毕业设计端盖零件的数控铣床铣削编程与加工毕业设计.docx
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毕业设计端盖零件的数控铣床铣削编程与加工毕业设计
泸州职业技术学院
毕业论文
论文题目：
端盖零件的数控铣床铣削编程与加工
系部机械系
专业机电设备运行与维护
班级10级设维
（1）班
姓名杨红波
学号10040434
指导教师金万兵
日期2012年11月25日
摘要
大家都知道，数控加工是目前的一门新的专业，为了使学习更方便，我编写了这份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。
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：
编程，加工，工艺分析
一、引言……………………………………………………………………………………
二、零件分析……………………………………………………………………………
三、数控编程方法…………………………………………………………………………
（一）手工编程……………………………………………………………………………
（二）自动编程…………………………………………………………………………….
四、数控机床……………………………………………………………………………….
（一）数控机床简介……………………………………………………………………
（二）数控机床的发展趋势…………………………………………………………………
五、数控加工程序编程的内容与步骤
（一）数控编程过程的内容………………………………………………………………
（二）数控编程步骤……………………………………………………………………
六、设计说明书……………………………………………………………………………
（一）工艺分析与选择……………………………………………………
（二）确定装夹方案……………………………………………………………………
（三）确定加工顺序……………………………………………………………………
（四）刀具选择……………………………………………………………………………
（五）切削用量选择……………………………………………………………………
（六）主要加工步骤……………………………………………………………………
（七）主要操作步骤……………………………………………………………………
七、结论……………………………………………………………………………………
八、参考文献…………………………
一、引言
毕业设计是完成了大学的全部课程之后进行的一次理论与实际的综合运用，是工科学生在校学习的最后一个重要环节。
其目的在于培养学生综合运用专业知识和理论知识，使其对专业知识、技能有进一步的提高；通过设计实践环节培养学生运用设计资料、手册及熟悉国家标准和规范的能力，学会编写设计说明书，提高综合素质；培养学生独立解决本专业一般工程技术问题的能力，使学生具有一定的机械设计技能和掌握机械设计的一般方法和步骤，树立良好的设计思想和工作作风，为以后从事专业技术工作打下基础。
随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。
现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。
在各种机械设计和制造业中，组合机床的应用越来越广泛，越来越转化为生产力，对组合机床的研究具有重要的现实意义。
组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。
组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。
由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。
本文主要讨论数控车床的编程方法，编程注意事项，加工工艺分析，刀位轨迹计算，编程与校验，数控编程时注意的事项。
刀具的选择，即加工工艺路线的确定等都做拉分析，为了更好的掌握数控零件的编程与加工，在以后的工作中能够独立的加工生产，熟练的掌握编程与加工是必要的。
二、零件分析
二维图
三维图
此零件为端盖零件，加工要求：
，擦伤等损伤零件表面的缺陷。
。
。
用途：
用零件和零件的定位零件和零件的连结
三、数控编程方法
（一）手工编程
手工编程是指利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行道具轨迹的运算，并进行指令编制。
这种编程方法不需要计算机、编程器、编程软件等辅助设备，只需要有合格的编程人员即可。
其优点是比较简单，对机床操作人员来说比较容易掌握且适应性较强；缺点是编程要花费大量时间。
（二）自动编程
自动编程也称为计算机辅助编程，是指用计算机或编程器编制数控加工程序。
自动编程的大部分工作都由计算机完成，如坐标值的计算、零件加工程序单的编写等。
自动编程方法还可以通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的图形检查，从而及时验证程序的正确性。
自动编程的优点在于大大减轻了编程人员的劳动强度，效率提高几十倍乃至上百倍，同时解决了手工编程无法解决的复杂零件的编程难题。
四、数控机床
（一）数控机床简介
（1）数控机床的定义
数控机床是一个装有程序控制系统的机床。
该系统能够逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令所规定的程序。
（2）数控机床的组成及分类
数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体、辅助装置组成。
数控机床按机床运动的控制轨迹可分为①点位控制的数控机床②直线控制数控机床③轮廓控制数控机床；根据同时控制联动轴数可分为①二轴联动②二轴半联动③三轴联动④四轴联动⑤五轴联动；按伺服控制的方式可分为①开环控制②全闭环控制③半闭环；
（3）床的特点与应用范围
数控机床加工精度高、可加工复杂形状的零件、工生产率高，具有良好的经济效益、动化程度高，改善劳动条件、于生产管理的现代化。
数控机床适用于多品种、小批量零件或新产品试制中的零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、艺设计需要频繁改型的零件、格昂贵、不容允许报废的关键零件、要最短生产周期的急需零件、普通机床加工时、需要昂贵工装设备的零件。
（二）数控机床的发展趋势
高速切削技术的应用,关键在于开发具有高速度、高精度、高稳定性的高新技术设备,在现有加工设备中,只有数控机床才有可能担当其重任。
然而,要实现真正意义上的高速切削加工,数控机床还需向高速、高精度、柔性化、控制系统开放性、控制系统支撑软件和工厂生产数据管理方向迈进,才能适应现代制造业飞速发展的要求。
五、数控加工程序编程的内容与步骤
（一）数控编程过程的内容
数控编程的主要内容有零件图的工艺分析，工艺方案的确定，加工轨迹坐标的数学计算，零件加工程序清单的编写，程序的输入、校验与首件试切。
典型的数控编程过程如图1所示。
流程图
表1变速器挡位与工作元件关系表
挡位
B1
B2
C1
C2
F1
F2
传动比i
Ⅰ挡
●
●
●
Ⅱ挡
●
●
●
......
