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盘类零件数控加工工艺程序编制（doc25页）

泉州信息职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

盘类零件的工艺分析与编程

院（系）：

机电工程系

专业：

数控维护与应用

届别：

09届

学号：

090012140

姓名：

王子松

第一章数控铣床简介--------------------------------------------------1

（1）数控铣床概念--------------------------------------------------1

（2）数控铣床分类--------------------------------------------------2

（3）数控铣床的加工对象和特点--------------------------------------3

第二章典型零件加工分析----------------------------------------------4

（1）零件结构工艺分析----------------------------------------------5

（2）基准的选择----------------------------------------------------6

（3）刀具的选择----------------------------------------------------6

（4）确定工艺路线-------------------------------------------------8第三章程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧———————————————9

第四章数控编程代码-------------------------------------------------13

（1）编写零件加工程序----------------------------------------------14

第五章程序的编制---------------------------------------------------15

第六章结论---------------------------------------------------------20

致谢词-------------------------------------------------------------21

参考文献-----------------------------------------------------------22

第一章数控铣床简介

（1）数控铣床概念

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。

数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：

主轴箱

包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。

进给伺服系统

　由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

控制系统

数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。

辅助装置

　如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

机床基础件

通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

（2）数控铣床分类

1．数控立式铣床数量上一直占据数控铣床的大多数，一般可进行2.5坐标加工和3坐标联动加工。

2．卧式数控铣床。

增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工，通过转盘改变工位能进行“四面加工”。

3．立卧两用数控铣床。

既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工。

（3）数控铣床的加工对象和特点

1.数控铣床加工的对象

（1）平面类零件

（2）立体曲面类零件

2.数控铣床加工的特点

（1）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，如模具类零件、盘盖类零件等。

（2）能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线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。

