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数控技师论文-数控铣床加工工艺及程序编制 数控铣床加工工艺及程序编制 单 位: 青岛宏大纺织机械有限公司 姓 名:李 超 日 期 :2012年12月17日摘要 数控技术是数字控制技术的简称。利用数控技术可以把生产过程用某种语言编写的程序来描述,将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出,并控制生产过程中相应的执行程序,从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行,实现生产过程的自动化。 数控编程分为手工编程和自动编程。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序,经过处理后生成加工程序,称为自动编程。 基本偏差是经标准化的、由国家标准(GB)规定的极限偏差称为基本偏差,它是用来确定公差带相对于零件位置的上偏差或者下偏差,一般指靠近零件的那个偏差。即当公差带位于零件上方时,其基本偏差为下偏差;当公差带位于零件下方时,其基本偏差为上偏差。为了满足不同配件的需要,国家标准对孔和轴分别规定了28种基本偏差,它们用拉丁字母表示,大写字母表示孔,小写字母表示轴。有关基本偏差的详细内容将在后面的相关内容中详细阐述。 工艺性能是指金属在制造各种机械零件或工具的过程中,对各种不同加工方法的适应能力,即金属采用某种加工方法制成成品的难易程度。它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能等。例如,某种金属材料用铸造成形的方法,容易得到合格的铸件,则该种材料的铸造性能好。工艺性能直接影响零件的制造工艺和质量,是选择金属材料时必须考虑的因素之一。 铣床是继车之后发展起来的一种工作母机,并形成完善的机床体系。铣床的生产效率高,又能加工各种形状和一定精度的零件,同时在结构上日趋完整,因此在机器制造业中得到了普遍的应用。关键词:“数控”、“编程”、“偏差”、“工艺性能”。前 言 数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。 数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工作,并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的发展,数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 目 录摘 要 前 言 第一章 数控机床的基本知识 . 1.1 数控机床的基本概念. 1.2 数控机床的组成及工作原理 1.3 数控机床的分类及特点 第二章 数控加工的切削基本知识 2.1 切削运动余切削要素 2.2 切削基本原理的运用 2.3 金属切削条件的合理选择第三章 数控加工工艺的基础 3.1 机械加工工艺规程概述 3.2 定位基准的选择实例 3.3 孔的加工路线 3.4 定位基准的种类第四章 数控铣床的维护与保养 4.1机床的定期检查与维护 4.2加工精度的维持 4.3每日维护与保养 4.4维护保养的有关知识第五章 公差配合与测量 5.1几何量公差 5.2基本偏差第六章 具体加工零件的方案 6.1加工工艺分析 6.2加工工艺方案 6.3加工程序第七章 参考文献数控铣床的基本知识 铣床是继车之后发展起来的一种工作母机,并形成完善的机床体系。铣床的生产效率高,又能加工各种形状和一定精度的零件,同时在结构上日趋完整,因此在机器制造业中得到了普遍的应用。根据结构形式和使用特点,升降台铣床又可分为卧式和立式两种。铣床的基本部件:1.底座。2.床身。3.