983T-V-02-211面板铣削加工工艺方案设计
983T-V-02-211面板铣削加工工艺方案设计
摘要
数控系统面板是具有多种框架结构的铣削面板，轮廓清晰，便于安装，通过各种不同的刀具经铣、钻等工序形成工件。通过一般的铣床和数控铣床，其比较耗时耗料，加工出的零件精度和工艺与实际使用要求相差较远，并且生产成本比较高，因而需要运用加工中心进行加工。加工中心拥有刀库、识别加工程序代码、自动加工换刀等功能，并且加工完成的工件精度很高，工艺好。使用一般的加工方法来加工生产效率普遍不高，因而要求设计和使用新的夹具，通过对毛胚正反面的加工时进行内外装夹，把程序传输到加工中心，同时调用程序进行加工，从而提高批量生产时的效率，以及保证工件的精度、节省工时和降低生产成本以达到加工要求。在选用加工机车的原则上要结合加工工件的精度要求与批量化的生产。在这个过程中，要适当收集零件的图纸，并且要设计所要用到的夹具，根据相关资料选用适当的刀具。做到生产经济化，使企业能够在花最少成本的情况下，创造出尽可能高的利润，实现企业与个人价值的提升！
关键词：面板铣削加工工艺批量生产加工中心
前言：
随着经济的不断发展和数控产业的不断完善，数控机床在生产加工中起到越来越重要的作用。目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。数控铣削加工设备已经大量进入制造业，特别是近年来高速加工的普及，更是让数控铣削加工跨上了一个新的台阶，而数控系统也日益先进，同时数控面板作为数控系统输入部分结构框架也成为了加工中的基本项目。数控面板决定了每个数控系统的面板的造型，区分了面板使用区的输入和操作部分的按钮，对于每个系统面板的加工方法、工艺方案、刀具选用等项目与别的系统面板既有共性又有差别。为了摄入对数控面板研究，我采用了GSK983-V-02-211数控面板进行设计加工与分析研究，进一步剖析数控面板加工的相关内容。
目录
一、对零件图纸进行铣削加工的工艺分析 (04)
二、数控加工工艺方案的制定 (07)
（一）机床的合理选用 (07)
（二）数控加工零件工艺性分析 (09)
（三）加工方法的选择与加工方案的确定 (09)
（四）加工路线的确定 (10)
（五）切削用量的确定 (13)
（六）制定加工工艺卡 (15)
三、程序设计及加工效果 (19)
四、刀具的选择 (24)
五、零件的安装与夹具的选择 (27)
六、机车参数调整 (35)
七、首件试切与工艺方案的调整 (37)
八、小结 (38)
九、总结 (39)
十、参考文献 (39)
一、零件图的铣削加工工艺分析
对被加工零件的精度及技术进行分析，是零件工艺分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式和刀具的切削用量进行正确而合理的选择。所以分析零件图就显得非常重要。
分析精度及各项技术要求合理；本工序的数控铣削加工精度能达到图样的要求，找出图纸上有位置精度要求的表面，对表面粗糙度要求；较高的表面，应确定用恒线速切削。
零件图工艺性分析：
从如下图所示零件图分析可得，该板状形工件为批量生产零件，零件材料为铝板（5A06），外形为一个长方体，从上到下分为三层，面板内部的结构比较简单，主要结构是由多个长方形结构构成的，从上面零件图可知面板的正反面上均有分层结构，而且加工范围的限制和深度的控制是加工的重点，其他结构加工范围充足，容易加工。同时零件图的精度要求比较高，重点加工的结构是保证精度的难点。工件上的矩形轮廓是主要加工的部分，决定了整个工件的误差。工件表面尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
此零件加工包括：平面铣，孔，槽，倒角，倒圆角，攻丝和抛光处理。
图纸如图1、图2、图3所示。
图1 983T-V-02-211面板正面图纸
图2 983T-V-02-211面板反面图纸
图3 加工表面
二、数控加工工艺方案的制定
（一）机床的合理选用
至今日，10年来我国数控机床品种又有了较大发展，产品性能、质量和可靠性也有了较大提高。据不完全统计，到2004年我国国产数控机床产品品种已达1500种，数控机床产量已突破5万台，在五轴联动、复合加工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术的掌握上也取得较大进展，一些高档数控机床已进入交通、能源、航空航海、军工等重点领域，有力地支援了国家建设项目，并形成了一批中档数控机床产业化基地，使我国中档（普及型）数控机床在产量
中的比重由2000年的25%提高到2004年的43.5%为广大用户提供了更为广阔的选择余地。加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。数控加工中心综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工内容，加工精度高。可以理解为数控铣床加刀库就是加工中心，如图4所示。
图4 加工中心
加工中心的种类也多种多样，可以按下列方式进行分类：
按换刀形式分类：
（1）带刀库机械手的加工中心换刀装置由刀库、机械手组成，换刀动作由机械手完成。
（2）机械手加工中心换刀过程通过刀库和主轴箱配合动作来完成。
（3）转塔刀库式加工中心一般应用于小型加工中心，主要以孔加工为主。
加工中心自动换刀刀库如图5所示：
选用数控机床一般遵循
以下几个原则：
1、实用性
2、经济性
