FANUC经典曲面宏程序讲解实例.doc

本科生毕业论文 设计 本科生毕业论文 设计 题题 目 目 基于基于 FANUCFANUC 曲面加工研究曲面加工研究 专业代码 专业代码 机械设计制造及其自动化 机械设计制造及其自动化 080301080301 作者姓名 作者姓名 孙士彬孙士彬 学学 号 号 20083009712008300971 单单 位位 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 指导教师 指导教师 王峰波王峰波 20102010 年年 5 5 月月 2424 日日 原创性声明 本人郑重声明 所提交的学位论文是本人在导师指导下 独立进行研究取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含 为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明 确方式标明 本人承担本声明的相应责任 学位论文作者签名 日期 指 导 教 师 签 名 日期 聊城大学本科毕业设计 1 摘要 自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来 数控机 床在制造工业 特别是在汽车 航空航天 以及军事工业中被广泛地应用 数控 技术无论在硬件和软件方面 都有飞速发展 而作为现代制造技术的灵魂及核心 数控加工技术也得到了广泛的应用 各类 CAD CAM 软件的应用日趋普及 特别是 在数控三维曲面加工中手工编程几乎已无用武之地 在学习手工编程时只是简单 地学习基本的编程指令 对宏程序也是如此 原因是大家对宏程序不熟悉 往往 以为宏程序深不可测 在实际工作中 宏程序确实有着广泛的应用空间 并且能 够方便编程 本文主要阐述了数控车床与数控铣床的简介 并着重介绍车削椭圆 抛物线 铣削正弦线 凸棱台及行腔模具等具体实例的加工 来表述手工宏程序在数控车 床与数控铣床的应用 关键词 数控编程 宏程序 数控车床 数控铣床 加工实例 Abstract Since 1952 Massachusetts Institute of Technology developed the worlds first CNC machine tools since the CNC machine tools in manufacturing industry especially in the automotive aerospace and military industry has been widely used numerical control technology both in hardware and software have rapid development As the soul of modern manufacturing technology and core CNC machining technology has been widely used various CAD CAM software applications become increasingly popular especially in CNC machining three dimensional surface is almost no longer useless manual programming learning programming by hand simply to learn basic programming instructions on the macro as well This is because the procedures are not familiar to the macro that macro is often unpredictable In practice the macro does have broad application space and can be easily programmed This article focuses on a CNC lathe and CNC milling machine was introduced With an emphasis on turning ellipse parabola sine milling line convex bevel and the line cavity mold