数控技术课程设计箱盖零件的数控工艺分析与编程.doc

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1、目 录1引言11.1数控机床的发展过程11.2数控机床的巨大进步及现状31.3本设计的主要研究内容32实体造型53 箱盖的数控铣削加工工艺63.1零件图工艺分析63.2确定加工方案73.3确定装夹方案73.4确定工艺过程83.5确定走刀路线93.6划分数控铣削加工工步及安排加工顺序94操作要点114.1加工准备114.2注意事项115数控仿真126数控加工程序编制157结论17参 考 文 献18中北大学课程设计说明书1引言1.1数控机床的发展过程数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，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。随着数控机床的发展与普及

2、，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。自从1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，数控机床得到迅速的发展和更新换代。数控技术的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1956年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理或计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控系统采用专用电子线路实现硬件式数控，一般成为普通数控系统，简称NC。第四代和五代系统是采用微处理器及大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC(第四代)和MNC（第五

3、代）。由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现，因而使硬件得到进一步简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。随着数控技术的发展，用通用微机技术开发数控系统可以得到强的力的硬件和软件支持，这些软件和硬件是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具有全功能数控系统的全部功能，这是一条发展数控技术的途径。当前全功能数控系统的特点有：1）选用高速微处理器微处理器是现代数控系统的核心部件，担负着运算、存储和控制等多重任务，其位数和运行速度直接关系到加工效率和加工精度。高速32位微处理器的采用，使得数控系统的输入译码、计算和输出等环境都在

4、高速下进行，同时提高了多轴联动，进给速度和分辨率等指标。2）配置高速，功能强的可编程控制器数控系统除了对位置进行信息控制外，还要对I/O状态量进行控制。数控系统中高速和强功能的可编程控制器能滿足数控机床这方面的要求。同时，PLC输入/输出点数和PLC容量的增加可满足直接数字控制系统（DNC）和柔性制造单元（FMC）的控制要求。3） CRT图形显示、人机对话功能及自诊断功能大多数现代数控系统采用CRT于手能键盘配合，实现程序的输入，编辑、修改和删除等功能，具有前台操作、后台编辑的功能及用户宏程序等；可以有二维图形轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形的显示。系统具有硬件、软件及机床故障自诊断功

5、能，提高了可维修性。4）具有多种监控、检测和补偿功能为了提高数控机床的效率及加工精度，有些数控机床配置了各种测量装置，如刀具磨损的检测、机床精度及热变形的检测等，于之相适应，数控系统则有刀具寿命管理、刀具参数补偿、反向间隙及丝杠螺距误差补偿、热变形补偿等功能。5）CND智能化在现代数控系统中，引进了自适应控制技术。数控系统能检测对机床本身有影响的信息，并自动连续调整有关数据，以达到系统运行的最优化。在有的CNC系统中，有建立了切削率的数据库及切削用量的专家系统等。大多数现代数控系统都有学习及示教功能。6）通信功能一般数控系统都有通信功能，如采用RS-232C串行接口与编程机、微机等外设通信。现

6、代数控系统还要于其他数控系统或上级计算机通信，所以除了RS-232接口外，还有RS-422的DNC等多种通信接口。数控系统要单机的进入柔性制造系统进而形成计算机知集成制造系统，就要求数控系统具有更高通信功能为此有的数控系统开发了符合ISO开发系统互联七成网络模型的通信规约，为自动化技术发展创造了条件。7）标准化、通用化和模块化现代数控系统的性能越来越完善，功能越来越多样，促使数控系统的硬件和软件结构实现标准化、通用化和模块化。现在不同的标准化模块可以组成各种不同的数控机床控制系统。能方便的移植计算机行业或自动化领域的成果，也便于现有的数控系统进一步扩展及升级。8）开发性基于PC的开放式数控系统

7、已成为数技术发展的重要方向，通过制定必要的技术规范，在通用PC基础上一方面使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性；另一方面使软件、接口等技术规范化和标准化，为机床制造厂或用户提供一个良好的开发环境。9）高可靠性现代数控系统的平均无故障时间已达到30000h以上。数控系统与微机和通用机积极生产批量大小的区别，其制造过程，包括元件筛选，印制电路板、焊接和贴附、生产过程及最终产品的检测和出厂前整机的考机等措施保证了数控系统有很高的可靠性。1.2数控机床的巨大进步及现状我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得

