毕业设计(论文)--小牛的造型设计与数控加工.doc

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本科生毕业论文（设计）

小牛的造型设计与数控加工

学 院： 机械工程学院
专 业：机械设计制造及其自动化
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本科生毕业论文（设计）
摘 要
数控加工改变了旧的制造技术，使得加工呈现跳跃式发展。而微电子技术在数控系统中的使用，使得数控加工的功能更加的多元、丰富，操作更加简便，进度更加精准，加工更加复杂的零件。在数控加工与电脑的结合，迅速推进了数控加工技术的更新，加工软件的开发，如：AUTO CAD, UG 等。本次论文主要是在计算机软件的帮助下完成造型设计和数控加工。在整个论文撰写中，重点要注意造型的过程，结合所学知识，完成建工工艺的设计，小牛的造型设计及其数控编程。
关键词：小牛；数控加工；造型设计；UG

I

Abstract
NC machining has changed the traditional manufacturing technology. It makes the processing show jumping development. And the use of microelectronic technology in CNC system, making the function of NC machining more diverse, rich, more convenient operation, more precise schedule, processing more complex parts. In a few control computer processing with the combination of, the rapid advance of the NC machining technology updates, processing software development, such as: Auto CAD, UG, etc.. This paper is mainly with the help of computer software to complete design and NC machining. In writing the thesis, the focus should pay attention to molding process, combined with the knowledge, complete set of construction technology Design and numerical control programming of the calf.
Key words: calf; numerical control processing; modeling design; UG

目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 选题的意义 2
第2章 小牛的三维造型设计 3
2.1 UG绘图软件的介绍 3
2.2 基于UG的小牛造型设计 3
2.2.1 小牛的设计思路 3
2.2.2小牛造型设计步骤 3
第3章 小牛加工工艺过程设计 8
3.1小牛的结构分析 8
3.2 毛坯、加工余量的分析 8
3.2.1 毛坯的分析 9
3.2.2 加工余量的分析 9
3.3 切削用量的选择 9
3.4 数控机床的选择 12
3.5 夹具的选具 13
3.5.1 夹具的选择 13
3.5.2 装夹方案的选择 13
3.6 工序方案、加工顺序及加工余量的确定 14
3.6.1 工序方案的确定 14
3.6.2 加工顺序的确定 15
3.6.3 加工余量的确定 15
3.7 走刀路线的确定 15
3.7.1 走刀的基本原则 15
3.7.2 铣削方式的选择 16
3.7.3小牛加工路线的确定 16
3.8 刀具的选择 17
3.8.1 数控铣床的常用刀具有一下几种 17
3.8.2 铣刀的选用原则 17
3.9 切削液的选取 18
3.9.1 切削液的作用 18
3.9.2 切削液的种类 18
3.10 对刀点的选择 18
3.11 工艺文件编制 19
第4章 零件的数控加工编程 21
4.1 初始参数的设定 21
4.2 创建刀具 21
4.3 创建粗加工操作 22
4.4 创建半精加工 25
4.5 精铣小牛表面 27
4.6 后处理 29
结论 31
参考文献 32
致谢 33