横梁。4.主轴。5.主轴变速机构。6.纵向工作台。7.横向工作台。8.升降台。9.进给变速机构。铣床的基本维护和保养:1.注意机床的润滑。2.机床滑动面的保养。3.及时排除机床故障。4.合理使用机床。铣刀常用的材料:1.硬度。2.韧性。铣刀的种类:高速钢铣刀、硬质合金铣刀。1.1铣削用量的选择方法:粗加工 当工件表面光洁度要求为Ra25时,一般采用粗铣即可达到加工要求。此时,切削用量的选择主要根据机床系统的刚性、刀具使用寿命、工件余量及坯料表面质量等方面考虑。半精加工当表面光洁度要求在Ra12.56.3范围时,一般采用半精加工。根据加工表面的精度要求,铣削速度v在采用范围内尽量选较大的值,进给量应选取较小值。精加工 精铣加工的工件,切削深度的选择为0.5毫米左右。铣削速度在推荐范围内选最大值。计算公式n1000v/3.14D 转/分 式中n?主轴转速,转/分;D?铣刀直径,毫米;v?切削速度,米/分。s分s齿zn毫米/分式中z?铣刀刀齿数;n-主轴转速,转/分。1.2刀具摩损的原因:1.由机械摩擦所造成的磨损。2.粘结磨损。3.扩散磨损与相变磨损。1.3冷却润滑的作用:1.冷却作用采用冷却润滑液,可以从两个方面降低切削温度;一方面减少刀具与工件、切削间的摩擦;另一方面能将已产生的切削热从切削区域迅速带走。冷却作用主要是指后一方面。2.润滑作用采用冷却润滑液,可以减少刀具前面、后面与工件、切削之间的摩擦。如果其润滑性能良好,能减小切削力,显著提高表面质量和刀具的耐用度。3.防锈作用 采用冷却润滑液,能起防锈作用,使机床、工件、刀具不受周围介质(如空气、水分、手汗等)的腐蚀。4.清洗作用 采用冷却润滑液,能起到清洗作用,防止细碎的切削及砂粒粉末附在工件,刀具和机床上,影响工件表面质量、机床精度及刀具耐用度。材料的选择与处理2.1金属的工艺性能 工艺性能是指金属在制造各种机械零件或工具的过程中,对各种不同加工方法的适应能力,即金属采用某种加工方法制成成品的难易程度。它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能等。例如,某种金属材料用铸造成形的方法,容易得到合格的铸件,则该种材料的铸造性能好。工艺性能直接影响零件的制造工艺和质量,是选择金属材料时必须考虑的因素之一。 2.2金属的塑性变形 金属在外力作用下产生变形,其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。弹性变形在外力去除后能够完全恢复,所以不能用于成形加工。只有塑性变形才是永久变形,才能用于成形加工。 弹性变形是由于外力克服原子间的作用力,使原子之间的距离发生改变,原子偏离原来平衡位置而产生的。当外力去除后,在原子间作用力的作用下,原子返回原来的平衡位置,金属恢复原来的形状。金属产生弹性变形后,其组织和性能不发生改变。金属的塑性变形过程比弹性变形复杂,而且塑性变形后金属的组织及性能发生了改变。2.3钢的热处理 1.钢在加热时的组织转变 奥氏体的形成:1奥氏体晶核的形成与长大;(2残余渗碳体的溶解;(3)奥氏体均匀化。 2.奥氏体晶粒大小及影响因素:(1)奥氏体晶粒度;(2)影响奥氏体晶粒大小的因素; 3.钢在冷却时的组织转变 过冷奥氏体及其转变方式:(1)等温转变;(2)连续冷却转变。 4.共析碳钢过冷奥氏体等温转变:(1)等温转变图;(2)过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能;3等温转变图的应用。 5.马氏体转变的特点:(1)马氏体转变是无扩散型相变;(2)马氏体转变速度极快;(3)马氏体转变有一定的温度范围;(4)马氏体转变具有不完全性。6.退火与正火退火:(1)完全退火;(2)球化退火;(3)等温退火; 正火:(1)改善低碳钢的切削加工性能;(2)消除网状二次渗碳体;(3)作为重要零件的预备热处理;(4)作为普通结构零件的最终热处理。 