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1、= 畢業(yè)設計（論文） 數控銑床加工編程典型實例分析 學生姓名 系（部） 機械工程系 專 業(yè) 機電一體化 指導教師 2009年5月19日 摘 要 數控機床是通過控制介質將數字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理和運算，發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機床自動加工出所需要的工件。數控銑床是一類很重要的數控機床，銑床至少有三個控制軸，即

2、X、Y軸、Z軸，可同時控制其中任意兩個軸聯動，也能控制三個甚至個多個坐標聯動，主要用于各類較復雜的平面、曲面和殼類零件的加工。 關鍵詞： 代碼 編程 加工 ABSTRACT CNC machine tools is required to process the various operations and procedures, as well as the cutting tool and workpiece relative displacement between the di

3、gital code used to indicate, by controlling the media will be digital information into a dedicated or general-purpose computer、computer Enter the information processing and computing, to issue various commands to control the machine tool servo system or other implementation of components, so that au

4、tomatic processing tools needed to work out. CNC milling machine is a very important type of CNC machine tools, CNC machine tools in the ratio of the largest in the aerospace, automobile manufacturing, general machining and mold manufacturing industry in a wide range of applications. CNC milling mac

5、hine to control at least three axes, namely X, Y axis, Z axis, which can simultaneously control any two-axis, but also can control more than three-axis or even months, mainly for more complex types of planes, shell surface and the processing parts. CNC milling machine is on the issues of programming

6、. Keywords： Code Programming Processing 目 錄 前言 ………………………………………………………………………1 第1章 數控銑床概述 …………………………………………………2 1．1 數控銑削的分類及加工對象……………………………………2 1．2 數控銑削加工特點………………………………………………2 第2章 數控銑削編程步驟 ……………………………………………3 2．1 分析零件圖樣………………………………………………………3 2．2 確定工藝過程………………………………………

7、………………3 2．3 圖形的數學處理……………………………………………………3 2．4 編寫程序單及程序的輸入…………………………………………4 2．5 程序校驗與首件試切………………………………………………4 第3章 數控銑削編程方法 ……………………………………………5 3．1 手工編程……………………………………………………………5 3．2 自動編程……………………………………………………………5 第4章 數控銑削工藝分析 ……………………………………………7 4．1 零件圖分析…………………………………………………………7 4．2 零件結構工藝性分析……………………

8、…………………………7 第5章 數控銑削程序編制 ……………………………………………8 5．1 常用G代碼…………………………………………………………8 5．2 F、S、T、M代碼……………………………………………………8 5．3 刀具補償功能………………………………………………………9 5．4 固定循環(huán)功能………………………………………………………9 5．5 子 程 序 …………………………………………………………11 1 河南工程學院畢業(yè)設計 第6章 典型數控銑削加工編程實例分析 …………………………12 6．1 工藝分析……………………………………………………………

9、12 6．2 基點坐標計算………………………………………………………13 6．3 加工路線的確定……………………………………………………13 6．4 數控程序的編制……………………………………………………13 結論 ………………………………………………………………………15 參考文獻…………………………………………………………………16 致謝 ………………………………………………………………………17 前 言 數控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備，是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物。隨著數控機床的發(fā)展與普及，現代化企

10、業(yè)對于懂得數控加工技術、能進行數控加工編程的技術人才的需求量必將不斷增加。而數控銑床是一類很重要的數控機床，在數控機床中所占的比最大，在航天、汽車制造、一般機械加工和模具制造業(yè)中應用非常廣泛。 數控銑床至少有三個控制軸，即X、Y軸、Z軸，可同時控制其中任意兩個軸聯動，也能控制三個甚至個多個坐標聯動，主要用于各類較復雜的平面、曲面和殼類零件的加工。因此，編程方法與車床不盡相同。不同的數控銑床，不同的數控系統(tǒng)，其編程原理基本上是相同的，但所用指令有不同之處。本文主要論述數控銑床的概述、零件加工中的編程方法、編程步驟、工藝分析、程序編制等問題進行探討，并結合在實習期間所學進行深刻論述。 通過此編

