接座零件的编程与加工数控毕业设计.docx
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接座零件的编程与加工数控毕业设计
摘要
数控技术，是采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
而数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。
本文为连接座零件的编程与加工，通过数控铣床的加工，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，加工方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。
本文主要从三维模型的建造、加工工艺分析和机床编程的一般步骤着手，提高对CAD/CAM软件的使用与认识、提高读图绘图能力。
最后通过自动编程与加工，希望能在过程中发现更好的编程方法和加工方法，提高效率，而且运用于实际工作中能够更深入的了解数控机床的加工特点。
关键词：
数控铣床，连接座零件，三维模型，加工工艺，自动编程
第一章绪论
1.1本课题研究的目的及意义
数控机床是根据加工程序对工件进行自动加工的先进设备，工件的加工质量主要由机床的加工精度、工艺和加工程序的质量决定，基本上排除了机床操作人员手工操作技能的影响，但对操作者的综合素质提出了较高的要求。
数控机床要按照数控加工程序自动进行零件的加工，必须由机床操作人员具体实施。
可以说，数控加工工艺方案是通过机床操作人员在数控机床上实现的，数控加工现场经验的积累又是提高数控加工工艺和数控加工程序质量的基础。
因此，数控机床的操作是企业生产过程中一个重要的环节，数控机床操作人员的素质和水平将直接影响企业的生产效率、产品质量以及生产成本，高素质的数控机床操作人员是保证数控加工工艺得以正确和顺利实施的重要条件之一。
从以上可以看出，本课题研究的目的在于设计比较经济的工艺规程，出出合理的G代码程序，实现理论与实践的相结合，提高自己的素质和水平能够更加充分的利用数控机床加工。
1.2课题的主要内容
分析课题——连接座，编制出简单合理的加工程序以及制定出合理有效的工艺规程，充分利用数控加工的优势。
设计的主要内容：
1）对零件图进行工艺分析；
2）分析工艺规程；
3）制定出工艺规程；
4）造出三维模型；
5）Mastercam编程出G代码；
6）制作出工艺、程序单。
第二章零件的工艺分析
2.1零件图工艺分析
2.1.1零件图分析
由图可知，零件的尺寸公差等级为IT7，且薄壁厚度为3mm，区域面积较大，表面粗糙度也比较高，达到了Ra1.6um，相对难加工，加工时容易产生变形，处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达到要求。
由于此零件为典型零件，形状虽然不是很复杂，但是工序复杂，表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。
2.1.2零件毛坯选择
正面、反面从图上可以看出大轮廓为98mm×98mm矩形，工件厚50mm，考虑到现有机床工作台面是一个平面所以装夹方式是用平口钳，所以先下料中100mm×100mm各留2mm余量。
机械加工常用的毛坯有铸件，锻件，型材件，焊接件等，由于ZJ-JGZX-01a连接座生产类型为小批量生产，故材料为：
铝型材。
2.2零件定位基准选择
在制定零件的加工工艺流程时，基准选择的好坏不仅影响零件的加工位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。
基准有粗、精基准之分。
选择定位基准时要从保证工件的精度要求出发，所以定位基准的选择顺序应从精基准到粗基准。
2.2.1精、粗基准选择
精基准原则：
1）基准重合原则:
应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准；
2）基准统一原则:
应尽可能选择同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系；
3）互为基准原则:
当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法；
4）自为基准原则:
一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准。
粗基准:
最初工序中，只能选择以未加工的毛坯面作为定位基准，称为粗基准。
精基准:
用已加工过的表面为定位基准，称为精基准。
粗基准原则:
1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面为粗基准；如果工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准；
2）零件上有较多加工面时，为使各加工表面都得到足够的加工余量，应选择毛坯上加工余量最小的表面为粗基准；
