带薄壁凸凹模数控加工工艺分析及自动编程

毕业设计（论文）

带薄壁凹凸模的数控加工工艺

及程序编制

Convex and concave die with thin wall of NC machining process And the programming

班 级： 学生姓名： 学 号：

指导教师： 职 称： 导师单位：

论文提交日期：

徐州工业职业技术学院

毕业设计

题 目：带薄壁凸凹模数控加工工艺分析及自动编程 年级专业：

学生姓名： 学 号： 930402018 指导教师： 职 称： 讲师 导师单位： 机械工程系

徐州工业职业技术学院

毕业设计任务书

课题名称：带薄壁凸凹模数控加工工艺分析及自动编程 课题性质： 设计 系 名 称： 机电工程技术学院

专 业： 数控技术与应用 班 级： 指导教师： 学生姓名：

一、课题名称：

带薄壁凸凹模数控加工工艺分析及自动编程

二、毕业论文主要内容：

本课题对一个复杂零件进行数控加工工艺分析，并且利用计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）完成该零件的程序编制和仿真加工。本课题的具体任务有：1、完成复杂零件图样的分析，明确加工内容、加工精度和技术要求；2、利用计算机辅助设计软件（CAD）完成该零件的二维和三维造型；3、制订符合机械加工企业要求数控加工工艺规程；4、利用计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）完成该零件的数控加工程序编制；5、撰写毕业设计论文。

三、计划进度：

第 1 周 查阅资料：学习论文格式，撰写技巧；对比调研选型，确定

复杂零件对象，制定总体方案。

第 2 周 学习CAD/CAM软件的应用；完成零件图样分析，计算机建模

造型。

第 3-4 周 对零件进行数控工艺加工工艺分析，并制定工艺方案和规程。 第 5 周 利用CAM软件编制数控加工程序；撰写毕业设计论文。 第 6 周 毕业答辩。

四、毕业论文结束应提交的材料： 1、零件的二维和三维造型图；

2、零件数控加工程序和仿真加工结论； 3、毕业设计论文；

指导教师 教研室主任

年 月 日 年 月 日

论文真实性承诺及指导教师声明

学生论文真实性承诺

本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。

毕业生签名：

日 期：

指导教师关于学生论文真实性审核的声明

本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。

指导教师签名：

日 期：

目录

摘要................................................................................................................................. 6 Abstract.......................................................................................................................... 6 第一章 绪 论 ................................................................................................................. 7

1.1数控技术简介 ..................................................................................................... 7 1.2数控加工工艺简介 .............................................................................................. 7 1.3高速切削技术简介 .............................................................................................. 8 1.4 Pro/E软件简介 .................................................................................................. 8 第二章 带薄壁凸凹模图样分析..................................................................................... 10

2.1带薄壁凸凹模简介 ............................................................................................ 10 2.2确定加工内容及技术要求 ................................................................................... 12 3.1 零件工艺性分析 ............................................................................................... 13 3.2 加工方案的确定及机床的选择 .......................................................................... 13

3.2.1加工方案的确定 ..................................................................................... 13 3.3.2 数控机床选用的依据.............................................................................. 13 3.3.3 数控铣床的具体型号.............................................................................. 14 3.3.4 该铣床的功能特点 ................................................................................. 14 3.3 加工阶段的划分 ............................................................................................... 14 3.4 加工工序的设计 ............................................................................................... 15 3.5 刀具的选择 ...................................................................................................... 17 3.5.1 数控铣削常用刀具 ................................................................................. 17 3.5.2 刀具的选择............................................................................................ 17 3.6 切削用量的选择 ............................................................................................... 18 3.7 定位与夹具的选择............................................................................................ 18 3.8 刀具路径的确定 ............................................................................................... 19 3.9冷却液及量具的选择 ......................................................................................... 20 第四章 Pro/E自动编程和程序的检验 ........................................................................... 21

4.1 Pro/E自动编程程序及走刀路线 ....................................................................... 21 4.2 件1加工程序编制及加工路线图....................................................................... 22

4.3 件2加工程序编制及加工路线图....................................................................... 25 4.4 Pore的自动编程刀具参数的设定 ........................................................................ 27 附录............................................................................................................................... 31 致 谢 ........................................................................................................................... 32

摘要

本文主要通过配合件的数控工艺分析与加工，综合所学的专业基础知识，全面考虑可能影响在铣削、钻削、绞削加工中的因素，对一个复杂零件进行数控加工工艺分析，明确加工内容、加工精度和技术要求，并且利用计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）完成该零件的程序编制和仿真加工。

关键词：CAD/CAM、配合件、加工工艺、编程

Abstract

This article mainly through cooperating parts CNC technology analysis and processing, comprehensive knowledge of professional knowledge, comprehensive consideration of the possible effects of the milling, drilling, reaming grinding processing factors, to a complex parts CNC machining process analysis, specific content, the processing precision and the processing technical requirements, and aided by computer design and manufacturing technology ( CAD / CAM ) completion of this part of the programming and machining simulation.

