基于FANUC 0I MATE C典型零件的编程与加工设计论文.docx
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基于FANUC0IMATEC典型零件的编程与加工设计论文
毕业设计
姓名：
李浩
毕业设计
题目
基于FANUC0I系统的凸模零件的工艺设计及仿真加工
系别
机械制造工程系
专业
数控技术
指导老师
冯娟
姓名
李浩
学号
111031—26
设计任务书
一.设计题目：
基于FANUC0I系统的凸模零件的工艺设计及仿真加工
二．设计目的
（6）了解FANUC0imateC数控铣床的基本原理及加工的特点。
（6）了解数控加工工艺分析
（6）了解数控铣削加工编程的内容和步骤。
（6）掌握数控铣削加工程序的编程结构、格式和零件的数控编程方法。
（6）CAD/CAM软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。
（6）掌握数控铣床的操作方法。
三．设计要求
1.机床操作安全要求
由教师和实验室指导教师组织学生进行毕业设计动员和安全教育。
要求学生在毕业设计时要做到以下几点：
（1） 进行编程操作前，应熟悉数控铣床的操作说明书，并严格按照操作规程操作。
（2） 检查数控铣床各部分机构是否完好，各按钮是否能自动复位。
（3） 车间工具都应放在固定位置，不可随意乱放，爱护工具、经常保持量具的清洁，用后擦净，涂油后放入盒中；工作位置周围应经常保持整洁清洁。
（4） 数控加工时精力应高度集中，出现问题时应立即切断电源，并向指导教师报告。
（5） 操作过程中出现铣床故障时，应及时向指导教师反映。
2.设计质量要求
（1）毕业设计过程中要认真学数控毕业设计指导书，并按照内容要求进行毕业设计，保证毕业设计进度，按时保质完成毕业设计。
（2）毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累编程经验技巧，提高对数控加工工艺分析和编程能力。
（3）按要求撰写毕业设计说明书。
（4）按要求的精度加工出给定零件
3.零件图及技术要求
加工零件如图所示，材料为45钢，毛坯尺寸：
长X宽X高为200mmX150mmX50mm。
四．设计任务
（1） 零件图工艺分析
（2） 确定装夹方案
（3） 确定装夹顺序
（4） 选择加工用量具
（5） 合理选择切削用量
（6） 拟订数控铣削加工工序卡
（7） 根据加工工序步骤编写加工程序
五．应完成的技术资料.
1 毕业设计说明书（3000字左右）
2. 技术资料
（1）绘制装夹方式图
（2）填写数控加工工序卡、刀具卡
（3）编制加工程序清单
（4）CAD/CAM软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真
六．设计时间进度安排
2013年12月20交论文初稿；3月中旬论文答辩
目录
设计任务书
摘要
前言
开题报告
1.1数控技术毕业设计必须遵循的一般原则
1.2毕业设计的步骤
1.3毕业设计的基本内容
1.3.1介绍FANUC0imateC数控加工的特点
1.3.2零件的设计
1.3.3数控加工工艺设计
1.3.4加工程序的编制
1.3.5数控操作技能
设计说明书
2.1绪论
2.2工艺分析与选择
2.2.1零件图工艺分析
2.2.3确定加工顺序
2.2.4刀具选择
2.2.5切削用量选择
2.2.6 拟定数控切削加工工序卡
2.3主要加工程序
2.3.1确定编程原点
2.3.2按工序编制各部分加工程序:
及其加工路线
2.3.3利用CAD/CAM软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。
2.4主要操作步骤
设计小结
致谢
参考文献
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，正在高速发展，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、数控铣削加工、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日本FANUC系统的，包括编程语言都是FANUC系统的。
由于水平有限，自己对设计的完成还不是很完善，有不足之处，希望老师斧正。
【关键词】FANUC0imateC工艺分析数控编程CAD/CAM轨迹设计
前言
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大学生的一个很重要标准，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，有点迷茫，由于从没有做过这样的设计，经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一门新的专业，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，就选择基于FANUC典型零件的编程与加工这个课题。
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UG、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。
经过一个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，一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.开题报告
数控技术毕业设计应包括零件图样的设计、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、数控铣削加工、数控手动编程及自动编程技术、CAD/CAM软件的加工轨迹设计和加工仿真等内容。
1.1数控技术毕业设计必须遵循的一般原则
