数控加工中心毕业设计

题目 CNC 加工中心编程与操作设计 系别 数控专业 专业 数控技术 班级 07 数控高级 2 班 姓名 万涛 学号 16 指导教师 吴俊 日期 2011 年 4 月 南京学院毕业设计 设计任务书 设计题目：设计题目： 加工中心铣削编程与设计 设计要求：设计要求： 1、设计安全要求 由教师和实验室指导教师组织学生进行毕业设计动员和安全教育。要求学 生在毕业设计时要做到以下几点： （1）进行编程操作前，应熟悉加工中心的操作说明书，并严格按照操作规 程操作。 （2）检查加工中心各部分机构是否完好，各按钮是否能自动复位。 （3）车间工具都应放在固定位置，不可随意乱放，爱护工具、经常保持量 具的清洁，用后擦净，涂油后放入盒中；工作位置周围应经常保持整洁清洁。 （4）数控加工时精力应高度集中，出现问题时应立即切断电源，并向指导 教师报告。 （5）操作过程中出现铣床故障时，应及时向指导教师反映。 2、设计质量要求 （1）毕业设计过程中要认真学数控毕业设计指导书，并按照内容要求进行 毕业设计，保证毕业设计进度，按时保质完成毕业设计。 （2）毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累编程经验 技巧，提高对数控加工工艺分析和编程能力。 （3）按要求撰写毕业设计说明书。 （4）按要求的精度加工出给定零件 3、零件图及技术要求 加工零件如图所示，料为 45#钢，毛坯尺寸：长 X 宽 X 高为 50mmX50mmX50mm。 南京学院毕业设计 I 设计进度要求：设计进度要求： 第一周：毕业调查实习，与指导老师交流设计事宜；查阅文献、收集资料； 第二周：确定系统的设计方案，撰写开题报告； 第三周：总体设计、结构设计、详细计算、编程与调试等内容； 第四周：编写毕业设计；毕业答辩。 指导教师（签名）：指导教师（签名）： 南京学院毕业设计 II 摘 要 大家都知道，数控加工是目前的一门新的专业，热门专业，正在高速发展， 数控加工程序是有多道复杂的程序组成的，这就为我们学习带来不便，为了使 学习更方便，使用更加有条理，我编写了这份典型加工中心铣削编程与操作设 计，希望为大家的工作、学习带来方便。 我的这份毕业设计包括设计任务书、摘要、前言、设计说明书等多个部分。 设计的主要是内容是对我们机械类加工日常加工中常见的工件取其中的一典型 零件进行系统的编程与操作设计，从数控加工前应做的准备开始到数控加工工 艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制 中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、NC 加工、数控加工中心 编程及自动编程技术等内容等数控加工时应注意的问题做了一一的说明。其中 数控机床我们现在用的是西门子系统的，包括编程语言到是西门子系统的。由 于水平有限，自己对设计的完成还不是很完善，有不足之处，希望老师斧正。 关键词：关键词：MS 软体、编程、加工、刀具、参数、成品等。 南京学院毕业设计 III 目 录 绪 论.1 第 1 章 开题报告.2 1.1 数控技术毕业设计必须遵循的一般原则 .2 1.2 毕业设计的步骤 .2 1.3 毕业设计的基本内容 .3 第 2 章 设计说明书.5 2.1 绪论 .5 2.2 工艺分析与选择 .6 2.3 主要加工程序 .9 第 3 章 具体操作步骤.21 3.1 先开机床 .21 3.2 回参考点 .21 3.3 参数设定 .21 3.4 装夹工件 .21 3.5 对刀 .21 3.6 输入程序 .22 3.7 模拟仿真 .22 3.8 实际加工 .22 设 计 小 结.23 致 谢.24 参考文献.25 南京学院毕业设计 0 绪 论 毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节， 是评价我们是否是一个合格大专生的一个很重要标准，因此在做毕业设计时，我都是怀着 很重视的态度去做的。 在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，有点迷茫，由于 从没有做过这样的设计，经过几天的查找资料，我发现数控加工是机械行业一 门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛 用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及 生产过程自动化问题。随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广 泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的 飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。 随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都 广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。由于市场竞争日益激烈， 从而导致对专业人才的大量需求。 随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、 山东)，数控人才更是供不应求， 所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景， 所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程， 我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型加工中心铣削编程与操作设计这 个课题。 要成为数控编程员就要具备：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作， 掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维 CADCAM 软件，如 mastercam 等；熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的 综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否 合格一个的大专生。 经过两个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，两个多月的忙碌对我 来说有着丰富的收获，我学到了很多，我学会了如何与同学、老师的沟通，学 会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等等。 南京学院毕业设计 1 第 1 章 开题报告 数控技术毕业设计应包括数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装 夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、 数控车削加工、NC 加工、数控加工中心编程及自动编程技术等内容。