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1、凸轮板的铣削加工目 录引言11. 数控编程及数控加工工艺21.1数控编程的步骤和方法21.1.1数控编程的步骤21.1.2数控编程的方法21.2 数控加工工艺31.2.1 CNC机床的选择31.2.2 加工工序的划分31.2.3 工件的装卡方式32. 数控加工工艺设计42.1 零件的工艺分析42.2 毛坯的选择52.3机床的选择52.4 装卡方式的选择52.5刀具的选择62.6 切削用量及切削液的选择62.7确定加工顺序72.7.1切削加工顺序的安排72.7.2热处理工序的安排72.7.3辅助工序的安排72.8确定对刀点和换刀点72.9 填写工艺卡片83. 数控加工的步骤及程序103.1铣毛坯
2、（11011030）表面103.2 粗铣凸轮轮廓123.3 精铣凸轮轮廓的底面143.4粗铣花瓣轮廓153.5精铣凸轮轮廓163.6 精铣花瓣轮廓18总结21致谢22参考文献23附录A HNC-21M准备功能一览表24附录B HNC-21M的基本M功能27引言写作的背景：本次论文是毕业答辩的一个环节，作为新世纪的青年无论做什么都应该有始有终， 正值要从学校走出去，走上工作岗位，有必要对自己三年的所学做一个总结，把自己三年的所学系统地统一起来。在学习当中，自己对数控铣兴趣浓厚并且能够独立编程后用华中世纪星加工中心进行实际加工，所以本次论文所选题目为凸轮板的铣削加工。希望自己能够写出令老师满意的论
3、文。写作的目的：写作本篇论文的目的，一方面是为通过毕业答辩，一方面是把三年的所学做一个书面总结。要写本篇论文需要查阅技术手册，课本以及一些资料，无疑是对自己各方面能力的培养与锻炼，使自己能够掌握数控加工的步骤、方法以及应该注意的事项。1. 数控编程及数控加工工艺1.1数控编程的步骤和方法数控编程是根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向（零件轮廓轨迹尺寸） 、工艺参数（主轴转速、进给量、切削深度） 及辅助动作（变速，换刀，冷却液开、停，工件夹紧、松开）等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件（零件程序单），并将程序
4、单的信息制作成控制介质的整个过程。1.1.1数控编程的步骤数控编程的步骤包括以下几点：(1)图纸工艺分析(2)数学处理(3)编写程序单及初步校验(4)制备控制介质(5)输入数控系统(6)程序的校验和试切1.1.2数控编程的方法数控编程的方法有两种：手工编程和自动编程。（1）手工编程 手工编程是指编制零件数控加工程序单的前几个步骤，即从零件图纸工艺分析、坐标点的计算直至编写零件程序单，均由人工来完成。手工编程是编程的基础。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，需要编写的程序段不多。手工编程即可实现。若对轮廓形状复杂的零件，特别是空间复杂曲面零件，以及几何元素虽并不复杂，但程序
5、量很大的零件，采用手工编程则相当繁琐，工作量大，容易出错且很难校对。为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，对该类零件必须采用自动编程的方法。（2）自动编程 自动编程即计算机辅助编程，它是借助数控自动编程系统（如 MasterCAM、UG、Pro/E等系统），由计算机来辅助生成零件程序。此时，编程人员一般只需借助数控编程系统提供的各种功能，对加工对象、工艺参数及加工过程进行较简单的描述，即可由编程系统自动完成数控加工程序编制的其余内容。1.2 数控加工工艺1.2.1 CNC机床的选择不同类型的零件应在不同的CNC机床上加工。CNC车床适于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型
