《数控机床加工工艺与编程》

《数控机床加工工艺与编程》实训指导书主编马有良、蔡勇、任国华、李平西南科技大学成人教育与网络学院2012年11月

实训项目一精密特种加工技术实验一电火花机床自动编程实验一、实验目的1、 掌握电火花成型机床加工指令、工艺基础。2、 熟悉G代码编程。3、 通过简单零件的实际编程加工操作，掌握电火花成型机床基本的数控语言的使用二、实验要求1、 预习实验指导书；2、 熟悉实验安全规程；3、 认真完成实验报告；4、实验结束后做好设备清理工作。三、实验仪器和设备电火花机床各一台1.油箱工主机3.上油岡门4.冲油岡门5.战油手柄1.油箱工主机3.上油岡门4.冲油岡门5.战油手柄6.淮槽7.浪面控制手柄S.联揍盘宜E轴10-电柜11.ft晶显示劭】2电淹盍13.开关皿一盘停开捷 15.強盘16.1&ESB2褛口K7.戟盘驱动器 1B.抽袖国门19.JL开戋羽空汽i匚淀器10123416171S192O987PC机一台四、实验简介实验原理手工编写G代码，通过指令的方式来控制运算器与输出装置,运算器接受控制器的指令,

将输入装置送来的数据信息做进一步的处理，并将处理结果不断送到输出装置，使伺服系统执行所要求得运动，以实现对机床的各种操作，所完成完成电火花数控加工。实验方法实验方法是对电火花成型机的机械部件和电控部分做一个初步的了解，将所要加工的毛胚按照要求合理装夹，操作者完成回零，找边等基本工作，熟悉手操盒的操作。根据零件的形状和加工工艺进行编程完成加工。3.实验流程3.实验流程五、实验步骤上电开机，装夹工件，X,Y,Z三轴回零。2．根据加工零件的尺寸，形状确定加工参考点。进入电火花自动程序生成系统DSAPCS的主画面.4．设定加工工艺参数，零件尺寸信息，自动生成加工程序5．完成零件加工。六、预习要求复习数控机床加工工艺预习数控电加工机床编程指令熟悉AF1000数控电火花机的操作七、注意事项1、 在电火花成型机附近不能有明火。2、 不能无人操作电火花成型机。3、 机床在加工过程中，机床所有的防护板、盖必须就位。4、 紧急情况发生时按下电柜控制面板上的红色急停开关，关断电柜电源，同时按下手控盒的OFF键关断加工电源并停止所有程序动作。5、 没有按要求熟悉实验（实习）指导书的有关步骤及正确操作方法，造成人身伤害和设备损坏，追究当事人应负的责任。6、 为了避免加工液及电柜过热，冷却系统必须处于连续工作状态。7、 为了避免直接接触到通电的电线，必须关闭机台防护门。9、 禁止使用闪火电低于60°的加工液。10、 加工中液面控制要合理，必须避免液面浸入电极夹头。八、思考题怎样确定加工零件的工艺参数。编程时应注意那些方面。以免工件与刀具干涉。实验二线切割编程实验一、实验目的1、通过数控自动编程实验，掌握线切割编程。2、培养能应用计算机直接将零件的实体造型自动转化为数控加工程序的能力。二、实验要求1、预习实验指导书；2、熟悉实验安全规程；3、认真完成实验报告；4、实验结束后做好设备清理工作。三、实验仪器和设备DK7532数控线切割机一台CAXA数控线切割软件四、实验简介实验原理电火花线切割加工（WirecutElectricalDischargeMachining，简称WEDM）,有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点。根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS）,其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8〜1Om/s,电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS）,其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。2.实验方法本实验的主要原理是通过CAXA制造工程师一XP软件进行三维实体造型，然后通过CAXA的CAM工能，生成NC代码，完成线切割加工。实验流程五、实验步骤在一定设备条件下，合理的制定加工工艺路线是保证工件加工质量的重要环节。电火花线切割加工模具或零件的过程，一般可分以下几个步骤。上电开机，装夹工件，X,Y,Z三轴回零。2．根据加工零件的尺寸和加工要求，对刀并确定加工参考点。3．进入加工控制软件界面。4．设定加工工艺参数，自动生成加工程序。5．完成零件加工。六、预习要求预习实验指导书预习DK7532数控线切割机床的原理预习CAXA数控线切割加工软件七、注意事项1、 按各自的编号分组，不得擅自调换。2、 各小组负责人认真填写设备管理登记薄。3、 加工后的工件不得带出培训中心；各小组负责人每项工作完毕后应将实验工具和机床台面整理、清扫好，经指导老师认可后方可离开。4、 实验（实习）中如有异常情况发生，应及时报告指导老师，否则，如造成不良后果，追究当事人的责任，并做相应处理。5、 没有按要求熟悉实验（实习）指导书的有关步骤及正确操作方法，造成人身伤害和设备损坏，追究当事人应负的责任。八、思考题数控线切割机的组成和结构特点由哪些？通过数控线切割机的基本操作，说出其加工规律。实训项目一实验报告独立、认真地完成实验报告书实验报告是实验内容的提炼与总结，表达方式是用文字、图形、加工程序，附上必要数据与表格，要求文字清晰、工整、语句通顺，图形准确，加工程序准确。实验报告提纲1）、设计题目；2）、实验概述，包括实验的意义和要求；3）、实验原理；4）、主要实验仪器设备情况；5）、绘出实验原理图或加工图等。包括书写某一自选零件的电加工方法设计与加工。阐述其设计和加工的过程的感受。6）、设计的思路及主要创新点；7）、编写详细的实验步骤；8）、体会及改进意见：深入分析研究自己设计加工的结果，分析研究设计、加工质量问题或其他技术问题。提出个人的体会及改进意见。完成报告中思考题部分；9）、实验照片；10）、产品的推广价值；实训项目二零件的CAD造型与CAM编程加工实验一零件的CAD造型与CAM编程加工—、实验目的进行数控机床自动编程加工实验，对提高学生的综合实践能力、自立学习能力和创新能力具有重要的意义。使学生熟悉自动编程系统软件环境和使用流程。利用CAXA软件进行造型设计及加工轨迹的生成，后置处理G代码，通过上位机、RS232串口与数控机床通讯，实现代码传输。用MCV600加工中心、数控车床、立式数控钻铣床等数控设备进行实际加工；熟悉数控机床的基本构成及功能，实现基本的手动“回零”“点动”、“步进”等操

