端面齿盘的设计与加工

摘要
现代制造业飞速发展,以数控机床为技术代表的新型制造技术已几乎覆盖了普通机床,编程已由手工编程发展到计算机编程,它是制造业进一步向智能化方面的过度,它不仅提高了生产效率还保证了加工质量。

对于加工拥有纵多相同或以一定规律变化的工位的零件，传统的手工编程十分烦琐而且容易出错。

例如计算机显示器的模具加工、分度盘的加工、端面齿盘的加工等。

由于端面齿盘拥有纵多的齿而且在同一平面,一般编程很难完成零件的加工，所以我们采用了宏程序编程,从工件造型到计算机模拟加工,再到计算机处理,刀具的选择等等,都可以比较简单的完成。

并且工件的质量也可以得到保证。

宏程序与普通程序的区别在于:在宏程序中，能使用变量，可以给变量赋值，变量间可以运算，程序可以跳转；而普通程序中，只能指定常量，常量之间不能运算，程序只能按顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的，不能变化。

用户宏功能是用户提高数控机床性能的一种特殊功能，在相类似工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。

宏程序是加工编程的重要补充。

宏程序属于计算机高级语言，可以实现变量的算术运算，逻辑运算和条件转移等操作。

它可以很轻松的完成分度盘的加工。

关键词：分度盘数控机床宏程序切削参数
目录
第一章引言 (1)
1.1数控机床的特点 (1)
1.2设计采用的方法 (1)
第二章分度盘的加工与编程 (2)
2.1加工任务分析 (2)
2.2工艺处理 (4)
2.2.1毛坯准备 (4)
2.2.2装夹 (4)
2.2.3工艺设计 (5)
2.3数控刀具 (7)
2.4宏程序编程 (9)
2.5模拟仿真 (11)
2.5.1定义机床 (11)
2.5.2定义毛坯 (12)
2.5.3选择夹具 (13)
2.5.4安装工件 (13)
2.5.5定义刀具 (13)
2.5.6建立工件坐标系 (14)
2.5.7 输入代码—输入宏程序代码进行准备模拟 (14)
2.5.8空运行 (14)
2.5.9模拟加工 (14)
2.5.10模拟三维工件和刀具 (15)
2.6总结 (16)
第三章主要参考文献 (18)
第四章结束语 (19)
附零件图1张
第一章引言
1.1数控机床的特点
在数控技术中，所谓的加工程序，就是把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、切削参数以及辅助动作等，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把程序中的内容通过控制介质或直接输入到数控机床的数控装置中，从而控制机床加工零件。

数控编程分为手工编程和自动编程。

手工编程是从零件图样确定工艺路线，计算数值和编写零件加工程序单，制备控制介质到校验程序都由人工完成。

对于形状简单零件的加工，计算比较简单，程序较短，采用手工编程可以完成，但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线，列表曲线的零件，用手工编程相当困难，必须用自动变成完成.自动编程是编程人员根据加工零件图纸要求，进行参数选择和设置，由计算机自动地进行数值计算，后置处理，编写出零件加工程序单，直至将加工程序通过直接通信的方式进入数控机床，控制机床进行加工。

随着数控技术的发展，数控机床得到了广泛的应用。

目前，在机械行业中，单件小批量生产所占有的比例越来越大。

这对工件的加工要求也提高了，目前在数控加工中比较广泛的应用了手工编程，它是按照事先编制好的加工程序，根据加工程序自动的对被加工零件进行加工，我们把零件的加工工艺路线，工艺参数，刀具轨迹，切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及编写成的加工程序单，然后输入到数控机床中，从而控制机床完成对零件的加工，但这种手工编程只能加工一些简单的面。

