苏 州 市 职 业 大 学
实习（实训）报告
名称 台虎钳固定钳口的加工
2010年11月1日至2011年1月10日共 8 周
院 系 机电工程系 班 级 08数控（3） 姓 名 汪菲菲
系 主 任 陶亦亦 教研室主任 朱 彤 指导教师 包 枫
台虎钳固定钳口的加工
1、加工中心编程概述 .............................................................................................. 3
1.1 加工中心的定义 ......................................................................................... 3 1.2 加工中心的坐标系统 ................................................................................. 3 1.3 编程的内容与方法 ..................................................................................... 4 1.4 程序的结构格式 ......................................................................................... 5 1.5 加工中心常用指令及功能 ......................................................................... 5 2、台虎钳固定钳口的CAD 图及其工艺 .............................................................. 8
2.1 台虎钳的CAD图及图样分析 .................................................................. 8 2.1.1加工工艺主要包括以下几方面： ........................................................... 8 2.1.2 CAD图见图纸 ......................................................................................... 9 2.2 加工中心的选择及其工艺的设计 ........................................................... 10 2.3 装夹方案的确定及其刀具选择 ............................................................... 12 2.4 台虎钳固定钳口的加工程序 ................................................................... 14 3、台虎钳装配图 .................................................................................................... 21 4、实训体会 ............................................................................................................ 21 5、参考文献 ............................................................................................................ 22
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1、加工中心编程概述 1.1 加工中心的定义
加工中心,简称MC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。
1.2 加工中心的坐标系统
加工中心是控制系统、伺服系统和机床主体三个基本部分组成的。控制系统是加工中心的核心，伺服系统的主要作用是根据数控系统发出的控制信号驱动执行元件运动。机床主体是加工运动的实体部件，包括主运动部件、进给运动部件（如工作台、主轴）和支撑部件（如床身、立柱）等。
数控机床坐标系是用右手笛卡儿坐标系作为标准确定。基本坐标轴为X、Y、Z并构成直角坐标系，相应每个坐标轴的旋转坐标分别为A、B、C。
由于加工中心各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以是工件相对于刀具运动，所以ISO标准有如下规定。
（1）不论机床的具体结构师工件静止、刀具运动，或是工件运动、刀具静止，在确定坐标系时，一律看做是刀具相对于静止的工件运动。
（2）机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手直角卡迪尔定则判定Y轴。
（3）坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）表示刀具运动；带“—”的表示工件运动。 （4）增大工件与刀具之间的距离的方向为坐标轴的正方向。
