心轴设计与加工.docx

宜宾职业技术学院毕 业 论 文课题名称心轴加工与加工系部专业名称现代制造工程系数控专业班级数控 1105 班姓名王旭学号202313343指导教师刘学 航班级数控 1105 班2023 年9月18日摘要数控机床集计算机技术、电子技术、自动把握、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的进展和运用，开创了制造业的时代，转变了制造业的生产方式、产业构造、治理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。现代的 CADCAM、FMS、CIMS 等，都是建立在数控技术之上。数控技术水平的凹凸已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的进展方向。数控系统是数控机床的把握局部，数控系统包括 CNC 装置、主轴及进给伺服驱动装置，以及主轴电动机、进给电动机和与其相关的检测反响元件。一个数控系统性能的好坏是与上述各个环节的性能亲热相关的。为了到达确定的精度要求， 本次设计对进给伺服系统承受了开环把握。用直流伺服电机做执行部件。通过 PWM 调速系统来把握电机；利用 LM629 驱动 PWM；承受编码盘作为主轴的速度检测元件来构成精度较高的半闭环把握。在科技迅猛进展的今日，随着自动信息处理、数据处理以及电子计算机的消灭，给自动化技术带来了的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进展把握，推动了机床自动化的进展。因此，数控机床能够解决一般机床难于胜任的问题。关键词：数控机床 ，数控系统，伺服单元，半闭环把握，主轴21AbstractCNC machine tool set, computer technology, electronic technology, automatic control, sensing, machinery manufacturing, network communication technology, is a typical mechatronic product, its development and use, founded the manufacturing industry new times, changed the manufacturing industry production, industry structure, management mode, make the world manufacturing industry a dramatic change in the pattern of. Modern CAD / CAM, FMS, CIMS etc, are built in the numerical control technology. CNC technology level has become a measure of national manufacturing industry modernization degree core markers, realize the processing machine and the production process of NC, has become the development direction of manufacturing industry.CNC system CNC machine tool control part, CNC system comprises an CNC device, the spindle and feed servo drive unit, and a spindle motor, feed motor and related detection feedback element. A numerical control system performance is with the link performance is closely related to. In order to achieve a certain precision requirements, the design of servo feed system employs an open loop control. DC servo motor as executive component. Through the PWM control system to control the motor driver using LM629; PWM; using the coding disc as spindle speed detecting element to constitute a high precision closed loop control.The rapid development in science and technology today, along with the automatic information processing, data