11、程實例的分析，來掌握數控銑床的編程方法及編程技巧。 河南工程學院畢業(yè)設計 第1章 數控銑床的概述 1．1 數控銑削的分類及加工對象 數控銑床是在一般銑床的基礎上發(fā)展起來的,兩者的加工工藝基本相同,結構也有些相似,但數控銑床是靠程序控制的自動加工機床,所以其結構也與普通銑床有很大區(qū)別 與其他傳動方式相比較，液壓傳動具有其獨特的技術優(yōu)勢，其應用領域幾乎囊括了國民經濟各工業(yè)部門。隨著科學技術的發(fā)展，機電產品日趨精密復雜。產品的精度要求越來越高、更新換代的周期也越來越短，從而促

12、進了現代制造業(yè)的發(fā)展。用普通的機床加工精度低，效率低，勞動度大，已經無法滿足生產要求，從而一種新型的數字程序控制的機床應運而生。這種機床是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、精密測量和機械設計等新技術的機電一體化的產品。 （1）立式數控銑床。一般適宜盤、套、板類零件，一次裝夾后，可對上表面進行鉆、擴、鏜、锪、攻螺紋等工序加工以及側面的輪廓加工。 （2）臥式數控銑床。一般帶有回轉工作臺，一次裝夾后可完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的各種工序加工，因此適宜箱體類零件的加工。 （3）龍門式數控銑床。屬大型數控機床，主要用于大型或形狀復雜的零件的各種平面、曲面和孔的加工。 （4）萬能式數

13、控銑床。主軸可以旋轉90或工作臺帶著工件旋轉90，一次裝夾后可以完成對工件五個表面的加工。 1．2 數控銑削加工特點 （1）對零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如模具類、殼體類零件等。 （2）能加工普通機床無法加工的零件，如用數學模型描述的復雜曲線類零件以及三維空間曲面類零件。 （3）能加工一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件，如可對零件進行鉆、擴、鏜、鉸、攻螺紋、銑端面、挖槽等多道工序的加工。 （4）加工精度高，加工質量穩(wěn)定可靠。 （5）生產自動化程度高，生產效率高。 （6）從切削原理上講，端銑和周銑都屬于斷續(xù)切削方式，不像車削

14、那樣連續(xù)切削，因此對刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性。 2 3 河南工程學院畢業(yè)設計 第2章 數控銑削編程步驟 在編制數控加工程序時，首先應了解數控機床的規(guī)格、性能、CNC系統(tǒng)功能及編程指令格式。其次要對零件圖養(yǎng)的技術要求、幾何形狀、尺寸及工藝進行分析，確定加工方法和加工路線，再進行數值計算，獲得到位數據。最后按數控系統(tǒng)規(guī)定的代碼和程序格式編制成加工程序。如圖2-1所示。 圖2-1數控編程步驟 2．1分析零件圖樣 根據零件圖樣，分析零件的形狀、尺寸、精度要求、毛坯形式、材料與熱處理技術要求，選擇合適的數控機床。 2．2確定工藝

15、過程 通過對零件圖樣的全面分析，擬定零件的加工方案，充分發(fā)揮數控機床的功能，提高數控機床使用的和理性與經濟性。確定工件的夾緊方式，減少供給俺的定位時間和加緊時間，縮短聲場準備周期。選擇合理的加工順序和走刀路線，保證零件的加工精度和加工工程的安全性，避 免發(fā)生刀具于非加工表面干涉。合理選擇刀具及其加工參數，充分發(fā)揮機床及刀具的加工能力，減少換刀次數，縮短走刀路線，提高生產效率。 2．3圖形的數學處理 根據零件的幾何尺寸、工藝路線及設定的工件坐標系，計算零件粗、精加工的運動軌跡。對于形狀比較簡單的零件（如直線和圓弧構成的零件），需要計算出各幾何元素的起點、終點、圓心點、交點和切點的坐標值。