（4）加工精度高、加工质量稳定可靠。

（5）生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。

有利于生产管理自动化。

（6）生产效率。

第二章.典型零件加工分析

（1）零件结构工艺性分析

零件由两部分组成，零件的加工特点是由平面加工、孔加工、腔槽加工、轮廓加工、型面加工。

同时也有配和加工。

零件1（图1）的结构分析：

（1）4个异型轮廓的尺寸公差为

mm；

（2）未标尺寸公差均为±0.10mm。

件1是主件，主要加工部件上部,平面加工中要保证尺寸（41

）mm，孔加工中有￠36

mm和4-￠16

mm孔，￠36

mm孔是零件的基准孔，4-￠16

mm孔对基准孔￠36

mm对称0.02mm,孔间距为（141.42±0.02）mm，孔的尺寸精度都是比较高的，梅花形外轮廓￠120

mm壁厚1.57

mm，尺寸40

mm对基准对称0.02mm，四方异形搭子除要保证外轮廓尺寸外，还要保证2-164

mm尺寸。

图1零件1

零件2（图2）的结构分析：

（1）四个异形槽轮廓的尺寸公差为

mm

（2）未注尺寸公差均为±0.10mm。

件2是件1的配合件，该件主要保存的尺寸有：

平面加工主要保证厚度尺寸17

mm，孔类加工有￠12

mm和4-￠（16

）mm孔，￠12mm孔是零件的基准孔，4-￠（16

）mm孔对基准孔￠12mm对称0.02mm，孔间距为（141.42±0.02）mm，孔的尺寸精度和位置精度都是比较高的，梅花形内轮廓保证尺寸￠120

mm，四个长方形槽保证尺寸4-（41

）mm和2-（147

）mm对基准孔￠12mm对称0.03mm，4方形槽除要保证外轮廓尺寸外2-（164

）mm且对称于￠12mm基准孔0.02mm。

零件的配合要求：

（1）曲面和4个异型配合的同时，4-￠16H7的圆柱销也同时能插入件1与件2相对应的销孔内。

（2）在旋转90、180、270度时，均能达到上述要求。

图2零件2

（二）基准的选择

机械加工中基准的选择，工件的找正和定位对于工件最终加工质量影响很大。

毛坯最好选择规范，加工部位对外形没有尺寸和形位公差要求，较为简单。

由于是平口钳夹紧，在粗加工外形时，工件容易产生微量移动，为了保证销孔和型面间位置精度，首先进行型面粗精加工，最后精加工销孔。

如果不采用这种做法，型面精度可能保证，但销孔配合可能不好，原因是销孔相对于型面位置精度有误差。

零件加工过程中，各工序定位基准的选择，首先应根据工件定位时要限制的自由度个数来确定定位基面的个数，然后根据基准选择的规律正确地选择每个定位基面。

粗基准应保证各加工表面都有足够的加工余量。

精基准的选择应该便于工件的安装和加工，最好选择加工表面的设计基准为定位基准，即“基准重合”原则，另外尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位，这就是“基准统一”原则。

（三）刀具的选择

选择合适的刀具和加工参数，对于金属切屑加工，能取到事半功倍的效果。

该加工材料45钢，调质硬度在200HRB左右，外形尺寸180mm*180mm,平口钳夹紧，刀柄夹紧形式有侧固，弹簧夹头夹柄，分为强力和普通ER刀柄，￠32机夹立铣刀切屑参数推荐如下：

端铣刀V=150～200/min,单齿轮进给量0.1～0.15mm/r。

￠机夹端铣刀V=150～200m/min单齿进给量0.10mm/r。

，￠12整体合金立铣刀为精加工用刀具，尽量不要用于粗加工。

（四）确定工艺路线

拟订工艺路线时首先要确定各个表面的加工方法和加工方案。

表面加工方法的和方案的选择，应同时满足加工质量、生产率和经济性等方面的要求。

其次是机械加工工序的安排，安排原则是先加工基准面，划分加工阶段，次要表面穿插在各阶段间进行加工、先粗后精。

根据以上原则零件1和零件2的工艺路线可采用以下方案：

零件1的加工路线

（1）首先用￠32mm的立铣刀粗铣，切深不得超过5mm，薄壁内可粗铣10mm深，注意各凸台之间及各凸台与薄壁之间由于空间的原因只能用￠20mm的立铣刀加工，所以在各凸台铣至相应的深度时，换用￠20mm的立铣刀继续粗加工去量，然后用该刀精加工所有面，半精加工四周凸台的轮廓部分及薄壁的内外面。

在这里除了要合理选择在加工不同刀具的切屑用量，更主要的是能灵活运用数控系统中的旋转功能。

（2）用￠8mm球头铣刀对所有孔点窝。

（3）用￠11的转头钻周边4-￠11mm孔，钻中心￠12mm孔至￠11mm。

（4）用￠20mm的立铣刀扩铣中心￠（36

）mm孔至￠20mm,再用￠32mm的立铣刀扩铣至￠32mm.然后再用￠20mm的立铣刀圆弧插补周铣至￠35.8mm。

（5）用￠12mm的涂层整体合金立铣刀精铣薄壁的内外面，对于该工件的闭合薄壁为了克服加工过成中让刀现象，所以先精铣其外面，然后用该刀精铣四周凸台的轮廓部分；扩中心孔￠12mm孔至尺寸要求；扩铣周边4-（16

）mm深20mm孔至￠15.95mm。

在加工中除了要灵活运用数控系统中的旋转功能外，还要用半径补尝功能来保证2-（141.42±0.02）mm,2-（164

）mm以及2-（40

）mm,3-（91.8

）mm等尺寸。

（6）用￠25mm单刃粗镗刀，精镗中心￠（36

）mm孔至尺寸。

（7）用￠8mm球头铣刀加工四周凸台的R3圆弧倒角；加工中心的球面。

（8）用立铣刀加工出15度的斜面。

（9）用￠（16H7）mm的铰刀周边4-￠（16

）mm深20mm孔至尺寸要求。

零件2的加工路线

（1）首先用￠32mm立铣刀粗铣去量，切深不得超5mm梅花槽及4个长方行槽粗铣至10.5mm深，4个异形槽粗铣至3.5mm深，轮廓方向单边留量0.5mm，换用￠20mm的立铣刀半精加工所有槽及面，槽轮廓方向单边留量0.1mm.在这里同样用数控系统旋转功能。

