数控机床加工编程

第II页 共I页本科毕业设计说明书xxxxxx 大 学毕 业 论 文（设计）论文题目 数控机床加工编程 姓 名 _ xxxx _ 学 号 _xxxxx_ 院 系 _工学院_ 专 业 机械制造及自动化指导教师 xxxxx 职 称 xxxx 中国合肥二o一五 年 五 月目录目录I1 引言12 数控机床编程简介12.1数控编程分类22.2 程序的结构与格式23 CNC控制系统33.1 CNC系统的组成34 工件的加工工艺设计64.1 工件加工的内容和工艺分析64.2 工件加工的工艺路线的拟定74.3 切削用量等参数的确定125 工件数控加工的编程135.1 坐标系的确定135.2 程序的编制136 刀具的选择16 6.1 数控机床的刀具16 6.2 复杂轴零件的刀具选择16 6.3 确定对刀点和换刀点16结论17致谢17参考文献18第 19 页 共 21 页数控机床加工编程数控机床加工编程作者：xx 指导老师：xxxxxxx大学工学院 11机制 合肥下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。摘要：我国数控机床技术正在飞速发展，市场对机械产品的要求也来越高，数控机床正解决了机械产品市场的供求问题，数控技术成为了机械制造业竞争的实质。本此设计就零件加工编程做了详细的研究，重点研究了零件加工工艺的分析，加工路线的确定及加工程序编制。本文介绍了数控机床编程的方法，简要说明里数控系统的组成及优缺点，对零件进行了加工工艺分析，并运用数控知识对零件加工进行了编程，同时对编程过程中的出现的问题进行了探讨，得出了几种较为简便的编程方法。关键词：数控编程 数控加工 加工路线1 引言近年来，世界的科学技术及经济处于迅猛发展阶段，为适应当今飞速变化的市场环境，我们的机械产品必须更精确、高效、灵活。尽管已经有很多汽车、家电、机械制造厂采用了数控机床及专用的生产流水线，用来提高生产产品的效率、减少人工成本同时提高产品品质，但这并不能满足日益激烈的市场竞争，因此企业的新产品研发及推广仍为企业发展的重中之重。随着新产品的不断研发生产，不可变的自动化装置渐渐无法适应不断变化生产要求，其生产工艺繁复的缺点逐渐显现。此外，小批量的零件生产在制造业中也占有不小的比重。有数据显示，大批量生产仅占总生产量的20%左右。若把不可变的自动化装置用于小批量生产中，那么将会使生产成本大幅提高，并无法满足产品的精度要求，大大降低生产效率。为了方便新产品的研发生产及小批量生产的自动化要求，人们研制出了数控机床用以满足生产对于灵活性、适应性的需求。数控机床是为了解决这些在新的生产技术问题而产生的新型全自动车床。作为机电一体化的一个重要分支，数控机床涵盖了计算机编程技术、自动化技术、精密仪器制造技术及伺服系统等的机电一体化成都较高的产品。数控机床为当前世界上的主流机床，数控机床技术的高低直接反映了机械制造的工作水平。数控机床因其设备精密而造价昂贵，但它在当今制造行业中起着基础核心的作用，与普通机床有着不同的作用。2 数控机床编程简介数控设备是通过程序来控制的，其加工轨迹及运转动作严格按照程序进行，可达到高效自动化的目的。在使用数控机床加工零件之前，要编写程序来是其加工轨迹按要求进行，这类程序即为零件程序。因此，在数控编程之前，程序员应该先学习数控机床的规格，以及数控系统的性能和编程指令的格式功能。在程序编写前，要先了解零件的尺寸、形状、功能要求及技术要求，拟定工艺路线，然后通过数量计算确定刀位，再根据规定的数控代码和程序格式编写程序，是之能够完成确定零件尺寸、刀具运动轨迹、切削参数并进行对刀、换刀、主轴正反转等工作。最后输入控制系统，使数控机床自动加工控制系统。2.1数控编程分类数控机床的加工程序是一种按特定格式通过代码进行编制的程序，当前的加工程序编制主要有两种方法。（1） 手动编程利用一般计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并编制指令。这种方法相对简单，较易学习，能使用于大部分零件加工。主要用于较简单的，计算量少的程序编制，为机床编程的基础部分。（2） 自动编程利用CAD技术对零件进行设计、分析和建模，经后置处理后自行生成加工程序，在透过人工校正修改，形成程序。此方法适用范围较大，目前广泛用于CAD集成系统。2.2 程序的结构与格式2.2.1程序名程序名用汉语拼音进行命名。每个程序又有一个符号表示用以对程序进行分类储存、识别、管理。（1）程序名的格式开始的两个符号必须是字母。之后可以使用数字、字母及下划线。最多16字符。