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数控毕业设计
江苏信息职业技术学院
毕业设计报告
课题：
基于侧板零件的工艺分析、夹具设计及加工
系部：
机电工程系
专业名称：
数控技术
班级：
数控112
学号：
**********
姓名：
张，，，
********
完成时间：
2013年12月10日
摘要
数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光电机技术等于一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。
用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床成为数控（CN）机床。
数控系统包括：
数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。
由于数控加工采用计算机数控系统的数控机床，使得数控加工与普通加工相比具有加工自动化高、加工质量稳定、生产效率高、生产周期短、设备使用费用高等特点。
本论文主要介绍了对侧板零件的工艺分析及夹具的设计，所以工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。
数控加工工艺不仅包括详细的切削加工步骤和所用工装夹具的装夹方案，还包括刀具的型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。
在自动编程中更需要确定详细的各种加工工艺参数。
制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑进给速度对加工零件的影响。
在数控加工中，刀具的移动轨迹是由插补运算完成的。
根据插补原理分析，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低，导致工件的轮廓形状精度越差。
尤其在高精度加工时，这种影响越明显，通过对侧板零件的数控加工工艺与编程设计，让我对工艺有了更近一步的了解，看到自己的不足。
关键词：
数控技术、夹具设计及编程
2.3选择并确定工艺装备
2.3.1机床选择6
2.3.2装夹方案及夹具的选择6
2.4刀具的选择10
2.5切削用量选择11
2.6切削液选择13
3.1程序设计
3.1.1机床坐标系14
3.1.2工件坐标系14
3.1.3绝对坐标与相对坐标14
3.1.4辅助功能15
3.1.5G52局坐标系的应用16
3.2案例零件侧板的实体造型20
第一章概述
1.1数控技术简介
1.1.1数控技术是制造业的重要基础
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国家经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和间断工业的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于市场什么。
而在于这样生产，用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
因此，专家们预言：
机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性话、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物资手段；是国防现代化的重要战略物资；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
根据国家经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。
1.1.2数控技术的发展趋势
早期的数控系统采用穿孔纸带传送加工程序，由专用数控装置读入加工代码、进行识别、储存和计算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。
70年代中期小型计算机出现由于其较低的价格，高超的数据处理和输入输出功能，使它迅速应用到数控机床的控制系统中，出现所谓计算机数控（CNC）和直接数控（DNC）系统。
九十年代以来，计算机技术的发展日新月异，通用计算机从8位机，已发展到奔腾时代。
其速度和功能已比当年的8位机快了几百倍。
使得在通用微机上以软件方式可以实现各种数
控功能，数控技术发生了深刻变化。
PC机上的丰富软件资源、友好的人机界面，是其他数控系统所无法比拟的。