16、對于形狀比較復雜的零件（如非圓曲線、曲面構成的零件），需要用 4 直線段或圓弧段逼近，根據要求的精度計算出節(jié)點坐標值，這種情況一般要用計算機來完成數值計算工作。 2．4編寫程序單及程序的輸入 根據計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的工藝參數及輔助動作，按照數控系統(tǒng)規(guī)定的功能指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單。將編寫好的程序單記錄在控制介質上，通過手工輸入或通信傳輸的方式輸入到機床的數控系統(tǒng)。 2．5程序校驗與首件試切 程序必須經校驗和首件試切才能正式使用。利用數控機床的空運行功能，觀察刀具的運動軌跡和坐標顯示值的變化，檢驗數控程序。也可用刀代替刀具，用坐標值代替工件，進行

17、空運轉畫圖來檢驗。 4 第3章 數控銑削編程方法 3.1手工編程 從零件圖樣分析、確定工藝過程、圖形的數字處理、編寫程序單及程序的輸入到程序的效驗等各步驟主要由人工完成的編程過程稱為手工編程。手工編程的過程如圖3-1所示。 5 河南工程學院畢業(yè)設計 圖3-1 手工編程過程 對于加工形狀簡單、計算量不大、程序段較少的零件，采用手工編程比較合適。在點位加工或由直線和圓弧構成的平面輪廓加工中，手工編程得到廣泛應用。 3．2自動編程 自動編程是利用計算機軟件編制數控加工程序的過程。典型的自動變成有兩種：AP

18、T軟件編程和CAD/CAM軟件編程。APT是自動編程工具（Automatically Programmed tool）的簡稱。是一種對工具、對刀具的幾何形狀及刀具運動等進行定義所使用的一種接近英語的符號語言。如圖3-2所示。 圖3-2 APT語言自動編程過程 采用APT語言自動編程，可由計算機代替人工完成繁瑣的數字計算工作，省去了編寫程序單的工作量，是編程效率得到很大提高. CAD/CAM是計算機輔助設計與制造的縮寫。是一種將零件的幾何圖形信息自動轉換為數控加工程序的自動編程技術。他通常是以代加工零件的CAD模型為基礎，調用數控編程模塊，采用

19、人機交互方式在屏幕上制定被加工的部位，輸入加工參數，計算機自動進行數學處理，編制出數控加工程序，同時在計算機屏幕上動態(tài)地顯示出道的加工軌跡。 第4章 數控銑削工藝分析 4．1零件圖分析 分析零件圖，了解圖形的結構要素，明確零件的材料、加工內容和技術要求。 首先，應熟悉零件在產品中的位置、作用、裝配關系和工作條件，明確各項技術要求對零件裝配質量和使用性能的影響。 第二，分析零件圖的尺寸標注方法。零件圖的尺寸標注應適應數控的加工要求。 第三，分析零件圖的完整性和正確性。工程零件輪廓幾何元素的尺寸和互相關系（相交、相切、同心、垂心、平行等），是數控編程的重要依據。 4．2零

20、件結構工藝性分析 零件的結構工藝性分析，是指設計的零件在滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經濟性。 如圖4-1所示，內槽圓角半徑不應太小，以免限制銑刀直徑。當R>0.2H時，零件的工藝性較好。 7 圖4-1 內槽結構工藝性分析 8 河南工程學院畢業(yè)設計 第5章 數控銑削程序編制 5．1 常用G代碼 (1) G90 絕對坐標變成指令 格式：G90 說明：該指令表示程序段中的運動坐標數字為絕對坐標值，即從編程原點開始的坐標值。 (2) G91—— 增量坐標變成指令 格式： G91 說明：該指令表示

