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数控自动编程实训论文
数控自动编程
目录
摘要III
AbstractIV
第一章数控加工的概述1
1.1数控加工发展的意义及现状1
1.2数控铣削加工的简介2
第二章数控加工工艺的基本知识3
2.1数控加工工艺的概念3
2.2数控加工工艺的特点3
2.3数控加工工艺过程4
第三章零件图与三维模型图5
3.1双面件的零件图5
3.2双面件的三维模型图6
第四章双面件的工艺分析7
4.1分析零件图7
4.2选择设备7
4.3确定夹具和装夹方案7
4.4选择加工方法8
4.4.1轮廓、凹槽加工方法的选择8
4.4.2孔加工方法的选择8
4.5确定加工顺序及走刀路线8
4.5.1基准面的加工8
4.5.2零件正面的加工8
4.5.3零件背面的加工9
4.6刀具的选择9
4.6.1对刀具的基本要求9
4.6.2铣削刀具的选择9
4.7切削用量的选择10
4.7.1主轴转速的确定10
4.7.2进给速度的确定11
4.7.3背吃刀量的确定12
4.8填写数控加工工序卡12
第五章双面件的三维建模13
5.1CAXA制造工程师2006简介13
5.2CAXA制造工程师2006的功能菜单及常用键简介14
5.2.1功能菜单14
5.2.2CAXA制造工程师2006的常用键介绍14
5.3三维造型的简介14
5.4三维建模的方法和基本步骤15
5.4.1造型思路15
5.4.2拉伸草图生成长方体15
5.4.3拉伸草图生成上表面凹槽16
5.4.4拉伸生成下表面凹槽17
5.4.5打孔生成孔系17
5.4.6倒角、过渡相关线17
5.5零件三维模型的建立18
第六章自动编程与仿真加工18
6.1模型和毛坯的设定18
6.1.1模型的设定18
6.1.2毛坯的设定18
6.2起始点的设置19
6.3机床后置的设置20
6.4刀具库的编辑20
6.5公共参数的设定21
6.5.1切削用量21
6.5.2加工边界21
6.5.3其他基本概念22
6.6加工方法23
6.6.1基准面的加工23
6.6.2双面件的正面加工23
6.6.3双面件的背面加工26
6.7轨迹仿真27
6.8生成及校核G代码27
第七章双面件的数控加工27
7.1刀具的安装27
7.2工件的装夹27
7.3工件坐标系的确定28
7.3.1XY坐标值的测量28
7.3.2Z坐标值的测量28
7.3.3坐标值的输入28
7.4程序的输入28
7.5数控机床的运行29
7.6工件检测29
第八章结束语30
参考文献31
摘要
21世纪科学技术突飞猛进，自中国加入世界贸易组织后，制造业是我国为数不多而又有竞争优势的行业之一。
当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些产品的制造正在向发展中国家转移，中国正在成为世界制造大国，这已经成为不争的事实。
随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
根据毕业设计任务书的要求及老师的指导，本毕业设计说明书针对双面件的加工特点、工艺条件和经济情况确定加工工艺，设计零件的轮廓加工、钻孔以及相关参数。
通过学习CAXA制作工程师2006，建立零件的三维模型，并利用其对零件进行自动编程及加工仿真，实现了零件的快速高精度的加工。
本论文主要内容包括了加工工艺方案的制定、零件的三维建模、零件的自动编程及仿真加工。
本文通过分析在数控铣床上应用CAXA制造工程师进行零件自动编程加工的过程，达到提高零件的加工效率，改善加工质量的目的。
关键词：
数控铣CAXA自动编程加工工艺仿真加工
第一章数控加工的概述
1.1数控加工发展的意义及现状
数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。
用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。
它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。
当今社会，制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。
在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计算机集成制造（CIM）已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。
用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必经之路。
在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。
现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。
我国从1958年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。
特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增加。
数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径。
我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。
随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。
可以说，我国还处于数控机床普遍应用到提高的过渡期，随着我国制造业的振兴，数控技术将得到更快的发展，前景广阔。
另一方面，虽然我国的数控机床总拥有量有较大的提高，各种类型、不同档次的数控机床在企业得到了广泛的使用，其中不乏世界领先的数控机床,但使用情况不容乐观。
