六边型腔零件的数控加工工艺与编程毕业设计文档格式.docx
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这种总是跟在别人后面走的做法，必然受人约制，永远落在后面。
中国数控出路何在？
随着计算机技术日新月异的发展，基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。
在传统数控技术方面,我国处于相对落后的状态，开放式数控为我国数控产业的发展提供良好的契机，加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用，我国的数控产业才有发展壮大可能，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地。
福州大学机械工程及自动化学院坚持以加速用信息化带动工业化，促进制造业结构调整和优化升级，建设四川高水平的先进准备为宗旨，围绕制造业企业信息化、制造数字化、控制智能化和装备现代化的发展趋势及需求，大力加强开放式数控技术的研发和开发力争为我省适应经济全球化与信息化的挑战提供先进制造技术和装备。
1.2自动编程
自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成数控加工程序的过程。
它充分发挥了计算机快速运算和数控机床储存的功能。
其特点是采用简单、习惯的语言对加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按规则进行描述，再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理，产生出零件加工程序单，并且对加工过程进行模拟。
对于形状复杂，具有非圆曲线轮廓、三维曲线等零件编写加工程序，采用自动编程方法效率高，可靠性高。
在编程过程中，程序编制人可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改。
由于使用计算机代替编程人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了书写程序单等工作量，因而可提高编程效率几十倍乃至上百倍，解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。
现在我国通常使用proengineer、UG、MasterCAM等。
1.3MasterCAM介绍
MasterCAM软件是美国CNCSoftware，INC所研制开发的CAD/CAM系统，是最经济有效的全方位的软件系统。
包括美国在内的各工业大国皆一致采用本系统，作为设计、加工制造的标准。
MasterCAM为全球PC级CAM，全球销售量第一名，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统，以美国和加拿大教育单位来说，共计有2500多所高中、专科大学院校使用此来作为机械制造及NC程序制作，在中国大陆及台湾，其业界及教育单位亦有领先地位。
它有一下特点：
1、MasterCAM除了可产生NC程序外，本身也具有CAD功能（2D、3D/图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件（DrawingExchangeFile）、CADL文件（CADkeyAdvancedDesignLanguage）及IGES文件（InitialGraphicExchangeSpecification）等转换到MasterCAM中，再生成数控加工程序。
2、MasterCAM是一套以图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件，以便将刀具路径文件（NCI）转换成相应的CNC控制器上所使用的数控加工程序（NC）代码。
