数控零件加工工艺分析及加工程序编制毕业设计

订做机械设计课程设计(含图纸CAD和WORD论文）QQ 1003471643毕 业 论 文数控零件加工工艺分析及加工程序编制姓 名 学 号 专 业 班 级 指导教师 系 别 答辩日期 数控零件加工工艺分析及加工程序编制第一章 绪论1.1：我国数控系统的发展史1.我国从1958年起到1979年，即封闭式发展阶段。由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济和国外的技术封锁等的制约，未能取得较大的发展。 2.在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五(81-85年)的引进国外技术，“七五”(86-90年)的消化吸收和“八五”(91一-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。 3.我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1 9 9 5年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1 9 9 9年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。 4. 纵观我国数控技术近50年的发展历程，总体来看取得了以下成绩：a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。b.初步形成了数控产业基地。诸如兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。1.2：数控机床的组成及工作原理 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。 数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序。 数控机床由控制介质、计算机数控装置、伺服驱动系统、辅助装置等部分组成。 控制介质计 算机数控装置伺服驱动系统辅助装置机床反馈系统 位置检测 速度检测 数控机床的组成框图 各个部分的工作原理简述如下：（1） 控制介质控制介质是以指令的形式记载着的各种加工信息，如工件的加工工艺过程、工艺参数和刀具运动轨迹等。常用的控制介质有键盘、穿孔带、穿孔卡、磁带和磁盘等。由于计算机编程能力强大，也可通过数控机床上的I/O通信接口将计算机内的程序送入数控装置进行加工，也可将数控装置上的加工程序送回计算机保存起来。（2） 计算机数控装置数控装置是数控机床的核心。它接受输入的加工信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后、将各种指令信息输出给伺服系统。它由输入装置、输出装置、运算器、控制器和存储器等组成。其中输入装置接受控制介质送入的加工信息代码，经识别、译码之后送到相应的存储区，作为控制和运算的原始数据。再经过数据运算处理，由输出装置发出相应的控制指令和运动指令，指令以脉冲形式输出。（3） 伺服驱动系统伺服驱动系统的作用是把来自数控装置的指令进行放大，驱动机床的移动部件运动，使工作台按规定轨迹移动或准确定位，加工出符合图样要求的工件。伺服系统由伺服驱动电路、功率放大电路、伺服电动机、传动机构和检测反馈装置组成。伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产效率的主要因素之一。（4） 辅助控制装置辅助控制装置是把计算机送来的辅助指令经机床接口转换成电信号，用来控制主轴电动机的起、停、转速调整，冷却泵起、停及工作台的转换和换刀等动作。（5） 机床本体数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，与普通机床相比，它结构简单，具有更好的抗震性和刚度，运动部件的摩擦因数小，进给传动部件之间间隙小。加工制造要求更精密，并采用加强刚度、减少热变形、提高精度的设计措施。它包括：主运动部件、进给运动部件（工作台、刀架等）、支承部件（床身、立柱等）和转位部件（刀库、换刀机械手等）、冷却、润滑等辅助装置。1.3：数控机床的优点 数控机床采用了计算机数控系统，因此也称为计算机数控机床或CNC机床。数控机床作为一种新型的自动化机床、在具有高自动程度的同时还具有广泛的通用性。这是因为数控机床都具有以下一些共同的优点：（1）数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。最佳切削参数和最佳走刀路线的合理使用，能够大大地缩短加工时间，提高生产率。（2）数控机床按照程序自动加工，不需要人工干预，而且还可以利用软件进行校正及补偿。因此，使用数控机床进行生产，可以保证零件的加工精度。稳定产品质量。（3）只要改变程序，就能改变数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹，就可以加工不同的零件，使数控加工具备了广泛的适应性和较大的灵活性。从而能够完成很多普通机床难以完成或者不能加工的、具有复杂型面的零件的加工。（4）许多数控机床能够实现生产加工过程中的自动换刀，使得零件一次性装夹之后，数控机床就能完成零件的多个加工部位的加工，真正实现了一机多用，大节省了设备和厂房面积。生产者可以精确计算生产成本，并对生产进度进行合理的安排，从而在事实上程度上可以加速资金的周转，切实提高经济效益。（5）在一般情况下，数控机床在加工生产过程中不需要特别的专用夹具，普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。与普通机床相比，使用数控机床进行生产时，专用夹具设计制造和存放的费用可以大大的减少。（6）运用数控机床进行生产，能够大减轻工人的劳动强度。