平面槽加工工艺分析与编程设计

毕 业 论 文

平面槽加工工艺分析与编程设计

姓 名_______________ 系 别_______ ___ 专 业_______________ 年 级_______________ 指导教师_______________

年 月 日

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目录

摘要 ............................................................ - 3 - 前言 ............................................................ - 3 - 1 零件图艺纸工分析 ............................................. - 3 - 2 零件的装夹方案 ................................................ - 6 - 3 加工工艺进给路线 .............................................. - 7 - 4 铣削加工的刀具和切削用量 ...................................... - 8 - 5 程序编制 ...................................................... - 9 - 5.1 工件坐标系的确定 ............................................ - 9 - 5.2 程序的编制 .................................................. - 9 - 5.2.1 自动编程 ................................................. - 11 - 5.2.2 编程方法的选择 ........................................... - 11 - 致 谢 .......................................................... - 13 - 附 录 .......................................................... - 15 -

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平面槽加工工艺分析与编程设计

摘要

此零件为一平面槽形零件，加工此零件以前，要先分析零件图纸，找出所需的数据，确定零件形状；然后确定加工的装夹方案，设计合理的夹具；接着就是根据分析图纸所得的数据，以及装夹的方法，编写加工工艺路线及设定铣削参数与铣削用量；最后就是根据前面的分析，编写加工程序，进行零件加工。

关键词 数控铣床加工 工艺分析 编程设计 前言

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。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，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上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，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

现就一平面槽形零件数控铣削加工工艺分析举例。

平面槽形零件是数控铣削加工中常见的零件之一.其轮廓曲线由直线-圆弧、圆弧-圆弧、圆弧-非圆曲线以及非圆曲线等组成.加工中多采用两轴以上联动的数控铣床,加工工艺过程也大同小异.下面以下图所示的平面槽形凸轮为例,分析其数控铣削加工工艺。

1 零件图艺纸工分析

程序编制人员在进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和

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切削用量等。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。

数控铣床加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有以下特点： （1）零件加工的适应性强，灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。

（2）能加工普通机床无法加工或难加工的零件。

（3）能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 （4）加工精度高、加工质量稳定可靠。

（5）生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。

通过图1.1所示零件图可知，此零件是一种平面槽形零件，其轮廓为在一个（250×125×14）mm的长方形板块上有4个Φ14mm的通孔，在4个通孔上又有4个Φ33mm的盲孔，在零件中间Φ96mm的凸台上有4个槽宽为14mm的键槽和4个R39的圆弧，凸台中心位置，也就是工件坐标系位置，有一个（18×18）mm的方行通孔，在通孔上有一个Φ33mm的盲孔。

图1.1

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此零件可在两轴以上联动的数控铣床上进行加工，由于此零件涉及的刀较多，在加工中心上进行铣削加工较为方便。

零件的材料为45钢，切削较好，不易变形。

在毛坯加工时，一般采用外轮廓顺铣，内轮廓逆铣的方法加工，这样加工平稳，表面质量好，逆铣时，刀具从加工表面切入，切削厚度逐渐增大，刀具的刀齿容易磨损，而且刀具切离工件时的垂直分力会使工件脱离工作台，因此需要较大的加紧力。顺铣时，刀具从待加工表面切入，切削厚度由最大逐渐减小，刀具切离工件时的垂直分力会时工件始终压向工作台，减小了工件在加工中的振动，因而能够提高零件的加工精度、表面加工质量和刀具的耐用度。计算机辅助编程一般采用小的吃刀量，快的进给率，手工编程一般采用大的吃刀量，小的进给率。

此零件的成形尺寸为（250×125×14）mm，所选择的毛坯必须大于或等于零件的尺寸，这样在加工时可以保证零件的切削到位，故选择零件的毛坯大小为（260×130×30）mm。由于所选择的毛坯余量充足，完成此零件的加工可两次装夹，第一次装夹，铣削零件的甲面，完成零件的轮廓加工，在装夹乙面铣削甲面时，可进行甲面的上平面浅铣，以此来保证甲平面的精度，也保证了第二次装夹基准时的精度。由于是对整个平面的铣削，可使用面积较大的面铣刀来进行加工，这样可节省一部分时间，以此来提高生产率。对中间凸台的加工，可先用面铣刀在工件坐标系处铣削一个Φ96mm的圆形凸台，留取单边余量为0.5mm，可供再次精加工所用。在进行中间凸台上的键槽加工时，由于键槽的宽度为14mm，可直接使用Φ14mm的硬质合金立铣刀进行加工。对于零件上的五个通孔，可进行先点孔再钻削的方式加工孔系，这样有助后面的刀具在定位、进刀。为了保证孔系尺寸的精度，在用麻花钻钻削时可留少许余量，供下一把铰刀的铰削到位。在进行工件坐标系O处的方形通孔加工时，由于方形通孔的圆弧半径为5mm，故选用刀具为Φ10mm的硬质合金立铣刀，如果所选择的刀具直径太大，在加工时方形通孔的圆弧就有可能出现过铣欠铣，所选择的刀具直径过小，也不易于圆弧的加工，故所要铣削圆弧的大小，决定着刀具直径的大小；第二次装夹铣削乙面，完成零件的厚度加工。零件的定位基准为毛坯的底面和外轮廓，将零件程序编制好以后，经过程序校验及加工仿真确认，方可进行加工，在加工前还需对刀来建立工件坐标系，由于此零件呈前后左右对称状，故选择工件坐标系为毛坯中心点上

