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典型零件的數(shù)控加工工藝及編程仿真摘 要數(shù)控技術是技術性極強的工作，尤其在機械加工領域應用最為廣泛，所以這要求從業(yè)人員具有很高的機械加工工藝知識，數(shù)控編程知識和數(shù)控操作技能。此次的設計任務是對零件的加工工藝設計與程序編制及加工，利用繪圖軟件 AutoCAD將零件的二維圖畫出來,用 UG 軟件畫出三維圖形。然后是通過應用 UG 軟件、機械設計資料和所學的知識對機械零件進行工藝分析、三維建模、數(shù)控加工編程及加工。工藝分析是設計產品重點；三維建模、數(shù)控加工編程是 UG 軟件的重點所在，具有操作簡單和修改方便等優(yōu)點；加工是對所設計的產品進行編程仿真加工。關鍵詞: UG 軟件,工藝分析,建模,編程,加工IAbstractThe numerical control technology is a highly technical work, especially in the field of mechanical processing is the most widely used, so it requires employees with high knowledge of mechanical processing technology, CNC programming knowledge and skills. The design task is the machining process design and programming and processing, the drawing software AutoCAD will be out of the picture parts of the two-dimensional, then use the UG software to draw three-dimensional graphics.Then through the application of UG software, mechanical design data and knowledge of mechanical parts for process analysis, 3D modeling, NC programming and machining. Process analysis is focus on product design; 3D modeling, NC programming is the key of UG software, has the advantages of simple operation and easy modification; processing is to detect the design of products.Keywords: UG software, process analysis, modeling, programming, processingII目 錄摘 要 .................................................................IAbstract .............................................................II第一章 緒論 ...........................................................11.1 數(shù)控加工技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀 .....................................11.1.1 我國數(shù)控技術發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................11.1.2 與國外的差距 ..............................................11.2 數(shù)控加工技術國內外現(xiàn)狀 .........................................2第二章 基于 UG 的建模造型 ..............................................32.1 UG 軟件功能簡介 ................................................32.2 基于 UG 的典型零件的參數(shù)化造型 ..................................42.2.1.新建文件 .................................................42.2.2 建立上表面外輪廓特征 .....................................52.2.3 建立上表面內輪廓特征 ......................................72.2.4 下表面特征的建立 ..........................................8第三章 零件的數(shù)控加工工藝 ............................................113.1 零件的結構特點分析 ............................................113.2 確定毛坯 ......................................................113.3 定位基準的選擇和工藝路線的安排 ................................113.3.1 定位基準 .................................................113.3.2 工藝路線的安排 ...........................................123.4 夾具的選擇 ....................................................123.5 刀具的選擇 ....................................................133.6 切削液選擇 ....................................................143.7 切削用量的選擇 ................................................153.8 機床的選擇 ....................................................183.9 填寫工藝過程卡 ................................................19第四章 零件的數(shù)控程序編制 ............................................204.1 編程方法的選擇 ................................................204.2 軟件編程操作 ..................................................204.3 程序加工與仿真 ................................................26總結 .................................................................28致謝 .................................................................29參考文獻 .............................................................300第一章 緒論1.1 數(shù)控加工技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀傳統(tǒng)的機床延伸了人的體力，成為工作母機，而數(shù)控技術賦予機床一個大腦，使機床變得越來越“聰明”。數(shù)控技術已經從被動執(zhí)行運動指令發(fā)展到能夠“感知”機床的溫度、振動、能耗等工況并加以調整和控制，在線測量工件尺寸、刀具破損和預測刀具壽命，以及防止刀具和運動部件干涉，甚至為操作者進行語音導航或發(fā)送短消息。數(shù)控機床具備智能化功能可以保證機床自動適應加工環(huán)境的變化，從而使機床操作更加便利，精度更加穩(wěn)定，效率更加提升。數(shù)控系統(tǒng)的前瞻控制和軌跡平滑處理技術、位置與速度精確控制技術、工廠總線和網絡技術顯著提高了系統(tǒng)動態(tài)性能和控制精度，保證了數(shù)控機床的高速化、高精度和多軸聯(lián)動的穩(wěn)定性和可靠性。1.1.1 我國數(shù)控技術發(fā)展現(xiàn)狀近年來，我國數(shù)控加工技術發(fā)展迅速，國產數(shù)控車床已完全能滿足國內市場需要。高性能的臥式車削中心和車銑復合中心，通過合資、引進技術和自主開發(fā)，某些產品已能滿足部分國內高端用戶要求。但是，臥式車銑復合加工中心、帶 Y軸或 C 軸的臥式車削中心、雙主軸臥式車削中心和高精度臥式車削中心仍然主要依靠進口。1.1.2 與國外的差距1． 經營理念的差距國內某些企業(yè)的“市場導向”觀念是短視的、狹隘的，僅僅局限于產品的銷路好壞，簡單地賣產品，所謂的售后服務就是修機床。以客戶為中心、聚焦客戶需求，提供解決方案，為客戶創(chuàng)造價值，從產品競爭轉向服務競爭還沒有成為企業(yè)的核心經營理念。特別是對高端客戶的需求，國內機床企業(yè)往往所供非所需，所需不能供。目前情況雖有所改善，但仍然沒有從根本上改變。國內某些企業(yè)忽視技術集成的重要性，把自己局限在生產機床設備的范疇，沒有認識到軟、硬件集成會給客戶帶來創(chuàng)造價值的巨大潛力。國外領先的機床企業(yè)普遍將軟、硬件集成作為產品結構調整的重要途徑。例如，德馬吉公司的 Power Tool 軟件包，馬扎克公司的 Cyber Production 管理系統(tǒng)，GF 阿奇夏米爾公司的Smart Machine 過程監(jiān)控系統(tǒng)，西門子公司 828D 的 ShopMill 和 Program Guide 編程軟件等。2． 關鍵技術的差距與機床制造強國相較，我國數(shù)控機床在結構、技術水平、創(chuàng)新和研發(fā)能力等方面都還存在明顯的差距?；A技術、關鍵技術和共性技術尚未完全掌握。聚焦1客戶需求，研發(fā)個性化的產品，開發(fā)專門化的數(shù)控機床，為用戶提供全面解決方案的能力薄弱。特別是高性能數(shù)控系統(tǒng)和核心功能部件的發(fā)展滯后于主機，市場占有率很低，已成為制約我國數(shù)控機床產業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。關鍵技術的差距最終反映在國產數(shù)控機床產品的可靠性和精度穩(wěn)定性。即使數(shù)量較大的、我國能生產的、技術比較成熟的數(shù)控機床，如立式加工中心、中小規(guī)格臥式加工中心、數(shù)控車床等產品的市場由于可靠性和精度保持性等方面略遜一籌，外國公司也因而占有相當市場份額。3．發(fā)展戰(zhàn)略的差距國內企業(yè)在制定發(fā)展戰(zhàn)略時往往是以開發(fā)某種產品成為主線，大多數(shù)是一種跟隨和模仿外國領先企業(yè)產品的策略。有競爭力的企業(yè)應該將視線越過競爭對手而移向客戶的隱現(xiàn)和潛在需求，跨越現(xiàn)有的競爭邊界，從既定市場結構下的定位選擇向改變市場結構轉型，即“引導市場”。引導市場是一種積極主動的戰(zhàn)略，其特征是以自主原創(chuàng)的新技術、新產品引導并滿足市場不斷發(fā)展的需求，提升客戶的技術水平，為客戶追求利潤最大化，為自身開拓新的利潤空間。它將改變市場的結構，向市場提供超前的新產品，引導客戶認識新產品，使用新產品，受惠于新產品。