如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。
3、MasterCAM能预先依据使用者定义的刀具、进给量、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可以从NC加工程序（NC）代码转换成刀具路径图。
4、MasterCAM系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规划尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。
5、提供RS-232C接口通讯功能及DNC功能。
1.4MasterCAM的主要功能
1.4.1三维设计系统
完整的曲线功能：
可设计、编辑复杂的二维、三维空间曲线。
还能生成方程曲线。
尺寸标注、注释等也很方便。
强大的曲面功能：
采用NURBS、PARAMETRICS等数学模型，有十多种生成曲面方法。
还具有曲面修剪、曲面间等（变）半径倒圆角、导角、曲面偏置、延伸的编辑功能。
崭新的实体功能：
以PARASOLID为核心，倒圆角、抽壳、布尔运算、延伸、修剪等功能都很强。
可靠的数据交换功能，可转换的格式包括：
IGESSAT（ACISSOLIDS）、DXF、CADL、VDA、STL、DWG、ASCII。
并可读取Parasolid、HPGL、CATIA、PRO/E、STEP等格式的数据文件。
1.4.2铣床2D加工系统
完整三维设计系统。
外形铣削：
外形可以是空间的任意曲线。
型腔加工：
加工方式多达8种以上。
提供清角及残料加工功能。
可斜线及螺旋式入刀、退刀。
容许斜壁机不同高度、斜度的岛屿，可面铣岛屿。
实体加工：
在实体上自动确定加工外形参数。
钻孔、镗孔、螺纹加工。
可定义刀具库、材料库等。
对刀具路径作图形编辑，可对NC、NCI作修改、平移、旋转、放大、缩小等编辑。
可做身体切削模拟，支持4轴加工。
可用各种CNC控制器，DNC传输。
1.4.3铣床2.5D加工系统
完整三维绘图系统。
完整的铣床2D加工系统。
刀具路径可投影至斜面、圆锥面、球面及圆筒面。
单一曲面的粗、精加工。
直面曲面、扫描曲面、旋转面加工方法。
具有程序过滤（Filter）功能。
1.4.4铣床3D加工系统
完整的铣床2D、2.5D加工系统。
多重曲面的粗加工及精加工。
等高线加工。
环绕等距加工。
平行时加工。
放射状加工。
插拉刀方式加工。
投影加工。
沿面加工。
1.4.5车铣复合系统
精车、粗车、螺纹加工。
径向切槽加工。
钻孔、镗孔。
C轴加工。
可产生切削循环指令。
可自定义刀具库及材料库。
自动计算刀具补正、过切侦测。
1.4.6线切割、激光加工系统
2—4轴上下异性加工。
自动、半自动图形对应能力。
自动清角功能。
无屑加工。
支持各种CNC控制器。
第二章绘制零件图
2.1零件图
本次毕业设计是根据下图进行绘制和自动编程：
2.2利用MasterCAM绘制零件图
打开文件菜单中的新建命令新建一个图形，按F9键显示坐标系。
使用画圆命令
在图层1中原点（0，0，0）处绘制一个R55的圆得到如图2-1。
图2-1
使用画N边形命令
，以坐标原点为中心点，画六变形外切圆半径为87.77/2得到图2-2。
图2-2
以点（43.405，0，0）为圆心，R12.5为半径画圆。
以（0，0，0）为圆心，R40为半径画圆。
点击倒圆角命令
半径为
。
点击T修剪/打断命令
剪去不需要的图素得到图2-3。
图2-3
单击“转换”→“旋转”，或
屏幕上提示：
旋转，选取图素去旋转，定义旋转中心点为坐标原点，旋转角度90°
如图2-4。
图2-4
以坐标原点（0，0，0）为圆心画半径分别为R10、R20的圆，点击修剪命令剪去不需要的图素得到完整的零件图2-5。
图2—5
第三章工艺分析
3.1数控铣削加工工艺基础
3.1.1加工顺序的安排原则
1.基准先行
工件上的工艺基准面，一般在工艺过程一开始就粗、精加工。
然后以加工出的基准定位，在进行工件的加工。
