数控加工中心加工工艺与编程综合设计.docx
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数控加工中心加工工艺与编程综合设计
1引言………………………………………………………………………………………
2设计任务书…………………………………………………….……………………
3零件图纸的工艺分析及处理…………………………………………………….
3.1工艺分析……………………………………………………………………………………
3.2工件的定位与装夹……………………………………………………………………………
3.3加工难点……………………………………………………………………………
3.4刀具干涉检查 …………………………………………………………………………
4加工路线编制……………………………………………………………………………
4.1加工步骤………………………………………………………………………
4.2加工路线……………………………………………………………………………
5刀具的选择…………………………………………………………………
6切削及下刀的方法……………………………………………………………………………
6.1粗磨和精磨……………………………………………………………………………
6.2粗铣……………………………………………………………………………
6.3上表面的铣削……………………………………………………………………………
6.4加工工艺卡片……………………………………………………………………………
7具体程序设计……………………………………………………………………………
附录1
附录2
参考文献
引言
数控技术在我国机械制造业的应用已比较成熟，它与传统的机床设备相结合形成了一种全新的机械加工装备——数控机床。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变法，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对关系国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。
我选择这个题目是因为本次的设计零件主要用加工中心体现了工序集中现代制造业的主要方法。
用到了铣端面、铣凸台、钻孔、绞丝、攻螺纹。
对我们学的知识大致都都进行了个概括和总结。
这份毕业设计主要包括四个大的部分：
一、零件图纸二、工艺分析三、工业设计四、计算程序。
零件图通过在AUTOCAD上用平面的形式变现出来，更加清楚零件的结构形状，然后具体分析零件结构。
数控加工工艺分析，通过对零件的工艺分析，可以深入全面的了解零件的结构，及时地对零件结构和技术要求等做必要的修改，进而确定零件适合在哪一种数控机床上加工，此零件我选择在加工中心上进行，因为加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、镗削、铰削及攻螺纹等多工位加工。
加工的部位可以在同一个平面上面，也可以在不同的平面上面，既有平面又有孔系是加工中心的首选对象，接下来是分析机床上应完成零件哪些工序，选择定位基准；零件的定位基准一方面要保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性，另一方面要满足加工中心工序集中的特点既一次安装尽可能完成零件上较多表面的加工。
定位基准最好是已有的面和孔。
再确定所有的加工表面的加工方法和加工方案；选择刀具和切削用量。
然后确定所有加工便面的加工方案和加工方法；选择刀具和切削用量。
然后确定所有工部的加工顺序，把相邻的工部划为一个工序，即进行工序划分；先面后孔的加工顺序，因为平面的加工轮廓加大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故先应加工平面后加工孔。
最后再将需要的其他工序如普通加工工序插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。
现在制造业中数控技术的日益广泛使用，使得我认识到学好数控技术的重要性。
我相信接下来的毕业设计会对我三年来的学习会是一次巩固和复习，将会进一步认识到数控技术的重要性，同时为以后的上岗就业打下很好的基础。
花玉娟
毕业设计任务书
