数控设备应用技术与维护专业毕业论文(设计)——加工中心编程与方法.doc

毕 业 设 计 论 文 加工中心编程与方法 姓 名: 蒋 玉 伟 学 号: 062350614 专 业: 数 控 专 业 班 级: 06大专数控设备班 导师姓名: 卞 洪 元 2010 年 11 月 15 日 2 摘 要 本课题第一章主要讲述了加工中心的概述，加工中心的 组成，数控机床的 发展。数控机床的 发展现状等等。第二章主要介 绍了零件加工， 图纸，零件的表面和结构分析，零件的加工工艺过程， 零件加工的工艺卡片，第三章 讲述系统设备的家少，数，系统的概述，数控系统的组成，所用 编程 指令与方法，零件的基点计算以及程序 组成。 3 目 录 第一章 前 言 .4 1.1 本课题研究的意义 5 1.2 本课题目前的现状 5 1.3 本课题研究的目标 7 1.4 完成本课题的可行性分析 8 第二章零件加工分析 .9 2.1 零件图 9 2.3 零件的工艺分析 10 2.4 零件加工的工艺卡 13 第三章 系统设备与编程 .14 3.1 系统设备的选用 14 3.2 数控机床设备的简介 18 3.3 零件表面点坐标的计算 18 3.4 刀具明细表 20 3.5 零件的加工程序 21 第四章 总结 .26 参考文献 .27 4 第一章 前 言 随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求， 机械加工工艺工程的自动化是实现上述要求的重要举措之一，它不仅能够提高产品 质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。一次，一 种新型的数字程序控制机床应运而生。 数控机床作为高度机电一体化的通用机床，是按照加工程序来进行加工的，在 机械加工前必须编制加工程序，而编制加工程序前又必须先确定工件的加工工艺， 即应先根据工件图样进行工艺分析，处理，选择数控机床，制定进给路线，选择刀 具和切削用量，然后才能编制加工程序。 fanuc 公司 1972 年由富士通信机械造株式会社独立出来，1976 年研制成功， 1979 年推出数控系统，1980 年在系统 6 的基础上向低档和高档扩展，研制系统 3 和 系统 9 等。 本设计师结合了实际情况，在充分研究，通过理论知识的理解，设计中介绍了 数控机床发展，特点，功能等，数控加工中心的功能，fanuc-0i 系统，列举了加工 fanuc-0i 的一些实例等。 对于例题中的曲面使用宏指令加工，并使用数学计算出起点和中点角度等，这 样既能够扩充自己的只是范围，又提高自我的手工编程能力。在例题中又对零件做 了具体分析。 本设计使用了 fanuc 系统 g68 旋转功能，g69 旋转功能取消，g10 可编程数据输 入，g41 半径补偿功能等。 5 1.1 本课题研究的意义 1.1.1 数控机床（车床、加工中心）的概述 加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。 加工箱体类零件的加工中心，一般是在镗，铣床的基础上发展起来的，称为镗铣类 就爱工中心，简称为加工中心。加工中心是典型的集高新技术与一体的机械加工设 备，它的发展代表了一个国家数控机床的设计，制造的水平。加工中心已经成为现 代机床发展的主流方向。加工中心与普通数控机床的主要区别在于它能在第一台机 床上完成由多台机床才能完成的工作。 1.1.2 数控机床（车床、加工中心）的组成 自加工中心问世以来，出现了各种类型的加工中心，虽然性能，加工范围，数 控系统，结构等方面不尽相同，但从总体来看主要由以下几大部分组成。 基础部件它是加工中心的基础结构 主轴部件有主轴箱，主轴电动机，主轴和主轴轴承等组成。 数控系统它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 自动换刀系统由刀库，机械手等部件组成。 辅助装置包括润滑，冷却，排屑，防护，液压，气动和检测系统等部分。 1.2 本课题目前的现状 数控机床的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业成为工业化 的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国际民生的一些重 要行业（it,汽车，轻工，医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所 需要装备的数字化已是现代发展的大趋势。 1.2.1 数控机床（车床、加工中心）的发展 目前：随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变格，我国投 入了大量资金，现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式，在现代制造 系统中，数控技术是重中之重。 1.