数控加工中心加工及程序编制毕业论文.doc

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1、毕 业 设 计 数控加工中心加工及程序编制专 业: 班 级: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 二一一年 十一 月摘 要本课题讨论了加工中心和数控系统的基础知识和基本理论，弄清了机床的特点、零件的特点和加工要求来选择合适的数控机床及切削参数。研究了加工中心的加工工艺、加工准则、加工方法和加工过程，提高了自己专业理论和专业技能水平装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度。数控加工主要介绍了数控机床的起源、特点机构、机床的应用、分类、组成、坐标系，加工中心介绍了加工中心的特点、分类、组成，本论文的重点，它就是图纸，从论文的选题到论文的结束都离不开它，也是本论文的难点，图纸

2、着重介绍了零件的组成、材料、表面粗糙度、非圆曲线等，难点主要有图纸的尺寸分析，还有零件的装夹过程、工艺过程、刀具、坐标系。关键词 数控机床 数控加工中心 椭圆 手工编程目录摘要.2 第1章 数控加工.4 1.1 数控机床的简介.4 1.1.1 数控机床起源.4 1.1.2 数控机床的特点机构.4 1.1.3 数控机床的应用.4 1.1.4 数控机床组成. 5 1.1.5 数控机床的分类. 5 1.1.6 数控机床目前系统及介绍. 6 1.1.7 数控机床坐标系.6 1.1.8 数控机床的主要性能指标.6 1.1.9 数控机床发展趋势.7 1.2 加工中心的简介.7 1.2.1 加工中心与数控铣

3、床的根本区别.7 1.2.2 加工中心特点.7 1.2.3 加工中心的分类.7 1.2.4 加工中心的组成.7 1.2.5 FANUC 0i准备功能代码，即G代码.8 1.3数控加工相关的知识.13 1.3.1 切削用量.13 1.3.2 基准及其分类.13 1.3.3 机械加工工艺的过程及组成.13 1.3.4 形位公差.13 1.3.5 表面粗糙度.14 1.3.6 工件的装夹方法.14第2章 典型零件加工.15 2.1图纸分析. .15 2.1.1 图纸来源.15 2.1.2 零件组成.17 2.1.3 尺寸.17 2.1.4 形位公差.18 2.1.5 表面粗糙度.18 2.1.6 非

4、圆曲线.18 2.2 工艺分析.18 2.2.1 难点分析及保证方法.18 2.2.2 工艺过程.19第3章 程序及体会 .25 参考文献 .31 第 1 章 数 控 加 工 1.1 数 控 机 床 简 介1.1.1数控机床起源世界上第一台数控机床是为了适应航空工业制造复杂曲面工件的需要产生的。1948年美国帕森斯（Parsons)公司在研制直升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出利用电子计算机控制机床加工曲线样板的新概念，并获得成功。1952年美国麻省工学院和帕森斯公司合作研制成功了世界第一台具有信息存储信息处理功能的三座标数控立式铣床这是一台采用专业计算机进行运算与控制的直线插补轮廓控制数

5、控铣床，专业计算机采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件连接的电路。1955年该类机床进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用，这就是第一代数控系统，从那时起40多年来，随着自动控制技术、 微电子技术、 计算机技术、 精密测量技术 、及机械制造技术的发展，数控机床得到了迅速发展，不断地更新换代。 1.1.2 数控机床的特点机构1. 数控机床的结构特点 数控机床与普通机床在总体结构上基本相似，由床身、 箱体 、导轨 主轴、进给机构及辅助机构组成，数控机机床在机械结构上具有如下特点： 采用高性能的主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置使数控机床的传动链缩短，简化机床机械传动系统的结构。 采用具

