數(shù)控專業(yè)數(shù)控銑床畢業(yè)設計論文.doc

畢 業(yè) 論 文題 目 西門子數(shù)控銑床及實例操作專 業(yè) 數(shù)控加工與維護工程班 級 07 大專數(shù)控（一）班學 生 夢 然 然指導教師 汪 化 娟西安工業(yè)大學函授部 二 00 九 年 摘 要 在數(shù)控編程之前，編程員應了解所用數(shù)控機床的規(guī)格、性能、數(shù)控系統(tǒng)所具備的功能及編程指令格式等。根據(jù)零件形狀尺寸及其技術要求，分析零件的加工工藝，選定合適的機床、刀具與夾具，確定合理的零件加工工藝路線、工步順序以及切削用量等工藝參數(shù)，這些工作與普通機床加工零件時的編制工藝規(guī)程基本是相同的。 1.確定加工方案 此時應考慮數(shù)控機床使用的合理性及經濟性，并充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。 2.工夾具的設計和選擇 應特別注意要迅速完成工件的定位和夾緊過程，以減少輔助時間。使用組合夾具，生產準備周期短，夾具零件可以反復使用，經濟效果好。此外，所用夾具應便于安裝，便于協(xié)調工件和機床坐標系之間的尺寸關系。 3.選擇合理的走刀路線 合理地選擇走刀路線對于數(shù)控加工是很重要的。應考慮以下幾個方面： 1盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產效率。 2合理選取起刀點、切入點和切入方式，保證切入過程平穩(wěn)，沒有沖擊。 3保證加工零件的精度和表面粗糙度的要求。 4保證加工過程的安全性，避免刀具與非加工面的干涉。 5有利于簡化數(shù)值計算，減少程序段數(shù)目和編制程序工作量。 4.選擇合理的刀具 根據(jù)工件材料的性能、機床的加工能力、加工工序的類型、切削用量以及其它與加工有關的因素來選擇刀具，包括刀具的結構類型、材料牌號、幾何參數(shù)。 5.確定合理的切削用量 在工藝處理中必須正確確定切削用量。 刀位軌跡計算 在編寫 NC 程序時， 根據(jù)零件形狀尺寸、加工工藝路線的要求和定義的走刀路徑，在適當?shù)墓ぜ鴺讼瞪嫌嬎懔慵c刀具相對運動的軌跡的坐標值， 以獲得刀位數(shù)據(jù)，諸如幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、幾何元素的交點或切點等坐標值，有時還需要根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算刀具中心軌跡的坐標值，并按數(shù)控系統(tǒng)最小設定單位（如 0.001mm）將上述坐標值轉換成相應的數(shù)字量，作為編程的參數(shù)。 在計算刀具加工軌跡前，正確選擇編程原點和工件坐標系是極其重要的。工件坐標系是指在數(shù)控編程時， 在工件上確定的基準坐標系，其原點也是數(shù)控加工的對刀點。 工件坐標系的選擇原則為: 1所選的工件坐標系應使程序編制簡單； 2工件坐標系原點應選在容易找正、并在加工過程中便于檢查的位置； 3引起的加工誤差小。 編制或生成加工程序清單 根據(jù)制定的加工路線、刀具運動軌跡、切削用量、刀具號碼、刀具補償要求及輔助動作，按照機床數(shù)控系統(tǒng)使用的指令代碼及程序格式要求，編寫或生成零件加工程序清單，并需要進行初步的人工檢查，并進行反復修改。 程序輸入 在早期的數(shù)控機床上都配備光電讀帶機，作為加工程序輸入設備，因此，對于大型的加工程序，可以制作加工程序紙帶，作為控制信息介質。近年來，許多數(shù)控機床都采用磁盤、計算機通訊技術等各種與計算機通用的程序輸入方式，實現(xiàn)加工程序的輸入，因此，只需要在普通計算機上輸入編輯好加工程序，就可以直接傳送到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)中。當程序較簡單時，也可以通過鍵盤人工直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。 數(shù)控加工程序正確性校驗 通常所編制的加工程序必須經過進一步的校驗和試切削才能用于正式加工。當發(fā)現(xiàn)錯誤時，應分析錯誤的性質及其產生的原因，或修改程序單，或調整刀具補償尺寸，直到符合圖紙規(guī)定的精度要求為止。關鍵詞 數(shù)控工藝 數(shù)控機床 編程 零件加工 1 目 錄第一章 數(shù)銑/加工中心及其加工工藝1.1 數(shù)控加工技術概述1.2 數(shù)控加工的工藝路線分析1.3 數(shù)控加工中刀具的選擇與切削用量的確定1.4 數(shù)控加工中的夾具簡介1.5 數(shù)控加工中的常用量具第二章 數(shù)銑/加工中心編程基礎2.1 數(shù)控機床的坐標系2.2 數(shù)控加工程序的格式2.3 數(shù)控機床程序編制的有關規(guī)定2.4 數(shù)控常用指令代碼2.5 子程序的應用2.6 刀具補償指令及其編程方法第三章 典型零件的加工3.1 零件圖的加工結語致謝參考文獻 2 第一章 數(shù)銑/加工中心及其加工工藝1.1 數(shù)控加工技術概述1.1。1 數(shù)控編程及其發(fā)展 數(shù)控編程是目前 CAD/CAPP/CAM 系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一， 其在實現(xiàn)設計加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。在諸如航空工業(yè)、汽車工業(yè)等領域有著大量的應用。由于生產實際的強烈需求，國內外都對數(shù)控編程技術進行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對數(shù)控編程及其發(fā)展作一些介紹。1.1。2 數(shù)控編程的基本概念 數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。它的主要任務是計算加工走刀中的刀位點（cutterlocationpoint 簡稱 CL 點）。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。1.1。3 數(shù)控編程技術的發(fā)展概況 為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50 年代，MIT 設計了一種專門用于機械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為 APT（AutomaticallyProgrammedTool）。其后，APT 幾經發(fā)展，形成了諸如 APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和 APT/SS（SculpturedSurface）增加雕塑曲面加工編程功能等先進版。 