底座零件的数控加工与编程概要

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1 底座零件的加工分析

1.1查表对不同零件进行选材，表格如下：

表2 具钢的牌号、成分、性能和用途

化学成分ωMe/％ 硬度 退火状试样淬火 牌号 C Mn Si 态 用途举例 HBS不淬火温HRC大度/℃和不小于 冷却剂 于 淬火、回火后，常用于制造能承受震动、冲T7、0.65～800～击，并且在硬度T7A 0.74 ≤0.40 ≤0.35 187 820水 62 适中情况下有较好韧性的工具，如凿子、冲头、木工工具、大锤等 淬火、回火后，常用于制造要T8、0.75～求有较高硬度T8A 0.84 ≤0.40 ≤0.35 187 780～800水 62 和耐磨性的工具、如冲头、木工工具、剪切金属用剪刀等。 １

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性能和用途和T8相似，但加T8Mn、0.80～0.40～≤780～入了锰提高淬T8MnA 0.90 0.60 0.35 187 800水 62 透性，故可以制作横截面较大的工具。 用于制造一定T9、0.85～≤～T9A 0.94 ≤0.40 0.35 192 760780水 62 韧性的工具，如冲模、冲头、凿岩石用凿子等。 用于制造耐磨性要求较高，不受剧烈震动，具有一定韧性及T10、0.95～760～具有锋利刃口T10A 1.04 ≤0.40 ≤0.35 197 780水 62 的各种工具，如刨刀、车刀、钻头、丝锥、手锯锯条、拉丝模、冷冲模等。 用途与T10钢T11、1.05～760～基本相同，一般T11A 1.14 ≤0.40 ≤0.35 207 780水 62 习惯上采用T10钢 ２

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用于制造不受冲击、要求高硬T12、1.15～～度的工具，如丝T12A 1.24 ≤0.40 ≤0.35 207 760780水 62 锥、锉刀、刮刀、绞刀、板牙、量具等 适用于制造不受震动、要求极T13、1.25～760～各种T13A 1.35 ≤0.40 ≤0.35 217 800水 62 高硬度的工具，如剃刀、刮刀、刻字刀具等

表3 牌号、力学性能及用途（摘自GB9439—88）

牌号 铸件类别 铸件壁厚/mm 铸件最小抗拉b /Pa 适用范围及举例 2.5～10 130 铁素体 10～20 100 低载荷和不重要零HT100 灰铸铁 20～30 90 件，如盖、外罩、手轮、支架、重锤等 30～50 80 2.5～10 175 承受中等应力（抗弯10～20 145 应力小于100MPa）的珠光体+20～30 130 零件，如支柱、底座、HT150 铁素体灰齿轮箱、工作台、刀铸铁 架、端盖、阀体、管30～50 120 路附件及一般无工作条件要求的零件 HT200 珠光体 2.5～10 220 承受较大应力（抗弯灰铸铁 10～20 195 应力小于300MPa）和

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20～30 30～50 4.0～10 HT250 10～20 20～30 30～50 10～20 HT300 20～30 30～50 孕育铸铁 HT350 10～20 20～30 30～50 170 160 270 240 220 200 290 250 230 340 290 260 较重要零件，如汽缸体、齿轮、机座、飞轮、床身、缸套、活塞、刹车轮、联轴器、齿轮箱、轴承座、液压缸等 承受弯曲应力（小于500MPa）及抗拉应力的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、剪床和压力机的机身、床身、高压油压缸、滑阀壳体等

1.2夹具、刀具的选择及切削用量的确定

1.2.1夹具的选择、工件装夹方法的确定 1．夹具的选择

数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：

1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。

4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 2．夹具的类型

数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。

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数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：通用台虎钳、数控分度转台等。

1.2.2刀具的选择及对刀点、换刀点的设置 1．刀具的选择

与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。（1）车削用刀具及其选择 数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。

1）尖形车刀 尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。 2）圆弧形车刀 圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。

圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉；二是该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

3）成型车刀 成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。

数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。

4）用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r,如图2-11 所示，即直径为d=2 Re=2（R-r）,编程时取刀具半径为Re=0.95（R-r）。 对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。

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（3）标准化刀具 目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号；对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为TSG—JT，直柄刀具系统的标准代号为DSG—JZ。

此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。 2．对刀点、换刀点的设置

工件装夹方式在机床确定后，通过确定工件原点来确定了工件坐标系，加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：某程序开始第一个程序段为N0010 G90 G00 X100 Z20 ，是指刀具快速移动到工件坐标下 X=100mm Z=20mm处。究竟刀具从什么位置开始移动到上述位置呢？所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。

在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是： 1）便于数值处理和简化程序编制。 2）易于找正并在加工过程中便于检查。 3）引起的加工误差小。

对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。例：以外圆或孔定位零件，可以取外圆或孔的中心与端面的交点作为对刀点。

实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。

加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。 2.2.3切削用量的确定

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切

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削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。 1．主轴转速的确定

主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/πD 式中

v----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定； n-- -主轴转速，单位为 r/min； D----工件直径或刀具直径，单位为mm。