3）选择粗基准的表面，应尽可能平整和光洁、不能有飞边、尧口、冒口及其它缺陷，以便定位准确、可靠；
4）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向通常只允许使用一次，否则会造成较大的定位误差。
2.2.2基准的确定
根据以上基准选择原则，结合实际零件以及按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工原则。
该零件首先以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。
详见附录-数控加工工序卡。
2.3零件加工工艺规程分析
2.3.1ZJ-JGZX-01a连接座工件工艺规程分析
1）选择毛坯各表面加工方法：
表面的加工顺序是先外后里，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓薄壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部位先加工，对剩余部粗铣后就开始精加工。
由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。
由于生产类型为小批量生产，故加工设备宜以采用通用机床。
因为工件为ZJ-JGZX-01a连接座，且精度要求较高，应采用铣削加工。
因此加工方案为：
2）上表面：
铣夹持面→铣平面→铣外轮廓→铣内轮廓→铣球面
刀具选择：
表2-1
序号
加工内容
刀具类型
刀具直径
（mm）
主轴转速
（r／mm）
进给速度
（mm／mm）
1
粗、精加工上表面
立铣刀
Φ45
1000
100
2
粗精加工外轮廓
立铣刀
Φ16
2000
200
3
粗精加工上表面内轮廓
立铣刀
Φ3
2000
200
4
粗精加工上表面内轮廓
立铣刀
Φ3
3000
250
5
粗加工上表面球面
球刀
R3
2500
200
6
精加工上表面球面
球刀
R3
2500
200
7
钻孔
麻花钻
Φ4
1500
100
3）下表面：
铣平面→铣内轮廓→铣槽→铣六角形槽
刀具选择：
表2-2
序号
加工内容
刀具类型
刀具直径
（mm）
主轴转速
（r／mm）
进给速度
（mm／mm）
1
粗、精加工上表面
立铣刀
Φ45
1000
100
2
粗精加工上表面内轮廓
立铣刀
Φ10
2000
250
3
粗加工上表面内轮廓
立铣刀
Φ6
2000
200
4
精加工上表面内轮廓
立铣刀
Φ3
3000
200
5
粗加工两个槽
立铣刀
Φ6
2000
200
6
精加工两个槽
立铣刀
Φ3
3000
150
7
粗精加工六角形槽
立铣刀
Φ6
2500
150
2.4刀具切削用量的确定
表2-5
刀具
直径
（mm）
粗加工
精加工
铣削方式
ap（mm）
ae（mm）
铣削方式
ap（mm）
ae（mm）
立铣刀
Φ10
端铣
1
7.5
端铣
0.1
7.5
周铣
1
7.5
周铣
0.2
0.2
立铣刀
Φ6
端铣
1
4.5
端铣
0.1
4.5
周铣
2
4.5
周铣
0.2
0.2
立铣刀
Φ3
端铣
0.5
2.25
端铣
0.1
2.25
周铣
0.5
2.25
周铣
0.2
0.2
2.5量具的选择方案
在机械制造中用以直接或间接测出被测对象量值的工具、加工中心仪器、仪表等称为计量器具。
计量器具主要分为量具和量仪仪器、仪表两大类。
其中量具是指那些能直接表示出长度单位和界限的简单计量工具。
量仪是利用机械、光学、气动、电动等原理将长度放大或细分，且结构较为复杂的计量器具，一般在计量室中使用。
零件的几何参数的测量包括：
长度、角度、表面粗糙度及形位公差。
用来测量零件的量具有：
1）游标卡尺：
可以用来测量内、外尺寸、孔距、高度和深度；
2）千分尺：
这类量具较为精密。
可用来测量外圆直径、长度、厚度；测量表面粗糙度采用比较法，将零件表面与表面粗糙度样块比较，用目测或手摸判断被加工表面粗糙度；用比较法评定表面粗糙度虽然不精确，但由于器具简单，使用方便，迅速。
3）百分表：
在铣削工件时，用来测量工件是否垂直。
第三章运用Mastercam建造三维模型
3.1Mastercam简单介绍
Mastercam是美国CNCSoftwareInc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。
它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身。
它具有方便直观的几何造型Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。
Mastercam9.0以上版本还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是理想的选择，是经济有效的全方位的软件系统，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统。