性能发展方向 11高速高精度效化，速度，精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。 6 1.2人工柔性化，包含两方面：数控系统的本身柔性、数控系统采用模块化设 计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户需求。 1.3工艺复合性和多轴化，以减小工序， 时间为主要目的一种复合加工，正朝 着多轴，多系列控制功能方向发展。 1.4实时智能化，而人工智能测试图用计算模型实现人类的各种智能行为。 2.功能发展方面 212.3用户界面图形化，科学计算可视化，多媒体技术应用。 3.1集成化，采用高度集成化cpu,risc芯片和打规模课编程集成电路 fpga,cpld以及 专用集成电路asic芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运 行速度，应fpd平极显示技术，可提高显示器性能。 3.2模块化，硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的 功能需求，将基本模块。 3.3网络化，机床联网可进行远程控制和无人化操作，通过机床联网可在任 何一台机床上对其他机床进行编程，设定，操作，运行，不同机床的画面可同 时显示在每一台机床的屏幕上。 3.4通用型开放式闭环控制模式，由于制造过程是一个具有多变量控制和加 工工艺综合作用的复杂过程。 1.2.2 我国数控机床（车床、加工）的发展现状 五”，“七五”期间的消化吸收和引进技术阶段，“八五”期间国产化体系阶 段，以及“九五”期间产业化阶段限羁绊掌握了现代数控技术，建立了数控开发， 生产基地，培养了一批数控专业人才，初步地形成了自己的数控产业，目前，较其 规模的的有广州数控，航天数控和华中数控，具有中国特色的经济型，普攻型数控 系统经过几十年来的发展，产品的性能和可靠性有了较高的提高，它们逐渐被用户 认可。在市场上站稳了脚根，如广州数控设备公司生产的经济型，普及型数控系统， 自 1999 年起连续四年产销量居赴国内同行业第一位，我国数控技术起步于 20 世纪 50 年代末期，经历发展初期的封闭式发展阶段“六产品畅销全国，配套国内机床 厂 40 多家，他们生产的 da98 全数字式交流伺服驱动装置填补了国内空白，2003 年，生产销售 gsk980tc,gsk928ta,等系列机床数控系统近 12000 套，改造数控机 床 300 多台，经销数控机床 500 多台。 7 第一台数控机床是为了适应航空工业制造复杂工件的需要产生的。1952年，美 国麻省里和帕森斯公司合作成功研制出世界上第一台具有信息存储和信息功能的新 型机床，即数控机床。 第一代数控机床从1952年至1959年，采用电子管元件； 第二代数控机床从1959年开始，采用晶体管； 第三代数控机床从1965年开始，采用集成电路； 第四代数控机床从1970年看iashi，采用大规模集成电路和小型通用计算机。 我国从1958年开始研制数控机床，由清华大学研制出了最早的样机，1975年又 研制出第一台加工中心。改革开放以来，由于引进国外的数控系统与伺服系统，使 我国的数控机床在品种，数量和质量方面都得到迅速发展。 从 1986 年开始，我国数控机床开始进入国际市场。目前我国有几十家机床厂能 够生产数控机床和数控加工中心。我国经济型数控机床的研究，生产和推广工作取 得了很大发展，对机床技术改造起到了积极推动作用 1.3 本课题研究的目标 通过本课题重要研究宏程序到 r 角和 c 角的运用，和 g68 旋转 g69 旋转取消， 及 g51.1 镜像和取消镜像，还有 g81 和 g83 的区别。 通过对 g68 旋转，可以让我们很熟练地将要加工的工件旋转到一定的角度来进 行加工，只要对 g68 和 g69 熟练运用，会给我们以后在工作生产中带来很大帮助 g51.1 要熟练运用可以给我们在编程中节省时间，有便于我们以后在工作生产 中节约时间从而提高生产率。 通过对 g81 和 g83 的了解我们可以知道 g81 是钻浅孔，g83 是钻深孔，从而 让我们在以后的工作生产中能灵活运用，能给生产减少时间，少走弯路，提高生产 率。 让我们学会用一些软件来进行绘制图纸。从而使我们的产品更加精确，修改时 更加便于修改和更新。 1.4 完成本课题的可行性分析 本论文课题所加工的工件是单件加工，无需专用夹具就能加工成型，在五年的 生涯中学的理论和实践知识也有所成效，才完成本论文的编写，当中还有充分的参 考材料， （如：fanuc 系列实用技术 机床夹具设计 华中世纪星说明书 数 8 控机床操作工 金属工艺学除此之外还有专业教授指导，综合以上分析完成课题。 9 第二章零件加工分析 2.1 零件图 本课题的零件图见 2 一 1： 图 2 一 1 120?0.02 5+0.0 40 20-0.03 5 50-0.0 3 240-0. 05 100-0. 