毕业设计零件的数控铣床铣削编程与设计.docx
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毕业设计零件的数控铣床铣削编程与设计
周口科技职业学院
毕业论文〔设计〕
题目数控铣典型机械零件的工艺设计与编程加工
教学系机械工程系
专业班级10级数控2班
学生李闯闯
学生学号20080101081
指导教师王红锦
2013年6月10日
设计任务书
一.设计题目：
零件的数控铣床铣削编程与设计
二．设计目的
〔1〕了解数控铣床的基本原理。
〔2〕了解数控铣削加工编程的内容和步骤。
〔3〕掌握数控铣削加工程序的编程结构、格式和零件的数控编程方法。
〔4〕掌握数控铣床的操作方法。
〔5〕了解数控铣床与微机通过RS232接口的通信方法。
三．设计要求
1.设计安全要求
由教师和实验室指导教师组织学生进行毕业设计发动和安全教育。
要求学生在毕业设计时要做到以下几点：
〔1〕 进行编程操作前，应熟悉数控铣床的操作说明书，并严格按照操作规程操作。
〔2〕 检查数控铣床各部分机构是否完好，各按钮是否能自动复位。
〔3〕 车间工具都应放在固定位置，不可随意乱放，保护工具、经常保持量具的清洁，用后擦净，涂油后放入盒中；工作位置周围应经常保持整洁清洁。
〔4〕 数控加工时精力应高度集中，出现问题时应立即切断电源，并向指导教师报告。
〔5〕 操作过程中出现铣床故障时，应及时向指导教师反映。
2.设计质量要求
〔1〕毕业设计过程中要认真学数控毕业设计指导书，并按照内容要求进行毕业设计，保证毕业设计进度，按时保质完成毕业设计。
〔2〕毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累编程经验技巧，提高对数控加工工艺分析和编程能力。
〔3〕按要求撰写毕业设计说明书。
〔4〕按要求的精度加工出给定零件
3.零件图及技术要求
加工零件如下图，料为HT200，毛坯尺寸：
长X宽X高为170mmX110mmX50mm。
四．设计任务
〔1〕 零件图工艺分析
〔2〕 确定装夹方案
〔3〕 确定装夹顺序
〔4〕 选择加工用量具
〔5〕 合理选择切削用量
〔6〕 拟订数控铣削加工工序卡
〔7〕 根据加工工序步骤编写加工程序
五．应完成的技术资料
1. 开题报告
2. 加工零件实物
3. 毕业设计说明书〔10000字左右〕
4. 技术资料
〔1〕绘制装夹方式图
〔2〕填写数控加工工序卡片
〔3〕编制加工程序清单
六．设计时间进度安排
第一周：
毕业调查实习，与指导老师交流设计事宜。
第二周：
查阅文献、收集资料。
第三周：
确定系统的设计方案，撰写开题报告。
第四~七周：
总体设计、结构设计、详细计算、编程与调试等内容。
第八~十周：
编写设计说明书。
第十一周：
指导教师修改。
摘要
大家都知道，数控加工是目前的一门新的专业，热门专业，正在高速发展，数控加工程序是有多道复杂的程序组成的，这就为我们学习带来不便，为了使学习更方便，使用更加有条理，我编写了这份典型零件的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。
我的这份毕业设计包括设计任务书、摘要、前言、设计说明书等多个部分。
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。
其中数控机床我们现在用的是西门子系统的，包括编程语言到是西门子系统的。
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。
前言
毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节，是评价我们是否是一个合格大学生的一个很重要标准，因此在做毕业设计时，我都是怀着很重视的态度去做的。
在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，有点迷茫，由于从没有做过这样的设计，经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自开工作的技术。
它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。
随着电脑、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。
同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。
随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和电脑辅助加工技术。
由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。
随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区（如广东，浙江、江苏、山东），数控人才更是供不应求，所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。
要成为数控编程员就要具备：
掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如uc、ProE等；熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。
经过两个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，两个多月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学到了很多，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等等。
数控技术毕业设计应包括数控加工工艺分析、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。
假设条件允许，还可以加上数控机床的安装、调试与验收等内容。
1.1数控技术毕业设计必须遵循的一般原则
〔1〕 结合本校数控基地的情况，合理安排合计内容。
也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。
〔2〕 必须保障人身安全和设备安全，在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书，并按照操作规程操作。
〔3〕 兼顾加工精度和加工效率，在保证加工精度的前提下，认真进行工艺分析，制定出合理的工艺方案，选择合理的切削用量。
〔4〕 注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力，掌握科学研究的方法
1.2毕业设计的步骤
必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书，了解产品的工艺性和公差等级，在初步明确设计要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。
〔1〕 分析零件图样
根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、外表粗糙度、刀具及等技术进行分析。
〔2〕 确定加工工艺方案
根据上述的的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数〔3〕 数值计算
