數(shù)控加工畢業(yè)論文

1、摘 要 此次設計是基于SEMENS802S的典型零件的編程與加工。數(shù)控技術及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標志。數(shù)控技術及數(shù)控機床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的產業(yè)結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(1T)與制造技術(MT)結合發(fā)展的結果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術，都是建立在數(shù)控技術之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學生必不可少的。本次設計內容

2、介紹了數(shù)控加工的特點、加工工藝分析以及數(shù)控編程的一般步驟。并利用CAXA制造工程師軟件完成零件的三維造型，進行加工軌跡設計，實現(xiàn)加工仿真。利用SEMENS仿真軟件完成仿真加工。利用CAD/CAM軟件及G代碼指令進行手工編程。關鍵詞： 數(shù)控技術 CAXA制造工程師 三維造型 仿真加工 手工編程 自動編程AbstractThe Key words：Numerical control、The engineer of CAXA makes、Entity the shape、Simulation fabricate、Manual programming、Automatic programming目 錄第

3、一章：概 述11.1 數(shù)控加工的特點1.2 數(shù)控機床1.3 數(shù)控加工1.4 數(shù)控編程系統(tǒng)1.5 CAD/CAM系統(tǒng)1.6 CAXA制造工程師進行自動編程的基本步驟第二章：總體方案設計與論證 2第三章：各組成部分方案設計與計算 3軸 類 零 件 1第一節(jié)1-1-第二節(jié)2-2-第三節(jié)3-3-第四節(jié)4-4-第五節(jié)5-5-軸 類 零 件 2第一節(jié)1-1-第二節(jié)2-2-第三節(jié)3-3-第四節(jié)4-4-第五節(jié)5-5-第四章：設計總結第五章：參考文獻附 錄一附 錄二第一章 概 述1.1 數(shù)控加工的特點數(shù)控加工，也稱之為NC（Numerical Control）加工，是以數(shù)值與符號構成的信息，控制機床實現(xiàn)自動運轉

4、。數(shù)控加工經歷了半個世紀的發(fā)展已成為應用于當代各個制造領域的先進制造技術。數(shù)控加工的最大特征有兩點：一是可以極大地提高精度，包括加工質量精度及加工時間誤差精度；二是加工質量的重復性，可以穩(wěn)定加工質量，保持加工零件質量的一致。也就是說加工零件的質量及加工時間是由數(shù)控程序決定而不是由機床操作人員決定的。數(shù)控加工具有如下優(yōu)點：（1） 提高生產效率；（2） 不需熟練的機床操作人員；（3） 提高加工精度并且保持加工質量；（4） 可以減少工裝卡具；（5） 可以減少各工序間的周轉，原來需要用多道工序完成的工件，數(shù)控加工一次裝夾完成加工，縮短加工周期，提高生產效率；（6） 容易進行加工過程管理；（7） 可以減

5、少檢查工作量；（8） 可以降低廢、次品率；（9） 便于設計變更，加工設定柔性；（19） 容易實現(xiàn)操作過程的自動化，一個人可以操作多臺機床；（11） 操作容易，極大減輕體力勞動強度隨著制造設備的數(shù)控化率不斷提高，數(shù)控加工技術在我國得到日益廣泛的使用，在模具行業(yè)，掌握數(shù)控技術與否及加工過程中的數(shù)控化率的高低已成為企業(yè)是否具有競爭力的象征。數(shù)控加工技術應用的關鍵在于計算機輔助設計和制造（CAD/CAM）系統(tǒng)的質量。1.2 數(shù)控機床20世紀40年代末，美國開始研究數(shù)控機床，1952年，美國麻省理工學院（MIT）伺服機構實驗室成功研制出第一臺數(shù)控銑床，并于1957年投入使用。這是制造技術發(fā)展過程中的一個

6、重大突破，標志著制造領域中數(shù)控加工時代開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術的研究的發(fā)展。我國于是1958年開始研制數(shù)控機床，成功試制出配有電子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床，1965年開始批量生產配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標數(shù)控銑床。經過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機床已經在工業(yè)界得到廣泛應用，在模具制造行業(yè)的應用尤為普及。數(shù)控機床種類繁多，模具制造常用數(shù)控加工機床有：數(shù)控銑床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控磨床和數(shù)控車床。數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成