3、可操作性
4、稳定可靠性
图5圆盘式刀库：S系列
根据刚才被加工零件的分析与零件的外形与材料，考虑到加工过程中需要多次换刀，同时考虑到零件加工需要保持较高的尺寸精度要求等条件，认真遵循数控机床的选用原则。综上各方面的考虑，选用GSK218M加工中心比较合适。（二）数控加工零件工艺性分析
刀具材料应该满足零件的加工要求，零件的正面有许多不同尺寸的槽，那就需要不同尺寸的刀具去加工，加工零件是需要统一的几何类型和尺寸，在满足精度要求情况下，尽量减少换刀，提高效率。在加工轮廓用倒圆角过渡时，内槽圆角影响刀具的选择，刀具半径应大些，加工槽底圆角时刀具圆角半径应小些，提高工艺性和效率。该工件的装夹只需用四压块压紧，在装夹时统一基准定位，减少定位误差。另一方面，零件的结构应便于装配和维修时的拆装，该零件上有8个螺丝孔用于装配时的螺丝紧，而且零件上的矩形轮廓槽要利于工件与系统器件的装配。
确定零件的定位基准和和装夹方式零件直接安装在机床工作台面的组合夹具上，在分别加工内外时用四块压板压紧。定位基准为夹具上的丝杠。
（三）加工方法的选择与加工方案的确定
加工方法的选择应以满足加工精度和表面粗糙度的要求为原则。由于获得同一级加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸和热处理要求等全面考虑。零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工，半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。
表面加工方法的选择，就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。在选择时，一般先根据表面的精度和粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的加工方法，即确定加工方案。由于获得同一精度和粗糙度的加工方法往往有几种，在选择时除了考虑生产率要求和经济效益外，还应考虑下列因素：
A.工件材料的性质
B.工件的结构和尺寸
C.生产类型
D.具体生产条件
加工方案的确定原则：
零件上比较精密的尺寸及表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些加工部位仅仅根据质量要求选择相应的加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成型的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。
加工方法的选择：加工中心加工零件的表面包括平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等。所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。面加工分析：平面、平面轮廓及曲面在镗铣类加工中心上唯一的加工方法是铣削。经粗铣的平面，尺寸精度可达IT12~IT14级（指两平面之间的尺寸），表面粗糙度Ra值可达12.5~50μm。经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT7~IT9级，表面粗糙度Ra值可达里，1.6~3.2μm。所示该零件大部分时加工槽，应该采用两轴半加工。在钻削小直径孔后进行扩孔，可采用平铣刀进行外形加工来扩孔。（四）加工路线的确定
零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到形成成品所经过的工序先后顺序。在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。目前还没有一套通用而完整的工艺路线拟定方法，只总结出一些综合性原则，在具体运用这些原则时，要根据具体条件综合分析。拟定工艺路线的基本过程见下图。
工艺路线拟定的基本过程如图6所示：
图6 工艺路线
拟定的基本过程
在数控加工中
刀具定位点在整
个加工工序中相对于工件的运动轨迹称为
走刀路线，它不但包括了工序的内容，而且也反映出工序的顺序。走刀路线
是编写程序的依据之一。编程时加工路线的确定原则主要有以下几个方面：
1)加工路线应保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求，且效率较高。
如图7(a)所示，当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。
铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延，如图7（b）所示，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出，此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具切入切出点应远离拐角。
图7(a) 图7(b)
图8所示为圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线图。当整圆加工完毕时，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，如图8所示，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。