1.2 數(shù)控加工技術國內外現(xiàn)狀近年來，隨著國防、航空、高鐵、汽車和模具等重要裝備制造行業(yè)需求量的大幅增長，我國數(shù)控機床也取得了快速發(fā)展。中國通過引進技術、消化吸收和科技攻關、開發(fā)自主版權數(shù)控系統(tǒng)兩個階段，已為數(shù)控機床的產業(yè)化奠定了良好的技術基礎。數(shù)控機床新開發(fā) 1300 個品種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產數(shù)控機床產品大部分達到了八十年代的中期水平，部分達到國際九十年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平的數(shù)控機床。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產也取得了一定成果：目前已新開發(fā)出 80 個品種。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心技術，其品種多少與質量好壞直接影響到國產數(shù)控機床的發(fā)展。多年來，國外發(fā)達國家對向我進口高擋數(shù)控系統(tǒng)實行禁運政策。因此，自“七五”以來，國家一直把 CNC 系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權的 CNC 系統(tǒng)，掌握了國外一直對中國封鎖的一些關鍵技術，為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)、生產奠定了基礎。大部份數(shù)控機床配套產品已能生產，自我配套率超過 60%。2第二章 基于 UG 的建模造型2.1 UG 軟件功能簡介UG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software 公司出品的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。Unigraphics NX 針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求，提供了經過實踐驗證的解決方案。UG 同時也是用戶指南（user guide）和普遍語法（Universal Grammer）的縮寫。這是一個交互式 CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在 PC 上的應用取得了迅猛的增長，已經成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。UG 的開發(fā)始于 1969 年，它是基于 C 語言開發(fā)實現(xiàn)的。UG NX 是一個在二和三維空間無結構網格上使用自適應多重網格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其一個給定過程的有效模擬需要來自于應用領域(自然科學或工程)、數(shù)學(分析和數(shù)值數(shù)學)及計算機科學的知識。然而，所有這些技術在復雜應用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復雜性及交叉學科的知識。一些非常成功的解偏微分方程的技術，特別是自適應網格加密（adaptivemeshrefinement）和多重網格方法在過去的十年中已被數(shù)學家研究，同時隨著計算機技術的巨大進展，特別是大型并行計算機的開發(fā)帶來了許多新的可能。工業(yè)設計NX 為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產品技術革新的工業(yè)設計和風格提供了強有力的解決方案。利用 NX 建模，工業(yè)設計師能夠迅速地建立和改進復雜的產品形狀， 并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。產品設計NX 包括了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊。 NX 具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。 NX 優(yōu)于通用的設計工具，具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序。仿真、確認和優(yōu)化NX 允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認和優(yōu)化產品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運用數(shù)字化仿真性能，制造商可以改善產品質量，同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設計、構建，以及對變更周期的依賴。NC 加工3UG NX 加工基礎模塊提供聯(lián)接 UG 所有加工模塊的基礎框架，它為 UG NX 所有加工模塊提供一個相同的、界面友好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進行圖形化修改：如對刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等。該模塊同時提供通用的點位加工編程功能，可 NC 加工用于鉆孔、攻絲和鏜孔等加工編程。該模塊交互界面可按用戶需求進行靈活的用戶化修改和剪裁，并可定義標準化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板庫使初加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標準化，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝。UG 軟件所有模塊都可在實體模型上直接生成加工程序，并保持與實體模型全相關。