主要表现在数控机床功能未得到充分发挥，数控机床的实际开机率低,数控机床加工效率低，技术准备工作周期长、反复多，加工质量不稳定，总体的技术应用水平还比较低。
其主要原因是数控加工技术人员的素质、数量、结构还不适应数控加工技术发展。
1.2数控铣削加工的简介
数控铣削加工是数控加工中最为常见的加工方法之一，广泛应用于机械设备制造、模具加工等领域。
它以普通铣削加工为基础，同时结合数控机床的特点，不但能完成普通铣削加工的全部内容，而且还能完成普通铣削加工难以进行，设置无法进行的加工工序。
数控铣削加工设备主要有数控铣床和加工中心，可以对零件进行平面轮廓铣削、曲面轮廓铣削加工，还可以进行钻、扩、绞、镗加工及螺纹加工等。
数控铣削加工主要加工对象：
（1）平面类零件
加工面平行或垂直于定位面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平
面类零件。
平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需用三坐标轴数控铣床的两坐标轴联动（即两轴半坐标联动）就可以把它们加工出来。
（2）变斜角类零件
加工面与水平面的平角呈连续变化的零件称为变斜角零件。
变斜角类零件
的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。
最好采用四坐标、五坐标数控铣床摆角加工。
（3）曲面类零件
加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。
加工时，铣刀与加工面始终为
点接触，一般采用球头刀在三轴数控铣床上加工。
当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及相邻表面及需要刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床加工。
第二章数控加工工艺的基本知识
2.1数控加工工艺的概念
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。
2.2数控加工工艺的特点
数控加工工艺问题的处理与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。
（1）内容十分明确而具体
数控加工工艺与普通加工工艺相比，在工艺文件的内容和格式上都有较大区别，如在加工部位、加工顺序、刀具配置与使用顺序、刀具轨迹、切削参数等方面，都要比普通机床加工工艺中的工序内容更详细。
数控加工工艺必须详细到每一次走刀路线和每一个操作细节，在数控加工时，必须由编程人员事先具体设计和明确安排。
（2）工艺工作要求相当准确而严密
数控机床自动化程度很高，但自适应性差，它不能像普通加工时那样可以
根据加工过程中出现的问题自由地进行人为调整。
如在数控机床上加工内螺纹时，它并不知道孔中是否挤满切屑，何时需要退一次刀待清除切屑后再进行加工。
所以在数控加工工艺设计中必须注意加工过程中的细节，对图形进行数学处理力求准确无误。
（3）采用多坐标联动自动控制加工复杂表面
对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工采用多坐标
联动自动控制的加工方法，可达到较高的加工质量以及生成效率。
（4）工序集中
由于现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广及
多坐标、多工位等特点，在工件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工，甚至可以在工作台上装夹几个相同或相似的工件进行加工，从而缩短了加工工艺路线和生成周期，减少了加工设备、工装和工件的运输工作量。
2.3数控加工工艺过程
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
（1）选择并确定进行数控加工的内容；
（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；
（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定；
（4）数控加工工艺方案的制定；
（5）工步、进给路线的确定；
（6）选择数控机床的类型；
（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）首件试加工与现场问题处理；
（11）数控加工工艺技术文件的定
第三章零件图与三维模型图
3.1
双面件的零件图
如图3.1所示为双面件的零件图。
图3.1
3.2双面件的三维模型图
如图3.21、图3.22所示，为双面件的三维模型图。
图3.21
图3.22
第四章双面件的工艺分析
4.1分析零件图
该零件为双面件，主要由双面外形轮廓、凹槽及孔系组成。
其中φ26+0.520内孔的表面粗糙度要求较高，Ra为1.6μm；其余表面的粗糙度要求不高，Ra为3.2μm；φ26+0.520内孔表面对A面有垂直度要求；背面凹槽表面对A面有平行度要求。
零件外形轮廓尺寸公差要求为±0.05mm。
零件材料为硬铝LY12，切削加工性能良好，可选用高速钢刀具加工。
根据上述分析可知，双面外形轮廓、凹槽及φ26+0.520内孔、4×φ８通孔的加工可一次成型，同时以背面A为定位，提高装夹刚度以满足φ26+0.520内孔表面的垂直度的要求。
4.2选择设备
通过零件分析可知该零件为双面型零件，既有平面又有孔系，则选用立式加工中心机床，根据需求及条件选用数控系统为：
FANUC0iMate—MC。
4.3确定夹具和装夹方案
机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。
从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。
