数控自动编程实训论文11.18

摘 要

21世纪科学技术突飞猛进，自中国加入世界贸易组织后，制造业是我国为数不多而又有竞争优势的行业之一。当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些产品的制造正在向发展中国家转移，中国正在成为世界制造大国，这已经成为不争的事实。随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。

根据毕业设计任务书的要求及老师的指导，本毕业设计说明书针对双面件的加工特点、工艺条件和经济情况确定加工工艺，设计零件的轮廓加工、钻孔以及相关参数。通过学习CAXA制作工程师2006，建立零件的三维模型，并利用其对零件进行自动编程及加工仿真，实现了零件的快速高精度的加工。本论文主要内容包括了加工工艺方案的制定、零件的三维建模、零件的自动编程及仿真加工。本文通过分析在数控铣床上应用CAXA制造工程师进行零件自动编程加工的过程，达到提高零件的加工效率，改善加工质量的目的。

关键词：数控铣 CAXA自动编程 加工工艺 仿真加工

I

目 录

一、数控加工的概述 ............................................................................................... 1

（一）数控加工发展的意义及现状.................................................................... 1 （二）数控铣削加工的简介 ................................................................................ 1

1、平面类零件 ............................................................................................... 2 2、变斜角类零件 ........................................................................................... 2 3、曲面类零件 ............................................................................................... 2

二、 数控加工工艺的基本知识 .............................................................................. 3

（一）数控加工工艺的概念 ................................................................................ 3 （二）数控加工工艺的特点 ................................................................................ 3

1、内容十分明确而具体 ............................................................................... 3 2、工艺工作要求相当准确而严密 ............................................................... 3 3、采用多坐标联动自动控制加工复杂表面 .............................................. 3 4、工序集中 ................................................................................................... 3 （三）数控加工工艺过程 .................................................................................... 4 三、 零件图与三维模型图 ......................................................................................... 5

（一）双面件的零件图 ........................................................................................ 5 （二）双面件的三维模型图 ................................................................................ 6 四、双面件的工艺分析 ............................................................................................... 7

（一）分析零件图 ................................................................................................ 7 （二）选择设备 .................................................................................................... 7 （三）确定夹具和装夹方案 ................................................................................ 7 （四）选择加工方法 ............................................................................................ 8

1、轮廓、凹槽加工方法的选择 ................................................................... 8 2、孔加工方法的选择 ................................................................................... 8 （五）确定加工顺序及走刀路线 ........................................................................ 8

1、基准面的加工 ........................................................................................... 8 2、零件正面的加工 ....................................................................................... 8 3、件背面的加工 ........................................................................................... 9

II

（六）刀具的选择 ................................................................................................ 9

1、刀具的基本要求 ....................................................................................... 9 2、刀具的选择 ............................................................................................... 9 （七）切削用量的选择 ...................................................................................... 10

1、转速的确定 ............................................................................................. 10 2、速度的确定 ............................................................................................. 11 3、刀量的确定 ............................................................................................. 12 （八）填写数控加工工序卡 .............................................................................. 12 五、 双面件的三维建模 ........................................................................................... 13

（一）CAXA制造工程师2006简介................................................................... 13 （二AXA制造工程师2006的功能菜单及常用键简介 ................................... 13

1、菜单 ......................................................................................................... 13 2、XA制造工程师2006的常用键介绍 ..................................................... 14 （三）三维造型的简介 ...................................................................................... 14 （四）三维建模的方法和基本步骤.................................................................. 14

1、思路 ......................................................................................................... 14 2、草图生成长方体 ..................................................................................... 15 3、伸草图生成上表面凹槽 ......................................................................... 15 4、生成下表面凹槽 ..................................................................................... 16 5、生成孔系 ................................................................................................. 17 6、过渡相关线 ............................................................................................. 17 （五）零件三维模型的建立 .............................................................................. 17 六、自动编程与仿真加工 ......................................................................................... 18

（一）模型和毛坯的设定 .................................................................................. 18

1、模型的设定 ............................................................................................. 18 2、毛坯的设定 ............................................................................................. 18 （二）起始点的设置 .......................................................................................... 19 （三）机床后置的设置 ...................................................................................... 20 （四） 刀具库的编辑 ........................................................................................ 20

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（五）公共参数的设定 ...................................................................................... 21

1、切削用量 ................................................................................................. 21 2、加工边界 ................................................................................................. 21 3、其他基本概念 ......................................................................................... 22 （六）加工方法 .................................................................................................. 22

1、基准面的加工 ......................................................................................... 22 2、双面件的正面加工 ................................................................................. 23 3、双面件的背面加工 ................................................................................. 25 （七）轨迹仿真 .................................................................................................. 26 （八）生成及校核G代码 .................................................................................. 26 七、双面件的数控加工 ............................................................................................. 27

（一）刀具的安装 .............................................................................................. 27 （二）工件的装夹 .............................................................................................. 27 （三）工件坐标系的确定 .................................................................................. 27