UG NX 的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于世界上主流 NC 機床和加工中心，該模塊在多年的應用實踐中已被證明適用于 2～5 軸或更多軸的銑削加工、2～4 軸的車削加工和電火花線切割。 2.2 基于 UG 的典型零件的參數(shù)化造型圖 2.1 零件圖該零件如圖 2.1 零件圖主要運用了 UG 軟件中的草圖功能、拉伸、邊倒角、邊倒圓、孔、布爾求差等功能建模完成、總的來說該零件的造型比較復雜，最終完成三維圖的造型。2.2.1.新建文件 （1）在 UG 中，單擊菜單欄中的【文件】/【新建】，或單擊 按鈕，彈出【文件新建】對話4（2）在【模板】列表框中選擇【模型】選項，分別在“名稱”和“文件夾”文本框中框，在文件框中輸入“UG3D.PRT”以及選擇文件存放地址(如圖 2.2)，單擊【確定】按鈕，進入 UG 主界面。圖 2.2 新建模型2.2.2 建立上表面外輪廓特征（1）進入建模模塊，選擇繪制草圖，選 XY 平面作為基準平面，如圖 2.3 所示。圖 2.3 創(chuàng)建草圖（2）點擊確定進入草圖后，根據(jù)尺寸我們使用、直線、圓弧、快速修剪、等指令完成下圖，如圖 2.4，使用自動判斷的尺寸對草圖進行約束。5圖 2.4 繪制草圖（3） 完成草圖后，推出草圖。點擊拉伸按鈕進行拉伸，選擇草圖外面的輪廓線和圓拉伸曲線，拉伸方向，拉伸距離為 8mm，矢量方向為 Z 向，布爾方式選擇無，如圖 2.5，點擊確定，完成第一次拉伸方塊的創(chuàng)建。圖 2.5 拉伸方塊（4）完成第一次拉伸后。繼續(xù)點擊拉伸按鈕進行拉伸，選擇草圖外面的兩圈的輪廓線拉伸曲線，拉伸方向，拉伸距離為 12mm，矢量方向為 Z 向，布布爾方式選擇中間方塊，使用求和的方式，如圖 2.6，點擊確定，完成第二次拉伸方塊的創(chuàng)建。6圖 2.6 拉伸參數(shù)2.2.3 建立上表面內輪廓特征（1）選擇繪制草圖，選 XY 平面作為基準平面。（2）使用插入--曲線中橢圓的命令（如圖 2.7），在 XY 平面上繪制一個大半徑 10mm 小半徑 6mm 的橢圓如圖 2.8，點擊確定，可在圖中看到效果圖。圖 2.7 橢圓命令圖 2.8 繪制橢圓草圖（3）完成草圖的建立后，拉伸橢圓深度為 3mm。使用引用幾何體的命令，旋轉橢圓角度為 90 度，數(shù)量為 3 個。然后對旋轉出來的特征進行求差，建立完成如圖 2.9 所示。7圖 2.9 橢圓槽示意圖（4）對內表面兩個凸臺進行草圖繪制，并且拉伸建立特征，對零件進行倒圓角、倒角完成零件上表面特征的創(chuàng)建。如圖 2.10 所示圖 2.10 上表面特征2.2.4 下表面特征的建立（1）選擇建立草圖，指定工件表面作為基準平面。點擊確定進入草圖后，根據(jù)尺寸我們使用、直線、圓弧、快速修剪、等指令完成下圖，如圖 2.11，使用自動判斷的尺寸對草圖進行約束。圖 2.11 凸臺的草圖繪制8（2）完成草圖后，退出草圖。點擊拉伸按鈕進行拉伸，選擇草圖外面的輪廓線和圓拉伸曲線，拉伸方向，拉伸距離為 9mm，矢量方向為 Z 向，布爾方式選擇求和，如圖 2.12，點擊確定，完成凸臺的創(chuàng)建。圖 2.12 拉伸凸臺（3）完成拉伸后，繼續(xù)選擇草圖指令，在工件表面上繼續(xù)繪制草圖，進行尺寸標注，如下圖 2.13。圖 2.13 繪制草圖（4）完成草圖后，退出草圖。點擊拉伸按鈕進行拉伸，選擇草圖外面的輪廓線和圓拉伸曲線，拉伸方向，拉伸距離為 5mm，矢量方向為 Z 向，布爾方式選擇求和，如圖 2.13，點擊確定，完成凸臺的創(chuàng)建。9圖 2.14 倒圓角（5）接下來對零件幾個角落進行倒角，完成下表面的建模如圖 2.15。圖 2.15 下表面三維圖10第三章 零件的數(shù)控加工工藝3.1 零件的結構特點分析從圖 2.1（若插圖不清晰請見附件 CAD 零件圖）中可以看出該零件主要由通孔，異形凸臺，半圓弧凸臺，橢圓槽，長方形等組成。其中表面粗糙度如圖 3.1 所示Φ24 孔粗糙度為 Ra1.6um，其余粗糙度為 Ra6.3um。此零件上公差最小為0.03mm，所以加工時要考慮其加工的精度，此零件沒有其他形位公差，但零件工序復雜表面質量和精度要求高，所以從精度要求上考慮，定位和工序安排比較關鍵。在切削用量中需注意保證零件不變形等。按照基準面先主后次、先近后遠、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原則依次劃分工序加工。在數(shù)控加工中，我們需要按照圖紙的技術要求進行加工，方能成為合格的產品。以下為本零件圖紙的技術要求。1.為注長度尺寸偏差±0.5mm2.為注倒角 C0.53.去除毛刺飛邊.4.零件表面不應有劃痕、擦傷等損壞零件表面的缺陷3.2 確定毛坯加工該零件選其材料為 45#鋼，其毛坯尺寸為 105mm×85mm×34mm，小批量生產。該零件采用鋸床下料。3.3 定位基準的選擇和工藝路線的安排3.3.1 定位基準在選擇定位基準時，應該減小裝夾的次數(shù)，盡量做到在一次安裝中能夠把零件上所有要加工的表面都加工出來。一般選擇零件上不需要銑削加工的表面或者孔作為定位基準。對于薄壁的零件，選擇的定位基準應該有利于提高加工的剛性，以減小切削變形。并且定位基準應該和設計基準重合以減小定位誤差對尺寸精度的影響。選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加工與否，又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經加工的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面作為定位基準，則稱為精基準。在選擇定位基準時，是從保證工件精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選擇的順序應為從精基準到粗基準。（1）精基準的選擇原則11選擇精基準時，應能保證加工精度和裝夾可靠、方便，可按照基準重合、基準統(tǒng)一、自為基準、互為基準、便于裝夾等原則進行選擇。根據(jù)其原則，確定該零件的精基準為零件的外輪廓及零件底面。