数控铣床零件加工中心产品方案设计书doc.docx

1、数控铣床零件加工中心产品方案设计书doc长沙民政职业技术学院毕业实践报告题目：数控铣床零件加工中心产品设计毕业论文毕业设计毕业专题类型：指导老师： 伍爱华 学 院：电子信息工程学院 班 级：机电1032班 学 号：1019053208/17/19/25/26 姓 名： 汪文明、杨傑、陈家庭、邓建权、肖何 2013年4月13日摘要随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控 加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造 的竞争，其实质是数控技术的竞争。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控 机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广

2、泛关注，成为 CAD/CAM 系统的重要组成部 分。以数控编程中的加工工艺分析及设计为出发点，着力分析零件图，从数控加工的实际角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在了解数控 加工铣削基础、数控铣床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工方案、确 定加工路线和加工内容以及对一些特殊的工艺问题处理的基础上， 控制数控编程过程中 的误差，从而大大缩短了加工时间，提高了效率，降低了成本。本文主要研究了轮廓和 孔的数控铣削工艺、工装以及在此基础上的数控铣床的程序编制。侧重于设计该零件的 数控加工夹具，主要设计内容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺简卡、工序卡和数 控刀具

3、卡）和主要工序的工装设计。并绘制零件图。用 G 代码编制该零件的数控加工程序。关键字：FANUC、数控加工、数控编程目 录前 言 4第一章 数控铣 5第二章FANUC 系统 62.1 FANUC 数控加工系统简介 62.2 G 代码 102.3 M 代码 14第三章 零件图工艺分析 153.1 零件结构和加工工艺要求分析 153.2 基准的选择 153.2.1 粗基准的选择 153.2.2 精基准的选择 163.3 毛坯和材料的选择 163.4 刀具选择 173.5切削用量选择 183.6 拟定数控切削加工工序卡 193.7 工序设计 20第四章. 加工程序 214.1 确定编程原点 214.

4、2 编辑程序 21第五章 操作步骤 265.1 先开机床 265.2 回参考点 265.3 参数设定 26结束语 27致谢 27参考文献： 28前 言毕业实践工作对于每一个即将毕业的毕业生来说都是非常重要的,它对我们以后走上 工作岗位很有帮助。对于我们机电一体化专业来说，在以后的工作中经常要与机械打交道，在这里，我以数控技术为例，对它进行系统的讲述。 毕业论文可以把以前所学的知识加以综合运用，起到巩固学到的知识的作用，从而提 高分析，解决问题的能力。因此，认真的完成毕业论文是很有必要的。毕业论文是我们完成专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节， 是使我们综合运用所学过的 基本课程， 基

5、本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练 。我们在完成毕业论文的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关 手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也 为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！ 本文基于 FANUC 0i mate 系统对简单轮廓直线、圆弧组成的轮廓， 直接用数控系统的 G 代码编程，进行零件加工的阐述 。第一章 数控铣 数控铣（CNC Milling） 数控铣或手动铣是用来加工棱柱形零件的机加工工艺。有一个旋转的圆 柱形刀头和多个出屑槽的铣刀通常称为端铣刀或立铣刀，可沿不同的

6、轴 运动，用来加工狭长 空、沟槽、外轮廓等。进行铣削加工的机床称为 铣床，数控铣床通常是指数控加工中心。 铣削加工包括手动铣和数控 铣，铣削加工在机加工车间进行。 数控铣床引是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相 似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别第二章FANUC 系统 2.1 FANUC 数控加工系统简介 FANUC 公司创建于 1956 年， 1959 年首先推出了电液步进电机， 在后来的 若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。 进入 70 年代， 微电 子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，F

7、ANUC 公司毅然 舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品， 一方面从 GETTES 公司引进直流伺 服电机制造技术。1976 年 FANUC 公司研制成功数控系统 5，随时后又与 SIEMENS 公司联合研制了具有先进水平的数控系统 7，从这时起，FANUC 公司 逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。 1979 年研制出数控系统 6， 它是具备一般功能和部分高级功能的中档 CNC 系统，6M 适合于铣床和加工中心；6T 适合于车床。与过去机型比较，使用了 大容量磁泡存储器，专用于大规模集成电路，元件总数减少了 30%。它还备 有用户自己制作的特有变量型子程序的