1、XY坐标值的测量 .................................................................................... 27 2、Z坐标值的测量 ...................................................................................... 27 3、坐标值的输入 ......................................................................................... 28 （四）程序的输入 .............................................................................................. 28 （五）数控机床的运行 ...................................................................................... 28 （六）工件检测 .................................................................................................. 28 八、结束语 ................................................................................................................. 29 参考文献 ..................................................................................................................... 30

IV

一、数控加工的概述

（一） 数控加工发展的意义及现状

数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。

当今社会，制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计算机集成制造(CIM)已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必经之路。在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。我国从1958年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增加。数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径。

我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。可以说，我国还处于数控机床普遍应用到提高的过渡期，随着我国制造业的振兴，数控技术将得到更快的发展，前景广阔。另一方面，虽然我国的数控机床总拥有量有较大的提高，各种类型、不同档次的数控机床在企业得到了广泛的使用，其中不乏世界领先的数控机床,但使用情况不容乐观。主要表现在数控机床功能未得到充分发挥，数控机床的实际开机率低,数控机床加工效率低，技术准备工作周期长、反复多，加工质量不稳定，总体的技术应用水平还比较低。其主要原因是数控加工技术人员的素质、数量、结构还不适应数控加工技术发展。

（二）数控铣削加工的简介

数控铣削加工是数控加工中最为常见的加工方法之一，广泛应用于机械设备制造、模具加工等领域。它以普通铣削加工为基础，同时结合数控机床的特点，不但能完成普通铣

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削加工的全部内容，而且还能完成普通铣削加工难以进行，设置无法进行的加工工序。数控铣削加工设备主要有数控铣床和加工中心，可以对零件进行平面轮廓铣削、曲面轮廓铣削加工，还可以进行钻、扩、绞、镗加工及螺纹加工等。

数控铣削加工主要加工对象：

1、平面类零件

加工面平行或垂直于定位面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平 面类零件。平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需用三坐标轴数控铣床的两坐标轴联动（即两轴半坐标联动）就可以把它们加工出来。

2、变斜角类零件

加工面与水平面的平角呈连续变化的零件称为变斜角零件。变斜角类零件 的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。最好采用四坐标、五坐标数控铣床摆角加工。

3、曲面类零件

加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。加工时，铣刀与加工面始终为 点接触，一般采用球头刀在三轴数控铣床上加工。当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及相邻表面及需要刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床加工。

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二、 数控加工工艺的基本知识

（一）数控加工工艺的概念

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。

（二）数控加工工艺的特点

数控加工工艺问题的处理与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。

1、内容十分明确而具体

数控加工工艺与普通加工工艺相比，在工艺文件的内容和格式上都有较大区别，如在加工部位、加工顺序、刀具配置与使用顺序、刀具轨迹、切削参数等方面，都要比普通机床加工工艺中的工序内容更详细。数控加工工艺必须详细到每一次走刀路线和每一个操作细节，在数控加工时，必须由编程人员事先具体设计和明确安排。

2、工艺工作要求相当准确而严密

数控机床自动化程度很高，但自适应性差，它不能像普通加工时那样可以 根据加工过程中出现的问题自由地进行人为调整。如在数控机床上加工内螺纹时，它并不知道孔中是否挤满切屑，何时需要退一次刀待清除切屑后再进行加工。所以在数控加工工艺设计中必须注意加工过程中的细节，对图形进行数学处理力求准确无误。

3、采用多坐标联动自动控制加工复杂表面

对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工采用多坐标 联动自动控制的加工方法，可达到较高的加工质量以及生成效率。

4、工序集中

由于现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广及 多坐标、多工位等特点，在工件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工，甚至可以在工作台上装夹几个相同或相似的工件进行加工，从而缩短了加工工艺路线和生成周期，减

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少了加工设备、工装和工件的运输工作量。

（三）数控加工工艺过程

数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。

数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容 (1) 选择并确定进行数控加工的内容； (2) 对零件图纸进行数控加工的工艺分析； (3) 零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定； (4) 数控加工工艺方案的制定； (5) 工步、进给路线的确定； (6) 选择数控机床的类型；

(7) 刀具、夹具、量具的选择和设计； (8) 切削参数的确定；

(9) 加工程序的编写、校验与修改； (10) (11)

首件试加工与现场问题处理； 数控加工工艺技术文件的定

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三、 零件图与三维模型图

（一）双面件的零件图

如图3.1所示为双面件的零件图。

图3.1

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（二）双面件的三维模型图

如图3.21、图3.22所示，为双面件的三维模型图。

图3.21

图3.22

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四、双面件的工艺分析

（一）分析零件图

该零件为双面件，主要由双面外形轮廓、凹槽及孔系组成。

其中φ26+0.52 0内孔的表面粗糙度要求较高，Ra为1.6μm；其余表面的粗糙度要求不高，Ra为3.2μm；φ26+0.52 0内孔表面对A面有垂直度要求；背面凹槽表面对A面有平行度要求。零件外形轮廓尺寸公差要求为±0.05mm。