IV

第1章 绪论
1.1 选题背景
数控是指在加工进行中，利用数字化的信息对加工流程进行控制。
数控机床是采用信息化加工技术的制造设备。数控机床的主要部分是：（1）输入输出装置；（2）数控系统：将外部的数字化信息进行编译；（3）伺服装置：发出和接受信号；4）检测反馈装置：角位移，速度等监控装置；（5）机床的机构。
数控机床优势：(1)信息化含量高，降低了操机员体力劳动；(2)准确度高，质量稳定、可靠；（3）加工效率高；（4）可加工零件的种类多，具有加工复杂零件的能力；（5）在加工过程中运行稳定、可靠。
信息化技术的快速发展，制造业对数控机床的需求更加多元化，数控机床现代的进步方向有几点：
1. 高速化
社会的快速化发展使得我们对制造业的要求越发严苛，对数控机床的要求更是如此。
a.主轴转速：机床的转速在不断提高，主轴转速在不断创造纪录，并且转速还在不断刷新着新的纪录；  
b.进给率：因为机床转速的不断提高，所以进给率也随之提高；   
c.换刀速度：在制造业高速发展的今天，加工效率变得非常重要，在现代机床中，机床的换刀速度越来越短，有的大约为0.9s就可以完成换刀。
2. 高精度化
现代科技对精密加工的要求越发强烈，为了抢占制造业的制高点，各工业国家都在朝着精密制造的方向努力前行。高精度的加工需要我们在影响各个加工的环节进行不断的技术改造和创新，以便达到更高的加工精度。
3. 功能复合化
复合机床的含意是指在一台机床实现整个加工流程。近些年来，制造业对数控机床的要求更加的多元化，在机床的使用性上有了了跟高的需求，所以复合机床的出现满足了市场需求，一条复合机床相当于一条生产线。  
4. 智能化、网络化、柔性化、集成化
21世纪的数控设备将是拥有一个智能系统，例如实现高效制造智能化、驱动智能化、编程操作的智能化以及故障诊断和运行监控智能化。
5. 体系开放化
科技更新的日新月异，现在的系统都会给未来的技术更新留下一定的空间，这就是给未来技术开放。我们也预留了为了满足客户的特定需要，特定功能而为客户提供相关的软硬件组合。
1.2 选题的意义
本次毕业论文的设计，主要体现创新的主要思维。小牛的造型设计是本次论文撰写的重要内容。在设计中要体现其在市场的应用中的广阔前景，为企业和个人带来可观的经济效益。创新是本次造型设计的重点，只要外观造型新颖、可爱、复合广大消费者的消费消费观念，就是一个成功的设计。
本次设计定位为个人的挂饰，主要体现在小巧、美观和对人体没有伤害。小牛在设计和加工中考虑到在实际情况，本次设计要有非常好的创意。在选题时就要考虑到创意对本次设计的重要影响。小牛的设计为了体现科技在人们生活中的重要地位，在造型的设计中要体现明确的科技色彩。

第2章 小牛的三维造型设计
2.1 UG绘图软件的介绍
UG是由美国人开发的一款三维造型软件。其拥有强大的功能，它的使用范围涵盖几乎所有的制造行业。UG的广泛使用是的我们的产品制造更加快速，在设计领域更是带来了许多变化。
数控机床突出的优点是：有效促进加工精度和加工品质，大幅缩减了辅助时间，精简生产工艺过程，降低成本。
在小牛的造型设计与数控加工中，我用的软件是UG NX 7.0。UG是一个复杂的绘图软件系统，可适应整个产品的开发过程，包括产品的概念设计、建模、分析和加工等。它不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能，还可以在设计工程中进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。UG在我们加工过程中起着举足轻重的作用，它可以将三维造型直接编译成数控代码，用于产品的加工，其后期处理程序支持多种类型的数控机床。与一前老版本，UG NX 7.0在设计、制图、数字化仿真、加工等方面做了比较多的简化和更新，是的软件在应用中更加的方便、简介。
2.2 基于UG的小牛造型设计
2.2.1 小牛的设计思路
一个成功的设计首先要考虑的就是这个设计是否能够产生经济效益，为我们带来财富，其次才是如何降低生产的成本。我在小牛设计时，考虑到小牛在实际生活中的作用和市场前景，我将小牛的设计定位为挂饰。根据目前社会的发展潮流，追求科技生活越来越受到年轻人的追捧，所以我设计的小牛挂饰具有一定的科技色彩，迎合年轻人的消费，使设计具有比较广泛的市场前景。
如图2-1所示，小牛的造型设计效果图。

图2-1 小牛的造型效果
2.2.2小牛造型设计步骤
1.打开UG软件，新建文件，点击确定进入绘图界面。
2.点击按钮，以X-Z为平面，在草图绘制界面中利用样条曲线和圆和直线命令，绘制图2-2所示。

