毕业设计论文基于SEMENS802S的典型零件的编程与加工.doc

摘 要 此次设计是基于SEMENS802S的典型零件的编程与加工。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并利用CAXA制造工程师软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。利用SEMENS仿真软件完成仿真加工。利用CAD/CAM软件及G代码指令进行手工编程。关键词： 数控技术 CAXA制造工程师 三维造型 仿真加工 手工编程 自动编程AbstractThe Key words：Numerical control、The engineer of CAXA makes、Entity the shape、Simulation fabricate、Manual programming、Automatic programming目 录第一章：概 述11.1 数控加工的特点1.2 数控机床1.3 数控加工1.4 数控编程系统1.5 CAD/CAM系统1.6 CAXA制造工程师进行自动编程的基本步骤第二章：总体方案设计与论证 2第三章：各组成部分方案设计与计算 3轴 类 零 件 1第一节1-1-第二节2-2-第三节3-3-第四节4-4-第五节5-5-轴 类 零 件 2第一节1-1-第二节2-2-第三节3-3-第四节4-4-第五节5-5-第四章：设计总结第五章：参考文献附 录一附 录二第一章 概 述1.1 数控加工的特点数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：（1） 提高生产效率；（2） 不需熟练的机床操作人员；（3） 提高加工精度并且保持加工质量；（4） 可以减少工装卡具；（5） 可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；（6） 容易进行加工过程管理；（7） 可以减少检查工作量；（8） 可以降低废、次品率；（9） 便于设计变更，加工设定柔性；（19） 容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；（11） 操作容易，极大减轻体力劳动强度随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。1.2 数控机床20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究的发展。我国于是1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：数控铣床、数控电火花成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行重复加工）、自动换刀（可交换指定的刀具）、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。1.3 数控加工数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所示：【零件信息】【CAD系统造型】【CAM系统生成加工代码】【数控机床】【零件】（1）零件数据准备：系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图纸，特别在广泛采用Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。（2）确定粗加工、半精加工和精加工方案。（3）生成各加工步骤的刀具轨迹。（4）刀具轨迹仿真。（5）后期处理输出加工代码。（6）输出数控加工工艺技术文件。（7）传给机床实现加工。1.4 数控编程系统数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。1.5 CAD/CAM系统20世纪90年代以前，市场上销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了CAXA制造工程师数控编程系统。这套系统集CAD、CAM于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入成本，而且提高了经济效益。CAXA制造工程师数编程系统，现正在一个更高的起点上腾飞。（国产）CAD/CAM软件1.6利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤CAM系统的编程基本步骤如下：l 理解二维图纸或其它的模型数据l 建立加工模型或通过数据接口读入l 确定加工工艺（装卡、刀具等）l 生成刀具轨迹l 加工仿真l 后期处理生成NC代码l 输出加工代码现在分别予以说明。1、加工工艺的确定加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：l 核准加工零件的尺寸、公差和精度要求l 确定装夹位置l 选择刀具l 确定加工路线l 选定工艺参数2、加工模型建立利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。3、刀具轨迹生成建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。4、后期G代码生成在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后期处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。