7.淬火工艺:(1)淬火加热温度的选择;(2)加热时间的选择;(3)淬火介质;(4)淬火方法;5冷处理。 8.淬火缺陷:(1)氧化与脱碳;(2)过热与过烧;3变形与开裂;(4)硬度不足。 9.淬火钢在回火时组织和性能的变化:(1)马氏体分解;2残留奥氏体的转变;3碳化物的转变;(4)渗碳体的聚集长大与铁素体再结晶。 10.回火方法及其应用:(1)低温回火;(2)中温回火;(3)高温回火; 2.4碳素钢与合金钢 1.钢的分类:按用途分类:(1)结构钢;(2)工具钢;(3)特殊性能钢。按化学成分分类:(1)碳素钢;(2)合金钢;按质量分类:(1)普通质量钢;(2)优质钢;(3)高级优质钢;(4)特级优质钢;按冶炼时脱氧程度和浇注制度分类:(1)沸腾钢;(2)镇静钢;(3)半镇静钢;(4)特殊镇静钢。 2.钢的编号:(1)碳素结构钢;(2)优质碳素结构钢;(3)碳素工具钢;(4)铸造碳钢;5低合金高强度结构钢;(6)合金结构钢与合金弹簧钢;(7)滚动轴承钢;(8)合金工具钢;(9)不锈钢与耐热钢。 3.合金元素在钢中的存在形式:(1)形成合金铁素体;(2)形成合金碳化物; 4.合金元素对钢的热处理的影响:(1)合金元素对钢加热转变的影响;(2)合金元素对钢冷却转变的影响;(3)合金元素对对淬火钢回火转变的影响; 5.特殊性能钢:有不锈钢、耐热钢和耐磨钢。 2.5铸铁 铸铁的种类:白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和麻口铸铁。 球墨铸铁的成分、组织和性能:1.球墨铸铁的化学成分;2.球墨铸铁的显微组织;3.球墨铸铁的性能; 合金铸铁:耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁。非铁金属及硬质合金 常用变形铝合金: 1.防锈铝;2.硬铝;3.超硬铝;4.锻铝。 铸造铝合金: 1.铝硅合金;2.铝铜合金;3.铝镁合金;4.铝锌合金。 青铜: 1.?青铜;2.铝青铜;3.铍青铜;4.硅青铜。硬质合金粉末冶金工艺简介: 1.制粉;2.筛分与混合;3.压制成形;4.烧结;5.后处理。 常用硬质合金: 1.钨钴类硬质合金;2.钨钴钛类硬质合金;3.通用硬质合金。数控加工工艺的基础3.1基本概念 生产过程和工艺过程生产过程 将原材料转变为成品的过程,称为生产过程。生产过程包括:生产技术准备,如产品设计等;毛坯的制造;零件的加工与热处理;装配;检验和试车及各种生产服务,如半成品、标准件和材料的供应及产品的包装、运输等工作过程。工艺过程 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等,使其成为成品或半成品的过程,称为工艺过程。它包括:毛坯制造、机械加工、热处理和装配等过程。机械加工工艺过程 利用机械力对各种工件进行加工的过程,称为机械加工工艺过程。它主要是使材料或毛坯改变形状、尺寸和表面质量,使之成为零件的过程。数控加工工艺分析尺寸标注应符合数控加工的特点;(2)几何要素的条件应完整、准确;(3)定位基准可靠;(4)统一几何类型及尺寸。零件结构工艺性零件结构设计工艺性;(2)零件机械加工结构工艺性;确定加工余量的方法计算法 在影响因素清楚、统计分析资料齐全的情况下,可以采用分析计算法,用工式计算出工序余量。分析计算法确定加工余量的过程较为复杂,多用于大批量生产或贵重材料零件的加工。对于成批单件生产,目前大部分工厂都采用查表法或经验法来确定工序余量和总余量。经验估计法 经验法是由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验确定余量,这种方法大都用于单件小批生产。