数控铣床零件加工中心产品设计

27/27民政职业技术学院毕业实践报告题目：数控铣床零件加工中心产品设计毕业论文毕业设计毕业专题√类型：指导老师：＿伍爱华学院：＿电子信息工程学院班级：＿机电1032班学号：＿1019053208/17/19/25/26姓名：汪文明、傑、家庭、邓建权、肖何201摘要随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械与相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分。以数控编程中的加工工艺分析与设计为出发点，着力分析零件图，从数控加工的实际角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在了解数控加工铣削基础、数控铣床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工方案、确定加工路线和加工容以与对一些特殊的工艺问题处理的基础上，控制数控编程过程中的误差，从而大大缩短了加工时间，提高了效率，降低了成本。本文主要研究了轮廓和孔的数控铣削工艺、工装以与在此基础上的数控铣床的程序编制。侧重于设计该零件的数控加工夹具，主要设计容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺简卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计。并绘制零件图。用G代码编制该零件的数控加工程序。关键字：FANUC、数控加工、数控编程目录前言4第一章数控铣5第二章FANUC系统62.1FANUC数控加工系统简介62.2G代码102.3M代码14第三章零件图工艺分析153.1零件结构和加工工艺要求分析153.2基准的选择153.2.1粗基准的选择153.2.2精基准的选择163.3毛坯和材料的选择163.4刀具选择173.5切削用量选择183.6拟定数控切削加工工序卡193.7工序设计20第四章.加工程序214.1确定编程原点214.2编辑程序21第五章操作步骤265.1先开机床265.2回参考点265.3参数设定26结束语27致27参考文献：28前言毕业实践工作对于每一个即将毕业的毕业生来说都是非常重要的,它对我们以后走上工作岗位很有帮助。对于我们机电一体化专业来说，在以后的工作中经常要与机械打交道，在这里，我以数控技术为例，对它进行系统的讲述。毕业论文可以把以前所学的知识加以综合运用，起到巩固学到的知识的作用，从而提高分析，解决问题的能力。因此，认真的完成毕业论文是很有必要的。毕业论文是我们完成专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业围的工程技术问题而进行的一次基本训练。我们在完成毕业论文的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！本文基于FANUC0imate系统对简单轮廓—直线、圆弧组成的轮廓，直接用数控系统的G代码编程，进行零件加工的阐述。第一章数控铣数控铣（CNCMilling）数控铣或手动铣是用来加工棱柱形零件的机加工工艺。有一个旋转的圆柱形刀头和多个出屑槽的铣刀通常称为端铣刀或立铣刀，可沿不同的轴运动，用来加工狭长空、沟槽、外轮廓等。进行铣削加工的机床称为铣床，数控铣床通常是指数控加工中心。铣削加工包括手动铣和数控铣，铣削加工在机加工车间进行。数控铣床引是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本一样,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别

第二章FANUC系统2.1FANUC数控加工系统简介FANUC公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。进入70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。1976年FANUC公司研制成功数控系统5，随时后又与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7，从这时起，FANUC公司逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。1979年研制出数控系统6，它是具备一般功能和部分高级功能的中档CNC系统，6M适合于铣床和加工中心；6T适合于车床。与过去机型比较，使用了大容量磁泡存储器，专用于大规模集成电路，元件总数减少了30%。它还备有用户自己制作的特有变量型子程序的用户宏程序。1980年在系统6的基础上同时向抵挡和高档两个方向发展，研制了系统3和系统9。系统3是在系统6的基础上简化而形成的，体积小，成本低，容易组成机电一体化系统，适用于小型、廉价的机床。系统9是在系统6的基础上强化而形成的具备有高级性能的可变软件型CNC系统。通过变换软件可适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。1984年FANUC公司又推出新型系列产品数控10系统、系统和12系统。11该系列产品在硬件方面做了较大改进，凡是能够集成的都作成大规模集成电路，其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种，其引出脚竟多达179个，另外的专用大规模集成电路芯片有4种，厚膜电路芯片22种；还有32位的高速处理器、4兆比特的磁泡存储器等，元件数比前期同类产品又减少30%。