7、?？刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機床的運算、管理和控制，通過輸入介質得到數(shù)據，對這些數(shù)據進行解釋和運算并對機床產生作用；伺服系統(tǒng)根據控制系統(tǒng)的指令驅動機床，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機床執(zhí)行件（工作臺、轉臺、滑板等）的位移和速度變化量，并將檢測結果反饋到輸入端，與輸入指令進行比較，根據其差別調整機床運動；機床傳動系統(tǒng)是由進給伺服驅動元件至機床執(zhí)行件之間的機械進給傳動裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)（能進行重復加工）、自動換刀（可交換指定的刀具）、傳動間隙補償（補償機械傳動系統(tǒng)產生的間隙誤差）等等。1.3 數(shù)控加工數(shù)控加工是將待加工零件進行數(shù)字化表達，數(shù)控機床按數(shù)字量控制刀具

8、和零件的運動，從而實現(xiàn)零件加工的過程。被加工零件采用線架、曲面、實體等幾何體來表示，CAM系統(tǒng)在零件幾何體基礎上生成刀具軌跡，經過后處理生成加工代碼，將加工代碼通過傳輸介質傳給數(shù)控機床，數(shù)控機床按數(shù)字量控制刀具運動，完成零件加工。其過程如下圖所示：【零件信息】【CAD系統(tǒng)造型】【CAM系統(tǒng)生成加工代碼】【數(shù)控機床】【零件】（1）零件數(shù)據準備：系統(tǒng)自設計和造型功能或通過數(shù)據接口傳入CAD數(shù)據，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在實際的數(shù)控加工中，零件數(shù)據不僅僅來自圖紙，特別在廣泛采用Internet網的今天，零件數(shù)據往往通過測量或通過標準數(shù)據接口傳輸?shù)确绞降玫?。?）確定粗加工、半

9、精加工和精加工方案。（3）生成各加工步驟的刀具軌跡。（4）刀具軌跡仿真。（5）后期處理輸出加工代碼。（6）輸出數(shù)控加工工藝技術文件。（7）傳給機床實現(xiàn)加工。1.4 數(shù)控編程系統(tǒng)數(shù)控加工機床與編程技術兩者的發(fā)展是緊密相關的。數(shù)控加工機床的性能提升推動了編程技術的發(fā)展，而編程手段的提高也促進了數(shù)控加工機床的發(fā)展，二者相互依賴?，F(xiàn)代數(shù)控技術下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向發(fā)展，而編程方式也越來越豐富。數(shù)控編程可分為機內編程和機外編程。機內編程指利用數(shù)控機床本身提供的交互功能進行編程，機外編程則是脫離數(shù)控機床本身在其他設備上進行編程。機內編程的方式隨機床的不同而異，可以以“手工”的形式分行輸入

10、控制代碼（手工編程）、交互方式輸入控制代碼（會話編程）、圖形方式輸入控制代碼（圖形編程），甚至可以語音方式輸入控制代碼（語音編程）或通過高級語言方式輸入控制代碼（高級語言編程）。但機內編程一般來說只適用于簡單形體，而且效率較低。機外編程也可以分成手工編程、計算機輔助APT編程和CAD/CAM編程等方式。機外編程由于其可以脫離數(shù)控機床進行數(shù)控編程，相對機內編程來說效率較高，是普遍采用的方式。隨著編程技術的發(fā)展，機外編程處理能力不斷增強，已可以進行十分復雜形體的靈敏控加工編程。隨著微電子技術和CAD技術的發(fā)展，自動編程系統(tǒng)也逐漸過渡到以圖形交互為基礎的與CAD集成的CAD/CAM系統(tǒng)為主的編程方法

11、。與以前的語言型自動編程系統(tǒng)相比，CAD/CAM集成系統(tǒng)可以提供單一準確的產品幾何模型，幾何模型的產生和處理手段靈活、多樣、方便，可以實現(xiàn)設計、制造一體化。雖然數(shù)控編程的方式多種多樣，毋庸置疑，目前占主導地位的是采用CAD/CAM數(shù)控編程系統(tǒng)進行編程。1.5 CAD/CAM系統(tǒng)20世紀90年代以前，市場上銷售的CAD/CAM軟件基本上為國外的軟件系統(tǒng)。90年代以后國內在CAD/CAM技術研究和軟件開發(fā)方面進行了卓有成效的工作，尤其是在以PC機動性平臺的軟件系統(tǒng)。其功能已能與國外同類軟件相當，并在操作性、本地化服務方面具有優(yōu)勢。一個好的數(shù)控編程系統(tǒng)，已經不是一種僅僅是繪圖，做軌跡，出加工代碼，他