作，用MDI功能控制机床运行，进行程序校验和仿真加工，学习数控系统的基本操作方法。二、 实验仪器和设备计算机系统安装北航海尔CAXA制造工程师2004软件'XK5032数控铣床、ZJK7532数控钻铣床、MVC600数控加工中心。VNUC3.0数控加工仿真系统。三、 实验简介1.实验原理图象编程系统实质上是一个典型的CAD/CAM系统。学生在CAD/CAM一体化系统的图形终端上进行编程。编程系统所需的几何图形定义方式和数据不必专门设计，可以从CAD生成的几何图形信息中直接读取，有关刀具的信息也可以从CAD/CAM系统中直接读取。有了零件的几何信息和刀具信息，用图形交互方式生成刀具运动轨迹的动态显示，可对加工过程刀具与被加工面，刀具与夹具、工件、机床的干涉进行校验。经校验后的数据直接由通讯口送入机床进行加工。实验方法要求：完成某一自选题目的设计与数控加工创新设计内容：设计，加工方法：选择典型零件，进行CAD造型设计，CAM加工仿真实现NC加工，建立工程数据库及计算机网络的基础上，实现了CAD/CAE/CAM的信息集成。时间：16学时3.3.实验流程四、实验步骤及内容1、CAXA2004特征造型下面以连杆为例，介绍CAXA2004特征造型的步骤:连杆三维造型如图1所示。图1连杆产品三维造型效果图第一步：作基本拉伸体的草图单击零件特征树的“平面XOY",选定该平面为草图基准面。单击按钮，进入草图状态。⑶单击①按钮，作圆1,“圆心—半径”圆心(70,0，0)，半径R=20。作圆2,“圆心—半径”圆心(-70,0，0)，半径R=40。单击厂按钮，作圆弧3：“两点半径”用“切点”方式，半径R=250。作圆弧4：“两点半径”用“切点”方式，半径R=250。单击猱按钮，在立即菜单中选择“快速裁剪”裁掉圆弧段。单击“绘制草图”图标町，退出草图状态，草图完成。按F8在轴侧图中观察。结果如图2所示：图2基本拉伸体草图第二步：基本拉伸体生成

