件各处的加工余量相差悬殊时，通用铣床遇到这 种情况很容易采取分层铣削方法加以解决，而数控铣削就必须按程序规定的走刀路 线前进，遇到余量大时无法象通用铣床那样“随机应变” ，除非在编程时能够预先考 虑到，否则铣刀必须返回原点，用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从 头开始加工，多走几刀。但这样势必造成余量少的地方经常走空刀，降低了生产效 率，如刀具刚性较好就不必这么办。 (2)铣刀的耐用度要高 尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工 件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表 面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。 除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要， 切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热 处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控 铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。 23 （2）常用铣刀种类 盘铣刀 一般采用在盘状刀体上机夹刀片或刀头组成，常用于端铣较大的平面。 端铣刀 端铣刀是数控铣加工中最常用的一种铣刀，广泛用于加工平面类零件，图 4- 3 是两种最常见的端铣刀。端铣刀除用其端刃铣削外，也常用其侧刃铣削，有时端 刃、侧刃同时进行铣削，端铣刀也可称为圆柱铣刀。 图 4-3 成型铣刀 成型铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面 类零件的特定形状（如角度面、凹槽面等） ，也适用于特形孔或台。图 4-4 示出的是 几种常用的成型铣刀。 图 4-4 球头铣刀 适用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件较大的转接凹圆弧的补加工。 图 4-5 是一种常见的球头铣刀。 24 图 4-5 图 4-6 鼓形铣刀 图 4-6 是一种典型的鼓形铣刀，主要用于对变斜角类零件的变斜角面的近似加 工。 除上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。但因不少数控铣 床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内孔锥度有别，须配制过渡套和拉杆。 因为此零件稍复杂所以铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙 度，一般采用刀片镶嵌式盘形面铣刀。也可所选用刀具为高速钢 6 刃立铣刀。 孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工刀具。立铣刀主要用于立式铣床上加工 凹槽，台阶面，成型面等是数控铣削中最常用的一种铣刀。 6 6、切削用量的选择、切削用量的选择 凸轮槽内、外轮廓精加工时留 0.3铣削用量，确定主轴转速与进给速度时， 先查切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，然后利用公式 vc=dn/1000 计算 主轴转速 n，利用 vf = nZfz 计算进给速度。 依据零件材料 45 钢的切削性能，硬质合金刀具材料的特性及加工精度要求确 定切削用量。凸轮两侧面各留 1mm 精铣余量；切削速度和进给速度的选择应考虑刀 具的工作效率和寿命，粗铣时主轴转速取尽可能的低值，进给速度尽可能的取高值， 精加工前，检测零件几何尺寸，依据检测结果决定刀具长度和刀具半径的偏置量， 精铣时主轴转速尽可能取高速，铣刀进给速度进肯能取低值，保证尺寸精度和表面 质量符合图纸的加工要求。 25 7 7 数值计算数值计算 该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。 在加工坐标系中，各点的坐标计算如下： BC 弧的中心 O1 点：X-(175638)sin8°59-3728 Y-(175638)cos8°59-23586 EF 弧的中心 O2 点：X2Y2692 联立 (X-64)2Y2212 解之得 X6575，Y2093 HI 弧的中心 O4 点：X-(17561)cos24°15-215.18 Y(17561)sin 24°159693 DE 弧的中心 O5 点：X2Y26372 联立 (X-6575)2(Y-2093)221302 解之得 X6370，Y-027 B 点： X-638sin8°59-996 Y-638cos8°59-6302 C 点： X2Y2642 联立 (X3728)2(Y23586)21752 解之得 X-557，Y-6376 D 点： (X-6370)2(Y027)2032 联立 X2Y2642 解之得 X6399，Y-028 E 点： (X-637)2(Y027)2032 联立 (X-6575)2(Y-2093)2212 解之得 X6372，Y003 F 点： (X107)2(Y-16)2462 联立 (X-6575)2(Y-2093)2212 解之得 X4479，Y1960 G 点： (X107)2(Y-16)2462 联立 26 X2Y2612 解之得 X1479，Y5918 H 点： X-61cos24°15-5562 Y61sin 24°152505 I 点： X2Y263802 联立 (X21518)2(Y-9693)21752 解之得 X-6302，Y997 根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线图。