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1.3 编程的内容与方法
一般来讲，程序编制包括以下几个方面的工作。 （1）加工工艺分析
编程人员首先要根据零件图纸，对零件的材料、形状、尺寸、精度和热处理要求等，进行加工工艺分析。合理选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数等；同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效能；加工路线要短，正确选择对刀点、换刀点，减少换刀次数。
（2）数值计算
根据零件图的几何尺寸确定工艺路线及设定坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），要计算出几何元素的起刀点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，有的还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。对于形状比较复杂的零件（如非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完成。
（3）编写零件加工程序单
加工路线、工艺参数及刀位数据确定以后，编程人员根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。此外，还应附上必要的加工示意图，刀具布置图，机床调整卡，工序卡及必要的说明。
（4）制备控制介质
把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上，作为装置的输入信息。通过程序的手动输入或通讯传输送入数控系统。
（5）程序校验与首件试切
编写的程序单和制备好的控制介质，必须经过校验和试切才能正式使用。校验地方法是直接将控制介质上的内容输入到数控装置中，让机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否正确。此方法不能检验被加工的零件的加工精度。因此，需要进行零件的首件试切。
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1.4 程序的结构格式
加工程序是由一系列机床数控装置能识别的指令有序结合而构成的，可分为程序号、程序段和程序结束等几个部分。
（1） 程序段的格式和组成
程序段的格式可分为地址格式、分隔顺序格式、固定程序段格式和可变程序段格式等。最常用的是可变程序段格式。所谓可变程序段格式，就是程序段的长短，随字数和字长都是可变的。
程序段是由程序段号、地址、数字、符号等组成。如：
N30 G00 G90 G54 X0 Y0 S1500 M03 N——程序段地址码，用于指令程序段号 G——指令动作方式的准备功能地址
X、Y——坐标轴地址，其后面的数字表示刀具在该坐标移动的目标点坐标 S——用于指定旋转速度，其后面数字表示主轴转速
M——辅助功能指令，用于指定主轴的旋转方向、启停、冷却液开关、换刀等。 （2）程序号
程序号码由地址O及1—99999内的任意数字组成，如O00001。编程时一定要根据说明书的规定指令，否则系统不会执行的。 （3）顺序号
数控程序的每一段程序前可以加一顺序号，但不是必需的。用地址N后面加1—9999中任意数字表示。顺序号与数控程序的加工顺序无关，他只是程序段的代号，故可以任意编号。
1.5 加工中心常用指令及功能
辅助功能有两种类型：一种是辅助功能（M代码）用于指定主轴起动，主轴停止，程序结束等等。第二种是第二辅助功能（B代码），用于指定分度工作台定位。 1．辅助功能（M功能）
通常一个程序段只能指定一个M代码，但在设定了参数的情况下也可以在一个程序段中指定多个M代码（No.3407#7=1）。
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（1）程序结束（M02/M30）
指令功能：它们表示主程序的结束，自动进行停止，控制返回到程序开头。 （2）程序暂停（M00）
指令功能：执行M00时，程序运行暂停，所有模态信息保持不变，按循环起动键后，自动运行恢复运行。 （3）选择停止（M01）
指令功能：执行M01时，自动进行暂停，按循环起动键后，程序继续运行，但只有当机床控制面板上的“选择停”键被选中，这个代码才有效，否则无效。 （4）子程序调用（M98） ：用于调用子程序。 （5）子程序结束（M99）
指令功能：M99表示子程序结束，执行M99使控制返回到主程序（详见第一章概述）。 （6）换刀指令（刀具交换）（M06） 格式：T—— M06
T——：指刀号
指令功能：执行M06语句，按指定的刀具号调用所需的刀具。 （7）指定刚性攻丝方式（M29） 指令格式： N10 „„„；
N20 M29 S****； N30 G84 „„； 指令功能：使程序进入刚性攻丝状态。 2. M功能代码一览表
M代码一览表 M代码 M00 M01 M02 M03 功 能 *程序停止 *程序任选停 *程序结束 主轴正转 M代码 ▲M19 ▲ M25 主轴定向 自动夹具夹紧 功 能 第 6 页 共 22 页
M04 M05 M06 M08 M09 M10 M11 M12 M13 ▲M14 ▲M15 主轴反转 *主轴停止 换刀指令 冷却接通 *冷却断开 ▲ M26 ▲ M29 ▲M30 ▲ M38 ▲ M39 自动夹具松开 刚性攻丝 程序结束 中央出水 中央出水停 *气动门开 *气动门关 刀库移出（刀库刀套倒刀） ▲ M63 刀库退回（刀库刀套回刀） ▲ M64 主轴夹刀 主轴松刀 冲屑装置出水 冲屑装置停水 注：①带“▲”M代码为选择功能。