03 12 0-0.02 50-0.03 29.6+0.0250 5+0.040 s向 120?0.02 150 90? 0.0290+0.08+0.05 212h7 1.6 r2 190-0. 1 1.6 s向 401.6 56?56? r6 1.6 r45 50 60 40? r10 r71.6 r50 60? r34 120900-0.0390?0.02 h7 90 212h 7 150 14 2.2 零件的结构分析 零件加工的结构分析：此零件为单面配合加工零件， （件 1）选择毛皮材料为 45#钢，毛坯大小为 150120mm，毛坯的厚度稍大于 24mm，零件加工前应先对毛坯 进行铣面，然后换 10 的粗铣刀进行零件外轮廓的粗加工，粗加工的时候要对深度和 长度尺寸均保留 0.01 一 0.02mm 的精加工余量，外轮廓粗加工完成之后，采用同样 的方法对右侧的 u 形凸台和左下角的三角形凹台，但注意加工内轮廓时必须选择逆 时针的进刀方法。 粗加工完成之后，换 10 的精铣刀，对零件的内外轮廓进行精加工，精加工完成 之后，用手轮去除多余的余量，余量去除完成之后，换 10 的麻花钻，对工件进行 钻孔，钻孔完成之后，换 10 的铰刀进行铰孔，铰孔时需要注意速度，深度，以至于 保证精度和粗糙度，铰孔完成之后，用宏程序 倒角， （件 1）的加工工序已经完成。 10 (件 2）：材料与大小相同于件 1，首先对毛坯进行铣面，然后换 10 的铣刀粗 铣内轮廓，留 0.01 一 0.02mm 的精加工余量，然后换 10 的精铣刀，对零件的内轮 廓进行精加工，之后换 10 的钻头对工件钻孔，再换 10 的铰刀铰孔，最后用宏 程序倒 r2 角。所有工序加工完成。 2.3 零件的工艺分析 零件的工艺分析件表 2 一 2： 表 2 一 2 工艺序号 加工方法 加工内容 加工简图 1 铣 150120mm 工件平面保证平面粗糙度 2 铣 本道工序分两刀完成， 内轮廓由 g42 逆时针走 刀， 外轮廓由 g41 顺时针走 刀， 深度为一 10 ，本工序由圆弧与直线 组成。 11 3 铣 本道工序一刀成形， 由 g41 顺时针走刀， 深度为一 5， 由圆弧直接而成。 4 铣 本道工序一刀成形， 由 g41 顺时针走刀 ，深度为一 5， 由直线与圆弧组成。 5 钻 本道工序分两刀， 用 10 的麻花钻钻孔， 与 12 的麻花钻钻孔， 然后用宏程序倒角。 12 工艺序号 加工方法 加工内容 加工简图 1 铣 本工序一刀成型，由 g42 逆时针走刀，由 直线与圆弧连接而成。 2 铣 本工序一刀成型，该 工序用宏程序倒 r2 角。 r2 3 钻 本工序两刀成型，分 别钻坐标为（60,45） （-60，-45）的通孔。 13 2.4 零件加工的工艺卡 零件加工的工艺卡片见表 2 一 3： 表 2 一 3 工序 号 工序内容 刀具号 刀具型号 主轴转速 进给速速 背吃刀 量 备注 1 铣 150120mm 的工件平面 t0101 10 s800 f100 1mm 2 铣工件外轮廓 t0101 10 s800 f50 10mm 3 铣工件内轮廓 t0101 10 s800 f50 5mm 4 铣 u 形凸台 t0101 10 s800 f50 5mm 5 铣三面形凸台 t0101 10 s800 f50 5mm 6 钻坐标为（0,0） （60，一 45） （一 60,45）的孔 t0101 10 s200 f20 25mm 7 铣中间 29.6 的通孔。 t0101 10 s800 f50 25mm 8 用宏程序编制 t0101 10 s3000 f50 5mm 14 第三章 系统设备与编程 3.1 系统设备的选用 3.3.1 数控系统概述 数控系统是现代机械制造系统的重要基础之一。而数控机床则是数控系统应用 最为广泛和最为典型的一类系统。所以，本章首先阐述数控机床的基本概念、结构 组成、分类方法、显著特点以及发展过程，然后着重讲解计算机数控系统的基本工 作原理、内部信息流的处理过程及其各种功能，最后简单介绍数控机床与现代机械 制造系统之间的关系。 数控系统的基本概念 数控是数字控制(numerical control，nc)的简称。从广义上讲，是指利用数字 化信息实行控制，也就是利用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以 是各种生产过程。而这里主要从狭义上理解，也就是利用数字化信息对机床轨迹和 状态实行控制，例如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。因 此，本书主要以机床作为被控对象讨论数控系统的工作原理。 任何生产都有一定的过程。采用数字控制技术，生产过程被用某种语言编写的 程序来描述，以数字形式送入计算机或专用控制装置，利用计算机的高速数据处理 能力，识别出该程序所描述的生产过程，通过汁算和处理将此程序分解为一系列的 动作指令，输出并控制生产过程中相应的执行对象，从而可使生产过程能在人不干 预或少干预的情况下自动进行，实现生产过程自动化。