12、還是一種先進的加工工藝的綜合，先進加工經驗的記錄，繼承，和發(fā)展。北航海爾軟件公司經過多年來的不懈努力，推出了CAXA制造工程師數(shù)控編程系統(tǒng)。這套系統(tǒng)集CAD、CAM于一體，功能強大、易學易用、工藝性好、代碼質量高，現(xiàn)在已經在全國上千家企業(yè)的使用，并受到好評，不但降低了投入成本，而且提高了經濟效益。CAXA制造工程師數(shù)編程系統(tǒng)，現(xiàn)正在一個更高的起點上騰飛。（國產）CAD/CAM軟件1.6利用CAXA制造工程師CAD/CAM系統(tǒng)進行自動編程的基本步驟CAM系統(tǒng)的編程基本步驟如下：l 理解二維圖紙或其它的模型數(shù)據l 建立加工模型或通過數(shù)據接口讀入l 確定加工工藝（裝卡、刀具等）l 生成刀具軌跡l 加

13、工仿真l 后期處理生成NC代碼l 輸出加工代碼現(xiàn)在分別予以說明。1、加工工藝的確定加工工藝的確定目前主要依靠人工進行，其主要內容有：l 核準加工零件的尺寸、公差和精度要求l 確定裝夾位置l 選擇刀具l 確定加工路線l 選定工藝參數(shù)2、加工模型建立利用CAM系統(tǒng)提供的圖形生成和編輯功能將零件的被加工部位繪制計算機屏幕上。作為計算機自動生成刀具軌跡的依據。加工模型的建立是通過人機交互方式進行的。被加工零件一般用工程圖的形式表達在圖紙上，用戶可根據圖紙建立三維加工模型。針對這種需求，CAM系統(tǒng)應提供強大幾何建模功能，不僅應能生成常用的直線和圓弧，還應提供復雜的樣條曲線、組合曲線、各種規(guī)則的和不規(guī)則的

14、曲面等的造型方法，并提供種過渡、裁剪、幾何變換等編輯手段。被加工零件數(shù)據也可能由其他CAD/CAM系統(tǒng)傳入，因此CAM系統(tǒng)針對此類需求應提供標準的數(shù)據接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越來越細，企業(yè)之間的協(xié)作越來越頻繁，這種形式目前越來越普遍。被加工零件的外形不可能是由測量機測量得到，針對此類的需求，CAM系統(tǒng)應提供讀入測量數(shù)據的功能，按一定的格式給出的數(shù)據，系統(tǒng)自動生成零件的外形曲面。3、刀具軌跡生成建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程師系統(tǒng)提供的多種形式的刀具軌跡生成功能進行數(shù)控編程。CAXA制造工程師中提供了十余種加工軌跡生成的方法。用戶可以根據所要加工工件的形狀特點、

15、不同的工藝要求和精度要求，靈活的選用系統(tǒng)中提供的各種加工方式和加工參數(shù)等，方便快速地生成所需要的刀具軌跡即刀具的切削路徑。CAXA制造工程師在研制過程中深入工廠車間并有自己的實驗基地，它不僅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工廠中的加工工藝經驗，它是二者的完美結合。在CAXA制造工程師中做刀具軌跡，已經不是一種單純的數(shù)值計算，而是工廠中數(shù)控加工經驗的生動體現(xiàn)，也是你個人加工經驗的積累，它人加工經驗的繼承，為滿足特殊的工藝需要，CAXA制造工程師能夠對已生成的刀具軌跡進行編輯。CAXA制造工程師還可通過模擬仿真檢驗生成的刀具軌跡的正確性和是否有過切產生。并可通過代碼較核，用圖形方法檢驗加工代

16、碼的正確性。4、后期G代碼生成在屏幕上用圖形形式顯示的刀具軌跡要變成可以控制機床的代碼，需進行所謂后期處理。后期處理的目的是形成數(shù)控指令文件，也就是平我們經常說的G代碼程序或NC程序。CAXA制造工程師提供的后期處理功能是非常靈活的，它可以通過用戶自己修改某些設置而適用各自的機床要求。用戶按機床規(guī)定的格式進行定制，即可方便地生成和特定機床相匹配的加工代碼。5、加工代碼輸出生成數(shù)控指令之后，可通過計算機的標準接口與機床直接連通。CAXA制造工程師可以提供我們自己開發(fā)的通信軟件，完成通過計算機的串口或并口與機床連接，將數(shù)控加工代碼傳輸?shù)綌?shù)控機床，控制機床各坐標的伺服系統(tǒng)，驅動機床。隨著我們國家加工