②带“﹡”M代码与G代码在同一个程序段时，先执行G代码，后执行M代码。否则先执行M代码，后执行G代码。 3.主轴速度功能（S功能）
加工中心的主轴速度由S后的最多5位数值（rpm）指定，指定的是主轴速度的单位，最高转速取决于机床的规定。 4.进给功能
进给功能控制刀具的进给速度，进给功能有两种： （1）快速移动
当指令定位指令（G00）时，机床以参数No.1420设置的快移速度移动（快速进给速度设为100%）
用机床操作面板上的开关，可以对快速移动的速率进行修调，倍率值为F0，25%，50%，100%。
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注意：当指令G00时各轴按各自独立的快速移动速率运动，运动方向不构成确定的直线或圆弧轨迹。所以请在编程时注意各轴有无干涉。 （2）切削进给（F指令）
刀具以程序中编制的切削进给速度移动。系统同时控制指定的伺服轴的运动方向，刀具以程序中的编制的进给速度（F后的数值）移动，使刀具的运动轨迹与指令定义的一致。
直线插补（G01），圆弧插补（G02、G03）等的进给速度都是用F代码后面的数值指定的。
用机床操作面板上的开关，可以对进给倍率进行修调，倍率值范围为0%-150%。 5.刀具功能（T指令）
在地址T后指定数值选择机床上的刀具，在一个程序段中只能指定一个T代码。 加工中心换刀指令格式：T—— M06
例：T12 M06（调12刀为主轴上当前刀具）
T0 M06 （空换刀，有换刀动作，但主轴上没有刀具，T0表示没有刀具） 使用大刀（直径大于刀库规定的不使刀具相邻干涉时的直径）时应特别注意： ①400规格加工中心一般刀盘直径超过φ80为大刀，大刀的刀号用“60～79”表示，为防止大刀与其它刀干涉，刀库上放置大刀刀窝的邻近刀窝不能放刀（设定99号刀）。 ②在编程时注意，大刀之间可交换，小刀不能换大刀，即大刀不能放在两相邻刀窝号不是99的刀窝中
2、台虎钳固定钳口的CAD 图及其工艺 2.1 台虎钳的CAD图及图样分析
2.1.1加工工艺主要包括以下几方面：
1.选择在机床上进行加工的零件，并确定加工的工序内容。
2.分析被加工零件的加工部位形状，明确加工内容与加工要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定零件数控加工的工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与普通加工工序的衔接等。
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3.设计加工工序。如工步的划分、零件的定位和夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。
4.加工中运行轨迹各节点的计算。
5.调整加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿等。
6.合理分配加工中的容差。 7.处理机床上的部分工艺指令。
2.1.2 CAD图见图纸
数控加工工艺设计的基本内容： (1)零件图的工艺性分析。 (2)加工方法的选择。 (3)工序的划分。
(4)定位与夹紧方式的选择。 (5)加工顺序的安排。 (6)确定走刀路线和工步顺序。 (7)切削用量的选择。 (8)对刀点和换刀点的确定。 (9)数控加工刀具的选择。
(10) 工件在数控机床上的装夹与夹具的选择。 如图可知，在加工中心上加工的内容如下。 （1）加工顶面 （2）加工Φ50内槽 （3）加工4-M6螺纹孔 （4）加工60x40台阶 （5）加工59x78x42.5外形 调换工作面
（6）加工M8螺纹孔
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（7）加工78x22(L型)台阶 调换工作面
（8）加工Φ13.7沉孔 （9）加工2-Φ10通孔 （10）加工72x21两端台阶 调换工作面
（11）加工M12螺纹 调换工作面
（12） 手动铣58.24°斜面
2.2 加工中心的选择及其工艺的设计
（1）选择加工中心
由于在加工台阶和孔时，只需要单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只需精铣、钻削、攻丝等工步，所需刀不超过20把。故选用HAAS VF-0型立式加工中心即可满足上述要求。 （2） 工艺设计
①选择加工方法：直接铣到尺寸 ②确定加工顺序
加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序，即粗加工定位基准面(底面)→粗、精加工上表面→外圆及其台阶面→孔系加工→外轮廓铣削→精加工底面并保证尺寸。为减少换刀次数尽可能在用一把刀时，把该刀要铣的全部铣完。详见下表
数控加工工序卡片
数控加工工产品名称或代号 零件名序卡片 工序号 夹具名称 夹具编号 称 铝 材料 零件 图样 车间 使用设备 第 10 页 共 22 页
台钳 HAAS{VF-0} 工步号 工步内容 加工面 刀具号 刀具规主轴转进给速背吃刀备注 格 速 2000 2000 500 300 度 100 80 60 40 量 1 1 2 3 4 铣平面 铣Φ50内槽 钻4-Φ5孔 攻4-Φ6螺纹孔 铣60x40台阶 59x78x42.5外形（铣） 钻Φ7孔 攻M8螺纹孔 铣78X22 T1 T2 T3 T4 Φ50 Φ20 Φ5 Φ6 5 T2 Φ20 2000 80 6 7 8 T2 Φ20 2000 80 T5 T6 Φ7 Φ8 500 300 60 40 T2 Φ20 2000 80 9 （L）型台阶 钻Φ13.7沉孔 钻Φ9.8通孔 铰Φ10通孔 铣72X21两端台阶 钻Φ10.8孔 攻M12螺纹 T11 Φ12 300 40 T10 Φ10.8 500 60 T2 Φ20 2000 80 T9 Φ10 100 50 T8 Φ9.8 500 60 T7 Φ14 500 60 10 11 12 13 14 15 第 11 页 共 22 页