8、用户宏程序。 1980 年在系统 6 的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展，研制了系统 3 和系统 9。系统 3 是在系统 6 的基础上简化而形成的，体积小，成本低，容 易组成机电一体化系统，适用于小型、廉价的机床。系统 9 是在系统 6 的基 础上强化而形成的具备有高级性能的可变软件型 CNC 系统。通过变换软件可 适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠 的多轴联动重型数控机床。 1984 年 FANUC 公司又推出新型系列产品数控 10 系统、 系统和 12 系统。 11 该系列产品在硬件方面做了较大改进，凡是能够集成的都作成大规模集成电 路， 其中包含了 80

9、00 个门电路的专用大规模集成电路芯片有 3 种， 其引出脚 竟多达 179 个，另外的专用大规模集成电路芯片有 4 种，厚膜电路芯片 22 种；还有 32 位的高速处理器、4 兆比特的磁泡存储器等，元件数比前期同类 产品又减少 30%。由于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机 床以及控制面板之间的几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。 该系统在 DNC 方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之 间的各类数据的双向传送。它的 PLC 装置使用了独特的无触点、无极性输出 和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。此外 PLC 的编程不 仅可以使用梯形图语言

10、，还可以使用 PASCAL 语言，便于用户自己开发软件。数控系统 10、11、12 还充实了专用宏功能、自动计划功能、自动刀具补偿功 能、刀具寿命管理、彩色图形显示 CRT 等。 1985 年 FANUC 公司又推出了数控系统 0，它的目标是体积小、价格代， 适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统 10、11、12 一起组成了这一时期的全新系列产品。在硬件组成以最少的元件数量发挥最 高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成 电路芯片 6 种， 其中 4 种为低功耗 CMOS 专用大规模集成电路， 专用的厚膜电 路 3 种。 三轴控制系统的主控制电路包

11、括输入、 输出接口、 （Programmable PMC Machine Control）和 CRT 电路等都在一块大型印制电路板上，与操作面板 CRT 组成一体。系统 0 的主要特点有：彩色图形显示、会话菜单式编程、专 用宏功能、多种语言（汉、德、法）显示、目录返回功能等。FANUC 公司推 出数控系统 0 以来，得到了各国用户的高度评价，成为世界范围内用户最多 的数控系统之一。 1987 年 FANUC 公司又成功研制出数控系统 15， 被称之为划时代的人工智 能型数控系统，它应用了 MMC（Man Machine Control）、CNC、PMC 的新概念。 系统 15 采用了高速度、高

12、精度、高效率加工的数字伺服单元，数字主轴单元 和纯电子式绝对位置检出器，还增加了 MAP(Manufacturing Automatic Protocol)、窗口功能等。 FANUC 公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自 60 年代 生产数控系统以来，已经开发出 40 多种的系列产品。 FANUC 公司目前生产的数控装置有 F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18 系 列。F00/F100/F110/F120/F150 系列是在 F0/F10/F12/F15 的基础上加了 MMC 功能，即 CNC、PMC、MMC 三位一体的 CNC。 FANUC 公司数控系统的产品特

13、点 （1） 结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。（2） 采用专用 LSI，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。 （3） 产品应用范围广。每一 CNC 装置上可配多种上控制软件，适用于多种 机床。 （4） 不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术 SMT、多层印制电路板、 光导纤维电缆等。（5） CNC 装置体积减小， 采用面板装配式、 内装式 PMC （可编程机床控制器） （6） 在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断 方面不断增加新的功能：插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假 想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。

14、 切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还插补前加减速。 补偿功能：除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿线性度 补偿以及各新的刀具补偿功能。 故障诊断功能：采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故 障原因。 （7） CNC 装置面向用户开放的功能。 以用户特订宏程序、 等功能来实现。 MMC （8） 支持多种语言显示。如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、 挪威、丹麦语等。 （9） 备有多种外设。如 FANUC PPR， FANUC FA Card，FANUC FLOPY CASSETE， FANUC PROGRAM FILE Mate 等。 （10）