17、制造業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)控加工技術得到空前廣泛的應用，CAXA的CAD/CAM軟件得到了日益廣泛的普及和應用。我們相信當你認識了CAXA制造工程師以后，CAXA制造工程師一定會走到你的身邊，成為你身邊的不可多得的造型能手，忠實可靠的編程高手，數(shù)控加工工藝的良師益友。第二章 總體方案設計與論證此次設計共有2個軸類零件，為期14周。我根據實際情況分配自己的時間，在時間安排上我基本上是按照韓老師的要求的進度來進行的，我們開設的課程數(shù)控機床講述的是基于SIEMENS802S系統(tǒng)的編程，接到任務書后就著手開始手工編程和去圖書館借閱了相關的參考資料。在接到任務書（12月25日）開始到1月20日，調研、收集并消

18、化資料，隨后進行了對零件工藝分析以及進一步熟悉此次設計用到的軟件；1月21-3月5日，我在寒假里認真地對CAXA制造工程師軟件和SIEMENS仿真軟件的操作復習演練，完成了2個零件的實體造型和仿真加工，并且對華中數(shù)控系統(tǒng)的操作和原理進行了了解，以便進行真實加工。我們依靠CAXA軟件的自動編程功能自動編輯了程序。3月6日-3月13日我們對前面的自動編輯的程序進行了手動修正，使程序變的簡潔明了，從而完成了程序設計。在學校我們進行了為期差不多一個月的實際零件加工，發(fā)現(xiàn)了 寒假期間我們才開始編寫設計說明書，總體來說是順利的 。通過編寫設計說明書，我們發(fā)現(xiàn)我們這樣的設計中的許多不足之處，為此邊編輯邊修改

19、，最終趨向合理化！實踐證明，我們的總體方案是可行的，而且也是非常成功的。第三章 各組成部分方案設計與計算軸 類 零 件1第一節(jié) 工藝分析a 零件圖分析：（見附錄二中的零件圖1）b結構工藝分析：。c選擇合適的安裝方式：采用通用夾具。d加工方案:第二節(jié) 手工編程第三節(jié) 三維造型實現(xiàn)加工仿真第四節(jié) SIEMENS仿真加工第五節(jié) 數(shù)控真實加工軸 類 零 件2第一節(jié) 工藝分析a 零件圖分析：（見附錄二中的零件圖）b結構工藝分析：。c選擇合適的安裝方式：采用通用夾具。第二節(jié) 手工編程1. 工序卡片黃石理工學院（ ） 加工工藝卡產品名稱零件編號零件材料圖號工序號程序編號夾具名稱夾具編號使用設備車間工步號工步

20、內容加工面刀具號刀具規(guī)格主軸轉速（r/min）進給量(mm/min)背吃刀量(mm)備注0102030405064.刀具卡片產品名稱零件圖號程序編號工序號刀具號刀具名稱刀具型號刀片刀尖半徑（mm）備注型號牌號2. 程序清單程序名：程序編號：零件圖號：時間：序號程序說明序號程序說明第三節(jié) 三維造型實現(xiàn)加工仿真第四節(jié) SIEMENS仿真加工第五節(jié) 數(shù)控真實加工第四章 設計總結附錄一SIEMENS802S 數(shù)控指令格式（部分）1 支持的G代碼分類分組代碼意義格式備注插補1G0快速線性移動( 笛卡爾坐標)G0 X Y Z G1*帶進給率的線性插補( 笛卡爾坐標)G1 X Y Z G2順時針圓弧(笛卡爾

21、坐標, 終點+圓心)G2 X Y Z I J K XYZ確定終點, IJK確定圓心順時針圓弧(笛卡爾坐標, 終點+半徑)G2 X Y Z CR= XYZ確定終點, CR為半徑( 大于0為優(yōu)弧, 小于0為劣弧)順時針圓弧(笛卡爾坐標, 圓心+圓心角)G2 AR= I J K AR確定圓心角(0到360度), IJK確定圓心順時針圓弧(笛卡爾坐標, 終點+圓心角)G2 AR= X Y Z AR確定圓心角(0到360度), XYZ確定終點G3逆時針圓弧(笛卡爾坐標, 終點+圓心)G3 X Y Z I J K 逆時針圓弧(笛卡爾坐標, 終點+半徑)G3 X Y Z CR= 逆時針圓弧(笛卡爾坐標, 圓

22、心+圓心角)G3 AR= I J K 逆時針圓弧(笛卡爾坐標, 終點+圓心角)G3 AR= X Y Z G33加工恒螺距螺紋G33 ZK圓柱螺紋G33 ZXK錐螺紋（錐角小于45度）G33 ZXI錐螺紋（錐角大于45度）G33 XI端面螺紋G33 ZKSF=ZXKZXK多段連續(xù)螺紋SF=：起始點偏移值暫停2G4通過在兩個程序段之間插入一個G4程序段，可以使加工中斷給定的時間G4 FG4 SG4 F：暫停時間（秒）G4 S：暫停主軸轉速平面6G17*指定XY平面G17G18指定ZX平面G18G19指定YZ平面G19主軸運動3G25通過在程序中寫入G25或G26指令和地址S下的轉速，可以限制特定情

