M168-泵盖的数控加工工艺及编程

M168-泵盖的数控加工工艺及编程 目 录 摘 要 .................................................................................................................................................... 2 第一章 数控加工概述 ...................................................................................................................... 3 1.1 数控铣床的简介 .................................................................................................................. 3 1.2 数控铣床的组成及工作原理 ............................................................................................ 3 第二章M168-泵盖的数控加工工艺及编程 ...................................................................................... 5 2.1.零件图的工艺 ................................................................................................................ 5 2.2.制定加工和加工工艺 .................................................................................................... 5 2.3.切削用量的选择 .................................................................................................................... 6 2.4.刀具的选择 ............................................................................................................................ 7 2.5.工艺卡片 ................................................................................................................................ 8 2.6.数控加工程序的编制 .......................................................................................................... 10 2.6.1零件的数控加工程序 ..................................................................................................... 10 2.7.零件的实体图及自动编程时的刀具轨迹图 .................................................................... 14 结束语 ........................................................................................................................................ 15 致谢 ............................................................................................................................................ 16 参考文献 .................................................................................................................................... 17 第 1 页 共 17 页 摘 要 数控技术及数控铣床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控铣床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控铣床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAXA、制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代数控技术专业学生必不可少的。数控装置也逐渐由NC向CNC发展。