不可使用分隔符（2）应用说明通常在确认了程序名的时候，要将它和加工对象及特点联系起来，一是为了方便程序管理，二是为了方便用程序名和加工对象统一起来。若零件图号、名称满足上述规则的话，亦可作为程序名。2.2.2程序结构和内容数控程序是由小的程序段组成的，每一个程序段都代表了一个加工步骤，多个宇又构成了程序段，最后的程序段一定包括结束符N0或M30。2.2.3程序段结构（1）功能。每个程序段中都包含进行一道工序所需要的完整的信息。程序段有两大组成部分，字符和结束符“”。在换行和插入输入键是都会自动生成结束符。（2）字顺序。程序段中一般含有有很多指令，推荐按如下顺序：NGX Z I KFSTDM一；其中：G表示准备功能字；x、z表示零件尺寸字；I、K为插补参数；N表示程序段号；M表示辅助功能字F表示进给功能字(mmr)；s表示主轴转数字(rnun)；T表示刀具功能字；“；”后是对程序段的说明，“；”把程序段和后边的注释分开。（3）程序段号。为了防止后期修正时插入程序段时对源程序的改变，一般选择5或10间隔为程序段号。（4）被跳跃的程序段。有些程序段并不需要每次运行时都进行执行，在这些程序段的段号字之前输入“/”那么就可以跳过不再重复执行。跳跃程序段功能要通过对机床的控制面板进行操作或用PLC接口输入信号才可生效。若要跳过连续的程序段只要在其所有程序段前输入“/”即可。跳跃程序段功能生效后，所有带“/”的程序段都将不再执行，程序从下一个“/”d的程序段开始执行。3 CNC控制系统计算机数控系统是一种用来对位置进行控制的操作系统。它的本质是基于的所加工零件的几何分析和加工工艺分析进行程序编制。然后将编制的程序输入系统并进行数据处理，而后通过输出装置将编写好的程序进行几何还原，是刀具按设定好的轨迹对零件进行加工。3.1 CNC系统的组成 CNC系统包含两大部分，分别是计算机硬件和软件。数控机床可以按要求进行零件的自动加工是通过系统硬件和软件的配合实现的。CNC系统的控制元件是计算机，通过程序的编制与录入，计算机可以对数据进行处理、插补、修正，并通过输出设备完成对机床的实时控制。所以，若想改变原有的控制方式只需要对CNC系统进行变更即可。 数控机床的核心机构是CNC系统，数控系统组成部分如下：中央处理单元、只读储存器、随机储存器、输入/输出设备、操作面板、PLC、显示器和键盘等。下图为CNC系统的结构框图。主轴控制单元主轴电动机进给电动机机床电器输入设备输出设备电气控制单元速度控制单元位置检测单元PLC数控系统硬件及其软件CNC控制器图3.1 CNC系统的一般结构框图图中CNC控制器主要由数控系统硬件、软件及PLC构成。专用计算机起到数字控制的作用，PLC则为逻辑控制。3.2 CNC系统的功能CNC控制装置能控制多个轴，一般的数控机床需要轴控制和轴联动各两个，而铣床需要两到三个轴控制。随着需要同时控制的轴数的增加，所需要的程序也越复杂。(1)准备功能准备功能是让数控机床处于准备状态的指令，应用字母G加数字表示，共有G00到G99等100种表示方法。 G代码包括模态和非模态代码，00组代码为非模态代码，其余均为模态代码。非模态代码仅适用于一个程序段，而模态代码则可用于多个程序段。 （2）进给功能 进给功能用F代码加数字表示，F代码可控制进给速度。 G00代码表示快速进给，其进给速度为最大速度。进给速度也可以通过中给倍率开关进行调控，调控范围在0200%。(3)辅助功能(M代码)辅助功能用M代码加数字表示，它控制系统的开关，共一百种表示方式（M00M99）。辅助功能一般需要使用时自行编程，不同的数控装置辅助功能也大不相同。常用的辅助工能包括换刀、通冷却液、关闭程序等。(4)刀具功能刀具功能用T加数字表示。其中数字表示刀号。 (5)主釉速度功能主轴转速功能用S加数字表示。在介绍了CNC数控系统的主要功能之后，已对该系统有了整体的了解，在今后加工过程中也会越来越多地运用到计算机数控系统。3.3数控系统的选择数控车床与普通车床相比较先进，其加工效率高生产成本较低，因其生产密度大不需经常更换模具的特点通常用来生产复杂精密的、单件及小批量的零件。但是在选型时需要十分注意，因为选型不合理会导致效益的降低，资金不能得到合理的运用，造成风险的增加。为了减少数控系统风险，在选择合适型号的机床时需要注意以下几个方面：性价比较高，可用寿命较长，维修比较方便。总之应该主要考虑满足主机性能，全面综合地考虑整体性能与价格的比例选择合适的型号，而不能单方面追求高效率的新型系统。根据本次工件的加工要求我们选择的操作系统为GSK980TDb。GSK980TDb可控制2个模拟主轴、5个进给轴，插补速度为2ms，控制精度为0.1m。 