Mastercam不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。
其可靠刀具路径效验功能使Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为优秀的CAD/CAM软件。
同时Mastercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果
Mastercam软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工，从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。
Mastercam是当今广泛应用的CAD/CAM软件，通过对CAD/CAM技术的发展极大地改变了人们的设计手段和方法，更为重要的是CAD/CAM技术的广泛应用显著提高了设计的效率和质量，大大地降低了设计师的劳动强度，特别是三维CAD/CAM技术的日益广泛应用使其体现更为明显。
实践证明，基于Mastercam的产品结构设计和模具设计，不仅可以缩短研发周期，还可以进行应力分析、运动仿真和模拟填充，从而优化了产品及模具结构，为产品的最终加工奠定了坚实的基础。
3.2创建零件模型
3.2.1ZJ-JGZX-01a连接座工件建模
表3-1
上
步骤
图例
1
绘制98mm×98mm的矩形
2
构建外表面轮廓
3
拉伸
4
绘制如图所示图形，并拉伸
5
绘制如图所示图形
6
拉伸如图所示图形
7
拉伸如图所示图形
8
将工件改为侧视图，绘制如图所示扇形
9
旋转实体形成如图所示球体，将实体布尔求和，由实体生成曲面。
下
步骤
图例
1
绘制98mm×98mm的矩形
2
绘制并拉伸如图所示形体
3
绘制并拉伸左侧薄壁
4
绘制六边形并设置30度拔模角，切割实体
5
用布尔求和结合该实体并由实体生成曲面
ZJ-JGZX-01a连接座工件建模完成。
第四章ZJ-JGZX-01a连接座的编程及加工仿真
4.1Mastercam编程简单介绍
Mastercam编程的特色是快捷、方便。
这一特色体现在2D刀路上尤为突出。
Mastercam的串联非常快捷，只要你抽出的曲线是连续的。
若不连续，也非常容易检查出来哪里有断点。
一个简单的方法是：
用分析命令，将公差设为最少，为0.00005，然后去选择看似连续的曲线，通不过的地方就是有问题的。
可用曲线融接的方法迅速搞定。
总之，在Mastercam中，只要先将加工零件的轮廓边现、台阶线、孔、槽位线等等，全部搞定，接下来的cam操作就很方便了。
由于Mastercam的2d串联方便快速，所以不论你一次性加工的工件含有多少轮廓线，总是很容易的全部选取下来。
一个特大的好处是：
串联的起始处便是进刀圆弧（通常要设定进刀弧）所在处。
流道或多曲线加工时，往往有许多的曲线要选取，由于不需要偏置刀半径，在Mastercam中，可以用框选法一次选取。
在Mastercam中，如果是加工较平坦的3d面的流道，运用3d曲线加工的功能最好。
但如果破度较大，或者像波浪形一样。
便要用投影加工的方法，将3d流道的中心线投影到面上。
然后分许多次负补正的往下加工到球刀刀半径的深度。
4.2对ZJ-JGZX-01a连接座上表面进行Mastercam编程加工
表4-1
加工内容
F（mm/min）S（r/min）
路径
仿真
程序
1
粗、精加工上表面
见附录
%0001
2
粗精加工外轮廓
3
粗加工上表面内轮廓
4
精加工上表面内轮廓
5
粗加工上表面球面
6
精加工上表面球面
4.3对ZJ-JGZX-01a连接座下表面进行Mastercam编程加工
表4-2
加工内容
F（mm/min）S（r/min）
路径
仿真
程序
1
粗、精加工上表面
见附录
2
粗精加工上表面内轮廓
3
粗加工上表面内轮廓
4
精加工上表面内轮廓
5
粗加工两个槽
6
精加工两个槽
7
粗精加工六角形槽
第五章后置处理
5.1、机床加工前的准备
首先，要给机床通上电源打开机床，检查机床液压是否正常、主轴是否运转、冷却液是否流出以及其他的问题，然后开始准备刀具包括选择刀具、刀柄、卡簧等，进行组装刀具，最后装夹毛坯进行对刀。
5.2、Mastercam软件后置处理
后置处理简称后处理，即将刀具轨迹通过相应的后处理器转化为机床能够识别的数控程序的过程。
如图所示：
将刀具轨迹转化为程序
图5-1
但转化的程序使机床无法识别的，因此需要修改；修改过的程序如下：
%01
N0010G40G17G90G80G54
N0020G91G28Z0.0
N0040G0G90X41.5917Y-31.9388S2000M03
N0050G43Z5.H01
N0060Z1.
N0070G1Z-2.F250.
N0080X35.0299Y-31.9915
....
N2000G1X35.0861Y38.9733
N2010Z5.
N2020G0Z50.