processing and the emergence of computer, automation technology to bring a new concept, using the digital signals of the machine and process control, promote the development of automated machine tools. Therefore, numerical control machine tool can solve the difficult problems of general machine tools for.Keywords: CNC machine tools, CNC system, servo unit, loop control, spindle31名目第一节 零件分析 1一、零件图 1二、零件构造分析 1三数值运算 1其次节 工件的定位与夹装 2一、加工精度要求 2二、零件装夹与定位基准选择 2三、加工刀具分析与确定 2四、加工处理 3第三节 数控车削加工工艺 4一、数控车削加工编程任务书4二、零件的装夹安装方式 4三、数控加工工序卡 6四、数控加工刀具表 7五、加工用量的选择与确定 8第四节 机床刀具运行轨迹图 8第五节 数控加工程序单 11第六节 数控车削加工的操作 14一、数控编程和关心参数确实定 14二、数控加工的刀具安装 15三、工件的装夹 15四、工件的校正 16五、数控加工的对刀16六、数控加工首件试切 17七、零件的生产加工17第七节 结论 18参考文献 19前言毕业设计是高等职业教育教学打算的重要组成局部，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，在学生完成全部专业课程学习、结合毕业实习进展。大学生活马上完毕 ,我们也将迎接的最终一次考验和竞争就是毕业设计。这次毕业设计中，我的设计题目是内螺纹深槽椭圆球头心轴加工。为了更好的完成设计，我认真争论了零件图，查阅了金属切削原理与刀具、数控加工编程及操作、数控加工工艺学数控加工曲型案例等资料。但在设计过程中，因自己阅历缺乏，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不行 以实干，而不能代表能不能干好。所以我乐观与设计指导教师、操作指导教师沟通， 在各位教师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到各位教师优良工作 品质的影响，培育出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风， 为今后从事工作打下了良好的根底。通过毕业设计，我真正生疏到理论和实践相结合的重要性，并培育了我综合运 用所学理论学问和实际操作学问去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技术工 程问题的力气，使我建立了正确的设计思想，把握了工艺设计的一般程序、标准和 方法，并进一步稳固、深化地吸取和运用了所学的根本理论学问和根本操作技能。 还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、编写数控程序、数控机床操作、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作力气，更培育 了我勇于创的精神及严谨的学风及工作作风。由于本人力气有限，缺少设计阅历，设计中漏误在所难免，敬请各位教师指正批判，以使我对自己的缺乏得到准时的觉察并修改，避开我在今后的工作中避开再次消灭。在这里，向在这次毕业设计中赐予过我鼓舞、指导及帮助的每位教师表示我虔诚和诚意的感谢！第一节 零件分析一、零件图：图 1.1.1二、零件构造分析图 1.1.2 内螺纹深槽椭圆球头心轴该零件构造如图 1.1.2，包括有有圆柱、圆锥、椭圆球头、内孔及内螺纹。在数据车削加工中，零件车削加工成形的构造外形并不简洁，但零件的尺寸精度尤其是零件的几何精度要求很高，其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和外表粗糙度值等要求。三、数值计算11生活中，我们对几何信息的认知有多种方法常用的有，数形结合法解析法。但有时面对简洁的图形，解析法会带来繁重的数学计算。AUTO CAD 作为一套专业的绘图软件，它强大的信息处理功能为图形中繁杂点的计算带来了可能。我们在操作界面中绘制图形后就可以翻开状态栏中的捕获、对象捕获按钮，在绘图区捕获相关的点。同时，在状态栏中就可以看到这些点的坐标。其次节 工件的定位与装夹一、加工精度要求参见图 1.1.1：在数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有： 44 0mm 0.016的圆柱段，零件中间有 28 0mm 的圆柱段的精度要求和外表粗糙度要求，零件的 0.016左端有 38 0mm 的圆柱段以及深度为 29.5mm 的内孔和 M22×1.5mm 的内螺纹，零 0.016件右端有椭圆球头。由上述尺寸可以确定，零件的轴向加工尺寸该以左端面为基准。