例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。
在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。
夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。
在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。
在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。
数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以根据零件的形状考虑选择平口钳。
该零件形状规则，因此在加工正面及孔系时选用平口虎钳从工件侧面夹紧。
以底面A和侧面定位，用等高垫铁垫起，注意垫块应避开孔的位置，在平口虎钳的旁边位置安置一个定位挡块，以起工件定位的作用，在加工背面及其凹槽时也采用类似方法。
4.4选择加工方法
4.4.1轮廓、凹槽加工方法的选择
双面件外形轮廓、凹槽的粗糙度要求Ra为3.2μm，且根据零件尺寸，可选择一次成型的“精铣”方案。
其中加工时可采用分层铣削方法。
4.4.2孔加工方法的选择
孔加工前，为便于钻头引正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。
内孔表面精度要求较高，粗糙度值较小，则划分加工阶段逐步进行。
该零件孔系加工方案选择：
（1）孔φ26+0.520表面粗糙度要求Ra为1.6μm，选择“钻中心孔—扩孔—
铣孔”方案。
（2）孔4×φ８表面粗糙度要求Ra为3.2μm，无尺寸公差要求，选择“钻
中心孔—钻孔”方案。
4.5确定加工顺序及走刀路线
按照“基面先行，先面后孔”的原则确定加工顺序：
4.5.1基准面的加工
先加工下表面（即基准面），其表面精度要求不高，无尺寸公差要求，可采用环形走刀路线。
4.5.2零件正面的加工
（1）加工零件上表面，其表面精度要求不高，无尺寸公差要求，可采用环
形走刀路线。
（2）加工外形轮廓，公差要求为±0.05mm，采用环形走刀路线分层加工以
满足要求。
（3）加工正面凹槽，其表面精度要求不高，可采用环形走刀路线。
（4）加工4×φ８通孔，其精度要求不高，采用直线走刀路线。
（5）加工φ26+0.520内孔，其精度要求较高，有尺寸公差要求，可采用直线走
刀路线。
（6）加工4×φ８通孔的倒角，采用环形走刀路线。
4.5.3零件背面的加工
（1）将零件反转，加工外形轮廓，公差要求为±0.05mm，采用环形走刀路
线分层加工以满足要求。
（2）加工背面凹槽，有尺寸公差要求，采用环形走刀路线。
（3）加工背面凹槽的过渡圆角，采用环形走刀路线。
（4）加工4×φ８通孔、内孔φ26+0.520的倒角时，采用环形走刀路线。
4.6刀具的选择
4.6.1对刀具的基本要求
（1）刀刚性要好。
铣刀刚性要好的目的有二：
一是为满足提高生产效率而采
用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；
（2）铣刀的耐用度要高。
尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐
用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。
（3）除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非
常重要。
切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。
4.6.2铣削刀具的选择
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面的尺寸和形状相适应。
结合零件图分析，该零件含有平面、轮廓、凹槽、倒角、倒圆角及孔系的加工，加工工序复杂。
为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，则加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求，具体选择的刀具如下。
（1）铣削上下表面及外形轮廓时，为提高切削效率和加工精度，减少接
刀刀痕，加工时选用φ16mm立铣刀。
（2）铣削正面凹槽及背面凹槽时选用φ12mm立铣刀。
（3）钻中心孔时选用φ5mm中心钻。
（4）钻4×φ８通孔时选用φ8mm麻花钻。
（5）加工内孔φ26+0.520时选用φ14mm麻花钻，φ16mm立铣刀。
（6）加工背面凹槽过渡圆角时选用φ10mm球头刀。
（7）加工4×φ８通孔的倒角、φ26+0.520内孔倒角时选用45°倒角铣刀。
4.7切削用量的选择
数控加工切削用量包括主轴转速n（切削速度Vc）、背吃刀量ap和进给量f（或进给速度Vf）其确定原则与普通机械加工相似，对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。
4.7.1主轴转速的确定
确定主轴转速主要根据允许的切削速度Vc（mm/min）选取
n=
其中Vc-切削速度（mm/min）
D-工件或刀具的直径（mm）
由于每把刀计算方式相同，现选取D=16mm的立铣刀为例说明其计算过程。
根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表4.7.1选取。
表4.7.1铣削时切削速度
工件材料
硬度/HBS
切削速度
/（mm/min）
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36~75
铸铁
<190
21~36
66~150