6、有高刚度、高抗震性及热变形的的特殊结构，使机床精度、静刚度、动刚度、热刚度大大提高，从而满足大余量切削和精密加工切削需要。 采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和传动构件如滚珠丝杠螺母副贴塑滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等传动构件。 加工中心具有完善的刀具自动交换装置。 采用移动门结构的全封闭外壳，保证了加工操作安全性。 具有气动、液压、排屑、冷却、轮滑、等辅助装置数控机床的加工特点。2. 数控机床的加工特点 机床加工精度高，质量稳定。 生产准备周期短，生产效率高。 适应性强，能实现复杂零件的加工。 大大降低了操作者的体力劳动强度，能实现复杂零件的加工。 有利于现代化生产管理。 技术含量

7、高，单位加工成本高。1.1.3数控机床的应用数控机床是一种可编程的通用加工设备，与普铣机床组合机床专用机床相比，既有适应面广，加工精度高，生产效率高等特点，适合加工以下类型的零件： 生产批量小，结构复杂的零件如模具类； 需要进行多次改型设计的零件； 加工精度要求高，结构形状复杂的零件，如箱体类二次以上曲面类； 需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件，如箱板塔的塔板； 价值昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果出现废品，将造成很大的经济损失。1.1.4数控机床组成数控机床主要由信息载体、输入输出装置、数控系统可编程逻辑控制系统、伺服驱动系统、机床主体等部分组成，其基本组成结构如图1-1所示

8、图1-1数控机床的组成结构图输入输出输入装置的作用是将记录在信息、载体上的数控加工程序读入数控系统的内存储器，对于简单数控加工程序可采用手动数据输入方式（MDI方式），利用数控系统控制面板上的输入键直接将零件和加工程序输入数控系统的内存储器。输出装置的作用是为操作人员提供必须的加工信息，如程序代码、切削用量、刀具位置、各种故障信息、和操作提示等。常用输出装置有显示器、打印机等。 数控系统 可编程逻辑控制系统 伺服驱动系统 位置检测系统 机床主体 1.1.5数控机床的分类 数控机床种类繁多，根据功能和组成的不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。1. 按工艺用途分类： 金属切削类 数控金属成型类

9、 特种加工类 测量绘图类2. 按机床控制功能分类： 点位控制数控机床 点位直线控制数控机床 轮廓控制数控机床3. 按可控制坐标轴数分类： 按照机床可连续控制的坐标轴数（可联动轴数），数控机床又分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动数控机床。 4. 按伺服系统控制方式分类： 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 5. 按功能水平分类： 经济型数控机床 普及型数控机床 高级型数控机床1.1.6数控机床目前系统及介绍 1.数控机床的数字控制系统简称数控系统，早期的数控系统（习惯上称为CNC系统），随着微型计算机技术的发展，硬件数控系统逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数

10、控系统，计算机数控系统是由计算机来处理数字信息的，通常称为CNC系统。 2.CNC系统由软件和硬件组成，软件在硬件的支持下运行，两者缺一不可，软件和硬件在逻辑上是等价的，在CNC系统中，由硬件完成的工作原则上也可由软件你去完成，但各有方不同的特点，硬件处理速度快，但价格高；软件设计灵活，适应新性强，但处理速度慢。因此在CNC系统中，软件和硬件的分配比例通常由其性能价格比决定。 3. CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能而编制的专用软件，又称为系统软件和控制软件，分管理软件和控制软件两大部分，管理软件有输入程序、显示程序、I/O处理程序和诊断程序等组成，控制软件有译码程序、刀具补偿计算程序、

11、速度控制程序、插补运算程序和控制程序等组1.1.7数控机床坐标系 标准坐标系采用右手直角笛卡尔定则。如图1-2所示： 图1-2数控机床标准坐标系图1.1.8数控机床的主要性能指标1数控床的规格及运动性能指标 工作台面尺寸 行程范围和摆角范围 承载能力 主轴功率和进给扭矩 主轴转速 进给速度 控制轴数和连动轴数 刀库容量和换刀时间 机床重量和外形尺寸2数机床的精度指标 定位精度 重复定位精度 分度精度 分辩与脉冲当量 3数控机床的性能指标平均无故障时间MTBF 平均修复时间 平均有效度A 1.1.9数控机床发展趋势 高效率、高效化 高精度 高可靠性 多功能、复合化 智能化 网络化 开放性 数控标