单击便按钮，在对话框中输入深度值10，用鼠标点击“增加拔模斜度”前的小方框,输入拔模角度值5。点击“确定”。对话框和拉伸结果如下:图3基本拉伸体对话框图图3基本拉伸体对话框图4基本拉伸体第三步：拉伸小凸台⑴单击基本拉伸体的上表面和"【按钮。在草图1上作圆：“圆心一半径”，圆心为基本拉伸体上表面的小圆弧的圆心，半径与之相同，如图5所示。(提示：圆心和圆上一点用点工具菜单得到，或者空格键得到选项)。图5第三步一图5第三步一(1)图6第三步一(3)单击 按钮，退出草图状态。⑶单击⑮按钮，在对话框中输入深度值10,拔模角度值5,单击“确定”结果如图6。第四步：拉伸大凸台单击基本拉伸体的上表面和/按钮，进入草图状态。作圆：“圆心一半径”，圆心为基本拉伸体上表面的大圆弧的圆心，半径与之相同。单击#，退出草图状态。单击⑮按钮，在对话框中输入深度值15，拔模角度值5,单击“确定”。结果如图7、8所示。

图7第四步一(2) 图8第四步一(4)第五步：小凸台凹坑单击零件特征树的“平面XZ”和#按钮，进入草图状态。作直线1,直线1的首点是小凸台上表面圆的端点，直线1的末点是小凸台上表面圆的中点(端点和中点的拾取利用“点工具”菜单)。将直线1向上等距10,得到直线2。作圆：以直线2的中点为圆心，半径R15作圆，如图9。删除直线1,裁剪掉直线2的两端和圆的上半部分。单击孑按钮，退出草图状态。(?)作与半圆直径完全重合的空间直线。如图10所示：(8)单击強按钮，弹出旋转对话框如下图11，在对话框中选取空间直线为旋转轴，单击“确定”，删除空间直线，结果如图12。图10第五步一(7)击“确定”，删除空间直线，结果如图12。图10第五步一(7)图11旋转对话框第六步：大凸台凹坑单击零件特征树的“平面XZ”和孑按钮，进入草图状态。作直线3。直线3的首点是大凸台上表面圆的端点，末点是大凸台上表面圆的中点。将直线3向上等距20,得到直线4。作圆：以直线4的中点为圆心，半径R=30作圆。删除直线3,裁剪掉直线4的两端和圆的上半部分，如图13所示：单击孑按钮，退出草图状态。(?)作与半圆直径完全重合的空间直线。单击&。按钮，弹出旋转对话框。拾取草图和旋转轴空间直线，点击“确定”删除空间直线后，结果如图15；图13第六步一(5) 图14第六步一(9)第七步：基本拉伸体上表面凹坑单击基本拉伸体的上表面和#按钮，进入草图状态。单击曲面相关线按钮，在立即菜单中选择“实体边界”，单击如图15所示位置,得到各边界线。图15第七步一(2) 图16第七步一(3)丐i等距线生成：以等距半径10和6分别作刚生成的边界线的等距线，如图16。曲线过渡：单击曲线过渡按钮i ，在立即菜单中处输入半径值6，对等距生成的曲线作圆弧过渡。删除得到的各边界线，如图17所示：单击孑按钮，退出草图状态。单击拉伸除料戸按钮，设置深度=6,角度=30度，对话框和结果如图18,19所示:

