手机外壳上盖数控加工与操作.docx
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手机外壳上盖数控加工与操作
机械制造方向综合实验
实验报告
实验题目:
手机外壳模具数控加工
姓名:
曹化金
班级:
09机械与自动化一班
学号:
指导老师:
院系:
机电工程系
设计任务书
设计题目:
手机外壳上盖的数控加工与操作
设计要求:
(1)准确设计出手机外壳上盖的三维造型。
(2)根据三维造型进行工艺分析,设计出合理的加工流程。
(3)准确的选择刀具和切削进给参数。
(4)定好基准点,准确的计算出各个加工点的位置。
(5)选择合适的毛坯。
(6)反复对生成的加工代码进行核对,并进行仿真模拟加工,避免出现加工危险。
设计进度要求:
第一周:
毕业调查实习,与指导老师交流设计事宜。
第二周:
查阅文献、收集资料。
第三周:
确定系统的设计方案,撰写开题报告。
第四周:
总体设计、结构设计、详细计算、编程与调试等内容。
第五周:
编写设计说明书。
第六周:
指导教师修改。
指导教师(签名):
摘 要
数控加工程序是有多道复杂的程序组成的,从数控加工前应做的准备开始到数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车、铣削加工及自动编程技术等内容等数控加工时都要考虑。
本设计采用的数控机床为西门子系统。
通过对课题任务的分析,确定手机外壳的加工流程:
1.利用数控软件对零件进行造型。
2.对零件造型进行分析并生成G代码。
3.对G代码进行校验编辑。
4.进行数控加工。
然后用CAXA软件生成模型,也就是3D成型图,再对模型进行分析,分三次加工,先粗加工,然后对模型进行仿真,仿真过后,进行后置处理,生成G代码,也就是程序,最后效验G代码,检查程序是否正确。
然后利用生成的程序进行试切和零件加工,最后记录加工过程。
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,发展数控机床适当前我国机械制造业技术改造的必由之路,是未来工厂自动化的基础。
关键词:
加工工艺分析,CAXA,实体造型,数控加工
目 录
1.数控加工要求1
1.1数控加工简介1
1.2数控加工必须遵循的一般原则2
1.3数控加工的步骤3
1.4数控加工的基本内容3
2工艺过程设计6
2.1工艺分析6
2.2确定装夹方案6
2.3刀具的选择和铣削参数7
2.4对刀的方式9
3零件的三维造型设计11
4零件的加工工艺规程12
4.1数控加工工序12
5加工程序及主要操作步骤13
5.1加工程序13
5.2确定编程原点18
5.3按工序编制各部分加工方法18
5.4主要操作步骤19
6数控加工的优势21
7结论23
致谢24
参考文献25
附 录26
1.数控加工要求
数控技术毕业设计应包括数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、数控铣削加工、数控加工中心编程及自动编程技术等内容。
若条件允许,还可以加上数控机床的安装、调试与验收等内容。
1.1数控加工简介
一是高速加工技术发展迅速
高速加工技术发展迅速,在高档数控机床中得到广泛应用。
应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术,优化机床结构,采用高性能功能部件,移动部件轻量化,减少运动惯性。
在刀具材料和结构的支持下,从单一的刀具切削高速加工,发展到机床加工全面高速化,如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转;快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米;换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下,换刀速度加快了几倍到十几倍。
应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间,从而实现加工制造的高质量和高效率。
二是精密加工技术有所突破
通过机床结构优化、制造和装配的精化,数控系统和伺服控制的精密化,高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等,从而提高机床加工的几何精度、运动精度,减少形位误差、表面粗糙度。
加工精度平均每8年提高1倍,从1950年至2000年50年内提升100倍。
目前,精密数控机床的重复定位精度可以达到1µm,进入亚微米超精加工时代。
三是技术集成和技术复合趋势明显
技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一,如工序复合型——车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合,跨加工类别技术复合——金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等,目前已由机加工复合发展到非机加工复合,进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容,目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。
