毕业设计数控铣床加工编程典型实例分析

= 毕业设计（论文）数控铣床加工编程典型实例分析 学生姓名 系（部） 机械工程系 专 业 机电一体化 指导教师 2009年5月19日摘 要 数控机床是通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理和运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控铣床是一类很重要的数控机床，铣床至少有三个控制轴，即X、Y轴、Z轴，可同时控制其中任意两个轴联动，也能控制三个甚至个多个坐标联动，主要用于各类较复杂的平面、曲面和壳类零件的加工。关键词： 代码 编程 加工 ABSTRACT CNC machine tools is required to process the various operations and procedures, as well as the cutting tool and workpiece relative displacement between the digital code used to indicate, by controlling the media will be digital information into a dedicated or general-purpose computer、computer Enter the information processing and computing, to issue various commands to control the machine tool servo system or other implementation of components, so that automatic processing tools needed to work out. CNC milling machine is a very important type of CNC machine tools, CNC machine tools in the ratio of the largest in the aerospace, automobile manufacturing, general machining and mold manufacturing industry in a wide range of applications. CNC milling machine to control at least three axes, namely X, Y axis, Z axis, which can simultaneously control any two-axis, but also can control more than three-axis or even months, mainly for more complex types of planes, shell surface and the processing parts. CNC milling machine is on the issues of programming.Keywords：Code Programming Processing目 录前言 1第1章 数控铣床概述 211 数控铣削的分类及加工对象212 数控铣削加工特点2第2章 数控铣削编程步骤 321 分析零件图样322 确定工艺过程323 图形的数学处理324 编写程序单及程序的输入425 程序校验与首件试切4第3章 数控铣削编程方法 531 手工编程532 自动编程5第4章 数控铣削工艺分析 741 零件图分析742 零件结构工艺性分析7第5章 数控铣削程序编制 851 常用G代码852 F、S、T、M代码853 刀具补偿功能954 固定循环功能955 子 程 序 111河南工程学院毕业设计第6章 典型数控铣削加工编程实例分析 1261 工艺分析1262 基点坐标计算1363 加工路线的确定1364 数控程序的编制13结论 15参考文献16 致谢 17前 言数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。而数控铣床是一类很重要的数控机床，在数控机床中所占的比最大，在航天、汽车制造、一般机械加工和模具制造业中应用非常广泛。数控铣床至少有三个控制轴，即X、Y轴、Z轴，可同时控制其中任意两个轴联动，也能控制三个甚至个多个坐标联动，主要用于各类较复杂的平面、曲面和壳类零件的加工。因此，编程方法与车床不尽相同。不同的数控铣床，不同的数控系统，其编程原理基本上是相同的，但所用指令有不同之处。本文主要论述数控铣床的概述、零件加工中的编程方法、编程步骤、工艺分析、程序编制等问题进行探讨，并结合在实习期间所学进行深刻论述。通过此编程实例的分析，来掌握数控铣床的编程方法及编程技巧。河南工程学院毕业设计第1章 数控铣床的概述 11 数控铣削的分类及加工对象 数控铣床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与其他传动方式相比较，液压传动具有其独特的技术优势，其应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门。随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。用普通的机床加工精度低，效率低，劳动度大，已经无法满足生产要求，从而一种新型的数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化的产品。