毕业设计（论文）蝴蝶形零件数控加工工艺及程序编制

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1、一、课题名称： 蝴蝶形零件数控加工工艺及程序编制二、毕业论文主要内容： 本论文对一个复杂典型零件进行分析，利用所学知识对零件的加工工艺进行分析，比较普通机械加工与数控加工的优缺点，最后对零件进行数控加工工艺进行分析，以及完成该零件的数控加工编程。三、计划进度：第 1 周 查阅资料、选型对比调研，确定系统方案； 第2-3 周 对产品进行工艺性分析，确定工艺方案； 第4-5 周 确定加工工序，编制程序；第 5 周 答辩。四、毕业论文结束应提交的材料： 1、毕业论文； 2、产品零件图； 3、产品加工工序卡及加工程序。指导教师 教研室主任 年 月 日 年 月 日0论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真

2、实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名： 日 期：

3、目 录摘要1Abstract1第一章 绪 论21.1数控技术概述21.1.1 数控机床的产生和发展21.1.2数控技术的发展趋势21.2数控加工工艺简介51.3数控机床的工作原理61.4常见数控机床简介及其主要辅助装置61.4.1常见数控机床简介61.4.2数控机床的主要辅助装置71.5 CAM的简介81.5.1 CAM简述81.5.2 CAM的功能8第二章 蝴蝶形零件图样分析102.1 零件图样分析102.2确定加工内容以及技术要求11第三章 蝴蝶形零件数控加工工艺分析123.1零件工艺性分析123.2确定加工方案123.3数控机床的选择123.3.1功能参数133.2.2编程特点133.4

4、零件的定位与夹具的选择133.5刀具的选择143.6切削方式的选择143.7切削用量的选择153.8量具及冷却方式的选择163.9设计加工工序163.9.1设计加工工序163.9.2数控加工工序卡17第四章 Mastercam 的自动编程和程序的检验184.1 Mastercam的自动编程程序及走刀路线18附录1 刀具的参数设定26附录2 全部程序29致谢30参考文献3132摘要本文简单介绍了数控技术，数控加工工艺，数控机床的工作原理，常见数控机床简介及其辅助装置，主要是设计蝴蝶形零件的数控加工工艺过程，包括对蝴蝶形零件的图样分析，加工方案的确定，零件的工艺性分析等，最终完成蝴蝶形零件的编程。

5、关键词：数控技术 加工工艺 编程AbstractThis article simply introduces the numerical control technology, NC machining process, the working principle of NC machine, CNC profile and common design is mainly device, the butterfly shaped parts of NC machining process, including the design of the butterfly shaped parts p

6、rocessing, the analysis of technology, components, finishing the butterfly shaped parts of programming.Keywords: CNC technology process programming第一章 绪 论1.1数控技术概述1.1.1 数控机床的产生和发展数控控制（NC，numerical control)简称数控，是指利用数字化的代码构成的程序对控制对象的工作过程实现自动控制的一种方法。数控系统（NCS）是指利用数字控制技术实现的自动控制系统。数控系统中的控制信息是数字两0和1，它与模拟控制

7、相比较具有很多的优点，如不同的字长表示不同的精度，对数字化信息进行逻辑的运算、数字运算等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息的处理方式或过程，具有很强的“柔性”。数控设备则是采用数控系统实现控制的机械设备，其的操作命令是用数字或数字代码的形式来描述，工作的过程是按照指定的程序自动的进行，装备了数控系统的机床称为数控机床。数控机床是数控系统的典型的代表；其他的数控设备也包括数控雕刻机、数控火焰切割机、数控测量机，数控描绘机数控插件机电脑绣花机、工业机器等数控系统的硬件的基础是数字逻辑电路，最初的数控系统是由数控逻辑电路的构成，因而称之为硬件数控系统，随着微型计算机的发展，硬件数控系统已经

8、被淘汰，取而代之的是当前广泛应用的计算机数控系统（CNC）。CNC系统的是由计算机承担数控中的命令发生器和控制器，他采用存储程序的方式实现部分或全部基本数控功能，从而具有了真正的柔性，并可以处理硬件落件电路难以处理的复杂信息，使数控系统的性能大大的提高。从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。1.1.2数控技术的发展趋势趋势之一：数控系统向开放式体系结构发展20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推

