数控编程专业课程设计.doc

机电工程系数控编程课程设计题 目： 凹槽零件设计及加工 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0902 姓 名： 王 英 学 号： 091207 成 绩： 指导老师： 肖 传 军 10月19日目 录数控编程课程设计任务书1第一章 实体建模6第二章 加工工艺分析8第三章 自动编程及数控仿真加工10第四章 现场加工18总结19参考文件19感想19附件一：20附件二22附件三23数控编程课程设计任务书一、 课程设计概述数控编程课程设计实训是机械设计制造及自动化专业必修课程之一，它能够提升学生动手能力，丰富学生理论知识。是一门理论和实践相结合综合性专业基础课。经过数控编程课程设计实训学习，要求学生能够独立设计箱体和型腔壳体类零件，能独立完成零件实体造型，绘制工程图，并能够合理选择卡具和加工设备，分析加工工艺，独立完成数控编程，生成NC代码，最终完成零件加工。本课程设计不仅提升了学生设计能力，绘图能力，编程能力，还能够锻炼其机床操作能力，对以后工作和学习打下坚实基础。二、 设计目标经过此次课程设计，了解并掌握利用pro/E软件对零件进行结构设计能力，计算机绘图能力及掌握计算机辅助制造过程和方法，培养自动编程技能。掌握数控机床进行机械加工基础方法，巩固数控加工编程相关知识，将理论知识和实际工作结合起来，并最终达成能够独立从事数控加工程序编制工作能力。三、 设计任务依据本任务书提供零件图及相关技术要求，用pro/E软件完成零件设计，工程图绘制，零件工艺分析，加工工序卡编制，数控加工程序编制，最终用华中HNC-21M数控机床加工出所设计工件。 课程设计题目不限，但内容需满足设计要求。四、 设计要求1) 绘制零件图。了解该零件在部件或总成中位置和功用，和部件或总成对该零件提出技术要求；找出其关键技术要求和技术关键，并在下面确定工艺规程时给予考虑；对所加工零件进行结构工艺性分析，分析其结构特点；检验所给零件图完整性和正确性，完成该零件实体结构设计并根据机械制图标准绘制其零件图；2) 编制零件数控加工工艺规程。在对零件进行具体分析基础上，根据数控加工工艺确定标准，确定整个零件加工工艺规程，确定毛坯，确定加工工艺基准；确定零件工艺路线，包含确定各加工表面加工方法、正确划分加工阶段、合理安排加工工序次序、选择工装、刀具、量具，并对其加工工艺参数进行确定；确定对刀点和换刀点。3) 确定夹具及夹紧方案。对某一道相对复杂工序，在确定定位装夹方案基础上，选择一个适宜夹具，完成本工序加工。该夹具应含有定位可靠，装卸方便、操作安全方便省力、夹紧可靠且合适等特点，适合于数控机床加工使用。4） 确定零件设计原点和加工原点。对将进行数控加工工序，确定加工零点、换刀方法，确定其编程坐标系，并最终经过绘制数控加工编程坐标系方法给予明确。标识对刀点和换刀点。5）编制零件加工工艺并编制数控加工程序。参考数控加工编程坐标系图，根据数控加工工艺规程，采取自动编程方法对该工序进行数控程序编制，生成NC代码，并在数控仿真软件上进行调试。6）现场加工。将已经调试好零件加工程序，存于3.5寸软盘，将其导入数控机床，安装好所需刀具，夹紧工件，对刀找到编程原点，进行数控加工。7）编写课程设计说明书。设计说明书需打印：正文：宋体五号，单倍行距；页眉：宋体小五号，内容包含 班级 姓名 数控编程课程设计说明书字样；设计结果包含：设计任务书，设计思绪，设计步骤，设计过程说明和阶段结果，并附有零件实体模型图，工程图，工艺分析方案，刀具和夹具选择方案，现场加工结果。分析设计任务和要求方案设计总体结构设计零件造型，绘制工程图加工工艺分析，编制工序卡片数控加工程序编制及程序调试现场加工完成汇报五、 课程设计内容及课时分配序号课 题教学时数教学形式备注1一、 三维造型及工程图1、 三维造型和给选择工件要求一致2、 三维造型符合成型工艺要求3、 工程图表示完整、标注正确30理论、演示及练习2二、 工件CAM成型模拟1、 CAM模型符合加工要求2、 加工坐标系建立10理论、演示及练习3三、 CAM编程及模拟加工1、 工序安排合理2、 参数设置合理3、 加工结果和工件一致4、 数控仿真模拟加工5、10理论、演示及练习4四、 数控加工1、 加工操作符合操作规程要求2、 工件安装正确3、 对刀操作正确4、 加工结果和工件符合10理论、演示及练习课题一 三维造型及工程图实习目标：掌握PRO-E软件基础操作，掌握加工工件三维造型及标注工程图。