and other specific examples of the process to express the manual macro program CNC lathes and CNC milling machine applications Keywords control programming program CNC lathes CNC milling processing examples 聊城大学本科毕业设计 2 目录目录 绪论绪论 3 1 数控机床与宏程序数控机床与宏程序 5 1 1 数控机床的简要介绍 5 1 2 宏程序与普通程序的对比 6 1 3 宏程序应用基础 6 1 3 1 变量分类与运算判断 7 1 3 2 流向与控制 8 2 数控车床部分数控车床部分 12 2 1 数控车床简介 12 2 2 加工带椭圆零件 13 2 2 2 刀具的选择编制加工工艺 13 2 2 3 FANUC 数控手工编程 14 2 2 4 仿真校验 16 2 3 加工带抛物线零件 17 2 3 1 零件图的分析 17 2 3 3 刀具的选择编制 17 2 3 4 加工步骤 18 2 3 4 FANUC 编程及仿真 18 2 3 5 仿真校验 21 3 数控铣床部分数控铣床部分 21 3 1 数铣与加工中心 FANUC 介绍 21 3 2 零件 1 正弦线 的加工 22 3 2 1 刀具的选择编制加工工艺 23 3 2 2 FANUC 手工编程 23 3 2 3 仿真校验 24 3 3 零件 2 五角形棱台 的加工 24 3 3 1 刀具的选择编制加工工艺 26 3 3 2 FANUC 手工编程 26 3 3 3 仿真校验 28 3 4 零件 3 型腔模具加工 的加工 29 3 4 1 分析图形及计算各平面尺寸 29 3 4 2 刀具与夹具的选择 30 3 4 3 FANUC 编程及仿真较 30 3 4 4 仿真校验 33 聊城大学本科毕业设计 3 4 程序与程序与 CAD CAM 软件生成程序的加工性能对比软件生成程序的加工性能对比 34 总结总结 36 参考书目参考书目 37 致致 谢谢 38 绪论绪论 随着现代制造技术的发展和数控机床的日益普及 数控加工技术在我国得到 了广泛的应用 其中相当比例的数控铣床 包括加工中心 都应用在模具行业 由于模具加工的特殊性 以及众所周知的非技术性原因 各种 CAD CAM 软件的 应用由来已久 且日趋成熟 由于种种因素的影响 目前在各类职业技术学院 技工学校的相关专业教学中 过分依赖 CAD CAM 软件 主要指数控铣 造成学 生的编程基本能力得不到应有的训练和提高 对真正博大精深的 CAD CAM 软件 也不过掌握一些皮毛 仅停留在能够应付考级考试 而缺乏工艺知识积累和培训 的介质 在 CAD CAM 软件普及应用的今天 手工编程的应用空间日趋缩小 数 控界有一种说法很流行 宏程序已经没有什么用 对此本人不敢苟同 其实 任何数控系统都有很多指令在一般情况下用不着 那它们是否也没用呢 这显然 不对 对宏程序也是如此 原因只是大家对宏程序不熟悉 往往误以为宏程序深 不可测而已 在实际工作中 宏程序确实也有广泛的应用空间 并且能够方便工人编程 锻炼工人的编程能力 帮助工人更加深入地了解自动编程的本质 以日本为例 日本机械行业的自动化 数控化 智能化水平高于中国 CAD CAM 软件应用也 很普遍 但是日本并没有因此而忽略和削弱对编程基本功的要求 无论是数控类 技能鉴定 等级考试或是数控技能大赛 都不允许使用 CAD CAM 软件进行自动 编程 而只能进行手工编程 在机床控制器上直接编程 因为在企业的实际生产 中手工编程依然存在 尤其对宏程序的运用也有明确要求 自动编程产生的数控 加工程序的精度受多方面因素的影响 首先它受 CAD CAM 软件在 CAD 建模时的 计算精度 还包括不同软件之间 CAD 图档的转换精度 的影响 其次 受 聊城大学本科毕业设计 4 CAD CAM 软件在生成 NC 刀具轨迹时的 逼近 计算精度影响 再者 就是后处理 环节有时也会对其有影响 打开一个自动编程产生的数控加工程序 可以发现里 面几乎都是直线圆弧简单指令的组合 虽然数据相当准确 但也相当繁琐 基本 上没有办法读懂 宏程序是程序编制的高级形式 程序编制的质量与编程人员的 素质息息相关 宏程序里应用了大量的编程技巧 例如数学模型的建立 数学关 系的表达 加工刀具的选择 走刀方式的取舍等 这些使得宏程序的精度很高 特别是对于中等难度的零件 