（1）立式数控铣床。一般适宜盘、套、板类零件，一次装夹后，可对上表面进行钻、扩、镗、锪、攻螺纹等工序加工以及侧面的轮廓加工。（2）卧式数控铣床。一般带有回转工作台，一次装夹后可完成除安装面和顶面以外的其余四个面的各种工序加工，因此适宜箱体类零件的加工。（3）龙门式数控铣床。属大型数控机床，主要用于大型或形状复杂的零件的各种平面、曲面和孔的加工。（4）万能式数控铣床。主轴可以旋转90或工作台带着工件旋转90，一次装夹后可以完成对工件五个表面的加工。12 数控铣削加工特点（1）对零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类、壳体类零件等。（2）能加工普通机床无法加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线类零件以及三维空间曲面类零件。（3）能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件，如可对零件进行钻、扩、镗、铰、攻螺纹、铣端面、挖槽等多道工序的加工。（4）加工精度高，加工质量稳定可靠。（5）生产自动化程度高，生产效率高。（6）从切削原理上讲，端铣和周铣都属于断续切削方式，不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。23河南工程学院毕业设计第2章 数控铣削编程步骤在编制数控加工程序时，首先应了解数控机床的规格、性能、CNC系统功能及编程指令格式。其次要对零件图养的技术要求、几何形状、尺寸及工艺进行分析，确定加工方法和加工路线，再进行数值计算，获得到位数据。最后按数控系统规定的代码和程序格式编制成加工程序。如图2-1所示。 图2-1数控编程步骤21分析零件图样根据零件图样，分析零件的形状、尺寸、精度要求、毛坯形式、材料与热处理技术要求，选择合适的数控机床。22确定工艺过程通过对零件图样的全面分析，拟定零件的加工方案，充分发挥数控机床的功能，提高数控机床使用的和理性与经济性。确定工件的夹紧方式，减少供给俺的定位时间和加紧时间，缩短声场准备周期。选择合理的加工顺序和走刀路线，保证零件的加工精度和加工工程的安全性，避免发生刀具于非加工表面干涉。合理选择刀具及其加工参数，充分发挥机床及刀具的加工能力，减少换刀次数，缩短走刀路线，提高生产效率。23图形的数学处理根据零件的几何尺寸、工艺路线及设定的工件坐标系，计算零件粗、精加工的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧构成的零件），需要计算出各几何元素的起点、终点、圆心点、交点和切点的坐标值。对于形状比较复杂的零件（如非圆曲线、曲面构成的零件），需要用4直线段或圆弧段逼近，根据要求的精度计算出节点坐标值，这种情况一般要用计算机来完成数值计算工作。24编写程序单及程序的输入根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的工艺参数及辅助动作，按照数控系统规定的功能指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单。将编写好的程序单记录在控制介质上，通过手工输入或通信传输的方式输入到机床的数控系统。25程序校验与首件试切程序必须经校验和首件试切才能正式使用。利用数控机床的空运行功能，观察刀具的运动轨迹和坐标显示值的变化，检验数控程序。也可用刀代替刀具，用坐标值代替工件，进行空运转画图来检验。4第3章 数控铣削编程方法3.1手工编程从零件图样分析、确定工艺过程、图形的数字处理、编写程序单及程序的输入到程序的效验等各步骤主要由人工完成的编程过程称为手工编程。手工编程的过程如图3-1所示。5河南工程学院毕业设计 图3-1 手工编程过程对于加工形状简单、计算量不大、程序段较少的零件，采用手工编程比较合适。在点位加工或由直线和圆弧构成的平面轮廓加工中，手工编程得到广泛应用。32自动编程自动编程是利用计算机软件编制数控加工程序的过程。典型的自动变成有两种：APT软件编程和CAD/CAM软件编程。APT是自动编程工具（Automatically Programmed tool）的简称。是一种对工具、对刀具的几何形状及刀具运动等进行定义所使用的一种接近英语的符号语言。如图3-2所示。图3-2 APT语言自动编程过程 采用APT语言自动编程，可由计算机代替人工完成繁琐的数字计算工作，省去了编写程序单的工作量，是编程效率得到很大提高. CAD/CAM是计算机辅助设计与制造的缩写。是一种将零件的几何图形信息自动转换为数控加工程序的自动编程技术。他通常是以代加工零件的CAD模型为基础，调用数控编程模块，采用人机交互方式在屏幕上制定被加工的部位，输入加工参数，计算机自动进行数学处理，编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出道的加工轨迹。第4章 数控铣削工艺分析41零件图分析分析零件图，了解图形的结构要素，明确零件的材料、加工内容和技术要求。 首先，应熟悉零件在产品中的位置、作用、装配关系和工作条件，明确各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响。第二，分析零件图的尺寸标注方法。零件图的尺寸标注应适应数控的加工要求。第三，分析零件图的完整性和正确性。工程零件轮廓几何元素的尺寸和互相关系（相交、相切、同心、垂心、平行等），是数控编程的重要依据。