实习要求：学生能够设计简单工件造型及工程图。课题二 工件CAM成型模拟实习目标：掌握PRO-E软件CAM部分和加工模型建立实习要求：建立CAM模型符合加工要求。课题三 CAM编程及模拟加工实习目标：掌握工件加工工艺分析，自动加工参数设置和零件加工。实习要求：零件加工符合加工要求。课题四 数控加工实习目标：经过机床实际加工完成零件验证。实习要求：熟练操作机床，学生能够独立完成零件加工，符合加工设计要求。六、 相关知识介绍及参考资料1.数控加工概论，李诚人编著，清华大学出版社，出版。2.数控加工自动编程，吴明有编著，清华大学出版社，出版。七、 成绩评定第一课题占30%，第二课题占10%，第三课题占30%，第四课题占20%，考勤占10%。第一章 实体建模1. 建新文件开启PRO/E，设置工作目录，路径为D盘下wy07文件夹（注：文件夹名称中不能包含汉字）。系统弹出对话框，选择“零件”“实体”类型。并选择公制模板进入实体建摸。2. 拉伸零件主体I实体模型中，以FRONT基准面为草绘平面，TOP基准面为参考，拉申实体模型150mm100mm10mm，实体拉伸模型图1.1。 图1.13. 拉伸零件主体II在图1基础上，以其上表面为草绘基准屏平面，草绘一个距离零件I左边界30mm、上边界7mm、尺寸为120mm86mm矩形，并对四角倒R10圆角，退出草绘进行拉伸，拉伸高度为10mm图1.2。 图1.24. 拉伸去除材料步骤I选择上表面为草绘平面进入草绘，草绘一个60圆（圆心位置：距离零件I右边41mm，下边距50mm），退出进行拉伸（反向），拉伸深度为15mm图1.3。图1.35. 拉伸取出材料步骤II以上表面为草绘平面，草绘一个距离零件II左边9mm、中心在X轴，尺寸为32mm60mm矩形，并对四角倒圆角，（圆角半径为2mm）。退出进行拉伸（反向），拉伸深度为10mm图1.3。图1.46. 在第I步主体表面上进行打孔利用孔工具进行打沉孔（刀具参数为上孔15mm，下孔12mm，）圆心距离X轴、Y轴分别为30mm和12mm，完成后反向并去除材料深度25mm。图1.57. 镜像第6步孔选中第6步沉孔，以X轴为对称轴镜像另一侧。图1.68. 拉伸去除材料以圆形凹槽上表面为基准面进行草绘，绘制熊图案（尺寸见附件/工程图1）。拉伸去除材料命令，高度为3mm。设计模型目标是完成一个精巧烟灰缸艺术品，经过建模、工艺分析和仿真来实现。第二章 加工工艺分析1. 加工毛坯选择通常地，选择毛坯要考虑多个方面A.材料工艺B.毛坯尺度工艺性能C.零件生产纲要。依据零件图及加工要求选择45#钢150mm100mm20mm。2. 加工机床选择（1）数控机床关键规格尺寸应和工件轮廓尺寸相适应，做到设备合理使用。（2）机床工作精度和工序要求加工精度相适应。依据零件加工精度要求选择机床，如精度要求低粗加工工序，应选择精度低机床，精度要求高精加工工序，应选择精度高机床。（3）机床功率和刚度和机动范围应和工序性质和最适宜切削用量相适应。如粗加工工序去除毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大功率和很好刚度。（4）装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备是需要考虑一个原因。选择采取卧式数控机床，还是选择立式数控机床，将直接影响所选择夹具结构和加工坐标系，直接关系到数控编程难以程度和数控加工可靠性。此处选择数控机床为华中数控HNC-21M。3.加工中刀具选择刀具选择是数控加工关键工艺内容之一，不仅要精度高，刚度高，耐用度高，要求尺寸稳定，安装方便，这就要求采取新型优质材料制造数控加工工具，并优选刀具参数。