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基于 MC 垫板 零件 数控 加工 工艺技术 编程 仿真 三维 CAD

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基于MC的垫板零件数控铣加工工艺技术及编程仿真含三维及CAD图,基于,MC,垫板,零件,数控,加工,工艺技术,编程,仿真,三维,CAD

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学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称铣零件零件名称铣零件共4页第1页车间工序号工序名称材料牌号机加工1加工上表面45#钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数型材1281001011设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床VDL100011夹具编号夹具名称切削液1平口钳乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件11工步号工步内容工艺设备主轴转速r/min进给速度mm/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工步工时机动辅助1铣表面63面铣刀8003000.13设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称铣零件零件名称铣零件共4页第2页车间工序号工序名称材料牌号机加工1加工上表面45#钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数型材1281001011设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床VDL100011夹具编号夹具名称切削液1平口钳乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件11工步号工步内容工艺设备主轴转速r/min进给速度mm/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工步工时机动辅助1粗加工外轮廓10立铣刀15707500.1252精加工外轮廓10立铣刀22608900.20.5设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称铣零件零件名称铣零件共4页第3页车间工序号工序名称材料牌号机加工1加工上表面45#钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数型材1281001011设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床VDL100011夹具编号夹具名称切削液1平口钳乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件11工步号工步内容工艺设备主轴转速r/min进给速度mm/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工步工时机动辅助1粗挖槽加工椭圆槽5立铣刀15707500.1252精挖槽加工椭圆槽5立铣刀22608900.20.5设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期学院机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称铣零件零件名称铣零件共4页第4页车间工序号工序名称材料牌号机加工1加工上表面45#钢毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数型材1281001011设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床VDL100011夹具编号夹具名称切削液1平口钳乳化液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件11工步号工步内容工艺设备主轴转速r/min进给速度mm/min进给量mm/r切削深度mm进给次数工步工时机动辅助1粗挖槽加工2-12孔10立铣刀15707500.1252精挖槽加工2-12孔10立铣刀22608900.20.5设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期摘要本文开始介绍了数控技术的制造业的社会、行业背景，数控技术人才需求情况，就业方向。接下来主要针对零件数控加工工艺设计，首先根据零件的图纸及技术要求进行了详细的零件工艺分析，分析过后对该零件进行了数控加工工艺设计，拟定了加工方案，选择了加工设备、加工刀具、夹具，确定了装夹方案、切削用量，制定了加工顺序、编制零件的数控加工工序卡片和刀具卡片等。