第二章 论文内容2.1：论文题目 毕业论文是高等职业教育教学计划的重要组成部分，是加强理论与实际相结合的实践性教学环节，是各专业的必修课程，在学生完成所有专业课程学习、结合毕业实习进行。大学生活即将结束,我们也将迎接的最后一次考验和竞争就是毕业论文。 在结合自己的所学专业和毕业实习内容的前提下，此次的毕业论文的论题为：数控零件加工工艺分析及加工程序编制。数控加工零件为毕业实习中具有代表性的连接杆。 零件图如下：2.2：数控机床的介绍 以实习单位常蔚科技股份工业公司FANUC Series 18i TB SR 20R型数控车床为例： 2.2.1：机械的动作原理本机为主轴台移动型自动车床，由下列主要构造结构构成： 注释：1：刃物台 2：主轴台 3：导套 4：背面装置 5：背面四轴装置 因刃物台是主要的加工刀具集中库，其详细结构如下图所示：注释：01：导套 02：车刀座 03：四轴钻轴座 04：横向五轴装置（1）主轴台：、 由利用筒夹挟取棒材，可回转的主轴和由NC控制长方向往复运动的移动装置构成。正面加工时材料Z方向的移动，由主轴台进行。（正面加工：主轴和刀台配合加工；背面加工：背面主轴和背面4轴装置配合加工，X轴、Y轴依CNC控制可做往复运动，正面加工时，径方向的移动由刃物台进行。在导套的近旁，材料接触和Z轴( 主轴台)共同进行加工。刃物台上装有钻孔座，4轴(横向)装置。刀座装设车刀进行旋削加工，钻孔座装设钻轴，进行正面钻孔，攻牙，搪孔等加工，横向4轴装置装设回转工具进行横向钻孔，攻牙，搪孔等加工） （2）导 套： 将材料支撑在加工位置近旁，防止因切削负荷而造成弯曲，可进行高精度加工。外径方向的切削负荷几乎完全由导套支撑，加工精度依存于导套和材料间隙，因此必须使用外径精度高的材料。 （3）背面加工装置： 由背面主轴，ZB轴和XB轴的移动装置构成。 背面加工时材料由ZB轴方向的移动和背面4轴装置共同进行；刀具选择时XB轴方向的移位，由背面加工装置负责。 背面加工装置的功能如下： 1），材料切断面无肚脐眼加工。 2），ZZB轴同期制御。 3），背面加工。 （4）背面4轴装置 装设切断面加工用的刀轴，进行背面孔，攻牙，搪孔等的加工，又如果有工具回转驱动装置时，可装设回转工具进行背面偏心孔，偏心攻牙及铣削加工。 2.2.2：操作面板主要功能键介绍 MACHINE READY键：（运转准备）警报1022(开机时)出现的状态下按MACHINE READY键，油压ON，机械准备完成，警报1022消去，MACHINE READY灯点火。 EMENRGENCY STOP键：即非常停止键，非常事态发生，要让机械立刻停止的按钮。此按钮按下时会固定住，向右旋回即释放。 NO BARSTOCK键：即材欠表示灯。加工中的材料逐渐变短，送料机的材欠检知动作是此等点亮。 HEAD1键：运转模式选择键。此时HEAD1侧单独运转。 SIMUL键：运转模式选择键。此时HEAD1、HEAD2同时运转。 HEAD2键：运转模式选择键。此时HEAD2侧单独运转。 EDIT键：编辑。程式编辑时使用。 MEMORY键：自动运转。依程式，使机械自动运转时使用。 MDI键：在CNC操作面板输入指令，使之执行动作时使用。 JOB键：手动移位。X、Y、Z、XB、ZB任一轴移位及正/背面主轴夹头开时使用。 ZERO RETURN键：原点复位。各轴手动原点复归时使用。 2.2.3：送料机 保证数控车床连续持续加工承载2.2米长棒材的机械设备，能提高工作效率、加工精度，减少劳动强度，实现加工自动化的机械加工配套装备。第三章 工艺分析与选择在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。 3.1：零件图工艺分析 数控加工零件为：连接杆，零件材料为SUS33不锈钢，无热处理和硬度要求，加工完成后表面镀镍。如下为对该零件的数控车削工艺分析。 （1）零件图工艺分析 该零件形状由圆柱、圆锥（倒角）、圆孔、平面、螺纹及径向通孔组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度，表面粗糙度和角度等要求；其中长8mm的平面还兼有控制该零件形状误差的作用，另外4-2.0圆孔要求90对称。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为 SUS33不锈钢，无热处理和硬度要求，加工完成后表面镀镍。 通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。 1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 2）在外轮廓上有个直径为5mm的圆孔 和 两 个 成180对成的平面，因此在加工时主轴要旋转角度，增加适当的机械间隙补偿以保证其准确的对称性。 3）由于工业化、自动化批量生产，材料采用长2.2米直径12毫米的SUS33不锈钢。 4）由送料机送料，主轴为专用夹头，右端面应先切断，并钻中心孔。 （2）选择设备 实习加工生产中日本FANUC Series 18i TB SR 20R型数控车床。 （3）确定零件的定位基准和夹装方式 工件在加工时，用来确定工件在夹具中正确位置的表面（点、线、面）称为定位基准。 1）定位基准 确定棒料轴线和右端面（即切断面，以确定加工零点）为设计基准。 2）装夹方法 为适合工业自动化生产，采用专业主轴夹头夹紧，这样能减少劳动轻度、提高加工精度。 （4）确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）、先主后次、先基准后其他、尽量减少换刀次数的原则确定。即先从右到左进行钻通孔、车外轮廓，再钻侧孔，侧铣平面，最后车螺纹。（5）刀具选择1） 选择2.6mm的中心钻（正、背、上三把）钻削中心孔。2） 精车选用45硬质合金（右偏）刀。3） 平端面选用90的2mm切断刀。