零件材料为硬铝LY12，切削加工性能良好，可选用高速钢刀具加工。

根据上述分析可知，双面外形轮廓、凹槽及φ26+0.52 0内孔、4×φ８通孔的加工可一次成型，同时以背面A为定位，提高装夹刚度以满足φ26+0.52 0内孔表面的垂直度的要求。

（二） 选择设备

通过零件分析可知该零件为双面型零件，既有平面又有孔系，则选用立式加工中心机床，根据需求及条件选用数控系统为：FANUC0iMate—MC。

（三）确定夹具和装夹方案

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。

夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（ 使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。

在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以根据零件的形状考虑选择平口钳。

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该零件形状规则，因此在加工正面及孔系时选用平口虎钳从工件侧面夹紧。以底面A和侧面定位，用等高垫铁垫起，注意垫块应避开孔的位置，在平口虎钳的旁边位置安置一个定位挡块，以起工件定位的作用，在加工背面及其凹槽时也采用类似方法。

（四）选择加工方法

1、轮廓、凹槽加工方法的选择

双面件外形轮廓、凹槽的粗糙度要求Ra为3.2μm，且根据零件尺寸，可选择一次成型的“精铣”方案。其中加工时可采用分层铣削方法。

2、孔加工方法的选择

孔加工前，为便于钻头引正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。内孔表面精度要求较高，粗糙度值较小，则划分加工阶段逐步进行。该零件孔系加工方案选择：

(1) 孔φ26+0.52 0表面粗糙度要求Ra为1.6μm，选择“钻中心孔—扩孔— 铣孔”方案。

(2) 孔4×φ８表面粗糙度要求Ra为3.2μm，无尺寸公差要求，选择“钻 中心孔—钻孔”方案。

（五）确定加工顺序及走刀路线

按照“基面先行，先面后孔”的原则确定加工顺序：

1、基准面的加工

先加工下表面（即基准面），其表面精度要求不高，无尺寸公差要求，可采用环形走刀路线。

2、零件正面的加工

(1) 加工零件上表面，其表面精度要求不高，无尺寸公差要求，可采用环 形走刀路线。

(2) 加工外形轮廓，公差要求为±0.05mm，采用环形走刀路线分层加工以 满足要求。

(3) 加工正面凹槽，其表面精度要求不高，可采用环形走刀路线。 (4) 加工4×φ８通孔，其精度要求不高，采用直线走刀路线。

(5) 加工φ26+0.52 0内孔，其精度要求较高，有尺寸公差要求，可采用直线走 刀路线。

(6) 加工4×φ８通孔的倒角，采用环形走刀路线。

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3、件背面的加工

(1) 将零件反转，加工外形轮廓，公差要求为±0.05mm，采用环形走刀路 线分层加工以满足要求。

(2) 加工背面凹槽，有尺寸公差要求，采用环形走刀路线。 (3) 加工背面凹槽的过渡圆角，采用环形走刀路线。

(4) 加工4×φ８通孔、内孔φ26+0.52 0的倒角时，采用环形走刀路线。

（六）刀具的选择

1、刀具的基本要求

(1) 刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二：一是为满足提高生产效率而采 用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；

(2) 铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐 用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。

(3) 除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非 常重要。切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。

2、刀具的选择

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面的尺寸和形状相适应。结合零件图分析，该零件含有平面、轮廓、凹槽、倒角、倒圆角及孔系的加工，加工工序复杂。为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，则加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求，具体选择的刀具如下。

(1) 铣削上下表面及外形轮廓时，为提高切削效率和加工精度，减少接 刀刀痕，加工时选用φ16mm立铣刀。

(2) 铣削正面凹槽及背面凹槽时选用φ12mm立铣刀。 (3) 钻中心孔时选用φ5mm中心钻。 (4) 钻4×φ８通孔时选用φ8mm麻花钻。

(5) 加工内孔φ26+0.52 0时选用φ14mm麻花钻，φ16mm立铣刀。 (6) 加工背面凹槽过渡圆角时选用φ10mm球头刀。

(7) 加工4×φ８通孔的倒角、φ26+0.52 0内孔倒角时选用45°倒角铣刀。

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（七）切削用量的选择

数控加工切削用量包括主轴转速n（切削速度Vc）、背吃刀量ap和进给量f（或进给速度Vf）其确定原则与普通机械加工相似，对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。

1、转速的确定

确定主轴转速主要根据允许的切削速度Vc(mm/min)选取

1000Vcn=πD

其中Vc-切削速度(mm/min)

D-工件或刀具的直径（mm）

由于每把刀计算方式相同，现选取D=16mm的立铣刀为例说明其计算过程。 根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表4.7.1选取。