12、准化 1.2 加工中心简介1.2.1加工中心与数控铣床的根本区别加工中心是一种具备有刀库并能自动更换刀具对工件进行工序加工的数控机床。1.2.2加工中心的特点 1.加工中心在数控镗床和数控铣床的基础上增加自动换刀装置，使工件在一次装夹后，可以连续自动完成对工件表面钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、车铣等多工序的加工、工序高度集中。 2.加工中心一般带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，从而使工件一次装夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工。 3.加工中心能自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹。 4.带有交换工作台的加工中心，工件再工作台进行加工的同时，另外的工件再

13、装卸位置的工作台上进行装卸不影响正常的工件加工。由于加工中心具有上述功能，可以大大减少工件装夹，测量和机床的调整时间， 减少工件的周转、搬运和存放时间使机床的切削时间利用率高于普通机床34倍，大大提高了生产率，尤其是在加工形状比较复杂，精度要求高、品种更换频繁的工件时，更具有良好的经济性。1.2.3加工中心的分类1.按机床结构分类 立式加工中心 卧式加工中心 龙门加工中心 五轴复合曲面加工中心 六杆并联机构加工中心2.按工艺范围分类 车削加工中心 镗铣加工中心 磨削加工中心 钻削加工中心 3.按伺服系统分类 全封闭加工中心 半闭环加工中心4.按轴数分类 三轴联动加工中心 四轴联动加工中心 五轴

14、连动加工中心1.2.4加工中心的组成 1.基础部件：它是由加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可是铸铁件可以是焊接而成的刚结构件，它们是加工中心体积和质量最大的部件。 2.主轴部件：由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等组成。主轴的启停和变速等动作均由数控系统控制并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动是切削加工的功率输出部件。 3.数控系统：加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是由执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 4.自动换刀系统：由刀库、机

15、械手等部件组成，当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手或其它方式将刀具从刀库 取出装入主轴孔中。1.2.5FANUC 0i准备功能代码，即G代码。 表2-1 G代码表G代码组别功能程序格式及说明G0001快速点定位G00 IP-；G01直线插补G01 IP-F-；G02顺时针圆弧插补G02 X-Y-R-F-或G02 X-Y-I-J-F-；G03逆时针圆弧插补G03 X-Y-I-J-F-或G03X-Y-R-F-；G0400暂停G04 X1.5; 或G04P1500;G05.1预读处理控制G05.1Q1;(接通) G05.1Q0;(取消);G07.1圆柱插补G07.1IPr;（有效）G07.1I

16、P0; (取消)G08预读处理控制G08P1; (接通) G08P0; (取消)G09准确停止G09 IP-;G10可编程数据输入G10 L50;(参数输入方式)G11可编程数据输入取消G11；G15G17极坐标取消G15；G16极坐标指令G16；G1702选择XY平面G17；G18选择ZX平面G18；G19选择YZ平面G19；G2006英制输入G20；G21米制输入G21；G2204存储行程检测接通G22 X-Y-Z-I-J-K-；G23存储行程检测断开G23；G2700返回参考点检测G27 IP-；（IP为指定的参考点）G28返回参考点G28 IP-；（IP为经过的中间点）G29从参考点返

17、回G29 IP-；（IP为返回目标点）G30返回第2、3、4参考点G30 P3 IP-；或G30 P4 IP-；G31跳转功能G31 IP-；G3301螺纹切削G33 IP-F-；（F为导程）G3700自动刀具长度测量G37 IP-；G39拐角偏置圆弧插补G39；或G39I-J-；G4007刀具半径补偿取消G40；G41刀具半径左补偿G41 G01 IP-D-；G42刀具半径右补偿G42 G01 IP-D-；G40.118法线方向控制取消G40.1；G41.1左侧法线方向控制G41.1；G42.1右侧法线方向控制G42.1；G4308正向刀具长度补偿G43 G01 Z-H-；G44.负向刀具长

