轴数控加工及编程-毕业论文.doc

更多论文/fanteral毕业设计说明书课 题 轴数控加工及编程 专 业： 数 控 技 术 班 级： 姓 名： 指 导 老 师： 目 录一、 绪论3二、 二维图9 三、 三维图10四、 选择设备、刀具11五、 选择切削用量11六、 轴零件的加工12 1、轴的零件分析132、轴加工工艺卡、刀具卡13 3、轴数控加工路线图14 4、轴零件加工手工编程15 七、 轴套零件的加工171、 轴套的零件分析172、 轴套加工工艺卡、刀具卡18 3. 轴套数控加工路线图 194. 轴套零件加工手工编程20八、 数控加工仿真22九、 设计小结24十、 参考文献26摘 要：结合本零件分析，本课题零件是轴套类零件，分为两部分，首先加工轴，用三爪卡盘对零件毛坯进行装夹，查数控刀具表选取合适的数控车刀，对零件进行粗车，加工时可用g73指令将零件加工出图纸要求的轮廓，并留有一定的加工余量，然后对零件的外形轮廓进行精车，保证重要的加工表面的精度，用切槽刀加工出螺纹的退刀槽4x2，用60螺纹刀加工外螺纹，用45车刀对零件倒角，最后对零件进行磨削第二步加工套类零件，粗加工套类零件的外表面，留一定的加工余量。用尾座的f18钻头钻孔，用数控镗刀加工内圆，加工时留有一定的加工余量，用g33指令加工内螺纹，用镗刀加工f30的阶梯孔，用45车刀对零件倒角。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、镗孔等工作。本课题的精度要求高，加工要粗精加工分开，提高零件精度，查表知：“孔的直径尺寸精度一般为it7，精密轴套取it6。”关键字 ： 制造业 数控技术 精加工 一 绪 论1、数控技术是数字化制造和制造自动化的核心技术支持科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品的生产设备提出了三高（高性能、高精度和高自动化）的要求。在机械产品中，单件和小批量产品占到70%80%。由于这类产品的生产批量小、品种多，一般都采用通用机床加工。当产品改型时，加工所用的机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量。要实现这类产品的自动化成为机械制造业中长期未能解决的难题。大批大量生产的产品，如汽车、摩托车、家用电器等零件，为了解决高产优质的问题，多采用专用机床、组合机床、专用自动化机床以及专用自动生产线和自动化车间进行生产。但是应用这些专用生产设备，生产周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。现代机械产品的一些关键零部件，如在造船、航天、航空、机床及国防部门的产品零件，往往都精度复杂、加工批量小、改型频繁，显然不能在专用机床或组合机床上加工。而借助靠模和仿行机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大限制。特别对空间的复杂曲线曲面，在普通机床上根本无法实现。数控机床的研制始于20世纪40年代末。1952年美国parsons公司与麻省理工学院（mit）合作研制了第一台三坐标立式数控铣床。该机床的研制成功是机械制造行业中一次技术革新，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。2、数控技术的发展的几个主要阶段数控机床产生后随着微电子技术和计算机的发展1952年至1959年：第一代数控系统，采用电子管元件。20世纪60年代前期：第二代数控系统，采用晶体管元件。20世纪60年代后期：第三代数控系统，采用集成电路。20世纪70年代前期：第四代数控系统，采用大规模集成电路和小型通用计算机。20世纪70年代后期开始：第五代数控系统，采用微处理器和微型计算机。数控机床经历的5个时代可以分为2个阶段。第一、二、三代数控系统主要由电器的硬件和连线组成，所以称之为接线逻辑数控系统（wired logic nc）或硬数控系统。它的特点是具有很多的硬件电路和连接接点，电路复杂，可靠性不好，这是数控系统发展的第一阶段。第四、五两代数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，所以称之为cnc系统。它的特点是控制和运行主要由软件来完成，容易扩大功能、柔性好、可靠性高，因此也称为软数控系统。我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50%，配国产数控系统（普及型）也达到了10%。3、数控机床和数控系统的发展 随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向发展。 （1）高速度、高精度化高速化指数控机床的高速切削和高速插补进给，目标是在保证加工精度的前提下，提高加工速度。这不仅要求数控系统的处理速度快，同时还要求数控机床具有大功率和大转矩的高速主轴、高速进给电动机、高性能的刀具、稳定的高频动态刚度。 高精度包括高进给分辨率、高定位精度和重复定位精度、高动态刚度、高性能闭环交流数字伺服系统等。数控机床由于装备有新型的数控系统和伺服系统，使机床的分辨率和进给速度达到0.1m(24mmin)，lm(100240mmin)，现代数控系统已经逐步由16位cpu过渡到32位cpu。日本产的fanucl5系统开发出64位cpu系统，能达到最小移动单位0.1m时，最大进给速度为100mmin。fanucl6和fanucl8采用简化与减少控制基本指令的risc(reduced instruction set computer)精简指令计算机，能进行更高速度的数据处理，使一个程序段的处理时间缩短到0.5ms，连续lmm移动指令的最大进给速度可达到120mmin。 本交流伺服电动机已装上每转可产生100万个脉冲的内藏位置检测器，其位置检测精度可达到0.01mm脉冲及在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法。补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿、刀具补偿等技术外，还开发了热补偿技术，减少由热变形引起的加工误差。 （2）“开放式” 要求新一代数控机床的控制系统是一种开放式、模块化的体系结构：系统的构成要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准化的； 系统的软件、硬件构造应是“透明的”、“可移植的”； 系统应具有“连续升级”的能力。为满足现代机械加工的多样化需求，新一代数控机床机械结构更趋向于“开放式”：机床结构按模块化、系列化原则进行设计与制造，以便缩短供货周期，最大限度满足用户的工艺需求。数控机床的很多部件的质量指标不断提高，品种规格逐渐增加、机电一体化内容更加丰富，因此专门为数控机床配套的各种功能部件已完全商品化。 （3）智能化 所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，智能数控系统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、切削深度、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 1）在数控系统中引进自适应控制技术。数控机床中因工件毛坯余量不匀、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、润滑或冷却液等因素的变化将直接或间接影响加工效果。自适应控制是在加工过程中不断检查某些能代表加工状态的参数，如切削力、切削温度等，通过评价函数计算和最佳化处理，对主轴转速、刀具(或工作台)进给速度等切削用量参数进行校正，使数控机床能够始终在最佳的切削状态下工作。 2）设置故障自诊断功能。数控机床工作过程中出现故障时，控制系统能自动诊断，并立即采取措施排除故障，以适应长时间在无人环境下的正常运行要求。 3）具有人机对话自动编程功能。可以把自动编程机具有的功能，装入数控系统，使零件的程序编制工作可以在数控系统上在线进行，用人机对话方式，通过crt彩色显示和手动操作键盘的配合，实现程序的输入、编辑和修改，并在数控系统中建立切削用量专家系统，从而达到提高编程效率和降低操作人员技术水平的要求。 4）应用图像识别和声控技术。由机床自己辨别图样，并自动地进行数控加工的智能化技术和根据人的语言声音对数控机床进行自动控制的智能化技术。 （4）复合化 复合化加工，即在一台机床上工件一次装夹便可以完成多工种、多工序的加工，通过减少装卸刀具、装卸工件、调整机床的辅助时间，实现机多能，最大限度提高机床的开机率和利用率。60年代初期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心（mc），即自备刀库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可自动更换刀具，连续地对工件的各加工面进行多种工序加工。目前加工中心的刀库容量可多达120把左右，自动换刀装置的换刀时间为l2s。加工中心中除了镗铣类加工中心和车削类车削中心外，还出现了集成型车/铣加工中心、自动更换电极的电火花加工中心，带有自动更换砂轮装置的内圆磨削加工中心等。