面对具有复杂曲面的点位关系是无法完成的。

例如在分度盘的加工过程中，孔的数量相当多，而且加工精度要求高，在加工中还有很多变量，一般编程很难完成，但我们可以采用宏程序来完成。

宏程序结构类似于计算机高级语言，可以实现变量的算术运算，逻辑运算和条件转移等操作。

它可以很轻松的完成分度盘的加工。

1.2设计采用的方法
本设计采用宏程序进行加工程序的编制，在分度盘的实际运用中比较适用，在运用过程中还可以采用算术运算和逻辑运算，能够多次转移和循环，极大的简化了我们的操作过程，与普通加工相比，也减轻了编程人员的劳动强度和工作时间。

在这次设计分度盘的过程中，我们要感受到计算机在工业生产中的重要辅助作用。

有些复杂的曲面和多孔零件在加工中必须要通过电脑软件的帮助才能完成工件的加工，人工计算是很难得到的，而通过自动编程和宏程序就可以简单快速的完成。

通过这次毕业设计，使我能更熟练的应用宏程序进行设计、加工等。

第二章分度盘的加工与编程
2.1 任务分析
在加工编程前，必须按照加工工艺要求先对该零件进行详细的加工工艺分析，这是编程人员编辑程序的重要依据之一。

由于分度盘的加工较复杂，如果用普通机床加工，必须先进行人工画线，打样冲，钻孔，再扩孔等工艺，而操作过程中需要人为干涉，不仅费时而且误差较大，使其加工精度底，产品质量不高，同时生产效率也大大降低。

分度盘示意图如图一所示：
图一分度盘
采用数控机床加工，因数控机床对工件的加工是按事先编好的程序自动完成的，工件加工过程中不需要人为干涉，加工完成后自动停止，消除了操作者人为产生的误差，提高了加工精度高，同时也减少了划线，打样冲等时间，提高了生产效率。

数控加工编程分为自动编程和手工编程，手工编程无法完成具有较多变量的加工，而宏程序可以完成有较多变量的编程，所以我们选择了宏程序编程，它是一固定功能，避免多次编程的繁琐，减少了编程时间，提高了加工效率，并且其结构类似于计算机高级语言，可以实现变量的算术运算，逻辑运算和条件转移等操作。

按照工件的加工及实际应用的基本要求，可以将该工件的加工主要分为三个部分：
外轮廓加工：外轮廓加工主要完成将工件毛坯加工到需要的尺寸精度，外轮廓加工一般需要经过粗加工、半精加工、精加工等步骤才能达到需要的精度要求。

由于本设计的分度盘零件对外圆没有加工要求，因此这里只进行
了一次加工，即能满足实际要求。

上表面加工：由于需要在上表面上进行大量的孔加工，再加上钻削过程中所产生的切削抗力较大以及较大的振动，因此在孔加工之前需要将上表面加工光整。

孔加工：孔加工是本设计的一个重点加工部位，本设计采用了两个子程序的办法来完成该加工，并作出了一个标准孔加工宏程序，在设计中通过反复调用即可完成。

在调用宏程序时，只要改变其中任意一个参数，就可完成不同厚度，不同大小，不同孔数的分度盘或类似扇形的分度盘多孔的加工。

在孔加工中，主要经过了中心钻钻引入孔、麻花钻钻底孔等步骤。

2.2 工艺处理
由于加工分度盘较复杂，精度要求高，所以选择数控加工中心进行加工，这就可以保证较高的加工精度并满足加工要求。

加工中心加工选择定位基准的基本要求：
1、所选基准与各加工部位见的各个尺寸计算简单。

2、保证各项加工精度。

3、选择定位基准应遵循的原则：
尽量选择分度盘的设计基准为准，选择设计基准做为定位基准不仅可以避免因基准不重合而引起的定位误差，保证加工精度，可以简化程序编制。

当在加工中心上无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑所选择基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。

由于加工分度盘较复杂，精度要求高，所以选择数控加工中心进行加工，这就可以保证较高的加工精度并满足加工要求。

2．2．1毛坯准备
毛坯如图二所示：
图二 毛坯示意图
2．2．2装夹
对夹具的基本要求：
夹紧结构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开。