21、程序段中的運動坐標數字為增量坐標，即刀具運動的終點坐標相對于起點坐標值的增量。 （3）G00——快速點定位指令 格式： G00 說明：①該指令表示刀具以點位控制方式從所在點以最快的速度移動到目標點。其中，X、Y、Z為目標點坐標。②刀具移動速度不需要指定，而是有生產廠家確定，并可再機床說明書上查到。 （4） G01——直線插補指令 格式：X＿Y＿Z＿F＿ 說明：該指令的作用是指定兩個（或三個）坐標以；聯動的方式，制定進給速度F，插補加工任意的平面（或空間）直線。 （5）G02\G03——圓弧插補指令 格式：G02\G03 X＿Y＿Z＿I

22、＿J＿K＿F或G02\G03 X＿Y＿Z＿R＿F 說明：① G02表示順時針圓弧插補，G03表示逆時針圓弧插補。② X、Y、Z為圓弧終點坐標，I、J、K為圓心相對于圓弧起點的坐標。③ R為圓弧半徑，當圓弧半徑小于或等于180時，R為正值；當圓弧大于180時，R為負值。④如果圓弧是一個封閉整圓，只能使用圓心坐標編程。 5．2 F、S、T、M代碼 1．進給速度功能F F代碼是續(xù)效指令，有兩種表示方法： （1）代碼法。F后面跟兩位數字，這些數字表示的不是進給速度的大小，而是機床進給速度數列的序號。進給速度數列可以是算數級數。 （2）直接制定法。F后面跟的數字就是進給速度的大小，例

23、如F100的進速度是100mm/min。這種指令方法比較直觀，因此，現在大多數數控機床都采用這一方法。 2.主軸功能S S代碼也是續(xù)效指令，用于確定主軸轉速，有地址碼S及其隨后的每分鐘轉速值表示主軸速度，單位是r/min。 3.刀具功能T T代碼用于所選道具，由地址碼T及其后的2位數字表示刀具號。T代碼與刀具的關系是由機床制造廠規(guī)定的。 4.輔助功能M M代碼是機床加工過程的工藝操作指令，即控制機床的各種功能開關，由地址碼M和規(guī)定的兩位數字表示。 5．3 刀具補償功能 1.刀具半徑補償 （1）刀具半徑補償的作用 在數控銑床上進行輪廓的銑削加工時，由于

24、刀具半徑的存在，道具中心軌跡和工作輪廓不重合。如果數控系統(tǒng)不具備刀具半徑自動補償功能，則只能按道具中心軌跡進行編程，其計算相當復雜，尤其當刀具磨損,重磨或換新刀而使刀具直徑變化時，必須重新計算刀具中心軌跡，修改程序，這樣既繁瑣，又不易保證加工精度。 （2） 刀具半徑補償的方法 數控系統(tǒng)的刀具半徑不長就是將計算道具中心軌跡的過程交由CNC系統(tǒng)執(zhí)行，編程員假設道具的半徑為零，直接根據零件的輪廓形狀進行編程，因此這種編程方法也稱為對零件的編程，而實際的刀具半徑則存放在一個可編程刀具半徑偏置寄存器中，在加工過程中，CNC系統(tǒng)根據零件程序和刀具半徑自動計算刀具中心軌跡。完成對零件的加工。當刀

25、具半徑發(fā)生變化時，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半徑偏執(zhí)寄存器中的刀具半徑值或選用存放在另一個刀具半徑偏置寄存器中的 9 刀具半徑所對應的刀具值即可。 （3）刀具半徑補償的過程 刀具半徑補償的過程分為三步： 一為刀具半徑補償的建立。就是在刀具從起點接近工件時，刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個偏置量的過程。為保證刀具從無刀具半徑補償運動到所希望的刀具半徑補償開始點，應提前建立刀具半徑補償。二是刀具半徑補償的進行。執(zhí)行有G41,G4指令的程序段后，刀具中心始終與編程軌跡相距一個偏置量。三是刀具半徑補償的撤銷。在最后一段刀補軌跡加工完成后，應走一段直線撤銷刀

