数控铣床ab配合件加工工艺与编程

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1、- 1 -第一章 概述1.1 数控机床的优点数控机床采用了计算机数控（ Computerized Nuinerically Control ）系统，因 此也称为计算机数控机床或 CNC 机床。数控机床作为一种新型的自动化机床、在具有 高自动程度的同时还具有广泛的通用性。 这是因为数控机床都具有以下一些共同的优点： （1）数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。最佳切削参数和最佳 走刀路线的合理使用，能够大大地缩短加工时间，提高生产率。 （2）数控机床按照程序自动加工，不需要人工干预，而且还可以利用软件进行校正及 补偿。因此，使用数控机床进行生产，可以保证零件的加工精度。稳定产品质量

2、。 （3）只要改变程序，就能改变数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹，就可以加工 不同的零件，使数控加工具备了广泛的适应性和较大的灵活性。从而能够完成很多普 通机床难以完成或者不能加工的、具有复杂型面的零件的加工。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸 CAD/PROE、中英文文献及翻译等） ，此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:贰二壹伍八玖壹壹五一 （4）许多数控机床能够实现生产加工过程中的自动换刀，使得零件一次性装夹之后， 数控机床就能完成零件的多个加工部位的加工，真正实现了一机多用，大节省了设备 和厂房面积。生产

3、者可以精确计算生产成本，并对生产进度进行合理的安排，从而在 一事实上程度上可以加速资金的周转，切实提高经济效益。（5）在一般情况下，数控机床在加工生产过程中不需要特别的专用夹具，普通的通用 夹具就能满足数控加工的要求。与普通机床相比，使用数控机床进行生产时，专用夹 具设计制造和存放的费用可以大大的减少。 （6）运用数控机床进行生产，能够大减轻工人的劳动强度。1.2 数控机床的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使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，他对国计民生的一些重要行 业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些

4、行业所需装 备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看， 其主要研究热点有以下几个方面：- 2 -12.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提 高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会 将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为 21 世纪的中 心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是轿车装 备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄 筋，刚度很差，

5、材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能 对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机 身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的 强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从 EMO2001 展会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更高，空 运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司， 已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达

6、60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速 已达 60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床 加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度 分别达 12*!000r/mm 和 1g。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进 入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 MTBF 值 达到 30000h 以上，表

7、现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发 展，应用领域进一步扩大。1.2 .2 轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光 洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5 轴 联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构 复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约 了 5 轴联动机床的发

8、展。当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其 制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。在 EMO2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂 直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现， 还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心， 可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制或 CAD/CAM 直接或间 接控制。- 3 -1.

9、2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势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，如加工过程的自适应控制， 工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参 数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面 的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方 面的内容、方便系统的诊断及维修等。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化 将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求

10、，也是实现新的制造模 式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系 统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 EMO2001 展中，日本山崎马 扎克（Mazak）公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称 CPC） ； 日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称 IT 广场） ；德国华 中(Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称 OME） 等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.2.4 重视新技术标准、

11、规范的建立如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧 共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范 (OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎 相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定。数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50 年间的信息交换 都是基于 ISO6983 标准，即采用 G，M 代码描述如何（how）加工，其本质特征是面 向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代

12、数控技术高速发展的需要。为此，国际 上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO14649（STEPNC） ，其目的是提供一 种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从 而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC 的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个 制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC 提出一种崭新的制造理念，传统的制造 理念中，NC 加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC 程序可以分散在互 联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC 数控系统还可 大大减少

13、加工图纸（约 75） 、加工程序编制时间（约 35）和加工时间（约 50） 。目前，欧美国家非常重视 STEP-NC 的研究，欧洲发起了 STEP-NC 的 IMS 计划 (1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的 20 个 CAD/CAM/CAPP/CNC 用户、厂商和学术机构。美国的 STEP Tools 公司是全球范围内制造 业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型 (Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格 式已经在配备了 SIEMENS、FIDIA 以及欧洲 OSACA-NC

14、数控系统的原型样机上进行了验- 4 -证。 数控加工是对学生完成课程后，对机械加工工艺过程、数控加工工艺和夹具结构 进一步了解的练习性的实践环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质 与工程实践能力的培养。1.1.零件图的分析零件图的分析1.11.1 零件图的正确性及完整性分析零件图的正确性及完整性分析零件图是制订工艺规程最主要的原始资料，在制订工艺规程时，必须首先加以认真分析。该零件图由两个侧视图和一个主视图组成，将零件的内、外轮廓描述的清楚完整；各部位尺寸标注完整并符合国家标准，有利于编制程序时的数据分析和计算；表面粗糙度的标注明确了各加工面的加工精度要求。零件图尺寸标注完整，符合

15、数控加工尺寸标注要求：检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。a 件- 5 -b 件1.21.2 零件结构工艺性分析零件结构工艺性分析1.2.11.2.1 零件结构零件结构本产品是四边形盘件，零件的正面是凹槽和孔，反面是平面，涉及到铣凹槽等。1.2.21.2.2 工艺性分析工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。通过对零件的结构特点、精度要求和复杂

16、程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格。根据零件的外形尺寸14811825mm，所以选择15312330mm 的毛坯。1.31.3 零件精度及技术要求分析零件精度及技术要求分析该零件的加工精度为 IT9 级，深度 8 的内孔其精度为 IT10 级，深度 15 的人形内槽其精度为 IT10 级，其余的都为 IT8 到 IT9 级。精度要求合理，而且符合互为基准的原则，这样便于保证。12 的孔精度要求合理容易在加工中得到保证。加工表面的粗糙度值为精度要求不高，容易在现有的条件下得到保证。该零件在完成加mRa2 . 3工后要去毛刺，以免在拿该零件时被刺伤手，而且也使该零件更加美观了。2.2.数控设备选择数控设备选择2.12.1 根据零件的结构及形状特点，选择机床的类型根据零件的结构及形状特点，选择机床的类型考虑到该零件的加工属于多工序加工，是单件小批量生产，而数控加工中心刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以适合加- 6 -工此零件，另外，工件的一次装夹可完成多道工序的加工，提高了加工工件