9、动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NCMS)与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构” OSACA，日本的OSEC计划等。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据

10、这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。趋势之二：数控系统向软数控方向发展现在，实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段，对不同类型的数控系统进行分析后发现，数控系统不但从封闭体系结构向开放体系结构发展，而且正在从硬数控向软数控方向发展的趋势。传统数控系统，如FANUC 0系统、MITSUBISHI M50系统、SINUMERIK 810M/T/G系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数

11、控系统。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，如FANUC18i、16i系统、SINUMERIK 840D系统、Num1060系统、AB 9/360等数控系统。这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。它具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，价格昂贵。“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统它由开放体系结构运动控制卡和PC机共同构成。这种运动控制卡通常选

12、用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在WINDOWS平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国Delta Tau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC 64构造的MAZATROL 640 CNC等。SOFT型开放式数控系统这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口

13、。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在WINDOWS NT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国MDSI公司的Open CNC、德国Power Automation公司的PA8000 NT等。趋势之三：数控系统控制性能向智能化方向发展智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制

14、机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。趋势之四：数控系统向网络化方向发展数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓I

15、nternet/Intranet技术。 随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、 FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善

16、，数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展，网络系统向开放、集成和智能化方向发展。趋势之五：数控系统向高可靠性方向发展随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的

17、MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。趋势之六：数控系统向复合化方向发展在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。 柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车

18、、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。普通的数控系统软件针对不同类型的机床使用不同的软件版本，比如Siemens的810M系统和802D系统就有车床版本和铣床版本之分。复合化的要求促使数控系统功能的整合。目前，主流的数控系统开发商都能提供高性能的复合机床数控系统。 趋势之七：数控系统向多轴联动化方向发展由于在加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系

19、统开发商不遗余力地开发5轴、6轴联动数控系统，随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。最近，国外主要的系统开发商在6轴联动控制系统的研究上已经取得和很大进展，在6轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场

20、新的技术革命。1.2数控加工工艺简介所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。数控加工与普通机床加工在方法和内容上很相似，但加工过程的控制方式却大相径同，以机械加工中小批零件为例，在通用机床上加工，就某工序而言，其工步的安排、机床运动的先后次序、进给路线及相关切削参数的选择等，虽然也有工艺文件说明，但操作上往往是由操作者自行考虑和确定的，而且是用手工方式进行控制的。在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输入数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构使机床实现加工运动

21、的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换和放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。可见，实现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的善后处理工作。严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。因此，数控加工工艺主要包括以下几方面内容： （1）选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。（2）对零件进行加工工艺方案的制定。（3）确定加工工序。（4）确定走刀路线。（5）对零件图进行数值处理。（6）编制数控加工程序。（7）首件试加工与现场问题处理。（8）数控加工工艺技术文件的编写与归档。数控加工工艺的基本特点：（1）工序内

22、容复杂 数控加工的内容比普通机床加工的工序内容复杂。这是由于数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至在普通机床上难以完成的工序。（2）工步安排更为详尽数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点、及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。数控机床是自动进行加工的，加工过程中，不需要人的干预。所以一些辅助动作需事先安排，譬如切削液何时打开，何时关闭，都要事先确定并写进程序。 1.3数控机床的工作原理用数控机床加工零件时，首先应将加工零

23、件的几何信息和工艺信息编制成 加工程序，由输入部分送入数控装置，经过数控装置的处理、运算，按各坐标系的分量送到各轴的驱动电路，经过转换放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，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、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的加工程序可存储备用，也不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计组合机床，致使生产准备时间过长。1.4常见数控机床简介及其主要辅助装置1.4.1常见数控机床简介数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档

24、次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱

25、动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。按车床主轴位置分类(1)立式数控车床 立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。(2)卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。按加工零件的基本类型分类(1)卡盘式数控车床 这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪

26、)。(2)顶尖式数控车床这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。按刀架数量分类(1)单刀架数控车床数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。(2)双刀架数控车床 这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。按功能分类（1）经济型数控车床采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。（2）普通数控车床根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自

27、动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。（3）车削加工中心 在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。1.4.2数控机床的主要辅助装置数控机床辅助装置的作用是配合机床完成对零件的辅助加工。它通常也是一个完整的机器或装置，如切削液或油液处理系统中的冷却过滤装置，油