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表面。对刀是为了确定编程员设定的基准坐标系，即工件坐标系在机床坐标系中的位置，这个坐标系由对刀确定。

对刀步骤如下： （1）安装工件

将工件毛坯装夹在工作台上的平口钳上，用手动方式分别使Z轴、X轴、Y轴回到机床参考点，采用点动方式、手轮进给方式、快速进给方式，分别移动X、Y、Z轴，将主轴刀具先移到X方向的对刀基准面-工件毛坯右端面。

（2）启动主轴

在手轮进给的方式转动手摇脉冲发生器，慢慢移动机床X轴，使刀具侧面接触工件X方向的基准面，使工件上出现一微小切痕，此时记下X轴毛坯右侧面的数值

用手轮方式抬刀离工件表面有10mm左右，移至工件左侧下刀，用同样的方式，使刀具轻微接触工件左侧基准面，记下X左侧的数值。

X轴的两个数值相加除以2，即为工件X轴的中心点用同样的方法找出工件Y轴的中心点用同样的方法找出工件Y轴的中心点Z轴的坐标为工件上表面。用刀具轻微接触工件中间位置，记下Z值。

（3）建立坐标系，把X、Y、Z值输入G54。

2 零件的装夹方案

由于所加工的零件是板类零件，毛坯可装夹在数控机床上的平口钳上进行加工，选择零件毛坯大小必须大于或等于零件尺寸大小，故选择毛坯大小为（260×130×30）mm，为了防止在加工时刀具与平口钳发生干涉，工件最大背吃刀量和平口钳应留足余量。由于成型零件的厚度为14mm，一次装夹不能完成零件的加工，故需两次装夹来完成零件的加工。

第一次装夹定位基准为乙面及毛坯外轮廓，由于成形零件的厚度为14mm，在甲面还要浅铣1mm，铣削外轮廓时，刀具相对于工件坐标系至少要下刀16mm,为了保证刀具不与平口钳发生干涉，故选择毛坯应高出平口钳20mm，以保证零件的正常加工。

在铣削乙面时，可用面铣刀来进行零件的成形加工。

在毛坯装夹时，一定要保证毛坯在加工时的牢固、稳定，保证工件表面在同一水平面。

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为了防止零件表面的误差和工件在加工时的松动，可做好以下几点： （1）在装夹毛坯时，可使用等高垫块来保证工件表面的平衡度及牢固、稳定性。

（2）毛坯的装夹一定要放在平口钳的中间位置，这样在加工时不易松动。 （3）为了保证零件的表面精度，最好用面铣刀浅铣一遍，这样既保证了表面的精度，又保证了第二次装夹的定位精度。

3 加工工艺进给路线

完成此零件的加工大致使用了5把刀具。以刀具的使用顺序来划分工序，如下：

第1把刀为Φ60mm的硬质合金面铣刀，使用目的是保证零件上表面在同一平面上，并能节约铣削平面及铣削中间凸台的时间。

由于面铣刀底部中心没有刀刃，若直接从毛坯顶部垂直下刀，毛坯会顶住刀具，故一般采用从毛坯外部进刀、退刀，这样可避免产生冲击而造成刀具的损坏，同时又能保护加工面不会留下刀痕。

由于面铣刀的直径较大，不能铣削中间凸台的成型轮廓，故面铣刀只铣削中间凸台的圆形轮廓，为了保证中间凸台轮廓的精度，中间凸台单边留余量为0.5mm，供再次精铣所用。

工序1第1步： 相对于工件坐标系加工深度为1m，进给路线为对整个甲平面的铣削

工序1第2步： 相对于工件坐标系加工深度为5mm，进给路线为环形铣削留取中间Φ96mm的圆形凸台，并留取单边0.5mm的余量，供再次精加工所用。

第2把刀为Φ3mm的硬质合金中心钻头，使用目的是点孔，帮助第3把刀定位、进刀。

工序2第1步：相对于工件坐标系加工深度为5mm，分别钻四个圆孔。 工序2第2步：相对于工件坐标系加工深度为5mm，钻中间方孔。 第3把刀为Φ13.8mm的高速钢麻花钻，使用目的为下一把刀的成形钻削四个圆孔及中间方孔做准备。