基于微机的开放式数控系统已成为世界数控技术的发展潮流，以PC机为平台的数控技术的应用范围迅速扩大。
随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝着高新能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
但最重要的发展趋势就是采用“PC+运动控制器”的开放式数控系统，它不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。
美国将其称为新一代的工业控制器，日本称其将带来第三次工业革命。
第二章零件的工艺分析
本次毕业设计是根据下图进行绘制和自动编程：
图2-1零件图
2.1零件图纸工艺分析
读图2-1可知，零件图纸技术要求分析。
该零件为半成品，大批量生产。
要求数控铣削外形轮廓、孔、曲形槽，零件形状以二维线框为主，比较符合二维加工特点。
从备料尺寸来看，上下平面均不需要加工。
零件的材料为铜合金，切削加工性能较好。
2.2加工工艺路线设计
该侧板加工案例零件的加工顺序按照先主后次、先粗后精的原则确定。
即先加工2xØ13mm孔后铣削外形轮廓及曲形槽。
零件毛坯为金属板，因此孔的加工在实体上加工的，为防止钻头钻偏，需先用中心钻钻导向孔（中心孔），然后再钻孔。
为保证2xØ13H7mm孔的精度，所以需钻中心钻——钻孔——粗铣（扩孔）——精铣孔至尺寸。
然后以孔定位铣削零件外形轮廓及曲形槽，为保证尺寸精度，按先粗后精的原则加工至尺寸。
为使侧板各加工面具有良好的加工表面质量，采用顺铣方式切削，即对外轮廓按顺时针方向铣削，对内轮廓按逆时针方向铣削。
2.3选择并确定工艺装备
2.3.1机床选择
该侧板加工案例零件规格不大、重量不重、批量生产、需数控加工的工序多且个别加工部位的加工精度和表面粗糙度要求较高，为保证产品加工质量和加工效率，应采用精度较好的加工中心。
本设计选用FANUC18i-MateMC系统XH714立式数控加工中心
2.3.2装夹方案及夹具的选择
为了保证加工精度、提高生产效率、减轻工人劳动强度、适应大批量生产需要、在机械零件的制造过程中往往要借助于专用夹具。
数控铣削对夹具的基本要求
1）为保持工件在本工序中所以需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做的尽可能敞开，夹具上的一些组成件（如定位块、压板、螺栓等）不能与刀具运动轨迹发生干涉。
因此，夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与数控铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。
2）为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应不仅能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。
3）夹具刚性与稳定性要好。
夹紧力应力求靠近主要支撑点或刚性好的地方，不能引起零件夹压变形。
尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。
4）夹具结构应力求简单，装卸方便，夹紧可靠，辅助时间尽量短。
根据案例零件特点，零件毛坯为金属板，因此可将零件直接安装在固定夹具上，采用压板进行夹压，加工出孔2xØ13mm。
在案例零件加工前，先找正固定夹具，并在固定夹具上加工出2xØ13mm两个定位孔（注：
配合位销），孔距为24.4±0.015mm，夹具平面度在0.03mm以内，两定位销孔的中心线与机床Y轴平行，夹具平面要保证与机床工作台面平行，利用百分表进行检查。
案例零件2xØ13mm孔的加工在夹具上的装夹示意如图2-2所示
1.零件2.压板3.螺栓4.固定夹具
图2-2采用调换压板，一次装夹完成的装夹示意图
案例零件的2xØ13mm孔加工完成后，该零件的定位可先采用“一面两销（两孔）”定位，即以底面A以及Ø13mm两个基准孔作为定位基准，配以带螺纹的定位销进行定位和压紧。
由于此工件同轴度要求比较高，假说二次装夹，就达不到图面要求了。
因为，二次装夹总有装夹误差，所以我采用二次装夹，一次完成，也就是说，就加工好内腔，然后，先用园柱带定位面的螺钉压紧零件，然后，再松外面的压板，然后调用加工外型的程序，铣削零件外轮廓及曲形槽。
“一面两销”是箱体类、支架类零件的常用定位方式，过去设计的夹具在装配调试时往往要花费很多时间和精力，经常出现的问题是工件不好安装，需要重新修配定位销。
这样不仅夹具的制造周期长，而且由于定位销被反复拆装，其装配精度降低，从而影响加工精度的保持性。