Keywords: CAD/CAM、Matching parts、Processing technology、 Programming

第一章 绪 论

1.1数控技术简介

数控技术，简称数控（Numerical Control ），即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速主轴正反转换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即正常说的数控加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等)，然后由机床上的数控系统读入( 或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入 )，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。

数控机床工作原理：

按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。

数控机床结构：

数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成，如图1-1所示。

图1-1 数控机床加工过程图

1.2数控加工工艺简介

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。

数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。

数控加工工艺分析的主要内容有： 1) 检查零件尺寸标注的合理性； 2) 检查零件精度要求的合理性；

3) 检查表面间转接圆弧的半径及表面相交处的圆弧半径是否合理；

4) 检查零件图中各加工面的图圆弧是否统一； 5) 检查零件上是否有统一定位基准； 6) 分析零件加工过程中的变形影响；

7) 检查毛坯的加工余量是否充分及稳定； 8) 分析毛坯在装夹方面的适应性。

数控加工工艺相对普通加工工艺具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、周期短、设备使费用高的特点。

1.3高速切削技术简介

普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：

（1）高效。高速铣削的主轴转速一般为15000r/min～40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的铣削加工高5～10倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高4～5倍。

（2）高精度。高速铣削加工精度一般为10μm，有的精度还要高。 （3）高的表面质量。由于高速铣削时工件温升小（约为3°C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm，减少了后续磨削及抛光工作量。

（4）可加工高硬材料。可铣削50～54HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。

鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。 但是，高速铣削在加工过程中应满足无干涉、无碰撞、光滑、切削负荷平滑等条件。而这些条件造成高速切削在对刀具材料、刀具结构、刀具装夹以及机床的主轴、机床结构、进给驱动和CNC系统上提出了特殊的要求；并且主轴在加工过程中易磨损且成本高（目前）。

1.4 Pro/E软件简介

Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。

Pro/E独树一帜的软件功能直接影响了我们工作中的设计、制造方法。与其他同类三维软件（MDT、UG、CATIA等）相比，Proe/ENGINEER的不同之处在于以下几点：

（1）基于特征的（Feature-Based）

Pro/ENGINEER是一个基于特征的（Feature-Based）实体模型建模工具，利用每次个别建构区块的方式构建模型。设计者根据每个加工过程，在模型上构建一个单独特征。特征是最小的建构区块，若以简单的特征建构模型，在修改模型

时，更有弹性。

（2）关联的（Associative）

通过创建零件、装配、绘图等方式，可利用Proe/ENGINEER验证模型。由于各功能模块之间是相互关联的，如果改变装配中的某一零件，系统将会自动地在该装配中的其他零件与绘图上反映该变化。

（3）参数化（Parametric）

Pro/ENGINEER为一参数化系统，即特征之间存在相互关系，使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更，以满足设计者的要求。如果 某一特征参考到其他特征时，特征之间即产生父/子（parent/child）关系。

（4）构造曲面（surface）

复杂曲面的生成主要有三种方法：1）由外部的点集，生成三维曲线，再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。2）直接输入由Pro/desinger（造型设计）产生的曲面。3）利用import（输入）功能，以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式，输入由其他软件或三维测量仪产生的曲面。

（5）在装配图中构建实体

根据已建好的实体模型，在装配（component）中，利用其特征（平面，曲面或轴线）为基准，直接构建（Create）新的实体模型。这样建立的模型便于装配，在系统默认（default）状态下，完成装配。