图17第七步一(5)图18第七步图17第七步一(5)图18第七步—⑺图19第七步一(7)图20第八步操作结果第八步：过渡生成单击过渡按钮迂'，对话框中输入半径值8,单击大凸台和基本拉伸体的交线，确定。单击◎按钮，在对话框中输入半径值5,点取小凸台和基本拉伸体的交线，确定。单击◎按钮，在对话框中输入半径值3,点取所有棱边，单击确定按钮。结果如图20所示：第九步：打孔大孔：单击基本拉伸体的下表面。单击孔按钮辰1,在对话框中选择第一种方式，选取基本拉伸体的下表面大圆的圆心单击“下一步”弹出孔的参数对话框，选择通孔，输入直径值20，点击“完成”图21孔形式对话框图图21孔形式对话框图22孔的参数对话框小孔:(1)单击基本拉伸体的下表面。(2)单击於按钮，在对话框中选择第一种方式，选取基本拉伸体的下表面小圆的圆心,单击下一步按钮，弹出孔的参数对话框，选择通孔，输入直径值10,单击“完成”结果如图所示：图23连杆三维造型图第十步：保存文件。默认为ME数据文件［*.mxe］。保存图形文件时可以选择其他图形文件类型。?|X|保存在（X）：|皿桌面兮我的文档 血连杆包我的电脑罷网上邻居_|Programmingoftoolpath匚cintrcil_J报告订 I J文件名购）:?|X|保存在（X）：|皿桌面兮我的文档 血连杆包我的电脑罷网上邻居_|Programmingoftoolpath匚cintrcil_J报告订 I J文件名购）:保存类型辽］:P预显冊数据文件［*.rnxe］i|i(+7epb)Farasolidx_t文f半(+.x_t)Farasolidx_b文件〔*.x_b)dx£文件(+~dx£) ~IGES文件(*.igS)VBM蟲据文件(*.wrl)STL数据文件〔*.stl)E旳T数据文件(*.exb)所有文件〔*.*〕图24保存文件2、刀具轨迹生成1） CAD造型文件调入利用CAXA-ME系统中的建模功能生成三维零件，或利用该系统提供的数据转换功能将其它CAD/CAM系统中设计好的零件文件读入。例：.\连杆\CAXA-NC例程.mxe［二吕闪*民皂貞i▼0*uVL；'|]|[HI冷越選Q0中啦爵两|00鬼■?壕件®齡辑目显示型造型叨加工（W工且⑴设置⑤祎助H匚］竹叵1孚耳Q心也•占F巷0存妊|-:亠匕.爭在金少龜也島6?任惊抄沪嵌严k〔:AXA制造：I栓帅凤][)■} [1.>:\CAXA'.CAXAME\sanpl侶\辻扌1；CAXA•N〔：例程,11一=:f/cllal/广◎nG)「J血QLZ=&〕斥lr厂丄二」:Bl常占曲知■:■>惟=哺饶罕①自启晦回舒曰窗elel*slffllo下而二-$平而盯冷+iHi/耳屈拉洞增椒7同山煜*t恳灯畤如T•肆亠T：紹口q®厅近垃总：*匸1：11倍"e寸潢：--©士・-■©过激龟年仲特征］會加工直理腳.口牛；3.965,0.000,116/图25建模功能生成三维零件存储文件2)设定零件毛坯设置刀具路径前，应设置毛坯的尺寸，依次单击主菜单中“加工”一“定义毛坯”选项，弹出图26所示对话框，各参数含义如下：锁定使用户不能设定毛坯的基准点，大小，毛坯类型等。这是为了防止设定好的毛数据不小心被改变了。毛坯定义系统提供了三种毛坯定义的方式。两点方式：通过拾取毛坯的两个角点(与顺序，位置无关)来定义毛坯。三点方式：通过拾取基准点，拾取定义毛坯大小的两个角点(与顺序，位置无关)定义毛坯。参照模型：系统自动计算模型的包围盒，以此作为毛坯。基准点毛坯在世界坐标系(.sys.)中的左下角点。大小长度，宽度，高度是毛坯在x方向，y方向，z方向的尺寸。毛坯类型系统提供铸件，精铸件，锻件，精锻件，棒料，冷作件，冲压件，标准件，外购件，外协件，其他等毛坯的类型，主要是写工艺清单时需要。毛坯精度设定设定毛坯的网格间距，主要是仿真时需要。毛坯显示设定是否在工作区中显示毛坯。透明度设定毛坯显示时的透明度。选择参照模型单选项,，单击参照模型按钮，设置好毛坯尺寸。图26毛坯设置对话框3) 制定零件的加工工艺规程CAXA2004制造工程师提供了粗加工、精加工、补加工和槽加工等多种加工方法，每种加工方法都有其相应的子加工功能，具体加工功能如图27所示。选择一种加工方法后，系统会自动弹出加工参数设置菜单。

AXA制造工程师2004-［无名文件編辑㈢显示M造型（LD加工（U）工具①设置（!辱辅也.屮H呂定义毛坯⑸飾工®精加工O补加工©槽加工⑹2怪AXA制造工程师2004-［无名文件編辑㈢显示M造型（LD加工（U）工具①设置（!辱辅也.屮H呂定义毛坯⑸飾工®精加工O补加工©槽加工⑹2怪Q一f(X)O置迈点后晖软型坯始床具具工模毛起机刀刀 〔— :•iB-i:'..ML其它加工©VpL知识加工⑴\V轨迹佇真加■她編辑（W ”■后置处理（£）卜1J工艺滑单删 ■乡区域式粗加工愛等高线粗加工帝扫描线粗加工遇摆线式粗加工［屮插铳式粗加工丘等壁厚粗加工注导动线粗加工＞区域式补加工型参数线精加工岂等高线精加工帝扫描线精加工蠢浅平面精加工越限制线精加工思导动线精加工夕轮廓线精加工a三维偏置加工御深腔侧壁加工Q零件特征鱼加工管理［繆扫描式铢槽护曲线式铳槽.生成模板应用模板工艺孔设置令工艺孔加工爲孔加工k60.65f图27CAXA2004提供的加工方法操作者可以综合运用所学过的如《机械制造工艺学》《金属切削机床》等课程的相关知识，选择合适的加工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、半粗加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后，CAXA-ME系统便自动计算机加工余量，并动态显示出和粗加工、半粗加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码。根据图25所示零件，选择粗加工方式为等高线粗加工，依次选择主菜单中“加工”一“粗加工”一“等高线粗加工”或单击加工工具条中濫图标，弹出图28所示等高线粗加工对话框，设置对话框。工艺参数设置完成后，系统提示“拾取轮廓”，鼠标拾取要加工的曲面轮廓后，右键确认，CAXA2004自动计算刀具轨迹，稍后显示图29所示加工轨迹。设置等高线粗加工时应注意：加工参数：加工边界不能被指定的行距（残留高度指定同理）整除时，会产生切削残余。切入切出：采用3D圆弧方式时，实现圆弧插补的必要条件为:加工方向往复，行间连接方式投影，最大投影距离〉=行距（XY向）。下刀方式：指定切入方式为Z字形或倾斜线时，系统会缺省设定切入方式的距离模式为相对。已经指定3D圆弧切入切出方式的前提下，指定切入方式为Z字形或倾斜线时无效，系统会恢复切入方式为垂直。

