数控编程课程设计3.docx
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数控编程课程设计3
机电工程系
数控编程课程设计
题目：
凹槽零件设计及加工
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
0902
姓名：
王英
学号：
0912010207
成绩：
指导教师：
肖传军
2012年10月19日
目录
《数控编程》课程设计任务书1
第一章实体建模6
第二章加工工艺分析8
第三章自动编程及数控仿真加工10
第四章现场加工18
总结19
参考文献19
感想19
附件一：
20
附件二22
附件三23
《数控编程》课程设计任务书
一、课程设计概述
《数控编程》课程设计实训是机械设计制造及自动化专业的必修课程之一，它可以提高学生的动手能力，丰富学生的理论知识。
是一门理论与实践相结合的综合性专业基础课。
通过《数控编程》课程设计实训的学习，要求学生能够独立设计箱体和型腔壳体类零件，能独立完成零件的实体造型，绘制工程图，并能够合理的选择卡具和加工设备，分析加工工艺，独立完成数控编程，生成NC代码，最终完成零件的加工。
本课程设计不仅提高了学生的设计能力，绘图能力，编程能力，还可以锻炼其机床操作能力，对今后的工作和学习打下坚实的基础。
二、设计目的
通过本次课程设计，了解并掌握利用pro/E软件对零件进行结构设计能力，计算机绘图能力及掌握计算机辅助制造过程和方法，培养自动编程的技能。
掌握数控机床进行机械加工的基本方法，巩固数控加工编程的相关知识，将理论知识与实际工作结合起来，并最终达到能够独立从事数控加工程序编制的工作能力。
三、设计任务
根据本任务书提供的零件图及相关技术要求，用pro/E软件完成零件设计，工程图绘制，零件工艺分析，加工工序卡的编制，数控加工程序的编制，最后用华中HNC-21M数控机床加工出所设计工件。
课程设计题目不限，但内容需满足设计要求。
四、设计要求
1）绘制零件图。
了解该零件在部件或总成中的位置和功用，以及部件或总成对该零件提出的技术要求；找出其主要技术要求和技术关键，并在下面拟定工艺规程时予以考虑；对所加工的零件进行结构工艺性分析，分析其结构特点；检查所给零件图的完整性和正确性，完成该零件的实体结构设计并按照机械制图标准绘制其零件图；
2）编制零件数控加工工艺规程。
在对零件进行详细分析的基础上，按照数控加工工艺确定原则，确定整个零件的加工工艺规程，确定毛坯，确定加工的工艺基准；拟定零件的工艺路线，包括确定各加工表面的加工方法、正确划分加工阶段、合理安排加工工序的顺序、选择工装、刀具、量具，并对其加工工艺参数进行确定；确定对刀点和换刀点。
3）确定夹具及夹紧方案。
对某一道相对复杂的工序，在确定定位装夹方案的基础上，选择一个合适的夹具，完成本工序的加工。
该夹具应具有定位可靠，装卸方便、操作安全方便省力、夹紧可靠且适当等特点，适合于数控机床的加工使用。
4）确定零件设计原点与加工原点。
对将进行数控加工的工序，确定加工零点、换刀方式，确定其编程坐标系，并最终通过绘制数控加工编程坐标系的方式予以明确。
标识对刀点和换刀点。
5）编制零件加工工艺并编制数控加工程序。
参照数控加工编程坐标系图，按照数控加工工艺规程，采用自动编程方式对该工序进行数控程序的编制，生成NC代码，并在数控仿真软件上进行调试。
6）现场加工。
将已经调试好的零件加工程序，存于3.5寸软盘，将其导入数控机床，安装好所需刀具，夹紧工件，对刀找到编程原点，进行数控加工。
7）编写课程设计说明书。
设计说明书需打印：
正文：
宋体五号，单倍行距；
页眉：
宋体小五号，内容包括班级姓名《数控编程》课程设计说明书字样；
设计结果包括：
设计任务书，设计思路，设计步骤，设计过程的说明和阶段结果，并附有零件实体模型图，工程图，工艺分析方案，刀具和夹具选择方案，现场加工结果。
五、课程设计内容及学时分配
序号
课题
教学
时数
教学形式
备注
1
一、三维造型及工程图
1、三维造型与给选择的工件要求一致
2、三维造型符合成型工艺要求
3、工程图表达完整、标注正确
30
理论、演示及练习
2
二、工件CAM成型模拟