其高速、高效、高精度、高可靠性的特性以及其模块化、智能化、柔性化和集成化的快捷方便使其在生产制造中成为越来越重要的角色。本文介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法. [关键词]数控技术 加工工艺 刀具 工艺卡片 第 2 页 共 17 页 第一章 数控加工概述 1.1 数控铣床的简介 数字控制(Numerical Control)技术，简称为数控技术，是一种自动控制技术，它用数字指令来控制机床的运动。 数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床是数控加工中一类重要的机床，它能够进行铣削、钻削、铰孔、忽孔、攻螺纹孔、切削螺纹等工艺过程;数控铣削加工中心则进一步具有刀库和自动换刀机构，在工件的一次装夹中，可以集铣、钻、镗等加工为一体，对 两个或两个以上的表面自动完成加工，生产效率高，加工质量好，适合箱体、立体曲面、型腔等非回转体的加工。数控铣削中心又有立式或卧式两种。数控铣床及其加工中心的编程有刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿和孔加工固定循环指令。 1.2 数控铣床的组成及工作原理 数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成: 1、辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 2、主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转， 主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 3、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行 加工。 4、机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框 架。 5、进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给 速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 数控原理涉及到的内容特别多:如数控系统的总成，结构、机床插补运行的 第 3 页 共 17 页 过程、位置反馈检测的过程、原理电机的种类、工作特性等、PLC的工作方式～ 简言之就是:工作原理是数控装置内的计算机对以数字和字符编码方式所记录的 信息进行一系列处理后，向机床进给等执行机构发出命令，执行机构则按其命令 对加工所需各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等实现自动 控制，从而完成工件的加工。 铣床的工作原理如下: 分析加工图纸，编写加工程序，然后输入到电脑装置，经过私服系统和辅 助控制装置反应给机床，加工成零件。 1、首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位 移数据。 2、用规定的程序代码和规则编写零件加工程序单;或用自动编程软 件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。 3、将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质(如穿孔带或磁带) 上。 4、通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。 由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序;由编程软件生成的 程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元(MCU)。 5、数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信 号形式向伺服系统统发出执行的命令。 6、伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动铣床进给机构严格按照指 令的要求进行位移，使铣床自动完成相应零件的加工。 第 4 页 共 17 页 第二章M168-泵盖的数控加工工艺及编程 2.1.零件图的工艺分析 零件图的工艺分析，是指对所设计的零件在满足使用要求的前提下进行制造的可行性和经济性分析。它包括零件的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工工艺性能分析等。当制定机械加工工艺规程时，主要进行零件切削加工工艺性能分析。 图1所示图形为本报告论述的图形(泵盖)，该零件毛坯为170mm×110mm×30mm。其形状特征主要由平面、外轮廓及孔系组成。其中Φ32H7mm、Φ12H7mm、和2×Φ6H8四个孔的表面粗糙度要求较高，为1.6um;Φ32H7mm内孔表面对A面有垂直度要求，上表面对A有平行度要求。其材料为铸铁，切削性能较好。 根据上述分析，上述4个孔的粗、精加工需要分开进行，并保证表面粗糙度要求。同时应提高装夹刚度以满足Φ32H7mm内孔表面的垂直度要求。 图1 M168-泵盖零件图 2.2.制定加工方案和加工工艺 (1)加工方法的选择 ?该零件的上、下两表面的粗糙度为3.2，可选择粗铣到精铣的方案。 第 5 页 共 17 页 ?孔加工方法的选择 孔加工前，便于钻头找正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。