图28等高线设置对话框LdCAXA制造工程师N)(M[D:\SX/VimXAIME 训别es\连秆 枫F例程.丈件归i镉辑(E)显示3谴型(W加工则工具①设置⑤帮助⑷［□金日|自|划臨皂口〒內〒|氐£曽口”|lp滞數題Q0FF迪席两甩 11］心［匚］般勺易闻二妇纭务廿|』殽貝输出冋q島国鼻博4軸迅虞疔曲|险＞繇定ra.k-/一罰网n/'/'ora.k-/一罰网n/'/'o口02」何®L_-粤馮血血血□□□□□■三工二机床后査:-号刁H〒IrlLLz-j.■ :r._ll-^Y^?fl!L-.i_irkfl-A"zlltiJ•:占-.4■扫描删加工■_r匕上;莒托旺二.心节三沖』一_i■-t矣苗二沱j寺牛打辻耸竝曲理-1-48.319,0.000^1.图29连杆零件刀位轨迹根据同样的方法，操作者可以设置连杆的精加工和残留余量的补加工。3、轨迹仿真模拟真实加工

选择一种刀具轨迹方案（例程中已经生成6条轨迹），进行刀具动态仿真，还可以对刀具轨迹进行编辑处理（慎用）。CAXA-ME2004下，选“加工”-“轨迹仿真”，软件会自动到CAXA-ME2004轨迹仿真模块，如图30所示。在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，学生可以直观地掌握数控加工的过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情况，刀位计算是否正确。图30轨迹仿真窗口

ECAXA制造工程师一一轨迹伪真文件O編辑㈢视图世）窗口㈣修改血工具CD仿真㈢帮助（H）ECAXA制造工程师一一轨迹伪真口Q吟o28秒|毀目|O令|EXIfi当前R：R位養 0.000030 0.300000100.000030准备 X29.552Y120.719Z111.657翅图31轨迹仿真加工过程G]仿真加工丈件名刀具形伏V旷扫描线粗加工巾IDR5切削结束1119/111^JI 屮|卜亡|B|不停止c|不僦干涉判断 H]■"□▼百匸八创创S厂0---<2-扫描线粗加工［D:\CHA\CHAME\macal\2-H描线粗"匸索引—1119/11旧限制信息-一存在轨迹元素类型— 克线就逝类型一- 快速穫进给速屢-- 去设定旋转速度—耒设定刀具径补正-偏穰代码—未设走插入 文字列 未设定追加 文字列 耒设定开始点(.-102.T42000,-30.273900 100.000000)终点 ：（0.000000」0.000000,100.000000、矢量：C0.95^225 0.282645,0.000000〕和忙轴的夹角:IB.41S107长度:107.10941^倾斜角度:00000001丄图32轨迹仿真过程控制选项及加工参数显示通过对照加工后的结果，明白了不同的刀位轨迹，其加工结果有很大的差异。学生可以发挥自己的创造性和综合能力，对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹，实现虚拟设计与虚拟加工(VPD)。4、后置处理⑴后置设置单击主菜单中“加工”一“后置处理”一“后置设置”，弹出图33所示机床后置对话框,单击机床信息标签，进行机床信息设置，图33后置处理中的机床信息设置单击后置设置标签，机床后置对话框如图34所示(2)NC代码校核进