1、CAM模型符合加工要求
2、加工坐标系建立
10
理论、演示及练习
3
三、CAM编程及模拟加工
1、工序安排合理
2、参数设置合理
3、加工结果与工件一致
4、数控仿真模拟加工
5、
10
理论、演示及练习
4
四、数控加工
1、加工操作符合操作规程要求
2、工件安装正确
3、对刀操作正确
4、加工结果与工件符合
10
理论、演示及练习
课题一三维造型及工程图
实习目的：
掌握PRO-E软件基本操作，掌握加工工件的三维造型及标注工程图。
实习要求：
学生能够设计简单工件的造型及工程图。
课题二工件CAM成型模拟
实习目的：
掌握PRO-E软件的CAM部分以及加工模型建立
实习要求：
建立的CAM模型符合加工要求。
课题三CAM编程及模拟加工
实习目的：
掌握工件加工的工艺分析，自动加工的参数设置以及零件的加工。
实习要求：
零件的加工符合加工要求。
课题四数控加工
实习目的：
通过机床实际加工完成零件验证。
实习要求：
熟练操作机床，学生能够独立完成零件的加工，符合加工设计要求。
六、相关知识介绍及参考资料
1.《数控加工概论》，李诚人编著，清华大学出版社，2006年出版。
2.《数控加工自动编程》，吴明有编著，清华大学出版社，2008年出版。
七、成绩评定
第一课题占30%，第二课题占10%，第三课题占30%，第四课题占20%，考勤占10%。
第一章实体建模
1.建新文件
启动PRO/E，设置工作目录，路径为D盘下的wy07文件夹（注：
文件夹名称中不能包含中文）。
系统弹出对话框，选择“零件”“实体”类型。
并选择公制模板进入实体建摸。
2.拉伸零件主体
实体模型中，以FRONT基准面为草绘平面，TOP基准面为参照，拉申实体模型150mm×100mm×10mm，实体拉伸模型如图1.1。
图1.1
3.拉伸零件主体
在图1的基础上，以其上表面为草绘基准屏平面，草绘一个距离零件
左边界30mm、上边界7mm、尺寸为120mm×86mm的矩形，并对四角倒R10的圆角，退出草绘进行拉伸，拉伸高度为10mm如图1.2。
图1.2
4.拉伸去除材料步骤
选择上表面为草绘平面进入草绘，草绘一个Φ60的圆（圆心位置：
距离零件
右边41mm，
下边距50mm），退出进行拉伸（反向），拉伸深度为15mm如图1.3。
图1.3
5.拉伸取出材料步骤
以上表面为草绘平面，草绘一个距离零件
左边9mm、中心在X轴，尺寸为32mm×60mm的矩形，并对四角倒圆角，（圆角半径为2mm）。
退出进行拉伸（反向），拉伸深度为10mm如图1.3。
图1.4
6.在第
步的主体表面上进行打孔
利用孔工具进行打沉孔（刀具参数为上孔Φ15mm，下孔Φ12mm，）圆心距离X轴、Y
轴分别为30mm和12mm，完成后反向并去除材料深度25mm。
图1.5
7.镜像第6步的孔
选中第6步的沉孔，以X轴为对称轴镜像另一侧。
图1.6
8.拉伸去除材料
以圆形凹槽上表面为基准面进行草绘，绘制熊图案（尺寸见附件/工程图1）。
拉伸去除材料命令，高度为3mm。
设计模型的目的是完成一个精致的烟灰缸艺术品，通过建模、工艺分析和仿真来实现。
第二章加工工艺分析
1.加工毛坯的选择
一般地，选择毛坯要考虑几个方面A.材料的工艺B.毛坯尺度工艺性能C.零件生产纲要。
根据零件图及加工要求选择45#钢150mm×100mm×20mm。
2.加工机床的选择
（1）数控机床主要的规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应，做到设备的合理使用。
（2）机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应。
根据零件的加工精度要求选择机床，如精度要求低的粗加工工序，应选择精度低的机床，精度要求高的精加工工序，应选用精度高的机床。
（3）机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和最合适的切削用量相适应。
如粗加工工序去除的毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大的功率和较好的刚度。