使用宏程序进行编程加工要比自动编程加工快得多 有时自动编程的程序长度可能是宏程序的几十倍 几百倍甚至更悬殊 加工时间 也会大大增加 宏程序是手工编程 CAD CAM 软件编程是自动编程 手工编程 是自动编程的基础 在任何时候手工编程都是必须掌握的 特别是其精髓 宏 程序 在能应用手工编程的地方尽量不使用自动编程 在必要的地方可以采用自 动编程 由于编写宏程序的过程其实也是一个直接地体现编程者工艺指导思想 衡量编程者工艺制定水平的过程 宏程序也非常有助于提高数控加工工艺水平 本文是以 FANUC Oi 系统来研究宏程序的基础理论知识及应用实例 但并不 是这些内容对于其他数控系统就毫无价值 首先 在宏程序方面 FANUC 系统各系 列不同之处甚微 其次 即使对于 FANUC 以外的其他数控系统 涉及到系统内部 参数定义 用法规定等 在基本原理和编写语法方面同样有参考价值 例如 FANUC 系统的宏程序同华中系统的差别就不大 用 FANUC 能编的宏程序 一定可 以转为华中系统识别的宏程序 反之亦然 聊城大学本科毕业设计 5 1 数控机床与宏程序数控机床与宏程序 1 1 数控机床的简要介绍数控机床的简要介绍 数控机床是数字控制机床的简称 是一种装有程序控制系统的自动化机床 该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序 并将其译 码 从而使机床动作并加工零件 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成 它是数控机床的大脑 与普通机床相比 数控机床有如下特点 1 加工精度高 具有稳定的加工质量 2 可进行多坐标的联动 能加工形状复杂的零件 3 加工零件改变时 一般只需要更改数控程序 可节省生产准备时间 4 机床本身的精度高 刚性大 可选择有利的加工用量 生产率高 一般为普通 机床的 3 5 倍 5 机床自动化程度高 可以减轻劳动强度 6 对操作人员的素质要求较高 对维修人员的技术要求更高 数控机床一般由下列几个部分组成 1 主机 他是数控机床的主题 包括机床身 立柱 主轴 进给机构等机械部件 他是用于完成各种切削加工的机械部件 2 数控装置 是数控机床的核心 包括硬件 印刷电路板 CRT 显示器 键盒 纸带阅读机等 以及相应的软件 用于输入数字化的零件程序 并完成输入信息 的存储 数据的变换 插补运算以及实现各种控制功能 3 驱动装置 他是数控机床执行机构的驱动部件 包括主轴驱动单元 进给单元 主轴电机及进给电机等 他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主 轴和进给驱动 当几个进给联动时 可以完成定位 直线 平面曲线和空间曲线 的加工 4 辅助装置 指数控机床的一些必要的配套部件 用以保证数控机床的运行 如 冷却 排屑 润滑 照明 监测等 它包括液压和气动装置 排屑装置 交换工 作台 数控转台和数控分度头 还包括刀具及监控检测装置等 5 编程及其他附属设备 可用来在机外进行零件的程序编制 存储等 聊城大学本科毕业设计 6 1 2 宏程序与普通程序的对比宏程序与普通程序的对比 一般意义上所讲的数控指令其实是指ISO代码指令编程 即每个代码的功能 是固定的 由系统生产厂家开发 使用者只需 只能 按照规定编程即可 但有时 候这些指令满足不了用户的需要 系统因此提供了用户宏程序功能 使用户可以 对数控系统进行一定的功能扩展 实际上是数控系统对用户的开放 也可视为用 户利用数控系统提供的工具 在数控系统的平台上进行二次开发 当然这里的开 放和开发都是有条件和有限制的 用户宏程序与普通程序存在一定的区别 认识和了解这些区别 将有助于宏程序 的学习理解和掌握运用 下表为用户宏程序和普通程序的简要对比 普通程序宏程序 只能用常量也可以使用变量 常量之间不可以计算变量之间可以计算 程序只能顺序执行程序可以顺序执行 也可以跳跃执行 表1 1 用户宏程序和普通程序的简要对比 1 3 宏程序应用基础宏程序应用基础 为提高数控加工程序的编程效率 并简化数控加工程序 中高档数控机床一 般都提供了一些高效编程功能 如固定循环指令 子程序和用户宏程序等 由于 用户宏程序允许使用变量 算术 逻辑运算及条件转移等方法 更加容易编制相 同操作的通用程序 而且其高了可靠性 加工不规则形状零件时 机床可能要作 非圆曲线运动 一般手工编程达不到要求 在进行自动测量时机床要对测量数据 进行处理 这些数据属于变量 一般程序是不能处理的 针对这些情况数控机床 