查表修正法 实际生产中常用的方法是将生产实践和实验?究积累的大量数据列成表格,以便使用时直接查找,同时还应根据实际情况加以修正。对刀点的选择原则所选的对刀点应使程序编制简单;(2)对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置;(3)对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。(4)对刀点的选择应有利于提高加工精度。工艺文件机械加工工艺过程卡片;机械加工工艺卡片;机械加工工序卡片;3.2机床夹具的概述机床夹具的组成:(1)定位装置;(2)夹紧装置;(3)夹具体;(4)其他装置或元件。机床夹具的功用:(1)保证加工质量;(2)提高劳动生产率,降低成本。(3)扩大机床工艺范围。(4)改善工人劳动条件,保障生产安全。夹紧装置的基本要求:(1)夹紧力的大小适当;(2)夹紧力方向;(3)夹紧力的作用点;(4)工艺性好;(5)使用性好;3.3铣削加工工艺的制定零件图的工艺性分析:(1)数控铣削加工内容的选择;(2)零件结构工艺性分析;加工方案的确定:(1)平面轮廓加工;(2)固定斜角平面;(3)变斜角面的加工;(4)曲面轮廓加工;进给路线的确定:(1)顺铣和逆铣的选择;(2)铣削外轮廓的进给路线;(3)铣削内轮廓的进给路线;(4)铣削内槽的进给路线;(5)铣削曲面的进给路线。数控铣床的维护与保养机床的定期检查与维护为了安全起见,所有电器箱,操作箱的门,及保护罩请不要打开,除非是定期做维护保养;不要使用压缩空气来清理机器和其它各项电子装置,因为周围环境如果有的脏乱(如灰尘、油污、铁屑等)很容易进入轴承、滚珠导螺杆,导致机器零件耐用期缩短。当维修人员进入机床工作台移动范围内时,请关闭所有操作盘与电器箱上电源开关,请准备一些废弃的硬板或木板覆盖在会滑倒的范围,以防止维修人员滑倒。加工精度的维持工作前须暖机,并检查应加油处是否该注油;检查油路畅通否;关机时,工作台、鞍座应置于机台中央位置(移动三轴行程至各轴行程中间位置)。每天结束时,应做清洁和整理器具。每隔一定的时间(每周每月)要做周期性的机床检查及保养;机台保持干燥清洁;机台须远离震动区,地基要稳固。每日维护与保养清除工作台、机台内,三轴伸缩护罩上的铁屑、油污;擦拭清洁工作台、机台内,三轴伸缩护罩上的切削油及细小铁屑,并喷上防锈油;主轴锥孔必须保持清洁,加工完毕后用主轴锥孔清洁器擦拭。清洁刀库与刀库座及连杆组,并喷上一些润滑油;清洁主轴头上持刀手指轨迹,并涂上一些润滑油;检查三点组合油杯内油量是否充足,并释放三点组合空气过滤分油杯内之水分;检视三轴自动润滑油量,必须时适量添加;检视油压单元油管是否有渗漏现象;清除铁屑承接过滤网上的铁屑;维护保养的有关知识1.维护保养的意义 数控铣床使用寿命的长短和故障的高低,不仅取决于机床的精度和性能,很大程度上取决于它的正确使用和维护。正确的使用能防止设备非正常磨损,避免突发故障,精心的维护。2.维护保养必备的基本知识 数控铣床具有机、电、液集于一体,技术密集和知识密集的特点。因此,数控铣床的维修人员不仅要有机械加工工艺及液压、气动方面的知识,也要具备电子计算机、自动控制、驱动及测量技术等知识,这样才能全面了解、掌握数控铣床以及做好机床的维护保养工作。维护人员在维修前应详细阅读数控机床有关说明书,对数控铣床友一个详细的了解,包括机床结构特点、数控的工作原理及框图,以及它们的电缆连接。工作完成后注意事项:清除切削,擦拭机床,使机床与环境保持清洁状态。关机时要等主轴停转3分钟后方可进行,依次关掉机床操作面板上的电源和总电源。公差配合与测量几何量公差(1)加工误差 任何产品,凡人为制造,就会因制造过程中种种因素的影响而存在或大或小的误差。机械的制造过程包括加工制作和检测,因此制造误差包括加工误差和测量误差。