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1、典型零件的数控铣削加工工艺及编程XXXXX【摘要】数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。本文主要介绍了数控铣削中心的结构及原理，然后就典型椭圆类零件加工方法以及加工工艺和程序进行了详细的说明，最后给出了加工实例。【关键词】加工中心 典型零件 加工工艺 宏程序引言上海鑫斌机械有限公司是一家科技型企业。公司集减速机研发、生产、销售于一体，同时兼具冲压、金加工等机械配件的专业制造，并拥有一流的全自动电镀流水线。公司主导产品有S系列斜齿轮-蜗轮蜗杆减速机，K系列螺旋锥齿
2、轮减速机，R系列斜齿轮减速机，F系列平行轴装式斜齿轮减速机，NMRV方箱铝合金蜗轮减速机等十多个系列，10000多个速比；公司拥有加工中心、蜗杆磨齿机等一整套先进的加工检测设备。公司位于上海市嘉定区安亭镇“大众工业园区”漳翔路1189号，毗邻“F1一级方程式国际赛车场”、“汽车城”、“国际汽车配件城”及“国际五金城”。公司占地面积20350平方米，拥有雄厚的实力、严格的管理、先进的生产设备、精密的检验仪器以及国际化的商务平台。实习期间，我被分到精加工车间做数控车床和立式加工中心，我的工作组要是负责全厂的精加工，其产品种类主要是齿轮、太阳轮、行星轮、行星架等减速机零部件产品。正文一、数控机床的结
3、构及工作原理数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。1、程序的存储介质，又称程序载体（1）穿孔纸带（过时、淘汰）；（2）盒式磁带（过时、淘汰）；（3）软盘、磁盘、U盘；（4）通信。2、输人/输出装置（1）对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）；（2）对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）；（3）对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；（4）现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)；（5）DNC网络通讯、RS232串口通讯。3、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息，经过
4、数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。准备功能：G00,G01,G02,G03,辅助功能：M03，M04刀具、进给速度、主轴：T，F，S4、伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小
5、距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。如三轴联动的机床就有三套驱动系统。 脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。5、位置反馈系统（检测反馈系统）伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。反馈系统包括半闭环、闭环两种系统。6、机床的机械部件（1）主运动部件（2）进给部件（工作台、刀架）（3）基础支承件（床身
6、、立柱等）（4）辅助部分，如液压、气动、冷却和润滑部分等（5）储备刀具的刀库，自动换刀装置(ATC)对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件，数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统更便于实现自动化扩展。其机床的组成如图1所示。置检测装置伺服驱动及位 数 控 装 置 CNC机 床 主 进 辅运 给 助动 运 动机 动 作构 机 机 构 构程序编制输入装置电控制装置辅助控制及强图1 数控机床的组成数控机床加工零件时，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成零件的数
7、控加工程序，这是数控机床的工作指令。将加工程序用适当的方法输入到数控系统，数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床主运动的变速、起停、进给的方向、速度和位移量，以及其他如刀具选择交换、工件的夹紧松开、冷却润滑的开关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作。数控机床的运行处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，以保证刀具和工件之间相对位置的准确性，从而加工出符合要求的零件。数控机床加工工件的过程见图2。图2 数控机床加工工件的过程二、椭圆的加工方法1、椭圆关于中心、坐标轴都是对称的，坐标轴是对称轴，原点是对称中心。对称中心叫做椭
8、圆中心。椭圆和X轴有2两个交点，和Y轴有两个交点，这四个交点叫做椭圆顶点。2、椭圆标准方程：x2 / a2 + y2 / b2 = 1 ( a为长半轴，b为短半轴，a b 0 )。3、椭圆参数方程：x=a*cosM y=b*sinM ( a为长半轴，b为短半轴，a b 0 ，M是离心角，是椭圆上任意一点到椭圆中心连线与X正半轴所成的夹角，顺时针为负，逆时针为正。)公式中的M不是中心角而是离心角。知识归纳：椭圆的标准方程：椭圆的参数方程: （为参数）椭圆的参数方程参数的几何意义：是AOX=,不是MOX=。圆的标准方程：圆的参数方程：（为参数）（的几何意义是APO=）零件加工内容为椭圆,它由非圆曲