选刀具时，要使用刀具尺寸和被加工表面尺寸和形状相适应。生产过程中，平面零件周围轮廓加工，常采取立铣刀。铣削平面时，应选择硬质合金刀片铣刀；加工凸台或凹槽选择高速立铣刀。图2.14. 夹具选择此次选择夹具为平口虎钳。5. 工艺分析 包含工序安排和使用标准说明 加工次序通常包含切削加工工序，热处理工序和辅助工序。切削加工工序通常安排标准以下：基面先行 用作基准面时表面应先加工，任何零件加工过程总是先对定位基准进行加工。先面后孔 对于箱体，支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔深度尺寸因为基准面为准，所以先加工平面，然后加工孔。6. 工艺参数计算（见附件3） 计算公式主轴转速N= 1000Vc/d 进给速度Vf=NZfzVC 切削速度 D 刀具直径 fz 刀具每齿进给率 Z刀具齿数 N 主轴转数7. 工序卡数控加工工序卡片零件名称零件材料夹 具使用设备班 级姓 名日 期凹槽零件45#钢平口虎钳HNC-21M机制0902王英12/10/19工步号工步内容所选加工方法刀具号刀具规格及名称主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）被吃刀量（mm）1挖槽边界加工#11060D10平刀95522952挖槽通常加工#11060D10平刀95522933挖槽通常加工#11060D10平刀95522954挖槽通常加工#2460D4平刀238857335钻孔钻孔加工#31260钻头3989526钻孔钻孔加工#41570平刀6371522第三章 自动编程及数控仿真加工1. 加工概述：1、毛坯去毛刺（钳工），同时利用10立铣刀对工件进行外形加工，铣出外形为150mm100mm20mm；2、挖槽：用10平刀铣工件外轮廓，工件下层厚度变为10mm；3、用10平刀铣出外形为120mm86mm矩形（带倒圆角），形成一矩形环凹槽；4、用10平刀铣出外形为60圆凹槽；5、用4平刀铣出轮廓熊形图案轮廓凹槽；6、钻孔：用12钻头加工出位工件左侧两个通孔；7、基于第6步基础上用15钻头加工一定深度，形成沉孔。2. 文件转换利用PRO/E绘好零件图后，将零件图“保留副本”输入名称和文件类型选择“IGES”格式确定生成“IGES”格式文件，经过MASTERCAM打开该文件，进行加工编程。文件导入Mastercam 后加工设置 设置加工原点及毛坯。图3.13. 加工工序及刀具路径工序一 挖槽（1）利用直径10mm长度60mm平刀对工件进行挖槽，形成120mm86mm（带倒圆角R=10）矩形凸台。 刀具 工艺参数设置图图3.2（2）刀具路径图3.3工序二 挖槽（1）利用直径10mm长度60mm平刀对工件进行挖槽，形成60mm32mm（带倒圆角R=2）矩形凹槽。 刀具 工艺参数设置图图3.4（2）刀具路径图3.5工序三（1）挖槽 利用直径10mm长度60mm平刀在工件上挖槽，外形60圆形凹槽。刀具 工艺参数设置图图3.6(2) 刀具路径图3.7工序四 挖槽（1）利用直径4mm长度60mm平刀铣出外形为熊图案凹形槽。刀具 工艺参数设置图图3.8(2) 刀具路径图3.9工序五 （1）钻孔利用直径为12mm长度为60钻头钻出12通孔。刀具 工艺参数设置图图3.10(2) 刀具路径图3.11工序六 （1）钻孔在工序五基础上，利用15钻刀钻出深4mm孔，从而形成沉孔。刀具 工艺参数设置图图3.12(2) 刀具路径图3.134. 加工工序总图图3.14加工刀轨总图图3.15依据华中后处理，生成NC文件为0007.Nc。(程序摘取见附件二)4. 数控加工仿真（1）使用南京宇航数控仿真系统 HNC-21M 卡具为虎钳，毛坯刀具放置根据工序卡安排，使用0007.NC进行加工。（2）确定零件设计原点和加工原点。对刀使用基准芯棒，对XY，试切Z轴，确定加工坐标系原点G54。关闭舱门，进行自动加工。加工结果图。