对于精度要求特别高、粗糙度值较小的表面，一般不能一次加工到规定尺寸，而要划分阶段逐步进行。该零件孔系加工方案的选择如下。 A.Φ32H7mm孔，表面粗糙度为1.6um，选择“钻—粗镗—精镗”。 B.Φ12H7mm孔，表面粗糙度为1.6um，选择“钻—粗铰—精铰”。 C.6-Φ7mm孔，表面粗糙度为3.2um，无尺寸公差要求，选择“钻—铰”方案。 D.2-Φ6H8mm孔，表面粗糙度为1.6um，选择“钻—粗铰—精铰”方案。 E.Φ18mm孔和6-Φ10mm孔，表面粗糙度为12.5um，无尺寸公差要求，选择“钻孔—唿孔”。 螺纹孔2-M16H7，采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法。 F. (2)加工工艺 数控机床的加工方案包括制定工序、工步及先后顺序和进给路线等内容。在数控机床的加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料、批量等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应对具体零件制定加工方案时，应具体分析并区别对待，灵活处理。只有这样，才能使得加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 常用加工方案有: ?先粗后精 这是数控机床与普通机床都采用的方案，目的是为了提高生产效率并为保证零件的精加工质量做准备。主要过程是先安排较大切削深度及进给量的粗加工工序，以便在较短的时间内将精加工前的大量余量去除。 先内后外 对于车、铣及线切割机床加工特别适宜先内后外的加工方法。对既要加工内又要加工外形表面的 2.3.切削用量的选择 该零件材料切削性能较好，铣削平面、台阶面及轮廓时，留0.5mm精加工余量;精镗孔加工余量留0.2mm，精铰留0.1mm余量。选择主轴转速与进给速度时，查询切削用量手册，确定切削速度和进给量，然后计算进给速度和主轴转速。以下是计算过程。 (1)钻削加工 aV背吃刀量=4.25mm、主轴转速S=750r/min、进给速度=110mm/min。 pf (2)Φ12mm铣削用量 Vc10001000，20S？,,,530主轴转速——取Vc=20m/min，(r/min)，取D,,，12 第 6 页 共 17 页 S=600。 =0.005Dc=0.005×12=0.06 进给速度——铣刀为3刃铣刀，fz ？V,fZS,0.06，3，600,108mm/min，取Vf=110mm/min。 fz (3)镗削用量 Vc10001000，150？S,,,1592主轴转速——取Vc=150m/min，(r/min)，取,D,，30 1500。 进给速度——取镗削时的进给量为0.05mm/r，Vf=fS=0.05×1500=75mm/min。 2.4.刀具的选择 一般优先采用标准刀具，必要的时候可以采用各种提高生产率的复合刀具及其他一些专用刀具。此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工需求，刀具材料应与工件材料相适应。数控加工所用的刀具在刀具性能上应高于普通加工中所用的刀具。所以选择数控加工刀具时，还应考虑以下几个方面: ?切削性能好 数控加工能采用大的背吃刀量和高进给速度，刀具必须要有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。 ?精度高 为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度达到0.005mm等。 ?可靠性高 要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。 ?耐用度高 数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。 ?断屑及排屑性能好 数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样，能及时由人工处理，切屑易缠在刀具和工件上，会损坏刀具和划上工件上已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的顺利、安全，所以要求刀具应具有较好的断屑和排屑性能。 综上所述，零件上、下表面加工时采用端铣刀加工，根据工件的宽度选择端铣刀直径，使得铣刀工作时有合理的切入/切出角;切铣刀直径应尽量包容整个工件加工宽度，以提高加工精度和效率，并减少相邻两次进给之间的接刀痕。台阶 第 7 页 共 17 页 面和轮廓采用立铣刀加工，铣刀半径R受轮廓最小曲率半径限制，取R=6mm。孔加工各工步刀具直径根据加工余量和孔径确定。 该零件的具体使用刀具请参见泵盖的数控加工刀具卡片。 表1 泵盖的数控加工刀具卡片 零件名称 泵盖 序号 刀具编号 刀具规格和名称 数量 加工表面 1 T01 Φ125端面铣刀 1 铣工件的上表面 2 T02 Φ12立铣刀 1 铣削台阶面和外轮廓 3 T03 Φ3中心钻 1 钻中心孔 4 T04 Φ27钻头 1 钻Φ32H7底孔 粗镗、半精镗、精镗Φ5 T05 内孔镗刀 1 32H7内孔 6 T06 Φ11.8钻头 1 钻Φ12底孔 7 T07 Φ18唿钻 1 唿Φ18孔 8 T08 Φ12铰刀 1 铰Φ12孔 9 T09 Φ14钻头 1 钻M16螺纹底孔 10 T10 90?