最后在使用Mastercam软件加工零件，确定正确无误后使用后处理功能导出数控加工程序，最终完成本次设计。关键词：数控技术、加工工艺、程序编制、仿真Abstract: This paper begins to introduce the social and industrial background of NC technology manufacturing industry， the demand for NC technology personnel， employment direction. Next， mainly for the part NC machining process design， the paper first according to the parts of the drawings and technical requirements of a detailed NC machining process analysis， analysis of the part after the NC machining process design， worked out the processing plan， selected processing equipment， cutting tools， fixtures， determine the clamping square. Case， cutting parameters， the formulation of the processing sequence， the preparation of parts of the NC machining process cards and cutting tool cards. Finally， using the software to simulate the processing of parts， determine the correctness and correctness， and then use the post-processing function to derive the NC machining program， complete the design of this paper.Key words: NC technolog、processing technology、programming、simulation1目 录摘 要11 绪论11.1 课题来源11.2 设计的目的与意义11.3 任务与要求12 零件分析22.1 零件的结构特点分析22.2结构工艺性分析22.3加工方法的选择22.4工序的划分32.4.1工序的划分原则32.4.2工序的划分方法32.4.3工序的确定42.5机床的选择42.6 装夹方案的选择52.7刀具的选择52.8切削用量的选择72.9 量具的选择83 数控加工工艺卡片拟订94 零件的建模105 零件的数控程序编制135.1编程方法的选择135.2 Mastercam软件介绍135.3 Mastercam软件编程操作145.4数控仿真加工23总 结26致 谢27参考文献2821 绪论1.1 课题来源本设计主要是涉及数控加工工艺，选取主要参考企业的真实零件，并进行适当修改后确定。在课题内容的选取上，力求将数控专业要求具备的机械制图能力、数控加工工艺分析能力、数控加工工艺设计能力、工艺文件编写能力、数控加工程序编制能力和数控零件加工等能力融入其中。1.2 设计的目的与意义本次零件数控加工工艺及仿真加工是学院为了提高我们的数控技术及相关技能等综合运用能力。我们是否能通过这次的设计也是学院对毕业生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论与实践的基础。1.3 任务与要求本设计要求学生针对零件进行较为详细的工艺分析，根据分析的结果制定合理、可行的零件数控加工工艺，并编写零件的工艺文件和数控加工程序，具体要求如下：（1）读懂零件图，运用绘图软件绘制完整的零件图，要求零件图纸表述正确、标注清晰，绘图规范，并用软件绘制零件实体模型；（2）对零件进行详细的工艺分析，审查零件图纸标注的完整性和结构合理性，分析零件的技术要求、尺寸精度要求、相互位置精度要求、形状精度要求和表面质量要求等；（3）制定零件的加工方案与工艺路线，合理划分并制定零件的加工工序、加工工步；（4）合理的选择毛坯、加工设备、夹具（必要时需设计简单工装）、量具和加工刀具，并制定装夹方案；（5）制定零件的工序卡片及刀具卡片等工艺文件；（6）运用手工编程或自动编程编写零件的数控加工程序；（7）完成零件的试切或运用仿真软件对数控程序进行仿真。2 零件分析2.1 零件的结构特点分析如图2.1所示零件图（若插图不清晰，详见附件CAD零件图），分析其结构特点。图2.1 零件的二维图零件是机械加工中常见的加工零件之一，在各类机械中应用很广。图1.1中所示的零件主要由曲线轮廓、凹槽、孔等组成，从这些结构中更可以看出。2.2结构工艺性分析零件的技术要求主要包括尺寸精度、形位公差、表面质量等一些方面的分析。该零件的尺寸精度要求较高，最高精度达到0.5mm，因此在加工时要选择合理的刀具和切削用量；形位公差要求工件上表面垂直及对基准面为0.1mm并且平行度对底面为0.1mm；零件的表面粗糙度全部要求Ra3.2um，在数控铣削中可以达到1.6以上，所以可以满足此技术要求。