图3.16第四章 现场加工经过建模，加工工艺分析，软件仿真，掌握了部分基础零件加工。依据要求对给定零件进行加工，零件工程图见附录，现在就零件工艺分析以下：一、工艺分析此零件是盘类零件，该工件加工精度要求较高，采取一般数控机床华中世纪星HNC-21。工件材料可选择尼纶，外轮廓是是正方形，采取平口虎钳即可装夹。刀具材料选择高速钢。主轴转速为1000r/min，进给量为200mm/min，被吃刀量为3mm，依据零件轮廓采取10mm铣刀即可完成加工，加工时采取对刀方法为试切法，程序传输方法为232串口。二、加工过程（1）开启数控机床、电脑，将加工程序导入数控机床；（2）在数控机床上验证程序；（3）装夹工件；（4）机床回参考点；（5）采取试切法对刀；（6）统计工件坐标系，选择G54坐标系，然后输入工件坐标；（7）自动加工，循环开启；（8）加工完成后，关闭机床，卸下工件。三、加工结果图4.1总结 此次课程设计让我熟悉并利用了pro/e、宇航仿真系统和Mastercam等软件进行从实体建模、工艺分析、自动编程及数控加工仿真、现场加工整个过程。了解到现实加工中需要考虑到原因很多，如刀具、夹具、工艺和毛坯选择、参数计算。经过一周实训，我得出了一个结论：理论是实践基础，只有不停在实践中总结经验，并对先前理论进行消化和创新，自己水平才会得以提升，我将会在以后学习和工作中，不停提升并完善自己动手能力。参考文件1数控加工概论 李诚人编著 清华大学出版社2数控加工自动编程 吴明有编著 清华大学出版社3机械制造工程学 张书森编著 东北大学出版社感想它是一次综合应用，集很多软件集合综合体，帮助我们完成了各自零件设计，知道零件制造来龙去脉，让我们清醒认识到：只依靠书本上知识是远远不够，更关键是锻炼个人实际动手操作能力。在此，我衷心感谢肖老师对我们传授和指导，在她精心教导下，我们又学会并掌握了很多专业知识，为以后工作奠定了一定基础。附件一：程序NC代码：%0007G54G90N1906T3M6N1908G0G90X-62.Y30.S637M3N1912G1Z8.F382.N1914G0Z10.N1916G1Z6.N1918G0Z10.N1920Z8.N1922G1Z4.N1924G0Z10.N1926Z6.N1928G1Z2.N1930G0Z10.N1932Z4.N1934G1Z0.N1936G0Z10.N1938Z2.N1940G1Z-2.N1942G0Z10.N1944Z0.N1946G1Z-4.N1948G0Z10.N1950Z-2.N1952G1Z-6.N1954G0Z10.N1956Z-4.N1958G1Z-8.N1960G0Z10.N1962Z-6.N1964G1Z-10.N1966G0Z10.N1968Z-8.N1970G1Z-12.N1972G0Z10.N1974Z-10.N1976G1Z-14.N1978G0Z10.N1980Z-12.N1982G1Z-16.N1984G0Z10.N1986Z-14.N1988G1Z-18.N1990G0Z10.N1992Z-16.N1994G1Z-20.N1996G0Z10.N1998Z-18.NG1Z-22.NG0Z10.NZ-20.NG1Z-24.NG0Z10.NZ-22.NG1Z-25.NG0Z10.NX-61.965Y30.044NG1Z8.NG0Z10.N2022G1Z6.N2024G0Z10.N2026Z8.N2028G1Z4.N2030G0Z10.N2032Z6.N2034G1Z2.N2036G0Z10.N2038Z4.N2040G1Z0.N2042G0Z10.N2044Z2.N2046G1Z-2.N2048G0Z10.N2050Z0.N2052G1Z-4.N2054G0Z10.N2056Z-2.N2058G1Z-6.N2060G0Z10.N2062Z-4.N2064G1Z-8.N2066G0Z10.N2068Z-6.N2070G1Z-10.N2072G0Z10.N2074Z-8.N2076G1Z-12.N2078G0Z10.N2080Z-10.N2082G1Z-14.N