28、液分离装置，吸尘吸雾装置，润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气、液动装置等，虽然在某些自动化或非数控精密机床上已配备使用了这些装置，但是数控机床要求配备的装置的质量、性能更为优化。例如从油质、水质、配方及元器件的挑选开始，一直到过滤、降温、动作等各个环节均从严要求。对于数控机床来说，一般意义上的辅助装置指的是除主轴之外（因为主轴也是用M代码来控制的）用M代码来控制的装置（或叫做系统）。 主要有以下几个系统（或叫做装置） 1、自动换刀系统（ATC） 2、冷却系统（外冷、内冷、气吹，冷却液处理系统等） 3、排屑系统 4、夹具系统 5、加工中心的工作台交换系统（APC）6、数控车床的自动送料系统对于

29、加工中心除上述部件外，有的还有双工位自动交换装置。而对于柔性制造单元还带有工位数较多的工件自动交换装置，有的甚至还配有用于上下料的工业机器人。随着数控机床技术的不断发展，其辅助装置也会逐步变化扩展。 1.5 CAM简介1.5.1 CAM简述Mastercam 软件简介摘要：数控铣床数控车床编程软件EdgeCAMV10.0机床行业常用英文对照关于“超精密加工“的对话缝焊机恒流控制系统设计及应用数控机床定位精度自动螺距补偿功能的应用普通V带传动的设计轴承保持架用材料的技术要求广义企业级PDM系统下的PPM（工艺规划管理）透视先进测量技术新趋势钻孔技术如何有效提高伺服系统定位精度江苏多棱多面加工技术

30、获突破性进展切削加工用传感器的发展动向 CAD/CAM软件助模具商发展掌握设计产品的“生命”加工中心在叶片生产上的应用SMT工艺经典十大步骤全自动玻璃刻花机控制系统解决方案阀门材质术语英汉对照数控车床模拟系统 标签:tag Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先Mastercam是美国CNC Software, Inc公司开发的基于PC平

31、台的CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身，对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果。它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam9.0以上版本还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是最理想的选择。1.5.2 CAM的功能Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术

32、，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。可靠的刀具路径校验功能 Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，我厂采用的是FANUC系统，机床为四轴联动卧式铣床。根据机床的实际结构，我们编制了专门的后置处理文件，绳槽曲面加工刀具路径NCI文件经后置处理后生成加工程序。使用Mastercam 实现DNC加工

33、, DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求，这样就必须采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。利用Mastercam的Communes功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。Mastercam强项在3轴数控加工，简单易用，产生的NC程序简单高效。一、

34、 三维设计系统完整的曲线功能：可设计、编辑复杂的二维、三维空间曲线。还能生成方程曲线。尺寸标注、注释等也很方便。 强大的曲面功能：采用NURBS、PARAMETRICS等数学模型，有十多种生成曲面方法。还具有曲面修剪、曲面间等（变）半径导圆角、导角 、曲面偏置、延伸等编辑功能。崭新的实体功能：以PARASOLID为核心，导圆角、抽壳、布尔运算、延伸、修剪等功能都很强。 二、铣床3D加工系统完整三维设计系统。 外形铣削：外形可以是空间的任意曲线。 型腔加工：加工方式多达8种以上。提供清角及残料加工功能。可斜线及螺旋式入刀、退刀。容许斜壁及不同高度、斜度的岛屿，可面铣岛屿。 实体加工：在实体上自动

35、确定加工外形参数。 钻孔、镗孔、螺纹加工。 可定义刀具库、材料库等。 可对刀具路径作图形编辑，可对NC、NCI作修改、平移、旋转、放大、缩小等编辑。可做实体切削模拟。 支持4轴加工。 可同各种CNC控制器，DNC传输。三、车铣复合系统完整三维设计系统。精车、粗车、螺纹加工。径向切槽加工。钻孔、镗孔。C 轴加工。可产生切削循环指令。 可自定义刀具库及材料库。 自动计算刀具补正、过切侦测。第二章 蝴蝶形零件图样分析2.1 零件图样分析 本设计对一个蝴蝶形零件进行数控加工工艺分析，制定工艺方案，编写工艺过程，完成加工程序的编制和检验。该零件主要由凸台、曲面及外轮廓组成。组成轮廓的各几何元素清楚，条件