（4）装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备是需要考虑的一个因素。
选择采用卧式数控机床，还是选择立式数控机床，将直接影响所选择的夹具的结构和加工坐标系，直接关系到数控编程的难以程度和数控加工的可靠性。
此处选择数控机床为华中数控HNC-21M。
3.加工中刀具选择
刀具的选择是数控加工的重要工艺内容之一，不仅要精度高，刚度高，耐用度高，要求尺寸稳定，安装方便，这就要求采用新型优质材料制造数控加工工具，并优选刀具参数。
选刀具时，要使用刀具的尺寸与被加工表面尺寸和形状相适应。
生产过程中，平面零件周边轮廓加工，常采用立铣刀。
铣削平面时，应选择硬质合金刀片铣刀；加工凸台或凹槽选择高速立铣刀。
图2.1
4.夹具选择
本次选择的夹具为平口虎钳。
5.工艺分析包括工序的安排和使用原则的说明
加工顺序通常包括切削加工工序，热处理工序和辅助工序。
切削加工工序通常安排原则如下：
基面先行用作基准面时表面应先加工，任何零件的加工过程总是先对定位基准进行加工。
先面后孔对于箱体，支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸由于基准面为准，所以先加工平面，然后加工孔。
6.工艺参数计算（见附件3）
计算公式
主轴转速N=1000Vc/πd进给速度Vf=NZfz
VC切削速度D刀具直径fz刀具每齿进给率Z刀具齿数N主轴转数
7.工序卡
数控加工工序卡片
零件名称
零件材料
夹具
使用设备
班级
姓名
日期
凹槽零件
45#钢
平口虎钳
HNC-21M
机制0902
王英
12/10/19
工步号
工步内容
所选加
工方式
刀具号
刀具规格及名称
主轴
转速
（r/min）
进给
速度
（mm/min）
被吃
刀量
（mm）
1
挖槽
边界加工
#1
10×60
D10平刀
955
229
5
2
挖槽
一般加工
#1
10×60
D10平刀
955
229
3
3
挖槽
一般加工
#1
10×60
D10平刀
955
229
5
4
挖槽
一般加工
#2
4×60
D4平刀
2388
573
3
5
钻孔
钻孔加工
#3
12×60
钻头
398
95
2
6
钻孔
钻孔加工
#4
15×70
平刀
637
152
2
第三章自动编程及数控仿真加工
1.加工概述：
1、毛坯去毛刺（钳工），同时利用φ10的立铣刀对工件进行外形加工，铣出外形为150mm×100mm×20mm；
2、挖槽：
用φ10的平刀铣工件的外轮廓，工件下层的厚度变为10mm；
3、用φ10的平刀铣出外形为120mm×86mm的矩形（带倒圆角），形成一矩形环凹槽；
4、用φ10的平刀铣出外形为φ60的圆凹槽；
5、用φ4的平刀铣出轮廓熊形图案轮廓的凹槽；
6、钻孔：
用φ12的钻头加工出位工件左侧的两个通孔；
7、基于第6步的基础上用φ15的钻头加工一定深度，形成沉孔。
2.文件转换
利用PRO/E绘好零件图后，将零件图“保存副本”→输入名称和文件类型选择“IGES”格式→确定→生成“IGES”格式文件，通过MASTERCAM打开该文件，进行加工编程。
文件导入Mastercam后的加工设置设置加工原点及毛坯。
图3.1
3.加工工序及刀具路径
工序一挖槽
（1）利用直径10mm长度60mm的平刀对工件进行挖槽，形成120mm×86mm（带倒圆角R=10）的矩形凸台。
刀具工艺参数设置如图
图3.2
（2）刀具路径
图3.3
工序二挖槽
（1）利用直径10mm长度60mm的平刀对工件进行挖槽，形成60mm×32mm（带倒圆角R=2）的矩形凹槽。
刀具工艺参数设置如图
图3.4
（2）刀具路径
图3.5
工序三
（1）挖槽利用直径10mm长度60mm的平刀在工件上挖槽，外形φ60圆形凹槽。
刀具工艺参数设置如图
图3.6
（2）刀具路径
图3.7
工序四挖槽
（1）利用直径4mm长度60mm的平刀铣出外形为熊图案凹形槽。
刀具工艺参数设置如图
图3.8
（2）刀具路径
图3.9
工序五
（1）钻孔
利用直径为12mm长度为60的钻头钻出φ12的通孔。
刀具工艺参数设置如图
图3.10
（2）刀具路径
图3.11
工序六
（1）钻孔