2.3加工方法的选择1上下两平面的加工方法其表面粗糙度要求Ra3.2um，尺寸精度较高，故其加工方法可按照粗、精加工进行，在粗铣后留取0.5mm的余量进行精铣。2凹槽的加工方法其凹槽的尺寸精度和表面粗糙度要求高，通过2D挖槽即可。3孔的加工方法本次孔的精度要求较高，且加工余量较大，故其加工方法需按照先扩孔再铰孔的方式进行加工。2.4工序的划分2.4.1工序的划分原则工序的划分可以采用两种不同的原则：工序集中原则和工序分散原则。工序集中的原则就是指每道工序包括可能多的加工内容。将工件的加工集中在少数几道工序内容内完成。工序集中一般使用结构复杂，机械化，自动化程度高的机床。因此工序集中的特点是：1）减少了设备的数量，减少了操作工人和生产面积。2）减少工序数目，减少运输工作量，简化了生产计划工作，缩短了生产周期。3）减少了工件的装夹次数，不仅有利于提高生产率，而且由于一次装夹下加工了许多的表面，也易于保证这些表面的加工精度。4）工序分散原则就是将工件的加工分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少，最小时即每道工序仅完成一个简单的工步。其特点是：采用了比较简单的机床和工艺设备。对工人的技术要求低。生产设备工作量小，容易变换产品。设备数量少，工人数量多，生产面积大。2.4.2工序的划分方法（1）按所用的刀具划分。即在一次安装过程中尽可能用一把刀具加工出可能加工的所有部分，然后再换另一把刀加工其他的部位。即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。（2）按安装次数划分。即以每一次装夹完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适应于加工内容不多的工件。（3）按粗、精加工划分。即以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法使用于加工后变形较大，需要粗、精加工分开的零件。（4）按加工部位划分。即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。对于加工表面多而复杂的零件，可以按结构特点分为几个加工部分，每一部分为一道工序。2.4.3工序的确定综上所述，对该零件的加工工序进行了如下安排：序号工序内容1方钢下料128100102调质处理3加工表面4加工外轮廓5加工椭圆凹槽6加工2-12孔7去除全部毛刺8按零件图样要求全面检查2.5机床的选择当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类也就基本上确定了。但是，每一类机床都有不同的形式，其工艺范围、技术规格、加工精度、生产率及自动化程度都各不相同。为了正确地为每一道工序选择机床，除了充分了解机床的性能外，从加工工艺的角度分析，选用的数控机床功能还必须适应被加工零件的形状、尺寸精度和生产节拍等要求。依据上述各选择原则，我们选用的VDL1000型加工中心（如图3.3），系统为FANUC，配置刀库。图2.2 VDL1000型加工中心2.6 装夹方案的选择因为加工工件在机床坐标系中的位置是由夹具决定的（也就是加工原点的位置），因此我们需要夹具必须可以确保工件在机床坐标系中的准确坐标方向，并且要适合工件在机床坐标系的尺寸大小。综合零件及2.2的工艺路线拟定。铣削为典型的板类零件，形状复杂，但是在加工过程中因为装夹的位置较短，导致加工过程中可能导致横向切削力过大导致工件原心偏离，故夹具选用平口钳如图（2.2），平口钳装夹工件时可自动找正。但需要注意的是，用平口钳夹紧工件时，为保证足够的夹紧力，一般要留有20mm以上的夹持长度。综合零件图（如图1.2）同样采用平口钳（如图2.2）。如图2.2 平口钳2.7刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中的主要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工的质量。数控机床在选用刀具时，通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。数控机床对刀具的要求比普通机床要高、除了要求较好的刚性和尺寸稳定性、较长的寿命、良好的切削性能外，还要求安装调整方便。选择刀具时，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应，即选择的刀具的几何形状应依据加工曲面的具体情况而定。（1）刀具选择的基本要求刀具的刚性要好。为提高生产效率而采用大切削用量时，需要刚性好的刀具，刚性差的刀具在大切削用量时很容易断刀。要保证被加工表面的形状精度，用刚性差的刀具在大切削力的作用下，会产生变形而形成让刀，使加工的型面出现斜面。当被加工的零件表面的加工的余量不一样的时候，若采用刚性好的刀具就可以不必换刀，从而减少了换刀次数。刀具的耐用度要高。由于数控铣床靠程序来控制精度，刀具如果磨损很快，则被加工零件的尺寸精度和型面精度就很难保证，故要用耐用度高的刀具。同时，刀具参数、几何角度、排屑性能等因素也要综合的考虑。