图2-2 图2-3
3.点击按钮，回到建模界面，用命令，完成小牛头的绘制，如图2-3所示。
4.点击按钮，回转角度为180度，回转效果如图2-4所示。

图2-4 图2-5
5.进入草图界面，以牛头圆心为坐标原点，以X-Z为平面通过样条曲线、圆和约束相切，绘制小牛的鼻子，完成后点击，用投影功能，将绘制的鼻子投影到小牛头部表面，如图2-5所示。
6.在利用利用N边曲面，拉伸，修剪等曲面命令绘制小牛的腿和脚，绘制效果如图2-6所示。

图2-6
7.建立新的基准平面，绘制小牛的耳朵和牛角，利用艺术样条曲线在新建的平面内绘制网格，完成后回到建模界面，用通过曲面网格绘制实体小牛的角和耳朵，如图2-7,2-8所示。

图2-7

图2-8
8.利用实体镜像，以Z-Y为镜像面完成小牛的另一半，如图2-9所示。

图2-9
9.在完成小牛的整体绘制后，玩细化小牛的局部，我们利用倒角来细化小牛整个设计所存在的不足。

第3章 小牛加工工艺过程设计
3.1小牛的结构分析
通过UG图形可知：
1. 在小牛的造型设计中，包含了许多的曲面设计，这给加工带来了许多的困难。
2. 小牛通过建立草图，曲面，拉伸，样条曲线等常用指令完成造型设计。
3. 在小牛的加工材料选择上采用铝。由于小牛在设计之初就定位为小饰品，仅供观赏只用，考虑到铝材料的价格、美观、可加工性、抗腐蚀性及其经济的因素综合考虑，最终选择纯铝作为加工材料。
4. 由于小牛的造型比较复杂，加工难度较大，所以要选用四轴联动的机床比较好。
5. 小牛的造型比较复杂，工序制作较难，外表面的精度和品质偏高，综合来看加工工序非常重要。
6. 在小牛的造型设计中，道具的直径不易大，过大会使得小牛的间隙加工不成功。
7. 由于小牛的设计关系，在加工毛坯的选择上要是棒材，其直径大约为5mm，这样有利于机械加工。
3.2 毛坯、加工余量的分析
3.2.1 毛坯的分析
根据小牛的造型设计、设计的目的和考虑到市场前景，我选用了铝作为小牛的加工材料，铝材具体选择为1000系列。
材料名称：纯铝
纯铝的基本特性：
（1） 密度小：纯铝的密度大约是2700kg/m³。
（2） 可强化：纯铝强度一般，但经过冷处理和加入一些元素合成合金，其物理性能和化学性能都得到较大提升。
（3） 易加工：铝的可塑性好，可以用多种加工方式。
（4） 耐腐蚀：铝及其合金的外面容生成一层氧化物，只有在剧烈作用下才可能被损坏。
（5） 美观：铝是一种非常美丽的金属，具有很强的观赏性。
根据小牛的尺寸和加工需求，小牛的尺寸为最大宽度40mm，最长为70mm，考虑到装夹需要和加工需要，我们所需要的毛坯尺寸大约为长80mm，宽度为50mm，高度为10mm的铝块。
3.2.2 加工余量的分析
在机械加工中，为达到尺寸、形状需求，切除的金属厚度称为加工余量。
我们在加工的过程中怎样去确保加工余量的真确呢？在保障工件品质的情况下，加工余量尽量要小。加工余量的选择有一下三中方法：
（1）查表法：根据前人积累的经验查找数据。但是在查表前应先拟出工艺路线，将每道工序的余量查出来，由后一道向前一工序推算，以便得到各道工序尺寸。
（2）经验估计法：在生产通过大量的加工积累大量的经验，从而能够估计加工余量。
（3）分析计算法：依据公式和资料，对加工余量进行计算数学的方法。
3.3 切削用量的选择
切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量等的总称。这几个数据是在加工零件的过程中起到了非常大的作用。它们同加工刀具、加工材料的结合，才能使我们在零件加工之中起到提高生产效率，节约生产时间的目的。切削用量的大小直接关系到我们在加工过程中刀具适用寿命，所以编程人员在设定切削用量的大小时必须考虑到各个方面。
(1) 背吃到量
背吃到量又叫切削深度，它主要是根据机床的夹具、机床的型号、刀具和工件的刚度来决定的。在刚度允许的情况下，应以最小的进给次数切削加工余量。根据小牛的造型设计、工序要求和尺寸情况，来选择切削深度的大小。
根据所选材料的直径为50mm，小牛的最大直径为35mm，从在5mm的切削深度。由于加工工艺为粗加-半精-精加工，所以在数控加工时的切削深度a分别为粗加工3mm，半精加工1.5mm，精加工0.5mm。
(2) 切削宽度
切削宽度一般与刀具的直径D成正比，一般取值范围在0.6D-0.9D之间。
根据表2所选刀具的直径，我们去切削宽度为0.7D，即：
粗加工切削宽度：3×0.7=2.1mm
半精、精加工切削宽度：0.9×0.7=0.63mm
(3) 切削速度V
在现代数控机床中，加快切削熟读是提高生产效率的一个重要举措，切削速度与选取的刀具有关，刀具的质量越好，刚度越强，那我们就能用比较大的切削速度进行切削，反之则不行。当然，切削速度也与我们所要加工的材料有关。
(4) 主轴转速
主轴的转速是要根据切削速度V（m/min）进行选定的，计算公式：
n=1000V/（D）
其中D为刀具的直径（mm）；
N为主轴转速；
在主轴转速的计算中，由于计算方式都一样，所以只选择刀具直径为3mm的铣刀列出计算过程，其他只写计算结果。由于主轴转速与切削速度有关，但是切削速度有与刀具和加工材料有关，在表3-2中我们详细列举了我们所选刀具的具体参数，现将有关材料的详细性能列举为表3-1。
表3-1 加工材料的有关参数
工件材料
硬度/HBS
切削速度/ (m/min)
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36～~75
铸铁
<190
21~36
66~150
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
铝
70~120
100~200
200~400
黄铜
53~56
20~50
100~180
根据表3的相关数据，我们选取的加工材料和铣刀的材料，所以我们选的切削速度V在100~200m/min之间，考虑到生产效率和刀具的使用寿命，我们选择切削速度为：