计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。 2．进给速度的确定

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则：

1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100～200mm/min范围内选取。

2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。

3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。 4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。 3．背吃刀量确定

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2～0.5mm。

总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。 1.3 底座数控加工工艺规程： 1.3.1分析零件图：

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欲加工的零件如图所示，材料为45钢，毛坯为260×130×20的长方形材料，单件生产，选用立加工中心加工。将毛坯外轮廓加工成260×130×20的底座。在底座顶面四角铣直径Ф=14mm的通孔，并在中央铣18*18的方孔通孔，详细尺寸如图所示。 1.3.2对零件图审查：审查合格。 1.3.3年生产纲领：单件，小批量。 1.3.4确定毛坯：

毛坯材料为45钢，经冷轧处理，毛坯尺寸为260×130×20。 1.3.5工艺路线：

以毛坯底面为加工基准，用铣的方法加工孔、槽、轮廓,用钻的方法加工小孔。为保证零件加工质量，将加工阶段分为粗加工阶段，精加工阶段，并按工序分散原则组织工艺过程。

1.3.6确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差： 1.孔及上下槽的加工余量均为0.2。

2.大通孔的设计要求为：260+0.052 ，Ra=1.6，且孔的边缘以底面为基准的垂直度公差为0.02。

通孔旁边的凹槽设计要求：

1)深度为4,其底边要求以底面为基准的平行度公差为0.02， 长方形底座的四个边设计要求：250*125。

底座四个小通孔设计要求:1)相邻两孔之间距离设计要求：140*80。 2)孔的设计要求：要求直径Ф=14的通孔。 1.4数控编程坐标系：

以工件中心为原点建立坐标系，与主轴平行的坐标轴为Z坐标轴，刀具远离工件的方向为正方向。垂直于Z轴并平行于工件装夹平面为X方向，面对刀具主轴向立柱方向看，刀具向又为+X方向。Y轴垂直于X、Z坐标，按右手笛卡儿法确定+Y方向。

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图1

2.5零件数控加工程序： O0001 G90 ;

G54 G43 H01 G00 Z20.; S800 M03;

G99 G81 X0 Y0 Z-1. R3. F50; M98 P0004; G80 M05 G49; G53 G28 Z0.;

T02 M06 ;

G54 G43 H02 G00 Z20.; S600 M03 ;

G99 G81 X0 Y0 Z-16. R3. F50; M98 P0004; G80 M05 G49; G53 G28 Z0. ;

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T03 M06 ; G54 G00 X0. Y0.; G43 H03 Z20; S500 M03;

G99 G82 Z-6. R3. X1.0 F50; M98 P0004; G80 M05 G49; G53 G28 Z0. ;

T04 M06;

G54 G00 G43 H04 Z20.; S300 M03 ;

G98 G82 X0 Y0 Z-9. R3. X1.0 F60; G80 M05 G49; G53 G28 Z0 ;

T05 M06 ;

G54 G00 X0 Y-62.5; G00 G43 H05 Z-2.; S500 M03;

G01 G41 D01 X14.5 F100; M98 P0005;

G01 G41 D02 X14.5 F100; M98 P0005; G01 Z-4. F50;

G01 G41 D01 X14.5 F100; M98 P0005;

G01 G41 D02 X14.5 F100; M98 P0005;

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G01 G41 D03 X14.5 F100; M98 P0005 ; G00 Z3.; M98 P0006; M21 M98 P0006; M22 M98 P0006; M23;

M22 M98 P0006; M23; G49 M05; G53 G28 Z0.; T06 M06; G54 G00 X60. Y0; G43 H06 Z-2.; S800 M03 T00; M98 P0007; G01 Z-4. F100; M98 P0007; G00 X-60. Y0; Z-2.;

M21 M98 P0007; G01 Z-4. F100; M98 P0007; M23; G00 X0 Y60.; Z-2.; M98 P0008; G01 Z-4. F100; M98 P0008;

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G00 X0 Y-60.; Z-2.;

M22 M98 P0008; G01 Z-4. F100; M98 P0008; M23; G00 X0 Y0; Z-15.;

G01 G41 D04 X9. F60; Y9.; X-9.; Y-9.; X9.; Y0;

G03 X3. Y6. I-6. J0; G40 G00 X0 Y0 M05; G00 Z20.; G49 ;

G53 G28 Z0 M06; M02;

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2 结 论 2.1 本文总结

与传统切削加工相比，数控加工具有明显的优越性，其应用前景也十分广阔。近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产产品仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。

所以，制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。 谢 词

本论文在学院各位老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本论文能够顺利的完成，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在论文中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业论文工作顺利完成。这次的毕业设计，培养了我的独立思考、分析解决问题的能力，拓宽了我的知识面，是一次极好的磨练机会！

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参考文献

1 杨自厚． 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[Ｊ]．冶金自动化，1994（5） 2 唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[Ｊ]．冶金自动化，1996（4） 3 唐怀斌． 工业控制的进展与趋势 [Ｊ]．自动化与仪器仪表，1996（4） 4 王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中国科学技术大学出版社，1996 5 林行辛．钢铁工业自动化的进展与展望[Ｊ]．河北冶金， （1）

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