第二章 带薄壁凸凹模图样分析

2.1带薄壁凸凹模简介

本设计对一对带薄壁的凹凸模进行数控加工工艺分析，并且利用计算机辅助设计与制造软件完成该零件的程序编制和仿真加工。该零件的零件图如下图2-1和图2-2所示：

其余通孔材料：45钢 技术要求1.工件锐边去毛倒棱。2.未注公差为IT12。

图2-1 件1零件图

其余技术要求1.工件锐边去毛倒棱。2.未注公差为IT12。

图2-2 件1零件图

该零件的三维图如图2-3和2-4所示：

图2-3 件1三维图

图2-4 件2三维图

如上图所示，被加工部分的各尺寸、形状、表面粗糙度值及凹凸配合等要求

较高。本次设计的零件结构包含了平面、圆弧、内外轮廓、孔、螺纹的加工。

在选择刀具时，刀具半径不应使刀具和被加工表面或相邻表面之间发生干涉和过切，应尽量采用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率在进行数控加工时，在机床动力足够、工艺系统刚度允许的情况下，尽量提高切削深度，这样可以提高加工效率。

在毛坯的选择上既要考虑其可行性，也要考虑其经济性，夹具的设计要能保证加工精度并装夹牢固。

2.2确定加工内容及技术要求

带薄壁凸凹模主要包括内外轮廓、内孔以及内螺纹的加工。加工零件的精

度一般体现在以下几个方面：

1. 尺寸公差； 2. 表面粗糙度； 3. 形位公差。

对这几项要求进行综合分析，才能决定最终的工艺方案。 （1） 零件毛坯表面加工内容及技术要求:

零件毛坯加工到150x120x25、150x120x20的长方体,表面糙度值Ra3.2。 （2） 内孔的技术要求:

内孔加工到直径为Φ30mm的通孔,加工前应先钻中心孔,然后铣Φ30mm的内孔,最后镗Φ30mm的内孔，表面粗糙值Ra3.2。

内孔加工到直径为Φ10mm的通孔,加工前应先钻Φ8.7mm的内孔,然后铣Φ10mm的内孔,最后绞Φ10mm的内孔,表面粗糙值Ra1.6。

（2） 内螺纹的技术要求

内螺纹应先钻Φ8.7mm的内孔，然后铣Φ9.8mm的内孔，最后用M10mm机用铰刀攻螺纹。

第三章 带薄壁凸凹模数控加工工艺分析

3.1 零件工艺性分析

工件为带薄壁凸凹模，材料45好钢，材料厚度为24.5mm和19.5mm。 （1）材料分析：

45号钢为优质碳素结构钢，硬度不高易切削加工，经济性好。 （2）结构分析：

零件为配合件，结构包含了平面、圆弧、内外轮廓、孔、螺纹的加工，需要使用多把刀进行加工，且薄壁易挤压变形，需使用高速切削。 （3）精度分析：

零件上有多个尺寸标注了公差，未注公差为IT12，粗糙度要求R1.6，加工精度较高，需使用高精度数控铣床经行加工。

由以上分析可知，该零件可以用使用高精度高速数控铣床进行加工。

3.2 加工方案的确定及机床的选择

3.2.1加工方案的确定

在确定加工方案时，要根据以选定的加工表面和定位基准来确定工件的装夹定位方式，并选择合理的夹具，一般考虑以下几点：

（1）夹紧机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉。

（2）必须保证最小的夹紧变形，工件加工时切削力大，需要的夹紧力也大，但不能把工件夹变形。因此，必须慎重考虑夹具的支撑点、定位点和夹紧点。

（3）夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产的零件可以选用通用夹具。

（4）夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。由于该零件材料是铸造件一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要用专用夹具，所以只需要用平口虎钳和一辅助装夹的垫块、垫片。