零件图4 工件的加工工艺设计4.1 工件加工的内容和工艺分析4.1.1 工件加工的内容数控机床通常被用来加工高精度、形状不规则的零件，相对于传统车床来说其适用范围更大。但数控机床的造价要比普通车床高，且数控技术较为繁杂不宜学习。复杂零件加工可分为以下几个阶段：（1） 车削外圆：车削外圆是通过车刀加工零件外圆的加工方法，是基本的撤销方法。（2） 车削内圆：车削内圆是通过车刀加工零件的内表面或零件的孔进行车削加工的方法。（3） 车削平面：车削平面一般选用左偏刀对车端面进行车削，刀具的背吃刀量大，被加工零件的切削表面光滑。（4） 车削锥面：车削锥面是将内、外锥面当做特殊的内、外圆进行切削的一种方式。（5） 车削螺纹：车削螺纹一般在普通车床上进行，通过成形车刀对普通螺纹及一些特殊螺纹进行加工。 尽管数控机床有着适用性广的特点，但由于其制造成本高等特点，并不适用于某些零件的加工。4.1.2工件的加工工艺分析（1） 确定表面的加工工艺。（2） 划分加工阶段选择定位基准。（3）热处理工序的安排。（4）加工顺序安排。4.2 工件加工的工艺路线的拟定4.2.1 工艺路线的确定（1） 车基准面。（2） 车零件外圆28，车削零件最大外圆。（3） 车零件外圆26。（4） 车零件外圆20。（5） 车零件外圆16。（6） 把16的右端面车削为2x2倒角。（7） 车削16-20锥面。（8） 把26的右端面车削为2x2倒角。（9） 车削26面圆弧半径R10。（10） 把28的右端面车削为R1倒圆。（11） 切削螺纹退刀槽。(12) 车削M16-5g6g螺纹。编制程序时要把零件的几何外形转换成程序代码，因此要通过计算，确定各个节点的空间位置，否则程序将无法编制。所以，在程序编制前，我们必须了解零件的几个参数及各部分间的关系。4.2.2 辅助工序的安排辅助工序有冲洗、去刺、校检等步骤。检验工序是确保零件质量的重要保证，在零件加工完成后必须对零件的形状、硬度、精度等参数进行检验。4.3 切削用量等参数的确定切削用量是指背吃刀量、主轴转速等参数。零件的加工方法不同其切削用量也要相应改变。选择切削用量时要保证零件的加工表面粗糙度合格及加工进度符合要求，并充分利用机床及刀具的特性，保证刀具磨损尽可能低，以减少成本，提高工作效率。4.3.1 确定主轴转速主轴转速由工件直径和切削速度决定。计算公式为：V表示切削速度，本次切削速度v取100150mm/min；n表示主轴转速，D表示工件直径。根据本次选用的机械设备来看，刀具的主轴转速应取550r/min。4.3.2 确定进给速度进给速率的大小取决于零件的精度要求及表面粗糙度，同时要考虑到零件刀具的材料，是数控机床生产加工中极重要的参数。数控车床的材料刚度及数控系统的性能决定了最大进给速度。在进行加工时，以确保零件加工质量为前提，尽可能选择大的进给速度，以提高加工效率。进给速度一般为100150mm/min，在车削外圆是取最大150mm/min,车螺纹时去最小100mm/min，刀具回零时默认最大速度。4.3.3 确定背吃刀量在零件、刀具的刚度允许的情况下，背吃刀量应尽量接近零件加工余量，这样可以提升加工效率，降低成本。在无法保证表面加工质量时，可以采用保留0.20.5mm加工余量的方法。5 工件数控加工的编程5.1 坐标系的确定数控车床坐标系统是由机床及工件坐标系两种坐标系构成，其中工件坐标系是在编程时使用的因此又叫做编程坐标系。两种坐标系的z轴都是机床主轴的平行方向，x轴为其垂直方向。（1）机床坐标系机床坐标系的坐标原点是机床原点O，以此建立x，z轴构成的直角坐标系用来描述刀具的运动。由于机床坐标系的固定的坐标原点为机床原点，因此工件坐标系也由它确定。（2）工件坐标系(编程坐标系)工件坐标系的确立通常是在数控编程前，还包括工件原点的确立。工件原点是将在加工过程当中的工艺基准与设计过程中的设计基准相结合，最后确定的基准点。工件坐标系就是在这种方式下以工件原点0位为坐标原点设立的由X、Z轴构成的直角坐标系。5.2 程序的编制M03 S600 T0101; 主轴正转，转速为600；G00 X30 Z2;G01 X0 F150;G00 X30 Z2;G90 X29 Z-70 F15O; 直线循环切削；X28;X27 Z-60;X26;X25 Z-35;X24;X23;X22;X21;X20; X19 Z-20; X18;X17;X16;G00 X12;Z2;G01 X16 Z-2 F150; 切削零件最右端倒角；G00 X16;Z-20;G01 X20 Z-22 F150; 圆锥切削；G00 X16;Z-20;G01 X20 Z-24 F150;G00 X16;Z-2O;G01 X20 Z-26 F150;G00 X16;Z20;G01 