技术集成和复合形成了新一类机床——复合加工机床,并呈现出复合机床多样性的创新结构。
四是数字化控制技术进入了智能化的新阶段
数字化控制技术发展经历了三个阶段:
数字化控制技术对机床单机控制;集合生产管理信息形成生产过程自动控制;生产过程远程控制,实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。
智能化指工作过程智能化,利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合,对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。
加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正,刀具直径和长度误差测量,加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控,自动进行补偿、调整、自动更换刀具等,智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等,直至停机处理。
随着网络技术的发展,远程故障诊断专家智能系统开始应用。
数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。
人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。
在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。
采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能,大大提高成形和加工精度、提高制造效率。
信息化技术在制造系统上的应用,发展成柔性制造单元和智能网络工厂,并进一步向制造系统可重组的方向发展。
五是极端制造扩张新的技术领域
极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。
极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。
重点研究微纳机电系统的制造技术,超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制,如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用;应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制;IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术,研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床;极端制造领域的复合机床的研制等
1.2数控加工必须遵循的一般原则
(1)结合本校数控基地的情况,合理安排合计内容。
也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。
(2)必须保障人身安全和设备安全,在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书,并按照操作规程操作。
(3)兼顾加工精度和加工效率,在保证加工精度的前提下,认真进行公工艺分析,制定出合理的工艺方案,选择合理的切削用量。
(4)注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力,掌握科学研究的方法
1.3数控加工的步骤
必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书,了解产品的工艺性和公差等级,在初步明确设计要求的基础上,可以步骤进行设计方案的论证。
(1)分析零件图样
根据任务书,画出零件图,并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。
(2)确定加工工艺方案
根据上述的分析,选择加工方案,确定加工顺序,加工路线、装夹方式、切削用量材料等,要求有详细的设计过程和合理的参数。
(3)数值计算
根据零件图的尺寸,确定工艺路线及设计的坐标系,计算运动轨迹,得到刀位数据
(4)编写零件加工程序
根据数控系统的功能指令及程序格式,逐步编写加工程序单,写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。
(5)仿真加工
校验程序,程序编完后,利用GRAPS主功能,输入毛坯尺寸,对零件进行仿真加工,并判断程序是否正确。
1.4数控加工的基本内容
一、零件的加工程序编写及校验
在数控机床上加工零件,不管数控机床使用的是何种操作系统,必须要有与数控机床相适应的数控加工程序。
首先,学生根据教师给出的零件图自行编制加工程序。
