设计数控铣床铣削编程与操作设计.docx
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设计数控铣床铣削编程与操作设计
三峡电力职业学院
毕业设计（论文）课题任务书
（2011----2012学年）
课题名称
数控铣床铣削编程与操作设计
学生姓名
黄磊
专业
数控技术
班号
20093761
指导教师
杜鹏程
指导人数
课题概述：
数控加工是目前的一门新的专业，热门专业，数控加工程序是有多道复杂的程序组成的，这就为我们学习带来不便，为了使学习更方便，使用，更加有条理，我们编写了这份典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计，设计的主要是内容是对我们机械类加工日常加工中常见的工件取其中的一典型零件进行系统的编程与操作设计，从数控加工前应做的准备开始到数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、数控铣削加工、数控加工中心编程及自动编程技术等内容等数控加工时应注意的问题做了一一的说明。
其中数控机床我们现在用的是西门子系统的，包括编程语言到是西门子系统的。
原始资料及主要参数：
论文内容主要结合于课本和以下参考资料及文献。
参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：
[1].使用数控加工技术.使用数控加工技术.北京.兵器工业出版社，1995
[2].张宝林主编.数控技术.北京.机械工业出版社，1997
[3].鞠全勇主编.数空技术.成都.成都科技大学出版社，1997
[4].西门子公司.SINUMERID802S操作和编程用户手册.1997
[5].李福生主编.使用数控机床技术手册.北京.北京出版社，1999
[6].北京第一机床厂职业技术协会编.北京.机械工业出版社，1999
[7].王贵明主编.数控实用技术.北京.机械工业出版社，2000
设计（论文）成果要求：
1、说明书：
字
2、图纸：
号张号张号张
3、实习报告：
字
4、论文：
字
5、其它：
进度计划安排
起止日期
要求完成的内容及质量
2011.10.11～2011.11.15
2011.11.15～2011.12.10
2012.2.11～2012.2.17
2012.2.18～2012.2.24
2012.2.25～2012.3.7
1、查阅资料，完成开题报告。
2、完成毕业设计（论文）初稿，指导老师审核。
3、安要求修改论文，完成毕业设计（论文），装订成册，连同电子文档一并上交指导老师。
4、指导老师完成毕业设计（论文）的批阅。
5、毕业答辩。
审核（系主任）
批准（院长）
三峡电力职业学院
毕业设计（论文）开题报告
题目数控铣床铣削编程与操作设计
学生姓名黄磊学号2009376204
专业数控技术班级20093761
指导教师杜鹏程
完成日期2012年2月18日
一、课题名称、来源、目的和意义
1、论文名称
机械设备故障原因与对策
2、论文来源
机械设备维修、机械制造基础
3、目的和意义
机械工业的历史悠久，机械技术人员在解决机械故障时采取了各种对策，积累了相应的经验。
本文对机械故障产生的原因以及相应故障所要采取的措施做了简要的介绍。
由于各种自然或非自然因素的影响与侵蚀，任何一种机械设备，在使用过程中都难免或轻或重地出现磨损、变形、断裂或腐蚀等机械性损伤，也就必然离不开修复技术。
文章从磨损、变形、断裂、或者腐蚀等方面说明这些事项对机械设备所造成的威险。
进一步说明了机械设备故障的必然性。
在后半段当中论述这些对机械故障造成威胁的事项的相应对策。
并且简单论述设备在运行中保养、维修方式。
随着现代科学技术在设备上的应用，现代设备的结构越来越复杂，功能越来越齐全，自动化程度也越来越高。
由于许多无法避免的因素影响，会导致设备出现各种故障，从而降低或失去预定的功能，甚至会造成严重的以至灾难性的事故。
国内外接连发生的由设备故障引起的各种空难、海难、爆炸、断裂、倒塌、毁坏、泄漏等恶性事故，造成了极大的经济损失和人员伤亡。
生产过程中经常发生的设备故障事故，也会使生产过程不能正常运行或机器设备遭受损坏而造成巨大的经济损失。
因此保证设备的安全运行，消除事故，是十分迫切的问题。
现代设备运行的安全性与可靠性取决于两个方面，一是设备设计与制造的各项技术指标的实现；二是设备安装、运行、管理、维修和诊断措施的实施。
现在设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的三项基础技术，成为推进设备管理现代化，保证设备安全可靠运行的重要手段。
二、国内外现状和发展趋势
故障诊断会带来重大的经济效益，这方面国内外已有许多报道：
（1）对生产单位，配置故障诊断系统能减少事故停机率，具有很高的收益／投资比。
美国帕克鲁（Perkrul）发电厂诊断技术经济效益的计算方法可供参考。
该厂装机容量为100×104kW，电费为0．015美元／（kW·h），年度值为1亿美元，事故停产损失为15万美元／天，该厂共有50个部位要监测，需投资20万美元。
监测费用为1．5万美元／年。
根据可靠性计算，整个系统每年可能有14次事故停机。
决定采用诊断技术后有50％的事故能被检查出来，其中的50％是由诊断系统监测出来的，又有20％是假警报，每次事故停车平均要花3天时间检修。
则该诊断系统能节约的费用月为：
B=0．5×0．5×14×3×15×（1-0．2）
=126万美元／年
诊断成本为：
A=（20／10年折旧）+1.5
=3．5万美元／年
则经济效益系数C为：
由以上可见，故障诊断系统的收益甚至可达到投入的36倍 日本资料报道，实施故障诊断后，事故率可减少75％，维修费用可降低25％—50％。
英国报道，对2000个大型工厂调查表明，采用诊断技术后每年节省维修费用3亿英镑，而用于故障诊断系统的成本为0．5亿英镑，收益为投入的6倍，净获益达2.5亿英镑／年。
（2）对生产单位，配置故障诊断系统能延长设备检修周期，缩短维修时间，为制定合理的检测维修制度提供基础，可极大地提高经济效益。