6、腔。CNC立式镗铣和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。总之，对不同类型的零件要选用相应的CNC机床加工，以发挥CNC机床的效率和特点。1.2.2 加工工序的划分机械加工的工序划分方法有以下几种：（1）刀具集中分序法（2）粗、精加工分序法（3）加工部位分序法总之，在CNC机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况做具体分析。许多工序的安排是按上述分序方法进行综合安排的。1.2.3 工件的装卡方式对零件的定位、夹紧要注意以下几个方面： 应尽量采用组合夹具和标准化通用夹具。 零件定位、夹紧部位应不妨碍零件的加工，刀具更换以及
7、重要部位的测量。尤其是要避免刀具与工件，刀具与夹具相撞的现象。 夹紧力应力求通过靠近主要支承点或支承点所组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并在刚度较好的地方。尽量不要在被加工孔径的上方装卡，以减少零件变形。 零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般对同一批零件采用同一定位基准、同一装卡方式。2. 数控加工工艺设计2.1 零件的工艺分析在制定零件的机械加工工艺时，首先要对照装配图分析零件的零件图，明确零件在产品中的位置，作用及相关零件位置关系；然后着重对零件进行结构分析和技术要求的分析，所要加工的零件图纸如下（图 2-1）：图2-1 零件图对以
8、上零件图分析得；零件图样的尺寸视图都完整，表达清楚，几何关系明确，零件的工艺也很好，用铣削完成。零件的点位加工明确几何形状简单，可以采用手动编程的方法进行加工，零件有6处尺寸精度要求，所以它的加工应分粗、精加工两个阶段进行，以保证其精度度以及粗糙度的要求。还有两处平行度要求，这些都是在加工过程中应注意的问题。2.2 毛坯的选择 零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使余量的大小、如何装夹等问题在选择毛坯时就要仔细考虑好，否则如果毛坯不适合，数控铣削将很难进行下去。因此，对零件图进行工艺分析后，还应结合数控铣削的特点，对所用毛坯进行工艺分析：（1）毛坯应有充分的加工余量，稳定的加工质量
9、。（2）考虑毛坯在加工时定位的可靠性与方便性。（3）考虑毛坯的余量大小及均匀性。综上所述，经过工艺分析并结合实际情况得总加工余量为5,可计算毛坯尺寸100+2x5=110,所以本次设计可以采用110x110x30的45#钢。2.3机床的选择当工件的加工方法确定之后，机床的种类机床的种类就基本上确定了，但是每一类机床都有不同的型式，它们的工艺范围、技术规格、加工精度和表面粗糙度、生产率和自动化程度都各不相同，为了正确得为每一道工序选择机床，除了充分了解机床的技术性能外，通常还要考虑以下几点：（1）工序节拍适应性（2）形状尺寸适应性（3）加工精度适应性综合考虑上述因素，本次设计可以采用HNC-21
10、M立式铣床。2.4 装卡方式的选择在数控机床上，工件的定位基准与夹紧方案的确定应遵循定位基准的原则与工件夹紧的基本要求。所以本次设计可以采用简单的通用夹具平口虎钳，工件放在中间部位，安装平口钳时，要对它的固定钳口找正，工件的被加工部分要高出钳口，避免工件与钳发生干涉，安装工件时，注意工件上浮。2.5刀具的选择刀具的选择是数控机床加工工艺设计中的重要内容，刀具选择合理与否不仅影响数控机床的加工效率，而且还直接影响加工质量，选择刀具通常要考虑数控机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的机床切削方法相比数控机床切削方法对刀具的要求更高，不仅要求刀具的精度高，刚性好，耐用度高，而且还要求刀具
11、的尺寸稳定，安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控机床加工刀具，并优选刀具参数。根据零件结构特点，本次设计具体刀具及加工表面如表2-1 。表2-1 加工刀具卡片产品名称或代号零件名称凸轮板零件图号XKG01序号刀具号刀具加工表面备注规格尺寸数量刀刃长（mm）材料1T0180盘铣刀145高速钢毛坯外表面自动2T0220立铣刀245高速钢为轮廓去余量自动3T0310立铣刀125硬质合金凸轮轮廓面自动4T0410键槽铣刀125硬质合金花瓣轮廓自动2.6 切削用量及切削液的选择切削用量的大小对切削力、切削效率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐
12、用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。在金属切削过程中，合理选择切削液，可以改善工件与刀具间的磨檫状况，降低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减小工件的热变形，从而可以提高刀具耐用度，提高加工效率和加工质量。综上所述，由于铣削时留0.2mm精加工余量，选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，然后利用公式n=1000Vc/3.14*d,Vf=n*Z*fz 计算主轴转速和进给速度。（计算过程从略）2.7确定加工顺序2.7.1切削加工顺序的安排 切削加工顺序的安排原则有：（1）基面先行原则。（2）先粗后精原则。（3）先主后次原则。（4
13、）先面后孔原则。（5）先内后外原则上道工序的加不能影响下道工序的定位与夹紧。（6）以相同安装方式或同一刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数。（7）在同一安装中进行的各道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。2.7.2热处理工序的安排 热处理工序的安排应注意以下几点： （1）退火、正火常安排在毛坯制造之后，粗加工之前。（2）时效处理最好安排在粗加工之后，半精加工之前。（3）淬火一般安排在精加工之前。（4）渗碳一般安排在精加工之前。（5）渗氮应尽量靠后安排。2.7.3辅助工序的安排辅助工序一般包括去毛刺、倒棱、清洗、防锈、退磁和检验，其中检验工序是主要的辅助工序，它对产品的质量有重要
14、的作用。综合上述，可以完成本次的工序安排，具体见加工工序卡片。2.8确定对刀点和换刀点 对刀点是数控加工中刀具相对工件的运动起点，也可以叫作程序起点或起刀点，其选择原则如下：找正容易，编程方便，对刀误差小，加工时检查方便、可靠。换刀点加工过程中更换刀具的位置，为了防止换刀时碰伤零件或夹具，换刀点常设置在被加工零件的外面。综上所述，可以确定本次设计的对刀点和换刀点，具体在程序中可以体现。2.9 填写工艺卡片表2-2 数控加工工序卡片单位名称辽宁交专产品名称或代号零件名称零件号凸轮板XKG01程序编号夹具名称使用设备车间平口虎钳HNC-21M立式数控铣床数控实训中心工步号工艺内容刀具号刀具规格（m
15、m）主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）备注1铣毛坯大平面a面T0180盘铣刀100015001506010.2自动2铣毛坯四周c面T0180盘铣刀100015001506010.2自动3铣毛坯四周d面T0180盘铣刀100015001506010.2自动4铣毛坯四周e面T0180盘铣刀100015001506010.2自动5铣毛坯四周f面T0180盘铣刀100015001506010.2自动6铣毛坯大平面b面T0180盘铣刀100015001506010.2自动7粗铣凸轮轮廓T0220立铣刀10002007.8自动8精铣凸轮轮廓底面T0220球头铣刀15001000
16、.2自动9粗铣花瓣轮廓T0220立铣刀10002003.8自动10精铣花瓣轮廓底面T0220立铣刀1500100待添加的隐藏文字内容30.2自动工步号工艺内容刀具号刀具规格（mm）主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）备注11精铣凸轮轮廓T0310立铣刀20001000.2自动12精铣花瓣轮廓T0410键槽铣刀2000600.2自动13检验零件锐边去毛刺3. 数控加工的步骤及程序3.1铣毛坯（11011030）表面毛坯如图3-1所示：图3-1 毛坯1 铣大平面A面程序如表 3-2所示表3-2 铣大平面的程序程序号%O0001程序段号程序段注释N01G40G49取消半径和