42零件结构工艺性分析零件的结构工艺性分析，是指设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。如图4-1所示，内槽圆角半径不应太小，以免限制铣刀直径。当R0.2H时，零件的工艺性较好。7图4-1 内槽结构工艺性分析8河南工程学院毕业设计第5章 数控铣削程序编制51 常用G代码(1) G90 绝对坐标变成指令 格式：G90说明：该指令表示程序段中的运动坐标数字为绝对坐标值，即从编程原点开始的坐标值。 (2) G91 增量坐标变成指令 格式： G91 说明：该指令表示程序段中的运动坐标数字为增量坐标，即刀具运动的终点坐标相对于起点坐标值的增量。（3）G00快速点定位指令 格式： G00说明：该指令表示刀具以点位控制方式从所在点以最快的速度移动到目标点。其中，X、Y、Z为目标点坐标。刀具移动速度不需要指定，而是有生产厂家确定，并可再机床说明书上查到。（4） G01直线插补指令 格式：XYZF说明：该指令的作用是指定两个（或三个）坐标以；联动的方式，制定进给速度F，插补加工任意的平面（或空间）直线。（5）G02G03圆弧插补指令 格式：G02G03 XYZIJKF或G02G03 XYZRF说明： G02表示顺时针圆弧插补，G03表示逆时针圆弧插补。 X、Y、Z为圆弧终点坐标，I、J、K为圆心相对于圆弧起点的坐标。 R为圆弧半径，当圆弧半径小于或等于180时，R为正值；当圆弧大于180时，R为负值。如果圆弧是一个封闭整圆，只能使用圆心坐标编程。52 F、S、T、M代码1进给速度功能FF代码是续效指令，有两种表示方法：（1）代码法。F后面跟两位数字，这些数字表示的不是进给速度的大小，而是机床进给速度数列的序号。进给速度数列可以是算数级数。（2）直接制定法。F后面跟的数字就是进给速度的大小，例如F100的进速度是100mm/min。这种指令方法比较直观，因此，现在大多数数控机床都采用这一方法。2.主轴功能S S代码也是续效指令，用于确定主轴转速，有地址码S及其随后的每分钟转速值表示主轴速度，单位是r/min。 3.刀具功能TT代码用于所选道具，由地址码T及其后的2位数字表示刀具号。T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。4.辅助功能M M代码是机床加工过程的工艺操作指令，即控制机床的各种功能开关，由地址码M和规定的两位数字表示。 53 刀具补偿功能1.刀具半径补偿（1）刀具半径补偿的作用在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在，道具中心轨迹和工作轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按道具中心轨迹进行编程，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损,重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀具中心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。（2） 刀具半径补偿的方法 数控系统的刀具半径不长就是将计算道具中心轨迹的过程交由CNC系统执行，编程员假设道具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，因此这种编程方法也称为对零件的编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中，在加工过程中，CNC系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹。完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏执寄存器中的刀具半径值或选用存放在另一个刀具半径偏置寄存器中的9刀具半径所对应的刀具值即可。（3）刀具半径补偿的过程刀具半径补偿的过程分为三步： 一为刀具半径补偿的建立。就是在刀具从起点接近工件时，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。为保证刀具从无刀具半径补偿运动到所希望的刀具半径补偿开始点，应提前建立刀具半径补偿。二是刀具半径补偿的进行。执行有G41,G4指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量。三是刀具半径补偿的撤销。在最后一段刀补轨迹加工完成后，应走一段直线撤销刀补，使刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合。54 固定循环功能钻孔、镗孔、深孔钻削、拉镗等加工工序所需完成的顺序动作十分典型，并且在同一个面上有时需要完成数个相同的加工顺序动作，如图5-2所示。每个孔的加工过程相同：快速进给、工进钻孔、快速退出，然后在新的位置定位以后重复同样的动作。编写程序时，同样的程序段需要编写若干次，十分麻烦。使用固定循环功能，可以大大简化程序的编制。表5-1系统的固定循环功能表，包括12种固定循环指令和一种取消固定循环指令（G80）。