1、数控专业数控铣床毕业设计论文毕 业 论 文题 目 西门子数控铣床及实例操作专 业 数控加工与维护工程班 级 07 大专数控（一）班学 生 梦 然 然指导教师 汪 化 娟西安工业大学函授部 二 00 九 年 摘 要 在数控编程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。根据零件形状尺寸及其技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数，这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的。 1.确定加工方案 此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。 2.工夹具的
2、设计和选择 应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。 3.选择合理的走刀路线 合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面： 1尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。 2合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。 3保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。 4保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。 5有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。 4.选择合理的刀具 根据工件材料的性能、机
3、床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具，包括刀具的结构类型、材料牌号、几何参数。 5.确定合理的切削用量 在工艺处理中必须正确确定切削用量。 刀位轨迹计算 在编写 NC 程序时， 根据零件形状尺寸、加工工艺路线的要求和定义的走刀路径，在适当的工件坐标系上计算零件与刀具相对运动的轨迹的坐标值， 以获得刀位数据，诸如几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、几何元素的交点或切点等坐标值，有时还需要根据这些数据计算刀具中心轨迹的坐标值，并按数控系统最小设定单位（如 0.001mm）将上述坐标值转换成相应的数字量，作为编程的参数。 在计算刀具加工轨迹前，正确选择编程原点和工件
4、坐标系是极其重要的。工件坐标系是指在数控编程时， 在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。 工件坐标系的选择原则为: 1所选的工件坐标系应使程序编制简单； 2工件坐标系原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置； 3引起的加工误差小。 编制或生成加工程序清单 根据制定的加工路线、刀具运动轨迹、切削用量、刀具号码、刀具补偿要求及辅助动作，按照机床数控系统使用的指令代码及程序格式要求，编写或生成零件加工程序清单，并需要进行初步的人工检查，并进行反复修改。 程序输入 在早期的数控机床上都配备光电读带机，作为加工程序输入设备，因此，对于大型的加工程序，可以制作加工程序纸带，作为控制
5、信息介质。近年来，许多数控机床都采用磁盘、计算机通讯技术等各种与计算机通用的程序输入方式，实现加工程序的输入，因此，只需要在普通计算机上输入编辑好加工程序，就可以直接传送到数控机床的数控系统中。当程序较简单时，也可以通过键盘人工直接输入到数控系统中。 数控加工程序正确性校验 通常所编制的加工程序必须经过进一步的校验和试切削才能用于正式加工。当发现错误时，应分析错误的性质及其产生的原因，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。关键词 数控工艺 数控机床 编程 零件加工 1 目 录第一章 数铣/加工中心及其加工工艺1.1 数控加工技术概述1.2 数控加工的工艺路线分析1.
6、3 数控加工中刀具的选择与切削用量的确定1.4 数控加工中的夹具简介1.5 数控加工中的常用量具第二章 数铣/加工中心编程基础2.1 数控机床的坐标系2.2 数控加工程序的格式2.3 数控机床程序编制的有关规定2.4 数控常用指令代码2.5 子程序的应用2.6 刀具补偿指令及其编程方法第三章 典型零件的加工3.1 零件图的加工结语致谢参考文献 2 第一章 数铣/加工中心及其加工工艺1.1 数控加工技术概述1.1。1 数控编程及其发展 数控编程是目前 CAD/CAPP/CAM 系统中最能明显发挥效益的环节之一， 其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用
7、。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。下面就对数控编程及其发展作一些介绍。1.1。2 数控编程的基本概念 数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutterlocationpoint 简称 CL 点）。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。1.1。3 数控编程技术的发展概况 为了解决数控加工中的程序编制问题，50 年代，MIT 设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为 APT（AutomaticallyProgr
8、ammedTool）。其后，APT 几经发展，形成了诸如 APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）增加切削数据库管理系统和 APT/SS（SculpturedSurface）增加雕塑曲面加工编程功能等先进版。 采用 APT 语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT 仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和
9、 CAD 数据库和 CAPP 系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。 针对 APT 语言的缺点，1978 年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC 加工一体化的系统，称为为 CATIA。随后很快出现了象 EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM 及 NPU/GNCP 等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了 CAD 和 CAM 向一体化方向发展。到了 80 年代，在 CAD/CAM 一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（C
10、IMS）及并行工程（CE）的概念。目前，为了适应 CIMS 及 CE 发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化夫发展。 在集成化方面，以开发符合 STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）标准的参数化特征造型系统为主，目前已进行了大量卓有成效的工作，是国内外开发的热点；在智能化方面，工作刚刚开始，还有待我们去努力。 312 数控加工的工艺路线分 理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的 23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特
11、点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法， 由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的加工方案。121 加工工序划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。1保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精
12、度，应先加工表面而后加工孔。2 提高生产效率的原则 数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。 实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。122 加工路线的确定 在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算
13、简单，走刀路线尽量短，效率较高等。下面举例分析数控机床加工零件时常用的加工路线。123 车圆锥的加工路线分析 数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为 D，小径为 d ，锥长为 L，车圆锥的加工； 阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距 S 要作精确的计算，可有相似三角形得； 4 此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短； 相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距 S，同样由相似三角形可计算得；按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。 斜线加工路线，只需确定了每次背吃刀量 ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的