件1加工顺序：预备加工---钻孔---镗Φ30mm孔---粗加工薄壁外形---粗加工凸台---精加工凸台---精加工薄壁外形---绞孔加工---螺纹加工；

件2加工顺序：预备加工---粗加工轮廓凹型腔---粗加工四角凹槽---精加工四角凹槽---精加工轮廓凹型腔。 3.3.2 数控机床选用的依据

数控机床选用的几个主要参考指标：

1. 机床台面的刚性和稳定性； 2. 转轴的转速和稳定度；

3. 台面的移动精度和位移重复精度； 4. X、Y、Z轴的进给速率； 5. 台面的移动及固定装置； 6. 最大加工尺寸；

7. 操作系统和控制系统； 8. 刀具管理系统；

由于本次加工的零件为薄壁零件，薄壁零件在受力、受热、振动时容易变形，

所以需要采用数控高速切削技术。 3.3.3 数控铣床的具体型号

通过网上查阅资料，我选择了GP-650LB数控铣床，如图3-1所示：

图3-1 GP-650LB 台湾佳群奈米級精密高速立式高速数控铣床

3.3.4 该铣床的功能特点

台湾佳群新一代GP系列高速立式加工中心，以其完美的性能表现，荣获全球客户一致赞赏。GP系列高速加工中心机是3C产业零件及高速轻切削精密加工理想机种。全球拥有许多精心改良及卓越的特性。机械结构体刚性，及主轴性均大幅提升。机械主铸件完全采用最高级铸铁制成，特殊设计的高刚性主轴，除了大幅增加切削能力，并且保证精致的加工表面效果。选购斗笠式/刀臂刀库具快速换刀，动作顺畅特性。本机搭配先进的CNC控制器，操作简易。

适用于高精密模具、汽车、机车、航空、航天、仪器仪表、轻工轻纺、电子仪器和机械制造等行业的中小型箱体、盖、板、壳、盘等零件的加工。 - 高精、高速、高效，连续加工，操作简便，可靠安全。 - 全封闭防护装置，造型美观。

可进行立铣、钻、扩、镗、刚性攻丝等加工工序。用途广泛，特别适用于加工各种形状复杂的二、三维凹凸模型及复杂的型腔和表面,塑胶及五金模具生产加工。更适于企业生产车间批量加工零件。

产品主要参数如下：

工作台面尺寸(mm) 500×800 左右行程（X向） (mm) 600 前后行程（Y向） (mm) 500 上下行程（Z向） (mm) 550

主轴中心至立柱柱导轨距离(mm) 560 主轴端面至工作台面距离(mm) 110-660

工作台T型槽(mm)（槽*宽*间距） 3*18*144 主轴锥孔度 BT40

主轴转速 8000rpm (10000rpm /12000rpm /15000rpm)

3.3 加工阶段的划分

对于那些加工质量要求较高或较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：

(1) 粗加工阶段——主要任务是切除各表面上的大部分余量，其关键问题是

提高生产率。

(2) 半精加工阶段——完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。

(3) 精加工阶段——保证各主要表面达到图样要求，其主要问题是如何保证加工质量。

(4) 光整加工阶段——对于表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面，还需要进行光整加工阶段。这个阶段的主要目的是提高表面质量，一般不能用于提高形状精度和位置精度。常用的加工方法有金刚车(镗)、研磨、珩磨、超精加工、镜面磨、抛光及无屑加工等。

加工阶段划分的原因：

1．有利于保证零件的加工质量。加工过程分阶段进行的优点在于，粗加工后零件的变形和加工误差可以通过后续的半精加工和精加工消除和修复，因而有利于保证零件最终的加工质量。

2．有利于合理使用设备。划分加工阶段后，就可以充分发挥机床的优势。 3．便于及时发现毛坯的缺陷。先安排零件的粗加工，可及时发现零件毛料的各种缺陷，采取补救措施，同时可以及时报废无法挽救的毛料避免浪费时间。

4．便于热处理工序的安排。对于有高强度和硬度要求的零件，必须在加工工序之间插入必要的热处理工序。

5．有利于保护加工表面。精加工、光整加工安排在最后，可避免精加工和光整加工后的表面由于零件周转过程中可能出现的碰、划伤现象。

本次零件的加工主要可划分为粗加工阶段和精加工阶段，粗加工阶段主要是轮廓和内孔的粗加工，精加工阶段则是轮廓的精加工和绞孔、镗孔等。

3.4 加工工序的设计

加工工序的划分原则：

（1）刀具集中原则； （2）先粗后精原则； （3）基准先行原则； （4）先面后孔原则。 件1的加工工序如下：

（1）钻孔加工，选用Φ7.8mm直柄麻花钻。

（2）粗加工铣削Φ30mm孔，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （3）粗加工薄壁外形，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （4）粗加工四方凸台，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （5）粗加工四角凸台，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （6）精加工四角凸台，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （7）精加工四方凸台，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （8）精加工薄壁外形，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （9）C2倒角加工，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （10）精镗Φ30mm孔，选用Φ30mm精镗刀。 （11）钻孔加工，选用Φ7.8mm直柄麻花钻。 （12）扩孔加工，选用Φ9.8mm直柄麻花钻。 （13）铰孔加工，选用Φ10mm机用铰刀。 （14）攻螺纹加工，选用M10mm机用铰刀。