根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据
〔4〕 编写零件加工程序
根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。
〔5〕仿真加工
校验程序，程序编完后，利用GRAPS主功能，输入毛坯尺寸，对零件进行仿真加工，并判断程序是否正确。
1.3毕业设计的基本内容
数控加工工艺设计
〔1〕 零件图的工艺性分析
〔2〕 加工方法的选择
〔3〕 工序的划分
〔4〕 加工路线的安排
〔5〕 走刀路线及工步顺序
〔6〕 加工刀具的选择
加工程序的编制
〔1〕加工工艺分析
〔2〕数值计算
〔3〕程序校验与首件试切
数控操作技能
〔1〕认知阶段
〔2〕联系阶段
〔3〕自动化阶段
绪论
1.数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件——机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。
2.数控编程及其发展
数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。
在机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能〔主轴的正转与反转、切削液的开与关、变速、换刀等〕按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质上；最后输入到书空机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。
因此，把从零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。
数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。
〔1〕手工编程。
手工编程是指程序编制的整个过程步骤几乎全部是由日人工来完成的。
对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错的时机较少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。
但是工件复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等外表，或工件加工程序比较长的，使用手工编程将十分烦琐、费时，而且容易出现错误，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况。
影响数控机床的开动率。
此时必须用自动编程的方法编制程序。
〔2〕自动变成。
自动编程有两种：
APT软件编程和CAM软件编程。
APT软件是利用电脑和相应的处理程序后置处理程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。
在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工方案外，〔有些自动编程系统能自动确定最正确的加工工艺参数〕，其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由电脑自动完成。
编写人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入电脑，由电脑自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，宾噶在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动穿出数据加工纸带，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。
CAM软件是将加工零件以图形形式输入电脑，由电脑自动进行数值计算前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形式加工程序输入数控机床进行加工。
自动编程的出现使得一些计算烦琐、手工编写横困难的。
或手工无法编出的程序都能实现。
本设计根据零件的具体加工位置和零件的工艺特点，可以选择手工编程、也可以利用电脑进行自动编程的方式。
2.2工艺分析与选择
零件图工艺分析
该零件图主要由平面、孔系及外轮廓组成，内孔外表的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔及光加工方法选择原则，中间¢40孔的尺寸公差为H7，外表粗糙度要求较高，可采用钻——粗镗——精镗方案，。
两端
¢13mm和¢20mm孔处没有尺寸公差要求，可采用自由尺寸公差IT11-IT12处理，外表粗糙度要求不高，可采用钻¢13mm——扩孔¢20mm的方案；平面轮廓常采用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。
在本设计中，平面与外轮廓外表粗糙度要求Ra,可采用粗铣——精铣方案。
选择以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和外表粗糙度要求。
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，加工上外表，¢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2-5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。
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、精加工上外表——¢60mm外圆及其台阶面——外轮廓铣削——精加工底面并保证尺寸40mm.
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。
图为一面
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的外表尺寸和形状相适应。
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
加工外表
刀尖半径/mm
备注
1
T01
¢125mm硬质合金端面铣刀
1
铣削上下外表
2
T02
¢63硬质合金立铣刀
1
铣削¢60外圆极其台阶面
3
T03
¢38钻头
1
钻¢40底孔
4
T04
¢40镗铣刀
1
镗¢40内孔外表
25*25
5
T05
¢13钻头
1
钻2*¢22螺孔
7
T07
¢25硬质合金立铣刀
1
铣削外轮廓
编制
翟永永
审核
翟永永
批准
日期
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、¢60mm外圆及其台阶面和外轮廓面时，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〔假设机床为有级调速，应选择与计算结果接近的转速〕。
确定进给率时，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，背吃刀量取为0.5-2mm。
精加工时
背吃刀量取为0.2-0.4mm.