二、零件装夹与定位基准选择定位基准选择原则（1） 基准重合原则（2） 基准统一原则（3） 便于装夹原则（4） 便于对刀原则依据定位基准选择原则，避开不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。参见图 1.1.1：该零件左端为 44 的圆柱，右端为椭圆球头。加工该零件时，先以右端毛坏外圆柱为定位基准加工出零件的左端的，再以 44 0mm 的圆 0.016柱为定位基准加工零件的右端。承受三爪自动定心卡盘的装夹方式进展零件的装夹定位。零件轴向的定位基准选择在 44 0mm 圆柱段的左端面。 0.016三、加工刀具分析与确定参见图 1.1.1：在该零件的数控车削加工中承受硬质合金 K =900 外圆车刀，副偏r角取为 600，断屑性较好。零件中间锥台处使用硬质合金外圆精车车刀，刀尖圆弧半径取为 0.2mm。零件中间圆柱槽局部使用宽度为 8mm 的切槽刀。零件内孔部位使用刀柄宽度为 15mm 的内螺纹车刀，刀柄宽度为 15mm 主切削刃宽度为 5mm 的内切槽车刀， 镗孔车刀，就可以满足加工所需。由零件加工的上述工艺分析，确定加工使用的设备、辅具与材料如下：一案例加工选择在 FANUC 数控系统的车床上进展；二配备零件毛坯 1 件，毛坯材料为 45#钢；毛坯尺寸45mm× 105mm；三配备三爪自动定心卡盘等相关装夹工具；四刀具配备：中心钻B=2.5mm1 支；20 钻头 1 支；外圆车刀正刀、主偏角 K=9001 把；r切槽车刀刀刃宽 B=8mm1 把； 外圆精车车刀 1 把；镗孔车刀 1 把；内切槽车刀刀刃宽 B=5mm1 把； 内螺纹车刀 1 把。七、加工处理在生产实际中，大局部零件的加工往往是以混合工艺的形式来进展编制的；有的加工工艺在数控车床上不能进展操作或操作比较繁琐。所以在数控加工前要对零件的某些部位进展预加工，目的是为数控车削加工工序供给牢靠的装夹工艺基准。对于该零件在数控加工前的预加工就是在零件一端钻打直径为 20mm 深度为 28mm 的内孔。第三节 数控车削加工工艺该零件有尺寸精度要求和粗糙度要求。当零件的加工工艺和走刀路线确定后， 就要正确地计算刀位点的编程坐标系，假设对刀点的坐标系计算错误或误差较大那 么将直接导致零件尺寸误差较大甚至不合格。零件上有协作尺寸和自由尺寸，它们 都是有公差要求的，编程时确定要把公差考虑进去，否则，加工的零件有可能不符 合公差要求。要依据加工零件的材料、切削性和外表外形，合理地选择刀具的类型、牌号和刀具的几何参数，刀具的前角、后角和修光刃对提高零件的外表加工质量都 有很大的作用。在对零件加工进，切削用量的选择对零件外表的加工精度和外表粗 糙度有直接的影响，为了到达加工要求，要合理地选择切削用量。其工艺内容见下述数控工艺文件。一、 数控车削加工的数控编程任务书：见表 1.1.1产品零件图号任务书编号工艺处数控编程任务书零件名称内螺纹深槽椭圆球头心轴使用数控设备共 1 页第 1 页主要工艺说明及技术要求：1、 数控车削加工零件上各轨迹曲线尺寸的精度到达图纸要求，详见产品工艺卡片。2、 技术要求见零件图。收到编程时间年 月 日经手人编制审核编程审核批准表 1.1.1数控编程任务书年月日二、数控车削加工时零件的装夹安装方式该零件一端为圆柱另一端为椭圆球头，承受两顶尖装夹也不好装夹，所以分两次掉头装夹加工该零件。零件左端外圆柱尺寸有精度要求，为了保证加工精度，装夹左端时用垫片垫起装夹。加工时承受三爪自动定心卡盘装夹零件，工件加工安装和工件坐标原点设定卡见表 1.1.2。零件图号工序号数控加工工件安装和零点设定零件名称内螺纹深槽椭圆球头心轴装夹次数2 次编制日期批准日期第 页序号夹具名称 夹具图号共 页表 1.1.2数控加工工件安装和零点设定卡年月日三、数控车削加工工序卡数控加工分粗加工和精加工进展，其工序如下：一使用主偏角主偏角 K=900 的外圆车刀，对零件左端的的外圆r和右端椭圆球头局部进展粗加工和精加工。数控加工工艺卡及选择切削用量见图表 1.1.3。二便用镗孔车刀、内螺纹车刀、刀刃宽度 B=5mm 的内切槽车刀加工零件左端内孔进展粗加工和精加工。数控加工工艺卡及选择切削用量见图表 1.1.3。三使用刀刃宽度为 B=8mm 的切槽刀加工零件中间的圆柱槽和倒斜角。数控加工工艺卡及选择切削用量见图表 1.1.3。四使用外圆精车车刀对零件中间圆锥局部进展精加工和粗加工。数控加工工艺卡及选择切削用量见图表 1.1.3。