17、长度补偿N02M03S800N03G92X0Y0Z0设定工件坐标系程序段号程序段注释N04G43G01Z-1H01F100建立长度补偿N05X-180N06G00Z0N07X0N08Y-60N09G01Z-1N10X-180N11G49G00Z20取消长度补偿N12X50N13Y-150N14M05N15M30程序结束并返回程序起点改变长度补偿H01中的值来达到Z向向进给铣大平面A面的目的是为了建立一个基准面，对这个面的要求是见光即可。同理加工大平面B面。铣大平面A面的仿真完成图如图3-2 所示。图3-22 铣毛坯四周面C面的程序如表3-3 所示。表3-3程序号%O0002程序段号程序段注释N
18、01G40G49取消半径和长度补偿N02M03S800主轴正转N03G92X0Y0Z0设定工件坐标系N04G43G01Z-1H01F100程序段号程序段注释N05X-180N06G49G00Z20N07X0N08M05主轴停止转动N09M30在加工毛坯的四周表面时，使已加工的大平面贴住钳口，靠紧。这部分加工，在加工第一个面时要求也不是很高，粗糙度为3.2，但是在加工以后的几个面时，一定得用角尺或百分表找正了，因为以后的加工都与这部分有平面度要求。此外，这部分的尺寸还有精度要求，这就要求分粗精加工。在这部分的粗精加工是通过改变刀补H01中的值来实现的。这部分加工完后的尺寸如图3-3 所示。图3-
19、33.2 粗铣凸轮轮廓粗铣凸轮轮廓的程序如表3-4 所示。表3-4程序号%O0003程序段号程序段注释N01G40G49G54取消刀补并凋入用户坐标系N02G43G00Z20H01N03M07冷却液开N04M03S800N05G00X80Y0N06Z0N07M98P4L4调用子程序N08G49G00Z50N09M09冷却液关N10M05N11M30N12%O0004子程序N13G91G01Z-2F100相对坐标N14G90G42G01X50D01绝对坐标N15G03X50Y0I-50J0F200N16G01X60N17G40G00X80N18M99子程序结束此程序是为了保证凸轮的精度做的准备工
20、作，祛除轮廓边上的余量。加工过程中用的是20的刀具只走一次循环还有余量，所以通过改刀具半径补偿来去除余量。在高度方向上8这个尺寸有精度要求，所以要进行精加工要留有余量，在这也是通过刀补实现的。上述表 的程序运行两遍，其中的刀补表如表3-5 所示。表3-5运行遍数12H01中的数值0.20.2D01中的数值1210此部分的仿真完成图如图3-4 所示。图3-43.3 精铣凸轮轮廓的底面精铣凸轮轮廓的底面的程序如表3-6 所示。表3-6程序号%O0005程序段号程序段注释N01G40G49G54N02M07切削液开N03M03S1000N04G43G00Z20H01N05X65移动到安全位置N06Y
21、0N04Z0N08G01Z-8F100N09G42G01X50D01F100建立右刀补N10G03X50Y0I-50J0F300N11G01X52N12G40G00X65取消刀具半径补偿程序段号程序段注释N13G49Z50N14M09N15M05N16M30程序结束并返回程序起点根据图纸要求凸轮外轮廓底面与上表面的距离尺寸8有精度要求有必要进行此部分的加工。此加工前要对工件进行精确测量，测出差值，通过修改刀补值来保证加工的尺寸。加工完成后应该达到如图3-5 所示的尺寸要求。图3-53.4粗铣花瓣轮廓粗铣花瓣轮廓的程序如表 3-7所示。表3-7程序号%O0006程序段号程序段注释N01G40G4
22、9G54取消刀具半径和长度补偿N02M07N03M03S800N04G43G00Z20H01建立刀具长度补偿N05X70N06Y0N07G01Z-2F100N08G42X40D01建立刀具半径补偿程序段号程序段注释N09G03X40Y0I-40J0N10G01X60移动到安全位置N11G40G00X70取消半径补偿N12G49Z50取消长度补偿N13M09N14M05N15M30为保证花瓣的精度有必要对其先进行粗加工去除余量，并且留由一定的余量。按图纸要求花瓣底面与上平面的距离尺寸4有精度要求，这部分都是通过修改刀补实现的。加工时此程序运行三遍，其中的刀补如表3-8 所示。表3-8运行遍数12