（2）数控加工刀具材料高速钢。又称白钢，它含有W 、Cr、Mo、V、Co等元素。它不仅可以用来制造钻头、铣刀，还可以用量制造齿轮刀具、成形铣刀等复杂刀具。但由于其允许的切削速度较低（50m/min），所以大多用于数控机床的低速加工。硬质合金。硬质合金是有硬度和熔点都很高的碳化物（WC TiC等），用co mo ni做粘结剂制成的粉末冶金产品。在中速和大切削中发挥出优良的切削性能。常用的硬质合金有钨钴合金、钨钛合金等。陶瓷材料。陶瓷是含有金属氧化物和氮化物的无机非金属材料。陶瓷材料具有高硬度、高强度、耐磨性好、化学性能稳定性好、摩擦因素低、价格低廉等优点。立方氮化硼（CBN）。CBN是人工合成的高硬度材料，其硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好的高温硬度，与陶瓷材料相比，其耐热性和化学稳定性稍差，但冲击韧度和抗破坏性能较好。聚晶金刚石（PCD）。PCD作为最硬的刀具材料，硬度很高，具有很好的耐磨性，它能够以高硬度和高精度加工软的有色金属材料，但它对冲击敏感，容易破裂，而且对黑色金属中的铁的亲和力强，容易引起化学反应，一般只能用于加工非铁零件。综上所述，根据该零件的加工需求，确定该零件的刀具如表2-2所示：表2-2 数控加工刀具卡片刀具卡零件名称毛坯材料毛坯尺寸程序号45#钢18518545序号刀具号刀具名称刀具规格刀柄规格刀具材料备注1T1面铣刀63ER32刀柄硬质合金2T2立铣刀10ER32刀柄硬质合金3T3立铣刀5ER32刀柄硬质合金设计审核时间共1页第1页2.8切削用量的选择数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量、进给速度。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。切削用量包括主轴的转速、背吃刀量、进给量。合理选择切削用量的原则：粗加工时，一般以提高效率为主，并考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应该在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性、加工成本。10立铣刀粗加工切削用量计算：材料为45号钢，调质硬度225290HBS；所用刀具为硬质合金立铣刀；机床功率为7.5kW。试确定铣削用量。（1）选择铣刀直径根据GB/T5342-1985，选择铣刀直径d=10mm，齿数z=4，铣削宽度为5（d/2）mm。（2）选择铣削用量背吃刀量ap 根据加工材料为45号钢，粗加工取ap=35mm、半精加工取ap=1.52.0mm、精加工取ap=0.5mm。确定每齿进给量fz 根据表4-53，查得每齿进给量取fz=0.12mm/z。确定铣削速度Vc 根据表4-31的铣削速度推荐范围，结合实际刀具书取铣削速度Vc=49.3m/min。计算出刀具转速n和进给速度Vfn=1000Vc/（d）=100049.3/（3.1410）1570（r/min）Vf=zZn=0.1241570750（mm/min）固粗加工取n=1570r/min，Vf=750mm/min。10立铣刀精加工切削用量计算：（1）选择铣刀直径根据GB/T5342-1985，选择铣刀直径d=10mm，齿数z=2，铣削宽度为10mm。（2）选择铣削用量背吃刀量ap 根据加工材料为45号钢，精加工取ap=0.5mm。确定每齿进给量fz 根据表4-53，查得每齿进给量取fz=0.2mm/z。确定铣削速度Vc 根据表4-31的铣削速度推荐范围，结合实际刀具书取铣削速度Vc=71m/min。计算出刀具转速n和进给速度Vfn=1000Vc/（d）=100071/（3.1410）2260（r/min）Vf=zZn=0.222260890（mm/min）固精加工取n=2260r/min，Vf=890mm/min。2.9 量具的选择在数控铣削加工过程中，工件尺寸精度的保障需要选取正当的测量工具，当下，颇多的量具类型，可是不同的零件需采用不一样的测量工具。千分尺一般运用在铣削外轮廓中，以游标卡尺和直尺作为测量工件的基本量具。因游标卡尺使用便捷、多样化等特点导致在某些加工部位的尺寸上测量精度有所欠缺。正常千分尺选用在精度高的零件上。如表2-3所示。表2-3 量具表名称规格分度值用途游标卡尺0-150mm0.02mm主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺0-150mm0.001mm用于长度测量工具直尺0-200mm1mm用来测量工件的长度螺纹规M42x1.5用来测量工件的螺纹3 数控加工工艺卡片拟订将前面分析的各项内容综合成数控加工工艺卡片，具体卡片请查看附件。机械加工工艺卡产品名称材料牌号毛坯种类毛坯尺寸件数45#钢型材128100101工序号工序名称工序内容设备工艺装备1下料方钢下料12810010锯床虎口钳2热处理调质处理热处理炉硬度计3铣加工表面VDL1000虎口钳4铣加工外轮廓VDL1000虎口钳5铣加工椭圆凹槽VDL1000虎口钳6铣加工2-12孔VDL1000虎口钳7去毛刺去除全部毛刺虎口钳8终检按零件图样要求全面检查设计审核时间共1页第1页274 零件的建模打开Mastercam软件并新建图如下所示：图4.1 界面（1） 通过绘图栏新建草图1，尺寸如图所示。