粗铣时：180m/min
精铣时：120m/min
将切削速度带入公式：n=1000×180/（3.14×8）=3510.5r/min
n=1000×120/（3.14×7.5）=5020.6.4r/min
在考虑到加工的精度，我们将半精铣的主轴转速取为：3500r/min
(4)进给速度的计算
进给速度是数控机床切削用量的重要参数，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。
切削进给速度F（mm/min）与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为:
F=Zn
表3-2 不同材料的每齿进给量
工件材料
每齿进给量/（mm/z）
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
铝
0.06~0.20
0.10~0.25
0.05~0.10
0.02~0.05
由上表可知，不同的加工材料和不同大刀具材料都影响我们刀具每齿的进给量。根据我在选取的加工材料和铣削刀具的材料，我们选取的数据为：
粗铣时：=0.15 mm/z
精铣时：=0.10 mm/z
铣削齿数：z=2；z=4
根据前面计算得到的主轴转速，将它带入计算公式：
粗铣时：F=0.15×2×3500 =1050mm/min
半精铣：F=0.10×4×3500=1400mm/min
精铣时：F=0.10×4×5000=2000mm/min
根据实际生产的经验，在确保加工质量和加工效率的情况下，我们将进给速度确定为粗铣1050mm/min，半精铣1400mm/min，精铣2000mm/min。
3.4 数控机床的选择
根据小牛的造型设计，我们发现在整个加工工程中，有许多的曲面和不规则的加工表面，所以才用普通的数控机场难以加工成型，必须才用多轴数控机床才可以满足加工需要。
我们在一般加工中使用较多的数控机床为三轴联动，他可以加工一些比较规则的曲面，比如三轴数控机床只可以加工一个面、倒个圆角、键槽等要求不高的零件，形状比较规则的零件则无法加工。所以我们无法利用普通的数控机床来加工小牛。
根据小牛加工的要求，我们只需要加工小牛的外部轮廓就可以了，所以选择按控制运动轨迹中的轮廓控制数控机床。轮廓控制又称连续控制，其特点是能同时控制多个轴联动，具有实时进行修正的能力，能加工出形状复杂的零件。
轮廓控制按所控制的联动坐标轴数不同，又分为下面几种形式：
A.两轴联动：主要用于加工直线和规则柱体。
B.三轴联动：主要加工面、键槽等形状规则的零件。
C.四轴联动：可以加工形状较为复杂的曲面或模型。
D.五轴联动：主要加工形状复杂的模型，而且加工品质较好，一般用于加工贵重的零件，维护保养得难度大，运行成本高。
根据这些我们选择五轴联动的数控机床，确保满足小牛加工的需要。
表3-3 四轴数控机床的相关参数
工作台面尺寸
（长×宽）
405×1307（mm）
主轴锥孔/刀柄形式
24ISO40 / BT40（MAS403）
工作台最大纵向行程
650mm
主配控制系统
FANUC 0iMate-MC
工作台最大横向行程
450mm
换刀时间（s）
6.5s
主轴箱垂向行程
500mm
主轴转速范围
60—6000( r/min)
工作台T型槽
（槽数-宽度×间距）
5-16×60mm
快速移动速度
10000（mm/min）
主电动机功率
5.5/7.5（kw）
进给速度
5—800（mm/min）
脉冲当量（mm/脉冲）
0.001
工作台最大承载(kg)
700kg
机床外形尺寸
(长×宽×高)(mm)
2540mm×2520mm×2710mm
机床重量( kg)
4000kg
3.5 夹具的选具
3.5.1 夹具的选择
在机械制造的机械先关全流程中，为了提高在整个过程中的准确性和减小加工耗时，所采用的工艺装备叫夹具。
为满足在机床上使用的夹具称为机床夹具。它重点是工件的装夹工作。工件装夹对我们的制造非常重要。
1.机床夹具作用有以下几个方面：
(1) “两降一提高”：降时间、成本，提高生产效率。
(2) 夹具的使用让我们在加工中不需要到素质的人，普通人经过简单的培训就可以加工出符合要求的产品，减小了人的因素。
(3) 减轻人的体力劳动。
(4) 可以加工更多种类的工件，充分利用现有资源。
2.机床夹具的缺点，例如：
(1) 机床夹具设计时间较长。
(2) 对毛坯质量要求较高。
(3) 使用范围较小，有一定的局限性。
3.按夹具的通用性特征分类可分为：
① 通用夹具：应用范围广，装夹方便，有一定的工作范围，可以安装在一定尺寸的毛坯；
② 专用夹具：优点是针对性强，但是通用性欠佳，容易浪费资源；
③ 可调夹具：经济、实用，有比较好的应用范围，但是加工对象不固定。
3.5.2 装夹方案的选择
在考虑到小牛加工时夹具装夹方案，我们要根据定位基准面和我们选择的工件加工表面的加紧方式。我们在选择夹具时，通常要注意夹具要满足我们加工的需求，这是我们首先要考虑的，在这个前提下我们在考虑其经济性。在夹具的选择中我们要注意夹具与机床的适应性，我们选择的夹具要方便装夹工件、刚性好、精度高、耐磨耐腐蚀等因素。根据这些要求，我选择三抓卡盘比较合适。
在装夹工件时要注意一下几点:
(1) 装夹时要注意夹具不能与刀具太近，以免在加工过程中产生刀具与夹具相接触的情况，损坏刀具；
(2) 由于加工材料选择的是铝块，在装夹时要注意装夹的高度，避免在加工过程中出现刀具与夹具碰触，损坏刀具和夹具；
(3) 在装夹时要注意不能使得装夹太紧（注意不要太松）使得加工材料出现比较大的形变，影响加工精度；
(4) 装夹前注意清理夹具上的杂物，避免在装夹时出现误差，使得工件在加工中出现较大误差。
小牛的造型比较复杂，是由许多的曲面构成。在加工材料上选用的铝，在表面粗糙度上比较好，而且我们选择平口钳做为夹具，这使得在装夹过程中要注意装夹的水平度，夹具的装夹力要适中，避免装夹时的力过大，迫使材料变形，使得加工精度产生误差。