2084G0Z10.N2086Z-12.N2088G1Z-16.N2090G0Z10.N2092Z-14.N2094G1Z-18.N2096G0Z10.N2098Z-16.N2100G1Z-20.N2102G0Z10.N2104Z-18.N2106G1Z-22.N2108G0Z10.N2110Z-20.N2112G1Z-24.N2114G0Z10.N2116Z-22.N2118G1Z-25.N2120G0Z10.N2122X-62.Y-30.N2124G1Z8.N2126G0Z10.N2128G1Z6.N2130G0Z10.N2132Z8.N2134G1Z4.N2136G0Z10.N2138Z6.N2140G1Z2.N2142G0Z10.N2144Z4.N2146G1Z0.N2148G0Z10.N2150Z2.N2152G1Z-2.N2154G0Z10.N2156Z0.N2158G1Z-4.N2160G0Z10.N2162Z-2.N2164G1Z-6.N2166G0Z10.N2168Z-4.N2170G1Z-8.N2172G0Z10.N2174Z-6.N2176G1Z-10.N2178G0Z10.N2180Z-8.N2182G1Z-12.N2184G0Z10.N2186Z-10.N2188G1Z-14.N2190G0Z10.N2192Z-12.N2194G1Z-16.N2196G0Z10.N2198Z-14.N2200G1Z-18.N2202G0Z10.N2204Z-16.N2206G1Z-20.N2208G0Z10.N2210Z-18.N2212G1Z-22.N2214G0Z10.N2216Z-20.N2218G1Z-24.N2220G0Z10.N2222Z-22.N2224G1Z-25.N2226G0Z10.N2228X-61.965Y-30.044N2230G1Z8.N2232G0Z10.N2234G1Z6.N2236G0Z10.N2238Z8.N2240G1Z4.N2242G0Z10.N2244Z6.N2246G1Z2.N2248G0Z10.N2250Z4.N2252G1Z0.N2254G0Z10.N2256Z2.N2258G1Z-2.N2260G0Z10.N2262Z0.N2264G1Z-4.N2266G0Z10.N2268Z-2.N2270G1Z-6.N2272G0Z10.N2274Z-4.N2276G1Z-8.N2278G0Z10.N2280Z-6.N2282G1Z-10.N2284G0Z10.N2286Z-8.N2288G1Z-12.N2290G0Z10.N2292Z-10.N2294G1Z-14.N2296G0Z10.N2298Z-12.N2300G1Z-16.N2302G0Z10.N2304Z-14.N2306G1Z-18.N2308G0Z10.N2310Z-16.N2312G1Z-20.N2314G0Z10.N2316Z-18.N2318G1Z-22.N2320G0Z10.N2322Z-20.N2324G1Z-24.N2326G0Z10.N2328Z-22.N2330G1Z-25.N2332G0Z10.N2342T4M6N2344G0G90X-62.Y30.S510M3N2348G1Z8.F357.N2350G0Z10.N2352G1Z6.N2354G0Z10.N2356Z8.N2358G1Z4.N2360G0Z10.N2362Z6.N2364G1Z2.N2366G0Z10.N2368Z4.N2370G1Z0.N2372G0Z10.N2374Z2.N2376G1Z-2.N2378G0Z10.N2380Z0.N2382G1Z-4.N2384G0Z10.N2386Z-2.N2388G1Z-6.N2390G0Z10.N2392Z-4.N2394G1Z-8.N2396G0Z10.N2398Z-6.N2400G1Z-10.N2402G0Z10.N2404Z-8.N2406G1Z-12.N2408G0Z10.N2410Z-10.N2412G1Z-14.N2414G0