为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面在外，夹具要开敞。

为保持分度盘安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上事项定向安装，还要求能使零件定位面于机床之间保持一定的坐标联系。

夹具的刚性和稳定性要好，在考虑夹紧方案时，夹紧力应靠近主要支撑点或在支撑点所组成的三角形内，靠近切削部位及刚性好的地方，尽量不要在被加工孔的上方。

加工中心夹具的选择要根据零件精度等级，结构特点，产品批量及机床精度等情况综合考虑。

在单件生产或产品研制中，应广泛采用通用夹具。

我们在这次分度盘的设计中所选用的是通用夹具三爪卡盘。

为使其定位和装夹准确可靠，由于毛坯中已经有中心空，不需要再加工中心孔。

所以我们只需要限制零件的X 轴的移动与转动，Y 轴的移动与转动，Z 轴的移动就可以保证零件的定位精度要求。

能满足这种要求的夹具就是三爪卡盘，所以采用三爪卡盘进行定位安装，数控加工工件和零件设定，见表一：
1、08F 低碳钢材料
2、淬火后回火至HRC40-50
表一工件安装卡片
零件图号J30102-4
数控加工工件安装卡片工序号
零件名称分度盘装夹次数一次
装夹零件分度盘
钻铣夹具GS53-61 编制（日期）审核（日期）批准（日期）第1页表一三爪卡盘0010
2007/6/20 2007/6/20 共4页序号夹具名称夹具图号
2．2．3工艺设计
先对零件毛坯在热处理，热处理可以减少加工过程中内应力的产生，提高加工精度。

然后再进行粗加工，为数控铣削加工工序提供了可靠的工艺基准，用三爪卡盘装夹零件时，零件的各孔，外圆，及端面均留0.2mm~0.5mm 粗加工余量，经调质处理后对零件的内孔进行半精铣加工，外圆及端面均留1.0mm~2.0mm余量，其中数控加工工艺卡片详见表二：
表二工序卡
2.3数控刀具
刀具是机械制造系统中重要的组成部分之一，机械工业的生产过程中要涉及大量的金属切削。

数控机床于普通机床相比较，对刀具提出了更高的要
求，不仅要精度高，刚性好，装夹调整方便，而且要求切削性能强，耐用度高，因此数控加工中刀具的选择是非常重要的内容，刀具选择合理于否不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工余量，选择刀具通常要考虑机床的加工能力，工序内容，工件材料等多中因素。

数控刀具通常应考虑的因素有：
（1）被加工工件的材料及性能，如材料的硬度，耐磨度，韧性。

（2）切削工艺的类别。

（3）加工的几何形状，零件精度，加工余量等因素。

（4）要求刀具能承受的背吃刀量，进给速度，切削速度等切削参数。

铣刀主要参数的选择：粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，选小直径铣刀可减少切削按扭；精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工宽度，一提高加工精度和效率并减小相邻两次刀具的接刀痕迹。

根据工件的材料，刀具材料及加工性质的不同来确定铣刀的几何参数。

刀柄的选择是根据零件的加工工艺，尽量选用加工效率较高的刀柄和刀具，选用模块式刀柄或复合刀柄要综合考虑。

1、由于分度盘的加工精度要求较高、并且加工过程需要进行多次换刀，因此对刀具的要求十分严格，刀具安装时，一般要在机外对刀仪上预先调整刀具直径和位置，这样才能保证刀具的安装精度要求。

刀具卡反映了刀具编号和材料等。

它是组装刀具和调整刀具的依据，详见表三：
表三数控铣削刀具卡片
零件图号J30102-4
数控刀具卡片使用设备
刀具名称铣刀加工中心刀具编号T13006 换刀方式自动程序编号O0001
刀具组成
编号刀具名称规格数量备注7013960 拉钉 1
390．140-5063050 刀柄 1
391．35-4063110M 铣刀杆 1
448S-405628-11 铣刀体 1
TRMR110314-21SIP 铣刀头 1
拉钉刀柄铣刀杆铣刀体铣刀头
编制杨闯审校批准共4页第3 页
2、分度盘加工中所用刀具和刀具尺寸、半径长度补偿。