(2)几何量公差 几何量公差是指几何量的允许变动量,几何量公差在产品的设计过程中由设计者根据使用要求提出,并标注在零件图上作为技术要求。二、基本偏差经标准化的、由国家标准(GB)规定的极限偏差称为基本偏差,它是用来确定公差带相对于零件位置的上偏差或者下偏差,一般指靠近零件的那个偏差。即当公差带位于零件上方时,其基本偏差为下偏差;当公差带位于零件下方时,其基本偏差为上偏差。为了满足不同配件的需要,国家标准对孔和轴分别规定了28种基本偏差,它们用拉丁字母表示,大写字母表示孔,小写字母表示轴。有关基本偏差的详细内容将在后面的相关内容中详细阐述。三、配合的种类(1)间隙配合 间隙配合指具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合,公查带的位置关系表现为:孔的公差带完全在轴的公差带之上。由于孔、轴的实际尺寸是变动的,所以配合的尺寸也是变动的,变动范围在最大间隙和最小间隙之间。最大间隙:XD-dminES-ei最小间隙:XminDmin-dEI-es2过盈配合过盈配合指具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合,公差带的位置关系表现为:孔的公差带完全在轴的公差带之下。由于孔、轴的实际尺寸是变动的,所以配合的过盈也是变动的,变动范围在最大过盈和最小过盈之间。最大过盈:YDmin-dEI-es最小过盈:YminD-dminES-ei3过渡配合 过渡配合是指可能具有间隙或者过盈的配合,公差带的位置关系表现为:孔和轴的公差带相互交叠。过渡配合可能产生间隙也有可能产生过盈,其中可能的最大间隙与最大过盈是过渡配合的两个极限值。最大间隙:XD-dminES-ei最大过盈:YDmin-dEI-es基准制基准制是指为了设计和制造上的经济性,把孔、轴配合中孔的公差带或轴的公差带的位置固定,通过改变轴的公差带或孔的公差带的位置,来实现各种所需要的配合的制度。把孔的公差带固定,通过改变轴的公差带的位置来实现各种配合的制度称为基孔制。基孔制的基本偏差代号为H;把轴的公差带固定,通过改变孔的公差带的位置来实现各种配合的制度称为基轴制,基轴制的基本偏差代号为h;形位公差带形状形位公差带的形状随实际被测要素的结构特征、所处的空间以及要求控制方向的差异而有所不同。大小形位公差带的大小有两种情况,即公差带区域的宽度(距离)t或直径tSt,它表示了形位精度要求的高低。方向形位公差的方向理论上应与图样上形位公差框格指引线箭头所指的方向一致。对于形位公差带,其方向应符合最小条件的方向;对于定向公差与定位公差,其公差带的方向,则根据基准来确定。位置形位公差带的位置分为浮动和固定。形状公差带只具有大小和形状,而其方向和位置是浮动的;定向公差带只具有大小、形状和方向,而其位置是浮动的;定位和跳动公差带则除了具有大小、形状、方向外,其位置是固定的。测量误差的分类系统误差;随机误差;粗大误差;辅助基准的应用工件定位时,为了保证加工表面的位置精度,大多优先选择设计基准或装配基准作为主要定位基准,这些基准一般为零件上的主要表面。但有些零件在加工中,为装夹方便或易于实现基准统一,人为地制造一种定位基准。如毛坯上的工艺凸台和轴类零件加工时的中心孔。这些表面不是零件上的工作表面,只是为满足工艺需要而在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。此外某些零件上的次要表面(非配合表面),因工艺上宜作定位基准而提高其加工精度和表面质量以便定位时使用。这种表面也称为辅助基准。具体加工零件的方案一、加工工艺分析工、量、刃具选择(1)工具选择 工件装夹在平口钳上,平口钳用百分表校正。X、Y方向用寻边器对刀。Z方向用对刀仪进行对刀。