孔 编制
审核 批准 共1页 第1页 2.3 装夹方案的确定及其刀具选择
（1）装夹方案的确定：
由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。根据零件的结构特点，加工上表面、外圆及其台阶面和孔系时，可选用平口虎钳夹紧；铣削外轮廓时，应采用一面两孔定位方式，即以底面和孔的定位。
该零件形状复杂，四个侧面不光整，加工面与不同加工面之间的位置精度要求高。 （2）刀具的选择：
刀具的选择是加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，加工中心加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
选取刀具时，使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀。对一些主体型面和变斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低和平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采环形刀。
根据加工内容，所需刀具有面铣刀、键槽刀、麻花钻等，其规格根据加工尺寸选择。刀具卡如图。
数控加工刀具表
产品名称 零件底零件 程序编号 第 12 页 共 22 页
名称 板 工步号 刀具号 1 T1 刀具名称 面铣刀Φ50㎜ 立铣刀Φ20㎜ 麻花钻Φ5㎜ 刀柄型号 图样 刀具长度 Φ50 补偿值 D1 H1 备注 2 T2 Φ20 D2 H2 3 4 5 6 7 T3 Φ5 Φ6 Φ7 Φ8 Φ14 D3 D4 D5 D6 D7 H3 H4 H5 H6 H7 T4 丝锥Φ6㎜ T5 麻花钻Φ7㎜ T6 丝锥Φ8㎜ T7 麻花钻Φ13.7㎜ 麻花钻Φ9.8㎜ 铰刀Φ10㎜ 麻花钻Φ10.8㎜ 丝锥Φ12㎜ 8 T8 Φ9.8 D8 H8 9 T9 Φ10 D9 H9 10 T10 Φ10.8 D10 H10 11 T11 编制 审核 Φ12 批准 D11 H11 第1页 共1页 （3）切削用量选择：
切削用量包括主轴转速(切削速度)、切削深度或宽度、进给速度(进给量)等。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是:粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性
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和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。
确定主轴转速时，先查切削用量手册，硬质合金铣刀加工铸铁(190~260HB) 时的切削速度为45~90m/min，取vc=70m/min，然后根据铣刀直径计算主轴转速，并填入工序卡片中(若机床为有级调速，应选择与计算结果接近的转速)。
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确定进给速度时，根据铣刀齿数、主轴转速和切削用量手册中给出的每齿进给量，计算进给速度并填入工序卡片中。
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背吃刀量的选择应根据加工余量确定。粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率的机床上，背吃刀量可达8~10mm。半精加工时，背吃刀量取为0.5~2mm。精加工时，背吃刀量取为0.2~0.4mm。
2.4 台虎钳固定钳口的加工程序
数控加工程序单
零件号 程序号 序号 1 2 O0721 G21 T01M06 程序号 铣顶面 程序内容 01 O0721 编制 程序说明 YGJG- 编制日期 G00G90G54 X120 Y120 S2000 M03 G43 H1 Z50 G01 Z10 F300 Z-1 F100 Y30 铣1㎜ 第 14 页 共 22 页
X-60 Y-10 X60 Y-40 X-60 Z10 G28G91 Z0 M05 M00 T02M06 G00G90G54 X0 Y-100 S2000 M03 铣Φ50内槽 G43H2 Z50 G01Z10 F300 Z-5F80 G41D2 G01 X-12.5Y12.5 G03X-25Y0R12.5 G03I25 G03X-12.5Y-12.5R12.5 G40G01X0Y0 G01Z10 G28G91Z0 M05 M00 T03m06 G54G90S500M03 G00x0y0 g43h03z100. g81x13.7865y13.7865 z-15.r3.f100 钻4-M6至Φ5孔 第 15 页 共 22 页