由于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机床以与控制面板之间的几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。该系统在DNC方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之间的各类数据的双向传送。它的PLC装置使用了独特的无触点、无极性输出和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。此外PLC的编程不仅可以使用梯形图语言，还可以使用PASCAL语言，便于用户自己开发软件。数控系统10、11、12还充实了专用宏功能、自动计划功能、自动刀具补偿功能、刀具寿命管理、彩色图形显示CRT等。1985年FANUC公司又推出了数控系统0，它的目标是体积小、价格代，适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统10、11、12一起组成了这一时期的全新系列产品。在硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口、（ProgrammablePMCMachineControl）和CRT电路等都在一块大型印制电路板上，与操作面板CRT组成一体。系统0的主要特点有：彩色图形显示、会话菜单式编程、专用宏功能、多种语言（汉、德、法）显示、目录返回功能等。FANUC公司推出数控系统0以来，得到了各国用户的高度评价，成为世界围用户最多的数控系统之一。1987年FANUC公司又成功研制出数控系统15，被称之为划时代的人工智能型数控系统，它应用了MMC（ManMachineControl）、CNC、PMC的新概念。系统15采用了高速度、高精度、高效率加工的数字伺服单元，数字主轴单元和纯电子式绝对位置检出器，还增加了MAP(ManufacturingAutomaticProtocol)、窗口功能等。FANUC公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自60年代生产数控系统以来，已经开发出40多种的系列产品。FANUC公司目前生产的数控装置有F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18系列。F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15的基础上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一体的CNC。FANUC公司数控系统的产品特点（1）结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。（2）采用专用LSI，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。（3）产品应用围广。每一CNC装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。（4）不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。（5）CNC装置体积减小，采用面板装配式、装式PMC（可编程机床控制器）（6）在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能：插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还插补前加减速。补偿功能：除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿线性度补偿以与各新的刀具补偿功能。故障诊断功能：采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。（7）CNC装置面向用户开放的功能。以用户特订宏程序、等功能来实现。MMC（8）支持多种语言显示。如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦语等。（9）备有多种外设。如FANUCPPR，FANUCFACard，FANUCFLOPYCASSETE，FANUCPROGRAMFILEMate等。（10）已推出MAP（制造自动化协议）接口，使CNC通过该接口实现与上一级计算机通信。（11）现已形成多种版本。FANUC系统早期有3系列系统与6系列系统，现有0系列、10/11/12系列、15、16、18、21系列等，而应用最广的是FANUC0系列系统。