一、设计课题
数控加工中心加工工艺与编程综合设计
二、课题的来源
本“数控加工中心加工工艺与编程综合设计”毕业设计课题，主要针对某机械加工厂生产的零件来进行生产工艺的设计与零件加工程序的编制，由于此零件加工要求比较高，精度控制比较严格，因此，采用数控加工方法进行加工符合该零件的精度要求。
三、设计目的
本毕业设计课题为数控加工设计类课题，数控加工的设计包含多方面的设计，本次毕业设计主要为数控加工工艺方面的设计和零件加工的编程设计。
四、课题的具体内容及要求
1．根据课题给定的零件图样绘制两张工作图（用CAD绘制）
第一张：
适宜数控机床加工用的零件工作图，图中必须标有以下内容：
除了必须完整、清晰地表达出零件的全部结构形状、尺寸和技术要求之外，还必须清楚地标注出工件坐标系，基点坐标表，对刀点、起刀点、切入点、切出点、循环起点等的坐标。
第二张：
零件的毛坯图，具体要求有：
（1）图中要表达出毛坯的全部结构形状、尺寸和技术要求。
（2）标注出工件坐标系、对刀点、起刀点、毛坯循环起点坐标。
（3）毛坯在数控机床上的定位、装夹方式。
2．根据数控机床加工工艺的要求，制表两套：
第一套：
数控机床加工工艺流程表。
第二套：
数控机床使用刀具及切削参数表。
3．编制数控机床加工的完整程序，要求附加注释。
4．编写设计说明书，对该设计的前提条件、原始数据、设备情况、方案选择、技术要求、工艺要求、虚拟加工的结果、设计过程中所遇到的各种问题等作一个详细的说明。
5．写一篇设计心得，将本人在这次设计当中的所思所想写出来，亦可以写一些对毕业设计教学改革方面的建议，供学院借鉴，以利于这项教学工作的进一步开展。
6．设计内容全部以电子文档的形式给出；图面要规范，符合国标；工艺规程的编制要合理、切合实际，不允许出现原则性的错误。
指导老师：
王如军
3、零件图纸的工艺分析及处理
经过数控加工中心加工后，实际零件效果图形如图所示。
3.1工艺分析
该零件毛坯尺寸为170mm×130mm×30mm，材料为45号钢，在将该零件装上数控机床进行加工之前，其六个表面皆已加工完毕，上述加工部位都已达到毛坯图上所规定的加工精度要求。
具体要求如下：
使用系统为FANUC01-MC、型号为KH714立式加工中心，因为该机床具备定位精度高、重复定位精度高、回转精度也高的特点、同时刀库容量为12把等，能满足本工件的加工要求。
3.2工件的定位与装夹
夹具应能在机床上实现定向安装。
为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致，如果夹具的定位和夹紧要全部敞开加工部位确有困难，则可以通过减少加工表面来留出定位夹紧元件的空间。
通过三爪卡盘、分度头及各种台钳等夹具装夹平面铣削加工;通过组合孔系夹具和槽系组合夹具配合使用，加工其他表面。
在此加工过程中为保证精度尽量不换夹紧点，由于工件的毛坯是长方体，所以平口钳进行装夹，使其固定钳口侧与数控机床的X轴一致。
3.3加工难点
孔要求mm为该工件尺寸精度要求最高的尺寸，同轴度公差为0.03mm的要求使其与mm关联起来，位置度公差为0.03mm的要求使其与A、B关联起来；而从不规则面上钻孔，并使其与D基准面的平行度误差不大于0.03mm是一个比较困难的问题，所以该孔是加工难点。
3.4刀具干涉检查
图样中只给出了工件几何特征点，并没有给出刀具轨迹的过程点。
工艺上为了保证加工效率，往往是尽量选用大直径刀具，而刀具直径越大，发生干涉的几率就越高，故在工艺施工中必须注意避免干涉的发生。
4、加工顺序的编制
4．1加工的步骤
4.2各基点图及坐标点图
处位置如图所示，其各基点的坐标值计算结果如表所示（所有基点的Z坐标都为0）。
A（-19.2551.24）
B（192351．24）
C（15．3942．29）
D（-15．3942．29）
E（-39．9829．98）
F（-28．7321。
55）
G（-20．4121．99）
H（20．4121．99）
I（28．7321．55）
J（39．9829．98）
K（5024．5）
L（50-24．5）
M（39．98-29．98）
N（28．73-21．55）
O（20．41-21．99）
P（-20．41-21．99）
Q（-28．73-21．55）
R（-39．98-29．98）
S（-50-24．5）
T（24．5-50）
U（-15．39-42．29）
V（15．39-42．29）