36、充分，所需要基点坐标容易求得。零件毛坯为160mm×120mm×30mm的板材。材料为34号钢，经调质处理后，具有良好的工艺性，零件精度要求较高。蝴蝶形零件图如下图2-1所示：图2-1 蝴蝶形零件图蝴蝶形零件的三维实体图如下图2-2所示：图2-2 蝴蝶形零件三维实体图2.2确定加工内容以及技术要求该零件主要由中心的轮廓、凸台、曲面以及孔组成，按照工件外形特点，该工件的主要加工内容可分为零件毛坯表面，2个矩形凸台，一个曲面凸台和2个通孔，蝴蝶形凸台。加工零件的精度一般体现在三个方面，尺寸公差、表面粗糙度及形位公差。对这几项要求进行综合分析，才能决定最终的工艺方案。（1）零件毛

37、坯表面加工内容及技术要求 零件毛坯加工到160mm×120mm×29的长方体，高度的公差为0-0.003糙度值Ra6.3。（1） 矩形凸台的技术要求 矩形凸台的宽为mm为mm为mm。（2） 蝴蝶形轮廓的技术要求 表面粗糙值为Ra6.3高为10mm（3） 曲形凸台的技术要求中心高为 mm长为60mm，宽为mm（5）2孔中心距为mm。（6）2孔的直径为mm第三章 蝴蝶形零件数控加工工艺分析3.1零件工艺性分析该零件为平板轮廓零件。表面有凸台和曲面凸台以及2个通孔组成组成。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理

38、和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施：（1）零件图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。（2）表面的凸台均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先里后外铣出来。3.2确定加工方案本零件采用的加工方案为铣削和钻削。铣削是一种常见的金属冷加工方式，和车削不同之处在于铣削加工中刀具在主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形和特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工。铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣镗加工，用于加工，模具，检具，胎具，薄壁复杂曲面，人工假体，

39、叶片等。 在选择数控铣削加工内容时，应充分发挥数控铣床的优势和关键作用。适宜采用数控铣削加工工艺内容有：（1）工件上的曲线轮廓，直线、圆弧、螺纹或螺旋曲线、特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓。（2）已给出数学模型的空间曲线或曲面。（3）形状虽然简单，但尺寸繁多、检测困难的部位。（4）用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等。（5）有严格尺寸要求的孔或平面。（6）能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状。（7）采用数控铣削加工能有效提高生产率、减轻劳动强度的一般加工内容。 适合数控铣削的主要加工对象有以下几类：平面轮廓零件、变斜角类零件、空间曲面轮廓零件、孔和

40、螺纹等。3.3数控机床的选择选择数控机床，首先应考虑的是零件的外形尺寸和质量，使其在机床的允许范围内，其次考虑数控机床的精度是否能满足零件的精度要求。根据以上条件可选择两轴以上的数控铣床。本零件选用TK7640型数控铣床，采用FANUC0i-MB系统。该铣床的功能参数以及编程特点如下。3.3.1功能参数机床重：3000Kg工作台：800mm长 400mm宽行程：X600 Y400mm Z600mm主轴转速：201280、12803000rminGOO进给：5000mmminGO1进给：2500mmmin刀柄型号：BT-40电源：380V气压：0.6MPA工作台允许荷载：300KG3.2.2编程

41、特点数控铣床与铣削加工中心具备多种加工功能，所以在编制数控加工程序时，从加工工序的确定、刀具的选择、加工路线的安排，到数控加工程序的编制，都比一般数控机床要复杂一些。其编程具有以下特点:（1）工艺分析 由于零件加工的工序多，使用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗加工、半精加工与精加工，周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高加工精度和提高生产效率。（2）尽量按刀具集中法安排加工工序，减少换刀次数。（3）足够的换刀空间 有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要有足够的换刀空间，避免发生撞刀。（4）尽量采用刀具机外预调 将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿

42、参数，提高机床利用率。（5）认真检查程序 由于手动编程比自动编程出错率要高，特别是在操作现场，为加工而临时编程时，出错率更高，认真检查程序并安排好试运行就更为必要。（6）尽量采用子程序 当零件加工工序较多时，为了便于程序的调试，一般将各工序内容分别安排到不同的子程序中，主程序主要完成换刀及子程序的调用。这种安排便于按每一工序独立调试程序，也便于因加工工序不合理而做出重新调整。3.4零件的定位与夹具的选择数控铣床上可以加工形状复杂的零件，但数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，所以使用的夹具往往并不很复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可了。但要将加工部位敞开，不能因为装夹工件而影响进给和切削

43、加工。选择夹具时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。夹具选用机用虎钳，将机用虎钳安装在工作台上，并以已加工过的底面为定位基准，用机用虎钳夹紧工件前后两侧面。3.5刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量，以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工时的刚性。根据零件结构特点，加工零件表面用mm（R型面铣刀片），加工外轮廓时加工中间凸台时，先用mm的立铣刀进行粗加工以及去残料。

44、在用mm的立铣刀进行精加工3个矩形凸台，在用mm的球头铣刀精加工曲面。最后进行孔的加工，先用mm的立铣刀进行打孔，在用的铰刀进行铰孔。刀具清单见表3-2。表3-1 蝴蝶形零件加工生产刀具清单序号名称规格数量备注1面铣刀100mm（R型面铣刀）12立铣刀10mm，8mm 23球头铣刀R8mm14铰刀12mm的铰刀5刀柄、夹头以上刀具相关刀柄、钻夹头、弹簧夹若干6夹具精密平口钳及垫铁13.6切削方式的选择在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣是影响工件粗糙度的重要因素之一。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。普通机床通过传统的丝杠传递工作台与主轴运动，在

45、普通铣削加工过程中，顺铣因为丝杠的间隙使刀具在切削过程中的振动，引起刀具加工不稳定导致工件表面光洁度差与刀具损坏率高，而逆铣能够通过刀具切入方向与工作台运动方向相反消除丝杠的间隙，解决顺铣产生的问题，能够参与重型切削。但是在数控机床加工时建议采用顺铣，因为数控机床一般都采用滚珠丝杠，滚珠丝杠的特点是间隙小，传递精度高，采用顺铣不会产生普通丝杠出现的问题，而且能够更好地提高已加工表面光洁度与刀具使用寿命。所以，顺铣的工艺性就优于逆铣。由于零件表面及轮廓表面需要良好的粗糙度，所以本零件加工的切削方式选择顺铣加工。3.7切削用量的选择切削用量主要包括主轴旋转（切削速度）、进给量（进给速度）。切削用量

46、的小直接影响机床的性能、刀具的磨损、加工质量和生产效率。数控加工中心选择切削用量时，就是保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和切削性能，使切削效率最高加工成本最低。切削用量的选择原理：（1）粗加工时切削用量的选择原则：首先选取尽可能大的进给量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。（2）精加工时切削用量的选择原则：首先根据粗加工后的余量确定进给量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。确定主轴转速与进给速度时，先查阅切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量

47、，然后进行计算，具体切削用量见表3-3。表3-2 切削用量的选择工序工序内容切削用量工艺装备及编号吃刀量主轴转速进给速度刀具量具夹具1铣表面1800120100的R型铣刀游标卡尺机用虎钳2挖槽时2.580012010的立铣刀3精加工凸台时19001208的键槽铣刀4精加工曲面时19001208的键槽铣刀5钻2个通孔280012010的立铣刀6对孔进行精加工190012012的铰刀3.8量具及冷却方式的选择蝴蝶形零件加工生产量具见下表3-4。表3-4 蝴蝶形零件加工生产量具清单序号名称规格数量备注1游标卡尺0150mm 0.021测量宽度2千分尺2550mm 0.011测量高度冷却方式采用切削液

48、。冷却液的主要功能包括清理切屑、防止腐蚀、保证生物稳定性和提供对操作员友好的环境。冷却液由复杂的化学配方组合而成，以满足这些专门性能要求。 机加工厂通常有许多不同的加工操作，每个都有自己特定的冷却液要求。为了满足这些要求，冷却液配方已经衍生出数以百计其有不同功能的产品。 过去，机加工厂往往在现场准备成打不同的冷却液来满足工程师针对每台机床采用鼓佳冷却液的要求。但是，加工车间不同冷却液引起了交叉污染和废液不相容等问题。此外，多种冷却液还引起了库存的增加。 如今，机加工厂趋向于在车间对所有工艺都采用一种或有限数目的冷却液。 这种做法促使冷却液供应商们开发更综合的产品，帮助在制造优良产品的同时解决冷