5、加工代码输出生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。我们相信当你认识了CAXA制造工程师以后，CAXA制造工程师一定会走到你的身边，成为你身边的不可多得的造型能手，忠实可靠的编程高手，数控加工工艺的良师益友。第二章 总体方案设计与论证此次设计共有2个轴类零件，为期14周。我根据实际情况分配自己的时间，在时间安排上我基本上是按照韩老师的要求的进度来进行的，我们开设的课程数控机床讲述的是基于SIEMENS802S系统的编程，接到任务书后就着手开始手工编程和去图书馆借阅了相关的参考资料。在接到任务书（12月25日）开始到1月20日，调研、收集并消化资料，随后进行了对零件工艺分析以及进一步熟悉此次设计用到的软件；1月21-3月5日，我在寒假里认真地对CAXA制造工程师软件和SIEMENS仿真软件的操作复习演练，完成了2个零件的实体造型和仿真加工，并且对华中数控系统的操作和原理进行了了解，以便进行真实加工。我们依靠CAXA软件的自动编程功能自动编辑了程序。3月6日-3月13日我们对前面的自动编辑的程序进行了手动修正，使程序变的简洁明了，从而完成了程序设计。在学校我们进行了为期差不多一个月的实际零件加工，发现了 寒假期间我们才开始编写设计说明书，总体来说是顺利的 。通过编写设计说明书，我们发现我们这样的设计中的许多不足之处，为此边编辑边修改，最终趋向合理化！实践证明，我们的总体方案是可行的，而且也是非常成功的。第三章 各组成部分方案设计与计算轴 类 零 件1第一节 工艺分析a 零件图分析：（见附录二中的零件图1）b结构工艺分析：。c选择合适的安装方式：采用通用夹具。d加工方案:第二节 手工编程第三节 三维造型实现加工仿真第四节 SIEMENS仿真加工第五节 数控真实加工轴 类 零 件2第一节 工艺分析a 零件图分析：（见附录二中的零件图）b结构工艺分析：。c选择合适的安装方式：采用通用夹具。第二节 手工编程1. 工序卡片黄石理工学院（ ） 加工工艺卡产品名称零件编号零件材料图号工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间工步号工步内容加工面刀具号刀具规格主轴转速（r/min）进给量(mm/min)背吃刀量(mm)备注0102030405064.刀具卡片产品名称零件图号程序编号工序号刀具号刀具名称刀具型号刀片刀尖半径（mm）备注型号牌号2. 程序清单程序名：程序编号：零件图号：时间：序号程序说明序号程序说明第三节 三维造型实现加工仿真第四节 SIEMENS仿真加工第五节 数控真实加工第四章 设计总结附录一SIEMENS802S 数控指令格式（部分）1 支持的G代码分类分组代码意义格式备注插补1G0快速线性移动( 笛卡尔坐标)G0 X Y Z G1*带进给率的线性插补( 笛卡尔坐标)G1 X Y Z G2顺时针圆弧(笛卡尔坐标, 终点+圆心)G2 X Y Z I J K XYZ确定终点, IJK确定圆心顺时针圆弧(笛卡尔坐标, 终点+半径)G2 X Y Z CR= XYZ确定终点, CR为半径( 大于0为优弧, 小于0为劣弧)顺时针圆弧(笛卡尔坐标, 圆心+圆心角)G2 AR= I J K AR确定圆心角(0到360度), IJK确定圆心顺时针圆弧(笛卡尔坐标, 终点+圆心角)G2 AR= X Y Z AR确定圆心角(0到360度), XYZ确定终点G3逆时针圆弧(笛卡尔坐标, 终点+圆心)G3 X Y Z I J K 逆时针圆弧(笛卡尔坐标, 终点+半径)G3 X Y Z CR= 逆时针圆弧(笛卡尔坐标, 圆心+圆心角)G3 AR= I J K 逆时针圆弧(笛卡尔坐标, 终点+圆心角)G3 AR= X Y Z G33加工恒螺距螺纹G33 ZK圆柱螺纹G33 ZXK锥螺纹（锥角小于45度）G33 ZXI锥螺纹（锥角大于45度）G33 XI端面螺纹G33 ZKSF=ZXKZXK多段连续螺纹SF=：起始点偏移值暂停2G4通过在两个程序段之间插入一个G4程序段，可以使加工中断给定的时间G4 FG4 SG4 F：暂停时间（秒）G4 S：暂停主轴转速平面6G17*指定XY平面G17G18指定ZX平面G18G19指定YZ平面G19主轴运动3G25通过在程序中写入G25或G26指令和地址S下的转速，可以限制特定情况下主轴的极限值范围G25 S主轴转速下限G26G26 S主轴转速上限增量设置14G90*绝对尺寸G90G91增量尺寸G91单位13G70英制单位输入G70G71*公制单位输入G71可设定的零点偏移9G53取消可设定零点偏移（程序段方式有效）G538G500*取消可设定零点偏移（模态有效）G500G54第一可设定零点偏移值G54G55第二可设定零点偏移值G55G56第三可设定零点偏移值G56G57第四可设定零点偏移值G57进给15G94*进给率F毫米/分G95主轴进给率F毫米/转2G63可编程的零点偏移3G158对所有坐标轴编程零点偏移G158后面的G158指令取代先前的可编程零点偏移指令；在程序段中仅输入G158指令而后面不跟坐标轴名称时，表示取消当前的可编程零点偏移 2G74回参考点(原点)G74 X YZG74之后的程序段原先“插补方式”组中的G指令将再次生效；G74需要一独立程序段，并按程序段方式有效G75返回固定点G75 XYZG75之后的程序段原先“插补方式”组中的G指令将再次生效；G75需要一独立程序段，并按程序段方式有效刀具补偿7G40*取消刀尖半径补偿G40 