采用 APT 語言編制數(shù)控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.APT 仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和 CAD 數(shù)據(jù)庫和 CAPP 系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。 針對 APT 語言的缺點，1978 年，法國達索飛機公司開始開發(fā)集三維設計、分析、NC 加工一體化的系統(tǒng)，稱為為 CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象 EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM 及 NPU/GNCP 等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了 CAD 和 CAM 向一體化方向發(fā)展。到了 80 年代，在 CAD/CAM 一體化概念的基礎上，逐步形成了計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應 CIMS 及 CE 發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化和智能化夫發(fā)展。 在集成化方面，以開發(fā)符合 STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）標準的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)為主，目前已進行了大量卓有成效的工作，是國內外開發(fā)的熱點；在智能化方面，工作剛剛開始，還有待我們去努力。 312 數(shù)控加工的工藝路線分 理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的應用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床的 23倍，所以，要充分發(fā)揮數(shù)控機床的這一特點，必須熟練掌握其性能、特點、使用操作方法， 由于生產規(guī)模的差異，對于同一零件的加工方案是有所不同的，應根據(jù)具體條件，選擇經濟、合理的加工方案。121 加工工序劃分 在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中一次裝夾應盡可能完成全部工序。與普通機床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點，常用的工序劃分原則有以下兩種。1保證精度的原則 數(shù)控加工要求工序盡可能集中，常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應將粗、精加工分開進行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應先加工表面而后加工孔。2 提高生產效率的原則 數(shù)控加工中，為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時間，應將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其它部位。同時應盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個部位時，應以最短的路線到達各加工部位。 實際中，數(shù)控加工工序要根據(jù)具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。122 加工路線的確定 在數(shù)控加工中，刀具（嚴格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數(shù)值計算簡單，走刀路線盡量短，效率較高等。下面舉例分析數(shù)控機床加工零件時常用的加工路線。123 車圓錐的加工路線分析 數(shù)控車床上車外圓錐，假設圓錐大徑為 D，小徑為 d ，錐長為 L，車圓錐的加工； 階梯切削路線，二刀粗車，最后一刀精車；二刀粗車的終刀距 S 要作精確的計算，可有相似三角形得； 4 此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相同，但精車時，背吃刀量不同；同時刀具切削運動的路線最短； 相似斜線切削路線，也需計算粗車時終刀距 S，同樣由相似三角形可計算得；按此種加工路線，刀具切削運動的距離較短。 斜線加工路線，只需確定了每次背吃刀量 ap，而不需計算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運動的路線較長。124 車圓弧的加工路線分析 應用 G02（或 G03）指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。 車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每刀吃刀量 ap 后，須精確計算出粗車的終刀距 S，即求圓弧與直線的交點。此方法刀具切削運動距離較短，但數(shù)值計算較繁。 車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量 ap 后，對 90圓弧的起點、終點坐標較易確定，數(shù)值計算簡單，編程方便，常采用。 車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損壞圓錐表面，也可能將余量留得過大。連接 OC 交圓弧于 D，過 D 點作圓弧的切線 AB。 由幾何關系 CDOC-OD -R0.414R， 此為車錐時的最大切削余量，即車錐時，加工路線不能超過 AB 線。 可得 ACBC0.586R， 這樣可確定出車錐時的起點和終點。當 R 不太大時，可取 ACBC0.5R。此方法數(shù)值計算較繁，刀具切削路線短。125 車螺紋時軸向進給距離的分析 車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進給應與工件主軸旋轉保持嚴格的速比關系。考慮到刀具從停止狀態(tài)到達指定的進給速度或從指定的進給速度降至零，驅動系統(tǒng)必有一個過渡過程，沿軸向進給的加工路線長度，除保證加工螺紋長度外，還應增加 1 （5mm）的刀具引入距離和 2 （2mm）的刀具切出距離，這樣來保證切削螺紋時，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開工件后再降速。126 輪廓銑削加工路線的分析 對于連續(xù)銑削輪廓，特別是加工圓弧時，要注意安排好刀具的切入、切出，要盡量避免交接處重復加工，否則會出現(xiàn)明顯的界限痕跡。