8、了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。1999年机床进口额为8.78亿美元（7624台），2003年达27.1亿美元（23320台），相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明

9、显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。1.3本设计的主要研究内容(1) 造型设计:在工艺分析前对零件工程图进行详细的分析，为接下来的模块奠定了基础，并应用Pro/engineer软件来对零件实体造型。(2) 工艺编制：进行工艺分析，制定工艺方案及编制工序卡、刀具卡。 (3) 程序编制：通过对零件的审查、分析用手工编程来完成。(4)对程序的仿真：用仿真软件进行程序的校验并对机械加工过程中刀

10、具的走刀路线的进一步的认识，同时对零件的加工工序有了更深的认识。第18页 共18页2实体造型Pro/ENGINEER Wildfire 5.0是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation）开发的新一代CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)/CAE（计算机辅助测量）软件，是一个全方位的三维产品开发综合性软件，集成了零件设计、产品、装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构仿真、应力分析、电路布线等功能模块与一体。广泛应用与电子、机械、模具、工艺设计、汽车、航天、服装等行业。是当今世纪最为流行的CAD/CAM软件之

11、一。CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) ，利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能。由于Pro/E的二维图形处理能力不够完善，AutoCAD的三维功能较弱(不是参数化的)，所以箱盖零件是由Pro/E软件进行三维图制作通过参数的设置及软件之间的转换在AutoCAD里呈现出工程图的过程而来的，如图2.1所示。图2.1 箱盖零件三维造型3 箱盖的数控铣削加工工艺如图3

12、.1所示箱盖零件，其材料为45#钢。加工该零件时，根据在保证产品质量的前提下尽量提高生产效率和降低成本的原则，因此一些简单的表面可以而且也应该由普通机床来完成，整个箱盖零件可由普通机床和数控机床共同加工，下面说明其加工工艺。 图3.1 箱盖零件3.1零件图工艺分析从结构形状、尺寸和技术要求、定为基准及毛坯等方面对零件图进行工艺分析，该零件形状较简单。零件的加工表面由平面、圆弧、圆弧成型槽孔组成。零件尺寸标注齐全、无误；几何元素之间关系描述清楚、完整。20mm两内孔表面粗糙度要求较高，为Ra1.6。零件材料为45#钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求，锐边需去毛刺。3.2确定加工方案 根据上

13、述分析，该零件结构形状简单，精度要求也不高，除外轮廓需要数控铣床加工外，内孔可用普通铣床加工。但为了减少工艺装备、提高功效，零件上的孔可在数控机床上顺带加工完成，因此，普通机床只需要加工两个面。无论是普通铣床加工还是数控铣床加工，由于表面粗糙度均为Ra3.2，因而都需要通过粗精加工来完成。3.3确定装夹方案根据零件的结构特点，在普通铣床上加工时，可采用划线找正的方法定位（划线如图3.2所示高度游标卡尺），用机用平口钳装夹。图3.2 高度游标卡尺1工件； 2平口钳； 3垫块图3.3 箱盖加工的装夹示意在数控铣床上加工时，也需要打表找正的方法来定位，用机用平口钳装夹；在加工过程中应注意，平口钳两侧

14、应用垫块来支撑，第一、为了它的定位方便，第二、提高它的装夹刚性，防止钻孔时下压（如图3.3所示平口钳装夹示意图）。3.4确定工艺过程根据前述的加工方案及装夹方案，制定的箱盖零件加工工艺过程见表3.1所示。表3.1 机械加工工艺过程序号工序名称工序内容设备及工装1备料制作毛坯，各边留单边余量3-5mm2划划全线，合理分配加工余量3铣按线找正，粗、精铣上下两面至尺寸普通铣床4钻1） 钻20mm的孔至18mm2） 将20mm的扩成19.8mm3） 绞20mm孔至尺寸4） 加工32mm、36mm孔数控铣床5铣1） 粗铣外轮廓留0.5mm单边余量2） 精铣外轮廓至要求数控铣床3.5确定走刀路线走刀路线包