若条件允 许，还可以加上数控机床的安装、调试与验收等内容。 1.11.1 数控技术毕业设计必须遵循的一般原则数控技术毕业设计必须遵循的一般原则 （1）结合本校数控基地的情况，合理安排合计内容。也可以采用与校外企 业合作的方式设计课题。 （2）必须保障人身安全和设备安全，在编程操作前应熟悉数控机床的操作 说明书，并按照操作规程操作。 （3）兼顾加工精度和加工效率，在保证加工精度的前提下，认真进行工艺 分析，制定出合理的工艺方案，选择合理的切削用量。 （4）注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力，掌握科学研究的 方法 1 12 2 毕业设计的步骤毕业设计的步骤 必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书，了解产品的工艺 性和公差等级，在初步明确设计要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。 （1）分析零件图样 根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙 度、刀具及等技术进行分析。 （2）确定加工工艺方案 根据上述的的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、 切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数 南京学院毕业设计 2 （3）数值计算 根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到 刀位数据 （4）编写零件加工程序 根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的 工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。 （5）仿真加工 校验程序，程序编完后，利用 GRAPS 主功能，输入毛坯尺寸，对 零件进行 仿真加工，并判断程序是否正确。 1.31.3 毕业设计的基本内容毕业设计的基本内容 1.3.11.3.1 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 （1）零件图的工艺性分析 （2）加工方法的选择 （3）工序的划分 （4）加工路线的安排 （5）走刀路线及工步顺序 （6）加工刀具的选择 1.3.21.3.2 加工程序的编制加工程序的编制 （1）加工工艺分析 （2）数值计算 （3）程序校验与首件试切 南京学院毕业设计 3 零件外形 第 2 章 设计说明书 南京学院毕业设计 4 2.12.1 绪论绪论 1.数控编程的定义 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入 信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件机 床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后 由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和 工艺参数的获取，即数控编程。 2.数控编程及其发展 数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来 进行控制。在机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加 工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过 程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开与关、变速、换刀等） 按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后 记录在控制介质上；最后输入到书空机床的数控装置中，以此控制数控机床完 成工件的全部加工过程。因此，把从零件图样开始到获得正确的程序载体为止 的全过程称为零件加工程序的编制。 数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。 （1）手工编程。手工编程是指程序编制的整个过程步骤几乎全部是由人工 来完成的。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比 较简单，出错的机会较少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被 广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但是工件复杂，特别是 加工非圆弧曲线、曲面等表面，或工件加工程序比较长的，使用手工编程将十 分烦琐、费时，而且容易出现错误，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加 工的情况。影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。 （2）自动编程。自动编程有两种：APT 软件编程和 CAM 软件编程。APT 软 件是利用计算机和相应的处理程序后置处理程序进行处理，以得到加工程序的 编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工方案外， （有些自动编程系统能自动确定 最佳的加工工艺参数）， 其余的工作，包括 数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动 南京学院毕业设计 5 完成。编写人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序， 送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序 单，宾噶在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动穿出数据加工纸带， 或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。 CAM 软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计 算前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形式加工程 序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算烦琐、手工编写横困 难的。或手工无法编出的程序都能实现。 本设计根据零件的具体加工位置和零件的工艺特点，可以选择手工编程、 也可以利用计算机进行自动编程的方式。 2.22.2 工艺分析与选择工艺分析与选择 2.2.1 零件图工艺分析 该零件图主要由平面、曲面及外轮廓组成，先粗滔后精加工。 