如表四：
文字说明？？
表四刀具卡片
2．4程序编制
宏程序是数控加工编程的特殊功能。

FANUC 6M数控系统变量表示形式为# 后跟1～4位数字，变量种类有三种：
（1）局部变量：#1～#33是在宏程序中局部使用的变量，它用于自变量转移。

(2) 公用变量：用户可以自由使用，它对于由主程序调用的各子程序及各宏程序来说是可以公用的。

#100～#149在关掉电源后，变量值全部被清除，而#500～#509在关掉电源后，变量值则可以保存。

(3) 系统变量：由# 后跟4位数字来定义，它能获取包含在机床处理器或NC内存中的只读或读/写信息，包括与机床处理器有关的交换参数、机床状态获取参数、加工参数等系统信息。

根据宏程序编制程序程序，先经过轮廓加工，再加工表面，最后进行钻孔加工。

本设计主要靠调用子程序来进行加工，先进行三次轮廓铣削，再进行两次平面加工，然后再经过三次钻孔，从而完成分度盘的加工。

具体流程图如图三所示。

下面就根据图三的流程图进行详细的程序设计。

1、主程序
文字说明？？
图三流程图
O0001；
#101=300；X坐标
#102=-150；Y坐标
#103=340；Y坐标
#104=3；Z坐标
#105=140；X坐标
N0005 G92 X0 Y0 Z100；；建立机床坐标系N0010 M03 S360 ；主轴旋转
N0015 G65 P0002 A01 ；调用子程序
N0020 G42 G00 X [#101] Y [#102]；
Z [#104]；建立刀具半径补偿N0025 G65 P0003 D-5 E-150 F0；调用子程序铣轮廓D-10；
D-12；
N0030 G40 G00 X[#101] Y[#102]；，快速定位
N0035 G65 P0002 A02；
N0040 G00 X[#105] Y[#102]；
N0045 Z[#104]；
N0050 G65 P0004 A-1.5 C[-#103] D[-#105] V[#104]；粗铣平面
N0055 G65 P0002 A03 ；
N0060 G00 Z[#104] ；
N0065 G65 P0004 A-2 C[-#103] D[-#105] V[#104]；精铣平面
N0070 G65 P0002 A04 ；换刀
N0075 G00 Z[#104]；
N0080 M98 P1002；钻孔5.8mm
N0085 G49 G00 Z[#104] 取消刀具长度补偿
N0090 G65 P0002 A05；
N0095 G00 Z [#104]；
N0100 M98 P1002；倒角
N0105 G49 G00 Z[#104]；
N0110 G65 P0002 A06；
N0115 M98 P1002；绞孔6mm
N0120 G49 G 00 Z[#104]；
N0125 G92 X0 Y0 Z100；
N0130 M30
2、换刀子程序
因为在加工中需要调用多把刀具，因此这里编制一换刀子程序以简化编程。

另外，该子程序作为标准字程序，也可作为在加工其他零件是调用，这是对加工中心编程中比较重要的一个子程序。

O0002；
N0010 #111=#1 ；变量
N0020 T[#111]；刀具号
N0030 G28 Z50
N0035 M06；换刀
N0040 G29 X0 Y0；
N0050 G43 Z20 H01；长度补偿
N0060 M99；
3、铣轮廓子程序
这是本设计编制的铣削圆形轮廓类零件的子程序，这一程序同样可以用于以后任何圆形轮廓的铣削。

O0003；
N0010 #112=#7；Z坐标（铣削深度）
N0020 #113=#8；X坐标
N0030 #114=#9；Y坐标
N0040 G01 Z[#112] F0.2；
N0050 Y0；
N0060 G03 X0 Y0 I[#113] J [#114] F0.2；铣外圆
N0070 G49 G00 Z3 ；
N0080 M99；
4、铣平面子程序
这是本设计编制的铣削平面零件的子程序，这一程序同样可以用于以后任何大小平面的铣削。