9、线组成。利用三角函数关系式求出椭圆上各点坐标，并把各个点连接在一起最终形成所需要加工的椭圆，这样从根本上就极大保证了椭圆的几何精度，大大提高了加工精度。编程是用宏程序中的参数编程进行编程的，也就是大家所说的“角度值编程”，大致的意思就是用已知的椭圆参数方程作为条件变量（应变量），设定角度为自变量，随着角度的每次递增，就形成椭圆圆周上的某一点，走完一个圈，也就是360产生椭圆所有的轮廓点。三、切削用量的选择切削用量的选择：数控加工零件时，其切削用量都预先编到加工程序里面，在正常的情况下是人工部允许变动的。只有在试切削或是出现异常情况时，才允许通过速度调节或是电手轮调节其切削用量。因此程序中所选的
10、切削用量一般是最合理、最优化的。这样才可以提高其数控加工机床的加工精度、刀具寿命和生产率，降低加工成本。影响数控加工切削用量的因素有：1、机床 切削用量的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率、主轴转速范围之内。机床刀具工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。切削用量的选择使机床刀具工件系统部发生较大的颤动。对于热稳定性好、热变形小、刚性好的数控机床，可以适当加大切削用量。2、刀具 刀具材料是影响切削用量的又一重要因素。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷和金刚石。金刚石刀片性能最好，允许很高的切削速度，耐磨性好，硬度高，硬度随温度变化小。数控机床所采用的刀具多是部刃磨可换刀片（机夹刀片）机
11、夹刀片的材料、形状和尺寸，必须与程序中切削速度和进给量相适应并存入刀具参数里面。对于标准刀片的参数可参考有关的手册或是产品样本。3、工件 加工工件的材料不同，所选用的刀具材料、刀片的类型也不同。要注意其可切削性。优良的切削性能的标志：在高的切削速度下，有效的形成切屑，较小的恶刀具磨损，良好的表面加工质量采用较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量，可以获得较好的表面粗糙度。采用合理的恒切削速度、较小的背吃刀量和进给量，可获得较高的加工精度。工件的测量除首件全面检验外，应隔一段时间对工件的重要尺寸进行检验，控制刀具的磨损量及时进行刀具的补偿或更换刀片。4、冷却液 冷却液具有冷却和排销的作用。冷却液
12、能带走切削过程中产生的热量，降低工件、刀具、夹具和机床的升温，减少刀具与工件的摩擦与磨损，提高刀具寿命和工件的表面加工质量。使用冷却液还能提高切削用量。冷却液必须定期更换，以防老化，腐蚀机床导轨或其他零件。四、工序划分的安排1、刀具的集中分序法 该法是按所用刀具来划分工序的方法。用同一把刀完成零件上所所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把刀完成他们可以完成的部位。这样可以减少换刀的次数，压缩空行程时间，减少不必要的定位误差。2、粗精加工分序法 对于单个零件要先粗加工、半精加工，而后在精加工。对于一批零件，应先全部进行粗加工、半精加工，最后再进行精加工，且粗、精加工之间最好先隔一段时间以使粗加
13、工后的零件的变形得到充分地恢复，然后再进行精加工以提高零件的加工精度。（注：尤其是对于易变形的零件或是对精度要求较高的零件必须将粗、精加工放在不同的工序下进行。）3、按加工部位分序法 一般是先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度低的部位，再加工精度高的部位。五、加工路线的选择原则及加工顺序的安排加工路线的安排及确定 加工路线是指数控机床加工过程中刀具的运动轨迹和方向。每一道工序的加工路线的确定都是非常重要的，因为它影响着零件的加工精度及表面粗糙度。其加工路线的总体划分原则为：保证加工精度及粗糙度、使得空行程最少及加工路线最短、计算也要方便。但是在加
14、工路线的确定中还需考虑以下几点：1、应尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间。2、选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿，且进、退刀的位置应选在不重要的位置上。3、加工路线一般是先加工外轮廓，然后再加工内轮廓。4、加工顺序的安排 重点是为了保证定位夹紧时工件的刚性和保证加工精度。一般可按以下原则来进行：（1）上道工序加工部影响下道工序的装夹（特别是定位）（2）以相同的装夹方式或同一把刀加工的工序尽可能采用集中的连续加工，减少重复装夹、更换刀具等辅助时间。（3）同一次安装中的加工内容，以对零件刚性小的内容先行。六、加工实例椭圆的加工程序在生产实际中，有很多零件上的轮廓有椭圆
15、、双曲线、抛物线等二次曲线，下面将在数控铣床FANUCO-Oi系统）上加工椭圆轮廓的方法介绍如下。1、数字模型的建立无论采用哪种方法当椭圆的长轴、短轴确定后，椭圆上的每个点就完全确定；可用两种方法求椭圆上的任意点坐标。第一种方法：用同心圆法。如图3所示。图 3 同心圆法当圆心角以每个步进角度（ 如0.5）在0360范围内变化时，任意一点B的坐标是：X=OD=acosaY=AD-AB=asina-（a-b）sina=bsina第二种方法：用解析几何方法得椭圆的方程是：当x以每个步进距离（如0.01mm)在-aa之间变化时，任意一点. 坐标是：上面两种方法是可以相互转化的，实质都是通过某一参数在一