FANUC系统的0系列型号划分与适用围0D系列：0—TD用于车床0—MD用于铣床与小型加工中心0—GCD用于圆柱磨床0—GSD用于平面磨床0—PD用于冲床0C系统：0—TC用于普通车床、自动车床0—MC用于铣床、钻床、加工中心0—GCC用于、外磨床0—GSC用于平面磨床TTC用于双刀架、4轴车床POWERMATE0：用于2轴小型车床0i系列：0i—MA用于加工中心、铣床0i—TA用于车床，可控制4轴16i用于最大8轴，6轴联动18i用于最大6轴，4轴联动160/18MC用于加工中心、铣床、平面磨床160/18TC用于车床、磨床160/18DMC用于加工中心、铣床、平面磨床的开放式CNC系统、160/180TC用于车床、圆柱磨床的开放式CNC系统2.2G代码代码分组意义格式G0001快速进给、定位G00X—Y—ZG01直线插补G01X—Y—Z—G02圆弧插补CW（顺时针）XY平面的圆弧：ZX平面的圆弧：YZ平面的圆弧：G03圆弧插补CCW（逆时针）G0400暂停G04[P|X]单位秒，增量状态单位毫秒，无参数状态表示停止G1517取消极坐标指令G15取消极坐标方式G16极坐标指令GxxGyyG16开始极坐标指令G00IP_极坐标指令Gxx：极坐标指令的平面选择（G17，G18，G19）Gyy：G90指定工件坐标系的零点为极坐标的原点G91指定当前位置作为极坐标的原点IP：指定极坐标系选择平面的轴地址与其值第1轴：极坐标半径第2轴：极角G1702XY平面G17选择XY平面；G18选择XZ平面；G19选择YZ平面。G18ZX平面G19YZ平面G2006英制输入G21米制输入G2800回归参考点G28X—Y—Z—G29由参考点回归G29X—Y—Z—G4007刀具半径补偿取消G40G41左半径补偿G42右半径补偿G4308刀具长度补偿+

G44刀具长度补偿－G49刀具长度补偿取消G49G5011取消缩放G50缩放取消G51比例缩放G51X_Y_Z_P_：缩放开始X_Y_Z_：比例缩放中心坐标的绝对值指令P_：缩放比例G51X_Y_Z_I_J_K_：缩放开始X_Y_Z_：比例缩放中心坐标值的绝对值指令I_J_K_：X，Y，Z各轴对应的缩放比例G5200设定局部坐标系G52IP_：设定局部坐标系G52IP0：取消局部坐标系IP：局部坐标系原点G53机械坐标系选择G53X—Y—Z—G5414选择工作坐标系1GXXG55选择工作坐标系2G56选择工作坐标系3G57选择工作坐标系G58选择工作坐标系5G59选择工作坐标系6G6816坐标系旋转（G17/G18/G19）G68a_b_R_：坐标系开始旋转G17/G18/G19：平面选择，在其上包含旋转的形状a_b_：与指令坐标平面相应的X，Y，Z中的两个轴的绝对指令，在G68后面指定旋转中心R_：角度位移，正值表示逆时针旋转。根据指令的G代码（G90或G91）确定绝对值或增量值最小输入增量单位：0.001deg有效数据围：-360.000到360.000G69取消坐标轴旋转G69：坐标轴旋转取消指令G7309深孔钻削固定循环G73X—Y—Z—R—Q—F—G74左螺纹攻螺纹固定循环G74X—Y—Z—R—P—F—G76精镗固定循环G76X—Y—Z—R—Q—F—G9003绝对方式指定GXXG91相对方式指定G9200工作坐标系的变更G92X—Y—Z—G9810返回固定循环初始点GXXG99返回固定循环R点G8009固定循环取消G81钻削固定循环、钻中心孔G81X—Y—Z—R—F—G82钻削固定循环、锪孔G82X—Y—Z—R—P—F—G83深孔钻削固定循环G83X—Y—Z—R—Q—F—G84攻螺纹固定循环G84X—Y—Z—R—F—G85镗削固定循环G85X—Y—Z—R—F—G86退刀形镗削固定循环G86X—Y—Z—R—P—F—G88镗削固定循环G88X—Y—Z—R—P—F—G89镗削固定循环G89X—Y—Z—R—P—F—2.3M代码M03主轴正转M03S1000主轴以每分钟1000的速度正转M04主轴逆转M05主轴停止M10M14。M08主轴切削液开M11M15主轴切削液停M25托盘上升M85工件计数器加一个M19主轴定位M99循环程式M30程序结束M00暂停第三章零件图工艺分析3.1零件结构和加工工艺要求分析该零件图主要由平面、孔系与外轮廓组成，孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔与光加工方法选择原则，中间?12孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，可采用钻孔，铰孔方案。平面轮廓常采用的加工方法有数控轮廓铣加工。在本设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求Ra6.3mm,可采用粗铣—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。零件图3.2基准的选择3.2.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。为了满足上述要求，基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。3.2.2精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。3.3毛坯和材料的选择毛坯是根据图纸而确定大小，根据本设计图纸选择毛坯大小为100X100X40的毛坯。选材不当是材料方面导致失效的主要原因。问题出在材料上，但责任在设计者身上。最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。所以材料为45#钢。由于生产类型为大批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生产成本。为此，设计了两套工艺路线，分别如表1和表2所示。