（2）用￠8mm球头铣刀对所有孔点窝。

（3）用￠12mm的涂层整体合金立铣刀精铣所有槽及面，扩铣中心￠12mm孔至尺寸要求；扩铣周边4-￠（16

）mm孔至￠15.95mm。

在加工除了要灵活运用数控系统的旋转功能外，还要用半径补偿功能来保证2-（141.42±0.02）mm,2-（164

）mm以及2-（41

）mm,2-（147

）mm和2-（91.8

）mm等尺寸。

（4）：

用￠（16H7）mm的铰刀铰周边4-￠（16

）mm孔至尺寸要求。

第三章程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧

3.1、程序首句妙用G00的技巧

目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50XαZβ作为程序首句。

根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为（XαZβ）（本文工件坐标系原点均设定在工件右端面）。

采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。

1.对刀后，装夹好工件毛坯；

2.主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A；

3.Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50Z0，电脑记忆该点；

4.程序录入方式，输入G01W-8F50，将工件车削出一台阶；

5.X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入G50Xγ，电脑记忆该点；

6.程序录入方式下，输入G00XαZβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50XαZβ，电脑记忆该程序原点。

上述步骤中，步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。

有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到XαZβ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。

如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件坐标系。

鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50XαZβ改为G00XαZβ后，问题迎刃而解。

其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即可。

即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。

上述程序首句用G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50XαZβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。

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3.2、控制尺寸精度的技巧

3.2.1.修改刀补值保证尺寸精度

由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：

a.绝对坐标输入法

根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。

如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。

b.相对坐标法

如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。

同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。

如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。

3.2.2.半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度

对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。

这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。

如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。

经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。

3.2.3.程序编制保证尺寸精度

a.绝对编程保证尺寸精度

编程有绝对编程和相对编程。

相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。

也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。

数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。

b.数值换算保证尺寸精度

很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。

如图2b中，除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。

其中，φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。

3.2.4.修改程序和刀补控制尺寸

数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：

程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。

如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：

φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。

对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下：

a.修改程序

原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；

b.改刀补

在1号刀刀补001处输入U-0.06。

经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。

数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。

第四章数控编程代码

工件在加工过程中主要使用了G00快速进给、G01直线进给、G02圆弧插补（顺时针）、G03圆弧插补（逆时针）、 G41半径补偿（左补偿）、G42半径补偿（右补偿）、G40取消半径补偿、G80取消固定循环，这些代码使用过程中应重点注意圆弧插补及半径补偿的使用方法。

1. 在圆弧插补时，对于小于四分之一圆用R编程，同时使用R时小于或等于180为正反之为负，也可以用I K代替I K为圆心在X，Z轴上相对始点的坐标增量，当I K为0时可以省略；如果I K和R同时出现在程序段上，则以R优先，I K无效。