10图5-2 孔加工路线表5-1系统的固定循环功能表G代码开孔动作（-Z方向）在孔底的动作退刀方式用途G73G74G76G80G81G82G83G84G85G86G87G88G89间歇进给切削进给切削进给 切削进给切削进给间歇进给切削进给切削进给切削进给切削进给切削进给切削进给 暂停、主轴正转主轴准停 暂停 暂停、主轴反转 主轴停止主轴正转暂停-主轴停止暂停快退切削进给快速快速快速快速切削进给切削进给快速快速手动切削进给高速深孔加工循环攻螺纹精镋循环取消固定循环钻孔、钻中心孔锪孔、镋阶梯孔渐进钻削循环攻螺纹循环镋孔循环镋孔循环反镋循环镋孔循环镋孔循环 5.5 子程序子程序编程是计算机程序设计语言中的基本功能，现代CNC系统一般都提供调用子程序功能。但子程序调用不是数控系统的标准功能，不同的数控系统所用的指令格式均不相同。在一个加工程序中，如果有一定量的程序段是完全重复的，即一个零件中有几处形状相同，或刀具运动轨迹相同的，为了缩短程序，可以把重复的程序段单独抽出，按一定格式编成“子程序”，并将其预先存储在CNC系统内，在主程序中如果需要执行此子程序的内容时，只需用一个调用指令即可。调用子程序的程序称为“主程序”。11河南工程学院毕业设计第6章 典型数控铣削加工编程实例分析如图6-1所示盖板零件。预加工盖板外轮廓，毛柸材料为铝板，尺寸如下图所示。 图6-1 盖板零件6.1 工艺分析 （1）分析可知40mm的孔是设计基准，因此考虑以40mm的孔和Q面找定位置，夹紧力加在p面上(注：毛柸件上40mm和2x8mm的孔一加完毕)（2）给据毛柸板料较薄、尺寸精度要求不高等特点，以采用粗、精两刀完成轮廓加工。粗加工直接加工在毛柸件上按照计算出的基点走刀，并利用数控系统的刀具半径补偿功能精加工余量留出。精加工余量0.2mm。 （3）有于毛柸材料为铝板，不以采用硬质合金刀具，选择12mm普通高速钢立铣刀进行加工。为了避免停车换到，考虑粗、精加工采用统一把道具。 (4)安全面高度为10mm.6.2 基点坐标的计算 如图6-2所示零件轮廓线由三段圆弧和五段直线连接而成。由图可见，几点坐标计算比较简单。选择A点坐标为原点，建立工件坐标系，并在此坐标系内计算个基点坐标。13图6-2 基点坐标系6.3 加工路线的确定 为了得到比较光滑的零件轮廓，即使编程简单，考虑粗加工和精加工均采用順铣方法，即安ABCDEFGHA切削。6.4 数控程序的编制 O0001 G92 X0 Y0 Z0 刀具到大安全高度 G00 Z10 S1000 M03 G00 X-10 刀具到达初始点 Z-12 落刀 G41 G01 X0 Y0 D01 F100 粗加工刀具半径补偿 M98 P1002 调用子程序、粗加工 G40 G00 X-10 刀具回初始点 G41 G01 X0 Y0 D02 F80 精加工半径补偿 M98 P1002 调用子程序、精加工 G40 G00 X-10 刀具回初始点 G00 Z10 刀具到达安全高度 M0513 M30 1002 G01 Y20 AB X10 BC G03 X25 Y35 R15 CD G02 X75 Y35 R25 DE G03 X90 Y20 R15 EF G01 X100 FG Y0 GH X0 HA M99 子程序结束总 结数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。而数控铣床是一类很重要的数控机床，在数控机床中所占的比最大，在航天、汽车制造、一般机械加工和模具制造业中应用非常广泛。本文就数控铣床的概述、零件加工中的编程方法、编程步骤、工艺分析、程序编制等问题进行探讨与分析，具有一定得实用性。要实现数控加工，编程是关键。本文虽然只对一例数控铣床加工零件的进行了编程分析，但它具有一定的代表性。数控铣床至少有三个控制轴，即X、Y轴、Z轴，可同时控制其中任意两个轴联动，也能控制三个甚至个多个坐标联动，主要用于各类较复杂的平面、曲面和壳类零件的加工。故数控铣床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。不同的数控铣床，不同的数控系统，其编程原理基本上是相同的，但所用指令有不同之处。故我们以后要多见一些数控机床，多了解一些关于数控的知识，来充实自己。通过本次设计，使我把自己在三年中所学的知识得到了全面的运用。也使我认识到了自己所学知识的局限性。在以后漫长的人生道路上，我要努力充实自己的大脑，让大脑中装满丰富多彩的知识。15参考文献1 张丽华等数控编程与加工技术，大连理工大学出版社，2004；2 李新德机械设计基础，中国商业出版社，2006；3 李新德公差与配合，中国商业出版社，2006；4 李新德等机械制图，中国商业出版社，2006；5 赵大兴工程制图，高等教育出版社，2006；6 赵长明等数控加工设备工艺及设计，高等教育出版社，2003；7 刘书华数控机床与编程，机械工业出版社，2001；8 刘雄伟等数控加工理论与编程技术，机械工业出版社，2000；9 林清安Proe/ENGINEER零件设计基础篇，北京大学出版社，2000；10 任仲贵CAD/CAM原理，清华大学出版社，1999.16河南工程学院毕业设计1717 致 谢三年的大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍敢充实，论文即将完成只日感慨良多。首先诚挚感谢我的论文指导老师张政老师，从论文的设计、整改及论文的定稿过程中，自始至终都倾注着心血。老师严谨的治学之道、宽厚仁慈的胸怀、积极乐观的生活态度，兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神为我们树立了一辈子的学习典范。我还要感谢我的同学们来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间的友情，维系着那份家的融洽。三年里 ，我有喜怒哀乐都是人生当中美好的回忆，以后的路祝大家一帆风顺。 181819