要解决这个问题，需从定位销的设计着手。
按常规方法设计制造的夹具，在使用时往往会发生工件上的定位孔与夹具上的定位销干涉的现象。
究其原因主要有以下3点：
（1）定位孔具有形状误差
（2）定位孔与定位平面具有垂直度误差
（3）工件上两定位孔轴线具有平行度误差
因此为满足工件装卸方便就必须使定位孔与定位销之间留有足够的间隙，即当工件以“一面两孔”定位时，夹具上的对应定位元件是“一面两销”，在“两销”中，都采用削边销，从而达到避免过压。
数控铣削案例零件外形轮廓及曲形槽在夹具上的装夹示意如图2-3，具体见图2-4
1.螺栓2.削边销3.零件4.固定夹具
图2-3零件的定位采用“一面两销（两孔）”定位，配以带螺纹的定位销进行定位和压紧的装夹示意图
图2-4实际加工时的装夹照片
2.4刀具的选择
刀具选择主要根据加工零件余量大小、结构特点、材质、热处理、加工部位、尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求，结合刀具材料，正确合理地选择刀具。
该案例零件根据上述加工工艺路线设计得知，2xØ13Hmm孔采用钻孔——粗铣（扩孔）——精铣孔方案，所以选择中心钻、麻花钻、6mm立铣刀；
零件外形轮廓及曲形槽，为保证尺寸精度，按先粗后精的原则加工至尺寸，所以选择6mm立铣刀、3mm立铣刀。
2.5切削用量选择
切削用量先择的标准是：
在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具寿命并充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。
从保证刀具寿命的角度出发，铣削切削用量的选择方法是先选择背吃刀量（或侧吃刀量），其次确定进给速度，最后确定切削用量。
根据加工零件材料、加工表面质量要求和所选刀具，参考切削用量手册，选取切削线速度与每转进给量，然后根据有关公式计算出主轴转速与进给速度，最后将计算结果填入数控加工工序卡中。
具体切削量详见侧板加工案例的数控加工工序卡。
侧板数控加工工艺卡
数控加工工艺卡
零件名称
铝侧板
材料
铝
毛坯尺寸
80140
设备名称
FANUCMD
i
第1页
刀具
补偿
切削参数
加工参数
序号
加工内容
刀号
名称
直径
mm
刀具齿数
长度
半径
切削速度
V（m/min）
主轴转速
S（r/min）
每转进给
f（mm/r）
进给速度
F（mm/min）
程序号
子程序号
1
粗铣2x13mm孔
T01
立铣刀
6
2
H01
100
3800
0．1
1500
O0001
2
精铣2x13mm孔
T02
立铣刀
6
1
H02
100
2500
0.15
1000
O0002
3
粗铣零件外轮廓
T03
立铣刀
6
2
H03
80
4000
0.1
1500
O0003
4
精铣零件外轮廓
T01
立铣刀
6
2
H01
100
3800
0.1
1500
O0004
5
分层铣削3mm曲形槽
T03
立铣刀
3
2
H03
100
4000
0.2
1500
O0005
6
倒圆角R1
T04
立铣
5
1
H04
150
3500
0.2
1800
O0006
2.6切削液选择
合理的选择切削液可以改善工件与刀具间的摩擦状况降低切削力和切削温度，减轻刀具摩损减小工件的热变形，从而可以提高刀具耐用度提高加工效率和加工质量。
切削液具有冷却、润滑、清洗、防锈的作用，因此在数控加工中使用切削液是一个必须的选择。
常用的冷却液主要有三种表3.5所示：
冷却液名称
主要成份
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却、防锈
乳化液
水、油、乳化剂
冷却、润滑、清洗、防锈
切削油
矿物油、动植物油、
极压添加剂或油性
润滑、防锈
表3.5常用冷却液
切削液应根据工件材料，刀具材料，加工方法和技术要求等具体情况进行选用。
下述几条供参考：
（1）高速的刀具红硬性差，需采用切削液，硬质合金刀具红硬性好，一般不加切削液；若硬质合金刀具使用切削液，必须连续、充分的浇注；不能间断。
（2）切削铸铁和铝合金时，一般不用切削液。
因为，铸铁屑是粉末状的，一旦遇到油，就相当于研磨膏，要是设备防护效果不好的，对机床导轨损伤很大，如要使用切削液，选用煤油为宜。
（3）粗加工时，以冷却为主，可选用水溶液或低浓度的乳化液，精加工时，主要以润滑为主，可选用切削油或浓度高的乳化液。
（4）低速加工时，可选用油性较好的切削油；重切削时，可选用极压切削液。
综上所述：
根据综合分析及成本核算，我选择乳化液为冷却液。
它的主要作用是：
冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。