2.在使用刀具半径补偿G41（左）G42（右）其代码的使用取决于刀具的进给方向。

前置刀架，顺着刀具的运动方向看，工件在刀具的右边为G42，反之G41。

后置刀架，顺着刀具的运动方向看，刀具在工件的右边为G42，反之G41。

同时，刀具半径补偿的建立与取消只能用G01或G00指令，不能用G02或G03。

3、G80固定循环取消

G80固定循环取消。

取消所有的固定循环，执行正常操作，R点和Z点也被取消，其它钻孔数据也被取消清除。

（1）编写零件加工程序

O0001;（主程序号）

G94G17G21G49（程序初始化）

T01M06;（换1号刀）

G54G90G00X0Y0;（定位于G54原点上方安全高度）

S600M03;（主轴正转）

G43H01Z50.0;（刀位定位于50.0mmc处）

G00Z5.0H01;（快速下刀至工件5mm处）

G00X40.0Y23.0（定位于正上方）

G01Z-8.0F100.0（Z向下刀至切深10mm）

G41G01X32.0D01F100（刀补建立）

Y-32.5（定位）

G02X-32.5Y50.5R33.5（加工圆弧）

G01X32.5（直线切削）

G02X32.5Y-50.5R33.5（加工圆弧）

G00Z5.0（抬刀）

X15.0Y5.0（重新定位）

G01Z-7.0F50（下刀）

Y-5.0（直线切削）

G02X-12.0Y12.0R7.0（加工圆弧）

G03X-54.0Y-1.6R20.0

G02X-76.5Y-3.1R10.5

G02X-32.5Y95.25R76.5

G01X32.5（直线切削）

G02X32.5Y-3.1R76.5

X54.0Y-1.6R10.5

G03X12.0Y12.0R20.0（加工圆弧）

G02X12.0Y12.0

G01Y-15.0

G01Z5.0;提刀至安全高度

G40G00X0Y0;取消道具补偿

Z100.0M05;主轴停止

M30;主程序结束

第五章程序编制

零件1的程序

梅花曲线外轮廓

O0421

G54（选择坐标系）

M03S1500G01F500（主轴正转转速1500r/min进给为500mm/min）

G01Z10（Z轴快速定位）

X0Y0（X轴Y轴快速定位）

G42X25.9Y0D01（X和Y向进给,并引入刀具半径补偿）

G02X45.9Y0R10（顺时针圆弧切削,圆弧半径为10）

G03X47.67Y-7.07R15（逆时针圆弧切削,圆弧半径为15）

G02X7.07Y-47.67R30

G03X-7.07R15

G02X-47.67Y-7.07R30

G03X-47.67Y7.07R15

G02X-7.07Y47.67R30

G03X7.07Y47.67R15

G02X47.67Y7.07R30

G03X45.9Y0R15

G02X25.9Y0R10

G01G40X0Y0（取消刀补）

M30（程序结束）

四方槽

O0430

G00G90G54X-100Y30（建立工件坐标系,绝对编程,X轴Y轴定位）

G43H01Z20M03S3000（Z轴快速定位,调用刀具1号长度补偿）

G01Z-10.5F500

G01G42X-100Y20.5D10F310（建立右刀补）

X-81

G02X-74Y13R7.5

G01Y-13

G02X-81Y-20.5R7.5

G01X-100

G00Y-100

X-20.5

G01Y-81

G02X-13Y-74R7.5

G01X13

G02X20.5Y-81R7.5

G01Y-100

G00X100

Y-20.5

G01X81

G02X74Y-13R7.5

G01Y13

G02X81Y20.5R7.5

G01X100

G00Y100

X20.5

G01Y81

G02X13Y74R7.5

G01Y100

G01G40X0（取消刀补）

M30（程序结束）

%

四个角的异形槽

%

O0431

G00G90G54X-110Y50

G43H02Z10M03S3000（Z轴定位,建立2号刀具长度补偿,主轴正转,转速3000r/min）

G01Z-3.5F500

G01G41X-90Y60.634D11F700

X-77.989Y53.7

G03X-59.882Y56.083R15

G01X-56.083Y59.882

G03X-53.7Y77.989R15

G01X-60.634Y90

Y110

G00X110

X40

G01X60.634Y90

X53.7Y77.989

G03X56.083Y59.882R15

G01X59.882Y56.083

G03X77.989Y53.7R15

G01X90Y60.634

G00X110

Y-40

G01X90Y-60.634

X77.989Y-53.7

G03X59.882Y-56.083R15

G01X56.083Y-59.882

G03X53.7Y-77.989R15

G01X60.634Y-90

G00Y-110

X-40

G01X-60.634Y-90

X-53.7Y-77.989

G03X-56.083Y-59.882R15

G01X-59.882Y-56.083

G03X-77.989Y-53.7R15

G01X-90Y-60.634

G01G40X-110

M30

%

零件2加工程序

梅花曲线外轮廓

%

O0422

G00G90G54X70Y10（建立工件坐标系,绝对编程,X轴Y轴定位）

G43H03Z10M03S3000

G01G42X65.9Y0D10F30

G02X45.9Y0R10

G02X47.67Y7.07R15

G03X7.07Y47.67R30

G02X-7.07Y47.67R15

G03X047.67Y7.07R30

G02X-7.07