（1） 结合本校数控基地的情况，合理安排合计内容。
也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。
（2） 必须保障人身安全和设备安全，在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书，并按照操作规程操作。
（3） 兼顾加工精度和加工效率，在保证加工精度的前提下，认真进行工艺分析，制定出合理的工艺方案，选择合理的切削用量。
（4） 注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力，掌握科学研究的方法
1.2毕业设计的步骤
必须利用设计前一周的时间研究设计计划和任务书，了解所设计产品的工艺性和公差等级，在初步明确设计要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。
（1）设计零件图样（充分发挥自己的想象力设计零件）
（1） 分析零件图样
根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。
（2） 确定加工工艺方案
根据上述的的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数（3） 数值计算
根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据
（4） 编写零件加工程序
根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。
（5）仿真加工
校验程序，程序编完后，利用宇龙仿真软件，输入毛坯尺寸，对零件进行仿真加工，并判断程序是否正确。
1.3毕业设计的基本内容
1.3.1介绍FANUC0imateC数控加工的特点
日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面。
（1）系统在设计中大量采用模块化结构。
这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。
（2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。
其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％。
（3）有较完善的保护措施。
FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。
（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。
对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。
（5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。
这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。
（6）具有很强的DNC功能。
系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。
（7）提供丰富的维修报警和诊断功能。
FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。
FANUC-0I铣床图片如图所示
：
1.3.2零件的设计
1.3.3数控加工工艺设计
（1） 零件图的工艺性分析
（2） 加工方法的选择
（3） 工序的划分
（4） 加工路线的安排
（5） 走刀路线及工步顺序
（6） 加工刀具的选择
1.3.4加工程序的编制
（1）加工工艺分析
（2）数值计算
（3）程序校验与首件试切
1.3.5数控操作技能
（1）认知阶段
（2）联系阶段
（3）自动化阶段
2.设计说明书
2.1绪论
1.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。
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。
（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，宾噶在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动穿出数据加工纸带，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、手工编写横困难的。
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的方式。
2.2工艺分析与选择
2.2.1零件图工艺分析
从结构形状、尺寸和技术要求、定位基准及毛坯等方面对零件图进行工艺分析。
该零件的加工表面由平面、圆弧成型槽、sin曲线及4个Φ10的沉头孔组成；尺寸标注完整，几何条件充分；各尺寸均未标注有公差，所有表面的表面粗糙度均为1.6,尺寸精度和表面质量要求均不高；材料为45钢，无热处理要求。
2.2.2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，可选用平口钳装夹（如图所示），用底面及相领两侧定位，压板压紧即可，选择上述装夹方式结构相对简单，能保证加工要求，便于实施。
2.2.3确定加工顺序
该零件结构形状复杂，精度要求不高，为了减少工艺装备、提高功效，普通机床只需加工六个面，其余的特征在数控铣床上加工完成。
因此，无论是普通机床加工，还是数控铣床加工，由于表面粗糙度均为1.6，因而都需要经过粗、精加工来完成。
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——内轮廓铣削、圆弧成型槽、sin曲线——精加工底面并保证尺寸50mm.