第三章数控加工程序设计
3.1程序设计
3.1.1机床坐标系
机床的坐标系是右手坐标系。
主轴箱的上下运动为Z轴运动，主轴箱向上的运动为Z轴正向运动，主轴箱向下的运动为Z轴负向运动；滑座的前后运动为Y轴运动，滑座远离立柱的运动为Y轴的正向运动，滑座趋向立柱的运动为Y轴的负向运动；工作台的左右运动为X轴运动，面对机床，工作台向左运动为X轴的正向运动，工作台向右运动为X轴的负向运动。
3.1.2工件坐标系
工件坐标系（WorkpieceCoordinateSystem）固定于工件上的笛卡尔坐标系，是编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序起点的，该坐标系的原点可由使用人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系。
确定参考：
1工件坐标系坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致
2一般设定在工件的表面
3.1.3绝对坐标与相对坐标
运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系，称为相对坐标系（增量坐标系）。
所有坐标点的坐标值都是从某一固定坐标原点计量的坐标系，称为绝对坐标系。
3.1.4辅助功能
M代码
在机床中，M代码分为两类：
一类由NC直接执行，用来控制程序的执行；另一类由PMC来执行，控制主轴、ATC装置、冷却系统。
用于程序控制的M代码有M00、M01、M02、M30、M98、M99，其功能分别讲解如下：
M00………程序停止。
NC执行到M00时，中断程序的执行，按循环起动按钮可以继续执行程序。
M01………条件程序停止。
主要是因为加工的零件是非曲直一大组，在加工到一半时，需要检测一下零件，所以，要用有条件停止，确定零件符合公差，才往下再进行加工，NC执行到M01时，若M01有效开关置为上位，则M01与M00指令有同样效果，如果M01有效开关置下位，则M01指令不起任何作用。
M02………程序结束。
遇到M02指令时，NC认为该程序已经结束，停止程序的运行，并发出一个复位信号。
M30………程序结束，并返回程序头。
在程序中，M30除了起到与M02同样的作用外，还使程序返回程序头。
M98………调用子程序。
M99………子程序结束，返回主程序。
3.1.5G52局坐标系的应用
G52可以建立一个局部坐标系，局部坐标系相当于G54～G59坐标系的子坐标系。
格式：
G52 IP_；
该指令中，IP_给出了一个相对于当前G54～G59坐标系的偏移量，也就是说，IP_给定了局部坐标系原点在当前G54～G59坐标系中的位置坐标，即使该G52指令执行前已经由一个G52指令建立了一个局部坐标系。
取消局部坐标系的方法也非常简单，使用G52 IP0；即可。
当一个轮廓是由若干个相同的图形组成时，将其中一个图形编成子程序，用局部坐标系的指令调用若干次子程序，可以使程序编辑得简单。
相同轮廓的重复加工
在实际加工中，相同轮廓的重复加工主要有两种情况：
1、同一零件上相同轮廓在不同位置出现多次； 2、在连续板料上加工多个零件。
实现相同轮廓重复加工的方法
1、用增量方式定制轮廓加工子程序，在主程序中用绝对方式对轮廓进行定
位，再调用子程序完成加工。
2、用绝对方式定制轮廓加工子程序，并解决坐标系平移的问题来完成加工。
3、用宏程序来完成加工。
本案例零件大批量生产，适用多个相同零件加工在编程中应用广泛，采用局部坐标系使编程大大简化。
下面是运用G52实现对相同轮廓重复加工的孔加工的程序。
侧板零件加工程序
O0024（程序名）
G0G17G40G49G80G90（XY平面取消刀径补，刀长补）
G91G30Z0.（返回第二参考点）
G10G90L2P1X-450.1Y-200.1Z-350.0（程式执行中自动变更工件坐标系补正值）
T01M6（换刀）
G0G90G54X0Y0S3800M3（绝对编程，G54坐标系下快速移动到原点，转速3800r/min，主轴正转）
G52X0Y0M98P0001（建立子坐标系，调用子程序）
G52X85Y0M98P0001
G52X170Y0M98P0001
G52X0Y90M98P0001
G52X85Y90M98P0001
G52X170Y90M98P0001
M05（主轴停止）
G91G30Z0M09（返回第二参考点，切削液关）
M01（程序选择停止）
M00（程序暂停）
O0001（子程序）
G0G90X-10.45Y-34.75
G43H1Z20.M8（加刀长补，切削液开）
Z0.