18、度补偿G44 G01 Z-H-；G4500刀具位置偏置加G45 IP-D- ；G46刀具位置偏置减G46 IP-D-；G47刀具位置偏置加2倍G47 IP-D-；G48刀具位置偏置减2倍G48 IP-D-；G4908刀具长度补偿取消G49；G5011比例缩放取消G50；G51比例缩放有效G51 IP- P-;或G51 IP-I-J-K-;G50.122可编程镜像取消G50.1 IP-;G51.1可编程镜像有效G51.1 IP-;G52局部坐标系设定G52 IP-;G53选择机床坐标系G53 IP-;G5414选择工件坐标系1G54G54.1选择附加工件坐标系G54.1 Pn; (n: 取148

19、)G55选择工件坐标系2G55;G56选择工件坐标系3G56;G57选择工件坐标系4G57;G58选择工件坐标系5G58;G59选择工件坐标系6G59;G6000单方向定位方式G60 IP-;G61准确停止方式G61;G6215自动拐角倍率G62;G63攻螺纹方式G63;G64切削方式G64;G6500宏程序非模态调用G65 P-L-;G6612宏程序模态调用G66 P-L-;G67宏程序模态调用G67;G6816坐标系旋转G68 IP-R-;G69坐标系旋转取消G69;G7309深孔钻循环G73 X-Y-Z- R- Q-F-;G74左螺纹攻螺纹循环G74 X-Y-Z-RP-F-;G76精镗孔

20、循环G76 X-Y-Z- R-Q-P-F-G80固定循环取消G80;G81钻孔、锪镗孔循环G81 X-Y-Z- R-;G82钻孔循环G82 X-Y-Z- R- P-;G83深孔循环G83 X-Y-Z- R- Q-F-;G84攻右旋螺纹循环G84 X-Y-Z- R- P- F-;G85镗孔循环G85 X-Y-Z- R- F-;G86镗孔循环G86 X-Y-Z- R- P- F-;G87背镗孔循环G87 X-Y-Z- R- Q-F-;G88镗孔循环G88 X-Y-Z- R- P- F-;G89镗孔循环G89X-Y-Z- R- P- F-;G9003绝对值编程G90 G01- X-Y-Z- F-;G

21、91增量值编程G91 G01- X-Y-Z- F-;G9200设定工件坐标系G92 IP-;G92.1工件坐标系豫置G92.1 X0 Y0 Z0;G9405每分钟进给单位为mm/minG95每转进给单位为mm/rG9613恒线速度G96 S200;(200m/min)G9713每分钟转数G97 S800;(800r/min)G9810固定循环返回初始点G98 G81 X-Y-Z- R- F-;注：带“”的G代码为开机默认代码。代码意义G55选择工件坐标系列2G00快速进给、定位G56选择工件坐标系列3G01直线插补G57选择工件坐标系列4G02圆弧插补CW（顺时针）G58选择工件坐标系列5G0

22、3圆弧插补CCW（逆时针）G59选择工件坐标系列6G04暂停G70精加工循环G20英制输入G71外圆粗车循环G21米制输入G72端面粗车切削特循环G28回归参考点G73封闭切削循环G29由参考点回归G76复合形螺纹切削循环G40刀具补偿取消G90直线车削循环加工G41左半径补偿G92螺纹车削循环 G42右半径补偿G94端面车削循环G50设定当前工件坐标系列G98每分钟进给速度注：1）*号表示G代码为数控系统通信后的初始状态。2）00组的G代码为非模态指令，其它G代码均为模态指令。辅助功能代码主要用于控制机床的辅助设备，如主轴、刀架和冷却泵的工作，由继电器的通电来实现其控制过程。辅助功能M代码由

23、地址字符M与后面二位数字组成，如表2所示：表1-2 辅助功能M代码表M指令功能简要说明M00程序停止切断机床所有动作，按程序启动按扭后继续执行后面程序段。M01任选停止与M00功能相似，机床控制面板上“条件停止”开关接通时有效。M02程序结束主程序运行结束指令，切断机床所有支动作。M03主轴正转从主轴前端向主轴尾端看时为逆时针。M04主轴反转从主轴前端向主轴尾端看时为顺时针。M05主轴停止执行完该指令后主轴停止转动。M06刀具交换表示按指定刀具换刀。M08切削液开执行该指令时，切削液自动打开。M09切削液关执行该指令时，切削液自动关闭。M30程序结束程序结束后自动返回到开始位置，机床及控制系统