W（19．23-51．24）
X（-19．23-51．24）
加工时加工路线是从刀具下刀点（0，55-9.5）开始，依次为：
B—C—D—A—B
W—V—U—X—WE—F—G—H—I—J—K—M—N—O—P—Q—R—S—T—E各基点所
5、数控刀具的选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，选择的好坏不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。
刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具，因此刀柄要能满足机床主轴自动松开和拉紧定位、准确安装各种切削刃具、适应机械手的夹持和搬运、储存和识别刀库中各种刀具的要求。
加工中心上一般都采用7∶24圆锥刀柄。
1号刀：
面铣刀；2号刀：
圆柱铣刀；3号刀：
平底立铣刀；4号刀：
盘铣刀；5号刀：
成型铣刀;6号刀：
球头铣刀；7号刀：
。
。
。
10号刀：
直径9.8的麻花钻
；11号刀：
Φ10mm的铰刀
；12号刀：
直径为3mm的高速钢中心钻
T01
Φ10立铣刀
T05
Φ7.4麻花钻
T02
Φ3中心钻
T06
Φ10内螺纹刀
T03
Φ38麻花钻
T04
Φ40麻花钻
6、切削用量及下刀方法的确定
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。
在对凸台加工过程中的下刀点确定时，设计成刀具从（X=0.0，Y=0.0）点下刀，由于外轮廓表面精度要求比高，粗加工时就将下刀量一次进行到位，即分层下刀量依次为Z=0.6、-0.6、-0.2、-0.1mm。
6.1粗磨加精磨
此工件的毛坯为170mm×130mm×30mm，比我需要的160mm×120mm×28.5mm要大，且工件的表面精度要求比较高，所以，决定用粗磨加精磨的方法使工件达到我所需要的尺寸。
加工机床为卧式磨床。
6.2粗铣加工方法
在进行凸台表面加工时，考虑到轮廓表面的平滑过渡要求，采用圆弧切入、圆弧切出的进、出刀方式；同时，刀具也是在一次进刀加工中将内轮廓表面全部加工完毕；不过，在零件的局部位置上可能会留有一些加工死角，这可考虑用手工加工的方式予以铲除。
6.3上表面的铣削
零件凸台上表面加工设计为，刀具采用端顺铣方式。
凸台周边采用立铣同时周铣和端铣，下表面采用端铣的方法，孔用中心钻、麻花钻和铰刀加工。
粗、精加工路线设计成一致，以便于利用一个轮廓切削加工程序进行加工，其只要通过改变刀具半径补偿值的方法就可以达到进行粗、精两道工序加工的目的了
6.4加工工艺卡片
毕业设计
机械加工
工艺过程卡
产品
型号
零件图号
01
共2页
产品
名称
凸台
零件名称
第1页
零件件号
1
材料牌号
45#
毛坯
种类
长方形
单件
重量
（公斤）
净重
数控
程序名
O1111
每台件数
1
规格
170×130×30
毛重
2.5
工
序
号
工
序
名
称
工
步
号
工序工步内容
设备名称型号
工艺装备
工艺简图
夹具
刀具
量具
1
下料
下料尺寸170×130×30
电锯
2
铣
铣削6个面
普通铣床
面铣刀
3
磨
磨削6个面
平面磨床
4
检
检查数控加工毛坯是否符合图纸要求
千分尺百分表
游标卡尺外径千分尺
5
铣
用平口虎钳装夹工件，调整工件的高度，打表找正
立式加工中心KH714
平口虎钳
游标卡尺
外径千分尺千分尺百分表
1
外轮廓粗铣
Φ10立铣刀
2
内轮廓粗铣
3
外轮廓精铣
4
内轮廓精铣
6
钻
立式加工中心KH714
平口虎钳
1
钻Φ3中心孔
Φ3中心钻
2
钻Φ38孔
Φ38麻花钻
3
钻Φ40孔
Φ40麻花钻
5
钻Φ3中心孔
Φ3中心钻
6
钻Φ7.4孔
Φ7.4麻花钻
8
螺纹
加工Φ10的孔螺纹
Φ10内螺纹刀
9
钳
清理毛刺
中齿偏锉
三角锉
10
检
检查数控加工工件是否达到图纸要求
千分尺百分表
游标卡尺外径千分尺
7，具体程序设计
O001;
G40G49G80G69G17G90;
GG54G00X0Y0Z50;
M03S400T0101M06;
G00G41X-100Y55D01
Z3M08;
G01Z-9G43H01G94F100;
G01X0;
G03X19.23Y51.24R55;
G02X15.39Y42.29R5;
G03X-15.39Y42.29R45;
G02X-15.23Y51.24R5;