提供了另外一种编程方式 宏编程 即系统提供了用户宏程序功能使用户对数控 系统进行一定的功能扩展 所谓用户宏程序其实质与子程序相似 它也是把一组 实现某种功能的指令 以子程序的形式事变量编程的方式增加了应用对象的灵活 性 用户宏程序实际上是一种带变量的子程序 其使用方法和子程序完全一样 都是通过一条简单指令进行调用 而且 数控加工主程序在调用用户宏程序的过 程中 可以通过给变量赋值的方式来定义特定加工过程的参数 这是用户宏程序 比子程序功能强大之处 正确恰当地使用宏程序 可以极大地提高编程效率 并 聊城大学本科毕业设计 7 扩展数控系统的功能 对于一个中高档数控系统 宏程序应该是其必备的功能之 一 由于用户宏程序的结构和语法定义相对子程序较为复杂 使得宏程序的译码 也成为译码模块的一个实现难点 从文献检索来看 很多用户都有应用用户宏程 序的编程经验 但是具体介绍用户宏程序的译码功能实现的文章却较为罕见 数控指令一般来讲其实是指 ISO 代码指令编程 在一般的程序中 程序功能 字为常量即每个代码的功能是固定的 只能描述固定的形状缺乏灵活性和适用性 若能用改变参数的方法使同一程序能加工形状属性相同但尺寸参数不同的零件 加工就会非常方便 也提先储存在系统存储器中 通过宏程序调用指令执行这一 功能的 下面为宏程序的基础 1 3 1 变量分类与运算判断 FANUC 变量用变量符号 和 后面的 变量号指定 表达式可以用于指定 变量号 此时 表达式必须封闭在中括号内 FANU Oi 系统规定变量的 类型由 变量号区分 共三类 如下图 宏程序中变量的类型 局部变量 1 33 公共变量 100 149 500 509 系统变量 1000 5335 注 0 是空变量 总是空 不能赋值 表 1 2 变量号区分 数学运算功能 加法 i j k 减法 i j k 乘法 i j k 除法 i j k 表 1 3 数学运算功能 在条件转移和循环宏程序中 经常要使用 条件表达式 条件表达式必须 包含运算符 运算符在两个变量中间或变量和常量中间 并且用 封闭 聊城大学本科毕业设计 8 表达式可以替代变量 条件表达式中的运算符见下表 单位 度 函数运算功能 正弦 i SIN j 余弦 i COS j 正切 i TAN j 反正切 i ATAN j k 平方根 i SQRT j 绝对值 i ABS j 取整 i ROUND j 表 1 4 函数运算符 逻辑判断功能 等于 EQ格式 j EQ k 不等于 NE 格式 j NE k 大于 GT格式 j GT k 小于 LT格式 j LT k 大于等于 GE格式 j GE k 小于等于 LE格式 j LE k 表 1 5 逻辑判断功能 1 3 2 流向与控制 转移和循环 在宏程序中 使用 GOTO 语句和 IF 语句改变控制的流向 有三种转移和循环 操作可供使用 1 无条件转移 编程格式 GOTO n n 程序段号 1 9999 如 GOTO 100 当执行到该语句时 将无条件转移到 N100 程序段执行 2 条件转移 条件转移一般采用 IF 语句 IF 语句有两种格式 格式一 IF 条件表达式 GOTO n 聊城大学本科毕业设计 9 如 IF 10 GT 0 GOTO 2 如果条件不满足 如果条件满足 N2 G00 U10 0 这种格式表示如果表达式指定的条件满足时 转移到标有顺序号 n 的序段 如果指定的条件不满足 执行下个程序段 格式二 IF 条件表达式 THEN 这种格式表示如果表达式指定的条件满足时 执行 THEN 后面的语句 如 IF 10EQ 2 THEN 3 10 表示当变量 10 和变量 2 相等时 变量 3 的值 为 10 3 循环编程格式 WHILE 条件表达式 DO m m 1 2 3 如 WHILE 条件表达式 DO m 如果条件满足 如果条件不满足 END m 当指定的条件满足时 执行 WHILE 从 DO 到 END 之间的程序 否则转而执行 END 之后的程序段 DO 后的号和 END 后的号是指定程序执行范围的标号 4 循环嵌套 在编制较复杂的宏程序时 往往采用循环嵌套 但一定要注意嵌套规则和要 求 标号 1 2 3 可以根据要求多次使用 W HILE DO 1 END1 W HILE DO 1 END1 DO 的范围不能交叉 W HILE DO 1 聊城大学本科毕业设计 10 W HILE DO 2 END1 END2 DO 循环可以嵌套 3 次 WHILE DO 1 W HILE DO 2 W HILE DO 3 END3 