16、定范围内变化而求椭圆上任意点的坐标。七、程序的编制如图4所示，加工椭圆形的凸台。（1）工艺问题的处理若椭圆中心不在工件坐标系原点，可用G52X_Y_指令建立局部坐标系。椭圆轴线和坐标轴不重合时可用G68X_Y_R_指令进行坐标系的旋转。若轮廓的加工余量较大时，可用子程序编写零件轮廓的加工程序，而主程序每刀采用不同的半径补偿调用子程序进行切削加工。图 4 椭圆形凸台加工待添加的隐藏文字内容3八、加工工序卡片切削参数工步序号工步内容刀具编号刀具名称主轴转速/（r/min）背吃刀量/mm进给量/（mm/min）1用平口钳找正加紧2粗铣削Z-4.mm的椭圆平面预留0.3mm的余量T0116mm平底铣刀
17、40021503精铣Z-4.mm的椭圆面T0216mm平底铣刀8000.3504粗铣削Z-8.mm的台阶面预留0.3mm的余量T0416mm平底铣刀40021505精铣Z-8.mm的台阶面T0516mm平底铣刀8000.3506粗镗内孔21.7mm预留0.3mm的余量T0621.7mm粗镗刀4001.5707精镗内孔22.mmT0722mm精镗刀10000.350九、椭圆部分程序清单主程序：O0001N10 G54 S800 M03 T01 建立工件坐标系，主轴正转，T01-16mm立铣刀N20 G68 X0. Y0. R45. 坐标系旋转45N30 G00 X30. Y-40. Z10. 快
18、速点定位N40 G01 Z-3.8 F200 下刀N50 G01 G42 D01 X30. Y-10. F120 建立刀具偏置 D01=8.2N60 G01 Y0. 直线插补N70 G65 P0002 非模态调用宏程序N80 G00 Z10. 快速台刀N90 G00 G40 X30. Y-40. 快速点定位并取消偏置N100 G01 Z-4. F200 下刀N110 G01 G42 D02 X30.Y-10. F120 建立偏置D01=8.0N120 G01 Y0. 直线插补N130 G65 P0002 非模态调用宏程序N140 G00 Z50. 快速台刀N150 G00 G40 X30. Y
19、-40. 快速点定位并取消偏置N160 G69 取消坐标轴旋转N170 M05 主轴停转N180 M30 主程序结束子程序：O0002N10 #1=0 设定#1变量N20 WHILE #1 LE 360 DO1 当#1小于360执行以下程序N30 #1=#1+0.5 #1变量以0.5递增N40 #2=30*COS#1 #2变量是X坐标N50 #3=20*SIN#1 #3变量是Y坐标N60 G01 X#2 Y#3 直线插补N70 END1 循环结束N80 M99 子程序结束结论我的大学生活即将结束，在这过程中遇到了许许多多的困难，在老师的指导下，在同学的帮助下，困难一一离我而去，在这几个月的时间
20、里学到了很多知识和技能，可以说是硕果累累。作为一名数控专业的学生，我在大学三年的学习生活中，系统地学习了数控及相关的各门课程。我们的课程以机械，电子为基础，进一步又学习了数控加工与编程以及数控维修等专业课程。数控加工工艺与编程是数控专业学生必须掌握的知识，它不仅能让你系统地复习数控加工工艺和编程知识，还可以扩展你的数控知识面，更深入地理解数控在制造业上的独特用途。通过这几个月综合性的实习，使我掌握了数控编程的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，现将感受总结如下：首先，我学会了对相关文献资料的检索，一切科学成果的获得都是建立在前人研究的基础之上的。因此，对于相关文献资料的检索显得尤为重要。在
21、现代社会中，随着计算机的普及以及网络技术的发展，对于文献资料的检索已经从图书馆的纸质资料转移到网络平台下的电子文档。其次，对于各种工具软件的熟练使用也是做好数控加工必不可少的。在这几个月的实习中，我主要使用了AUTOCAD绘图软件、mastercam9.0等软件。在这过程中使我对软件熟练程度又进一步加深，为以后的工作和学习打下良好的基础。不同的加工方案就会出现不同的加工路径，每一条加工路径都有其各自的特色，有的会是加工效率高，但是机床和刀具的损耗大，不宜于大批量加工；而有的加工路径则效率适中，机床和刀具的损耗相对较小，从而在大批量生产时，零件的尺寸精度波动比较小。在使用宏程序编程，大部分零件尺
22、寸和工艺参数可以传递到宏程序中，程序的修改比较方便。图样改变时，仅需修改几个参数，因此，柔性好，极易实现系列化生产。另外，使用宏程序除了能加工椭圆面外，还可以加工抛物线、双曲线等非圆曲线，有效的扩展数控机床的加工范围，提高加工效率和品质，充分发挥机床的使用价值。最后，最重要的是，我对自己所学的专业又有了新的认识，数控在世界的各个行业中，尤其是制造业中发挥重要的作用，那些高精密、复杂的零部件基本都是由数控来完成的，数控的发展水平也可以进一步体现国家的经济实力和工业水平。总之，这次实习使我初步的掌握了数控加工的步骤与方法，巩固了我的专业知识，锻炼了我分析解决问题的能力，为今后的工作打下了坚实的基础
23、。致谢本论文在孙老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着孙老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向孙老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本次为其45个月的实习能够顺利的完成，也归功于老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在实习中得以体现。同时我在网上也搜集了不少相关资料，才使我的毕业论文工作顺利完成.在此我要向学院的全体老师表示由衷的谢意。参考文献1、宋瑞芳数控加工工艺与编程西安：西安电子科技大学出版社，2008.2、华茂发数控机床加工工艺北京：机械工业出版社，2000.3、高德文.数控加工中心北京：化学工业出版社，2003.4、李爱敏 吴志强 数控加工编程与操作. 北京：清华大学出版社，2010.8