（2）粗基準的選擇原則選擇粗基準要求應能保證加工面與不加工面之間的位置要求并合理分配加工面的余量，同時要為后續(xù)工序提供精基準，可按照非加工表面、加工余量最小、重要表面、不重復使用、便于工件裝夾等原則進行選擇。根據(jù)其原則，確定該零件的粗基準為毛坯外邊及底面。3.3.2 工藝路線的安排制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領（生產綱領的大小對生產組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，決定了所應選用的工藝方法和工藝裝備。）已確定為大批生產的條件下，可以考慮采用萬能性的機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。本次劃分工藝路線用裝夾方式的方法來劃分。工序 1：使用鋸床下料 φ105X85X34mm。工序 2：使用 φ80 面銑刀銑削零件 6 個表面至尺寸 100X85X29mm。工序 3：用下表面作為定做基準，加工上表面輪廓特征。工步 1:使用 φ12 立銑刀粗加工上表面凸臺外輪廓，留有余量 0.5mm工步 2:使用 φ12 立銑刀精加工上表面凸臺外輪廓至圖紙尺寸要求工步 3:使用 φ10 立銑刀粗加工上表面內輪廓，留有余量 0.5mm工步 4:使用 φ10 立銑刀精加工上表面內輪廓至圖紙尺寸要求工步 5:使用 φ6 球頭刀精加工上表面曲面特征工序 4：用上表面作為定做基準，加工下表面凸臺凹槽及孔工步 1:使用 φ12 立銑刀粗加工下表面凸臺輪廓及孔工步 2:使用 φ6 立銑刀加工凹槽工步 3:使用 φ6 立銑刀精加工下表面凸臺輪廓及孔工序 5：去毛刺工序 6：終檢3.4 夾具的選擇在選擇夾具的時候有兩個基本的要求。一是：要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對的固定；二是：要協(xié)調零件和機床坐標系的尺寸關系。12當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調試夾具及其它通用夾具，來縮短生產準備時間、節(jié)省生產費用。在成批量生產時，采用專用夾具，來提高效率。在選擇夾具時還要保證零件的裝卸要快速、方便、可靠。夾具上各部件應不妨礙機床對零件各表面的加工。根據(jù)該零件的結構工藝性，確定該零件的加工選擇通用夾具機用平口虎鉗如圖 3.2 進行裝夾，在裝夾時限制零件的 XYZ 三個自由度，零件與夾具體接觸的位置應當墊上墊鐵，以確保零件的水平及保護零件不受到損傷。圖 3.2 機用平口虎鉗3.5 刀具的選擇刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的主要內容之一，不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工的質量。數(shù)控機床在選用刀具時，通常要考慮機床的加工能力、工序內容、工件材料等因素。數(shù)控機床對刀具的要求比普通機床要高、除了要求較好的剛性和尺寸穩(wěn)定性、較長的壽命、良好的切削性能外，還要求安裝調整方便。選擇刀具時，還要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應，即選擇的刀具的幾何形狀應依據(jù)加工曲面的具體情況而定。（1）刀具選擇的基本要求刀具的剛性要好。為提高生產效率而采用大切削用量時，需要剛性好的刀具，剛性差的刀具在大切削用量時很容易斷刀。要保證被加工表面的形狀精度，用剛性差的刀具在大切削力的作用下，會產生變形而形成讓刀，使加工的型面出現(xiàn)斜面。當被加工的零件表面的加工的余量不一樣的時候，若采用剛性好的刀具就可以不必換刀，從而減少了換刀次數(shù)。13刀具的耐用度要高。由于數(shù)控銑床靠程序來控制精度，刀具如果磨損很快，則被加工零件的尺寸精度和型面精度就很難保證，故要用耐用度高的刀具。同時，刀具參數(shù)、幾何角度、排屑性能等因素也要綜合的考慮。（2）數(shù)控加工刀具材料高速鋼。又稱白鋼，它含有 W 、Cr、Mo、V、Co 等元素。它不僅可以用來制造鉆頭、銑刀，還可以用量制造齒輪刀具、成形銑刀等復雜刀具。但由于其允許的切削速度較低（50m/min），所以大多用于數(shù)控機床的低速加工。硬質合金。硬質合金是有硬度和熔點都很高的碳化物（WC TiC 等），用 co mo ni 做粘結劑制成的粉末冶金產品。在中速和大切削中發(fā)揮出優(yōu)良的切削性能。常用的硬質合金有鎢鈷合金、鎢鈦合金等。陶瓷材料。陶瓷是含有金屬氧化物和氮化物的無機非金屬材料。陶瓷材料具有高硬度、高強度、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定性好、摩擦因素低、價格低廉等優(yōu)點。綜上所述，根據(jù)該零件的加工需求，確定該零件的刀具如表 3.1 所示：表 3.1 數(shù)控加工刀具卡片產品名稱或代號 底板 零件名稱 底板零件圖號 A4 程序編號 O0001工步號刀具號刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 材料1 T01 Φ80 面銑刀 1 毛坯表面 YT152 T02 Φ12 立銑刀 1 凸臺 硬質合金3 T03 Φ10 立銑刀 1 凹槽 硬質合金4 T04 Φ6 立銑刀 1 凹槽 硬質合金5 T05 Φ6 球刀 1 曲面 硬質合金編制 審核 共 1 頁 第 1 頁產品名稱或代號 1 零件名稱 底板零件圖號程序編號 O00013.6 切削液選擇合理的選擇切削液可以改善工件與刀具間的摩擦狀況降低切削力和切削溫度，減輕刀具摩損減小工件的熱變形，從而可以提高刀具耐用度提高加工效率和加工質量。切削液具有冷卻、潤滑、清洗、防銹的作用，因此在數(shù)控加工中使用切削液是一個必須的選擇。常用的冷卻液主要有三種表 3.2 所示：14表 3.2 常用冷卻液冷卻液名稱 主要成份 主要作用水溶液 水、防銹添加劑 冷卻乳化液 水、油、乳化劑 冷卻、潤滑、清洗切削油礦物油、動植物油、極壓添加劑或油性 潤滑切削液應根據(jù)工件材料，刀具材料，加工方法和技術要求等具體情況進行選用。