G1Z-8.1F1000.
G42D4X-11.45（建立右刀补）
G2X-15.45Y-30.75R4.（......）
X15.45R15.45
X-15.45R15.45
X-11.45Y-26.75R4.
G1G40X-10.45
G0Z20.
Y26.75
Z0.
G1Z-8.1
G42D4X-11.45
G2X-15.45Y30.75R4.
X15.45R15.45
X-15.45R15.45
X-11.45Y34.75R4.
G1G40X-10.45
G0Z20.
M99
粗铣2x39孔
T01
6立铣刀
O0025
G0G17G40G49G80G90
G91G30Z0.
T03M6
G0G90G54X0Y0S4000M3
G52X0Y0M98P0005
G52X85Y0M98P0005
G52X170Y0M98P0005
G52X0Y90M98P0005（建立子坐标系，调用子程序）
G52X85Y90M98P0005
G52X170Y90M98P0005
M05
G91G30Z0M09
M01
M00
O0005
G0G90X-10.48Y26.75
G43H2Z20.M8
Z0.
G1Z-8.1F800.
G42D5X-11.48
G2X-15.48Y30.75R4.
X15.48R15.48
X-15.48R15.48
X-11.48Y34.75R4.
G1G40X-10.48
G0Z20.
Y-34.75
Z0.
G1Z-8.1
G42D5X-11.48
G2X-15.48Y-30.75R4.
X15.48R15.48
X-15.48R15.48
X-11.48Y-26.75R4.
G1G40X-10.48
G0Z20.
M99
精铣2x39孔
T03
6立铣刀
3.2案例零件侧板
结论
通过这次毕业设计，培养了我综合运用所学的基础理论课，计算基础课，专业课的知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一般工程技术问题的能力，使我建立了正确的设计思想，学会如何把三年所学的理论知识应用到实践当中去。
巩固编程的基础知识，还有利用G52进行批量零件的加工简化了程序，从而提高企业的效率。
对侧板零件夹具的设计，进一步巩固，扩大和深化了我所学的基本理论，基本知识和基本技能，提高了我设计，计算机械图，工艺规程编制，设计说明书，正确使用设计资料，标准手册等工具书的能力。
通过对侧板零件的工艺分析及加工可以看出，合理的对夹具的设计分析、加工，可以提高在实际加工中的正确性和精度，从而有效的提高了加工率，为企业节省了加工成本。
此次设计增加了我的学习兴趣，自学能力得到了很大的提高。
还体会到了只要我们认真、仔细的做任何事情，遇到的问题都是可以解决的，通过这次设计，我的自信也得到了很大的提高。
最后我相信，只要保持积极向上的学习心态与不断努力学习、虚心请教，认真的听取别人的意见，我们所遇到的困难都会迎刃而解的。
致谢
设计在老师、朋友和同学们的关心、鼓励、帮助下顺利地完成了。
在设计脱稿之际，我谨向他们致以最诚挚的谢意。
首先，衷心感谢我的指导老师严老师，本课题是在他的悉心培养和谆谆教导下得以完成的。
在设计完成过程中，从选题、资料的收集到设计过程每一个环节无不倾注着严老师的心血。
严老师渊博的知识、严谨的治学作风、高尚的师德、对学生的悉心关照和热心指导将使学生受益非浅，铭记终身。
其次，感谢江苏信息职业技术学院的各位领导和老师，从入学考试、学习各们功课到课题的设计，每一个环节都得到领导和老师们的关心、指导和帮助。
在此，我对他们表示诚挚的谢意。
借此机会，谨向在学习和实习期间所有关怀、指导、帮助过我的各位领导、各位老师、师傅和同学致以衷心的感谢！
参考文献
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机械工业出版社，2003．
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机械工业出版社，2001．
[5]李家杰．数控机床编程与操作实用教程［M］．东南大学出版社，2005．
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[7]王爱玲．现代数控机床实用操作技术［M］．国防工业出版社，2002．
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