在编写加工程序的时候先分析零件图,根据零件图的技术要求来分析加工工艺路线,确定加工步骤,合理选择加工中每一道工序中要使用的刀具以及加工中的切削用量参数,并进行与数控加工程序相关的数学处理。
在数学处理时会出现一些繁琐的坐标计算问题,为简化计算和缩短计算时间,我们让学生在计算机模拟房内利用AutoCAD软件先绘制零件图,再利用AutoCAD软件的查询命令予以解决并记下数据。
通过工艺分析与数学计算,再根据所确定的工艺路线与零件加工步骤来编写程序。
在编写完数控加工程序之后,利用数控机床制造商提供的配套数控仿真教学软件在计算机模拟室进行反复校验和仿真模拟,以检查程序的正确性,同时,对坐标数值、进给量、刀补值等参数进一步处理,以适应实际加工需要。
二、加工材料及刀具、夹具的准备
程序准备仅仅是第一步,程序校验通过以后,接下来就是加工材料及刀具和夹具的准备。
由于我们所选用的这些材料没有很高的硬度,故对刀具无特别要求,选用普通刀具即可。
但在加工时由于零件的形状和技术要求不同,要选择不同类型的刀具来加工,例如加工三角形螺纹要选择三角螺纹车刀,加工圆弧则要选择圆弧到或者是尖刀来进行加工等,合理的选择加工刀具是加工好零件的基本保证。
夹具的选择比较简单,如在数控车床上加工铝棒和石蜡棒,铝棒和石蜡棒直接由三爪自定心卡盘夹紧即可;而在铣床上加工时,只要按普通铣床的要求,用压板将铝或石蜡板固定在工作台上或机用平口钳夹紧就可以了,夹紧力的控制以在加工过程中工件不发生移动为宜。
但是在实际数控机床加工应用中,要综合考虑数控机床的技术要求、夹具的特点、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素来正确选用刀具和夹具,而在学习过程中要求学生把石蜡材料看成是金属材料来进行加工,用加工金属材料的切削参数来加工石蜡材料,在加工过程中合理分配加工余量,将粗加工和精加工进行区分。
通过以上做法,加工出的工件符合图纸要求,效果良好,达到了数控机床操作的目的。
三、数控机床的调整与对刀
数控加工程序编写完和零件材料准备好以及选择了恰当的刀具后,要对数控机床进行调整、润滑、检查等工作,确保数控机床的性能。
然后再进行对刀,使数控机床上每一把刀具的刀位点在刀架转位后或换刀后,每把刀的刀位点的位置都重合在同一点。
在对刀完成后即进行零件的试加工,以检验程序与对刀的精确性,如果试加工的零件的尺寸精度与形位公差不符合图纸要求,则要进行刀具偏差的微量修调,然后再进行试加工,一直到所加工的零件符合图纸要求。
通过试加工以后,就可以对该零件进行批量加工了。
一个数控加工的零件是否合格,数控机床的对刀起到关键的作用,也就是说所加工的零件是否合格的基本保证是对刀要准确。
四、安全教育工作
时时不忘安全,牢记安全第一的宗旨。
针对机械加工的特点,在操作前进行安全教育是重要的。
要求学生严格遵守数控实验室管理制度、数控机床安全操作规程。
在操作过程中要严肃、认真和细心,增强安全意识。
1.4.1数控加工工艺设计
(1)零件图的工艺性分析
(2)加工方法的选择
(3)工序的划分
(4)加工路线的安排
(5)走刀路线及工序步骤
(6)加工刀具的选择
1.4.2加工程序的编制
(1)加工工艺分析
(2)数值计算
(3)程序校验与首件试切
1.4.3数控操作技能
(1)进行编程操作前,应熟悉数控铣床的操作说明书,并严格按照操作规程操作。
(2)检查数控铣床各部分机构是否完好,各按钮是否能自动复位。
(3)车间工具都应放在固定位置,不可随意乱放,爱护工具、经常保持量具的清洁,用后擦净,涂油后放入盒中;工作位置周围应经常保持整洁清洁。
(4) 数控加工时精力应高度集中,出现问题时应立即切断电源,并向指导教师报告。
2工艺过程设计
2.1工艺分析
此零件外型规则,被加工部分的各尺寸、形位等要求较高。
零件结构较为复杂,包含了平面、圆弧,内外轮廓,钻孔的加工。
因为材料是硬塑料,装夹不可太用力,校正平口钳固定钳口,使之与工作台X轴移动方向平行。
在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫块(垫块厚度与宽度适当),压紧垫块使平行垫块不能移动后夹紧工件。
利用寻边器找正工件X,Y轴零点,该零点位于工件上表面的中心位置,设置Z轴零点与机械零点重合。
刀具长度补偿利用Z轴定位器设定。
对于同一把刀具仍调用相等的刀具长度与半径补偿值,但它们设定的工件坐标系不同。
有时也可能不使用刀具长度补偿功能,而根据不同刀具设定多个工件坐标系零点进行编程加工。
首先,根据要求加工件:
(1)铣削平面,选用直径8mm端面立铣刀。
(2)粗加工外轮廓,选用直径8mm端面立铣刀。
(3)铣削边角料,选用直径8mm端面立铣刀。
(4)粗加工一个凹型腔(落料),选用直径8mm端面立铣刀。
(5)粗加工屏幕区域,选用直径8mm端面立铣刀。
(6)粗加工12个椭圆形凹槽,选用直径4mm端面立铣刀。
(7)精加工轮廓(包含外轮廓,屏幕,12个椭圆形凹槽),选用直径4mm端面立铣刀。
(8)钻孔加工,钻周围的7个小孔,选用直径2mm直柄麻花钻。
2.2确定装夹方案
由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置,因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向,同时协调零件与机床坐标系的尺寸根据零件的结构特点,由于零件材料是硬塑料,在装夹时采取平口钳装夹,且装夹时不可太用力。