机械厂工艺序号数控加工工序卡产品名称或代号零件名称内螺纹深槽椭圆球头心轴零件呼号编程编号夹具名称夹具编号使用设备车间P0130/P0140三爪自动定心卡盘数控车床工步号工步内容加工面刀13零件左端打B型中心孔 零件左端钻孔粗加工零件左端外形轨迹 粗加工零件右端外形轨迹 粗加工零件左端内孔精加工零件左端外形轨迹 精加工零件右端外形轨迹 精加工零件左端内孔左端面2左端面外圆柱面外圆柱面rP4T2、T3、T4T5475a =2.0P粗车5内孔475a =2.0P粗车67外圆柱面 外圆柱面T1600a =1.0P精车T2、T3、T4T5、T6、T7600a =1.0P精车8内孔600a =1.0P精车编制审核批准第 1 页共 1 页表 1.1.3 数控加工工艺卡年月日主轴转进给速 背吃刀量刀具规具号速度mm备注格r/minmm/minT0B=2.5475120T1 20475120T2K =900475120a =2.0粗车四、数控车削加工刀具表T0: 中心钻 B=2.5mm T1：钻头 20mmT2: 900 外圆车刀可转位车刀 T3：刀刃宽 B=8mm 切槽车刀T4: 外圆精车车刀T5: 镗孔车刀T6：刀刃宽 B=5mm 内切槽刀T7: 内螺纹车刀数控刀具构造及数控刀具明细表参见表 1.1.4刀具号刀位刀规 格具刀补地址换刀方式刀具名称刀具图号长度直长自动/手动加工部位T74内螺纹车刀105自动零件内孔表 1.1.4 数控刀具构造及明细表号设定补长设定径度T0中心钻B2.5自动零件左端T1钻头20自动零件左端T21外圆车刀K =900r85自动零件两端T32切槽车刀B=8105自动零件外形T43外圆精车105自动零件外形车刀T52镗孔车刀105自动零件内孔T63内切槽刀B=5105自动零件内孔五、加工用量的选择与确定数控粗车加工中，每次切削进给背吃刀量 2.0单边，分数次切削进展粗车加工。加工后零件各部位均留精车余量 1.0单边。数控粗、精加工转速与进给速度选择参见表 1.1.3.第四节 机床刀具运行轨迹图数控加工左端的外形轨迹运行图见表 1.1.5，数控加工左端内孔轨迹运行图见表1.1.6 数控加工右端的外形轨迹运行图见表 1.1.7。刀具T2、T5、号T6、T7刀具85长度1 号刀A(100.0，100.0)1 35.0，3.02 35.0，03 38.0，-1.54 38.0，-29.55 44.0，-29.56 44.0，-38.57 45.0，38.5A(100.0,100.0)2 号刀A(100.0,100.0)8 22.0,3.09 22.0,-28.010 20.0,-28.011 20.0,3.0A100.0,100.03 号刀A(100.0,100.0)11 (20.0,3.0)12 (20.0,-23.0)13 (26.0,-23.0)12 (20.0,-23.0)11 (20.0,3.0)A(100.0,100.0)4 号刀A(100.0,100.0)14 (23.95,3.0)15 (23.95,-20.0)16 (20.0,-20.0)11 (20.0,3.0)A(100.0,100.0)表 1.1.5机床刀具运行轨迹图零件左端外形轨迹曲线备注表中各坐标点：X 向、Z 向为确定坐标点刀具T2、T3、号T4刀具长度表 1.1.7机床刀具运行轨迹图零件右端外形轨迹曲线1 号刀A(100.0,100.0)1 44.0，3.02 44.0，-63.03 45.0，-63.04 (45.0,3.0)5 (0,0)6 (44.0,-26.0)A(100.0,100.0)2 号刀A(100.0,100.0)7 (45.0,-34.0)8 (28.0,-34.0)7 (45.0,-34.0)9 (45.0,-72.0)10 (28.0,-72.0)11 (45.0,-72.0)12 (45.0,-73.0)13 (41.0,-72.0)14 (45.0,-71.0)15 (41.0,-72.0)16 (45.0,-72.0)A(100.0,100.0)3 号刀A(100.0,100.0)17 (45.0,-34.0)18 (28.0,-34.0)19 (44.0,-54.0)20 (45.0,-54.0)A(100.0,100.0)备注表中各坐标点：X 向、Z 向为确定坐标点第五节 数控加工程序单零件右端加工程序清单见表 1.1.8，零件左端加工程序清单见表 1.1.9。表 1.1.8数控加工程序单 Z(W、K)零件名称 内螺纹深槽椭圆球头心轴 校核X(U、I) P0130序号零件右端程序说明N0010G54G00X100.0Z100.0工件坐标系设定G54N0020M03S400F0.3T0100设定转速进给率，选择刀具N0030M08开启冷却液N0040 N0050 N0060 N0070N0080G00X44.5Z3.0G01Z-73.0X45.5G00Z3.0X44.012 粗加工外圆柱34快速定位N0090G01Z-73.0S800F0.1精加工外圆柱N0100X45.0退刀N0110G00Z3.0快速定位移动N0120X44.0快速定位N0130G71U2.0R0.5椭圆球头循环粗加工N0140G71P10Q20U1.0W1.0N0150N10G00X0Z1.5N0160G01X20.0Z-2.0S800F0.1N0170X34.0Z-8.0N0180N20X42.0Z-16.5N0190G70P10Q20N0200G00X0快速定位N0210N0220#1=26WHILE#1GE0DO15 椭圆球头精加工N0230#2=44*SQRT1-#1*#1/26*26N0240G01X#2Z#1-26S1000F0.1N0250#1=#1-0.1N0260END1N0270 N0280G55G01W-1.0G00X100.0Z100.06工件坐标系设定G56共 2 页第 1 页共 2 页第 2 页表 1.1.8数控加工程序单 Z(W、K)零件名称 内螺纹深槽椭圆球头心轴校核X(U、I)P0130序号零件右端程序说明N0290T0200换 