表2-2孔系加工刀具与切削用量参数
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
/mm
01
¢38钻孔
¢38钻头
200
40
19
02
¢40H7粗镗
镗铣刀
600
40
¢40H7精镗
镗铣刀
500
30
03
2mm*¢13钻孔
¢13钻头
500
30
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所示的加工工序卡中以指导编程和加工操作
表2-3数控加工工序卡
单位名称
平顶山工业职业技术学院
产品名称代号
零件名称
零件图号
数控技术毕业设计
端盖
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
平口虎钳和一面两销
XK714D
数控中心
工步号
工步内容
刀具号
/mm
刀具规格
/mm
主轴转速
/mm
进给速度/mm
背吃刀量
/mm
备注
01
粗铣定位基准面〔底面〕
T01
¢125
180
40
4
手动
02
粗铣上外表
T01
¢125
180
40
4
手动
03
精铣上外表
T01
¢125
180
25
手动
04
粗铣¢60外极其台阶面
T02
¢63
360
40
5
手动
05
精铣¢60外极其台阶面
T02
¢63
360
25
手动
06
钻¢40H7底孔
T03
¢38
200
40
19
手动
07
粗镗¢40H7内孔外表
T04
25*25
600
40
手动
08
精镗¢40H7内孔外表
T04
25*25
500
30
手动
09
粗铣外轮廓
T07
¢25
900
40
11
手动
10
精铣外轮廓
T07
¢25
900
25
22
手动
编制
翟永永
审核
翟永永
批准
翟永永
4月5日
1页
2.3主要加工程序
确定编程原点
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外表，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外表。
本设计选择¢40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外表。
按工序编制各部分加工程序:
注〔用西门子系统〕
〔1〕选一个200X150X50的毛坯
〔2〕粗铣定位基准面〔底面〕，采用平口钳装夹，如图3：
在MDI方式下，用¢125mm平面端铣刀，主轴转速为180r/min，可以用LCYC75指令铣基准面，主要确定几个R参数：
R101=5R102=3R103=0R104=2R116=0R117=0R118=200R119=150
R120=0R121=4R122=100R123=100R124=1R125=1R126=2R127=1
（3）粗铣上外表，将初铣的底面反过来，〔注意上外表应露出超过25mm〕进行粗铣上外表，进给速度为100mm/min其余与步骤1相同。
（4）精铣上外表，进给速度为25mm/min，其余同步骤1
（5）粗铣¢60外圆及其台阶面，在手动方式下，用¢63平面端铣刀，主轴转速为360r/min，粗铣时的横向进给率为100mm/min，纵向进给率为50mm/min，先铣一个¢62的圆〔注意刀具补偿〕每刀进4mm，再依次将圆扩大，重复进行，直到把毛坯上多余的部分都铣掉，再进4mm，直到把铣到20mm处为止，形成如图3的形状；
〔6〕精铣¢60的外圆及其台阶，将粗铣时留下的余量铣到，进给率应适当降低一些
〔7〕钻¢4循环¢40H7的底孔，在MDI方式下，用¢38的钻头，主轴转速为200r/min可以用深孔钻削LCYC83，其中主要R参数：
R101=5R102=3R103=0R104=40R105=1R107=50R108=80R109=2R110=3R111=1
R127=1
〔8〕粗镗¢40H7内孔外表，使用镗刀，刀杆尺寸为25X25mm，主轴转速为600r/min
使用LCYC85循环，其主要参数：
R101=5R102=3R103=0R104=40R105=1R107=60R108=100
〔9〕精镗¢40H7内孔外表，主轴转速为600r/min
〔10〕钻2mmX¢13mm螺孔，在MDI方式下，用¢40H7的钻头，主轴转速为600r/min。
〔11〕粗铣外轮廓，装夹方式如图4，在手动方式下，用¢25mm平面立铣刀，主轴转速为900r/min，主轴转速为360r/min，粗铣时的横向进给率为100mm/min，纵向进给率为50mm/min，先铣一个深4mm的外轮廓〔注意刀具补偿〕每刀进4mm，再依次将圆扩大，重复进行，直到把毛坯上多余的部分都铣掉
〔12〕精铣刀外轮廓，在手动的方式下进行用¢25mm平面立铣刀，主轴转速为900r/min，在Z轴方向不分层，一次铣到位。
具体编程如下
铣底面，用¢125应质合金端面铣刀
LI001
N10G94G90G54G17G71
N20S1000M03
N30GOOXOYO
N40Z5
R101=5R102=3R103=0R104=5R116=0R117=0R118=170R119=110
R121=4R122=100R123=50R124=1
R125=1R126=2R127=1
N50LCYC75
N60G00Z40
N70M30
用¢125应质合金端面铣刀
LI002
N10G94G90G54G17G71
N20S1000M03
N30GOOXOYO
N40Z5
R101=5R102=3R103=0R104=5R116=0R117=0R118=170R119=110
R121=4R122=100R123=50R124=1
R125=1R126=2R127=1
N50LCYC75
N51M30
换刀，用¢63应质合金立铣刀，对刀
N10G94G90G54G17G71
N20S1000M03
N55G00Z20T2D2
N60G00X30Y30G41
N70G01Z-9
N80G02X30Y30CR=30
N90G01Z-13
N100G02X30Y30CR=30
N105G01Z-17
N110G02X30Y30CR=30
N120G
N130G02X30Y30
N140G01Z-19
N150G02X30Y30CR=30
N160G00Z5
N165M30
换刀，换¢38的钻头，对刀
N10G94G90G54G17G71
N20S1000M03
N170G00X0Y0G40T3D1
R101=5R102=3R103=0R104=40R105=1R107=50R108=80R109=2R110=3R111=1
R127=1
N180LCYC83
N185M30
换刀，换¢40H7镗孔刀，对刀
N10G94G90G
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