下述幾條供參考：1、高速的刀具紅硬性差，需采用切削液，硬質合金刀具紅硬性好，一般不加切削液；若硬質合金刀具使用切削液，必須連續(xù)、充分的澆注；不能間斷。2、切削鑄鐵和鋁合金時，一般選用煤油為宜。3、粗加工時，以冷卻為主，可選用水溶液或低濃度的乳化液，精加工時，主要以潤滑為主，可選用切削油或濃度高的乳化液。4、低速加工時，可選用油性較好的切削油；重切削時，可選用極壓切削液。綜上所述：根據(jù)選擇的材料 45#鋼，選擇乳化液為冷卻液。它的主要作用是：冷卻、潤滑、清洗而且還有一定的防銹作用。3.7 切削用量的選擇銑削加工切削用量包括主軸轉速（切削速度）、進給速度、背吃刀量和側吃刀量。切削用量的大小對切削力、切削功率、刀具磨損、加工質量和加工成本均有顯著影響。數(shù)控加工中選擇切削用量時，就是在保證加工質量和刀具耐用度的前提下，充分發(fā)揮機床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。背吃刀量 ap 為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為 mm。端銑時，ap 為切削層深度；而圓周銑時，ap 為被加工表面的寬度。側吃刀量 ae 為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為 mm。端銑時，ae 為被加工表面的寬度；而圓周銑時，ae 為切削層深度。切削用量先擇的標準是：在保證零件加工精度和表面粗糙度的前提下，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具壽命并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度的提高生產率，降低成本。為保證刀具的耐用度，銑削用量的選擇方法是：先選取背吃刀量或側吃刀量，其次確定進給速度，最后確定切削速度。1、背吃刀量 ap（端銑）或側吃刀量 ae（圓周銑）的選擇背吃刀量或側吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質量的要求決定。（1）在工件表面粗糙度值要求為 Ra=12.5-25μm 時，如果如果圓周銑削的加工余量小于 5mm，端銑的加工余量小于 6mm，則粗銑一次進給就可以達到要求。但在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機床動力不足時，可分兩次進給完成。15（2）在工件表面粗糙度值要求為 Ra=3.2-12.5μm 時，可分粗銑和半精銑兩步進行。粗銑時背吃刀量或側吃刀量選取同前。粗銑后留 0.5-1.0mm 余量，在半精銑時切除。（3）在工件表面粗糙度值要求為 Ra=0.8-3.2μm 時，可分粗銑、半精銑、精銑三步進行。半精銑時背吃刀量或側吃刀量取 1.5-2mm；精銑時圓周銑側吃刀量取0.3-0.5mm，面銑刀背吃刀量取 0.5-1mm。2、進給速度 F（mm/min）與進給量 f（mm/r）的選擇銑削加工的進給速度 F 是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移量，單位為 mm/min；對于銑刀多齒刀具，通常規(guī)定每齒進給量 fz(mm)，含義是刀具每轉過一個齒，刀具相對于工件在進給運動方向上的位移量。其進給速度 F、銑刀轉速 N、銑刀齒數(shù) Z 及每齒進給量 fz（mm/z）的關系為：F=fz·Z·N (3-2)每齒進給量 fz 的選取，主要依據(jù)工件材料的力學性能、刀具材料的力學性能、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，fz 越?。环粗畡t越大。硬質合金銑刀的每齒進給量，高于同類高速鋼銑刀。工件剛性差或刀具強度低時，應取較小值。硬質合金銑刀的每齒進給量，高于同類高速鋼銑刀。工件剛性差或刀具強度低時，應取較小值。進給速度 F 與進給量 f 主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取，可參考常用切削用量手冊或見表 3.3。表 3.3 銑刀每齒進給量參考值每齒進給量 /（mm/z）Zf粗銑 精銑工件材料高速鋼銑刀 硬質合金銑刀 高速鋼銑刀 硬質合金銑刀鋼 0.10~0.15 0.10~0.25鑄鐵 0.12~0.20 0.15~0.300.02~0.05 0.10~0.15鋁 0.06~0.20 0.10~0.25 0.05~0.10 0.02~0.053、切削速度 Vc 的選擇根據(jù)已經選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度選擇切削速度。銑削的切削速度 Vc 與刀具的壽命、每齒進給量、側吃刀量以及銑刀齒數(shù)成反比，而與銑刀直徑成正比。其原因是當 fz、ap、ae 和 z 增大時，切削刃負荷增加，而且同時工作的齒數(shù)也增多，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。為提高刀具壽命允許使用較低的切削速度。但是加大銑刀直徑則可改善散熱條件，提高切削速度。可用經驗公式計算，也可根據(jù)生產實踐經驗，在機床說明書允許的切削速度范圍內查閱有關切削用量手冊或參考表 3.4 選取。16實際編程中，切削速度 Vc 確定后，還要按式 Vc=πdn/1000 計算出銑床主軸轉速 n（r/min），并填入程序單中。表 3.4 銑削加工的切削速度參考值切削速度 /(m/min)cv工件材料 硬度/HBW 高速鋼銑刀 硬質合金銑刀<225 18~42 66~150225~325 12~36 54~120鋼325~425 6~21 36~75<190 21~36 66~150190~260 9~18 45~90鑄鐵160~320 4.5~10 21~30鋁 70~120 100~200 200~4004.計算切削用量所有計算選取的數(shù)值查上表 3.3，3.4工序 2：銑零件銑削六個表面粗加工根據(jù)《切削用量簡明手冊 第 3 版》，背吃刀量 ap=0.38~2.40mm 取ap=0.5mm。