表4.7.1铣削时切削速度

切削速度高速钢铣刀 <225 钢 225~325 325~425 <190 铸铁 190~260 160~320 铝 黄铜 从理论上讲，

70~120 53~56 18~42 12~36 6~21 21~36 9~18 4.5~10 100~200 20~50 工件材料 硬度/HBS vc/ (mm/min) 硬质合金铣刀 66~150 ~120 36~75 66~150 45~90 21~30 200~400 100~180 vc的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑

瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的，综合考虑：

精铣时

vc=200mm/min

代入式子中：

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1000×20016 =3980.9r/min n=3.14×计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取

n=4000 r/min

同理计算φ12mm立铣刀：

n= 5000r/min

2、速度的确定

切削进给速度F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量fZ（mm/z）的关系为：

F=fZzn

每齿进给量fZ的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高，fZ越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，

fZ就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀，可参考表4.7.2选取。

表4.7.2铣刀每齿进给量fZ

每齿进给量fZ/（mm/z） 工件材料 粗铣 高速钢铣刀 钢 铸铁 铝 综合选取：精铣fZ=0.02mm/z

铣刀齿数z=3

上面计算出： n=4000 r/min 将它们代入式子计算：

精铣时：F=0.02×3×4000 =240mm/min

切削进给速度还需根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状

0.10~0.15 0.12~0.20 0.06~0.20 硬质合金铣刀 0.10~0.25 0.02~0.05 0.15~0.30 0.10~0.25 0.05~0.10 0.02~0.05 0.10~0.15 精铣 高速钢铣刀 硬质合金铣刀 11

态。

3、刀量的确定

背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2～0.5mm。

总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

（八）填写数控加工工序卡

将各工步的加工内容、所用刀具和切削用量填入附表中。

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五、 双面件的三维建模

（一）CAXA制造工程师2006简介

CAXA制造工程师2006是北航海尔软件有限公司在CAM领域多年深入研究中国数控加工企业和积极吸纳国际先进技术的基础上，打造出的全新一代CAD/CAM一体化三维建模/数控软件，具有“贴近中国用户”和“国际技术水准”的鲜明特色。

在目前的国内CAD/CAM市场上，商品化软件大部分为国外产品。CAXA制造工程师作为国产CAD/CAM软件在国内市场上占据了宝贵的一席之地。作为863计划中CIMS目标产品的CAXA制造工程师，在10多年间经历了从工作站到PC、从DOS到Windows、从2002到V2、XP到2004的长期积累与多次升级，已经发展成具有强大的线架、曲面、实体混合3D造型功能，并针对多种格式3D模型提供丰富灵活的加工策略、加工套路（知识库加工）、轨迹优化、加工仿真、工艺表单、多轴加工、反向工程等，以及强大后置处理与机床通信等功能的现代数字化设计/制造（CAD/CAM）系统。

CAXA制造工程师2006是CAXA制造工程师的最新版本，是面向2~5轴数控铣床与加工中心，具有卓越工艺性能的铣/钻削加工数控编程软件，是CAXA制造解决方案的重要构件之一，具有稳定可靠、工艺卓越、易学易用、高效快捷等特点；而且许多方面很有特色，其功能与工艺性等方面完全可以与国际一流的CAM软件相媲美。

（二AXA制造工程师2006的功能菜单及常用键简介

1、菜单

启动CAXA制造工程师2006后，系统的用户界面将会出现主窗口。它由标题栏、菜单

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栏、图形窗口栏、工具栏（由若干工具条组成）、命令窗口、特征树和状态栏组成。

2、XA制造工程师2006的常用键介绍

(1) 鼠标键。鼠标左键可以用来激活菜单、确定位置点、拾取元素等；鼠 标右键用来确认拾取、结束操作、终止命令等。

(2) 回车键与数值键。回车键与数值键在系统要求输入坐标、长度等数值 时，可以激活一个输入条，在输入条中输入数值。如果过坐标以@开始，表示是一个相对于前一个输入点的相对坐标；在某些情况下也可以输入字符串。

(3) 空格键。当系统要求输入点、输入矢量方向和选择方式时，按空格键 可以弹出快捷菜单以便于查找选择。例如要输入点时，按空格键可以弹出点工 具菜单。

（三）三维造型的简介

CAXA的造型方法分为三大类：一为线架；二为曲面；三为实体。这三种造型方法各有特色，可以造型，也可以相互结合造型。

(1) 线架造型是直接使用空间点、直线、圆弧、样条线等表达二维形状的 造型方法。

(2) 曲面造型是使用各种数学曲面方式表达零件形状的造型方法。 (3) 实体造型是通过体的交、并、差进行造型的方式。采用实体造型时， 必须先在基准面上建立草图，然后对草图进行拉伸、旋转、放样等特征造型功能操作。