图8圆弧插补方式铣削外整圆
对于孔位置精度要求较高的零件，在精镗孔系时，镗孔路线一定要注意各孔的定位方向一致，即采用单向趋近定位点的方法，以避免传动系统反向间隙误差或测量系统的误差对定位精度的影响。
在图9中，左图和中图分别为用行切法加工和环切法加工凹槽的走刀路线，而右图是先用行切法，最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，左图方案的加工表面质量最差，在周边留有大量的残余；中图方案和右图方案加工后的能保证精度，但中图方案采用环切的方案，走刀路线稍长，而且编程计算工作量大。
图9 加工凹槽的走刀路线
此外，轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中的切削力会使工艺系统产生弹性变形并处于相对平衡状态，进给停顿时，切削力突然减小会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件轮廓上留下刻痕。
1)为提高工件表面的精度和减小粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以0.2mm～0.5mm为宜。而且精铣时宜采用顺铣，以减小零件被加工表面粗糙度的值。
2) 、应使加工路线最短，这样既可简化程序段，有可以减少走空刀的时间，以提高生产效率。
如图10所示是正确选择钻孔加工路线的例子。按照一般习惯，总是先加工均布于同一圆周上的8个孔，再加工另一圆周上的孔，如图10(a)图所示。但是对点
位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能快，因此这类机应按空程最短来安排走刀路线，如图10(b)图所示，以节省时间。
(a) (b)
图10 钻孔加工路线
3)保证零件的工艺要求。
4)利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。
另外确定走刀路线时，还要考虑工件的加工余量和机床刀具的系统刚度等情况，确定是一次走刀还是多次走刀完成加工。
综合上述要求与加工中实际的轮廓要求确定加工顺序和走刀路线如下：（1）加工正面大部分矩形轮廓和锥面，去除大部分余量。
（2）半精加工和精加工出矩形轮廓的倒角和圆弧。
（3）钻孔。
（4）换夹，粗精加正反面内轮廓
（5）装夹反面，挖槽粗精加工反面矩形槽。
（6）换夹，加工反面外形。
（五）切削用量的确定
1、切削用量的选择原则：
切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。切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量.它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。切削用量的大小对切削力、切削功
率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。合理选择切削用量就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床和刀具的切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。目前切削用量的选择一般是先参考切削用量手册，再根据经验，或通过工艺试验来确定切削用量。
1）粗加工切削用量选择：
首先选取尽可能大的切削深度；其次根据机床动力和刚性，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
2）精加工切削用量选择：
首先根据粗加工后的余量确定切削深度；其次根据已加工表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下尽可能选用较高的切削速度。
2、切削用量的选择方法
1）、切削深度的选择
选择切削深度应根据数控机床工艺系统的刚性、刀具材料和刀具几何参数以及工件加工余量等来确定。一般在粗加工（Ra=10~80μm）时，一次进给应可能切除全部余量。在中等功率数控机床上，切削深度可达8~10mm。半精加工（Ra=1.25~10μm）时，切削深度取为0.25~2mm。精加工（Ra=0.32~1.25μm ）时，切削深度取为0.1~0.4mm。
2）、进给量的选择
进给量是数控机床切削用量中的重要参数。在选择进给量时，应根据零件的表面粗糙度、加工精度及刀具和工件材料等因素，参考切削用量手册进行选取。3）、切削速度的选择
切削速度一般要根据已选定的切削深度、进给量及刀具耐用度进行选择。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验，在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或参考有关切削用量手册选用。
常用切削用量表
粗加工 80-120 0.2-0.4 精加工
120-150
0.1-0.2
碳素钢
钻中心孔
500-800r ·min -1
YT 类
钻孔
25-30
0.1-0.2 切断（宽度＜
5mm ）
70-110 0.1-0.2 YT 类
铸铁
粗加工 70-100 0.1-0.2 YG 类
精加工
50-70 0.1-0.2
切断（宽度＜
5mm ）