切削速度 Vc= 66~150m/min，取 Vc= 67m/min, 計算主軸轉速n= = r/min=266.72r/min 取 280r/mindvc?10804.367?精加工根據(jù)《切削用量簡明手冊 第 3 版》，背吃刀量 ap=0.10~0.38mm 取ap=0.2mm。切削速度 Vc= 66~150m/min 取 Vc= 120m/min, 計算主軸轉速n= = r/min=477.71r/min 取 480r/mindvc?10804.312?進給量 f=0.10~0.25mm/r 取進給量 f=0.1mm/r；計算進給速度，計算進給速度：min/4.zfVf ??工序 3：Φ12 立銑刀銑外輪廓粗加工主軸轉速?。海ㄣ娤魃疃?ap=0.5mm）n= = r/min= r/min ，取 n=1800dvc?1014.67?8in/r進給量 ：fVmi102.30nzff ???精加工主軸轉速?。海ㄣ娤魃疃?ap=1mm）n= = r/min= r/min，所以取 n=3200dvc?10124.3?84.7in/r進給量 ：fVin960.30nzff ???17工序 3：Φ10 立銑刀銑內輪廓粗加工主軸轉速取：（銑削深度 ap=0.5mm）n= = r/min= 2133r/min ，取 n=2200dvc?114.67?min/r進給量 ：fVi601.320nzff ???精加工主軸轉速?。海ㄣ娤魃疃?ap=1mm）n= = r/min= 3821r/min，所以取 n=3500dvc?1014.3? in/r進給量 ：fVmi520.35nzff ???工序 3：Φ6 球頭刀銑曲面主軸轉速取：n= = r/min= 3715r/min，所以取 n=4000dvc?104.70? in/r進給量 ：fVmi801.2nzff ???工序 4：Φ12 立銑刀同工序 3 中 Φ12 立銑刀的加工參數(shù)工序 4：φ6 立銑刀加工凹槽主軸轉速?。海ㄣ娤魃疃?ap=0.5mm）n= = r/min= 3715r/min，所以取 n=4000dvc?106.370? in/r進給量 ：fVmi405.24nzff ???3.8 機床的選擇零件的所有工序都可以在數(shù)控銑床或加工中心上完成，其外形銑削可以采用立銑刀進行銑削；型腔的加工，采用立銑刀進行型腔銑削加工；臺階則可以選擇稍大一點的立銑刀進行加工，這樣可以減少切入次數(shù)，從而增加生產效率。圖 3.3XD-40A 加工中心18由于該零件屬于單件小批量生產，因此不用考慮生產效率等問題，只要在能夠保證其精度要求的前提下選擇相應的設備進行加工即可，但為了減少人為的換刀量，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控機床，確定選擇由大連機床集團生產的 XD-40A 系列數(shù)控立式加工中心圖 3.3，XD 系列立式數(shù)控銑床是大連機床集團公司引進先進技術生產的新一代數(shù)控機床。3.9 填寫工藝過程卡詳細工藝文件見附件19第四章 零件的數(shù)控程序編制4.1 編程方法的選擇數(shù)控編程方法可分為手工編程和自動編程兩種。（1）手工編程手工編程是指主要由人工來完成數(shù)控機床程序編制各個階段的工作。當被加工零件形狀不十分復雜和程序較短時，都可以采用手工編程的方法。手工編程在目前仍是廣泛采用的編程方式，即使在自動編程高速發(fā)展的將來，手工編程的重要地位也不可取代，仍是自動編程的基礎。在先進的自動編程方法中，許多重要的經驗都來源于手工編程，并不斷豐富和推動自動編程的發(fā)展。（2）自動編程自動編程是指借助數(shù)控語言編程系統(tǒng)或圖形編程系統(tǒng)，由計算機來自動生成零件加工程序的過程。編程人員只需根據(jù)加工對象及工藝要求，借助數(shù)控語言編程系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)控編程語言或圖形編程系統(tǒng)提供的圖形菜單功能，對加工過程與要求進行較簡便的描述，而由編程系統(tǒng)自動計算出加工運動軌跡，并輸出零件數(shù)控加工程序。由于在計算機上可自動地繪出所編程序的圖形及進給軌跡，所以能及時地檢查程序是否有錯，并進行修改，得到正確的程序。綜合考慮該零件的外形，確定該零件采用 UG 軟件自動編程的方法進行編制，這樣做可以通過加工仿真更明確的發(fā)現(xiàn)程序是否有錯誤。4.2 軟件編程操作1、銑六面一次走刀完成，可以直接手動編程，這里不做詳訴。2、在標準工具條中選擇“開始”→“加工”，系統(tǒng)將彈出“加工環(huán)境”對話框，在 CAM 設置選擇欄中選擇“mill-contour”模板，單擊“初始化”按鈕，系統(tǒng)將進入型腔銑加工環(huán)境。（一）創(chuàng)建幾何體在操作導航器的幾何視圖中，設置加工坐標系、零件和毛坯，為創(chuàng)建操作做準備。（1）設置加工坐標系。①先將操作導航器轉換到幾何體視圖。②在“操作導航器-幾何體”中選擇“MCS-MILL”，單擊右鍵，在其快捷菜單中選擇“編輯”命令。③在彈出對話框中的“機床坐標系”中的“指定 MCS”欄中，單擊“自動判斷”圖標，然后在圖形區(qū)域選擇毛坯的頂面，之后單擊“確定”，系統(tǒng)將自動在毛坯的頂面中心位置創(chuàng)建加工坐標系，如圖 4.1 所示。20圖 4.1 坐標系設定（2）設置幾何體①在“操作導航器-幾何體”中，雙擊“WORKPIECE”圖標，將彈出“幾何體”對話框。②指定部件幾何體。在“幾何體”對話框中，單擊“指定部件”按鈕，將彈出“部件幾何體”對話框，在圖形區(qū)域選擇零件， 點擊“確認”返回“幾何體”對話框，如圖 4.2 所示。圖 4.2 幾何體設定③指定毛坯幾何體，在“幾何體”對話框中，單擊“指定毛坯”圖標按鈕，將彈出“毛坯幾何體”對話框，選擇“自動塊”，單擊“確定”后，返回“幾何體”對話框，如圖 4.3 所示。21圖 4.3 自動塊選擇④在“幾何體”對話框中單擊“確認”，結束幾何體的設置操作。（二）創(chuàng)建刀具（1）在“創(chuàng)建操作”工具條中選擇“創(chuàng)建刀具”命令，進入“創(chuàng)建刀具”對話框。