14、，且刀具切削运动的路线较长。124 车圆弧的加工路线分析 应用 G02（或 G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。 车圆弧的阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量 ap 后，须精确计算出粗车的终刀距 S，即求圆弧与直线的交点。此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。 车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量 ap 后，对 90圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。 车圆
15、弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。连接 OC 交圆弧于 D，过 D 点作圆弧的切线 AB。 由几何关系 CDOC-OD -R0.414R， 此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超过 AB 线。 可得 ACBC0.586R， 这样可确定出车锥时的起点和终点。当 R 不太大时，可取 ACBC0.5R。此方法数值计算较繁，刀具切削路线短。125 车螺纹时轴向进给距离的分析 车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进
16、给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加 1 （5mm）的刀具引入距离和 2 （2mm）的刀具切出距离，这样来保证切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。126 轮廓铣削加工路线的分析 对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵
17、守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，若刀具从工件坐标原点出发，其加工路线为 12345，这样，来提高内孔表面的加工精度和质量。127 位置精度要求高的孔加工路线的分析 对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。在该零件上加工的六个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当路线加工时，由于 5、6 孔与 1、2、3、4 孔定位方向相反，在 Y 方向反向 5间隙会使定位误差增加，而影响 5、6 孔与其它孔的位置精度。路线加工完 4 孔后，往上移动一段距离到 P 点，然后再折回来加工 5、6 孔，这样方向一致，可避
18、免反向间隙的引入，提高 5、6孔与其它孔的位置精度。128 铣削曲面的加工路线的分析 铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定。对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线。对于发动机大叶片，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。 以上通过分析了数控加工中常用的加工路线
19、，实际生产中，加工路线的确定要根据零件的具体结构特点，综合考虑，灵活运用。而确定加工路线的总原则是：在保证零件加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产率。13 数控加工中心刀具的选择与切削用量的确定13.1 数控加工常用刀具的种类及特点 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料
20、可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的 3040，金属切除量占总数的 8090。 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点： 刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小； 互换性好，便于快速换刀； 寿命高，切削性能稳定、可靠； 刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； 刀
21、具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； 系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。13.2 数控加工刀具的选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调 6整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。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；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉
22、米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。 在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。 在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀
23、动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用 TSG 工具系统，其刀柄有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括 16 种不同用途的刀柄。 在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行
24、曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。13.3 数控加工切削用量的确定 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，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，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。 切削深度 t。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t 就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 切削宽度 L。一般 L 与刀具直径
25、 d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般L 的取值范围为：L（0.60.9）d。 切削速度 v。提高 v 也是提高生产率的一个措施，但 v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着 v 的增大，刀具耐用度急剧下降，故 v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚 30CrNi2MoVA 时，v 可采用 8m/min 左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v 可选 200m/min 以上。 主轴转速 nr/min。主轴转速一般根据切削速度 v 来选定。式中，d 为刀具或工件直径（mm）。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在
26、加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度 vF 。vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，vF 可选择得大些。在加工过程中，vF 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整， 但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。 7 随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业
27、的经济效益和生产水平。14 数控加工中的夹具简介14.1 数控车床夹具数控车床夹具主要有三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘等。 三爪自定心卡盘如图 3-37 所示，可自动定心，装夹方便，应用较广，但它夹紧力较小，不便于夹持外形不规则的工件。 四爪单动卡盘如图 3-38 所示，其四个爪都可单独移动，安装工件时需找正，夹紧力大，适用于装夹毛坯及截面形状不规则和不对称的较重、较大的工件。通常用花盘装夹不对称和形状复杂的工件，装夹工件时需反复校正和平衡。14.2数控铣床夹具数控铣床常用夹具是平口钳，先把平口钳固定在工作台上，找正钳口，再把工件装夹在平口钳上，这种方式装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小型工件。14.3 加工中心夹具 数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的理想配套附件，有立式工作台、卧式工作台和立卧两用回转工作台等不同类型产品。立卧回转工作台在使用过程中可分别以立式和水平两种方式安装于主机工作台上。工作台工作时，利用主机的控制系统或专门配套的控制系统，完成与主机相协调的各种必须的分度回转运动。 为了扩大加工范围，提高生产效率，加工中心除了沿 X、Y、Z 三个坐标轴的直线进给运动之外；往往还带有 A、B、C 三个回转坐标轴的圆周进给运动。数控回转工作台作为机床的一个旋转坐标轴由数控装置控制，并且可以与其他坐标联动，使主轴上的.