15、已推出 MAP（制造自动化协议）接口，使 CNC 通过该接口实现与上一 级计算机通信。 （11） 现已形成多种版本。FANUC 系统早期有 3 系列系统及 6 系列系统，现 有 0 系列、10/11/12 系列、15、16、18、21 系列等，而应用最广的是 FANUC 0 系列系统。 FANUC 系统的 0 系列型号划分及适用范围 0D 系列： 0TD 用于车床 0MD 用于铣床及小型加工中心 0GCD 用于圆柱磨床 0GSD 用于平面磨床 0PD 用于冲床 0C 系统：0TC 用于普通车床、自动车床 0MC 用于铣床、钻床、加工中心 0GCC 用于内、外磨床 0GSC 用于平面磨床 1 T

16、TC 用于双刀架、4 轴车床 2 POWER MATE 0：用于 2 轴小型车床 0i 系列：0iMA 用于加工中心、铣床 0iTA 用于车床，可控制 4 轴 16i 用于最大 8 轴，6 轴联动 18i 用于最大 6 轴，4 轴联动 160/18MC 用于加工中心、铣床、平面磨床 160/18TC 用于车床、磨床 160/18DMC 用于加工中心、铣床、平面磨床的开放式 CNC 系统、 160/180TC 用于车床、圆柱磨床的开放式 CNC 系统 2.2 G 代码 代码 分组 意义 格式 G00 01 快速进给、定位 G00 XYZG01 直线插补 G01 XYZ G02 圆弧插补 CW（顺

17、时针） XY 平面内的圆弧： ZX 平面的圆弧：YZ 平面的圆弧： G03 圆弧插补 CCW（逆时针） G04 00 暂停 G04 P|X 单位秒，增量状态单位毫秒，无参数状态表示停止 G15 17 取消极坐标指令 G15 取消极坐标方式 G16 极坐标指令 Gxx Gyy G16 开始极坐标指令 G00 IP_ 极坐标指令 Gxx：极坐标指令的平面选择（G17，G18，G19） Gyy：G90 指定工件坐标系的零点为极坐标的原点 G91 指定当前位置作为极坐标的原点 IP：指定极坐标系选择平面的轴地址及其值 第 1 轴：极坐标半径 第 2 轴：极角 G17 02 XY 平面 G17 选择 X

18、Y 平面； G18 选择 XZ 平面； G19 选择 YZ 平面。 G18 ZX 平面 G19 YZ 平面 G20 06 英制输入 G21 米制输入 G28 00 回归参考点 G28 XYZ G29 由参考点回归 G29 XYZ G40 07 刀具半径补偿取消 G40 G41 左半径补偿 G42 右半径补偿 G43 08 刀具长度补偿+G44 刀具长度补偿 G49 刀具长度补偿取消 G49 G50 11取消缩放 G50 缩放取消 G51 比例缩放 G51 X_Y_Z_P_：缩放开始 X_Y_Z_：比例缩放中心坐标的绝对值指令 P_：缩放比例 G51 X_Y_Z_I_J_K_：缩放开始 X_Y_

19、Z_：比例缩放中心坐标值的绝对值指令 I_J_K_：X，Y，Z 各轴对应的缩放比例 G52 00 设定局部坐标系 G52 IP_：设定局部坐标系 G52 IP0：取消局部坐标系 IP：局部坐标系原点 G53 机械坐标系选择 G53 XYZ G54 14 选择工作坐标系 1 GXX G55 选择工作坐标系 2 G56 选择工作坐标系 3 G57 选择工作坐标系G58 选择工作坐标系 5 G59 选择工作坐标系 6 G68 16 坐标系旋转 （G17/G18/G19）G68 a_ b_R_：坐标系开始旋转 G17/G18/G19：平面选择，在其上包含旋转的形状 a_ b_：与指令坐标平面相应的 X

20、，Y，Z 中的两个轴的绝对指令，在 G68 后面指定旋 转中心 R_：角度位移，正值表示逆时针旋转。根据指令的 G 代码（G90 或 G91）确定绝对 值或增量值 最小输入增量单位：0.001deg 有效数据范围：-360.000 到 360.000 G69 取消坐标轴旋转 G69：坐标轴旋转取消指令 G73 09 深孔钻削固定循环 G73 XYZRQF G74 左螺纹攻螺纹固定循环 G74 XYZRPF G76 精镗固定循环 G76 XYZRQF G90 03 绝对方式指定 GXX G91 相对方式指定 G92 00 工作坐标系的变更 G92 XYZ G98 10 返回固定循环初始点 GXX