X20 Z-28 F150;G00 X16;Z-2O;G01 X20 Z-30 F150;G00 X30Z-35X22G01 X26 Z-37 F150G00 X100Z100T0404G00 X30Z-43X26G01 Z-45 F150G02 U0 W-10 R10 顺时针加工圆弧；G00 X30Z-60X26G03 U2 W-1 R1 倒圆角；G00 X100 Z100T0202G00 X30Z-20G01 X12 F150 加工退刀槽；G00 X100Z100T0303G00 X30Z2G92 X16 Z-15.8 F1.5 螺纹切削，导程为1.5；X15.5X15X14.5X13.835G00 X100Z100T0202G00 X30Z2X28G01 Z-74.4 X0 F150G00 X100Z100M05M306 刀具的选择6.1 数控机床的刀具数控机床刀具、工具系统和刀具管理系统是发挥数控机床加工效率、保证加工质量的基础。只有先进的数控机床，没有与之相配套的先进刀具、工具系统和刀具管理系统，或者没有掌握刀具的合理使用技术，数控机床的效能就得不到充分发挥。刀具的选择的原则：刀具的使用的寿命控制和装夹要求方便。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短,可以充分发挥其切削性能，提高生产效率。6.2 零件的刀具选择表6-1 刀具表序号加工内容刀具规格类型材质1粗加工外圆90外圆车刀硬质合金2切断成品工件切断刀硬质合金3车削M16-g5g6螺纹60标准螺纹车刀硬质合金4外圆车刀90外圆车刀硬质合金6.3 确定对刀点和换刀点对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。“对刀点”是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点往往也是零件的加工原点。选择对刀点的原则是：（1）方便数学处理和简化程序编制；（2）在机床上容易找正，便于确定零件的加工原点的位置；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。结论通过这次毕业设计，让我对实际零件的加工的总体工艺流程有了一定的了解和掌握，这对我今后参加工作将有很大的帮助。通过这次的毕业设计是我意识到了自己存在的不足之处，从而使自己看清了今后应该努力的方向，也使我对以前所学知识有了更好、更全面的温习和巩固，对以前所学的专业知识总体有了更深入的理解。本文从数控的简介、数控编程的方法、工艺分析、数控编程的步骤及数控编程加工实例等几个方面，比较详细的说明了车削零件加工的方法与步骤。数控机床代表一个民族制造业现代化的水平，随着现代化科技的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。作为跨世纪新一代，我们手牵手，向前迈进。我们有信心相信我国机械制造业会更加的辉煌，祖国的明天会更加美好。致谢时至如今，终于将这篇论文完成。当我写完这篇论文时，我心中有种如释重负的感觉，感慨颇多，心中感觉充实了很多。在这里，我首先要诚挚感谢我的论文指导老师许良元老师，他教学、科研任务繁重，然而还要在百忙之中抽出时间来对我的论文进行指导和修改审批。还有所有给我授过课的老师们，你们孜孜不倦严谨的治学态度将成为我以后在工作中的学习榜样。还有我的同学们，四年在一起学习、生活、游戏的同学们，感谢你们在这四年给了我不一样的大学生活，丰富、精彩而又刺激的大学生活。如果没有各位的帮助，我是不可能完成学位论文的，在此对你们表示由衷的感谢。参考文献1 吴明友.数控机床加工技术M.南京：东南大学出版社.2000.62 孙竹.数控机床编程与操作M.北京：机械工业出版社.1996.43 艾兴,肖诗.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版社.1983.34 徐宏主.数控加工工艺M. 北京：化工工业出版社.2003.35 孙江宏,陈秀梅.PRO/E2001数控加工教程M. 北京：北京清华大学出版社.2001.46 余英良.数控加工编程及操作M. 北京：高等教育出版社.2004.47 刘雄伟.数控机床与编程培训教程M. 北京：机械工业出版社.2001.58 杨学桐.世纪数控机床技术发展战略研究J. 北京：北京国家机械工业局.2000.39 The Browm Hoisting Machinery. 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