图3-1 平口钳夹具
3.6 工序方案、加工顺序及加工余量的确定
3.6.1 工序方案的确定
根据小牛造型设计的要求及其表面粗糙度的要求，我们在表面加工工艺方案的确定上才用粗车-半精车-精车的加工顺序，在小牛造型之中有一个弧形槽，我们才用半精铣-精铣的加工方案。在整个小牛的加工过程中，我们对表面精度的要求是统一的，在考虑到小牛的底部是在最后加工的，并且在加工后再处理表面时回比较空难，我们可以适当降低小牛底部的精度要求。在整个铣削加工中我们要注意一下几点：
(1) 在加工的过程中，要注意工序之间不要相互受到影响，尤其是在精车时注意这一点，如果出现加工的工艺的重复，可能造成产品表面的精度大不到设计要求；
(2) 在加工时，首先因该加工小牛头部的弧形槽，在加工其他表面，这样就避免了加工表面时对槽的影响；
(3) 在装夹时一定要夹好，如果出现装夹问题将是无法挽回的错误。
3.6.2 加工顺序的确定
根据小牛的加工精度要求，将加工顺序划分为：
（1）粗加工阶段：快速去掉大部分的加工余量，同时为后面的加工提供较精确的基准和保证后续加工余量的均匀，所以这个阶段的特点是吃刀深、进给量大、转速慢；
（2）半精加工阶段：为精加工做准备，确保精加工的加工余量，搞定次要表面的加工，这个时候要达到一定的精度及表面粗糙度，所以切削用量较小，转速较高；
（3）精加工阶段：实现加工精度及表面粗糙度的设计要求，所以切削用量更小，转速更高。
3.6.3 加工余量的确定
根据加工余量的分析、工序方案及其加工顺序的确定，我们将每一道加工余量进行确定。根据零件的基本尺寸和选择加工材料，通过查表得到零件总的加工余量为1.5-2.5mm之间，考虑到实际加工的需要，我们将总加工余量确定为2mm。
表3-4 工序余量、公差等级、表面粗糙度