END2 END1 控制可以转到循环外边 W HILE DO 1 IF GOTO n END1 Nn 转移不能进入循环区内 聊城大学本科毕业设计 11 IF GOTO n W HILE DO 1 Nn END1 图 1 1 用户宏程序流程图 聊城大学本科毕业设计 12 2 数控车床部分数控车床部分 2 12 1 数控车床简介数控车床简介 数控车床与普通车床的加工对象结构及工艺有着很大的相似之处 但由于数 控系统的也存在 也有着很大的区别 与普通车床相比 数控车床具有以下特点 1 采用了全封闭或半封闭防护装置数控车床采用封闭防护装置可防止切屑或 切削液飞出 给操作者带来意外伤害 2 采用自动排屑装置数控车床大都采用斜床身结构布局 排屑方便 便于采 用自动排屑机 3 主轴转速高 工件装夹安全可靠 数控车床大都采用了液压卡盘 夹紧力 调整方便可靠 同时也降低了操作工人的劳动强度 4 可自动换刀数控车床都采用了自动回转刀架 在加工过程中可自动换刀 连续完成多道工序的加工 5 主 进给传动分离数控车床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电 机 使传动链变得简单 可靠 同时 各电机既可单独运动 也可实现多轴联动 聊城大学本科毕业设计 13 图 2 1 仿真标准 FANUC Oi 前置刀架界面 2 22 2 加工带椭圆零件加工带椭圆零件 2 2 1 加工工艺分析 结构分析 该零件为套类零件 根据毛坯为 U 型棒料的特点 应先加工左端内孔 内锥 外圆柱面 然后切断 加工右端面及 R6 圆弧内孔 此零件加工难点为椭 聊城大学本科毕业设计 14 圆部分 2 2 2 刀具的选择编制加工工艺 材料为45钢 毛坯尺寸为52mm 35mmU型圆棒料 刀具选择 1号刀为外圆尖刀 2号刀为内孔车刀 考虑到工件直径较大 且装夹较短 建议采用如下的参考切削用量 粗加工主轴转速n 500r min 进给速度f O 2mm r 精加工 主轴转速n 800r min 进给速度f O 1 mm r 步骤如下 1 车削左端内孔和端面 外圆 2 调头装夹 找正夹紧 3 粗车右端外圆表面 留精工余量0 5mm 4 精车右端椭圆 达到图纸尺寸和形位公差要求 5 车削内孔圆弧到图纸尺寸 6 去毛倒刺 检测工件各项尺寸要求 数值计算 图中未给出椭圆两端点坐标 因此必须进行计算 由图得 BC AC AB 28 26 2 代人椭圆方程 因 BC 2 X 则 1 10025 22 ZX 聊城大学本科毕业设计 15 得出 Z OG OD 9 17 BD CO OD 13 5 9 17 4 33 FE FB BD DE 35 4 33 2 9 17 12 33 2 2 3 FANUC 数控手工编程 刀具选择 一号 内孔刀 二号 外圆刀 上序程序 O0001 M3500T0202G99 G00X34 定位 G00Z1 靠近工件 G01Z0F0 2 G01Z 8 X30 车削锥面 Z 35 车削内孔 G00X28 G00Z200 安全退刀 T0101 换刀 G00X60 定位 Z0 G01X0F0 2 平端面 X50 G01X52 Z 1 倒角 G01Z 32 由于仿真无法拾取掉落零件 故采用 35mm 长的毛坯 不再切断 G00X60 Z200 退刀 M30 程序结束 1 10025 2 2 2 Z 聊城大学本科毕业设计 16 下序 O0002 M3S500G99T0101 主轴正转选刀 G00X62 Z3 快速定位起始点 G73U7 R8 G73 循环指令 G73P1Q2U4F0 2 N1G00X0 G73 循环起始行 G01Z0 G01X50 X52 Z 1 Z 3 5 1 9 17 定义循环起点位置 WHILE 1GE 9 17 DO1 2 SQRT 1 1 1 100 25 3 56 2 2 定义 x 方向坐标 4 13 5 1 定义 z 方向坐标 G01X 3Z 4F0 1 椭圆加工循环 1 1 0 1 循环增量 END1 循环结束符号 G01X52 Z 22 62 N2G1X60 G73 循环结束行 M3S2000 G70P1Q2U2 F0 2 半精车加工 G70P1Q2F0 2S800 精车加工 G00X100 Z100 T0202 G0X42 Z3 G01Z0 G03X30 Z 6 R6 车内孔圆弧 聊城大学本科毕业设计 17 G00Z200 M30 程序结束 2 2 4 仿真校验 把程序导入仿真车床 对刀加工 得到下图 2 32 3 加工带抛物线零件加工带抛物线零件 