随着数控技术的不断发展，打破了原有机械分类的工艺性能界限，出现了相互兼容、扩大工艺范围的趋势。复合加工技术不仅是加工中心、车削中心等在同类技术领域内的复合，而且正向不同类技术领域内的复合发展。 多轴同时联动移动，是衡量数控系统的重要指标，现代数控系统的控制轴数可多达16轴，同时联动轴数已达到6轴。高档次的数控系统，还增加了自动上下料的轴控制功能，有的在plc里增加位置控制功能，以补充轴控制数的不足，这将会进一步扩大数控机床的工艺范围。 （5）高可靠性 高可靠性的数控系统是提高数控机床可靠性的关键。选用高质量的印制电路和元器件，对元器件进行严格地筛选，建立稳定的制造工艺及产品性能测试等一整套质量保证体系。在新型的数控系统中采用大规模、超大规模集成电路实现三维高密度插装技术，进一步地把典型的硬件结构集成化，做成专用芯片，提高了系统的可靠性。 现代数控机床均采用cnc系统，数控系统的硬件由多种功能模块制成，对于不同功能的模块可根据机床数控功能的需要选用，并可自行扩展，组成满意的数控系统。在cnc系统中，只要改变下软件或控制程序，就能制成适应各类机床不同要求的数控系统。现代数控机床都装备有各种类型的监控、检测装置，以及具有故障自动诊断与保护功能。能够对工件和刀具进行监测，发现工件超差，刀具磨损、破裂，能及时报警，给予补偿，或对刀具进行调换，具有故障预报和自恢复功能，保证数控机床长期可靠地工作。数控系统一般能够对软件、硬件进行故障自诊断，能自动显示故障部位及类型，以便快速排除故障。此外系统中注意增强保护功能，如行程范围保护功能、断电保护功能等，以避免损坏机床和工件的报废。 （6）多种插补功能数控机床除具有直线插补、圆弧插补功能外，有的还具有样条插补、渐开线插补、螺旋插补、极坐标插补、指数曲线插补、圆柱插补、假想坐标插补等。 二、二维图 图 1零件简图三 二维图轴类零件的三维视图套筒类零件的三维视图四、选择设备1.机床的选择本课题零件是组合零件，分为两部分。第一部分是轴类零件，由三个阶台面、直槽及螺纹构成。第二部分套类零件由外圆，内孔，内槽，内螺纹组成。其主要特点是内外圆柱面和相关端面间的形状，精度要求高，根据以上的加工情况可选用fanuc-0it数控车床对零件进行加工。2.夹具的选择 三爪卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要工具，内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，为保证一次安装加工出全部外轮廓，需要设一圆锥心轴装置，用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧以提高工艺系统的刚性。在零件调头夹持加工内圆尺寸30时，为了防止39已加工表面不被三爪自定义卡盘夹伤表面，用铜皮包住此外圆表面再进行夹紧。五、切削用量确定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，但也应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。1. 背吃刀量ap的选择 轮廓粗车时选ap=2mm左右，精车ap=0.25mm；螺纹粗车时ap=0.4mm，精车ap=0.1mm。2. 主轴转速的选择 主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。车直线时，查表可以选择切削速度，然后利用公式计算主轴转速n，计算公式为：n=1000v/d确定主轴转速n=600r/min、精车主轴转速n=800r/min。车螺纹时，利用公式计算主轴转速n=320r/min。3. 进给速度vf的选择 vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择，粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.l0.4 mm较为合适。根据查表和实际经验，粗车时选择0.2mm/r；精车时选择0.05mm/r。六 轴零件的加工 1.轴的工艺分析 零件图如下： 图2 该零件为轴类零件。表面由外圆柱面、阶梯外圆面、退刀槽及螺纹等表面组成，其中39，30这两个直径尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。表面粗糙度要求为1.6，为了保证同轴度通常减小切削力和切削热的影响，粗精加工分开，使粗加工中的变形在精加工中得到纠正，采用粗车-半精车-精车-粗磨-抛光，加工时要零件材料为45钢，毛坯尺寸为45x80，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。