2量具选择 内外轮廓尺寸用游标卡尺测量;深度尺寸用深度游标卡尺测量;孔径用内径千分尺测量,其规格、参数见表:(3)刃具选择 上表面铣削用端铣刀;内、外轮廓铣削用键槽铣刀铣削;孔加工用中心钻、麻花钻、铰刀、其规格、参数见表:种类序号名称规格数量 工 具 1 平口钳 QH1601个 2 平行垫铁若干 3 塑胶锤子1个 4 呆板手若干 5 寻边器 10mm1只 6 对刀仪1只 量 具 1 游标卡尺 0150mm1把 2 百分表及表座 010mm1个 3 深度游标卡尺 0150mm1把 4 内径千分尺 525mm1把 刃 具 1 面铣刀 60mm1把 2 中心钻 A21个 3 麻花钻 9.7mm1个 4 机用铰刀 10H8mm1个 5 键槽铣刀 16mm1个二、加工工艺方案(1)加工工艺路线 本图为内、外轮廓及孔加工。首先粗、精铣坯料上表面,以便深度测量;然后粗、精铣削内、外轮廓,最后钻、铰孔。粗、精铣坯料上表面,粗铣余量根据毛坯情况由程序控制,留精铣余量0.5mm.用16mm键槽铣刀粗、精铣内、外轮廓和mm内轮廓。用中心钻钻4mm中心孔。用9.7mm麻花钻钻4mm孔。用10H8机用铰刀铰4mm孔。(2)合理切削用量的选择加工钢件,粗加工深度除留精加工余量,应进行分层切削。切削速度不可太高,垂直下刀进给量应小。参考切削用量见表:刀具号 刀具规格工序内容vf/mm/minn/r/minT160mm面铣刀粗、精铣坯料上表面100/80500/800T216mm键槽铣刀粗精铣外轮廓、内轮廓100800/1200T3A2中心钻钻中心孔1001000T49.7mm麻花钻钻4mm的底孔100800T510H8机用铰刀铰4mm的孔1001200三、加工程序 程 序说 明G17 G40 G80 G49设置初始状态M3 S500 M8主轴顺时针方向旋转,主轴转速500r/min,切削液开G90 G54 G0 X-80Y20绝对编程、建立工件坐标系、快速移动到X-80Y20处G43 Z5 H01调用1号刀具长度补偿G1 Z0.5 F100直线进给到工件上0.5mm处,进给速度100mm/minX80直线进给到X80处G0 Z5刀具快速抬起5mmX-80 Y-20刀具快速运动到X-80Y-20处G1 Z0.5直线快速进给到工件上0.5mm处X80直线进给到X80处G0 Z5刀具快速抬起5mmGo X-80Y20刀具快速运动到X-80 Y20处M3S800主轴顺时针方向旋转,主轴转速800r/min,工件表面精加工G1 Z0 F80刀具直线进给到工件表面上,进给速度80mm/minX80刀具直线进给到X80处G0 Z5刀具快速抬起5mmX-80Y-20刀具快速运动到X-80Y-20处G1Z0直线进给到工件上0mm处X80直线进给到X80处G0Z200刀具快速抬起200mmM9M5 M00切削液开,主轴停止,程序停止,安装T2刀具G90G54G00X-60Y-60S800M03M8G43 H2 G0Z5G42 G0Y-36 D2通过修改刀具半径补偿进行粗精加工Z-8.05铣削深度分层加工,每层23mm,通过改变Z坐标值实现G1X-35F100X0G3X0 Y36 R36G1 X-35,R10Y-36, R10X0G1Z2 F500G0X0Y0G1 Z-5.95F100X-20 Y-10G2 X-20 Y10 R10G3 X-10Y20 R10G2 X10 Y20 R10G3 X20 Y10R10G2 X20 Y-10 R10G3 X10 Y-20 R10G2X-10 Y-20R10G3 X-20 Y-10 R10G2 X-20 Y10 R10G1 Z2 F500G40G0 X0 Y0刀具运动到X0Y0处G1 Z-12 F100铣削20mm的平底孔X2G2 I-2G1 X0 Y0G0 Z15

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