2 3 1 零件图的分析 由图所示 两条抛物线与一个内螺纹相接构成的 材料为 45 钢 毛坯尺寸为 52mm 53mm 的 U 型圆钢棒料 聊城大学本科毕业设计 18 2 3 2 加工工艺分析 工件右端为锥面外形左面为抛物线 都不易装夹 故应做一个螺纹心轴 作 为加工卡具 所以应先加工右端再加工左端 加工内端时 一次完成作为下次装 夹定位 由于仿真不可以做心轴模具故不采用以上所述 还是用卡盘装夹 不 考虑装夹是否合理 2 3 3 刀具的选择编制 编程时 两次加工分别以各自的端面中心为工件坐标系零点 刀具选择 1 号刀为外圆尖刀 2 号内孔刀 3 号 60 度内孔螺纹刀 考虑到工件直径较小 且伸出较长 建议采用如下的参考切削用量 粗加工主轴转速 n 800r min 进给速度 f O 2mm r 精加工 主轴转速 n 1200r min 进给速度 f O 1mm r 2 3 4 加工步骤 步骤如下 粗车右端端面和外圆 留精工余量 0 2 0 5 册 精车右端各表面 车内螺纹 d2 24 1 3 1 5 22 05 调头装夹 找正夹紧 粗车左端外圆表面 留精工余量 0 2 0 5 姗 精车左端内外抛物线面 达到图纸尺寸和形位公差要求 聊城大学本科毕业设计 19 2 3 4 FANUC 编程及仿真 数控编程 O0005 M3S800 G99G00X55 Z2 G71U2 R1 G71P1Q2U0 5F0 2 N1G00X30 G01Z0 G01X35 Z 10 N2G01X52 G70P1Q2F0 1S1200 G00X100 Z200 T0303 G00X18 Z2 G92X22 5Z 22 F1 5 X23 X23 5 X24 G00X100 Z100 M30 下序 聊城大学本科毕业设计 20 O0006 M3S800T0202 G00X20 Z3 1 6 WHILE 1LE0 DO1 2 1 1 1 091 3 2 1 40 4 3 2 5 2 1 G00X 3 G01Z 5F0 3 G00X 4 G00Z2 1 1 0 2 END1 G0X40 G1Z0 1 0 WHILE 1GE 6 DO2 2 1 1 1 091 3 2 1 40 G01X 3Z 2F0 2 1 1 0 2 END2 G01X20 05 Z200 M30 O0007 M3S800T0101G99 G00X50 聊城大学本科毕业设计 21 Z2 1 6 WHILE 1GE0 DO1 2 1 1 1 091 3 2 1 40 4 3 2 5 2 1 G00X 3 G01Z 5F0 3 G00X 4 G00Z2 1 1 0 2 END1 G01Z0 X40 1 0 WHILE 1LE6 DO2 2 1 1 1 091 3 2 1 40 G01X 3Z 2F0 2 1 1 0 2 END2 G00X100 Z200 M30 2 3 5 仿真校验 把程序导入仿真车床 对刀加工 得到下图 聊城大学本科毕业设计 22 3 数控铣床部分数控铣床部分 3 13 1 数铣与加工中心数铣与加工中心 FANUC FANUC 介绍介绍 一 数铣的加工范围及特点 数铣具有加工精度高 生产效率高 精度稳 定性好 操作劳动强度低 用途广等特点 它能完成各种平面 沟槽 螺旋槽 成形表面 平面曲线和空间曲线等复杂型面的加工 适合于各种模具 凸轮 板 类及箱体类的零件 二 数铣的结构 除基础部件 床身 底座 立柱 横梁 滑座 工作台 等 还有 1 主传动系统 2 进给系统 3 实现工件同转 定位装置和附件 4 实现某 些部件动作和辅助功能的系统和装置 5 刀架或自动换刀装置 6 自动托盘交换装 置 7 特殊功能装置 8 为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件 三 加工中心的特点 1 加工中心是在数控镗床或数铣的基础上增加自动 换刀装置 使工件在一次装夹后 可以连续完成对工件表面自动进行钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 攻螺纹 铣削等多工步的加工 工序高度集中 2 加工中心一般带 有自动分度回转工作台或可以自动转角度的主轴箱 从而使工件在一次装夹后 自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工 3 加工中心能自动改变机床主 轴转速 进给量和刀具相对工件的用动轨迹及其他辅助机能 4 加工中心如果带 聊城大学本科毕业设计 23 