倒角刀 1 螺纹孔口倒角 11 T11 M16机用丝锥 1 攻M16螺纹 12 T12 Φ6.8钻头 1 钻Φ7底孔 13 T13 Φ10唿钻 1 唿Φ10孔 14 T14 Φ7铰刀 1 铰Φ7孔 15 T15 Φ5.8钻头 1 钻Φ6底孔 16 T16 Φ6铰刀 1 铰Φ6孔 2.5.工艺卡片 表2 数控加工工序卡(工序3) 产品名称 零件名称 零件图号 数控加工工序卡片 泵盖 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 3 O0001 平口钳 数控加工中心 工工步内容 刀具刀具规格/mm 主轴转进给速背吃刀备注 步号 速度量/mm 号 /(r/mi(mm/mi n) n) 第 8 页 共 17 页 1 粗铣上表面，给精加工T01 Φ125端面铣600 200 3 自动 留余量0.5mm，即保证刀 总厚度为25.5mm 2 精铣上表面，保证厚度T01 Φ125端面铣1000 150 0.5 自动 25mm，粗糙度3.2um。 刀 3 钻Φ32H7、Φ12H7、M16T03 Φ3中心钻 1200 120 自动 螺纹等孔系的中心孔 4 钻Φ32H7底孔Φ27 T04 Φ27钻头 600 120 自动 5 粗镗Φ32H7孔至Φ31.8 T05 内孔镗刀 600 80 自动 6 精镗Φ32H7孔至Φ32H7 T05 内孔镗刀 800 60 自动 7 钻Φ12底孔Φ11.8 T06 Φ11.8钻头 600 80 自动 8 唿孔Φ18 T07 Φ18唿钻 300 45 自动 9 铰孔Φ11.8至Φ12H7 T08 Φ12铰刀 200 30 自动 10 钻M16螺纹底孔Φ14 T09 Φ14钻头 450 60 自动 11 螺纹底孔孔口倒角 T10 90?倒角刀 300 40 自动 12 攻M16螺纹 T11 M16机用丝锥 100 200 自动 表3 数控加工工序卡片(工序4) 产品名称 零件名称 零件图号 数控加工工序卡片 泵盖 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 4 O0002&O0003 平口钳 数控加工中心 工工步内容 刀具刀具规格/mm 主轴转进给速背吃刀备注 步号 速度量/mm 号 /(r/mi(mm/mi n) n) 1 粗铣外轮廓 T02 Φ12立铣刀 1200 150 3 自动 2 精铣外轮廓 T02 Φ12立铣刀 1800 160 0.5 自动 3 粗铣台阶面及台阶轮廓 T02 Φ12立铣刀 1200 150 3 自动 4 精铣台阶面及台阶轮廓 T02 Φ12立铣刀 1800 160 0.5 自动 5 钻中心孔 T03 Φ3中心钻 1200 120 自动 6 钻Φ7底孔Φ6.8 T12 Φ6.8钻头 1000 90 自动 7 唿Φ10孔 T13 Φ10唿钻 300 45 自动 8 铰Φ7孔 T14 Φ7铰刀 200 50 自动 9 钻Φ6底孔Φ5.8 T15 Φ5.8钻头 800 80 自动 10 铰Φ6孔 T16 Φ6铰刀 200 50 自动 第 9 页 共 17 页 2.6.数控加工程序的编制 数控编程主要分为手工编程和自动编程两类。 本报告中既有采用手工编程的地方又采用自动编程的地方。在手工编程中，需要由人工完成对:零件的图样分析，制定工艺方案，画出计算分析图，列算式并计算数值，填写加工程序单等等;在自动编程时，需要绘制出零件的实体图，根据软件自带的轨迹生成处理，编程人员通过轨迹可以自动生成数控程序代码，然后将代码拷贝至机床内，再根据零件的加工工艺，并选择合理的刀具，进行加工即可。 本报告中的数控加工程序有手工编制部分，也有自动编制部分。对于图中孔系的加工以及平面的铣削采用的是手工编制的方法，而对于零件的外形及台阶面的加工则采用自动编程，这样可以减少编程人员的劳动量。在程序中，将孔系加工的数控程序代码设为主程序，而对于外形及台阶面的程序可编制成子程序的方式，在主程序加工到此部位时进行调用。 2.6.1零件的数控加工程序 O0001 T01M06 M01 G00 G90 G54 X160 Y-10 M03 S600 G43 H1 Z25 M08 G00 Z0.5 G01 X-160 F200 G00 Z0 S800 G01 X160 F150 G00 Z150;以上程序为铣削平面时的程序。 T03 M06 M01 G00 G90 G54 X40 Y0 M03 S1200 G43 H3 Z25 M08 G98 G81 Z-2 R2 F100 X0 Y-25 X-30 Y0 X0 Y25 G80 Z150;以上程序为钻中心孔程序。 第 10 页 共 17 页 T04 M06 M01 G00 G90 G54 X-30 Y0 M03 S600 G43 H4 Z25 M08 G98 G83 Z-28 R2 F120 G80 Z150 T05 M06 M01 G00 G90 G54 X-30 Y0 M03 S600 G98 G81 Z-28 R2 F60 G90 Z150;以上程序为加工Φ32H7孔的程序。 T06 M06 M01 G00 G90 G54 X40 Y0 M03 S600 G43 H6 Z25 M08 G98 G83 Z-28 R2 F80 G80 Z150 T07 M06 M01 G00 G90 G54 X40 Y0 M03 S300 G43 H7 Z25 M08 G98 G81 Z-7 R2 F45 G80 Z150 T08 M06 M01 G00 G90 G54 X40 Y0 M03 S200 G43 H8 Z25 M08 G98 G85 Z-28 R2 F30 G80 Z150;以上程序为加工Φ12H7孔及唿孔Φ18的程序。 