G03X0Y55R55;
G00X85Y55Z-55;
G01X0Y-55;
G02X-19.23Y-51.24R55;
G03X-15.39Y-42.29;R5
G03X15.39Y-42.29R45;
G03X19.23Y-51.24R5;
G02X0Y-55R55;
G01X-50;
G01Y24.5;
G03X-39.98Y29.98R6.5;
G01X-28.73Y21.55;
G03X-20.41Y21.99R6.5;
G02X-20.41Y21.99R60;
G03X28.73Y21.55R6.5;
G01X39.98Y29.98;
G02X50Y24.5R6.5;
G01X50Y-24.5;
G02X39.98Y-29.98R6.5;
G01X28.73Y-21.55;
G03X20.41Y-21.99R6.5;
G02X-20.41Y-21.99R60;
G03X-28.73Y-21.55R6.5;
G01X-39.98Y-29.98;
G02X-24.5Y-50R6.5;
G01X-50Y70;
G02X-39.98Y29.98R6.5
G03X-50Y24.5R6.5
G00X0Y0Z50;
G00X-100Y55;
Z3M08;
G01Z-4G43H01G94F100;
G01X0;
G03X19.23Y51.24R55;
G03X15.39Y42.29R5;
G02X-15.39Y42.29R45;
G03X-19.23Y51.24R5;
G03X0Y55R55;
G01X85Y55;
G00X85Y-55;
G01X0Y-55;
G02X-19.23Y-51.24R55;
G02X-15.39Y-42.29R5;
G03X15.39Y-42.29R45;
G02X19.23Y-51.24R5;
G02X0Y-55R55;
G40G01X-100;
G00Z55;
G00X0Y0;
M05M09;
M30;
T02M06;
M03S800;
G00G43H02Z15;
G90G01X0Y0Z-8R3F120;
G01Z5;
G40G49G00Z50;
M05M09;
T03M06;
M03S800;
G00G43H03Z15;
G90G01Z-24R38F120;
G01Z10;
G40G49G00Z50;
M05M09;
T04M06;
M03S800;
G00G43H04Z15;
G90G01Z-9R40F120;
G01Z10;
G40G49G00Z50;
M05M09;
T02M06;
M03S800;
G00G43H02Z15;
G90G01X-60Y45Z-10R3F120;
X65Y-48;
G01Z10;
G40G49G00Z50;
T05M06;
G00G43H05;
G90G01X-60Y45Z-12R7.5F120;
X65Y-48;
G01Z10;
G40G49G00Z50;
T06M06;
G00G43H06
G90G01X-60Y45Z19R10F120;
X65Y-48;
G01Z10;
G40G49G00Z50;
G00X0Y0;
M30;
附录一
FANUC系统G代码M代码指令集
指令集（Ｘ向如Ｘ、Ｕ等的编程量均采用直径量）
G00：
快速定位指令。
格式为G00 X（U） Z（W） ，X、Z为绝对编程时的目标点，U、W为相对编程时的目标点。
两轴同时以机床最快速度开始运动，但不一定同时停止，即合成刀具轨迹并不一定是直线。
本系统可以混合编程，如G00 X W 。
G01：
直线插补指令。
格式为G01 X（U） Z（W） F ，X、Z为绝对编程时的目标点，U、W为相对编程时的目标点，Ｆ值为插补速度，单位是mm/min或mm/r，具体取决于设定为G９８还是G９９。
G02：
顺圆插补指令。
格式为G02 X（U） Z（W） R（I K ） F ，X、Z为绝对编程时的目标点，U、W为相对编程时的目标点，Ｒ为半径（仅用于劣弧编程），Ｉ、Ｋ为圆心的Ｘ、Ｚ坐标，Ｆ值为插补速度，单位是mm/min或mm/r，具体取决于设定为G９８还是G９９。
注：
Ｉ采用半径量，Ｉ、Ｋ始终为相对量编程。
G03：
逆圆插补指令。
格式为G03 X（U） Z（W） R（I K ） F ，X、Z为绝对编程时的目标点，U、W为相对编程时的目标点，Ｒ为半径（仅用于劣弧编程），Ｉ、Ｋ为圆心的Ｘ、Ｚ坐标，Ｆ值为插补速度，单位是mm/min或mm/r，具体取决于设定为G９８还是G９９。