根据需要本次设计采用实体造型。

（四）三维建模的方法和基本步骤

1、思路

根据双面件的零件图，可以分析出双面件主要包括长方体、凹槽以及孔系。长方体通过对草图进行“拉伸增料”得到，凹槽通过对草图进行“拉伸除料”得到，孔系通过“打孔”得到。三维建模次序依次为：

(1) 拉伸草图生成长方体。 (2) 拉伸草图生成凹槽。 (3) 打孔生成孔系。 (4) 倒角、过渡相关线。

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2、草图生成长方体

(1) 单击【特征生成栏】的【平面XY】，选择【XOY面】为绘图基准面。 (2) 单击绘制草图

按钮，进入草图绘制状态。

按钮，选择立即菜单中的【中心＿长＿

(3) 单击【曲线生成栏】的矩形

宽】，【长度】输入90，【宽度】输入90，将矩形中心定位在坐标圆点，右击【确定】后，则生成矩形；单击【线面编辑栏】的曲线过渡

按钮。【半径】输入8，依次拾取矩形四

条边，右击【确定】，退出草图状态，即生成草图0，如图5.4.21所示。

(4) 单击【特征生成栏】的拉伸增料按钮拾取草图0。单击【确定】按钮，即生成长方体，如图5.4.22所示。

图5.4.21

，根据图样要求填写对话框,

图5.4.22

3、伸草图生成上表面凹槽

(1) 单击长方体上表面，拾取该平面为绘图基准面。 (2) 单击绘制草图按钮，进入草图绘制状态。

(3) 按F5键切换为XOY面显示，单击【曲线生成栏】的矩形

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按钮，

选择立即菜单中的【中心＿长＿宽】，【长度】输入90，【宽度】输入90，将矩形中心定位在坐标圆点，右击【确定】后，则生成矩形；单击【曲线生成栏】的直线

按钮，选择

立即菜单中的【两点线】、【连续】、【正交】、【长度方式】，【长度】输入20，按回车键输入起点坐标（25，45），根据图样要求沿Y轴方向指定下一点，再沿X轴方向指定终点，利用类似方法绘制出上表面凹槽轮廓；单击【线面编辑栏】的曲线裁剪要求拾取直线进行裁剪；单击【线面编辑栏】的曲线过渡所示。

(4) 单击【特征生成栏】的拉伸除料按钮

，根据图样要求填写对话框，

按钮，根据图样

按钮。【半径】输入8，根据

图样要求拾取直线进行过渡，右击【确定】，退出草图状态，即生成草图1，如图5.4.31

拾取草图1。单击【确定】按钮，即生成凹槽，如图5.4.32所示。

图5.4.31 图5.4.32

4、生成下表面凹槽

(1) 采用类似方法生成草图2。

(2) 单击【特征生成栏】的拉伸除料按钮，根据图样要求填写对话框，拾

取草图2，输入【深度】为5.23。单击【确定】按钮，即生成凹槽，如图5.4.41所示。

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图5.4.41

5、生成孔系

单击【特征生成栏】的打孔按钮

，拾取需要打孔的平面，并选择孔型，在平面上

指定一点，按回车键输入孔中心的坐标；单击【下一步】，【直径】输入8，选择【通孔】；

单击【完成】即完成打孔。采用类似方法则生成孔系，如图5.4.5。

图5.4.5

6、过渡相关线

单击【特征生成栏】的倒角按钮，按照图纸要求输入倒角参数：【距离】为1，【角度】为45°，拾取需要倒角的元素，完成倒角。

单击【特征生成栏】的过渡按钮，按照图纸要求输入过渡参数：【半径】为2，拾取需要过渡的元素，完成相关线的过渡。

（五）零件三维模型的建立

通过以上步骤可以建立零件的三维模型。如图3.1，图3.2所示。

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六、自动编程与仿真加工

（一）模型和毛坯的设定

1、模型的设定

单击特征树栏的【加工管理】按钮，双击【模型】按钮，弹出【模型参数】对话框，如图6.1.1所示。

图6.1.1

2、毛坯的设定

双击【毛坯】按钮，弹出【定义毛坯—世界坐标系】对话框，如图6.1.2所示，根据图样要求，填写参数。

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图6.1.2

（二）起始点的设置

双击【起始点】按钮，弹出【刀具起始点】对话框，如图6.2所示。在实际加工中，模型中的坐标原点即是对刀点，在定义起始点坐标时需要考虑“撞刀”因素，故选择默认数值提高安全系数。

图6.2

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（三）机床后置的设置

双击【机床后置 fanuc】按钮，弹出【机床后置】—【机床信息】对话框，如图6.3，根据加工条件进行修改。再展开【机床后置】—【后置设置】选项，根据加工要求，修改【后置文件扩展名】为【.txt】。