49、却、润滑、防腐及微生物控制等问题。而对如此众多的工艺和市场上大量的冷却液品种，机加工厂在针对其操作而选择性能最佳、最经济的冷却液方而遇到了复杂的挑战。 此外，对于各个特定工艺最佳冷却液这个问题，始终存在仁者见仁智者见智的现象。基本了解一下三大类主要冷却液纯油、可溶油及合成剂的各种成分如何对性能产生影响，可以使冷却液的选择变得简单。最好的冷却液可以保护机床，并延长刀具寿命。 3.9设计加工工序3.9.1设计加工工序本零件由于需要铣的深度较大，残留的残料较多，由于考虑到加工路线最短、加工效率较快的加工原理。所以本零件先从端面开始用挖槽的方式铣零件，把3个凸台和一个曲面粗铣成型，在用等高的方式铣3个

50、矩形凸台，最后用球头铣刀精加工曲面，最后进行钻孔。第一步是面铣，让其表面粗糙度及光洁度相同。第二步是挖槽，挖槽的根本目的是粗铣出凸台的轮廓，以及去残料。第三布是精加工，分别精加工3个矩形凸台和一个曲面凸台。最后一步是钻孔，因为这2个孔有精度要求，所以必须分2步来完成，第一步，用10的立铣刀先进行钻孔，在用12的铰刀进行精加工。3.9.2数控加工工序卡为了更好地指导编程和加工操作，把该零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入下表3-4所示蝴蝶形零件数控加工工序卡中。表3-4蝴蝶形零件加工生产加工工序卡（工厂）数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称蝴蝶形凸台工序号夹具名称夹具编号使用设备机用虎

51、钳数控铣床TK7640工步号工序内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给速度（mmmin）备注1用100mm面铣刀铣零件表面T01100mm（R型面铣刀）800200自动2用8的立铣刀粗铣表面凸台的轮廓和去掉多余的残料T0210的立铣刀800120自动3用8mm的立铣刀把粗铣过的凸台周面进行精加工T038的立铣刀900120自动4用8mm的球头铣刀对曲面进行精加工T048的球头铣刀900120自动5用10的立铣刀进行钻孔T0210的立铣刀800120自动6用12的铰刀进行精加工T0512的铰刀900120自动第四章 Mastercam 的自动编程和程序的检验4.1 Mastercam的自

52、动编程程序及走刀路线 由于Mastercam具有强大的自动编程功能，只要设定相应的吃刀深度、进给量和主轴转速以及刀具的格式，cam会自动生成合理的走刀路线，从复杂零件进行手工编程到电脑编程的一个很大的提升。蝴蝶形零件三维图如4-1所示。图4-1 蝴蝶形零件三维图CAM程序编制及走到路线如下：1、粗精加工毛坯上表面（1）、面铣上表面程序： O0001N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90N104 T1 M6N106 G0 G90 G54 X-190. Y-59.998 S800 M3N108 G43 H1 Z50.N110 Z10.N112 G1 Z0. F80.

53、N114 X140. F120.N116 G3 Y0. R29.999N118 G1 X-140.N120 G2 Y59.998 R29.999N122 G1 X190.N124 G0 Z50.N126 M5（2）、采用面铣刀具路径，走刀路线如下图：2、粗加工四凸台轮廓（1）、粗加工四凸台轮廓粗加工程序：N128 G91 G28 Z0.N130 M01N132 T2 M6N134 G0 G90 G54 X-80. Y-60. S800 M3N136 G43 H2 Z5.N138 G1 Z-.2 F80.N140 X-79.918 Y-59.393 F120.N142 X-65.889 Y44.