O0004；
N0010 #115=#1；铣削深度
N0020 #117=#3；
N0030 #118=#7；
N0060 #121=#22；退刀高度
N0070 G01 Z[#115]；
N0080 Y [#117]；
N0090 X [#118]；
N0100 Y[-#117]；
N0110 X[-#118]；
N0120 G49 G00 Z [#121] ；
N0130 M99；
5、钻孔子程序
该钻孔程序通过G65调用标准孔加工宏程序（O1003），以后在加工同类零件进行加工时，只需要修改其中的孔深、孔数、分布半径、起始/中止角度
等即可。

O1002；
N0010 G65 P1003 Z－12 D0 B140 V360 U43 ；
Z孔深，D起始角，B半径，V终止角，U孔数
N0020 B130 U42；
N0030 B120 U41；
N0040 B110 U39；
N0050 B100 U38；
N0060 B90 U37；
N0070 B80 U34；
N0080 B70 U30；
N0090 B60 U28；
N0100 B50 U25；
N0110 B40 U24；
N0120 M99；
6、孔加工宏程序
本设计完成孔加工宏程序，可作为一个加工中心的标准子程序，为以后加工同类零件提供编程方便。

O1003；
N0010 #100=0；X坐标
N0020 #101=0；Y坐标
N0030 #109=#26；Z坐标
N0040 #102=#7；起始角
N0050 #103=#2；半径
N0060 #105=#22；终止角
N0070 #106=#21；每一圈的孔数
N0080 #104=[#105－#102]/#106；两孔之间的夹角
N0110 #100=#103*COS[#102]；孔的X坐标
N0120 #101=#103*SIN[#102]；孔的Y坐标
N0130 G81 X[#100] Y[#101] Z[#109] R3 F0.3；钻孔循环
N0140 #102=#102+#104；角度增加
N0150 #110=#106-1；
N0160 IF[#106GT#110] GOTO 0110；#106>#110 条件转移N0170 M99；
2．5模拟仿真
零件的数控加工程序完成后，我们需要对零件的的加工走刀轨迹有个大致了解，采用模拟软件就可以解决问题了。

我们可以清楚的知道刀具的走刀轨迹和零件的成型状况。

目前我们普遍采用斯沃6.0软件进行加工模拟，此软件能够根据所选择的机床以及所定义的刀具毛坯，然后输入宏程序进行自动化模拟仿真，能够让我们清楚的看见刀具路径和零件的成型情况，此软件能够让我们掌握现实机床中所遇见的所有问题，避免我们在现实操作着中冒的风险，所以我们在这次毕业设计中选择了此软件来模拟仿真，具体操作过程如下：
2．5．1定义机床
运用北京第一机床厂XKA714\ B的FANUC0I系统进行模拟加工。

性能、技术要求？
2．5．2定义毛坯
圆柱形08F低碳钢材料，高为90mm，直径305mm的毛坯，如图四所示：
图四定义毛坯
2．5．3选择夹具
用长为75mm，高50mm，宽25mm的三爪卡盘装夹工件，如图五所示：
图五夹具
2．5．4安装工件
对高为90mm，直径为305mm的毛坯进行安装，如图六所示：
图六安装工件
本设计选择了直径为10mm的轮廓铣刀，直径为180mm和170mm的盘铣刀和直径为4mm、5mm、6mm的钻头加工。

2．5．6建立工件坐标系
由于分度盘的加工要求较高，为了提高零件的加工精度，在刀具安装时，需要进行对刀，对刀时，先把工件毛坯装夹在工作台夹具上，用手动方式分别回X轴，Y轴和Z轴到机床参考点。