50-70 0.1-0.2 铝或铝合金
粗加工
6-10mm 300-600m/min
0.5-0.6
高速钢 （六）制定加工工艺卡
机械加工工序卡片是在机械加工工艺过程卡的基础上，按每道工序的工序内容所编制的一种工艺文件。该卡片中一般附有工序简图，并详细说明该工序中每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺设备等。它是具体指导工人操作的技术文件，多用作大批量生产零件和成批生产中重要零件的工艺文件，在加工的过程中起到重要的作用。
983T-V-02-211操作面板正面加工工艺卡
名 称 983T 操 作 面 板 加 工 工 艺 卡
产 品 名 称
或 代 号
零 件 名 称
零 件 图 号
983T-V-02-211
GSK 983T-V-02-211
cnc
983T-V-02-211
车 间 使 用 设 备 数控铣加工中心加
工场 218M 加工中心（4-02）
工 艺 序 号 程 序 编 号
正面加工
0001
夹 具 名 称
夹 具 编 号
28 R2.5 # S F500
29 # S F 800 0.5
30 # S F 1000 0.5
编制审核批准年月日第 2 页983T-V-02-211操作面板反面加工工艺卡
名称983T操作面板
加工工艺卡
产品名称或代号零件名称零件图号
983T-V-02-211 GSK 983T cnc 983T-V-02-211
车间使用设备
数控加工中心加工场21M加工中心（4-03）
工艺序号程序编号
背面加工0002
夹具名称夹具编号
983T背面专用夹具/
工
步号工步作
业内容
测量位置尺寸要求
刀具
号
刀具名称及
大小
主轴
转速
进给
速度
背吃刀量
1 挖槽粗加工面到加工底部11．5
#1 ￠16端面铣
刀
S 2200 F 2500 0.5 2 挖槽粗加工面到加工底部12.8 #1
￠16端面铣
刀
S 2200 F 2500 0.5
3 挖槽粗加工面到加工底部
按键区15.5
操作区17.8 #1
￠16端面铣
刀
S 2200 F 2500 0.5
4 挖槽精加工/ / #1
￠16端面铣
刀
S 2200 F 800 0.5 5 一次残料加工/ / #2 ￠6端面铣刀S 3200 F 1200 0.5
三、程序设计及加工效果图正面加工程序（简略版）：
%
O0000
(PROGRAM NAME - 983T-V-02-211正面) (DATE=DD-MM-YY - 12-11-09 TIME=HH:MM - 00:31)
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
(TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 125.)
(D 125.)
N104T1M6
N106G0G90G54X216.226Y-1.46A0.S750M3
N108G43H1Z50. N110Z2.
N112G1Z0.F400. N114X147.F250. N116Y-58.
N118X-210.
N120Y58.
N122X147.
N124Y1.46
N126X216.226
N128G0Z50.
N130M5
N132G91G28Z0.
N134G28X0.Y0.A0.
N136M01
(TOOL - 2 DIA. OFF. - 2 LEN. - 2 DIA. -
16.)
(D 16)
N138T2M6
N140G0G90G54X66.14Y-61.85A0.S2500M3
N142G43H2Z30.
……
……
N1524G1X107.5
N1526G3X107.44Y53.5R.06
N1528G1Y38.5
N1530G3X107.5Y38.44R.06
N1532G1X123.5
N1534G3X123.56Y38.5R.06
N1536G1Y46.
N1538G3X122.06Y47.5R1.5
N1540G1X120.56
N1542Y44.5
N1544Z-6.325
N1546X122.06
N1548G3X123.56Y46.R1.5
N1550G1Y53.5
N1552G3X123.5Y53.56R.06
N1554G1X107.5
N1556G3X107.44Y53.5R.06
……
……
(TOOL - 12 DIA. OFF. - 12 LEN. - 12 DIA. - 4.5)
(钻头4.5)
N2686T12M6
N2688G0G90G54X-140.Y125.A0.S2000M3
N2690G43H12Z30.
N2692G98G81Z-13.R-3.F100.
N2694X140.
N2696Y-125.
N2698X-140.
N2700G80
N2702M5
N2704G91G28Z0.
N2706G28X0.Y0.A0.
N2708M01
(TOOL - 13 DIA. OFF. - 13 LEN. - 13 DIA. - 8.)(D8)
N2710T13M6
N2712G0G90G54X-140.Y125.A0.S1800M3
N2714G43H13Z30.
N2716G98G81Z-6.R-3.F50.
N2718X140.
N2720Y-125.
N2722X-140.
N2724G80
N2726M5
N2728G91G28Z0.
N2730G28X0.Y0.A0.
N2732M30
背面加工程序（简略版）