2.先粗后精
铣削加工按照粗铣—半精铣—精铣的顺序进行，最终达到图样要求。
粗加工应以最高的效率切除表面的大部分余量，为半精加工提供定位基准和均匀适当的加工余量。
半精加工为主要表面精加工做好准备，即打到一定的精度、表面粗糙度值和加工余量。
精加工后，应使各表面达到图样规定的要求。
3.先面后孔
平面加工简单方便，根据工件定位的基本原理，平面轮廓大而平整，所以以平面定位比较稳定可靠。
以加工好的平面为基准加工孔，这样不仅可以保证孔的加工余量较为均匀，而且为孔的加工提供稳定可靠的精基准；
另一方面，先加工平面，切出了工件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，可减少因毛胚凹凸不平而使钻孔时钻头引偏和防止扩、铰孔时刀具崩刀；
同时，加工中便于对刀和调整。
4、先主后次
主要表现先安排加工，一些次要表面因加工面小，和主轴表面有相对位置要求，可穿插在主要表面加工工序之间进行，但要安排在主要表面最后精加工之前，以免影响主要表面的加工质量。
3.1.2刀具参数选项卡
在该选项卡选取一把刀，设置进给率、主轴速度和其他一般刀具路径参数，该选项卡在大多数铣削和刨削刀具路径是相同的。
1.刀具显示窗。
显示一把现在加工群组使用的刀具，当刀具显示窗有各种操作的刀具，单击某刀具，就是当前操作用的刀具，在邮件菜单列表中单击新建刀具，可从刀库中增加刀具。
2.进给率。
设置进给率（英寸/每分钟或毫米/每分钟），是指刀具在工件上移动的速度，二维加工（除钻削），进给率是在X和Y方向移动（平行于刀具平面），当刀具接触工件材料后，使用G1、G2码命令的进给率移动。
3.刀具号码。
在NC加工程序中程序中显示刀号，刀具路径管理器在刀具图像后显示刀号，Mastercan用2作为刀具的起始号，在刀具号码文本框自动输入刀号。
4.主轴转速。
确定主轴每分钟的旋转速度，Mastercam根据加工群组属性计算一个缺省值，但是不要该值，按经验输入一个值。
5.刀长补正。
刀号位置可使用后处理器，在控制器中去选取长度补正寄存器。
控制定义如何使Mastercam计算缺省选项在此显示，输入一个不同值去代替。
6.刀径补正。
在刀号位置可使用后处理器，在控制器中去选取直径补正寄存器。
3.2零件的几何特征
本次论文零件由平面、轮廓、槽、孔组成，其几何形状为平面二维图形，零件的外轮廓为圆形，型腔尺寸精度为未注公差取公差中等及±
0.1表面粗糙度为3.2um，需采用粗、精加工。
台阶的表面粗糙度为1.6um。
3.3加工工序
毛胚为115mm×
115mm×
15mm板材，工件材料为45钢，根据图样要求其加工工序为：
1）平面铣削，选用φ20的立铣刀，加工面大，可以提高加工效率。
2）钻孔加工，选用φ20的直柄麻花钻。
3）粗加工φ110圆外形，选用φ20的立铣刀。
4）精加工φ110圆外形，选用φ20的立铣刀。
5）粗加工凸台外形，选用φ20的立铣刀。
6）精加工凸台外形，选用φ20的立铣刀。
7）粗加工梅花型腔，φ8的三刃立铣刀。
8）精加工梅花型腔，φ8的三刃立铣刀。
3.4各工序刀具及切削参数选择
根据以上描述确定各工序铣削参数如下表：
序号
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速
r/min
进给速率
mm/min
类型
材料
1
平面铣削
T01
φ20立铣刀
硬
质
合
金
1500
80
2
钻孔加工
T02
φ20麻花钻
50
3
粗加工φ110外形
T01
1800
180
4
精加工φ110外形
5
粗加工六边形凸台
6
精加工六边形凸台
7
粗加工凹型腔
T03
φ8立铣刀
100
8
精加工凹型腔
60
第四章刀具路径创建
4.1平面铣削刀具路径创建
4.1.1平面铣削参数
1.曲线打断成线段的误差值：
当在图形中从曲线转换为直线时，较小的误差值，生成更精确的刀具路径。
2.Z方向预留量：
在Z轴方向的刀具路径预留量是给精加工使用的，如创建的一个挖槽刀具路径。