在工序五的基础上，利用φ15的钻刀钻出深4mm的孔，从而形成沉孔。
刀具工艺参数设置如图
图3.12
（2）刀具路径
图3.13
4.加工工序总图
图3.14
加工刀轨总图
图3.15
根据华中后处理，生成NC文件为0007.Nc。
（程序摘取见附件二）
4.数控加工仿真
（1）使用南京宇航数控仿真系统HNC-21M卡具为虎钳，毛坯刀具放置按照工序卡安排，使用0007.NC进行加工。
（2）确定零件设计原点与加工原点。
对刀使用基准芯棒，对XY，试切Z轴，确定加工坐标系原点G54。
关闭舱门，进行自动加工。
加工结果如图。
图3.16
第四章现场加工
通过建模，加工工艺分析，软件仿真，掌握了一些基本的零件加工。
根据要求对给定的零件进行加工，零件工程图见附录，现在就零件工艺分析如下：
一、工艺分析
此零件是盘类零件，该工件加工精度要求较高，采用普通数控机床——华中世纪星HNC-21。
工件材料可选择尼纶，外轮廓是是正方形，采用平口虎钳即可装夹。
刀具材料选择高速钢。
主轴转速为1000r/min，进给量为200mm/min，被吃刀量为3mm，根据零件的轮廓采用Φ10mm的铣刀即可完成加工，加工时采用的对刀方法为试切法，程序传输方式为232串口。
二、加工过程
（1）启动数控机床、电脑，将加工程序导入数控机床；
（2）在数控机床上验证程序；
（3）装夹工件；
（4）机床回参考点；
（5）采用试切法对刀；
（6）记录工件坐标系，选择G54坐标系，然后输入工件坐标；
（7）自动加工，循环启动；
（8）加工完成后，关闭机床，卸下工件。
三、加工结果
图4.1
总结
本次课程设计让我熟悉并运用了pro/e、宇航仿真系统和Mastercam等软件进行从实体建模、工艺分析、自动编程及数控加工仿真、现场加工的整个过程。
了解到现实加工中需要考虑到的因素诸多，如刀具、夹具、工艺与毛坯的选择、参数的计算。
经过一周实训，我得出了一个结论：
理论是实践的基础，只有不断在实践中总结经验，并对先前的理论进行消化和创新，自己的水平才会得以提高，我将会在以后的学习和工作中，不断提高并完善自己的动手能力。
参考文献
1．《数控加工概论》李诚人编著清华大学出版社
2．《数控加工自动编程》吴明有编著清华大学出版社
3．《机械制造工程学》张书森编著东北大学出版社
感想
它是一次综合的应用，集诸多软件集合的综合体，帮助我们完成了各自的零件设计，懂得零件制造的来龙去脉，让我们清醒的认识到：
只依靠书本上的知识是远远不够的，更重要的是锻炼个人实际动手操作的能力。
在此，我衷心的感谢肖老师对我们的传授和指导，在他的精心辅导下，我们又学会并掌握了许多专业知识，为日后的工作奠定了一定的基础。
附件一：
程序NC代码：
%0007
G54G90
N1906T3M6
N1908G0G90X-62.Y30.S637M3
N1912G1Z8.F382.
N1914G0Z10.
N1916G1Z6.
N1918G0Z10.
N1920Z8.
N1922G1Z4.
N1924G0Z10.
N1926Z6.
N1928G1Z2.
N1930G0Z10.
N1932Z4.
N1934G1Z0.
N1936G0Z10.
N1938Z2.
N1940G1Z-2.
N1942G0Z10.
N1944Z0.
N1946G1Z-4.
N1948G0Z10.
N1950Z-2.
N1952G1Z-6.
N1954G0Z10.
N1956Z-4.
N1958G1Z-8.
N1960G0Z10.
N1962Z-6.
N1964G1Z-10.
N1966G0Z10.
N1968Z-8.
N1970G1Z-12.
N1972G0Z10.
N1974Z-10.
N1976G1Z-14.
N1978G0Z10.
N1980Z-12.
N1982G1Z-16.
N1984G0Z10.
N1986Z-14.
N1988G1Z-18.
N1990G0Z10.
N1992Z-16.
N1994G1Z-20.
N1996G0Z10.
N1998Z-18.
N2000G1Z-22.
N2002G0Z10.
N2004Z-20.
N2006G1Z-24.
N2008G0Z10.
N2010Z-22.
N2012G1Z-25.
N2014G0Z10.