图4.2 草图1（2） 通过建模栏拉伸增料，高度为10mm。如图所示。图4.3 拉伸草图1（3） 切割草图2。如图所示。图4.4 拉伸草图2（4） 切割草图3。如图所示。图4.5 拉伸草图35 零件的数控程序编制5.1编程方法的选择数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。（2）自动编程自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。综合考虑该零件的外形，确定该零件采用Mastercam软件自动编程的方法进行编制，这样做可以通过加工仿真更明确的发现程序是否有错误。5.2 Mastercam软件介绍Mastercam 加工模块提供了连接基于Mastercam的加工处理模块Mastercam 所有加工模块提供了相同的图形窗口环境，用户可以在沿运动轨迹的图形观察工具和图形的修改，如延长和缩短或修改刀具路径。该模块还提供了一个共同点的加工编程功能，可用于钻削、镗削和镗削加工。根据用户对灵活用户的需求进行修改和裁剪模块的接口，并对标准化工具库的定义、模型库的处理参数进行了早期处理、半精加工和精加工等常用参数的归一化处理，减少了训练时间和优化处理技术。Mastercam软件的所有模块，可以直接生成的物 理模型的处理程序，使整个模型。Mastercam 加工后置处理模块，用户可以方便地建立自己的后置处理程序，该模块在数控机床和加工中心的世界主流，在多年的实践中的模块已被证明在2至5轴或更多轴铣、2 4轴车削和电火花线切割。5.3 Mastercam软件编程操作在建好模之后就是加工了， 加工就是对零件图的几何元素进行数据定义，根据工艺规程输入各种参数，如：切削深度、每次切深、加工余量、刀具参数、起刀点、退刀点等各种切削用量和参数。用自动化编程软件Mastercam在计算机上进行刀具位置轨迹 计算，选取控制元素和岛屿等，计算机生成刀位文件。动态显示刀具轨迹，刀具轨迹可进行编修。启动软件，进入加工页面，准备加工零件毛坯。图5.1加工页面1. 选择创建刀具，弹出对话框选中，输入刀具体名称。点击选择进入对话框，输入刀具参数刀具直径为10mm，长度为75mm，刀刃为2。 图5.2刀具参数对话框2. 选择创建毛坯，弹出对话框。选中毛坯。点击确定，进入对话框，点击确定按钮，建立毛坯。图5.3对话框 图5.4MCS3. 选择创建坐标系原点，点击将毛坯的中心确定为坐标系原点。图5.5创建坐标系4、创建平面铣操作（1）单击工具栏上的【刀具路径T】图标，系统自动弹出如下图所示的“创建操作”对话框，选择“类型”为“平面铣”。图5.6创建操作（2）指定切削参数在“平面铣”对话框中单击“切削参数”图标，系统弹出“切削参数”对话框，选择“双向”切削，并设置“切入切出”参数单击确定。图5.7切削参数设置（3）设置共同参数在“共同参数”对话框中设置“参考高度”、“进给下刀位置”、“工件表面”、“深度”参数单击确定。图5.8参数设置（4）生成刀路在设置好参数后点击对话框中重新生成刀具轨迹，将得到如下图所示的刀具二维路径图。图5.9平面铣加工刀路5、创建2D挖槽操作（1）单击工具栏上的【刀具路径T】图标，系统自动弹出如图5.10所示的“创建操作”对话框，选择“类型”为“标准挖槽”。（2）指定切削参数在“2D挖槽”对话框中单击“切削参数”图标，系统弹出“切削参数”对话框，选择“标准挖槽”方式，并设置“加工余量”参数单击确定。图5.10切削参数设置（3）设置粗加工参数在“切削参数”对话框下设置“粗加工”方式为“螺旋切削”，并设置切削间距为“75%”，勾选“由内而外加工”按钮单击确定。图5.11粗加工参数设置（4）设置精加工参数在“切削参数”对话框下设置“精加工”次数为“1”，并设置切削间距为“0.2”，勾选“只在最后一次才执行一次精修”按钮单击确定。图5.12粗加工参数设置（5）设置共同参数在“共同参数”对话框中设置“参考高度”、“进给下刀位置”、“工件表面”、“深度”参数单击确定。图5.13参数设置（6）生成刀路在设置好参数后点击对话框中重新生成刀具轨迹，将得到如下图所示的刀具二维路径图。图5.14挖槽加工刀路根据同样操作的以下刀路轨迹图：图5.15挖槽加工刀路图5.16挖槽加工刀路5.4数控仿真加工在文章的最后，为了效验本次设计，安排的切削参数，工艺路线，机床选择，刀具选择等，是否合理，我们使用Mastercam软件的仿真加工功能，确定刀路是否合理，是否有过切，撞刀等问题。选中所有加工程序，点击软件上的确定刀轨，选择2D动态仿真。点击开始，得如下图。图5.17挖槽仿真加工图5.18仿真加工图5.19仿真加工4.5程序的后处理点击文件按钮,后选择需要的系统后处理文件，设定文件名字，点击确定即可生成G代码。如下图。图5.18程序后处理%N1 O0000(MC)N2 G21N3 G0 G17 G40 G49 G80 G90N4 T1 M6N5 G0 G90 G54 X-156. Y77.998 A0. S800 M3N6 G43 H1 Z25.N7 Z10.N8 G1 Z0. F300.N9 X126.N10 Y46.799N11 X-126.N12 Y15.