3.步进量：
在X,，Y轴方向测量两个切削间的距离。
4.步进量百分比：
在X，Y轴方向先设置在两切削间距离用一个刀具直径的百分比，它能自动计算步进量的值。
5.自动计算角度（与最长的边平行）：
自动确定粗切角度，若毛坯宽大于高，粗切角度为0度，若毛坯高大于宽，粗切角度为90度。
6.两切削的位移方式：
有三种：
高速回圈、线性进给、快速位移。
7.两切削间的位移进给率：
在两切削间允许线性和圆弧进给有一个不同的进给率依赖于不同的刀具路径，它只在告诉回圈、线性进给中才能使用。
8.截面方向超出量：
设置刀具在垂直于粗加工角度的超出毛坯量，输入一个刀具直径的百分比作为截面方向的超出量。
9.切削方向超出量：
设置刀具在平行于粗加工角度的超出毛坯量，输入一个刀具直径的百分比作为切削方向的超出量。
10.进刀引线长度;
增加一个额外的距离在第一刀开始切削的位置，输入一个刀具直径的百分比作为进刀引线距离或一个绝对距离。
11.退刀引线长度;
增加一个额外的距离在最后终结的切削位置，输入一个刀具直径的百分比作为退刀引线距离或一个绝对距离。
4.1.2平面铣削操作步骤
单击菜单“命令转换”→“串联补正”。
或
选择串联方法，串联图素为φ110的圆，串联距离为10mm如图4-1。
图4-1
选择机床类型—铣床—系统默认，单击刀具路径选取平面铣削刀具路径如图4-2。
图4-2
选择串联方式，串联φ130的圆，系统弹出平面铣削对话框。
单击刀具库选取φ20的平底刀，设置相应的刀具参数，进给率为80，转速为1500，下刀速度为800，选择快速提刀方式如图4-3。
图4-3
当刀具参数设置好后，点击第二栏“平面铣学参数”深度栏设置深度为-1，其余数据保留原值如图4-5。
图4-5
确定一系列参数后，系统自动生成刀具路径如图4-6，然后通过单击按钮
影藏刀具路径。
图4-6
4.2钻孔加工
4.2.1钻孔
钻孔是机械加工中使用较多的一个工序，钻孔的类型有：
钻孔/锪钻、步进钻孔、断屑钻孔、攻丝、镗孔。
钻孔加工有以下三个步骤：
1）选取钻孔的位置：
在刀具路径菜单单击钻孔刀具路径，显示选取钻孔上网点对话框，选取钻孔点，有几种不同方法：
自动选取、选取图素、窗选、限定圆弧。
2）输入钻孔的参数：
选取钻孔点之后，选取钻头，输入一般刀具路径，如进给率和速度，钻孔深度等。
3）编辑钻孔参数：
创建操作后，可使用钻削管理器，可分别编辑每个钻削点，可增加和删除钻削点。
4.2.2钻孔刀具路径
单击“刀具路径”→“钻孔刀具路径”，显示选取钻孔的点对话框，用鼠标单击坐标原点为钻孔点，钻孔图素定义为φ20的圆，如图4-7。
图4-7
单击对话框的确定，关闭对话框，显示简单钻孔刀具参数选项卡，单击刀具过滤，选择钻头，打开刀具库选择φ20的钻头，进给率为50，转速为1500，如图4-8。
图4-8
单击简单钻孔第二栏“
”设置加工深度为-11其余的参数保持原有值不变如图4-9。
图4-9
单击简单钻孔第三栏“简单钻孔自定义参数”保持原有参数不变，鼠标单击确定，关闭简单钻孔窗口，如图4-10，单击
图4-10
4.3外形铣削
外形刀具路径是串联一条外形边界曲线，沿外形边界的刀具路径切除工件上的毛坯材料，外形铣削刀具只跟随一个串联，对一个封闭区域内进行加工。
可为每个刀具路径选取多次串联，来创建二维或三维刀具路径。
4.3.1加工φ130外形
单击“刀具路径”→“外形铣削刀具路径”，显示串联选项对话框，选取串联方式，点击φ130的圆，方向由“左手定则”确定，如图4-11所示。
图4-11
点击确定，关闭串联选项对话框，弹出“外形2D”，点击刀具过滤，选取平底刀，设置刀具为φ20的平底刀，设置刀具参数转速为1800，进给率为180，下刀速度为800，选择快速提到，如图4-12。
图4-12
单击“外形（2D）”第二栏“外形铣削参数”，设置外形铣削参数，深度为-11，单击分层铣削，设置最大粗切量为2.0，不提刀，如图4-13。
图4-13
4.3.2粗加工φ110外形