加工步骤如下：1车外圆和端面确定机床坐标原点（对刀）。2装夹左边，车右端面并用尾座小钻头钻定位孔，然后用顶尖装置顶紧。3粗车外圆留加工余量0.20.5mm。将图纸上尺寸加工至39.5，30.5，20.5。4精加工各外圆尺寸，到达图纸尺寸要求，重点保证30外圆尺寸。5加工退刀槽，槽42。6用60螺纹刀粗-精加工m202的螺纹达到图纸要求。7调头装夹，选用4mm的槽刀切断工件的同时将其右端进行倒角 8去毛倒刺，检测工件各项尺寸要求2.数控加工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的。应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它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，以提高刀具加工的刚性。查阅机械加工常用刀具数据选用以下系列刀具：1）选用45o硬质合金端面车刀车削端面； 2）选用95o外圆粗车刀粗车外圆表面；3）选用90o外圆精车刀精车外圆表面；4）选用标准中心钻钻中心孔；5）选用15mm钻头钻15mm的孔，为后面镗孔加工做准备；6）选用75內孔车刀镗孔；7）选用60o三角内螺纹车刀车内螺纹；8）选用4mm切槽车刀切断3.数控加工工艺卡、刀具卡的选择表1 数控加工工艺卡片序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间o0001三爪自定心卡盘数控车床工序号工步内容刀具号刀具规则/mm主轴转速(rmin-1)进给速度(mmr-1)背吃刀量/mm备注1车端面t01450硬质合金端面车刀6000.32确定机床坐标原点2粗车39mmt02950外圆车刀6000.32自动加工3粗车30mmt02950外圆车刀6000.31.5自动加工4粗车螺纹大径20mmt02950外圆粗车刀6000.21.5自动加工3精车39mmt03900外圆车刀8000.050.02自动加工4精车30mmt03900外车刀8000.050.02自动加工5精车螺纹大径20mmt03900外圆精车刀8000.050.02自动加工6加工退刀槽t044mm槽刀 60002手动7螺纹加工t05600螺纹刀 2000901手动8切断工件t044mm槽刀 300050.5手动编辑杜和峻审核批准4. 数控加工刀具卡片产品名称零件名称零件图号 工序刀具号刀具规则、名称数量加工表面刀尖角备注1t01cnmg120408-dm1车端面4545端面车刀2t02mclnr2525k121粗车外圆表面9595外圆车刀3t03mclnr2525k121精车外圆表面9090外圆精车刀4t04q2q2525r031车螺纹退刀槽工件的切断4mm切槽刀5t05swr2525k161车螺纹6060螺纹刀编制杜和峻审核批准共 1页5.数控加工路线图序号工序名称及加工程序号工艺简图工序号及内容刀具号备注1车工件右端面及39，30201、 车端面t01自动2、粗车各外圆t02自动3、精车各外圆t03自动2车螺纹退刀槽4x161、起始点手动2、定位手动3、切退刀槽t043车m20x2螺纹螺纹循环加工t05自动4t04切断工件t01倒角6.数控加工程序o0001 g50 x50 z50 t0101 m03 s600 g01 x45 z0 f100 x0 z50 t0202 m06 g71 u2 r1g71 p01 q02 u0.1 w0.2 f90 外圆循环加工 n01 g01 x16 f60 g01 x20 c2 z-25 x30 c0.5 z-30.1x39n02 z-40x100 z100 t0303 g70 p01 q02g00 x50z50 t0404 g01 z-25 f100 切槽4x2退刀槽 x16x50z50t0505g33 x17 z-23 l11 p30 f4 车m20x2螺纹g00 x50t0404 m06g01 z-40 f60x0m30七 轴套零件的加工 1.零件图如下该套类零件由外圆柱面，内孔，内槽，内螺纹组成。其主要特点是内外圆柱面和相关端面间的形状，同轴度要求高，加工内螺纹时要与外螺纹配合进行加工，使其达到图纸要求的配合精度。加工时将上道工序切断的棒料进行装夹，加工右面的端面，该棒料是45钢，切削加工性能较好，无热处理。 加工步骤如下：1、车外圆和端面确定机床坐标原点。2、车端面并用尾座小钻头钻定位孔，然后用顶尖装置顶紧。3、粗车39外圆，同时留余量2mm供精加工，松开顶锥，然后用15的钻孔刀钻至30mm的深度。