24、复位。M98调用子程序主程序可以调用两重子程序。M99子程序返回子程序结束并返回到程序。 1.3数控加工相关的知识1.3.1切削用量 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、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。1.3.2基准及其分类 基准是零件用在确定其它点、线 、面的位置所依据的点、面根据基准功能不同，分为设计基准和工艺基准。 1设计基准 它是零件设计图纸上用来确定其他点、线、面的位置基准。2工艺基准 它是在工艺过程中采用的基准，包括以下基准 工序基准 定位基准 测量基准 装配基准1.3.3机械加工工艺的过程及组成1工艺

25、过程 生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸相对位置和性质等，使其成为 成品的过程，称为工艺过程。2机械工艺过程 工序 工序是指一个工人，再一个工作地上，对同一个工件所连续的基本组成部分，也是安排生产计划的基本单元。 工步 在一次安装中，再加工面或装配时的连接面，加工或装配工具、转速和进给量都 不变的情况下所连续完成的那一部分工序。工步是构成工序的基本单元，一次安装中可包括一个或几个工步。1.3.4行位公差零件在机械加工过程中将会产生形状误差和位置误差，形状误差会影响机械产品的工作精度、连接强度、运动平衡性、密封性、耐磨性、噪声和使用等。 1形状公差 形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动

26、量，允许的变动量越小，这所要求零件的形状精度越高，形状公差包括直线度、圆度、圆棱度、线轮廓度和面轮廓度等六各项目。 2位置公差 位置公差是指关联实际要素对基准所允许的变量按几何关系分为定向、定位、跳动三类公差。1.3.5表面粗糙度 表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，这种情况是由于再加工过程中，刀具从零件表面上分离材料的塑性变形、机械振动及刀具于被加工表面的摩擦而产生的，因此起伏甚微故可称其为微观不平度。1.3.6工件的装夹方法 1直接找正法 工件定位时由于工人用百分表，划线或目测的方法在机床上直接找正其些表面，以保证被加工表面位置精度的一种方法。 2划线找

27、正法 先在工件上用工具加工表面的位置再安装工件时用划针按划线找正工件的方法。3夹具定位法 用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的方法，采用夹具定位法时工件定位法迅速可靠，定位精度和生产率都较高。第2章 典型零件的加工2.1 图纸分析2.1.1图纸来源本图纸由季汉棋副教授提供，此图由俯视图、剖视图组成。如图2-2所示： 图2-1典型加工中心零件椭圆、键加工实体图 图2-2典型加工中心零件椭圆、键加工图技术要求：1.以中、小批量生产条件编程。2.不准用砂布及锉刀等修饰表面（可清理毛刺）。3.备料尺寸1208030。4.未注公差尺寸按GB/T1804-m。5.锐边倒钝。2.1.2零件组成。见表2-1

28、所示：表2-1 零件组成表 组成内容 规格 椭圆 长半轴45，短半轴25，高4 键 长30，宽5，高4 通孔 28 长方体 长116，宽76，高12，4R10的倒角 凸台 长90，宽60，高18，4R6的倒角，2R10的内接圆弧，4R10的外接圆弧。 燕尾槽2R6的倒角，R10的内接圆弧，长45、15，10的内接圆弧。2.1.3尺寸1.带公差。如表2-2所示 ： 表2-2 带公差尺寸表孔尺寸公差等级轴尺寸公差等级中心尺寸公差等级8 +0.03 0IT8300.02IT8290.02IT8900.02IT7250.02IT8120.02IT8150.02IT8450.02IT8250.02IT8600.02IT71160.02IT7900.02IT7760.02IT7100.02IT9700.02IT7360.02IT8440.02IT8220.02IT8180.02IT82.不带公差。如表2-3所示： 表2-