工序3： 相对于工件坐标系加工深度为18mm，分别钻四个圆孔及方孔。 第4把刀为Φ14mm的硬质合金铰刀

工序4：相对于工件坐标系加工深度为18mm，分别铰四个圆孔及方孔。

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第5把刀Φ14mm的硬质合金立铣刀，使用目的是铣削五处的盲孔及工件外轮廓、中间凸台成型轮廓。

工序5第1步：相对于工件坐标系加工深度为7mm ，分别加工周四个直径为33的圆孔

工序5第2步：相对于工件坐标系加工深度为10mm，加工中间直径为33的圆孔。

工序5第3步：相对于工件坐标系加工深度为18mm，进给路线为顺铣毛坯外轮廓。

工序5第4步：相对于工件坐标系加工深度为5mm，进给路线为精铣单边余量为0.5mm的圆形凸台→四处键槽→四处圆弧。

第6把刀为10mm的硬质合金立铣刀，使用目的是铣削工件坐标系中间处R5的方形通孔。

工序6：相对于工件坐标系加工深度为18mm，进给路线为对中间方形轮廓的加工。

4 铣削加工的刀具和切削用量

刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，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。

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；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。

切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。

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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，但也应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。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。

铣削加工的刀具和砌削用量具体选择如表4.1所示。铣刀及其参素的选取主要根据被加工零件的材料加工性、零件表面几何形状以及尺寸来进行；切削用量的选取则主要根据被加工零件材料的特点、刀具性能和加工精度来进行。在数控铣削加工中，为了提高加工效率，通常尽量选择接近加工尺寸的铣刀，单侧吃刀量取铣刀直径的1/3或1/2；铣削速度的进给速度一般根据实验或经验来选取加工效率和刀具寿命的最佳综合值。精铣时切削速度应选择高些，以便尽量提高零件表面的加工质量。

本平面槽形零件的材料为铸铁，属于一般材料，在加工时切削性能好

表4.1 铣削参数表

工序 面铣刀 中心钻 麻花钻头 铰刀 立铣刀 立铣刀 刀 具 名称 刀片材料 T01 T02 T03 T04 T05 T06 硬质合金 硬质合金 高速钢 高速钢 硬质合金 硬质合金 切 削 参 数 切削转度 进给量背吃刀（mm） 量 350r/min 80 2 1500r/min 40 600r/min 40 200r/min 40 1200r/min 60 1200r/min 60 余 量 0.5 0.15 5 程序编制

5.1 工件坐标系的确定

工件坐标系确定的是否合适，对编程和加工是否方便有着十分重要的影响，一般将工件坐标系的原点选择在工件的一个重要基准点上。由于所加工的零件形状关于中心点呈前后左右对称，故将工件坐标系的原点设定在工件中心的表面上，这可使轮廓上节点的坐标计算比较方便。 5.2 程序的编制

在编制数控加工程序前，应首先了解数控程序编制的主要工作内容、程序编制的工作步骤、每一步应该遵循的工作原则，才能最终获得满足要求的数控程序。

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在数控加工中，程序设计是个重要的技术工作，设计程序应合理有序，该快速的地方快速，该慢速的地方慢速，在保证质量的基础下还应考虑的加工效率，理想的数控程序不仅应保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。

编制程序的方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。

（1）手工编程的定义 手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。

对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。沈阳机床但对于一些复杂零件，特别是具有非圆曲线的表面，或者零件的几何元素并不复杂，但程序量很大的零件(如一个零件上有许多个孑L或平面轮廓由许多段圆弧组成)，或当铣削轮廓时，数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，而只能以刀具中心的运动轨迹进行编程等特殊情况，由于计算相当繁琐且程序量大，手工编程就难以胜任，即使能够编出程序来，往往耗费很长时间，而且容易出现错误。据国外统计，当采用手工编程时，一个零件的编程时间与在机床上实际加工时间之比，平均约为30：1，而数控机床不能开动的原因有20％—30％是由于加工程序编制困难，编程所用时间较长，造成机床停机。普通车床因此，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂零件的加工问题，沈阳机床采用手工编制程序已不能满足要求，而必须采用“自动编制程序”的方法。

(2)手工编程的意义 手工编程的意义在于加工形状简单的零件(如直线与直线或直线与圆弧组成的轮廓)时，快捷、简便；不需要具备特别的条件(价格较高的硬件和软件等)；对机床操作或程序员不受特殊条件的制约；还具有较大的灵活性和编程费用少等优点。

手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。

(3)手工编程的不足 手工编程既繁琐、费时，又复杂，普通车床而且容易产生错误。其原因是：

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