有自动交换工作台 工件在工作位置的工作台上进行加工的同时 另外的工件在 装卸位置的工作台上进行装卸 不影响正常的加工工件 四 加工中心的分类 按机床形态分 立式 卧式 龙门式 万能加工中 心 按工艺用途分 镗铣 钻削 车削和复合加工中心 五 加工中心加工对象 箱体类零件 复杂曲面 异形件 盘 套 板类 零件 六 卧式加工中心的布局 立柱移动式 立柱不动式 滑枕式 3 23 2 零件零件 1 1 正弦线 的加工 正弦线 的加工 3 2 1 刀具的选择编制加工工艺 聊城大学本科毕业设计 24 做一个正弦线如图 弦一个周期 L 100mm 弦高 50mm Y 25SIN X 分析 在一个周期 2 内 L 100mm 我们分为 1000 份 也就是说 360 100mm 1000 份 每份是 0 36 0 1mm 选择直径 10mm 的铣刀 3 2 2 FANUC 手工编程 O0001 M3S1000G17G54G40G80G49 程序初始设置 G00X 10 Y0 快速定位 Z3 G01Z 10 F0 2 工进 z 10 1 0 WHILE 1LE720 DO1 WHILE 语句循环开始 2 25 SIN 1 循环定义 G01X 2Z 3F0 2 车削语句 1 1 0 36 累加 3 3 0 1 END1 循环结束 G00Z100 快速离开 M30 3 2 3仿真校验 把程序导入仿真车床 对刀加工 得到下图 聊城大学本科毕业设计 25 图 3 2 1 仿真实践 3 3 零件零件 2 五角形棱台 的加工 五角形棱台 的加工 聊城大学本科毕业设计 26 图 3 3 1 上表面各尺寸 聊城大学本科毕业设计 27 图 3 3 2 下表面各尺寸 3 3 1 刀具的选择编制加工工艺 此零件为固定斜角和规则曲面零件 根据这类零件的 加工方法 在一般数 控铣床上采用简单的编程指令根本无法进行编程 因此 该工件需采用宏程序进 行编程 只是在上表面加工一个五角星 用通用夹具平口钳就可以 刀具选择直径 10mm 的球头铣刀 用一个大直径的 20mm 的 平底刀去除余量 把五角形棱台的高度分为 1000 份 3 3 2 FANUC 手工编程 上序去除材料 O0001 程序头 M3S1000 选择转速 G40G80G49G17G54 程序出事设置 G00X100 Z100 快速定位 G00Z3 靠近工件 G16 极坐标设定 1 39 48 参数设定 2 100 聊城大学本科毕业设计 28 G00G41X100 Y18 设定刀步 G01Z 20 F100 切削到 z 20 位置 G01X 1Y54 去除材料 G01X 2Y90 G01X 1Y126 G01X 2Y162 G01X 1Y198 G01X 2Y234 G01X 1Y270 G01X 2Y306 G01X 1Y342 G01X 2Y18 G00G40Z100 G15 极坐标取消 M30 程序结束 下序做五角星 O0002 程序头 M3S1000 选择转速 G40G80G49G17G54 程序初始设置 G00X100 Z100 快速定位 G00Z3 靠近工件 G16 极坐标设定 G00G41X50 Y18 设定刀步 G01Z0F100 1 19 74 参数设定 2 50 3 0 WHILE 3GE 20 DO1 循环判断语句 G01X 1Y54 循环开始 G01X 2Y90 聊城大学本科毕业设计 29 G01X 1Y126 G01X 2Y162 G01X 1Y198 G01X 2Y234 G01X 1Y270 G01X 2Y306 G01X 1Y342 G01X 2Y18 Z 3 3 3 0 2 累加 1 1 0 1974 2 2 0 5 END1 循环结束符 G00G40Z100 取消刀补 G15 极坐标取消 M30 程序结束 3 3 3 仿真校验 把程序导入仿真车床 对刀加工 得到下图 图 3 3 1 仿真实践 聊城大学本科毕业设计 30 3 43 4 零件零件 3 3 型腔模具加工 的加工 型腔模具加工 的加工 图 3 4 1 行腔模具加工图 3 4 1 分析图形及计算各平面尺寸 聊城大学本科毕业设计 31 图 3 4 2 行腔加工尺寸细节 3 4 2刀具与夹具的选择 选择螺栓与工艺板加固零件 选择直径 40 mm 加工深度 160mm 的平底刀去除材料 选择直径 20mm 加工深度 180mm 的球头铣刀精加工各曲面 3 4 3 FANUC 编程及仿真较 O0001 M3S1000 G17G54G80G49G40 初始设置 G00X0Y0 