加工顺序

工序余量（mm）

公差等级（IT）
表面粗糙度（R/m）
粗加工
1.5
IT12
12.5
半精加工
0.8
IT9
6.0
精加工
0.4
IT7
0.8
3.7 走刀路线的确定
走刀路线的选择直接关系到零件加工是否符合设计要求，更关系到产品的加工效率。由于在小牛的设计中，曲面的应用非常的多，这就给走到路线的选择带来了比较大的空难。
3.7.1 走刀的基本原则
数控加工时我们的加工走到路线是非常重要的，在选择的过程中要遵循一下两点原则：
(1) 首先我们要确保加工的质量，不能因为走刀路线选择不规范使得零件的加工精度和表面粗糙度不符合规定；
(2) 其次是要考虑到加工工时，要选择恰当的走到路线，机床空路程，降低工时，提升生产效率；

图3-2 最短走刀路线的设计
如图3-2所示，在加工孔时（c）的加工时间要节约一倍，提高了生产效率。3.7.2 铣削方式的选择
数控加工中的铣削方式一般为顺铣和逆铣。这两种方式各有自己的优缺点，我们要综合考虑零件加工的需要，来选择铣削方式。顺铣对加工表面的质量较好，对刀具的磨损也相对较小。根据小牛的造型设计和相关参数，我们选择顺铣方式并且从材料的顶端下刀，这样就可以满足对小牛外表面的精度和粗糙度的要求。

图3-3 铣削的三种方式
3.7.3小牛加工路线的确定
小牛的外形设计比较复杂，而且对加工精确性和表面光滑度的需求较高，所以为了避免干扰到零件加工品质，我们选择进刀和退刀时沿零件轮廓的相切线上，以保证轮廓表面的光滑。在整个加工过程中，我们要求进给连续，不能再加工过程中出现停顿。
考虑到小牛的头部有一个弧形槽，切槽的底部为曲面，考虑到曲面加工的方式一共有三种，即沿参数曲面的Y向行切（a），沿X向行切（b）和环切（c）如图所示，这几种走刀路线之中，a优点是加工精度较高；b优点是行程短，每次沿直线入，点位计算方便；c一般为内槽的加工。在选择c方案之后要考虑进刀和退刀，在加工是要沿切线进刀并且在槽的中部（如图3-4），退刀时注意不要碰到槽沿。