可见，计算机数字控制系统 都是由输入、决策与输出三个环节组成。 数控系统与被控机床本体的结合体称为数控机床。它是具有高附加值的技术密 集型产品，实现了高度的机、电、液、光、气一体化。它集机械制造、计算机、微 电子、现代控制及精密测量等多种技术为一体，使传统的机械加工工艺发生了质的 变化。这个变化的本质就在于用数控系统实现了加工过程的自动化操作。 15 3.1.2 数控系统组成 数控系统是由若干个模块组成的。模块的定义是把某一种功能相对独立的一组 元器件成品形象地理解为了一个块。这是在自动化控制技术中常用的一种形象化的 说法。数控系统组要由以下几大模块组成的： (1)微机控制系统 它是数控系统的核心，而微机控制系统的核心则是中央处理器。它是处理数控 信息发出动作指令的最关键的部位。 (2)进给伺服控制 进给伺服系统一般由速度控制与位置控制两个环节组成。数控机床对进给轴的 控制要求很高，它直接关系到机床位置、控制精度。 (3)可编程控制器 它是微机系统的补充，目的是让微机系统把全部精力用于对零件加工的高精度 控制上。它是用来实现辅助化控制的，如换刀、润滑、冷却等。按配置方式分内装 型和外装型。 (4)主轴控制 它的主要任务是控制主轴转速和主轴定位。主轴电机有交流伺服电机和交流变 频电机。所以相应的驱动装置也会为数字式交流伺服控制以及变频调速控制。 (5)输入、输出及通信模块 其任务是完成程序信息的输入、输出，传递人机界面所需的各类信息。 (6)测量模块 完成主轴和进给的位置测量。检测装置有光电编码器、光栅尺等。 3.1.3 系统设备的选用 1.常见数控系统： 广州系统、华中系统、fanuct 系统、siemens 系统等 2.所用系统特点 日本 fanuc 公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和 生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个 方面。 系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集 16 成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。 具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为 045，相对湿 度为 75。 有较完善的保护措施。fanuc 对自身的系统采用比较好的保护电路。 fanuc 系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一 般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。 提供大量丰富的 pmc 信号和 pmc 功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于 用户编制机床侧 pmc 控制程序，而且增加了编程的灵活性。 具有很强的 dnc 功能。系统提供串行 rs232c 传输接口，使通用计算机 pc 和 机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的 dnc 操作。 提供丰富的维修报警和诊断功能。fanuc 维修手册为用户提供了大量的报警 信息，并且以不同的类别进行分类。 3.所用系统编程方法与指令 辅助功能 m 代码见表 3 一 1 表 3 一 1 辅助功能 g 代码见表 3 一 2： 表 3 一 2 g 指令 功能 g00 定位 g01 直线插补 代 码 模态 功能说明 代码 模态 功能说明 m00 非模态 程序停止 m03 模态 主轴正转起动 m02 非模态 程序结束 m04 模态 主轴反转起动 m30 非模态 程序结束并返回程序起点 m05 模态 主轴停止转动 m98 非模态 调用子程序 m06 非模态 换刀 m99 非模态 子程序结束 m07 模态 切削液打开 17 g02 顺时针圆弧插补 g03 逆时针圆弧插补 g20 英寸输入 g21 毫米输入 g40 取消刀补 g41 左刀补 g42 右刀补 g70 精加工循环 g71 外圆粗车固定循环 g72 端面车削固定循环 g73 排屑钻孔循环 g90 绝对值编程 g91 增量值编程 g98 固定循环返回到初始点 g99 固定循环返回到 r 点 3 .fanuc 系统编程方法 单位的设定 a 尺寸单位选择 g20 g21 b 进给速度单位的设定 g94 g95 坐标系和坐标 a 绝对值与增量值编程 g90 g91 b 工件坐标系选择 g54 g95 c.坐标平面选择 g17 g18 g19 18 插补功能 a 快速定位 g0 b 直线插补 g1 c 圆弧插补 g2 g3 刀具补偿 a 刀具半径补偿 g40 g41 g42 b 刀具长度补偿 g43 g44 g49 a 镜像功能 g24 g25 b 缩放功能 g50 g51 c 旋转变换 g68 g69 固定循环 3.2 数控机床设备的简介 数控机床是一类装有数字程序控制系统的自动加工机床。