N2016X-61.965Y30.044
N2018G1Z8.
N2020G0Z10.
N2022G1Z6.
N2024G0Z10.
N2026Z8.
N2028G1Z4.
N2030G0Z10.
N2032Z6.
N2034G1Z2.
N2036G0Z10.
N2038Z4.
N2040G1Z0.
N2042G0Z10.
N2044Z2.
N2046G1Z-2.
N2048G0Z10.
N2050Z0.
N2052G1Z-4.
N2054G0Z10.
N2056Z-2.
N2058G1Z-6.
N2060G0Z10.
N2062Z-4.
N2064G1Z-8.
N2066G0Z10.
N2068Z-6.
N2070G1Z-10.
N2072G0Z10.
N2074Z-8.
N2076G1Z-12.
N2078G0Z10.
N2080Z-10.
N2082G1Z-14.
N2084G0Z10.
N2086Z-12.
N2088G1Z-16.
N2090G0Z10.
N2092Z-14.
N2094G1Z-18.
N2096G0Z10.
N2098Z-16.
N2100G1Z-20.
N2102G0Z10.
N2104Z-18.
N2106G1Z-22.
N2108G0Z10.
N2110Z-20.
N2112G1Z-24.
N2114G0Z10.
N2116Z-22.
N2118G1Z-25.
N2120G0Z10.
N2122X-62.Y-30.
N2124G1Z8.
N2126G0Z10.
N2128G1Z6.
N2130G0Z10.
N2132Z8.
N2134G1Z4.
N2136G0Z10.
N2138Z6.
N2140G1Z2.
N2142G0Z10.
N2144Z4.
N2146G1Z0.
N2148G0Z10.
N2150Z2.
N2152G1Z-2.
N2154G0Z10.
N2156Z0.
N2158G1Z-4.
N2160G0Z10.
N2162Z-2.
N2164G1Z-6.
N2166G0Z10.
N2168Z-4.
N2170G1Z-8.
N2172G0Z10.
N2174Z-6.
N2176G1Z-10.
N2178G0Z10.
N2180Z-8.
N2182G1Z-12.
N2184G0Z10.
N2186Z-10.
N2188G1Z-14.
N2190G0Z10.
N2192Z-12.
N2194G1Z-16.
N2196G0Z10.
N2198Z-14.
N2200G1Z-18.
N2202G0Z10.
N2204Z-16.
N2206G1Z-20.
N2208G0Z10.
N2210Z-18.
N2212G1Z-22.
N2214G0Z10.
N2216Z-20.
N2218G1Z-24.
N2220G0Z10.
N2222Z-22.
N2224G1Z-25.
N2226G0Z10.
N2228X-61.965Y-30.044
N2230G1Z8.
N2232G0Z10.
N2234G1Z6.
N2236G0Z10.
N2238Z8.
N2240G1Z4.
N2242G0Z10.
N2244Z6.
N2246G1Z2.
N2248G0Z10.
N2250Z4.
N2252G1Z0.
N2254G0Z10.
N2256Z2.
N2258G1Z-2.
N2260G0Z10.
N2262Z0.
N2264G1Z-4.
N2266G0Z10.
N2268Z-2.
N2270G1Z-6.
N2272G0Z10.
N2274Z-4.
N2276G1Z-8.
N2278G0Z10.
N2280Z-6.
N2282G1Z-10.
N2284G0Z10.
N2286Z-8.
N2288G1Z-12.
N2290G0Z10.
N2292Z-10.
N2294G1Z-14.
N2296G0Z10.
N2298Z-12.
N2300G1Z-16.
N2302G0Z10.
N2304Z-14.
N2306G1Z-18.
N2308G0Z10.
N2310Z-16.
N2312G1Z-20.
N2314G0Z10.
N2316Z-18.
N2318G1Z-22.
N2320G0Z10.
N2322Z-20.
N2324G1Z-24.
N2326G0Z10.
N2328Z-22.
N2330G1Z-25.
N2332G0Z10.
N2342T4M6
N2344G0G90X-62.Y30.S510M3
N2348G1Z8.F357.
N2350G0Z10.
N2352G1Z6.
N2354G0Z10.
N2356Z8.
N2358G1Z4.
N2360G0Z10.
N2362Z6.
N2364G1Z2.
N2366G0Z10.
N2368Z4.
N2370G1Z0.
N2372G0Z10.
N2374Z2.
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