26、補，使刀具中心軌跡過渡到與編程軌跡重合。 5．4 固定循環(huán)功能 鉆孔、鏜孔、深孔鉆削、拉鏜等加工工序所需完成的順序動作十分典型，并且在同一個面上有時需要完成數個相同的加工順序動作，如圖5-2所示。每個孔的加工過程相同：快速進給、工進鉆孔、快速退出，然后在新的位置定位以后重復同樣的動作。編寫程序時，同樣的程序段需要編寫若干次，十分麻煩。使用固定循環(huán)功能，可以大大簡化程序的編制。表5-1系統(tǒng)的固定循環(huán)功能表，包括12種固定循環(huán)指令和一種取消固定循環(huán)指令（G80）。 10 圖5-2 孔加工路線 表5-1系統(tǒng)的固定循環(huán)功能表 G代碼 開孔動作（-Z方向） 在孔底

27、的動作 退刀方式 用途 G73 G74 G76 G80 G81 G82 G83 G84 G85 G86 G87 G88 G89 間歇進給 切削進給 切削進給 — 切削進給 切削進給 間歇進給 切削進給 切削進給 切削進給 切削進給 切削進給 切削進給 — 暫停、主軸正轉 主軸準停 — — 暫停 — 暫停、主軸反轉 — 主軸停止 主軸正轉 暫停-主軸停止 暫停 快退 切削進給 快速 — 快速 快速 快速 切削進給 切削進給 快速 快速 手動 切削進給 高速深

28、孔加工循環(huán) 攻螺紋 精镋循環(huán) 取消固定循環(huán) 鉆孔、鉆中心孔 锪孔、镋階梯孔 漸進鉆削循環(huán) 攻螺紋循環(huán) 镋孔循環(huán) 镋孔循環(huán) 反镋循環(huán) 镋孔循環(huán) 镋孔循環(huán) 5.5 子程序 子程序編程是計算機程序設計語言中的基本功能，現代CNC系統(tǒng)一般都提供調用子程序功能。但子程序調用不是數控系統(tǒng)的標準功能，不同的數控系統(tǒng)所用的指令格式均不相同。 在一個加工程序中，如果有一定量的程序段是完全重復的，即一個零件中有幾處形狀相同，或刀具運動軌跡相同的，為了縮短程序，可以把重復的程序段單獨抽出，按一定格式編成“子程序”，并將其預先存儲在CNC系統(tǒng)內，在主程序中如果需

29、要執(zhí)行此子程序的內容時，只需用一個調用指令即可。調用子程序的程序稱為“主程序”。 11 河南工程學院畢業(yè)設計 第6章 典型數控銑削加工編程實例分析 如圖6-1所示蓋板零件。預加工蓋板外輪廓，毛柸材料為鋁板，尺寸如下圖所示。 圖6-1 蓋板零件 6.1 工藝分析 （1）分析可知φ40mm的孔是設計基準，因此考慮以φ40mm的孔和Q面找定位置，夾緊力加在p面上(注：毛柸件上φ40mm和2xφ8mm的孔一加完畢) （2）給據毛柸板料較薄、尺寸精度要求不高等特點，以采用粗、精兩刀完成輪廓加工。粗加工直接加工在毛柸件上按照計算出的基點走

30、刀，并利用數控系統(tǒng)的刀具半徑補償功能精加工余量留出。精加工余量0.2mm。 （3）有于毛柸材料為鋁板，不以采用硬質合金刀具，選擇φ12mm普通高速鋼立銑刀進行加工。為了避免停車換到，考慮粗、精加工采用統(tǒng)一把道具。 (4)安全面高度為10mm. 6.2 基點坐標的計算 如圖6-2所示零件輪廓線由三段圓弧和五段直線連接而成。由圖可見，幾點坐標計算比較簡單。選擇A點坐標為原點，建立工件坐標系，并在此坐標系內計算個基點坐標。 13 圖6-2 基點坐標系 6.3 加工路線的確定 為了得到比較光滑的零件輪廓，即使編程簡單，考慮粗加工和精加