（二）数控编程步骤
在数控编程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。
根据零件形状尺寸及其技术要求编写程序。
1、零件图的工艺分析
根据零件图的形状精度、尺寸精度、位置精度以及表面粗糙度等要求确定零件的加工方案，如加工方法的选择，加工顺序的安排，装夹方式的确定等。
2、数学计算
为使数学计算更加方便，一般根据零件的几何特征建立一个工件坐标系，相对于该坐标系计算加工轨迹上各点的坐标值。
对于形状比较简单的零件的加工来说，需要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。
3、编写零件加工程序单
根据数控系统规定的指令代码及程序段格式，编写加工程序单，填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡、数控刀具卡、数控加工程序单等。
4、输入程序
通过键盘、光盘、磁盘等将程序输入到机床的数控系统。
5、程序校验与首件试切
在数控仿真系统上仿真加工过程，空运行观察进给路线是否正确，为进一步检验被加工零件的加工精度，还要进行零件的首件试切。
六、设计说明书
（一）工艺分析与选择
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、磨孔及光加工方法选择原则，中间¢15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¢10mm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¢8mm——扩孔¢10mm的方案；平面轮廓与零件表面凸台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、,可采用粗铣——精铣方案。
图中位置精度要求较高的是底面与孔轴线之间的垂直度，在加工过程中应重点保证。
（二）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，¢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示，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。
（三）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———外圆及其台阶面——外轮廓铣削——精加工底面并保证尺寸。
（四）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刀具卡片
序号
刀具名称
规格
用途
刀具材料
1
立铣刀
￠20mm
粗铣外轮廓、铣凸台、￠30孔
硬质合金
2
中心转
￠3mm
钻定位孔
高速钢
3
钻头
￠15
钻孔
高速钢
4
钻头
￠8
钻孔
高速钢
5
铰刀
￠10
铰孔
高速钢
（五）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、外圆及其台阶面和外轮廓面时，，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/，根据铣刀赤数、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，。
精加工时，.
工艺卡片
零件名称
端盖
零件
图号
001
材料
45号钢
工序
01
夹具
名称
机用
平口
虎钳
使用
设备
加工中心XH715D
工步
刀具
名称
规格
用途
刀具编号
主轴
速度
/（r/min）
进给速度
/（mm/mm）
背吃刀
/mm
加工余量
/mm
1
立铣刀
￠20mm
粗铣外轮廓、铣凸台、
￠30
T01
300
150
10
10
2
中心转
￠3mm
钻定位孔
T02
800
150
3
钻头
￠15
钻孔
T03
400
150
9
-
4
钻头
￠8
钻孔
T04
500
150
9
2
5
铰刀
￠10
铰孔
T05
50
50
1
1
（六）主要加工程序
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¢15圆的圆心处为工件编程X、Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在工件上表面。
2、采用计算机辅助计算基点的坐标
选一个160X60X20的毛坯，根据零件图样，按已经确定的加工路线和允许的程序，保证误差，计算出数控系统所需数值，数值计算包括基点和节点的坐标、刀位点轨迹的计算，计算基点位置下图，计算点坐标见下表：
序号
坐标
序号
坐标
1
X=Y=
9
X=Y=
2
X=Y=
10
X=Y=
3
X=Y=
11
X=Y=
4
X=Y=
12
X=Y=
5
X=Y=
13
X=Y=
6
X=Y=
14
X=Y=
7
X=Y=
15
X=Y=
8
X=Y=
3、程序编制
程序由四段组成：
O1000为主程序，选刀和铣削轮廓子程序；O1001为铣削凸台子程序；O1002为钻定位孔子程序；O1003为粗精加工孔￠10mm子程序；
程序如下：
主程序
O1000;
N10G28;
N20T01M06;
N30G54;
N40S500M03;
N50G00X-100.Y-80.;
N60Z-20;
N70G41G00X-75.Y-25.D01;
N80G01Y0F80;
N90G02X-50.Y25.R25.;
N100G01X50.;
N110G02X50.Y-25.R25.;
N120G01X-50.;
N130G02X-75.Y0R25.;
N140G01Y50.;
N150G40G00X100.Y100.;
N160Z100.;
N170M05;
N180G28;
N200G00X0Y0;
N210M98P1001;
N220M05;
N230G28;
N240T02M06;
N250G00X0Y0;