图6.3

（四） 刀具库的编辑

刀具库用于定义、确定刀具的参数，以便于从刀具库中调用刀具。本次加工根据工艺分析所得的刀具卡片，来对刀具库进行编辑，如图6.4所示。

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图6.4

（五）公共参数的设定

1、切削用量

切削用量主要是指机床控制参数。

(1) 主轴转速。机床主轴旋转的角速度。计量单位是机床默认的单位为 （r/min）。

(2) 慢速下刀速度。是从慢速下刀高度切入工件前刀具行进的速度，计量 单位为（mm/min）。

(3) 切入切出连接速度。用于有往复加工的加工方式中，避免在顺逆铣的 变换过程中，机床的进给方向和进给量产生急剧变化，对机床及工件和刀具造成损坏。此速度一般小于进给速度（mm/min）。

(4) 切削速度。正常切削工件时刀具行进的线速度（mm/min）。

(5) 退刀速度。刀具离开工件回到安全高度时刀具行进的速度（mm/min）。 而在安全高度以上，刀具行进的速度取机床的快速移动速度（G00）。

2、加工边界

加工边界的控制分为两个部分，即Z向和XY向。

(1) Z设定。可以精确控制轨迹在Z向的范围，其中的最大、最小值均要

以绝对坐标值输入。如果单击【参照毛坯】按钮，则轨迹生成的范围是毛坯最高点至最低点。如果最大、最小值写入同一个数值，则可以控制只在这一高度层生成单层的轨迹。

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(2) 相对于边界的刀具位置。在有区域及轮廓选择的加工中，可控制轨迹 的生成位置。

3、其他基本概念

(1) 轮廓。轮廓是一系列首尾相接曲线的集合。在生成加工轨迹过程中进

行交互指定待加工图形时，需指定图形的轮廓，用来界定被加工的区域或被加工的图形本身。如果轮廓是用来界定被加工区域的，则要求指定的轮廓是闭合的；如果加工的是轮廓本身，则轮廓也可以不闭合。由于CAXA制造工程师2006计算轮廓是按当前坐标系的当前平面投影来计算，所以组成轮廓的曲线可以是空间曲线，但要求指定的轮廓不应有自交点。

(2) 区域和岛屿。区域是指由一个闭合轮廓围成的内部空间，其内部可以

有“岛屿”。岛屿也是由闭合轮廓界定的。由轮廓和岛屿共同指定待加工的区域，轮廓用来界定加工区域的外部边界，岛屿用来屏蔽其内部不需加工或需保护的部分。

(3) 加工精度。输入模型的加工精度。计算模型的轨迹误差小于此值。加

工精度越大，模型形状的误差也增大，模型表面越粗糙；加工精度值越小，模型形状的误差也减小，模型表面越光滑，但是，轨迹段的数目增多，轨迹数据量变大。

(4) 加工余量。相对模型表面的残留高度，可以为负值，但不要超过刀角 半径，即留给精加工的切削量。

(5) 顺铣和逆铣。在铣削加工中，顺铣和逆铣的切削效果是不同的。在数 控切削加工中，采用顺铣的方式可以得到较好的加工效果。

(6) 加工边界。在CAXA制造工程师2006中，很多加工轨迹在生产之前都

会提示选择加工边界，可通过选择一个封闭轮廓来圈定加工轨迹生成的范围，如果默认不选择（单击鼠标右键跳过），则系统会把毛坯的最大外轮廓作为加工边界。

（六）加工方法

1、基准面的加工

点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【平面区域粗加工】。 【走刀方式】选用【环切加工】—【从外向里】；【拐角过渡方式】选用【圆弧】；【加工参数】中【顶层高度】、【底层高度】均为10，【加工精度】为0.01，【行距】为12；【轮廓参数】中【余量】为0，【补偿】为ON。

【切削用量】中【主轴转速】设为5000，【慢速下刀速度】为100，【切入切出连接速

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度】为100，【切削速度】为220，【退刀速度】为100。

【刀具参数】选用刀具库中的φ16mm立铣刀。

按照以上步骤拾取轮廓，则生成加工轨迹，如图6.6.1。

图6.6.1

2、双面件的正面加工

(1) 上表面的加工

点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【平面区域粗加工】。具体参数的设置与基准面加工相同。

(2) 外形轮廓的加工

点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【平面轮廓精加工】。 【加工参数】中【加工精度】设为0.01；【顶层高度】设为12；【底层高度】、【每层下降高度】均为4。【拐角过渡方式】选用【圆弧】。【走刀方式】选用【圆弧】。【轮廓补偿】选为TO。

【切削用量】与【刀具参数】的设置与基准面加工相同。 (3) 正面凹槽的加工

点击【相关线】按钮，利用【平移】拾取轮廓。根据工艺分析可选用【区域式粗加工】。 【加工参数】中【加工方向】选用【顺铣】；【XY切入】选用【行距】—【9】—【环

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切】；【精度】中【加工精度】为0.01，【加工余量】为0。【行间连接方式】选用【圆弧】。