件2的加工工序如下：

（1）粗加工轮廓凹型腔，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （2）粗加工四角凹槽，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （3）精加工四角凹槽，选用Φ16mm三刃立铣刀。 （4）精加工轮廓凹型腔，选用Φ16mm三刃立铣刀。 件1工艺过程卡见表3-2所示：

表3-2 件1加工工艺卡

徐州工业职业技术学院 材 料 牌 号 工 工 名 序 号 序 称 10 钻孔 20 铣 30 铣 40 铣 50 铣 60 铣 70 铣 80 镗 90 钻孔 100 铰孔 110 产品型号 机械加工工艺过程卡片 产品名称 铸件 零件图号 45钢 毛 坯 种 类 带薄壁凸件1 零件名称 凹模 毛坯外形尺150x120x25 寸 工 艺 装 备 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 工 序 内 设 备 容 钻Φ30mm孔 铣削Φ30mm孔 粗加工薄壁外形 粗加工四方凸台、工四角凸台 精加工四方凸台、工四角凸台 精加工薄壁外形 C2倒角加工 精镗Φ30mm孔 钻5xΦ10mm孔 铰10mm孔 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 攻螺攻螺纹3xM10-7H 纹 件2工艺过程卡见表3-3所示： 表3-3 件2加工工艺卡

徐州工业职业技术学院 材 料 牌 号 工 工 名 序 号 序 称 110 铣 产品型号 机械加工工艺过程卡片 产品名称 45钢 毛 坯 种 类 铸件 零件图号 带薄壁凸件2 零件名称 凹模 毛坯外形尺150x120x20 寸 工 艺 装 备 GP-650LB 数控铣床 工 序 内 设 备 容 粗加工轮廓凹型腔 铣床

120 铣 130 铣 140 铣 150 160 170 180 190 200 粗加工四角凹槽 精加工四角凹槽 精加工轮廓凹型腔 铣床 铣床 铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 GP-650LB 数控铣床 3.5 刀具的选择

3.5.1 数控铣削常用刀具

铣削平面类工件时刀具类型选择平头刀具。刀具类型和材料的选择原则见表3-4说明。其中供的刀具材料只是常用材料 ,刀具的材料应根工件材料和加工性质来选择。

表3-4 铣削平面类工件的刀具选择

工件类型 刀具类型 刀具材料 平面零件的平面 端铣刀、立铣刀 硬质合金 平面零件的周边轮廓 立铣刀 高速钢 凸台、凹槽、箱口面 端铣刀、立铣刀 硬质合金、高速钢 3.5.2 刀具的选择 （1）直径尺寸：根据零件图样不同，选用的刀具尺寸不一样，因图而异。 选取的原则是：在刀具能够满足加工前提下，尽量选取直径大的刀具，铣削刀具都是成型刀具且标准，在同时可根据选取刀具的直径提取刀具各异的刀具。

（2）长度尺寸：在加工中心上，刀具长度一般是指主轴端面到刀尖距离,包括刀柄和刃具。

选取的原则是：在满足各个部分加工要求的前提下，尽量减小刀具长度，以提高工艺系统的刚性，制造工艺和编程时，一般不必准确的确定刀具的长度，只需初步估算出刀具长度范围。

本次零件加工需要用到麻花钻、铣刀、镗刀、铰刀，具体的刀具见表3-5所示：

表3-4 刀具列表

序号 名称 规格 数量 备注 1 直柄麻花钻 Φ7.8mm 1 2 三刃立铣刀 Φ16mm 1 3 镗刀 Φ30 1 4 直柄麻花钻 Φ9.8mm 1 5 铰刀 Φ10mm 1 6 铰刀 M10mm 1

3.6 切削用量的选择

切削用量的选用原则：

粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。

选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。

综上所述，我制定的切削用量如表3-5所示：

表3-5 带薄壁凸凹模加工切削用量表

切削用量 序号 加工内容 粗加工薄壁外形 粗加工凸台 精加工凸台 精加工薄壁外形 粗加工轮廓凹型腔 粗加工凸台 精加工凸台 精加工轮廓凹型腔 背吃刀量主轴转速n进给速度(mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 3 3 0.5 0.5 3 3 0.5 0.5 （r/min） 3000 3000 5000 5000 3000 3000 5000 5000 vf(mm/min) 1000 1000 800 800 1000 1000 800 800 3.7 定位与夹具的选择