4） 在加工两个2mm槽时，选用专用2mm的切槽刀5） 车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀。6） 加工零件台阶处时选用45硬质合金反偏（左偏）刀。7） 正面钻6mm孔时选用刀尖角120直径6mm的钻头。8） 背面钻M50.8孔时，先选用刀尖角1204.3mm的钻头钻孔，后用M50.8的丝锥攻牙。9） 钻削外轮廓上M50.8的螺纹孔时，先选用刀尖角1204.3mm的钻头钻孔，后用M50.8的丝锥攻牙。10） 车铣长8mm的两个平面时选用6mm的平头铣刀，分两次完成。（6）拟定数控加工刀具卡片将所选刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便编程和操作管理：产品名称或代号零件名称螺纹钢管零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工部位备注1T11002.6mm中心钻1正面钻2.6mm中心孔2T12006mm中心钻1正面钻6mm孔3T10090切断刀1切端面及零件切断4T30060外螺纹车刀1车螺纹5T2002mm切槽刀1加工2mm槽6T50045精车刀1车外轮廓右偏刀7T600车牙刀1车外牙8T31002.6mm中心钻1侧面钻2.6mm中心孔9T32004.3中心钻1侧面钻孔10T33006mm铣刀1车铣长8mm的平面11T3400M50.8的丝锥1侧面攻牙12T21002.6mm中心钻1背面钻2.6mm中心孔13T22004.3中心钻1背面钻孔14T2400M50.8的丝锥1背面攻牙编制审核批准（7）切削用量的选择1）背吃刀量ap(mm)的选择 为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。粗车轮廓循环时选ap=3mm，精车ap=0.25mm，车螺纹时ap=0.1mm。粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。2）进给速度f(mm/min或mm/r)的选择 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册，合理选择进给速度。粗车每转进给量为0.4mm/r，精车每转进给量为0.15mm/r，由v=nf得，粗车、精车进给速度分别为200mm/min和180mm/min。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。3）切削速度Vc（m/min）的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。粗车切削速度Vc=90m/min、精车切削速度Vc=120m/min。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。4） 主轴转速n(r/min) 主轴转速一般根据切削速度Vc来选定。利用公式Vc=dn/1000计算主轴转速n：粗车500r/min、精车1200r/min。车螺纹、钻孔时主轴转速320r/min。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。5） 切削宽度L（mm） 一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。在数控加工中，一般L的取值范围为: L=(0.60.9)d。 （8）拟定数控车削加工工序卡片综合前面分析的各项内容，并将其填入数控加工工序卡片。 单位名称产品名称或代号零件名称零件图号螺纹钢管工序号程序编号夹具名称使用设备车间001液压夹具和背面加工装置FANUC18iTB SR 20R型数控车床数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/r/min进给速度/mm/min被吃刀量/mm备注1切端面T10025*2500自动2钻中心孔T11005450自动3钻直径9.3mm孔T12009500自动4钻直径5.8mm孔T13005.5500自动5车轮廓T40045*2510002001.5自动6钻侧孔T33002自动7钻铣平面T3400515001900.025自动8车螺纹T30060*153209600.1自动编制审核批准年 月 日共 页第 页 M指令内容M指令内容MOO程式停止M65切屑搬送关MO1程式特殊停止M68Z轴扭力限制开M03主轴正转M69Z轴扭力限制关M04主轴反转M77单段无效M05主轴停止M78单段有效M06主轴固定开M79Q指令有效M07主轴固定关M80材欠拾出开M08正面C轴开M81材欠拾出关M09正面C轴关M82正背面主轴回转同期制御开M10主轴夹紧M83正背面主轴回转同期制御关M11主轴松开M84运输带开M12长物夹持开推力关M85运输带关M13长物夹持关推力开M88切削移位倍率100%开M20一个加工完了停止M89切削移位倍率100%关M21形状错换防止开M98呼叫子程式M22形状错换防止关M99程式结尾M23不完全牙开 M110背面主轴夹紧关M24不完全牙关M111背面主轴夹紧开M25切削液开M116制品接收器A夹取开始M26切削液关M117制品接收器A排出开始M27切断刀破损换出开M125切削液2阀门1开M29刚性攻牙正面M126切削液2阀门1关M36回转工具正转M127Y轴回转工具复位M37回转工具反转M145切削液2阀门2开M38回转工具停止M146切削液2阀门2关M40Z-ZB同期制御开M147切削液2阀门3开M41Z-ZB同期制御关M148切削液2阀门3关M62自动材料供给装置推力开M150回转磨具导套开M63自动材料供给装置推力关M151回转磨具导套关M64切屑搬送开M152-M159预备M指令开/关M200-M999互相等待指令