23、3H01中的数值0-1.8-2D01中的数值10.210.210.2加工完成的仿真图如图3-6所示。图3-63.5精铣凸轮轮廓精铣凸轮轮廓的程序如表3-9 所示。表3-9程序号%O0007程序段号程序段注释N01G40G49G54取消刀补，调入用户坐标系N02M07N03M03S1500主轴正转N04G43G00Z20H01N05X70N06Y0N07G01Z-8F100进给到Z-8的位置N08G42X42Y0D01N09G03X7.307Y41.36R42F300逆圆N10G01X-7.201Y43.923N11G03X-32.336Y36.815R30N12G03X42.124Y-25.0
24、31R49N13G03X43.382Y-7.307R20N14G02X50Y16R20顺圆N15G01X60N16G40G00X70取消半径补偿N17G49Z50取消长度补偿N18M09N19M05N20M30由于前面的加工已经去除了大多的余量，这部分加工的余量很小。为保证精度选用10的硬质合金立铣刀。此部分加工后的完成图如图3-7 所示。图3-73.6 精铣花瓣轮廓 精铣花瓣轮廓的程序如表3-10 所示。表3-10程序号%O0008程序段号程序段注释N01G40G49G54取消刀补，调入用户坐标系N02M07N03M03S1500N04G43G00Z20H01建立长度正补偿N05X60N06
25、Y0N07G00Z1N08G01Z-2F100N09#1=0设立变量N10WHILE#1LE360调用循环N11G68X0Y0P#1调用旋转N12M98P9调用子程序N13G69取消旋转N14ENDW循环结束程序段号程序段注释N15G49G00Z50N16M09N17M05N18M30N19%O0009子程序N20G01X50N21G42G01X39.547Y-6建立刀具半径右补偿N22G01X30Y-6N23G02X30Y6R6N24G01X39.547Y6N25G03X37.894Y12.808R40N26G02X30.039Y26.413R15N27G03X24.173Y31.869R4
26、0N28G01X25.981Y33N29G40G00X43.215Y62.850N30M99子程序结束花瓣的轮廓加工有六处尺寸精度要求，有两处位置精度要求，精度要求还比较高，所以在加工中一定要特别对待，在加工过程中小余量，多次进给。程序每运行完一次，都要测量其尺寸，特别是越到最后越要小心。在这个过程中，可以通过测量尺寸修改刀具补偿来达到工件的尺寸精度要求。选用硬质合金刀具来提高加工速度和加工精度。零件加工到这一步也就到了尾声，接下来的任务就是取下工件进行锐边去毛刺，检查工件了。加工的完成图如图3-8 所示。图3-8总结制造业是国民经济的主体，社会财富的60%-80%来自于制造业。在经济全球化的
27、格局下，国际市场竞争异常激烈，中国制造业正由跨国公司的加工组装基地向世界制造业基地转变。而中国经济要实现长期可持续高速发展，实现成为“世界制造中心”的愿望，必须培养和造就一批掌握先进数控技术个工艺的高素质劳动者和高技能人才。本篇论文正是对自己三年数控技术专业学习的概括和总结。其中设计到了数控编程的步骤、数控编程的方法以及数控加工的工艺基础等理论知识。本篇论文写的是凸轮板的铣削加工，第二、三章是本篇论文的重点和核心，它从毛坯的选择，工艺分析，加工工艺路线的设定等等直到数控编程及加工都做了详细的介绍和说明。本次论文的写作又使自己的理论知识有了进一步的提高，希望本次论文的写作与答辩为自己的大学生涯画