定位基准是工件上的点、线、面，当工件在夹具上（或直接在机床设备上）定位时，它使工件在工序尺寸方向上获得确定的位置。

定位基准选择的原则：

（1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基

准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。

（2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。

（3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。

夹具的作用：

（1）保证被加工表面的定位精度。

（2）缩短工序时间，提高劳动生产率。 （3）扩大机床的工艺范围。

（4）减轻劳动强度，保障生产安全。 机床夹具的类型：

（1)按使用夹具的机床分，可分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具等。 （2)按夹紧动力源分，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。

（3)按通用化程度分，可分为通用可调整夹具、专用夹具、专业化可调整夹具（成组夹具）、组合夹具。

本次加工零件的定位基准应首先以毛坯的一个平面为粗基准，铣削2mm的夹持面，再以夹持面为精基准来加工零件，零件加工完毕，再以加工后的上平面为精基准来铣掉夹持面。

图3-6 装夹及定位基准示意图

3.8 刀具路径的确定

在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。

对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以免取消刀具

补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧。

3.9冷却液及量具的选择

冷却液的选择：

由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的切削热。大量的切削热被工件吸收9%-30%、切屑吸收50%-80%、刀具吸收4%-10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有52%传入麻花钻。

由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏，造成“烧刀”的现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。

通过经验知道常用的冷却液主要有以下三种，如表3-7所示：

表3-7 常用冷却液表

冷却液名称 水溶液 乳化液 切削油 主要成份 水、防锈添加剂 水、油、乳化剂 矿物油、动植物油、 极压添加剂或油性 主要作用 冷却 冷却、润滑、清洗 润滑 综上分析，本次零件的加工可以选择乳化液作为切削液。 本次加工所需量具包括游标卡尺、内径千分尺、螺纹塞规，具体规格见表3-8所示：

表3-8 量具清单表

序号 1 2 3

名称 游标卡尺 内径千分尺 内径千分尺 规格 0～200mm 0.02 0～25mm 0.01 25～50mm 0.01 数量 1 1 1 备注 测量高度及宽度 测量直径和深度 测量直径和深度

第四章 Pro/E自动编程和程序的检验

4.1 Pro/E自动编程程序及走刀路线

Pro/E具有强大的自动编程功能，只要设定相应的吃刀深度、进给量和主轴转速以及刀具的格式，就会自动生成合理的走刀路线，缩短编程时间，大大提升编程效率。

带薄壁凸凹模三维模型如图4-1和图4-2所示：

图4-1 件1三维实体图

图4-2 件2三维实体图

4.2 件1加工程序编制及加工路线图

1. 薄壁外形加工：

（1）薄壁外形加工路线图如图4-3所示：

图4-3 薄壁外形加工路线图

（2）薄壁外形加工程序： O0001 G71

S5000M03

G00X92.119Y95.562 G43Z10.H01 Z4.5

G01Z-2.5F2.

G03X103.532Y87.271I11.413J3.709 G02X114.112Y54.708I0.J-18.

G03X109.753Y41.292I7.053J-9.708 G02X82.053Y21.167I-17.119J-5.563 ????

G02X92.119Y95.562I17.119J-5.562 G03X103.532Y87.271I11.413J3.709 G02X114.112Y54.708I0.J-18.

G03X109.753Y41.292I7.053J-9.708 G02X82.053Y21.167I-17.119J-5.563 G03X67.947Y21.167I-7.053J-9.708 G02X40.247Y41.292I-10.581J14.562

G01Z10. M30

2.钻孔加工：

（1）钻孔加工路线图如图4-4所示：

图4-4 钻孔加工路线图

（2） 钻孔加工程序： O0002 G71

S1500M03

G00X92.634Y84.271 G43Z10.H01

G81X92.634Y84.271Z-27.944R3.F2. X57.366

X46.468Y50.729 X75.Y30.

X103.532Y50.729 G80

G00Z10. M30

3. 四方凸台四角凸台加工:

（1）四方凸台四角凸台加工路线图如图4-5所示：

图4-5 四方凸台四角凸台加工路线图

（2）四方凸台四角凸台加工程序： O0003 G71

S5000M03

G00X150.Y90. G43Z10.H01 Z-2.5

G01Z-6.5F2. X146.