注：
Ｉ采用半径量，Ｉ、Ｋ始终为相对量编程。
G04：
暂停指令。
格式为G04P（XU）,采用P时（不能用小数点），时间单位为ms，X、U时，时间单位为s。
最大延时9999.999s。
G20：
英制单位设定指令。
G21：
公制单位设定指令。
注意：
某程序若不指定G20、G21，则采用上次关机时的设定值。
G27：
返回参考点检测指令。
格式为G27 X（U） Z（W） T0000，本指令执行前必须使刀架回零一次。
若指定的两个坐标值分别是机床参考点的坐标值，且机床面板上的两个回零参考点指示灯都亮，则说明机床零点正确。
否则，机床定位误差过大。
G28：
返回参考点指令。
格式为G28 X（U） Z（W） T0000，若机床启动后回过零点，则本指令的执行使刀架经过指定点回零，否则经过指定点移动至系统加电时的位置。
G32：
螺纹切削指令。
G32 X（U） Z（W） F ，F为螺纹长轴方向的导程（即进给速度采用mm/r）。
G50：
工件坐标系设定或主轴转速钳制指令。
格式为G00 X Z （坐标系设定），或G50S （转速钳制）。
前者，ＸＺ值为机床零点在设定的工件坐标系中的坐标；后者，Ｓ为最高转速。
G70：
精加工复合循环。
格式为G70 P Q S F ，其中P等于精加工程序段开始编号，Q等于精加工程序段结束编号。
G71：
粗加工复合循环。
格式为
G71 U R ，其中U等于Ｘ向吃刀量或切深，R等于退刀量，均为半径值。
G71 P Q U W S F ，其中P等于精加工程序段开始编号，Q等于精加工程序段结束编号，U等于Ｘ向精加工余量的直径值，Ｗ等于Ｚ向精加工余量，Ｓ为主轴转速，Ｆ为进给速度。
G72：
端面粗加工循环。
格式为
G72 W R ，其中W等于Z向吃刀量，R等于Z向退刀量。
G72 P Q U W S F ，其中P等于精加工程序段开始编号，Q等于精加工程序段结束编号，U等于Ｘ向精加工余量的直径值，Ｗ等于Ｚ向精加工余量，Ｓ为主轴转速，Ｆ为进给速度。
G73：
固定形状粗加工复合循环。
格式为
G73 U W R ，其中U等于Ｘ向吃刀量（或切深）的半径值，W等于Z向吃刀量，R等于循环次数。
G73 P Q U W S F ，其中P等于精加工程序段开始编号，Q等于精加工程序段结束编号，U等于Ｘ向精加工余量的直径值，Ｗ等于Ｚ向精加工余量，Ｓ为主轴转速，Ｆ为进给速度。
G90：
锥面切削单一循环指令。
格式为G90 X（U） Z（W） R F ，锥面的定义是素线的斜度≤45度。
车削柱面时，R=0，可以不写。
本指令完成的动作（虚线表示快速）如图１，其中刀尖从右下向左上切削，R<0，刀尖从右上向左下切削，R>0。
指令中的坐标值为E点坐标。
G92：
锥螺纹切削单一循环指令。
格式为G92 X（U） Z（W） R F 。
车削柱螺纹时，R=0，可以不写。
本指令完成的动作（虚线表示快速）如图１，其中刀尖从右下到左上切削，R<0，刀尖从右上到左下切削，R>0。
F为长轴方向的导程。
指令中的坐标值为E点坐标。
G94：
端面切削单一循环指令。
格式为G94 X（U） Z（W） R F ，端面的定义是素线的斜度≥45度。
车削纯端面时，R=0，可以不写。
本指令完成的动作（虚线表示快速）如图2，其中刀尖从左上向右下切削，R<0，刀尖从右上向左下切削，R>0。
指令中的坐标值为E点坐标。
G96：
端面恒线速度指令。
格式为G96 S 。
G97：
端面恒线速度注销指令。
格式为G97。
M00：
程序暂停。
当按下面板“启动”钮时，继续运行程序。
M02：
程序结束。
M03：
主轴正转。
M04：
主轴反转。
M05：
主轴停转。
M08：
开启切削液。
M09：
关闭切削液。
M10：
自动螺纹倒角。
M11：
注销M10。
M30：
程序结束，并返回开始初。
M98 P ：
调用子程序。
格式为M98 P*******，前三位为调用次数（若没有，则表示１次），后四位为所调子程序号。
M99：
子程序结束标志。
参考文献
1杨建民，《数控加工工艺学与编程》北京：
北京理工大学出版社2006
2刘守勇，《数控制造工艺与机床夹具》北京：
机械工业出版社2000
3赵长明，《数控加工工艺与设备》北京：
高等教育出版社2003
4田萍，《数控机床
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