28、上一个圆满的句号。参考文献【1】刘万菊主编，数控加工工艺及编程，机械工业出版社，2005.9，15-20页【2】田萍主编，数控机床加工工艺，电子工业出版社，2004.2，3-20页【3】崔兆华主编，数控加工工艺，山东科学技术出版社，2005.6，30-50页【4】魏康民主编，机械制造技术基础，重庆大学出版社，2005.3，6-18页【5】何建民主编，铣工操作技术与窍门，机械工业出版社，2004.8，15-30页【6】冯荣坦主编，CAXA制造工程师，机械工业出版社，2007.2，16-40页【7】夏天主编，数控铣加工，机械工业出版社，2004.5，2-26页【8】张绍甫主编,机械基础,机械工业出
29、版社,2004.1-15页【9】田春霞主编,数控加工技术,机械工业出版社,2002.15-96页【10】陈洪涛主编,数控加工工艺与编程,西安电子科技大学出版社,2003.41-89页附录A HNC-21M准备功能一览表G代码组功能参数（后续地址字）索引 G00G01 G02 G0301快速定位直线插补顺圆插补逆圆插补X，Y，Z，4TH注1同上X，Y，Z，I，J，K，R同上P G0400暂停P G0716虚轴指定X，Y，Z，4HT G0900准停校验G17 G18 G1902XY平面选择ZX平面选择YZ平面选择X，YX，ZY，Z G20G21G2208英寸输入毫米输入脉冲当量输入 G24G250
30、3镜像开镜像关X，Y，Z，4TH G28 G2900返回到参考点由参考点返回X，Y，Z，4TH同上 G3400攻丝K，F，P G38极坐标轴编程X，Y，ZG40 G41G4209刀具半径补偿取消左刀补右刀补DD G43G44G4910刀具长度正向补偿刀具长度负向补偿刀具长度补偿取消HH G50 G5104缩放关缩放开X，Y，Z，PG代码组功能参数（后续地址字）索引 G52 G5300局部坐标系设定直接机床坐标系编程X，Y，Z，4THG54G55 G56 G57 G58 G5911工件坐标系1选择工件坐标系2选择工件坐标系3选择工件坐标系4选择工件坐标系5选择工件坐标系6选择 G6000单方向定
31、位X，Y，Z，4THG61 G6412精确停止校验方式连续方式 G6500子程序调用P，AZ G68G6905旋转变换旋转取消 X，Y，Z，P X，Y，Z，P G73 G74 G76G80 G81 G82 G83 G84 G85 G86 G87 G88 G8906深孔钻削循环逆攻丝循环精镗循环固定循环取消定心钻循环钻孔循环深孔钻循环攻丝循环镗孔循环镗孔循环反镗循环镗孔循环镗孔循环X，Y，Z，P，Q，R，I，J，K同上同上同上同上同上同上同上同上同上同上同上同上G90G9113绝对值编程增量编程 G9200工件坐标系设定X，Y，Z，4THG94G9514每分钟进给每转进给G98 G9915固定循
32、环返回起始点固定循环返回到R点提示：1. 4TH指的是X、Y、Z之外的第4轴，可用A、B、C等命名；2. 00组中的G代码是非模态的，其他组的G代码是模态的；3. 标记者为模态代码的缺省值。附录B HNC-21M的基本M功能M 代码及功能代码模态功能说明代码模态功能说明M00非模态程序暂停M03模态主轴正转启动M02非模态程序结束M04模态主轴反转启动M30非模态程序结束并返回程序起点M05模态主轴停止转动M06非模态换刀M98非模态调用子程序M07模态切削液打开M99非模态子程序结束M09模态切削液停止其中： M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC系统内定的辅
33、助功能，不由机床制造商设计决定，也就是说，与PLC程序无关。 其余M代码用于控制机床各辅助功能的开关动作，其功能不由CNC内定，而是由PLC程序指定，所以有可能因制造商不同而有差异。具体使用时请使用者参考机床说明书。辅助功能由地址字M和其后的1或2位数字组成，主要用于控制零件程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作（如主轴的旋转、冷却液的开关等）。M功能有模态和非模态两种形式。 非模态M功能（当段有效代码）：只在书写了该代码的程序段中有效。 模态M功能（续效代码）：一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。模态M功能组中包含一个缺省功能（表中标），系统上电时将被初始化为该功能。