21、 G99 返回固定循环 R 点 G80 09 固定循环取消 G81 钻削固定循环、钻中心孔 G81 XYZRF G82 钻削固定循环、锪孔 G82 XYZRPF G83 深孔钻削固定循环 G83 XYZRQFG84 攻螺纹固定循环 G84 XYZRF G85 镗削固定循环 G85 XYZRF G86 退刀形镗削固定循环 G86 XYZRPF G88 镗削固定循环 G88 XYZRPF G89 镗削固定循环 G89 XYZRPF 2.3 M 代码 M03 主轴正转 M03 S1000 主轴以每分钟 1000 的速度正转 M04 主轴逆转 M05 主轴停止 M10 M14 。M08 主轴切削液开

22、M11 M15 主轴切削液停 M25 托盘上升 M85 工件计数器加一个 M19 主轴定位 M99 循环程式 M30 程序结束 M00 暂停 第三章 零件图工艺分析 3.1 零件结构和加工工艺要求分析 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?12 孔的尺寸公差为 H7，表面粗糙度要 求较高，可采用钻孔，铰孔方案。平面轮廓常采用的加工方法有数控轮廓铣加工。在本 设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求 Ra6.3mm,可采用粗铣精铣方案。选择以上方 法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。 零 件 图3.2 基准的

23、选择 3.2.1 粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相 互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表 面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 （2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余 量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以 底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致 的组织，以增加耐磨性。 （3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。可以保证

24、该面有足够的加工余量。 （4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹 紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用 难以保证表面间的位置精度。 为了满足上述要求，基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板 弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中 除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。3.2.2 精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行 尺寸换算。 3.

25、3 毛坯和材料的选择 毛坯是根据图纸而确定大小，根据本设计图纸选择毛坯大小为 100X100X40 的毛坯。 选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。 最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反 映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有 较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如 经济性、加工性能等） ，使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本 身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元 素太多，或者有夹层、折

26、叠等宏观缺陷。所以材料为 45#钢。 由于生产类型为大批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生 产成本。为此，设计了两套工艺路线，分别如表 1 和表 2 所示。 表 1 工艺路线方案一 工 序1 粗加工定位基准面（底 面）工 序2 钻，扩，铰?12H7 孔工 序3 粗、精加工上表面工 序4 外轮廓铣削工 序5 终检表2 工艺路线方案二工 序1 粗加工定位基准面（底 面）工 序2 粗、精加工上表面工 序3 钻，扩，铰?12H7 孔工 序4 外轮廓铣削工 序5 终检按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，我选择第 2 种。 3.4 刀具选择 刀具的选择是数控

27、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

28、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/mm1T01125mm 硬质合 金端面铣刀1铣削上下表 面0.52T0210.5 钻头1钻?12H7 的孔3T0320 铰刀1铰孔4T0412 硬质合金 立铣刀1铣削外轮廓3.5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

29、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。 该零件材料切削性能较好，铣削平面、外轮廓面时，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，硬质合金铣刀加工铸（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/3.14D 确定进给率时，根据铣刀赤数、主轴转速和切削用量

30、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=FnZn 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. 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/mm0112 钻头12 钻头2004010.50212H7 铰刀 铰刀500300.23.6 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 3.7 工序设计 （1）选一个 100X110X38 的毛坯。 （2）粗铣定位基准面（底面），采用平口钳装夹，用?125mm 平面端铣刀，主轴转 速为 180r/min，进给速度 40 mm/min，背吃刀量 2mm。 （3）粗铣上表面，将初铣的底面反过来，进行粗铣上表面，用?125mm 平面端铣刀， 主轴转速为 180r/min，进给速度 40 mm/min，背吃刀量 2 mm。 （4） 精铣上表面， 用?125mm 平面端铣刀， 主轴转速为 180r/min， 进给速度 25 mm/min， 背吃刀量 0.5 mm。 （5）钻?12H7 的底孔，用?10.5 的钻头，主轴转速