15、括平面进给和深度进给两部分。平面进给时，外轮廓从切线方向切入。为使箱盖表面具有较好的表面质量，采用顺铣方式铣削，即对外轮廓按顺时针方向铣削。3.6划分数控铣削加工工步及安排加工顺序按粗精加工划分:为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终

16、轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切人和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数，包括切削速度、进给量和背吃刀量。1) 切削速度Vc：在进行切削加工时，刀具切削刃的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，也可理解为是主运动的线速度，单位为m/min。2) 进给量f:对于铰刀、铣刀、拉刀等多齿刀具，每转或每行程相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量。3) 背吃刀量：又称切削深度，一般指工件已加工表面和

17、待加工表面间的垂直距离，单位为mm。按先面后孔、先粗后精的原则，确定该箱盖零件的加工顺序为在普通铣床上完成两个面加工，然后在数控铣床上加工完成其它各个面。具体的加工顺序见表3.2所示。表3.2 箱盖零件数控加工工序卡（工厂）数控加工工序卡产品名称或代号零件名称材料零件图号O01箱盖HT200001工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间6O0001平口钳libo工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铣上下两面T0132300502钻中心孔T02A2.51000603钻220mm孔T0318300404粗铣32mm孔T0420320403自动5精铣32mm孔T0520

18、400401自动6粗铣36mm孔T0420320403自动7精铣36mm孔T0520400401自动6粗铣外轮廓T0616320302自动7精铣外轮廓T0716400301自动编制李博审核批准共 1 页第 1页4操作要点4.1加工准备1) 详阅零件图，并按坯料图检查坯料的尺寸；2) 编制加工程序，输入程序并选择该程序；3) 用机用平口钳装夹工件，伸出钳口13mm左右，用百分表找正；4) 安装寻边器，确定工件零件为坯料上表面的中心，设定零点偏置；5) 安装A2.5中心钻并对刀，设定刀具参数，选择自动加工方式。4.2注意事项1）使用寻边器确定工件零点时应采取碰双边法；2）钻孔时，应先在工件上预钻工

19、艺孔，避免工件倾斜；3）铣凹槽时，应避免立铣刀中心垂直切削工件；4）20孔的正下方不能放置垫铁，并应控制钻头的进刀深度，以免损坏机用平口钳或刀具。5数控仿真上海宇龙数控仿真与控制系统 系统提供车床、立式铣床、卧式加工中心、立式加工中心； 控制系统有FANUC系统、SIEMENS系统、三菱系统、大森系统、华中数控系统、广州数控系统以及上海市技能鉴定机构所采用的PA系统。 丰富的刀具材料库 采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库， 刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀， 支持用户自定义刀具以及相关特征参数。本设计运用FANUC系统如图5.1面板所示。图5.1 操作面板有毛坯定义、工件装夹、压板

20、安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等仿真。 仿真数控程序的自动运行和MDI运行模式；三维工件的实时切削，刀具轨迹的三维显示；提供刀具补偿、坐标系设置等系统参数的设定。 手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀柄刀具与夹具、压板、机床等碰撞，也包括机床行程越界及主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。 数控程序处理能够通过DNC导入各种CADCAM软件生成的数控程序，例如Mastercam、ProE、UG等，也可以导入手工编制的文本格式数控程序， 还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序。本设计采用立式铣床加工该零件，对刀及寻边如图5.2所示。图5.2 对刀上海宇龙数控加工仿真系统是一个

21、应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，提供车床、立式铣床、加工中心，以及机床厂家的多种常用面板，具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。测量数据如图5.3所示。图5.3测量数据箱盖零件图如图5.4所示，加工时采用计算机直接传输程序而来，通过机床的选择、毛坯的选定、夹具的用法、刀具的装夹来加工完成。数控加工仿真操作过程中，具有完全自动、智能化的高精度测量功能和全面的碰撞检测功能，还可以对数控程序进行处理。如图5.4 加工零件图6数控加工程序编制数控编程指零件图纸得到数控加工程序的全部过程，是数控加工的一个重要环节。本设计采用手工