4、用內孔车刀镗孔粗加工内孔m20带有螺纹的孔,精镗孔的精加工余量留1.5mm。5、用内螺纹车刀加工m20内螺纹，并与轴的外螺纹配合进行加工6、用45o硬质合金端面车刀倒角7、调头车削左端面，保证长度为30误差为0.088、用內孔车刀粗加工内孔f30的孔,精镗孔的精加工余量留1.5mm。9、精加工f3的孔，保证配合件间隙在0.070.13mm10、用45o硬质合金端面车刀倒角 11、去毛倒刺，检测工件各项尺寸要求2.轴套加工工艺卡、刀具卡工艺序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间o0001三爪自定心卡盘数控车床工序号工步内容刀具号刀具规则/mm主轴转速(rmin-1)进给速度(mmr-1)背吃刀量/mm备注1车端面t01450硬质合金端面车刀6000.32确定机床原点2车外圆39mmt02950外圆粗车刀6000.32加工外表面3钻15钻头钻孔t0315mm钻头6000.3-钻孔便于加工内孔4粗车内孔20mmt04內切槽刀镗孔6000.5的加工余量5螺纹加工t05内螺纹车刀6000.21.5配合加工6车内孔30mmt03内槽刀车刀8000.050.017倒角t05450端面车刀 2000901编辑杜和峻审核批准3.数控加工刀具卡片产品名称零件名称轴套零件图号 工序刀具号刀具规则、名称数量加工表面刀尖角备注1t01cnmg120408-dm1车端面45o45o端面车刀2t02mclnr2525k121粗车外圆表面95o95o外圆车刀3t0315mm钻头1钻内孔-4t04s16r-pclnr091粗车内孔表面75o75o内孔车刀o5t05c16m-q2sr31车30内孔6t06snr0020q161车内螺纹60o编制杜和峻审核批准共 1页4.数控加工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的。应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它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，以提高刀具加工的刚性。查阅机械加工常用刀具数据选用以下系列刀具：1）选用45o硬质合金端面车刀车削端面； 2）选用95o外圆粗车刀粗车外圆表面；3）选用15mm钻头钻15mm的孔，为后面镗孔加工做准备；5）选用75內孔车刀镗孔；6）选用60o三角内螺纹车刀车内螺纹；7）选用4mm切槽车刀切断工件5. 加工刀具路线图9钻孔1、起始点自动2、定位自动3、钻孔t03自动10车右端m20x2螺纹1内孔循环加工起点2确定进刀和距离3进行内孔的加工t0411加工内螺纹时与螺栓配合加工确定加工起点和进给量加工内螺纹t06自动1275內孔车刀镗孔1.加工30 t05自动2、倒角t01自动6.零件轴套的编程o0002g50 x100 z100 t0101 m03 s600 g00 x60 z10g71 u2 r1g71 p1 q2 u-0.2 w0.5 f1.5 外圆加工n1 g00 x38.5 z2g01 z0x39 w-0.5n2 z-25g70 p1 q2 g00 x100 z60t0303 m06 g00 x0 z60g74 z-30 q10 f0.2g00 z60t0404 m06g74 z-60 q10 f1.5t0303 g01z-5 q0.5 f1.5g00 x100 z100t0404 s400 g01 x30 z2 f50g72 w2 r1g72 p10 q11 u-0.2 w0.1f100 内孔加工n10 g01 z0 f50g01 x28 w-1z-5x20x16 w-2n11 z-30g70 p100 q120g00 z100 t0505 s500g01 x18.2 z10 f100g33 z-32 f2 车螺纹x19.1x19.7x20x100 z100 g00 x100 z100g01 z-30 f60x0 m30八 利用mastercam-x进行数控仿真加工图九 设计小结毕业设计终于做完了，几个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在陈老师的细心指导和严格的要求下顺利画上句号。衷心感谢指导老师，毕业设计的很多思想和方法得益与老师的指导和启发。 从设计选题的分析到毕业设计内容的写做都倾注了指导老师的的巨大的心血.本设计能顺利的完成也归功于陈老师的认真负责.使我们能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以