图3-4 进退刀路径
3.8 刀具的选择
科学技术的稳步前进，数控机床的加工速度逐步加快，这就使得加工行业对刀具的要求变得更加高。
3.8.1 数控铣床的常用刀具有一下几种：
(1) 盘铣刀：一般采用在盘状刀体上机夹刀片或到头组成，常用于端铣较大的平面；
(2) 端铣刀：数控铣削中常用的刀具；
(3) 成型铣刀：多用于平面的加工，也可用于孔加工；
(4) 球头铣刀：刀头为球形，在加工复杂曲面中有较广泛的应用，可以加工较小的圆弧曲面。

3.8.2 铣刀的选用原则
刀具选择总的原则是装调快捷、强度高、硬度高和精度高。在实际生产中，选择刀具的主要依据是一下几点：
(1) 加工曲面零件时，一般才用球头刀。粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀；
(2) 铣削较大平面时，为一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀；
(3) 铣削小平面或台阶时，一般采用通用铣刀；
(4) 铣键槽时，一般采用两刃键槽铣刀；
(5) 孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具。
根据以上几点选用原则，在加工小牛的外形和尺寸的要求下，我们采用球头刀。粗加工为两刃球头铣刀，半精和精加工采用四刃球头铣刀。在加工凹圆弧是，考虑到凹圆弧的深度只有1mm，所以才用平头立铣刀。
表3-5 选用道具的基本参数（mm）
铣刀类型
铣刀型号
半径（R）
刃长（L1）
柄径（D）
全长（L）
铣刀材料
两刃球头铣刀
EST/M-N-BQ203L
4
8
8
52
高速钢
四刃球头铣刀
FSW-XD
3.5
3.6
7
50
高速钢
平头立铣刀
HMX
2.5
4
6
50
高速钢
3.9 切削液的选取
选择合理切削液能使切削力和切削温度得到降低，从而提高刀具的使用寿命，防止工件过热产生变形和改善已加工表面的质量。
3.9.1 切削液的作用
（1）冷却作用：降低刀具温度，减小工件变形和提高刀寿命；
（2）润滑作用：降低刀面与工件摩擦、黏结，从而提升加工面的质量；
（3）清洗和排屑的作用：在切削工程中产生的碎屑和粉末，我们可以通过切削液将它们清除掉；
（4）防锈作用：使工件和切削液之间产生化学反应，形成保护膜，到达保护工件免受氧化作用。
3.9.2 切削液的种类
切削液的种类繁多，主要分为水溶液、乳化液和切削油等。
表3-6 常用的冷却液
冷却液名称
主要成份
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却、清洗
乳化液
水、油、乳化剂
冷却、润滑、清洗、防锈
切削油
矿物油、动植物油、
极压添加剂或油性
润滑、防锈
根据小牛加工所选材料和刀具，我们选择乳化液作为加工时的切削液，浓度为5%。
3.10 对刀点的选择
数控加工时，首先确定零件的坐标原点，建立加工坐标系，同时考虑刀具尺寸对加工影响。
(1) 试切法对刀：原理是根据刀具与毛坯相互接触产生摩擦来找到坐标原点，这种方法的缺点是侧面的加工品质不高；
(2) 工具对刀：对于外表苛刻的工件。
根据所选刀具的型号，我们确定对刀的方法，采用试切法对刀。在生个加工中，我们主要加工的是外部轮廓，我们在对刀时要确定棒材的轴心为加工坐标原定，这样有利于我们加工小牛的外部轮廓。

图3-5对刀和换到的确定 图3-6不同刀具的到位点
3.11 工艺文件编制
1. 工序卡片
根据加工的工序，将每道工序所使用的刀具参数和机床的主轴转速、进给速度和背吃刀量等相关参数编织为表格3-7。
表 3-7 工序参数
单位