在本设计中，平面与外轮廓用直径为 6 的钨钢刀粗铣精铣方案。选择 以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。 2.2.2 确定装夹方案 由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保 证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸根据 零件的结构特点，加工上表面，用油压虎钳或倍力虎钳如图 2-5 示，选择上述 装夹方式结构相对简单，能保证加工要求，便于实施。 南京学院毕业设计 6 2.2.3 确定加工顺序 加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。按照 基面先行、先粗后精的原则确定加工顺序，6的钨钢刀粗逃之后用3的钨钢刀 余料粗加工再用球刀加工到位。 图2 -加工底面 夹具为台虎钳 南京学院毕业设计 7 2.2.4 刀具选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效 率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、 工序内容、工件材料等因素。 与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、 刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优 质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生 产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀 片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形 的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常 采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条 件较差，因而采用环形铣刀。 表 2-1 本设计中刀具的选择： 序号刀具编 号 刀具规格名称数 量 刀尖半径 /mm备注 1T01 6mm 硬质合金端面 铣刀 1 粗逃加 工 2T02 2R1 硬质合金球刀 11 精加工 侧壁 3T03 2R1 硬质合金球刀 11 精加工 曲面 4T04 2R1 硬质合金球刀 11 刻名字 5T05 3 硬质合金端面铣 刀 10.2 清角加 工 南京学院毕业设计 8 2.3 主要加工程序主要加工程序 2.3.12.3.1 确定编程原点确定编程原点 铣床上编程坐标原点的位置是任意的，他是编程人员在编制程序时根据零 件的特点来选定的，为了变成方便，一般要根据工件形状和标注尺寸的基准以 及计算最方便的原则来确定的工件上某一点为坐标原点，具体选择注意如下几 点： (1)编程坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并 减少计算错误。 (2)编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加 工精度。 (3)对称的零件，编程坐标原点应设在对称中心上；不对称的零件，编程坐 标原点应设在外轮廓的某一角上。 (4)Z 轴方向的零点一般设在工件表面。 本设计选择工件中心上表面工件编程 X、Y 轴原点坐标，Z 轴原点坐标在工 件上表面。 零件外形及尺寸 南京学院毕业设计 9 南京学院毕业设计 10 南京学院毕业设计 11 南京学院毕业设计 12 第 3 章 具体操作步骤 3.13.1 先开机床先开机床 接同通 CNC 和机床电源，系统启动后进入“加工”操作区 JOG 运行方式 检查机床 开启后发现机床会出现报警信号，这时，需按下 K1，使机床加上驱动力。 这时才能正常操作机床。 3.23.2 回参考点回参考点 回参考点只能在 JOG 的方式下运行。用机床控制面板上“回参考点键”启 动回参考点。在“回参考点”窗口中显示该坐标轴是否必须回参考点：如出现 “”，则说明未回参考点，如出现，则说明已回参考点，按下坐标方向键 （正方向键），把每坐标都回参考点，通过选择另一方式如 MDA AUTO 或 JOG 来结束回参考点。 3.33.3 参数设定参数设定 在 CNC 进行工作前，必须对一些参数进行设定，对机床和刀具进行调整： （1）输入刀具参数及刀具补偿参数 （2）输入/修改零点偏置 （3）输入设定数值 刀具参数包括刀具几何参数，磨损量参数、刀具量参数和刀具型号参数等。 有些参数如 R 参数则一般不需修改 3.43.4 装夹工件装夹工件 按照前面指定的装夹方式装夹工件 3.53.5 对刀对刀 南京学院毕业设计 13 把每一把刀具都调到自己设定的编程零点，把编程零点所在机床坐标值输 入机床中 3.63.6 输入程序输入程序 把自己编的程序输入机床定一个名字，对程序进行检查，确保程序本身没 有错误以及也没有输入错误。 3.73.7 模拟仿真模拟仿真 按下 MDA 键，按扩展键，再按编程仿真进入仿真系统，对程序进行仿真， 检查仿真出的工件图形与要加工的工件有多大出入，并不断对程序进行修改， 直到仿真的工件完全正确为止。 3.83.8 实际加工实际加工 退出仿真系统，先按复位键，刚开始时可进行单步加工，按下步加工键。 这时要一手按启动键，一手按停止键，如发现异常情况应立即停止。直到确定 程序无误后方可按自动加工键，加工完成后，最后取下工件。 加工完成 南京学院毕业设计 14 设 计 小 结 通过本课题的设计，我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过设 计中选择刀具，我对数控工具系统的特点和数控机床的刀具材料和使用范围有 了较深刻的了解，基本掌握数控机床刀具的选用方法；经过设计加工工艺方案， 进一步了解工件定位的基本原理、定位方式与定位元件及数控机床用夹具的种 类与特点，对教材中有关定位基准的选择原则与数控加工夹具的选择方法有了 更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、 编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、 辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。另外，我外还学会了利用 Pro/E 软 件和 MS 软体辅助对零件进行进行造型、加工轨迹生成、后置处理及加工程序向 机床输入加工等许多技术和方法。工艺设计、数值计算及程序编制的整个过程 虽然任务比较繁重，但在设计过程中通过自己不断的学习，尤其是自主学习， 和实践以及实验，我克服了许多的难题，这种成就感使感到十分的喜悦和兴奋。 通过本设计的实践，我真切体会到理论与生产实践相结合。教材中学到许 多知识在实践中得到了印证，但在具体操作中也出现了一些意想不到的问题， 在工艺方案确定后，加工程序也经过多次调整、修改才最终完成了零件的加工。 看到自己加工出的合格的零件，我对我自己和我所学的专业更加充