54、743N144 X-65.483 Y44.774N146 X-65.134 Y44.986N148 X-64.99 Y45.129N150 X-64.775 Y45.477N152 X-64.741 Y45.885N154 X-64.897 Y46.263N156 X-65.208 Y46.529N158 X-65.606 Y46.625N160 X-65.75N162 X-66.085 Y46.558N164 X-66.369 Y46.369N166 X-66.558 Y46.085N168 X-66.625 Y45.75N170 Y45.607N172 X-66.53 Y45.211N17

55、4 X-66.266 Y44.9N176 X-65.889 Y44.743N178 G2 X-65.464 Y44.361 R.862N180 G1 X-64.148 Y41.951N182 G3 X-62.768 Y41.768 R.862N184 G1 X-62.403 Y42.149N186 X-62.061 Y42.488N188 X-61.751 Y42.782N190 X-61.04 Y43.428N7974 X24.647 Y-56.843N7976 X24.628 Y-56.889N7978 X24.439 Y-57.298N7980 X24.416 Y-57.342N7982

56、 X24.188 Y-57.729N7984 X24.16 Y-57.771N7986 X23.894 Y-58.134N7988 X23.863 Y-58.173N7990 X23.72 Y-58.331N7992 X23.598 Y-58.5N7994 X23.513 Y-58.691N7996 X23.469 Y-58.896N7998 Y-59.105N8000 X23.513 Y-59.309N8002 X23.598 Y-59.5N8004 X23.721 Y-59.669N8006 X23.876 Y-59.809N8008 X24.057 Y-59.914N8010 X24.2

57、56 Y-59.978N8012 X24.464 Y-60.N8014 X49.679N8016 X50.109 Y-59.914N8018 X50.474 Y-59.67N8020 X50.718 Y-59.306N8022 X50.804 Y-58.875N8024 G0 Z5.N8026 M5N8028 G91 G28 Z0.N8030 M01（2）、采用挖槽去残料的刀具路径，走刀路线如下图：3、精加工3个二维平面凸台（1）、精加工3个二维平面凸台加工程序：N8032 T3 M6N8034 G0 G90 G54 X-54.935 Y-34.863 S900 M3N8036 G43 H21

58、7 Z5.N8038 G1 Z-.2 F80.N8040 X-55.6 Y-34.131 F120.N8042 X-55.893 Y-33.794N8044 X-56.476 Y-33.01N8046 X-56.728 Y-32.644N8048 X-57.231 Y-31.804N8050 X-57.441 Y-31.413N8052 X-57.864 Y-30.518N8054 X-58.03 Y-30.103N8056 X-58.363 Y-29.175N8058 X-58.481 Y-28.747N8060 X-58.719 Y-27.797N8062 X-58.789 Y-27.35

59、5N8064 X-58.932 Y-26.389N8066 X-59. Y-24.96N8068 Y-18.531N8070 X-58.972 Y-17.713N8072 X-58.943 Y-17.269N8074 X-58.864 Y-16.493N8076 X-58.736 Y-15.726N8078 X-58.657 Y-15.286N2732 X-23.368 Y-42.842N2734 X-23.106 Y-42.48N2736 X-22.806 Y-42.149N2738 X-22.47 Y-41.854N2740 X-22.104 Y-41.598N2742 X-21.711

60、Y-41.384N2744 X-21.297 Y-41.216N2746 X-20.866 Y-41.095N2748 X-20.425 Y-41.023N2750 X-19.979 Y-41.N2752 G0 Z5.N2754 M5N2756 G91 G28 Z0.N2758 M01（2）、精加工3个二维平面凸台采用精加工等高外行刀具路径，走刀路线如下图：4、精加工曲形凸台（1）、精加工曲形凸台加工程序如下：N2760 T4 M6N2762 G0 G90 G54 X68. Y-32.4 S900 M3N2764 G43 H3 Z-7.8N2766 Z-9.8N2768 G1 Z-10.8 F

61、80.N2770 X80. F120.N2772 Z-9.946N2774 X79.987 Y-31.2N2776 X68.013N2778 Z-9.106N2780 X68.016 Y-30.N2782 X79.987N2784 Z-8.341N2786 Y-28.8N2788 X68.045N2790 Z-7.594N2792 X68.107 Y-27.6N2794 X79.986N2796 Z-6.913N2798 Y-26.4N2800 X68.063N2802 Z-6.247N2804 X68.098 Y-25.2N2806 X79.986N3088 X79.987 Y28.8N3090 Z-8.34