例如，石化系统的30x104t合成氨厂，过去每年需大修一次，需时45天，检修费用占年产值15％。
采用故障诊断后改为三年内修二次，一次不到30天，检修费用降为年产值的10％，经济效益十分显著。
又如一个装机容量100x104kW的电厂，每天发电2400x104kW时，产值几百万元，如对各台机组都能延长维修周期，每年缩短检修时间以10天计，则带来的经济效益可达几千万元之巨。
许多实例都说明实施故障诊断的经济效益是显著的。
（3）宏观上从全社会生产的角度看，花费的设备维修费用是一笔巨大的数目，而实施故障诊断带来的经济效益是巨大的。
例如美国1980年税收总额为7500亿美元，而花费在工业设备维修亡的费用达到2460亿美元。
根据专家分析，在这2460亿美元中，有将近1／3，即750亿美元是浪费掉的，这是由于不恰当的维修方法，包括缺乏正确的状态临测和故障诊断所造成的。
我国的情况是，1987年我国国营公交企业有40万个以上，总固定资产约7000亿元，每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的3％～5％。
采用诊断技术改善设备维修方式和方法后，一年取得的经济效益达数百亿元。
从上面的分析可以看出，设备故障诊断技术在保证设备的安全可靠运行，以及获取很大的经济效益和社会效益上，其意义是十分明显的。
三、研究内容、设计方案及研究展望
1、研究内容
研究机械设备故障的原因并做了比较详细的介绍，表明了机械设备当中的故障是不可避免的。
在原材料方面，材料有可能会存在缺陷。
在工艺方面，工艺规划的不准确性。
在运动过程中大载荷冲击振动，会引起构件之间的摩擦。
而随着运行时间的延长磨损疲劳、腐蚀、偶发性小过载都是会使设备出现失常，动力性，可靠性，经济性都下降从而使机械设备丧失正常的工作能力。
机械设备的故障原因主要有因疲劳造成的变形、断裂而出现功能异常。
因腐蚀造成变形、断裂。
因磨损诱发碎屑造成的障碍。
因过载而使材料内部发生摩擦等。
这些种种原因都可以成为设备故障的原因。
在应对的方面，可以进行预防维修制或者是定期的检修，这些都可以使设备在良好的工作状态下运行。
以及在设备良好的条件下对设备进行保养，使设备的使用寿命增大。
在表面处理方面，可采用表面覆盖技术、电化学保护技术、添加缓腐剂、表面涂塑料、镀铬等来减少环境或者其他条件对机械设备的干扰。
由于各种自然或非自然因素的影响与侵蚀，任何一种机械设备，在使用过程中都难免或轻或重地出现磨损、变形、断裂或腐蚀等机械性损伤，也就必然离不开修复技术。
文章从磨损、变形、断裂、或者腐蚀等方面说明这些事项对机械设备所造成的威险。
进一步说明了机械设备故障的必然性。
在后半段当中论述这些对机械故障造成威胁的事项的相应对策。
并且简单论述设备在运行中保养、维修方式。
本文首先对机械设备故障进行介绍，在此基础上，提出了本文的主要研究内容和研究方法。
对机械设备故障原因进行详细介绍，并研究讨论不同故障的对策。
2、设计方案
采用机械设备维修理论的知识，对不同机械故障进行分析并提出相应措施。
3、研究展望
本次设计内容主要包括：
各种不同的机械设备故障原因及相应的对策。
随着计算机技术、嵌入式技术以及新兴的虚拟仪器技术的发展，故障诊断装置和仪器己经由最初的模拟式监测仪表发展到现在的基于计算机的实时在线监测一与故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。
这类系统一般具有强大的信号分析与数据管理功能，能全面记录反映机器运行状态变化的各种信息，实现故障的精确诊断。
随着网络技术的发展，远程分布式监测诊断系统成为目前的一个研究开发热点。
四、课题研究计划
阶段
任务
时间
课题意义
加深对机械设备故障的理解，巩固提高所学理论专业知识，培养综合应用技能、建立创新意识、分析解决实际问题能力的目的。
2011.10.11～2011.11.15
论文准备
收集并阅读相关机械设备故障原因与对策的系统资料
2011.11.15～2011.12.10
论文撰写
论文撰写
2012.2.11～2012.2.24
论文答辩
论文答辩
2012.2.25～2012.3.7
毕业设计（论文）
题目数控铣床铣削编程与操作设计
学生姓名黄磊
学号2009376204
专业数控技术
班级20093761
指导教师杜鹏程
评阅教师
完成日期2012年2月18日
论文/设计/报告原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文/设计/报告是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了论文/设计/报告中特别加以标注引用的内容外，本论文/设计/报告不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
论文/设计/报告版权使用授权书
本论文/设计/报告作者完全了解学校有关保障、使用学位论文/设计/报告的规定，同意学校保留并向有关论文/设计/报告管理部门或机构送交论文/设计/报告的复印件和电子版，允许论文/设计/报告被查阅和借阅。
本人授权省级优秀论文/设计/报告评选机构将本论文/设计/报告的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文/设计/报告。
本论文/设计/报告属于
1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：
年月日
导师签名：
年月日
目 录
摘 要1
目 录1
1设计说明书1
1.1绪论1
1.1.1数控加工2
1.1.2数控编程及其发展2
1.2工艺分析与选择3
1.2.1零件图工艺分析3
1.2.2确定装夹方案3
1.2.3确定加工顺序4
1.2.4刀具选择4
1.2.5切削用量选择5
1.2.6拟定数控切削加工工序卡6
1.3主要加工程序7
1.3.1确定编程原点7
1.3.2按工序编制各部分加工程序:
注（用西门子系统）7
1.4主要操作步骤12
设计小结14
致谢15
参考文献16
数控铣床铣削编程与操作设计
学生：
黄磊
指导老师：
杜鹏程