【切入切出】中选用【XY向】—【圆弧】，【半径】为8，【角度】为30。 【切削用量】的设置与基准面加工相同。

【加工边界】中选用【使用有效的Z范围】—【最大】为8.5—【最小】为8.5；【相对于边界的刀具位置】选用【边界内侧】。

【刀具参数】选用刀具库中的φ12mm立铣刀。 (4) 加工φ8、φ26中心孔 根据工艺分析可选用【孔加工】。

【加工参数】中【主轴转速】为5000，【钻孔速度】为50，【钻孔深度】为5，【下刀余量】为1，【下刀增量】为1，【钻孔位置定义】选用【输入点位置】。

【刀具参数】 选用刀具库中的φ5mm中心钻。 输入需加工孔的坐标即可生成轨迹。 (5) 加工φ8通孔

加工方法与加工中心孔方法相同，其中【钻孔深度】为15，【下刀余量】0.5，【刀具参数】 选用刀具库中的φ8mm麻花钻。

(6) 加工φ26底孔

根据工艺分析可选中【孔加工】。

加工方法与加工中心孔方法相同，其中【钻孔速度】为25，【钻孔深度】为15。 【刀具参数】 选用刀具库中的φ14mm麻花钻。 (7) 加工φ26孔

点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【平面轮廓精加工】。 【加工参数】中【加工精度】设为0.01，【顶层高度】设为10，【底层高度】为-3，【每层下降高度】均为4；【拐角过渡方式】选用【圆弧】；【走刀方式】选用【往复】；【轮廓补偿】选为PAST；【加工余量】为0。

【切削用量】中【切削速度】为200。 【刀具参数】选用刀具库中的φ16mm立铣刀。 (8) 加工φ8通孔倒角

点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【平面轮廓精加工】。 【加工参数】中【加工精度】设为0.01，【拔模斜度】为45，【顶层高度】设为10，【底层高度】为9，【每层下降高度】均为1；【拐角过渡方式】选用【圆弧】；【走刀方式】

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选用【往复】；【轮廓补偿】选为PAST；【加工余量】为0；【拔模基准】为【底层为基准】。

【刀具参数】选用刀具库中的45°倒角铣刀。

(9) 按照以上加工方式，则生成加工轨迹如图6.6.2。

图6.6.2

3、双面件的背面加工

(1) 外形轮廓的加工

加工方法与正面加工中的外形轮廓加工相同。 (2) 背面凹槽的加工

【加工参数】中【加工方向】选用【顺铣】；【XY切入】选用【行距】为9—【环切】；【Z切入】选用【层高】为4；【精度】中【加工精度】为0.01， 【加工余量】为0；【行间连接方式】选用【直线】。

【加工边界】中选用【使用有效的 Z范围】—【最大】为7—【最小】为4.77；【相对于边界的刀具位置】选用【边界内侧】。

【刀具参数】选用刀具库中的φ12mm立铣刀。 (3) 加工过渡圆角

点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【导动线精加工】。 【加工参数】中【加工方法】选用【单向】；【XY切入】选用【行距】为2； 【Z切入】选用【层高】为0.5；【截面指定方法】为【截面形状】；【加工精度】为0.01，【加工余量】为0。

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点击【相关线】按钮，拾取轮廓。根据工艺分析可选用【区域式粗加工】。

【加工边界】中选用【使用有效的Z范围】—【最大】为10—【最小】为8；【相对于边界的刀具位置】选用【边界上】。

【刀具参数】选用刀具库中φ10mm球头刀。 (4) 加工φ8、φ26孔倒角

加工方法与正面加工中的倒角加工相同。 (5) 按照以上加工方法，则生成加工轨迹如图6.6.3所示。

图6.6.3

（七）轨迹仿真

轨迹仿真可以模拟刀具沿轨迹进给，实现对毛坯切削的动态图象显示，仿 真过程可通过轨迹仿真器来实现。

通过轨迹仿真命令拾取相关轨迹后可调入仿真器进行仿真。在仿真过程中，可以随意放大、缩小、旋转，便于观察细节；可以调节仿真速度；可以检查刀柄干涉、快速移动过程中的干涉、刀具无切削部分的干涉情况；可以把切削仿真结果与零件理论形状进行比较，切削残余量用不同颜色区分表示。

（八）生成及校核G代码

按照机床类型的配置要求生成G代码，即把已经生成的刀具轨迹转化成G 代码数据文件，生成数控程序就可以直接输入机床进行数控加工。

校核G代码就是把生成的G代码文件反读过来，生成刀具轨迹，来检查生成的G代码的正确性。

按照加工步骤可生成三段数控程序，校核后填入零件编程报告。

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七、双面件的数控加工

（一）刀具的安装

(1) 首先打开主控电源，再打开压缩空气阀，然后打开控制面板电源。 (2) 机床回原点。先将POWER键打开，再将EMERGENCY(急停)键打开，方 可进行机床原点回归操作。