（2）先在“創(chuàng)建刀具”對話框中的類型選擇項內選擇“mill-contour（銑型腔）”，然后在“刀具子類型”選項欄中選擇“立銑刀（MILL）”圖標，并輸入刀具名稱 14，然后單擊“應用”，進入“刀具參數(shù)”對話框，設置參數(shù)后單擊“確定”，完成刀具的創(chuàng)建。3.型腔銑加工操作（1）在加工創(chuàng)建工具條中，單擊“創(chuàng)建操作”命令，系統(tǒng)將彈出“創(chuàng)建操作”對話框。（2）在“創(chuàng)建操作”對話框中，選擇“類型”中選擇“mill-contour（銑型腔）”，然后在“操作子類型”中，選擇型腔銑模板圖標 CAVITY-MILL 銑型腔。（3）在“創(chuàng)建操作”對話框中設置其他參數(shù)：程序、刀具、幾何體、方法、名稱如圖 4.6。22圖 4.6 參數(shù)設置(4)在“創(chuàng)建操作”對話框中單擊“確定”，選擇切削區(qū)域、設置切削層、設置余量、進給率如圖 4.7。圖 4.7 加工參數(shù)設置（5）生成操作，如圖 4.4 所示。圖 4.8 粗加工刀路圖 圖 4.9 精加工刀路圖235、其余加工操作，根據(jù)上述所述的操作方式，進行加工操作。最終得到如下刀路圖。圖 4.10 粗加工刀路圖圖 4.11 精加工刀路圖24圖 4.12 下表面加工刀路6、先在操作導航器中選中各銑削圖標，然后在“加工操作”工具條中單擊“后處理”按鈕，在“后處理”對話框中，后處理選擇“MILL-3-AXIS”，單位選擇“公制/部件” ，單擊“確定”后，系統(tǒng)就會生成型腔銑操作的 NC 加工代碼，如圖 4.13 所示 。25圖 4.13 后處理4.3 程序加工與仿真在文章的最后，為了效驗本次設計，安排的切削參數(shù)，工藝路線，機床選擇，刀具選擇等，是否合理，我們使用 UG 軟件的仿真加工功能，確定刀路是否合理，是否有過切，撞刀等問題。選中所有加工程序，點擊軟件上的確定刀軌，選擇 2D 動態(tài)仿真。點擊開始，得如下圖所示。26圖 4.14 上表面仿真加工圖圖 4.15 下表面仿真加工圖27總結本次課題貫穿本專業(yè)所學到的議論知識與實踐操作技術，從分析設計到計算、操作得到成品，同時本次選題提供了自主學習，自主完成的機會。畢業(yè)設計有實踐性，綜合性，探索性，應用性等特點，本次選題的目的是數(shù)控專業(yè)教學體系中構成數(shù)控技術專業(yè)知識及專業(yè)技能的重要組成部分，是運用 UG 建模以及自動編程的一次綜合練習。傳統(tǒng)的一些簡單的圖形，只包括直線、圓弧的二維圖形，可以直接用手工編程的方法編制加工程序?，F(xiàn)在對于一些復雜的二維圖形或三維曲面圖形組成的零件、模具只能使用自動編程軟件來完成編程工作。加工設計理論已經不拘泥于系統(tǒng)的理論基礎，開始強調產品尺寸精度，工藝嚴格性，從而更加有得于學生裝的數(shù)控編程及操作的創(chuàng)新精神和實踐能力。隨著畢業(yè)設計做完，也將意味我的大學生活即將結束，但在這段時間里面我覺得自己是努力并快樂的。在繁忙的的日子里面，曾經為解決技術上的問題，而去翻我所學專業(yè)的書籍。經過這段時間我真正體會了很多，也感到了很多。為了更深入的理解并掌握大學的專業(yè)知識，加強專業(yè)技能。通過此次的分析，需要對刀具的切削參數(shù)進行計算等方面的問題給予考慮，這些方面的知識都需要我們去復習以前的知識，在對以前學的知識進行初步系統(tǒng)回顧之后，大腦形成一初步的印象。各專業(yè)課之間相關聯(lián)的知識也能很好的理解。這次畢業(yè)設計，給我最大的體會就是熟練操作技能來源我們對專業(yè)的熟練程度。致謝這次畢業(yè)設計中，我體驗到進行 UG 建模和數(shù)控編程的快樂，也使我明白今后的路還很長，加工制造業(yè)領域隨著數(shù)控技術及計算機輔助設計、分析、制造（CAD/CADE/CAM）技術的普及與提高發(fā)生著巨大變化，數(shù)控技術已經成為各個制造企業(yè)發(fā)展開拓的重點，也代表著先進的制造技術，因此我為能夠接觸和學習這方面的知識而感到驕傲！由于自己的水平有限，這篇文章并不能讓人感到滿意，但作為一名機械專業(yè)的學生，運用所學專業(yè)知識解決實際工作中遇到的問題是檢驗所學的最好方法，本論文是希望從實際工作的角度探討自己對數(shù)控加工一點見解，也希望以此來檢驗我對機械專業(yè)知識學習的運用能力．在此，我非常感謝指導老師對我的悉心指導，使我在學業(yè)上有了很大的進步，這篇文章是我經過反復思考修改完成的，由于自己的知識面有限，在文章可能還有許多不足之處，請老師們予以批評指正，同時論文在老師的指導下理論觀點，布局和寫作方法和實際工作等方面給予我極大的幫助和指導，在此我深表感謝！ 最后，感謝大學幾年來所有教過我的老師們！感謝指導老師、評閱老師以及答辯組的老師們對本論文的悉心指導，感謝他們默默無聞的奉獻！29參考文獻[1]潘文斌編.UG NX8.0 數(shù)控編程教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.[2]王衛(wèi)兵等編著.UG NX6.0 立體詞典：數(shù)控編程[M].杭州：浙江大學出版社,2010.[3]葉南海著.UG 數(shù)控編程實例與技巧[M].北京：國防工業(yè)出版社,2005.[4]楊叔子主編.數(shù)控加工[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.[5]榮瑞芳主編. 數(shù)控加工工藝與編程[M].西安:西安電子科技大學出版社,2006.[6]徐宏海著.數(shù)控加工工藝[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008.[7]沈志雄,徐福林主編.金屬切削原理與數(shù)控機床刀具[M].廈門:復旦大學出版社,2012.[8]于輝著.數(shù)控加工工藝及刀具[M].北京：北京理工大學出版社,2009.[9]沈志雄,徐福林主編.金屬切削原理與數(shù)控機床刀具[M].廈門:復旦大學出版社,2012.[10]胡建新主編.數(shù)控加工工藝與刀具夾具[M].北京:機械工業(yè)版社,2010.