31、工均采用順銑方法，即安A→B→C→D→E→F→G→H→A切削。 6.4 數控程序的編制 O0001 G92 X0 Y0 Z0 刀具到大安全高度 G00 Z10 S1000 M03 G00 X-10 刀具到達初始點 Z-12 落刀 G41 G01 X0 Y0 D01 F100 粗加工刀具半徑補償 M98 P1002

32、 調用子程序、粗加工 G40 G00 X-10 刀具回初始點 G41 G01 X0 Y0 D02 F80 精加工半徑補償 M98 P1002 調用子程序、精加工 G40 G00 X-10 刀具回初始點 G00 Z10 刀具到達安全高度 M05 13 M30 1002 G01 Y20

33、 A→B X10 B→C G03 X25 Y35 R15 C→D G02 X75 Y35 R25 D→E G03 X90 Y20 R15 E→F G01 X100 F→G Y0 G→H X0 H→A M99

34、 子程序結束 總 結 數控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備，是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物。隨著數控機床的發(fā)展與普及，現代化企業(yè)對于懂得數控加工技術、能進行數控加工編程的技術人才的需求量必將不斷增加。而數控銑床是一類很重要的數控機床，在數控機床中所占的比最大，在航天、汽車制造、一般機械加工和模具制造業(yè)中應用非常廣泛。 本文就數控銑床的概述、零件加工中的編程方法、編程步驟、工藝分析、程序編制等問題進行探討與分析，具有一定得實用性。要實現數控加工，編程是關鍵。本文雖然只對一例數控銑床加工零件

35、的進行了編程分析，但它具有一定的代表性。數控銑床至少有三個控制軸，即X、Y軸、Z軸，可同時控制其中任意兩個軸聯動，也能控制三個甚至個多個坐標聯動，主要用于各類較復雜的平面、曲面和殼類零件的加工。故數控銑床可以加工普通車床無法加工的復雜曲面，加工精度高，質量容易保證，發(fā)展前景十分廣闊，因此掌握數控車床的加工編程技術尤為重要。 不同的數控銑床，不同的數控系統(tǒng)，其編程原理基本上是相同的，但所用指令有不同之處。故我們以后要多見一些數控機床，多了解一些關于數控的知識，來充實自己。 通過本次設計，使我把自己在三年中所學的知識得到了全面的運用。也使我認識到了自己所學知識的局限性。在以后漫長的人生道路上，

36、我要努力充實自己的大腦，讓大腦中裝滿豐富多彩的知識。 15 參考文獻 [1] 張麗華．等數控編程與加工技術，大連理工大學出版社，2004； [2] 李新德．機械設計基礎，中國商業(yè)出版社，2006； [3] 李新德．公差與配合，中國商業(yè)出版社，2006； [4] 李新德等．機械制圖，中國商業(yè)出版社，2006； [5] 趙大興．工程制圖，高等教育出版社，2006； [6] 趙長明等．數控加工設備工藝及設計，高等教育出版社，2003； [7] 劉書華．數控機床與編程，機械工業(yè)出版社，2001； [8] 劉雄偉等．數控加工理論與編程技術，機械工業(yè)出版

37、社，2000； [9] 林清安．Proe/ENGINEER零件設計—基礎篇，北京大學出版社，2000； [10] 任仲貴．CAD/CAM原理，清華大學出版社，1999. 16 河南工程學院畢業(yè)設計 17 17 致 謝 三年的大學生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍敢充實，論文即將完成只日感慨良多。首先誠摯感謝我的論文指導老師張政老師，從論文的設計、整改及論文的定稿過程中，自始至終都傾注著心血。老師嚴謹的治學之道、寬厚仁慈的胸懷、積極樂觀的生活態(tài)度，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神為我們樹立了一輩子的學習典范。 我還要感謝我的同學們來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間的友情，維系著那份家的融洽。三年里 ，我有喜怒哀樂都是人生當中美好的回憶，以后的路祝大家一帆風順。 18 18 19