它与普通机床相比， 具有适应范围广、自动化程度高、柔性大、劳动强度低、易于组成自动生产系统等 优点。数控机床与普通机床的主要区别是数控机床具有数字程序控制系统（简称数 控系统） ，系统运用数字控制技术实现机床自动控制，主要实现运动轨迹（刀具与工 件相对运动）行成量控制及机床运动开关量（主轴转速、转向刀具选择、切削液开 闭等）逻辑控制。 数控机床主要由信息载体、输入输出装置、数控系统、可编程逻辑控制系统、 伺服驱动系统位置检测系统、机床主体等部分组成。 3.3 零件表面点坐标的计算 零件表面坐标点分析图见图 3 一 3 图 3 一 3 ab c d e f gh i j k l m n o p q r s t u v w xy z 零件表面点坐标分析见表 3 一 4： 表 3 一 4 19 a (41.266,-45) k (48.802,31.729) b (0,-45) l (45.978,-27.6770 c (0,45) m (-66.225,-49.076) d (47.515,45) n (-59.830,-56.697) e (52.732,33.333) o (-33.107,-53.888) f (49.388,-29.167) p (-58.818,-23.246) g (37.512,-43) q (55.359,20) h (0,-43) r (55.359,20) i (0,43) s (69.751,-14) j (43.256,43) t (69.751,14) u (297.268,33.333) x (350,-45) v (302.485,45) y (308.734,-45) w (350,45) z (300.612,-29.167) 3.4 刀具明细表 本课题刀具明细表见表 3 一 5： 表 3 一 5 工序号 工序内容 刀具号 刀具型号 主轴转速 进给速速 背吃刀量 20 3.5 零件的加工程序 (图 1) 铣外轮廓： o0001; g90 g54 g40 g17 m03 s800; g0 z50; x0 y0; z5; g41 d01x80 y-45; g01 x0; g02 y45 r45; g01 x47.515; g02 x52.732 y33.333 r7; g03 x49.388 y-29.167 r50; g0 z50; 1 铣 150120mm 的工件平面 t0101 10 s800 f100 1mm 2 铣工件外轮廓 t0101 10 s800 f50 10mm 3 铣工件内轮廓 t0101 10 s800 f50 5mm 4 铣 u 形凸台 t0101 10 s800 f50 5mm 5 铣三面形凸台 t0101 10 s800 f50 5mm 6 钻坐标为（0,0） （60，一 45） （一 60,45）的孔 t0101 10 s200 f20 25mm 7 铣中间 29.6 的通孔。 t0101 10 s800 f50 25mm 8 用宏程序编制 t0101 10 s3000 f50 5mm 21 x0 y120 g40; m05; m30; 铣通孔： o0002; g90 g54 g40 g17 m03 s800; g0 z50; x0 y0; z5; g41 d01 x14.8; g1 z-25; g3 i-14.8; g0 z50; x0 y120 g40; m05; m30; 铣圆弧槽： g90 g54 g40 g17 m03 s800; g0 z50; x0 y0; z5; g41 d01 x65.751 y14; g3 x55.359 y20 r6; x-20 r40; x65.751 y-14 r6; g2 y14 r28; g0 z50; xo y120 g40; m05; m30; 22 铣三角形； g90 g54 g40 g17 m03 s800; g0 z50; x0 y0; z5; g41 d01 x-58.818 y-23.246; g1 z-0.02 f1000; x-66.225 y-49.076; g3 x-59.83 y-56.697 r6; g1 x-33.107 y-53.888; x-58.818 y-23.246; g0 z100; x0 y120 g40; m05; m30; 擦铣： g54 g64 g17 m03 s3000; g0 z50 ; x0 y0; z5; #10*pi/180; while#1le360pi/180; #225cos#1; #325sin#1; #414.8cos#1; #514.8sin#1; g1 #1 y#3 z-5; g1 x#4 y#5 z-10; #1#15pi/180; endw; 23 g0 z50; x0 y120; m05; m30; （图二） ； 铣内轮廓： g90 g54 g40