（三峡电力职业学院）
摘要：
大家都知道，数控加工是目前的一门新的专业，热门专业，数控加工程序是有多道复杂的程序组成的，这就为我们学习带来不便，为了使学习更方便，使用，更加有条理，我们编写了这份典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计，希望为大家的工作、学习带来方便。
我的这份毕业设计包括设计任务书、摘要、前言、设计说明书等多个部分。
设计的主要是内容是对我们机械类加工日常加工中常见的工件取其中的一典型零件进行系统的编程与操作设计，从数控加工前应做的准备开始到数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、数控铣削加工、数控加工中心编程及自动编程技术等内容等数控加工时应注意的问题做了一一的说明。
其中数控机床我们现在用的是西门子系统的，包括编程语言到是西门子系统的。
由于我们学习的时间不是很长，我们对设计的完成还不是很完善。
希望老师原谅。
关键词：
加工工艺分析，刀具选择，工序确定，工件装夹，数控编程
1设计说明书
1.1绪论
毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节，是评价我们是否是一个合格的大学生的一个很重要的标准，因此在做毕业设计时，我都是怀着很重视的态度去做的。
在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，我们从没有做过这样的任务，经过几天的调查研究，我发现数控加工是机电行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。
它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。
随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。
同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。
随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。
由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。
随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区（如广东，浙江、江苏、山东），数控人才更是供不应求，所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。
要成为数控编程员就要具备：
掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如uc、ProE等；熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。
经过两个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，两个多月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学到了很多，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等等。
1.1.1数控加工
数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件——机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。
1.1.2数控编程及其发展
数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。
在机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开与关、变速、换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质上；最后输入到书空机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。
因此，把从零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。
数控编程一般分为手工编程和自动编程两种，下面分别介绍：
（1）手工编程
手工编程是指程序编制的整个过程步骤几乎全部是由日人工来完成的。
对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错的机会较少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。
但是工件复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等表面，或工件加工程序比较长的，使用手工编程将十分烦琐、费时，而且容易出现错误，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况，影响数控机床的开动率，此时必须用自动编程的方法编制程序。
（2）自动编程
自动编程有两种：
APT软件编程和CAM软件编程。
APT软件是利用计算机和相应的处理程序后置处理程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。
在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工方案外，（有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动完成。
编写人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕显示模拟加工过程并及时修改，直至自动输出数据加工纸带，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。
CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算前置处理，在屏幕上形成加工轨迹及时修改，再通过后置处理形式加工程序输入数控机床进行加工。
自动编程的出现使得一些计算烦琐手工编写很困难的或手工无法编出的程序都能实现。
本设计根据零件的具体加工位置和零件的工艺特点，可以选择手工编程，也可以利用计算机进行自动编程。
1.2工艺分析与选择
1.2.1零件图工艺分析
该零件图主要由平面、孔系及外轮廓组成，内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔及光学加工方法，中间¢40孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，可采用钻——粗镗——精镗方案，两端¢13mm和¢20mm孔处没有尺寸公差要求，可采用自由尺寸公差IT11-IT12处理，表面粗糙度要求不高，可采用钻¢13mm——扩孔¢20mm的方案；平面轮廓常采用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。
在本设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求Ra6.3mm,可采用粗铣——精铣的方案，选择以上方法完全可以保证尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求。
1.2.2确定装夹方案
由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸根据零件的结构特点加工上表面，加工¢60mm外圆及其台阶面和孔系时可选用一面两孔定位方式，即以底面、¢4H7和一个¢13mm孔定位，如图2-5示，选择上述装夹方式结构相对简单并且能达到加工要求，便于实施。
1.2.3确定加工顺序
加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。
按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，即粗加工定位基准面（底面）——粗、精加工上表面——¢60mm外圆及其台阶面——外轮廓铣削——精加工底面并保证尺寸40mm.
1.2.4刀具选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
因为在选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
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，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。
曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。
表2-1设计中刀具的选择表：
序号
刀具编号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径/mm
备注
1
T01
¢125mm硬质合金端面铣刀
1
铣削上下表面
0.5
2
T02
¢63硬质合金立铣刀
1
铣削¢60外圆极其台阶面
3
T03
¢38钻头
1
钻¢40底孔
4
T04
¢40镗铣刀
1
镗¢40内孔表面
0.2
25*25
5
T05
¢13钻头
1
钻2*¢22螺孔
0.2
7
T07
¢25硬质合金立铣刀
1
铣削外轮廓
0.2
编制
审核
批准
日期
1.2.5切削用量选择
切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。
切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。
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，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，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。
孔系加工切削用量见表2，该零件材料切削性能较好，铣削平面、¢60mm外圆及其台阶面和外轮廓面时，留0.5mm精加工余量，其次一刀完成粗铣。
确定主轴转速时，先查切削用量手册，硬质合金铣刀加工铸铁（190-260HB）时的切削速度为45-90m/min，取v=70m/min,然后根据铣刀直径计算主轴转速，并填入工序卡中（若机床为有级调速，应选择与计算结果接近的转速）。
N=1000v/3.14D
确定进给率时，根据铣刀齿数、主轴转速和切削用量手册中给的每齿进给量，计算进给速度并填入工序卡片中：
Vf=Fn=Fn×Zn
背吃刀量的选择应根据加工余量确定。
粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。
在中等功率的机床上，背吃刀量可达8-10mm。
半精加工时，背吃刀量取为0.5-2mm。
精加工时背吃刀量取为0.2-0.4mm.
表2-2孔系加工刀具与切削用量参数
刀具编号
加工内容
刀具参数
主轴转速S
/（r/min）
进给量f
/（mm/min）
背吃刀量Ap（mm/min）
01
¢38钻孔
¢38钻头
200
40
19
02
¢40H7粗镗
镗铣刀
600
40
0.8
¢40H7精镗
镗铣刀
500
30
0.2
03
2mm*¢13钻孔
¢13钻头
500
30
6.5
1.2.6 拟定数控切削加工工序卡
把零件加工顺序、所采用的刀具和切削用量等参数编入表3所示的加工工序卡中以指导编程和加工操作。
表2-3数控加工工序卡
单位名称
三峡电力职业学院
产品名称代号
零件名称
零件图号
数控技术毕业设
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