22、编程，手工编程是指各个步骤均由手工编制，即从工件的图样分析，工艺过程的确定，数值计算到编写加工程序清单，制作控制介质等都是手工完成的。离合器底板零件形状简单，所需程序不多，也不需要经过复杂的计算，可以使用手工编程，经济又及时。装刀与对刀是数控机床加工中最重要的一道工序。对刀的好与差直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度寻边器对刀。通过对刀或刀具预调，还可同时测定各刀号的刀位偏差，有利于设定刀具补偿量。程序段：O0001 程序号N010 G90 G92 X0. Y0. Z100. ； 使用绝对坐标方式编程N020 G00 Z2. S600 M03 F150； 主轴正转，转速600r/minN0

23、30 G42 G01 X50. Y25. D01； 直线插补，刀具半径补偿N040 G01 Z-3. F100；N050 X-13. ；N060 G03 X-13. Y-25. R25.； 逆时针圆弧插补至X=-13，Y=-25N070 G01 X13. ；N080 G03 X13. Y25. R25.；N081 G01 Y30.； 直线插补至Y=30N090 G01 Z5.；N100 G40 G01 X0. Y0.； 取消刀具半径补偿N110 G00 Z100.； 快速进给至Z=100N120 Z2. S1000 M03 F100； 主轴正转，转速1000r/minN130 G42 G01

24、X50. Y25. D01； 直线插补，刀具半径补偿N140 G01 Z-6. F100；N150 X-13. ；N160 G03 X-13. Y-25. R25.； 逆时针圆弧插补至X=-13，Y=-25N170 G01 X13. ；N180 G03 X13. Y25. R25.；N181 G01 Y30.； 直线插补至Y=30N190 G01 Z5.；N200 G40 G01 X0. Y0.； 取消刀具半径补偿N210 G00 Z100.； 快速进给至Z=100N220 G90 G92 X0. Y0. Z100.；N230 G00 Z2. S150 M03 F60；N240 G42 G01

25、 X13. Y0. D01； 直线插补至Y=30N250 G01 Z-12.；N260 Z10. ；N270 G40 G01 X0. Y0. ；N280 G00 Z100.；N290 G00 Z2. S150 M03 F60；N300 G42 G01 X-13. Y0. D01； 直线插补至Y=30N310 G01 Z-12.； 直线插补至Y=30N320 Z10. ；N330 G40 G01 X0. Y0. ；N340 G00 Z100. 快速进给至Z=100；N350 M30； 复位并返回程序开始7结论本文通过多种加工方案的比较，对箱盖零件的实体造型、工艺分析与程序编制，仿真技术等综合运用

26、，较详细了解数控铣床的加工特点，数控铣床的编程特点以及步骤，并依据以有的理论依据，比较详细的分析了箱盖零件的方法与步骤以及程序编制时遇到的工艺处理；阐述了如何对箱盖零件理论与实践的结合，做出实物模型使我从实践中学到了更多课本内学不到的知识，同时使我深刻认识到箱盖零件的作用及构造，以及它的可操作性、实用性、互换性、经济性和更高的生产效率。文章上，每一步都渗透了所学内容，这次课程设计作为一次实践的训练，能够对自己将来从事的工作起到一个良好的推动作用。在设计中能够锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并为以后打下一个良好的基础。参 考 文 献1赵长旭编著. 数控加工工艺. 西安：西安电子科技大学出版社，

27、20062杜国臣主编.数控机床编程.北京：机械工业出版社，20053郑修本主编.机械制造工艺学.北京: 机械工业出版社,20074娄锐主编.数控应用关键技术. 北京:电子工业出版社,20055蔡兰 王霄主编. 数控加工工艺学. 北京:化学工业出版社,20056于华主编. 数控机床的编程及实例.北京：机械工业出版社，19967刘雄伟主编. 数控机床操作与编程培训教程. 北京：机械工业出版社，20018周虹编著. 数控机床操作工职业技能鉴定指导. 人民邮电出版社.20049徐宏海 谢富春主编. 数控铣床.北京: 化学工业出版社,200310孙丽媛主编. 机械制造及专用夹具设计指导. 北京：冶金工业出版社，199311许祥泰主编. 数控加工编程实用技术. 北京：机械工业出版社，200012祝凌云 李斌 白雁钧编著. Pro/ENGINEER Wildfire(野火版)入门指南.北京：人民邮电出版社，2005 .