T09 M06 M01 G00 X0 Y25 M03 S600 G43 H9 Z25 M08 G98 G83 Z-28 R2 F120 X0 Y-25 G80 Z150 第 11 页 共 17 页 T10 M06 M01 G00 X0 Y-25 M03 S400 G43 H10 Z25 M08 G98 G81 Z0 R5 F40 X0 Y25 G80 Z150 T11 M06 M01 G00 X0 Y25 M03 S100 G43 H11 Z25 M08 G98 G84 Z-28 R2 F200 X0 Y-25 G80 Z150;以上程序为攻螺纹M16的程序。 M30;程序结束。 O0002 T02 M06;铣外形轮廓及台阶轮廓。 M01 M98 P0003 G00 Z150 T03 M06;钻中心孔。 M01 G00 G90 G54 X70 Y0 M03 S1200 G43 H3 Z25 G98 G81 Z-2 R2 F120 X50 Y-34.64 X-50 Y-34.64 X-66.25 Y-16.9 X-70 Y0 X-50 Y34.64 X50 Y34.64 X66.25 Y16.9 G80 Z150 T12 M06;钻6-Φ7底孔Φ6.8。 M01 G00 G90 G54 X70 Y0 M03 S1000 第 12 页 共 17 页 G43 H12 Z25 M08 G98 G83 Z-28 R-8 F90 X50 Y-34.64 X-50 X-70 Y0 X-50 Y34.64 X50 G80 Z150 T13 M06;唿6-Φ10×5孔。 M01 G00 G90 G54 X50 Y34.64 M03 S300 G43 H13 Z25 M08 G98 G81 Z-15 R-8 F45 X70 Y0 X50 Y-34.64 X-50 X-70 Y0 X-50 Y34.64 G80 Z150 T14 M06;铰孔Φ7。 M01 G00 G90 G54 X-50 Y34.64 M03 S200 G43 H14 Z25 M08 G98 G85 Z-28 R-8 F50 X50 X70 Y0 X50 Y-34.64 X-50 X-70 Y0 G80 Z150 T15 M06;钻孔Φ6底孔Φ5.8。 M01 G00 G90 G54 X-66.25 Y-16.9 M03 S800 G43 H15 Z25 M08 G98 G83 Z-28 R-8 F80 X66.25 Y16.9 第 13 页 共 17 页 G80 Z150 T16 M06;铰孔Φ6。 M01 G00 G90 G54 X66.25 Y16.9 M03 S200 G43 H16 Z25 M08 G98 G85 Z-28 R-8 F50 X-66.25 Y-16.9 G80 Z150 M30 2.7.零件的实体图及自动编程时的刀具轨迹图 第 14 页 共 17 页 结束语 通过此次的毕业设计，使我对加工中心齿轮泵盖的加工过程有了一定的了解，本文的主要目的是对该型号的齿轮泵盖进行工艺分析及编制。当一开始拿到图纸感觉特别繁琐，不知所措，后来在指导老师的指导下我开始结合实物去研究，我仔细的拿着图纸去与实物对照，尽量弄明白，搞清楚整个的加工内容及工序，不明白的地方再向指导老师和同学们请教，经指导老师和同学们的一些提示让我想明白了。对我的设计工作有很大的推动作用，特别是在齿轮泵盖的工艺分析过程上姬老师更是不断的加以指导和分析，通过老师的悉心指导和自己的认真学习，刻苦分析，查阅相关资料，最终做完了此份毕业设计。根据图纸的具体要求，再结合我以前实际生产的经验，制定出一套加工的详细方案。 此次毕业设计对我以后的学习和工作都有很大的帮助，不仅是因为通过设计我学到了很多原本不懂的知识，更是因为在设计中，我们遇到了很多的问，老师又教会了我许多分析问题、解决问题的方法，这些经历将是我今后的人生道路上的力量。 第 15 页 共 17 页 致谢 经过一个月的研究分析，我终于把我的毕业设计论文完成。虽然是一名数控专业的毕业生，但是在设计过程中，也难免有许多考虑不周全的地方，如果没姬老师的指导，以及身边同学们的帮助，想靠一己之力完成此次设计是相当困难的。 首先，向姬老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。从最初的选题到中后期修改，再到最后定稿，姬老师一直给我提供了许多宝贵的建议和严格的要求，除了敬佩老师的专业水平外，其朴实无华、其平易近人的人格魅力更对我影响深远，不仅使我树立了远大的学术目标、掌握基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。 其次，要感谢正德职业技术学院所有教导老师，你们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度，乃至做人的道理。 最后，我要感谢这一路上给过我帮助的朋友们，感谢你们，在我最需要帮助和鼓励的时候，给与我的关怀，感谢你们～ 第 16 页 共 17 页 参考文献 【1】王荣兴主编.数控中级工认证强化实训.北京:高等教育出版社.2005 【2】杨黎明主编.机床夹具设计手册.北京:国防工业出版社.1996 【3】赵长明，刘万菊主编.数控加工工艺及设备.北京:高等教育出版社.2003 【4】孟少龙主编.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社.1992 【5】王志平主编.数控编程与操作.北京:高等教育出版社.2003 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