产品名称或代号
零件名称
零件图号
名称
/
小牛
1
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
/
/
平口钳
KVC650加工中心
/
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
背吃刀量
备注
mm
r/min
mm/min
mm
1
轮廓粗铣
T01
D8
3500
1050
3
/
2
轮廓半精铣
T02
D7
3500
1200
1.5
/
3
轮廓精铣
T02
D7
5000
2000
0.5
/
4
凹圆弧槽半精铣铣
T03
D5
5000
2000
0.8
/
5
凹圆弧槽精铣
T03
D5
5000
2000
0.2
/
6
切断
T04
D3
2000
400
3

编制

审核

批准

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2. 刀具卡片
根据小牛加工的需要，将整个加工过程中所需要的刀具详细参数编织为表3-8。
表3-8 刀具具体参数
产品名称或代号
/
零件名称
轮廓加工
零件图号
1
序号
刀具号
刀具规格名称
直径
长度
刀具材料
加工部位
备注
1
T01
D8R4球头铣刀
40
70
高速铣削钢
/
/
2
T02
D7R3.5球头铣刀
37
70
高速铣削钢
/
/
3
T03
D5平头立刀
34
70
高速铣削钢
/
/
4
T04
D10切断铣刀
40
40
高速铣削钢
/
/
编制

审核

批准

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第4章 零件的数控加工编程
4.1 初始参数的设定
UG有计算机辅助制造模块，给我们在数控加工中带来了许多方便，我们在加工时只需要将加工的各个参数输入电脑，电脑将会自动根据设定的参数完成数控机床的编程，从而节省成本。
1.我们选取的材料为长80mm，宽为80mm，高15mm的铝块。
2.进入数控加工阶段，根据加工工艺的顺序进行加工。
3. 进入UG的加工模块，设定加工环境为“mill_contour”。
4. 在“加工导航器”设定加工的坐标原点，设定工件与刀具的安全距离为51mm，如图4-1所示。

图4-1
5. 选择“WORKPIECE”，指定加工部件，毛坯几何体和指定材料为MATO-00103，选择指定部件为全部，指定毛坯，如下图4-2所示。

图4-2
4.2 创建刀具
1.进入“创建刀具”功能，在刀具的类型中选第二个立式铣刀，刀具名称为”D8”,在球头铣刀的参数选项中选择刀具直径8mm，刃长8mm，长度52mm，刀具刃数为2，刀具号1;如图4-3所示。

图4-3
同理，用相同的方法创建其他的刀具D7，D5
D4刀具参数： 直径7，刃长3.6，全长50， 刀刃4，刀具号2；
D5刀具参数：直径5， 刃长4，全长50，刀刃4，刀具号3；
4.3 创建粗加工操作
进入“加工方法视图”中“MILL_ROUGH”点击右键进入插入-操作界面,在操作类型中选第六个“跟随轮廓粗加工”，设置刀具和几何体，如图4-4所示。

图4-4
表4-1编程基本参数表
参 数
参 数 值

参 数
参 数 值
刀具材料
硬质合金
进给速度
1050
刀具类型
球头铣刀
主轴转速
3500
刀具刃数
2
公 差
0.03
刀具直径
3
切削步距
5
刀具半径
1.5
切削深度
3
圆角半径
1.5
加工余量
侧壁
2
快进速度
1050
底面
/
打开“切削参数”设置切削方向为顺铣，切削深度优先，在“余量”中设置毛坯余量为2mm。公差为0.05mm，如图4-5所示。

图4-5
在完成这些设置后，进入“进给率和速度”界面，在主轴转速中设主轴3500，进给率1050，点击生成按钮，生成刀具的轨迹和切削面，如图4-6所示。

图4-6 图4-7
由于在切削过程中，无法一次走刀完成小牛的粗加工的尺寸要求，所以要进行二次进给和走到，集体参数如图4-7,4-8所示。

图4-8
4.4 创建半精加工
进入“加工方法视图”根据粗加工的创建步骤，创建半径加工的操作步骤，基本参数乳下表：
表4-2 编程基本参数表
参 数
参 数 值

参 数
参 数 值
刀具材料
硬质合金
进给速度
1200
刀具类型
球头铣刀
主轴转速
3500
刀具刃