将百分表安装在刀柄上，移动工作台使主轴中心轴线大约移到工件的中心，在使百分表的触头接触工件的外圆周，用手慢慢转动主轴观察百分表指针的偏移情况，慢慢移动工作台的X轴和Y轴，反复多次后，若转动主轴时百分表的指针基本在同一位置，这时主轴的中心就是X轴和Y轴的原点。

在将机床工作方式转换成手动数据输入方式，输入并执行程序段“G92 X0 Y0 ”。

这时刀具中心X轴坐标和Y轴坐标已设定好，都为零。

Z轴的坐标值同理可得。

这样就可以通过对刀建立设置工件坐标系。

2．5．7输入代码——输入宏程序代码进行准备模拟
根据分度盘的所编程序输入代码，如图八：
图八输入代码
2．5．8空运行
在程序完成后，利用模拟仿真软件进行加工，但是在没有工件的前提下，掌握了工件的加工路径，进行的完整的运行过程。

运用宏程序所编程序和模拟加工软件进行模拟加工。

作用是可以预先知道工件的加工路线，可以预先看到会出现什么问题。

例如，在加工中出现了撞刀，加工路线的错误等。

2．5．10模拟三维工件和刀具
利用宏程序编程后模拟加工后的分度盘三维实体和刀具，如图九所示：
图九分度盘三维实体
2．6总结
使用宏程序时，因数字可以直接指定或者用变量指定，当用变量时，变量值程序或者用MDI面板操作改变，所以在分度盘的实际运用中比较适用，在运用过程中还可以采用算术运算和逻辑运算，能够多次转移和循环，极大的简化了我们的操作过程，与普通加工相比，也减轻了编程人员的劳动强度和工作时间。

因此我们选用宏程序进行分度盘的加工。

通过以上工序的完成，我们已达到分度盘成型的效果，能够应用宏程序的加工，达到我们设计中的理想效果。

以上的逐步分析与加工模拟基本符合分度盘的各个方面的要求。

运用宏程序也可以对类似的圆形或弧形零件进行加工。

对于子程序我们可以多次调用，为更多的类似加工带来方便，但是在设计中也有不足之处，对于程序的编制有些过于复杂化，其中一些程序不太明了，以至于对分析和改动带了诸多不变。

我们所运用的FANUC系统中能够通过修改一些参数和程序段，将宏程序自定义为一些G代码，比如G80、G81等等。

就能够给我们在以后的类似运用中提供简便可行的方法。

这就是我对这次运用宏程序设计分度盘的设计过程总结。

第三章主要参考文献
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12．姬文芳.机床夹具设计，航空工业出版社，1994.
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14．王爱玲.现代数控机床结构与设计，兵器工业出版社，1999.
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第四章结束语
毕业设计以接近尾声，这次的毕业设计使我学到了很多的知识，并且为以后的学习和工作打下了坚实的基础。

同时也感受到了宏程序独特的功能。

集中体现了我对综合知识的运用和对宏程序的编程中的具体运用。

在设计分度盘的过程中，我感受到计算机在工业生产中的重要辅助作用。

有些多孔零件在加工中必须要通过电脑软件的帮助才能完成工件的加工，人工计算是很难得到的，而通过宏程序就可以简单快速的完成。

通过这次毕业设计，使我能熟练的应用宏程序进行设计、加工等。

在工艺分析和编程完成以后，再进行仿真、刀具轨迹生成等。

刀具轨迹生成后便采用快速模拟加工，当确认加工过程正确、无干涉、碰撞后，利用系统提供的自动加工处理，把所设定的参数、指令代码输入数控系统中。

在这次设计中我也还有许多缺点，还要进一步的进行改正。

在这次设计中我学到了我平时在课堂学不到的东西，这接合我们的理论知识和我们的实际操作能力，当然这一切都和我的指导老师有着密切的关系，如果没有他们的教导我也不可能有这样多的收获，也不能顺利的搞好这次的毕业答辩，在此表示深深的感谢。

设计者：杨闯
日期：2007.6.20。