进行刀尖半径补偿时必须有相应的D号才能有效；刀尖半径补偿只有在线性插补时才能选择G41左侧刀尖半径补偿G41 G42右侧刀尖半径补偿G42 18G450*刀补时拐角走圆角G450 圆弧过渡刀具中心轨迹为一个圆弧，其起点为前一曲线的终点，终点为后一曲线的起点，半径等于刀具半径圆弧过渡在运行下一个，带运行指令的程序段时才有效G451刀补时到交点时再拐角G451交点回刀具中心轨迹交点以刀具半径为距离的等距线交点注：加"*"号功能程序启动时生效2 支持的M代码代码意义格式功能M0编程停止M1选择性暂停M2主程序结束返回程序开头M3主轴正转M4主轴反转M5主轴停转M6换 刀（缺省设置）选择第x号刀, x范围: 0-32000 , T0取消刀具M6T生效且对应补偿D生效H补偿在Z轴移动时才有效M17子程序结束若单独执行子程序则此功能同M2和M30相同M30主程序结束且返回3 其他指令指令意义格式IF有条件程序跳跃IF expression GOTOB LABEL或IF expression GOTOF LABELLABEL：IF 跳转条件导入符GOTOB 带向后跳跃目的的跳跃指令（朝程序开头）GOTOF 带向前跳跃目的的跳跃指令（朝程序结尾）LABEL 目的（程序内标号）LABEL： 跳跃目的；冒号后面的跳跃目的名= = 等于< > 不等于；> 大于；< 小于>= 大于或等于；<= 小于或等于例：N100 IF R1>1 GOTOF MARKE2.N1000 IF R45=R7+1 GOTOB MARKE3COS余弦Sin(x)SIN正弦Cos(x)SQRT开方SQRT(x)GOTOB向后跳转GOTOB LABEL向程序开始的方向跳转LABEL：所选的标记符GOTOF向前跳转GOTOF LABEL向程序结束的方向跳转参数意义同上LCYC82钻削，深孔加工R101 R102 R103 R104 R105LCYC82R101：退回平面（绝对平面）R102：安全距离R103：参考平面（绝对平面）R104：最后钻深（绝对值）R105：在此钻削深度停留时间例：N10 G0 G18 G90 F500 T2 D1 S500 M4N20 Z110 X0N25 G17N30 R101=110 R102=4 R103=102 R104=75N35 R105=2N40 LCYC82N50 M2LCYC83深孔钻削R101 R102 R103 R104 R105 R107 R108 R109 R110R111 R127LCYC83R107：钻削进给率R108：首钻进给率R109：在起始点和排屑时停留时间R110：首钻深度R111：递减量，无符号R127：加工方式：断屑=0，排屑=1其他参数意义同LCYC82例：N100 G0 G18 G90 T4 S500 M3N110 Z155N120 X0N125 G17R101=155 R102=1 R103=150 R104=5R109=0 R110=150 R111=20 R107=500 R127=1 R108=400N140 LCYC83N199 M2LCYC85镗孔R101 R102 R103 R104 R105 R107 R108LCYC85R107：确定钻削时的进给率大小R108：确定退刀时的进给率大小其余参数意义同LCYC82例：N10 G0 G90 G18 F1000 S500 M3 T1 D1N20 Z110 X0N25 G17N30 R101=105 R102=2 R103=102 R104=77N35 R105=0 R107=200 R108=400N40 LCYC85N50 M2LCYC95毛坯切削循环R105 R106 R108 R109 R110 R111 R112LCYC95R105：加工类型（1-12）R106：精加工余量，无符号R108：切入深度，无符号R109：粗加工切入角R110：粗加工时的退刀量R111：粗切进给率R112：精切进给率例：N10 T1 D1 G0 G23 G95 S500 M3 F0.4N20 Z125 X162_CNAME=”TESTK1”R105=9 R106=1.2 R108=5 R109=7R110=1.5 R111=0.4 R112=0.25 N20 LCYC95 N30 G0 G90 X81N35 Z125N99 M30N10 G1 Z100 X40 ;Starting pointN20 Z85 ;P1N30 X54 ;P2N40 Z77 X70 ;P3N50 Z67 ;P4N60 G2 Z62 X80 CR=5 ;P5N70 G1 Z62 X96 ;P6N80 G3 Z50 X120 CR=12 ;P7N90 G1 Z35 ;P8M17LCYC97螺纹切削R100 R101 R102 R103 R104 R105 R106 R109 R110 R111 R112 R113 R114LCYC97R100：螺纹起始点直径R101：纵向轴螺纹起始点R102：螺纹终点直径R103：纵向轴螺纹终点R104：螺纹导程值，无符号R105：加工类型（1，2）R106：精加工余量，无符号R109：空刀导入量，无符号R110：空刀退出量，无符号R111：螺纹深度，无符号R112：起始点偏移，无符号R113：粗切削次数，无符号R114：螺纹头数，无符号例：N10 G23 G95 F0.3 G90 T1 D1 S1000 M4N20 G0 Z100 X120R100=42 R101=80 R102=42 R103=45R105=1 R106=1 R109=12 R110=6R111=4 R112=0 R113=3 R114=2N50 LCYC97N100 G0 Z100 X60N110 M2