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
铝
70~120
100~200
200~400
黄铜
53~56
20~50
100~180
从理论上讲，
的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。
但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：
精铣时
=200mm/min
代入式子中：
n=
=3980.9r/min
计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取
n=4000r/min
同理计算φ12mm立铣刀：
n=5000r/min
4.7.2进给速度的确定
切削进给速度F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。
它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量
（mm/z）的关系为：
F=
zn
每齿进给量
的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。
工件材料的强度和硬度越高，
越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，
就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀，可参考表4.7.2选取。
表4.7.2铣刀每齿进给量
工件材料
每齿进给量
/（mm/z）
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
铝
0.06~0.20
0.10~0.25
0.05~0.10
0.02~0.05
综合选取：
精铣
=0.02mm/z
铣刀齿数z=3
上面计算出：
n=4000r/min
将它们代入式子计算：
精铣时：
F=0.02×3×4000=240mm/min
切削进给速度还需根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。
4.7.3背吃刀量的确定
背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2～0.5mm。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
4.8填写数控加工工序卡
将各工步的加工内容、所用刀具和切削用量填入附表中。
第五章双面件的三维建模
5.1CAXA制造工程师2006简介
CAXA制造工程师2006是北航海尔软件有限公司在CAM领域多年深入研究中国数控加工企业和积极吸纳国际先进技术的基础上，打造出的全新一代CAD/CAM一体化三维建模/数控软件，具有“贴近中国用户”和“国际技术水准”的鲜明特色。
在目前的国内CAD/CAM市场上，商品化软件大部分为国外产品。
CAXA制造工程师作为国产CAD/CAM软件在国内市场上占据了宝贵的一席之地。
作为863计划中CIMS目标产品的CAXA制造工程师，在10多年间经历了从工作站到PC、从DOS到Windows、从2002到V2、XP到2004的长期积累与多次升级，已经发展成具有强大的线架、曲面、实体混合3D造型功能，并针对多种格式3D模型提供丰富灵活的加工策略、加工套路（知识库加工）、轨迹优化、加工仿真、工艺表单、多轴加工、反向工程等，以及强大后置处理与机床通信等功能的现代数字化设计/制造（CAD/CAM）系统。
CAXA制造工程师2006是CAXA制造工程师的最新版本，是面向2~5轴数控铣床与加工中心，具有卓越工艺性能的铣/钻削加工数控编程软件，是CAXA制造解决方案的重要构件之一，具有稳定可靠、工艺卓越、易学易用、高效快捷等特点；而且许多方面很有特色，其功能与工艺性等方面完全可以与国际一流的CAM软件相媲美。
5.2CAXA制造工程师2006的功能菜单及常用键简介
5.2.1功能菜单
启动CAXA制造工程师2006后，系统的用户界面将会出现主窗口。
它由标题栏、菜单栏、图形窗口栏、工具栏（由若干工具条组成）、命令窗口、特征树和状态栏组成。
5.2.2CAXA制造工程师2006的常用键介绍
（1）鼠标键。
鼠标左键可以用来激活菜单、确定位置点、拾取元素等；鼠
标右键用来确认拾取、结束操作、终止命令等。
（2）回车键与数值键。
回车键与数值键在系统要求输入坐标、长度等数值
时，可以激活一个输入条，在输入条中输入数值。
如果过坐标以@开始，表示是一个相对于前一个输入点的相对坐标；在某些情况下也可以输入字符串。
（3）空格键。
当系统要求输入点、输入矢量方向和选择方式时，按空格键
可以弹出快捷菜单以便于查找选择。
例如要输入点时，按空格键可以弹出点工
具菜单。
5.3三维造型的简介
CAXA的造型方法分为三大类：
一为线架；二为曲面；三为实体。
这三种造型方法各有特色，可以独立造型，也可以相互结合造型。
（1）线架造型是直接使用空间点、直线、圆弧、样条线等表达二维形状的
造型方法。
（2）曲面造型是使用各种数学曲面方式表达零件形状的造型方法。
（3）实体造型是通过体的交、并、差进行造型的方式。
采用实体造型时，
必须先在基准面上建立草图，然后对草图进行拉伸、旋转、放样等特征造型功能操作。
根据需要本次设计采用实体造型。
5.4三维建模的方法和基本步骤
5.4.1造型思路
根据双面件的零件图，可以分析出双面件主要包括长方体、凹槽以及孔系。
长方体通过对草图进行“拉伸增料”得到，凹槽通过对草图进行“拉伸除料”得到，孔系通过“打孔”得到。
三维建模次序依次为：
（1）拉伸草图生成长方体。
（2）拉伸草图生成凹槽。
（3）打孔生成孔系。
（4）倒角、过渡相关
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