确定零件的加工中心,找准零件的加工中心点,零件毛坯尺寸是120mm(长)×80mm(宽)×30mm(高)。
零件上部有屏幕区域,以它的中心为加工中心。
2.3刀具的选择和铣削参数
2.3.1刀具的选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一,它不仅影响机床的加工效率,而且直接影响加工质量。
编程时,选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比,数控加工对刀具的要求更高,不仅要求精度高、刚度高、耐用度高,而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具,并优选刀具参数。
选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀,铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀,对一些主体型面和斜角轮廓形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。
曲面加工常采用球头铣刀,但加工曲面较低平坦部位时,刀具以球头顶端刃切削,切削条件较差,因而采用环形铣刀。
表2.1刀具选择一览表
序号
刀具编号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀角半径/mm
备注
1
T01
¢8mm的端面立铣刀
1
铣削外轮廓和粗加工
0
2
T02
¢4mm的端面立铣刀
1
铣削12个椭圆型凹槽和对内轮廓进行清根处理
0
3
T03
¢2mm麻花钻
1
钻周边7个深6mm,¢2的直孔
用¢8mm的端面立铣刀进行轮廓的粗加工,铣出大致轮廓形状。
第二次仍用¢8mm的端面立铣刀对外轮廓四周台阶精切。
用¢4mm的端面立铣刀地对内轮廓进行清根处理,并对矩形区域加工,对12个椭圆型凹槽加工。
用¢4mm的端面立铣刀精加工。
用¢2mm麻花钻,用啄式钻孔方式加工轮廓四周的7个深6mm,¢2的直孔。
2.3.2铣削用量的选择原则是
切削用量包括主轴转速(切削速度)、切削深度或宽度、进给速度(进给量)等。
切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
对于不同的加工方法,需选择不同的切削用量,并应编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是:
粗加工时,一般以提高生产率为主,但也考虑经济性和加工成本;半精加工或精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。
(1)粗加工时,首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap,其次选择一个较大的进给量f,最后确定一个合适的切削进度v。
增大背吃刀量ap可使走刀次数减少,增大进给量f有利于断屑,因此根据以上原则选择粗加工铣削用量对于提高生产效率,减少刀具消耗,降低加工成本是有利的。
通过查切削用量手册,可以查出合适的切削用量。
(2)精车时,加工精度和表面粗糙度要求较高,加工余量不大且均匀,因此选择较小(但不太小)的背吃刀量ap和进给量f,并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数,以尽可能提高切削速度v。
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模拟方法确定。
同时,使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应,以形成最佳切削用量。
(3)钻孔,因为此零件孔较少,一共7个,并且大小一样都很小,所以要求不高,用啄式钻孔法钻出足够的深度就可以。
此次设计涉及的刀具教少,因此刀具重复使用的情况较多。
同一种刀具有几种切削量。
刀具的切削参数如下:
加工步骤
刀具切削参数
序号
加工内容
刀具规格
主轴转n:
r/min
进给速度v
:
mm/min
刀具补偿
类型
材料
长度
半径
1
粗加工外轮廓面
直径8mm端面立铣刀
高速钢
1000
300
2
铣削边角料
3
粗加工12个椭圆形凹槽
直径4mm端面立铣刀
1000
300
4
精加工铣削整个轮廓
直径4mm端面立铣刀
1000
300
5
钻周围7个孔
直径2mm麻花钻
1000
300
表2.2刀具的参数选择
2.3.3制订工艺路线
在数控加工中,刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
编程时,加工路线的确定原则主要有以下几点:
(1)加工路线应保证被加工零件的精度且效率较高。
(2)使数值计算简单,以减少编程工作量。
(3)应使加工路线最短,这样既可减少程序段,又可减少加工时间。
2.4对刀的方式
数控车削加工中,应首先确定零件的加工原点,以建立准确的加工坐标系,同时考虑刀具的不同尺寸对加工的影响。