单击“刀具路径”→“外形铣削刀具路径”，显示串联选项对话框，选取串联方式，点击φ110的圆，方向由“左手定则”确定，点击确定，关闭串联选项对话框，弹出“外形2D”，点击刀具过滤，选取平底刀，设置刀具为φ20的平底刀，设置刀具参数转速为1800，进给率为180，下刀速度为800，选择快速提到，单击“外形（2D）”第二栏“外形铣削参数”，设置外形铣削参数，深度为-11，XY方向预留量为0.1，单击分层铣削，设置最大粗切量为2.0，不提刀，如图4-14。
图4-14
单击确定，自动生成刀具路径，单击
4.3.3精加工φ110外形
单击“刀具路径”→“外形铣削刀具路径”，显示串联选项对话框，选取串联方式，点击φ110的圆，方向由“左手定则”确定，点击确定，关闭串联选项对话框，弹出“外形2D”，点击刀具过滤，选取平底刀，设置刀具为φ20的平底刀，设置刀具参数转速为1800，进给率为80，下刀速度为800，选择快速提到，单击“外形（2D）”第二栏“外形铣削参数”，设置外形铣削参数，深度为-11，XY方向预留量为0.0，单击分层铣削，设置最大粗切量为2.0，不提刀，如图4-15。
图4-15
4.3.4粗加工六边形凸台
单击“刀具路径”→“外形铣削刀具路径”，显示串联选项对话框，选取串联方式，点击六边形，方向由“左手定则”确定。
如图4-16。
图4-16
点击确定，关闭串联选项对话框，弹出“外形2D”，点击刀具过滤，选取平底刀，设置刀具为φ20的平底刀，设置刀具参数转速为1800，进给率为180，下刀速度为800，选择快速提刀。
单击“外形（2D）”第二栏“外形铣削参数”，设置外形铣削参数，深度为-11，XY方向预留量为0.1，单击分层铣削，设置最大粗切量为2.0，不提刀，其它参数保持不变。
如图4-17。
图4-17
4.3.5精加工六边形凸台
单击“刀具路径”→“外形铣削刀具路径”，显示串联选项对话框，选取串联方式，点击六边形，方向由“左手定则”确定，点击确定，关闭串联选项对话框，弹出“外形2D”，点击刀具过滤，选取平底刀，设置刀具为φ20的平底刀，设置刀具参数转速为1800，进给率为80，下刀速度为800，选择快速提到，单击“外形（2D）”第二栏“外形铣削参数”，设置外形铣削参数，深度为-6，XY方向预留量为0.0，单击分层铣削，设置最大粗切量为2.0，不提刀，如图4-18。
图4-18
4.4挖槽加工
使用挖槽加工刀具路径，从封闭边界内切削清除工件槽内的材料，Mastercam为粗、精加工挖槽提供了许多选项。
4.4.1粗加工凹型腔
单击“刀具路径”→“挖槽刀具路径”显示串联选项对话框，选串联，单击φ40的圆，再单击梅花型曲线，方向由“左手定则确定”如图4-19。
图4-19
点击确定，取消串联选项对话框，弹出挖槽（标准挖槽）对话框，单击刀具库，选取φ8的平底刀，设置参数，刀号为T03，进给率为100，转速为1500，下刀速度为800，快速提刀，如图4-20。
图4-20
单击挖槽（标准挖槽）对话框第二栏“2D挖槽参数”设置挖槽参数，速度为-6，XY方向预留量为0.1，单击分层铣深，设置最大粗切速度为2.0，不提刀，其余参数保持原有值不变，如图4-21。
图4-21
单击挖槽（标准挖槽）对话框第三栏“精切/精修的参数”单击螺旋式下刀，设置相应参数如图4-22。
图4-22
点击确定，关闭螺旋/斜插式下刀参数。
切削方式选取螺旋切削
，取消精修。
点击确定，系统自动生成挖槽刀具路径如图4-23，点击影藏刀具路径
图4-23
4.4.2精加工凹型腔
单击“刀具路径”→“挖槽刀具路径”显示串联选项对话框，选串联，单击φ40的圆，再单击梅花型曲线，方向由“左手定则确定”，点击确定，取消串联选项对话框，弹出挖槽（标准挖槽）对话框，单击刀具库，选取φ8的平底刀，设置参数，刀号为T03，进给率为60，转速为1800，下刀速度为800，快速提刀，单击挖槽（标准挖
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