用圓弧插補方式銑削外整圓時，要安排刀具從切向進入圓周銑削加工，當整圓加工完畢后，不要在切點處直接退刀，而讓刀具多運動一段距離，最好沿切線方向，以免取消刀具補償時，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報廢。銑削內圓弧時，也要遵守從切向切入的原則，安排切入、切出過渡圓弧，若刀具從工件坐標原點出發(fā)，其加工路線為 12345，這樣，來提高內孔表面的加工精度和質量。127 位置精度要求高的孔加工路線的分析 對于位置精度要求精度較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，安排不當時，就有可能將沿坐標軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。在該零件上加工的六個尺寸相同的孔，有兩種加工路線。當路線加工時，由于 5、6 孔與 1、2、3、4 孔定位方向相反，在 Y 方向反向 5間隙會使定位誤差增加，而影響 5、6 孔與其它孔的位置精度。路線加工完 4 孔后，往上移動一段距離到 P 點，然后再折回來加工 5、6 孔，這樣方向一致，可避免反向間隙的引入，提高 5、6孔與其它孔的位置精度。128 銑削曲面的加工路線的分析 銑削曲面時，常用球頭刀采用“行切法”進行加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定。對于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種加工路線。對于發(fā)動機大葉片，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度。當采用加工方案時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應由邊界外開始加工。 以上通過分析了數(shù)控加工中常用的加工路線，實際生產中，加工路線的確定要根據(jù)零件的具體結構特點，綜合考慮，靈活運用。而確定加工路線的總原則是：在保證零件加工精度和表面質量的條件下，盡量縮短加工路線，以提高生產率。13 數(shù)控加工中心刀具的選擇與切削用量的確定13.1 數(shù)控加工常用刀具的種類及特點 數(shù)控加工刀具必須適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結構可分為：整體式；鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種；特殊型式，如復合式刀具，減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：高速鋼刀具；硬質合金刀具；金剛石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：車削刀具，分外圓、內孔、螺紋、切割刀具等多種；鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；鏜削刀具；銑削刀具等。為了適應數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用，在數(shù)量上達到整個數(shù)控刀具的 3040，金屬切除量占總數(shù)的 8090。 數(shù)控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點： 剛性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及熱變形?。?互換性好，便于快速換刀； 壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠； 刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間； 刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除； 系列化，標準化，以利于編程和刀具管理。13.2 數(shù)控加工刀具的選擇 刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調 6整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。 在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很能密，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。 在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用 TSG 工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（三種規(guī)格）和錐柄（四種規(guī)格）兩種，共包括 16 種不同用途的刀柄。 在經濟型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：盡量減少刀具數(shù)量；一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；先銑后鉆；先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；在可能的情況下，應盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。13.3 數(shù)控加工切削用量的確定 合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。 切削深度 t。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，t 就等于加工余量，這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數(shù)控機床的精加工余量可略小于普通機床。 切削寬度 L。一般 L 與刀具直徑 d 成正比，與切削深度成反比。經濟型數(shù)控加工中，一般L 的取值范圍為：L（0.60.9）d。 切削速度 v。提高 v 也是提高生產率的一個措施，但 v 與刀具耐用度的關系比較密切。隨著 v 的增大，刀具耐用度急劇下降，故 v 的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關系，例如用立銑刀銑削合金剛 30CrNi2MoVA 時，v 可采用 8m/min 左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v 可選 200m/min 以上。 主軸轉速 nr/min。主軸轉速一般根據(jù)切削速度 v 來選定。式中，d 為刀具或工件直徑（mm）。數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數(shù)調整。 進給速度 vF 。vF 應根據(jù)零件的加工精度