(3) 刀具的安装。将刀具卡片中的刀具依次按顺序安装到刀库中，在刀具 放入刀库之后，通过手动数据输入(MDI)，使刀座号及相应的刀号必须存储在机床控制的内存中，并输入刀具的长度、直径补偿。

（二）工件的装夹

在装夹工件前，首先将已经选择好的夹具装夹到机床工作台，再进行找正，夹具虎钳的四个螺母先不拧紧，进行找正，这时用百分表对虎钳打表找正。打表找正要进入机床手动模式，在操作面板上按手动键。找正完成后拧紧螺母，再校核一次表，然后把工件装夹到虎钳夹具上。

（三）工件坐标系的确定

在装夹工件后，须测出工件的工件原点,来确定工件坐标系。本次加工选用工件的中心为坐标系的原点。

1、XY坐标值的测量

(1) 将加工所用刀具装上主轴，主轴正转。

(2) 快速移动工作台和主轴，靠近工件在X轴正方向一侧,改用微调操作， 让刀具慢慢接触到工件一侧，记下此时机床坐标系中的X坐标值A。

(3) 采用类似的方法让刀具接触到工件在同一方向上的另一侧，记下此时

机床坐标系中的X坐标值B。

(4) 若刀具直径为C，则可知工件坐标系原点在机床坐标系中的X坐标值 为B+(A-B)/2+C/2。

(5) 同理可测得工件坐标系原点在机械坐标系中的Y坐标值。

2、Z坐标值的测量

(1) 将加工所用刀具装上主轴，主轴正转。

(2) 将固定高度为A的量块放到厚度为B的工件上，使刀刃和量块刚刚接

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触，记下此时机床坐标系中的Z坐标值C。则工件坐标系原点在机床坐标系中的Z坐标值为C-A-B。

3、坐标值的输入

通过以上步骤在加工工件正面时可确定工件坐标系，将测得的X、Y、Z值输入到机床工件坐标系存储地址中。在加工工件背面时可通过工件中心的孔来确定工件坐标系。

（四）程序的输入

可以用磁盘将由CAXA制造工程师2006得出的程序存储，并通过计算机在加工工件时依次把程序输入机床。

（五）数控机床的运行

按下AUTO键，进入AUTO模式，按下程序启动钮即可进行工件加工。加工完成后，取下工件，清扫机床，整理刀具，关闭电源，关闭压缩空气开关。

（六）工件检测

本次加工的工件可采用游标卡尺(0.02mm)进行检测。

游标卡尺的读数原理：游尺有50刻度线，与主尺49格刻线宽度相同，游标的每格宽度为49/50=0.98mm，则游标读数值是1.00-0.98=0.02mm，因此，0.02mm为该游标卡尺的读数值。

游标卡尺读数的方法：先看游标零线的左边尺身上最靠近的一条刻线的数值，读出被测尺寸的整数部分；再看游标零线的右边，数出游标第几条刻线与尺身刻线对齐，读出被测尺寸的小数部分；把上面两次读数的整数部分和小数部分相加，就是卡尺的所测尺寸。

将零件检测后填入零件检测报告。

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八、结束语

通过本次毕业设计，使我对双面零件的加工过程有了一定的了解，也使我对FANUC0iMate—MC系统切削、加工中心的操作能力有了进一步的提高。

本次毕业设计让我系统地巩固了《数控机床实训技术》、《机械制图》、《数控编程》等许多课程。从零件产品图的绘制、零件加工工艺的确定到产品的仿真加工。通过老师的悉心指导和自己的认真学习、分析，查阅相关资料，最终完成毕业设计。通过这次设计，增加了不少专业知识，提高了动手能力，提高了个人综合素质。

本篇毕业论文不仅是自己的汗水和智慧的结晶，也离不开老师的帮助和指导。我要特别衷心的感谢我的论文指导老师： 老师，感谢他对我的大力支持及精心指导，使我的毕业论文能够顺利进行并完成！也向所有帮助过我的老师和同学们表示衷心的感谢！

毕业论文工作的结束意味着新的征程的开始，我也会在未来努力的奋斗，尽自己的微薄之力回报母校的培养之情，争取做一个对社会有更多积极价值的人。

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参考文献

[1]数控机床实训技术. 电子工业出版社. 王金城主编. （2006.8） [2]数控加工编程与操作. 人民邮电出版社. 顾晔 楼章华主编. （2009.5） [3]数控工艺培训教程. 数控铣部分. 清华大学出版社. 杨伟群主编. (2006.8)

[4]CAXA制造工程师2006数控加工自动编程. 机械工业出版社. 隋秀梅主编. (2008.11) [5]数控加工工艺手册. 化学工业出版社. 杨继宏主编. (2008.1) [6]数控加工工艺. 西安电子科技大学出版社. 刘长伟主编. (2007.2) [7]画法几何及工程制图. 高等教育出版社. 唐克中 朱同钧主编.（2002.8）

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