G02X120.Y116.I0.J26. G01Y120. Z10. G00Y0. ???? G01Z-10.5 Y87.5

G02X45.Y110.5I23.J0. G01X105.

G02X128.Y87.5I0.J-23.

G01Y32.5

G02X105.Y9.5I-23.J0. G01X45.

G02X22.Y32.5I0.J23. G01Z10. M30

4.3 件2加工程序编制及加工路线图

1. 轮廓凹型腔加工：

（1）轮廓凹型腔加工路线图如图4-6所示：

图4-6 轮廓凹型腔加工路线图

（2）轮廓凹型腔加工程序： O0004 G71

S5000M03

G00X38.Y32.5 G43Z10.H01 Z1.5

G01Z-2.5F2.

G03X45.Y25.5I7.J0. G01X105.

G03X112.Y32.5I0.J7. G01Y87.5

G03X105.Y94.5I-7.J0.

????

G03X76.898Y29.37I1.898J.63

G02X103.473Y48.552I26.575J-8.818 G03X104.669Y52.155I0.J2.

G02X94.833Y83.419I16.739J22.446 G03X91.739Y85.652I-1.898J.63

G02X58.261Y85.652I-16.739J22.446 G03X55.167Y83.419I-1.196J-1.603 G02X45.331Y52.155I-26.575J-8.818 G03X45.671Y48.744I1.196J-1.603 G01Z10. M30

2. 四角凹槽加工：

（1）四角凹槽加工路线图如图4-7所示：

图4-7 四角凹槽加工路线图

（2）四角凹槽加工程序： O0005 G71

S5000M03 G00X0.Y106. G43Z10.H01 Z1.5

G01Z-2.5F2. X4.

G03X14.Y116.I0.J10. G01Y120. Z10.

G00X136. Z1.5

G01Z-2.5 ???? X146.

G03X136.Y4.I0.J-10. G01Y0. Z10. G00X14. Z-2.5 G01Z-6.5 Y4.

G03X4.Y14.I-10.J0. G01X0. Z10. M30

4.4 Pore的自动编程刀具参数的设定

钻孔加工刀具的参数设置如图4-8和4-9所示所示：

图4-8 钻孔加工刀具的参数图

图4-9 钻孔加工刀具的参数图

镗孔加工刀具的参数设置如图4-10所示：

图4-10 镗孔加工刀具的参数图

轮廓加工刀具的参数设置如图4-11所示：

图4-11 轮廓加工刀具的参数图

绞孔加工刀具的参数设置如图4-12所示：

图4-12 绞孔加工刀具的参数图

参考文献

[1] 山颖.现代工程制图[M].北京：中国农业出版社，2004. [2] 邱永成.机械基础[M].北京：中国农业出版社，2004.

[3] 陈于萍.高晓康.互换性与测量技术[M].北京：高等教育出版社，2001. [4] 赵长明.刘万菊.数控加工工艺及设备[M]. 北京：高等教育出版社，2003. [5] 鞠加彬.数控技术[M].北京：中国农业出版社，2004. [6] 张振国．数控机床结构与应用[M]．北京：机械工业出版社，1990. [7] 李善术．数控机床及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1995. [8]徐宏海.数控加工工艺[M].北京：化学工业出版社，2003.

[9]胡如祥，数控加工编程与操作[M]，大连理工大学出版社，2006. [10]雷保珍.数控加工工艺与编程[M].北京：中国林业出版社，2006.

附录

附录1 零件图。

附录2 Pro/E后置处理程序电子稿。

致 谢

经过一个多月的忙碌和工作，本文在老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度，高度的敬业精神，兢兢业业，孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识，开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中，我也学到了许多关于机械方面的知识，实践技能由了很大的提高。

作为一个专科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免由许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。特别他多次询问写作指导，并为我指点迷津帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深的感染和激励着我，并将积极影响我以后的学习和工作正是由于他，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他表示我由衷的谢意，并祝詹老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！

此外，我还感谢在大学三年帮助我的人，感谢机电学院各位老师在学习上的点拨，同时我也要感谢在论文写作过程中，帮助过我、并且共同奋斗三年的大学同学们，能够顺利完成论文，是因为有你们。

在论文完成之际，我的心情分外舒畅，从开始到结束，有多少朋友、师长给了我无言的帮助。在此，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！

感谢机电学院和我的母校—徐州工业职业技术学院三年来对我的栽培。

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