23、況下主軸的極限值范圍G25 S主軸轉速下限G26G26 S主軸轉速上限增量設置14G90*絕對尺寸G90G91增量尺寸G91單位13G70英制單位輸入G70G71*公制單位輸入G71可設定的零點偏移9G53取消可設定零點偏移（程序段方式有效）G538G500*取消可設定零點偏移（模態(tài)有效）G500G54第一可設定零點偏移值G54G55第二可設定零點偏移值G55G56第三可設定零點偏移值G56G57第四可設定零點偏移值G57進給15G94*進給率F毫米/分G95主軸進給率F毫米/轉2G63可編程的零點偏移3G158對所有坐標軸編程零點偏移G158后面的G158指令取代先前的可編程零點偏移指令；在

24、程序段中僅輸入G158指令而后面不跟坐標軸名稱時，表示取消當前的可編程零點偏移 2G74回參考點(原點)G74 X YZG74之后的程序段原先“插補方式”組中的G指令將再次生效；G74需要一獨立程序段，并按程序段方式有效G75返回固定點G75 XYZG75之后的程序段原先“插補方式”組中的G指令將再次生效；G75需要一獨立程序段，并按程序段方式有效刀具補償7G40*取消刀尖半徑補償G40 進行刀尖半徑補償時必須有相應的D號才能有效；刀尖半徑補償只有在線性插補時才能選擇G41左側刀尖半徑補償G41 G42右側刀尖半徑補償G42 18G450*刀補時拐角走圓角G450 圓弧過渡刀具中心軌跡為一個圓

25、弧，其起點為前一曲線的終點，終點為后一曲線的起點，半徑等于刀具半徑圓弧過渡在運行下一個，帶運行指令的程序段時才有效G451刀補時到交點時再拐角G451交點回刀具中心軌跡交點以刀具半徑為距離的等距線交點注：加"*"號功能程序啟動時生效2 支持的M代碼代碼意義格式功能M0編程停止M1選擇性暫停M2主程序結束返回程序開頭M3主軸正轉M4主軸反轉M5主軸停轉M6換 刀（缺省設置）選擇第x號刀, x范圍: 0-32000 , T0取消刀具M6T生效且對應補償D生效H補償在Z軸移動時才有效M17子程序結束若單獨執(zhí)行子程序則此功能同M2和M30相同M30主程序結束且返回3 其他指令指令意

26、義格式IF有條件程序跳躍IF expression GOTOB LABEL或IF expression GOTOF LABELLABEL：IF 跳轉條件導入符GOTOB 帶向后跳躍目的的跳躍指令（朝程序開頭）GOTOF 帶向前跳躍目的的跳躍指令（朝程序結尾）LABEL 目的（程序內標號）LABEL： 跳躍目的；冒號后面的跳躍目的名= = 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

27、弦Cos(x)SQRT開方SQRT(x)GOTOB向后跳轉GOTOB LABEL向程序開始的方向跳轉LABEL：所選的標記符GOTOF向前跳轉GOTOF LABEL向程序結束的方向跳轉參數(shù)意義同上LCYC82鉆削，深孔加工R101 R102 R103 R104 R105LCYC82R101：退回平面（絕對平面）R102：安全距離R103：參考平面（絕對平面）R104：最后鉆深（絕對值）R105：在此鉆削深度停留時間例：N10 G0 G18 G90 F500 T2 D1 S500 M4N20 Z110 X0N25 G17N30 R101=110 R102=4 R103=102 R104=75N3

28、5 R105=2N40 LCYC82N50 M2LCYC83深孔鉆削R101 R102 R103 R104 R105 R107 R108 R109 R110R111 R127LCYC83R107：鉆削進給率R108：首鉆進給率R109：在起始點和排屑時停留時間R110：首鉆深度R111：遞減量，無符號R127：加工方式：斷屑=0，排屑=1其他參數(shù)意義同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鏜孔R101 R102 R103 R104 R105 R107 R108LCYC85R107：確定鉆削時的進給率大小R108：確定退刀時的進給率大小其余參數(shù)意義同LCYC82例：N10 G0 G90 G18 F1000 S500 M3 T1 D1N20 Z110 X0N25 G17N30 R101=1