N260M98P1002;
N270M05;
N280G28;
N290T03M06;
N300M08M03S600;
N310G00X0Y0;
N320G00Z5.;
N330G01Z-20.F150;
N340G01Z5.;
N350M09M05;
N360T01M06;
N370M03S600M08;
N380G00X100.Y100.;
N390G41G01X50.Y0D02F120;
N400X15.;
N410Z-5.;
N420G02X15.Y0R-15.;
N430G40G00Z100.M09;
N440G00X0Y0;
N450M05;
N460G28;
N470T04M06;
N480G00X0Y0;
N490M03S500;
N500M98P1003;
N510M05;
N520G28;
N530T05M06;
N540G00X0Y0;
N550M03S800;
N560M98P1003;
N570M05;
N580G28;
N590M30;
子程序1
O1001;
N10G00Z50.;
N20M03S300;
N30G00X-40.Y40.;
N40G00Z5.;
N50G01Z-4.F300.;
N60M08;
N70G01Y-40.;
N80G01X40.;
N90G01Y40.;
N100G01Z-7.;
N110G01Y-40.;
N120G01X-40.;
N130G01Y40.;
N140G00Z50.;
N150M09;
N160M99;
子程序2
O1002;
N10G80M03S800;
N20Z10.M08F40;
N30G91G81G99X0Y0Z-26.R-4.F80;
N40X40.;
N50Y15.;
N60Y-30.;
N70X-80.;
N80Y15.;
N90Y15.;
N100G80;
N110M09;
N120G90G00Z100.;
N130M99;
子程序3
O1003;
N10G80;
N20G00X40.Y15.;
N30Z20;
N40G91G81G99Z-26.R-4.F80;
N50Y-15.;
N60Y-15.;
N70X-80.;
N80Y15.;
N90Y15.;
N100G80M09;
N110G90G00Z100.;
N120M99;
（七）主要操作步骤
1.先开机床
接同通CNC和机床电源，系统启动后进入“加工”操作区JOG运行方式
检查机床
开启后发现机床会出现报警信号，这时，需按下K1，使机床加上驱动力。
这时才能正常操作机床。
2. 回参考点
回参考点只能在JOG的方式下运行。
用机床控制面板上“回参考点键”启动回参考点。
在“回参考点”窗口中显示该坐标轴是否必须回参考点：
如出现“〇”，则说明未回参考点，如出现●，则说明已回参考点，按下坐标方向键（正方向键），把每坐标都回参考点，通过选择另一方式如MDAAUTO或JOG来结束回参考点。
3. 参数设定
在CNC进行工作前，必须对一些参数进行设定，对机床和刀具进行调整：
1．输入刀具参数及刀具补偿参数
2．输入/修改零点偏置
3．输入设定数值
刀具参数包括刀具几何参数，磨损量参数、刀具量参数和刀具型号参数等。
有些参数如R参数则一般不需修改
4.装夹工件
按照前面指定的装夹方式装夹工件
5. 对刀
把每一把刀具都调到自己设定的编程零点，把编程零点所在机床坐标值输入机床中
6. 输入程序
把自己编的程序输入机床定一个名字，对程序进行检查，确保程序本身没有错误以及也没有输入错误。
7. 模拟仿真
按下MDA键，按扩展键，再按编程仿真进入仿真系统，对程序进行仿真，检查仿真出的工件图形与要加工的工件有多大出入，并不断对程序进行修改，直到仿真的工件完全正确为止。
8. 实际加工
退出仿真系统，先按复位键，刚开始时可进行单步加工，按下步加工键。
这时要一手按启动键，一手按停止键，如发现异常情况应立即停止。
直到确定程序无误后方可按自动加工键，加工完成后，最后取下工件。
加工完成
七、结论
数控加工工艺，是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。
数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。
数控加工工艺过程，是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。
数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容为：
1、选择并确定进行数控加工内容。
2、对零件图样进行数控加工工艺分析。
3、零件图形的数字处理及编程尺寸设定值的确定。
4、数控加工工艺方案的制定。
5、工步、进给路线的确定。
6、选择数控好几床的类型。
7、刀具、夹具、量具的选择和设计。
8、切削参数的确定。
9、加工程序的编写、校验与修改。
10、首件试切加工与现场问题处理。
11、数控加工工艺技术文件的定型与归档。
数控加工工艺内容要求具体、详细；数控加工工艺要求更严密、精确；制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算；制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对工件形状精度的影响；制定数控加工工艺时要特殊强调刀具选择的重要性。
数控加工程序的编写、校验与修改时数控加工工艺的一项特殊内容。
本文所研究的零件由于条件所限不能加工出来，只能在仿真软件上运行，不免一些不合理之处不能发现。
八、参考文献
《数控机床编程技术》主编董兆伟，机械工业出版社
《数控机床》主编李一民副主编杨仙，东南大学出版社
《机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书》主编倪森寿北京出版社
《机械制造工艺与装备》主编倪森寿北京出版社
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