Z3 快速定位 G01Z 150 F200 聊城大学本科毕业设计 32 G41G01X65 D01 左补偿 1 65 下底面赋值 2 45 3 0 WHILE 3LE20 DO2 WHILE 语句循环开始 G01Y 2F200 R20 轮廓描述 G03X 2Y 1R20 G01X 2 G03X 1Y 2R20 G01Y 2 G03X 2Y 1R20 G01X 2 G03X 1Y 2R20 G01Y 2 4 SQRT 400 3 3 130 z 值定义 G01Z 4 抬刀 1 1 2 累加 2 2 2 3 3 2 END2 循环结束 5 130 WHILE 5LE 40 DO3 循环开始 G01Y 2F200 斜台面描述 G03X 2Y 1R20 G01X 2 G03X 1Y 2R20 G01Y 2 G03X 2Y 1R20 G01X 2 G03X 1Y 2R20 聊城大学本科毕业设计 33 G01Y 2 G01Z 5 1 1 0 1 累加 2 2 0 1 5 5 0 9 END3 3 20 WHILE 3GE0 DO1 斜台面循环开始 G01Y 2F200 R20 轨迹描述 G03X 2Y 1R20 G01X 2 G03X 1Y 2R20 G01Y 2 G03X 2Y 1R20 G01X 2 G03X 1Y 2R20 G01Y 2 7 SQRT 400 3 3 40 Z 值描述 G01Z 7 抬刀 1 1 2 累加 2 2 2 3 3 2 END1 循环结束 3 0 1 115 WHILE 1LE125 DO1 下 R10 圆角循环 G01X 1 Y 1 2 SQRT 100 3 3 10 G03I 1J 1 圆弧描述 Z 2 聊城大学本科毕业设计 34 1 1 1 累加 3 3 1 END1 3 10 1 125 WHILE 1LE135 DO1 上 R10 倒角描述 G01X 1 Y 1 2 SQRT 100 3 3 10 G03I 1J 1 圆弧描述 Z 2 1 1 1 3 3 1 END1 G00Z100 M30 结束 3 4 4 仿真校验 把程序导入仿真车床 对刀加工 得到下图 图 3 4 1 仿真校验 聊城大学本科毕业设计 35 图 3 4 2 仿真实践 4 程序与程序与 CAD CAM 软件生成程序的加工软件生成程序的加工性能对性能对比比 任何数控加工只要能够用宏程序完整地表达 即使再复杂 其程序篇幅都比较 精炼 可以说任何一个合理 优化的宏程序 极少会超过60行 换算成字节数 至 多不过2KB 一方面 宏程序短小精悍 即使是最廉价的机床数控系统 其内部程序 存储空间也会有IOKB左右 FANUC Oi系统的标准配置一般为128KB或256KB 其他常见 的数控系统也与此大体相仿 完全容纳得下任何复杂的宏程序 因此根本无须考虑 机床与外部电脑的传输速度对实际加工速度的影响 目前尚无任何数控系统或DNC软 件能够支持以DNC方式运行宏程序进行在线加工 另一方面 为了对复杂的加工运 动进行描述 宏程序必然会最大限度地使用数控系统内部的各种指令代码 例如直 线插补G01指令和圆弧 螺旋 插补G02 G03指令等 因此机床在执行宏程序时 数控 系统的计算机可以直接进行插补运算 且运算速度极快 再加上伺服电动机和机床 的迅速响应 使得加工效率极高 而对于CAD CAM软件生成的程序 情况则要复杂的多 首先 CAD CAM软件生 成的程序通常都比较大 非常容易突破机床数控系统内部程序存储空间的限制 通常 地说就是系统装不下程序 因此一般来说除了相对简单的孔系加工 二维轮廓或口 聊城大学本科毕业设计 36 袋加工以外 其余绝大部分程序都不得不以DNC方式进行在线加工 显然机床与电脑 之间的传输速度成为了影响加工速度的第一个 瓶颈 因素 除了那些机床系统内 置硬盘或机床与电脑之间以太网等形式进行组网的新型数控机床 主要是高速加工机 床 之外 目前大多数的数控铣床 力 工中心都是通过RS 232口的串口通信来实现 DNC在线加工 绝大多数主流的中档数控系统 如FANUC OM Oi 三菱M52 M64 西 门子802D 810D等系统所支持的RS 232口最大传输波特率为19200bit s 而大多数 DNC软件 如V24 PCIN AIC等 支持的最大波特率多数也不过在 19200 38400bit s 即使在19200bit s的波特率下工作 当计算精度较高 进给 速度F值较大 如F1800 F2500 时 程序传输速率往往跟不上机床的节拍 在实际加 工中可以看到机床的进给运动有