2.2.4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。
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本设计中刀具的选择：
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
¢16硬质合金键槽铣刀
1
铣削内轮廓和sin曲线
3
T03
¢9.8钻头
1
钻¢10底孔
4
T04
¢40镗铣刀
1
镗¢10内孔表面
0.2
25*25
编制
李浩
审核
李浩
批准
日期
2.2.5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、内轮廓、和sin曲线，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，硬质合金铣刀加工加工45钢时的切削速度为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数控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
01
¢10钻孔
¢9.8钻头
200
40
19
02
¢10H7粗镗
镗铣刀
600
40
0.8
¢10H7精镗
镗铣刀
500
30
0.2
03
4*¢20钻孔
¢20钻头
500
30
6.5
04
内轮廓、sin曲线
¢16硬质合金键槽铣刀
800
50
5
2.2.6 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
芜湖职业技术学院
产品名称代号
零件名称
零件图号
数控技术毕业设计
凸模
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
平口虎钳和一面两销
FANUC0iMC铣床
数控中心
工步号
工步内容
刀具号
/mm
刀具规格
/mm
主轴转速
/mm
进给速度/mm
背吃刀量
/mm
备注
01
粗铣定位基准面（底面）
T01
¢125
180
40
4
02
粗铣上表面
T01
¢125
180
40
4
03
精铣上表面
T01
¢125
180
25
0.5
04
钻¢10通孔
T02
¢10
500
30
6.5
05
粗镗¢10H7内孔表面
T03
¢10
600
40
0.8
06
精镗¢10H7内孔表面
T03
¢10
600
25
0.2
07
粗铣内轮廓
T04
¢16
800
50
5
08
精铣内轮廓
T04
¢16
800
30
0.2
09
铣sin曲线
T04
¢16
800
50
5
编制
李浩
审核
李浩
批准
日期
1页
2.3主要加工程序
2.3.1确定编程原点
铣床上编程坐标原点的位置是任意的，他是编程人员在编制程序时根据零件的特点来选定的，为了变成方便，一般要根据工件形状和标注尺寸的基准以及计算最方便的原则来确定的工件上某一点为坐标原点，具体选择注意如下几点：
（1） 编程坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少计算错误。
（2） 编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。
（3） 对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上；不对称的零件，编程坐标原点应设在外轮廓的某一角上。
（4） Z轴方向的零点一般设在工件表面。
本设计选择¢10通孔的中心处为工件编程X、Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在工件上表面。
2.3.2按工序编制各部分加工程序:
及其加工路线、注（用FANUC系统）
（1）选一个120X80X30mm的毛坯
（2）粗铣定位基准面（底面），采用平口钳装夹，如图3：
在MDI方式下，用¢125mm平面端铣刀，主轴转速为180r/min，可以用G92指令铣基准面.
程序如下：
O001
G54G90G21G40;
G92X0Y0Z0
M03S180;
G01X250.F200
Y80.;
X0;
G00Z10.
M30;
G92指令是规定工件坐标系原点的指令，工件坐标系原点又称编程零点。
当用绝对尺寸编程时，必须先建立一坐标系，用来确定刀具起点在坐标系中的坐标值。
格式：
G92x-y-z-（铣床、加工中心），坐标值X.Y.Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置。
执行G92指令时，机床不动作，即X、Y.、Z轴均不移动，但CRT显示器上的坐标值发生了变化。
（3）粗铣上表面，将初铣的底面反过来，（注意上表面应露出超过25mm）进行粗铣上表面，进给速度为100mm/min其余与步骤1相同。
（4）精铣上表面，进给速度为25mm/min，其余同步骤1
（5）钻Φ10的通孔，用Φ10的麻花钻。
程序如下：
O002
G54G90G21G40;
G00X0Y0;
Z100.
Z10.
M03S800
G99G73X0Y0Z-55.R3.Q-1000F60
G00Z50.;
G28G91M5;
M30;
加工路线如图所示：
G73~G89是模态指令，一旦指定将一直有效，直到出现其他孔加工固定循环指令，或固定循环取消指令（G80），或G00，G01,G02,G03等插补指令时才失效。
因此，多孔加工时该指令只需要指定一次。
以后的程序段只给孔的位置即可。
在固定循环中，刀具半径尺寸补偿（G41,G42）无效；刀具长度补偿（G43,G44）有效。
编程中如果返回起始点（G98）、返回R点（参考点）（G99）如图所示
（6）Φ10的镗刀粗、精加工通孔，程序如下：
O003
G54G90G21G40;
G00X0Y0;
Z100.
M03S500;
Z10.
G76X0Y0Z-55.R5.P-1000F80;
G00Z100.
G28G91X0Y0M05;
M30;
加工路线如图所示：
（7）Φ16硬质合金键槽铣刀粗精铣内轮廓
程序如下：
O004;（主程序）
G54G90G21G40;
M03S800;
G00X0Y20.;
G00Z100.;
Z50.;
G68X0Y0R0;
M98P2001;
G68X0Y0R90.;
M98P2001;
G68X0Y0R180.;
M98P2001;
G68X0Y0R270.;
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