这些都需要通过对刀来解决。
1、一般对刀
一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。
下面以Z向对刀为例说明对刀方法,
刀具安装后,先移动刀具手动切削工件右端面,再沿X向退刀,将右端面与加工原点距离N输入数控系统,即完成这把刀具Z向对刀过程。
手动对刀是基本对刀方法,但它还是没跳出传统车床的“试切--测量--调整”的对刀模式,占用较多的在机床上时间。
此方法较为落后。
2、机外对刀仪对刀
机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。
利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好,以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。
3、自动对刀
自动对刀是通过刀尖检测系统实现的,刀尖以设定的速度向接触式传感器接近,当刀尖与传感器接触并发出信号,数控系统立即记下该瞬间的坐标值,并自动修正刀具补偿值。
我采用的是第一种方法,因为没有必要的设备和熟练的技术,只能采用比较传统落后的方法来实现对刀。
3零件的三维造型设计
图3.1手机外壳的三维造型
4零件的加工工艺规程
4.1数控加工工序
数控加工削铣分五次切削进行加工①用直径8mm的端面立铣刀粗加工外轮廓面。
②使用直径为8mm的端面立铣刀铣掉边角余料。
③用直径为4mm的端面立铣刀铣12个椭圆形凹槽。
④用直径为4mm的端面立铣刀精加工整个轮廓。
⑤选用直径为2mm的麻花钻加工周围7个孔,用啄式钻孔方式加工。
表4.1数控加工工艺卡
机械厂
数控加工工艺卡
产品名称或代号
零件名称
零件图号
手机外壳
工艺序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
%0210
平口钳
数控铣床
机5
步号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
背吃刀量
备注
1
加工轮廓
T01
直径8mm
1000
300
2
加工12个椭圆孔
T02
直径4mm
1000
300
3
钻周围个孔
T03
直径2mm
1000
300
编制
审核
批准
5加工程序及主要操作步骤
5.1加工程序(完整程序见附录)
N10G90G54G00Z60.000(建立直角坐标系)
N12S1000M03
N14X56.635Y-11.189Z60.000
N16Z20.000
N18G01Z10.000F300(换刀,直径8mm端面铣刀)
N20X44.635F300
N22Y116.936
N24X-43.159
N26Y-11.189
N28X44.635
N30X39.635Y-6.189
N32Y111.936
N34X22.703
N36X24.327Y111.242
N38G02X24.361Y111.225I-0.098J-0.230
N40G01X25.385Y110.589
N42G02X25.411Y110.571I-0.132J-0.212
N44G01X26.607Y109.603
N46G02X26.620Y109.591I-0.157J-0.194
N48G01X26.860Y109.368
N50G02X26.877Y109.351I-0.170J-0.183
N52G01X27.675Y108.446
N54G02X27.694Y108.421I-0.188J-0.165
N56G01X28.560Y107.149
N58G02X28.570Y107.132I-0.207J-0.141
N60G01X28.719Y106.872
N62G02X28.728Y106.853I-0.217J-0.124
N64G01X29.229Y105.781
N66G02X29.241Y105.752I-0.226J-0.106
N68G01X29.694Y104.347
N70G02X29.701Y104.320I-0.238J-0.077
N72G01X30.515Y100.282
N74X30.517Y100.273
N76X31.141Y96.448
N78X31.142Y96.439
N80X31.637Y92.595
N82X31.638Y92.586
N84X32.003Y88.723
N86X32.004Y88.715
N88X32.241Y84.807N90Y84.798
N92X32.344Y80.887
N94Y80.879
N96X32.315Y76.967
N98Y76.958
N100X32.151Y73.045
N102Y73.037
N104X31.855Y69.132
N106X31.854Y69.124
N108X31.426Y65.235
N110X31.425Y65.227
N112X30.864Y61.355
N114X30.863Y61.346
N116X30.170Y
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- 手机外壳 数控 加工 操作