N2030M30
%
此程序才是机床能够识别的，可以直接使用。
5.3、加工过程中
5.3.1、数据传输
在数控机床上打开通讯功能，选择后处理后生成的程序，用串口连接的方式传输到数控机床上。
传输完成后在机床上按‘Y’结束操作。
5.3.2、程序的校验与修改
在数控机床上‘程序’目录中找到所传程序并选定该程序，按‘校验’按钮，在依次按下‘自动’‘循环’按钮，开始校验程序。
程序正确准备加工。
5.3.3选定程序加工
选定校验后的程序，打开冷却液，依次按下‘自动’‘循环’按钮，开始加工工件。
5.3.4工件的测量与调试
给定毛坯尺寸为100mm×100mm。
需加工工件外轮廓如图5-3所示，工件粗加工至98mm×98mm，粗加工后测量尺寸发现比要求尺寸大0.03mm。
为保证加工精度，需要修调参数；在实际操作过程中，我们是通过改变精加工的余量来保证精度，精加工路径不变将精加工余量加0.03mm。
结论
本文运用Mastercam软件，通过建立三维模型、编程、加工仿真一系列，最终得到了较为合理的数控加工工艺程序。
从选题开始，到后来的制定工艺、绘图、编程、出程序直到完成设计，使我对ZJ-JGZX-01a连接座的设计加工有了更深的了解和掌握。
我们的任务是对该零件进行工艺分析，然后编制出程序和加工。
而其主要是针对铣削加工。
数控铣削具有很大的灵活性，而且加工方法多样化。
我们在这次毕业设计中做出的只是以我们目前的水平认为还算合理的加工工艺、程序及加工方法。
在本次设计先从零件图入手分析了零件图给的技术要求，然后制定出一个工艺方案，接着就建出三维模型进行编程及加工方法，最后出程序加工。
在此过程中对于发现工艺路线存在的不足之处，及时改正并提出合理的解决办法；针对加工方法反复试验最终确定；同时也熟练地应用了三维设计软件。
总之，通过这次毕业设计，我综合了专业知识，在设计中遇到了许多问题，通过自己查资料、咨询老师、跟同学讨论，最终得到解答，完成了设计。
我从中认识到自己的不足得到了收获，这无疑是给自己最大的帮助，为我今后离开校园走上工作岗位奠定了基础。
致谢
通过这一阶段的努力，我的毕业论文《数控工艺规程设计及仿真加工》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。
在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
在本论文的写作过程中，我的指导老师聂广华老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。
同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
写作毕业论文是一个再次系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。
我将铭记我曾是一名河南机电高等专科学校的学子，在今后的工作中把河南机电高等专科学校的优良传统发扬光大。
感谢各位老师的批评指导。
参考文献
[1]方沂.《数控机床编程与操作》,国防工业出版社，1999年版
[2]王爱玲等.《现代数控原理及控制系统》，国防工业出版社，2002年版
[3]王爱玲等.《现代数控机床实用操作技术》，国防工业出版社，2005年版
[4]周济,周艳红.《数控加工技术》，国防工业出版社，2003.9
[5]谬效果.《数控技术》，湖北科学技术出版社，2003.7
[6]黄道业.《数控铣床编程、操作及实训》，合肥工业大学出版社，2005.8
[7]陈德生.《机械制造工艺学[M].》，杭州：
浙江大学出版社，2007.1
[8]余英良.《数控加工编程及操作》，高等教育出版社，2005年1月第一版
[9]李开林.《UGNX4三维造型》，电子工业出版社，2009年1月第三次印刷
[10]周晓萍.《机械识图与CAD》,安徽教育出版社，2007年9月第一版
[11]朱宝林.《公差配合与技术测量》,华中科技大学出版社，2005年3月第一版
附录
（1）数控加工工艺过程卡；
（2）数控加工工序卡；
（3）数控加工刀具卡；
（4）程序；
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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涉密论文按学校规定处理。
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年月日
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年月日
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尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
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二〇一〇年九月二十日
毕业设计（论文）使用授权声明
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（保密论文在解密后遵守此规定）
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二〇一〇年九月二十日
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写毕业论文主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。
毕业论文应反映出作者能够准确地掌握所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。
毕业论文的基本教学要求是：
1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力、培养学生处理数据和信息的能力。
2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。
3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。
毕业论文是毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不
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