表1工艺路线方案一工序1粗加工定位基准面（底面）工序2钻，扩，铰?12H7孔工序3粗、精加工上表面工序4外轮廓铣削工序5终检表2工艺路线方案二工序1粗加工定位基准面（底面）工序2粗、精加工上表面工序3钻，扩，铰?12H7孔工序4外轮廓铣削工序5终检按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，我选择第2种。3.4刀具选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺容之一，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本设计中刀具的选择：序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm1T01125mm硬质合金端面铣刀1铣削上下表面0.52T0210.5钻头1钻?12H7的孔3T0320铰刀1铰孔4T0412硬质合金立铣刀1铣削外轮廓3.5切削用量选择切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。该零件材料切削性能较好，铣削平面、外轮廓面时，留0.5mm精加工余量，其次一刀完成粗铣。确定主轴转速时，先查切削用量手册，硬质合金铣刀加工铸（190-260HB）时的切削速度为45-90m/min，取v=70m/min,然后根据铣刀直径计算主轴转速，并填入工序卡中（若机床为有级调速，应选择与计算结果接近的转速）。N=1000v/3.14D确定进给率时，根据铣刀赤数、主轴转速和切削用量手册中给的每齿进给量，计算进给速度并填入工序卡片中。Vf=Fn=Fn×Zn背吃刀量的选择应根据加工余量确定。粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率的机床上，背吃刀量可达8-10mm。半精加工时，背吃刀量取为0.5-2mm。精加工时背吃刀量取为0.2-0.4mm.刀具编号加工容刀具参数主轴转速S/(r/min)进给量f(mm/min)背吃刀量Ap/mm0112钻头12钻头2004010.50212H7铰刀铰刀500300.23.6拟定数控切削加工工序卡把零件加工顺序、所采用的刀具和切削用量等参数编入表3.7工序设计（1）选一个100X110X38的毛坯。（2）粗铣定位基准面（底面），采用平口钳装夹，用?125mm平面端铣刀，主轴转速为180r/min，进给速度40mm/min，背吃刀量2mm。（3）粗铣上表面，将初铣的底面反过来，进行粗铣上表面，用?125mm平面端铣刀，主轴转速为180r/min，进给速度40mm/min，背吃刀量2mm。（4）精铣上表面，用?125mm平面端铣刀，主轴转速为180r/min，进给速度25mm/min，背吃刀量0.5mm。（5）钻?12H7的底孔，用?10.5的钻头，主轴转速为200r/min，进给速度40mm/min，背吃刀量12mm。可以用孔钻削G81。（6）铰孔?12H7孔表面，使用铰刀，主轴转速为600r/min,使用G81循环。（7）粗铣外轮廓，用?12mm平面立铣刀，主轴转速为400r/min，粗铣时的横向进给率为100mm/min，纵向进给率为50mm/min。(8)精铣刀外轮廓，用?12mm平面立铣刀，主轴转速为900r/min，，进给速度40mm/min，背吃刀量5mm。在Z轴方向不分层，一次铣到位。第四章.加工程序4.1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与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?12圆的圆心处为工件编程X、Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在工件上表面。4.2编辑程序<外轮廓>G90G54GX0Y-65.M03S800Z-5.G01G40X-20.Y-50.F100D1Y-28.G2X-13.5Y-20R8.G1X13.5G2X20Y-28R8.Y-65.G40G0Z30X-65.Y0Z-5.G01G42X-50Y20.D1X-28.G2X-20.Y13.5R8.G1Y-13.5G2X-28.Y-20R8.G1X-65.G40G0Z30X0Y65.Z-5.G01G40X20.Y50.F100D1Y28.G2X13.5Y20R8.G1X-13.5G2X-20Y28R8.Y65.G40G0Z30X65.Y0Z-5.G01G42X50Y-20.D1X28.G2X20.Y-13.5R8.G1Y13.5G2X28.Y20R8.G1X65.G40G0Z100.M05M30打孔中心钻G90G54GG0Z100.M03S500X0Y0Z10.G81Z-2.5R3.F400G0Z100.M05M30钻孔10.5钻头G90G54GG0Z100.M03S500X0Y0Z10.G81Z-38.5R3.F100G0Z100.M05M30铰孔12铰刀G90G54GG0Z100.M03S500X0Y0Z10.G81Z-36.R3.F60G0Z100.M05M30第五章操作步骤5.1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，需按下复位键，使机床加上驱动力。这时才能正常操作机床。5.2回参考点用机床控制面板上“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：如出现灯亮，则说明未回参考点，如出现