x-13.7865 y-13.7865 x13.7865 g80 g28g91z0 M05 M00 T04m06 G54G90S300M03 G00x0y0 g43h04z100. g84x13.7865y13.7865 z-15.r3.f100 攻4- M6螺纹 x-13.7865 y-13.7865 x13.7865 g80 g28g91z0 M05 M00 T02M06 G54G90G00X50Y-50S2000M03 铣60x40台阶 G43H2 Z50 G01Z10 F300 Z-8F80 G41D2 G01X50Y-20 G01X-30 Y20 第 16 页 共 22 页
X30 Y-50 G40G01X50 G01Z10 G28G91Z0 M05 M00 T02M06 G54G90G00X50Y-50S2000M03 铣78x59x42.5外形 0 G43H2 Z50 G01Z10 F300 Z-42.5(-6\\-12\\-18\\.....-42.5)F8 分8次铣 G41D2 G01X50Y-39 G01X-39 Y20 X39 Y-50 G40G01X50 G01Z10 G28G91Z0 M05 M00 T05M06 G54G90S500M03 G00x0y0 g43h05z100. g81x0y0 z-25.r3.f100 钻M8至Φ7孔 第 17 页 共 22 页
g80 g28g91z0 M05 M00 T06M06 G54G90S300M03 G00x0y0 g43h06z100. g84x0y0 z-15.r3.f100 g80 g28g91z0 M05 M00 T02M06 G54G90G00X50Y-50S2000M03 攻M8螺纹孔 铣72x21槽（L型） G43H2 Z50 G01Z10 F300 Z-16.5(-4\\-8\\-12\\....-16.5)F80 G41D2 G01X50Y-8 G01X-50 G40G01y-50 G01Z10 G28G91Z0 M05 M00 T07M06 G54G90S500M03 G00x0y0 分5次铣 钻Φ13.7沉孔（事先已打好中心孔） 第 18 页 共 22 页
g43h07z100. g83x0y0 z-42.r3.f100 g80 g28g91z0 M05 M00 T08m06 G54G90S500M03 G00x30y0 g43h08z100. g83x30y0 z-60.r3.f100 x-30y0 g80 g28g91z0 M05 M00 T09m06 G54G90S100M03 G00x30y0 g43h09z100. g85x30y0 z-60.r3.f100 x-30y0 g80 g28g91z0 M05 M00 T10m06 G54G90S500M03 G00x0y0 钻Φ9.8沉孔（事先已打好中心孔） 铰Φ10孔 钻Φ10.8孔 第 19 页 共 22 页
g43h10z100. g81x0y0 z-60.r3.f100 g80 g28g91z0 M05 M00 T02M06 G54G90G00X-50Y-50S2000M03 铣72x21两端凹槽 G43H2 Z50 G01Z10 F300 Z-21(-7\\-14\\-21)F80 G41D2 G01X-36Y-50 G01y50 X36 y-50 G40g01x50 G01Z10 G28G91Z0 M05 M00 T12M06 G54G90S300M03 G00x0y0 g43h12z100. g84x0y0 z-20.r3.f100 g80 g28g91z0 M05 铣3刀 攻M12螺纹孔 第 20 页 共 22 页
M30 3、台虎钳装配图
4、实训体会
经过一个月的实训，我对本专业的了解更进一步，并且加深了对理论知识的掌握。
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通过理论结合实际，对零件的编程，工序卡片的编写都有了一次实战体验，使我对加工中心的加工步骤的设计有了一个全新的认识。丰富了我对加工零件的结构的方面的知识。在指导老师的协助下和同学们的帮助下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手加工了钳口，明确了钳口加工的的一般工作原理、制造、加工工艺，并在图书馆借阅了许多相关书籍和手册，充分地利用和查阅了资料，并和同学进行充分的讨论，以使自己能最大努力搞好本次实训提高自己的能力。
在这次实训中，通过请教指导老师，把平时一些书本上讲的条条框框和实际操作做了一个很好的统一。实际的操作更具有现实意义，让我更加深刻的体会到“尽信书则不如书”的道理。在这短短的一个月的时间里，我对实体操作又有了一个新的认识。使我对零件的加工工艺的设计，加工方法的确定加工顺序的安排等有了深层次的了解。运用加工中心来加工工件在当今社会中运用的非常广泛，掌握其操作步骤，加工方法、工艺的设计等对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。
在这次实训过程中得到了指导老师以及许多同学的帮助，特别是陈祥林老师和包枫老师的悉心指导，使我受益匪浅。在此，对关心和指导过我的各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢！
5、参考文献
[1] 徐长寿，陈祥林 加工中心 北京化学工业出版社 2005 [2] 尚广庆 数控加工工艺及编程 上海交通大学出版社 2007 [3] 刘越 机械制造技术 化学工业出版社 2003
[4] 王爱玲 数控机床结构及应用 机械工业出版社 2006 [5] 陈宏钧 实用机械加工工艺手册 机械工业出版社 2000
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