Z10.N2416X-61.965Y30.044N2418G1Z8.N2420G0Z10.N2422G1Z6.N2424G0Z10.N2426Z8.N2428G1Z4.N2430G0Z10.N2432Z6.N2434G1Z2.N2436G0Z10.N2438Z4.N2440G1Z0.N2442G0Z10.N2444Z2.N2446G1Z-2.N2448G0Z10.N2450Z0.N2452G1Z-4.N2454G0Z10.N2456Z-2.N2458G1Z-6.N2460G0Z10.N2462Z-4.N2464G1Z-8.N2466G0Z10.N2468Z-6.N2470G1Z-10.N2472G0Z10.N2474Z-8.N2476G1Z-12.N2478G0Z10.N2480Z-10.N2482G1Z-14.N2484G0Z10.N2486X-62.Y-30.N2488G1Z8.N2490G0Z10.N2492G1Z6.N2494G0Z10.N2496Z8.N2498G1Z4.N2500G0Z10.N2502Z6.N2504G1Z2.N2506G0Z10.N2508Z4.N2510G1Z0.N2512G0Z10.N2514Z2.N2516G1Z-2.N2518G0Z10.N2520Z0.N2522G1Z-4.N2524G0Z10.N2526Z-2.N2528G1Z-6.N2530G0Z10.N2532Z-4.N2534G1Z-8.N2536G0Z10.N2538Z-6.N2540G1Z-10.N2542G0Z10.N2544Z-8.N2546G1Z-12.N2548G0Z10.N2550Z-10.N2552G1Z-14.N2554G0Z10.N2556X-61.965Y-30.044N2558G1Z8.N2560G0Z10.N2562G1Z6.N2564G0Z10.N2566Z8.N2568G1Z4.N2570G0Z10.N2572Z6.N2574G1Z2.N2576G0Z10.N2578Z4.N2580G1Z0.N2582G0Z10.N2584Z2.N2586G1Z-2.N2588G0Z10.N2590Z0.N2592G1Z-4.N2594G0Z10.N2596Z-2.N2598G1Z-6.N2600G0Z10.N2602Z-4.N2604G1Z-8.N2606G0Z10.N2608Z-6.N2610G1Z-10.N2612G0Z10.N2614Z-8.N2616G1Z-12.N2618G0Z10.N2620Z-10.N2622G1Z-14.N2624G0Z10.N2626M5N2628G91G28Z0.N2630G28X0.Y0.N2632M30附件二设计内容设计说明及计算过程备注主轴转速及进给速度计算查表得Vc1=1536m/min 现取Vc1=30m/minVc2=1536m/min 现取Vc2=30m/minVc3=1016m/min 现取Vc3=15m/minVc4=1536m/min 现取Vc4=30m/minfz1=0.060.10mm/z 现取fz1= 0.08mm/zfz2=0.060.10mm/z 现取fz2= 0.08mm/zfz3=0.110.14mm/z 现取fz3=0.12mm/zfz4=0.060.10mm/z 现取fz4=0.08mm/z刀具采取10高速钢3齿端铣刀4 高速钢3齿端铣刀12高速钢2齿钻头15高速钢3齿端铣刀.主轴转速：N1=1000Vc/d=955（r/min）；N2=1000Vc/d=2388（r/min）；N3=1000Vc/d=398（r/min）；N4=1000Vc/d=637（r/min）；进给速度：Vf1= NZfz =229（mm/min）；Vf2= NZfz =573（mm/min）；Vf3= NZfz=95（mm/min）；Vf4= NZfz=152（mm/min）；注：主轴转速N= 1000Vc/d 进给速度Vf= NzfzVc 切削速度 d 刀具直径 fz 刀具每齿进给率 Z 齿数 N 主轴转数附件三