如表 2 所示。 表 2 数控加工走刀路线图 数控加工走刀路 线图 零件 图号 NC01 工序号 工步号程序号 O100 机床 型号 XK5032 程序 段号 N10N170 加工 内容 铣周 边轮 廓 共 1 页 第 页 编程 校对 审批 符号 含义 抬 刀 下 刀 编程 原点 起刀点 走刀方 向 走刀线 相交 爬斜 坡 铰 孔 行切 8 8、程序的编制、程序的编制 27 8.18.1 UGUG 的编程的应用的编程的应用 随着数控技术的发展，数控技术给传统制造业带来了革命性的变化，制造业成 为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对一些重要 行业的发展起着越来越重要的作用。随着科技的发展，数控技术也在不断的发展更 新，现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CAD/CAM、UG 、 PRO/E 的应用是一项实践性很强的技术。 UG 是当今世界上最先进且高度集成的 CAD/CAM/CAE 高端软件之一，是美国 UGS 公司研发的，他广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电、电子以及化工各个行业 的产品设计和制造领域。 UG 在工业设计中，具有自由形状建模、分析表面连续性、颜色、材料、结构、 照明和工作室效果等功能，并通过开发环境将设计与其他领域知识集成在一起。在 数控编程解决方案方面，有集成的刀具路径切削和机床运动仿真、后处理程序、车 间工艺文档以及制造资源管理等。 UG 提供了一个完整 NC 编程系统所需的一切组件，包括钻孔、车削、2-5 轴铣削、 线切割、基于特征的加工一整套刀具路径处理器、后处理器建造和编辑工具和全面 的三维机床仿真。UG 不仅可以接受本系统生成的 CAD 数据，而且它提供多种数据转 换格式，处理任何第三方 CAD 系统所生成的数据。 28 8.28.2 编制程序编制程序 8.218.21 UGUG 自动编程效果图自动编程效果图 工序 10 工序 20 29 工序 30 工序 40 30 工序 50 8.228.22 手动编写加工程序手动编写加工程序 凸轮加工的程序及程序说明如下： N10 G54 X0 Y0 Z40 /进入加工坐标系 31 N20 G90 G00 G17 X-738 Y20 /由起刀点到加工开始点 N30 G00 Z0 /下刀至零件上表面 N40 G01 Z-16 F200 /下刀至零件下表面以下 1mm N50 G42 G01 X-638Y10 F80 H01 /开始刀具半径补偿 N60 G01 X-638 Y0 /切入零件至 A 点 N70 G03 X-996 Y-6302 R638 /切削 AB N80 G02 X-557 Y-6376 R175 /切削 BC N90 G03 X6399 Y-028 R64 /切削 CD N100 G03 X6372 Y003 R03 /切削 DE N110 G02 X4479 Y196 R21 /切削 EF N120 G03 X1479 Y5918 R46 /切削 FG N130 G03 X-5526 Y2505 R61 /切削 GH N140 G02 X-6302 Y997 R175 /切削 HI N150 G03 X-6380 Y0 R638 /切削 IA N160 G01 X-6380 Y-10 /切削零件 N170 G01 G40 X-738 Y-20 /取消刀具补偿 N180 G00 Z40 /Z 向抬刀 N190 G00 X0 Y0 M02 /返回加工坐标系原点，结束 参数设置：H0110； G54：X-400，Y-100，Z-80。 32 总结 在这次的毕业设计中本人充分运用在大学期间里面所学的知识设计了凸轮零件 数控加工工艺过程及编程分析的毕业设计论文，经过这次写毕业论文过程，我学会 了应用一些电脑软件，系统复习了这几年里所学的知识，也参考很多相关的书籍及 运用网络查找相关的知识信息，收获颇多。特别是凸轮零件结构的深入认识和了解。 本设计研究过程中仍然存在一些不足，有的问题还有待进一步深入，具体如下： 1、系统的设计不太完善，还可结合计算机数据库计算分析，整理出更加合理的 设计方案。 2、存在一定的浪费，夹具的易磨损件在设计中未明确磨损程度和使用极限。 3、计算零件加工时间时考虑的是主要的工作时间， 、没将操作者辅助时间加上 去。 参考文献 1 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导M.机械工业出版社，2004 2 沈建峰，章志成.数控机床编程与操作实训M.国防工业出版社，2006 3 杨仲冈.数控设备与编程M.高等教育出版社，2006 4 顾京.数控机床加工程序编制M.机械工业出版社，2005 5 王爱玲，李清.数控机床加工工艺M.机械工业出版社，2007