2 号刀N0300 N0310N0320G00 G01G04X46.0Z-34.0 X28.0X4.07 快速定位8 深槽加工暂停N0330G01X46.0退刀N0340 N0350N0360G00 G01G04Z-67.0X28.0 X4.0910 深槽加工暂停N0370N0380G01G00X46.0Z-68.511 退刀定位N0390N0400 N0410G01X44.0X41.0Z-67.0 X46.012 13 倒斜角退刀N0420N0430G00G01Z-65.5X44.014 定位N0440 N0450N0460G56G00X41.0Z-67.0 X46.0X100.0Z100.015 倒斜角16 退刀设定工件坐标系G56N0470T0300换 3 号刀N0480N0490G00G71X45.0Z-33.0U2.0R0.517 定位锥面循环粗加工N0500G71P70Q80U1.0W1.0N0510N0520N70G01G00X32.0Z-34.0S800F0.118N0530N0540N80G70X44.0Z-54.0P70Q8019锥面循环精加工N0550G00X100.0Z100.0A退刀N0560M09关闭冷却液N0570M05程序停顿N0580M30程序完毕返回起点表 1.1.9数控加工程序单 Z(W、K)零件名称 内螺纹深槽椭圆球头心轴 校核X(U、I) P0140序号零件左端程序说明N0100G54G00X100.0Z100.0工件坐标系设定G54N0110M03S400F0.3T0100设定主轴转速、进给率、选择刀具N0120M08开启冷却液N0130G00X46.0Z3.0快速定位N0140G71U2.0R0.5粗加工外圆柱N0150G71P10Q20U0.5W0.5N0160 N0170 N0180 N0190 N0200 N0210N0220N10N20G00 G01X35.0Z0S1000X38.0Z-1.5 Z-29.5X44.0Z-40.0X45.0F0.11234567N0230G70P10Q20精加工外圆柱N0240G55G00X100.0Z100.0工件坐标系设定G56N0250T0200换 2 号刀N0260G00X21.5Z3.0快速定位N0270G01Z-29.5粗镗内孔N0280X20.0退刀N0290G00Z3.0快速定位N0300X24.0快速定位N0310G01Z0S600F0.1设定精加工转速和进给率N0320 N0330 N0340N0350G00X22.0Z-2.0 Z-29.5X20.0Z3.08 精加工内孔91011N0360G56G00X100.0Z100.0工件坐标系设定G56N0370T0300换 3 号刀N0380G00X20.0Z3.0快速定位N0390N0400G01Z-23.0X26.01213N0410G04X4.0暂停N0420G01X20.0退刀N0430G00Z3.0退刀N0440G57G00X100.0Z100.0工件坐标系设定G57N0450T0400换刀共 2 页第 1 页表 1.1.9 数控加工程序单 Z(W、K)零件名称 内螺纹深槽椭圆球头心轴 校核序号N0460 G00N0470 G92 N0480 N0490 N0500 N0510 N0520 N0530 N0540N0550X20.0X22.5 X23.0 X23.5 X23.9 X23.95 X100.0 M09 M05M30零件左端程序Z5.0Z-20.0F1.5G00Z150.0快速定位内螺纹循环切削14返回 A 点冷却液关程序停顿程序完毕返回到程序开头共 2 页第 2 页X(U、I)P0140第六节 数控车削加工的操作一、数控编程和关心参数确实定刀号、刀补、间隙补偿等一刀具刀位号的设置。参见数控刀具明细表 1.1.4.二刀补值未设定加工中未使用刀具补偿。三) 刀偏值未设定加工中运用程序在起始点换刀。四间隙补偿值设置为使用机床的间隙测量值。五快速运行值承受数控系统默认值。二、数控加工的刀具安装车削外圆、车削台阶圆、车削端面包括车削内孔时各种类型车刀的安装与要求一样。车刀安装得是否正确，将直接影响切削能否顺当进展和工件的加工质量，因此车刀安装后必需做到：一刀尖严格对准工件中心，以保证车刀前角和后角不变，否则车削工件端面时，工件中心会留下凸头并损坏刀具。如以以以下图 1.1.3：车刀对准工件中心的方法：使用垫片来到达车刀刀尖对准工件中心，垫片一般使用150200mm 的钢片。垫片要垫实，垫片的数量应尽量少。正确的垫法是：使垫片在刀头一端与四方刀架垂直于刀杆的边对齐。图 1.1.3 车刀刀尖与工件中心未对准二车刀刀杆就与进给方向垂直，以保证主偏角与副偏角不变。三为避开加工中产生振动，要求车刀刀杆伸出长度应尽量短，一般不超过刀杆厚度的 11.5 倍；内孔车削加工的刀杆伸出的长度以被加工孔的深度为准，且大于被加工孔的深度。四最少要用刀台上的两颗螺钉压紧车刀，并且要求轮番拧紧螺钉。当车刀紧后，试车削端面，观看车刀刀尖是否对准工件中心，否则应从调整垫片并进展试切，直到车刀刀尖对准工件中心。三、工件的装夹零件的加工承受三爪自动定心卡盘夹紧，为保证零件的尺寸精度，还须承受垫片包裹夹紧。工件装夹时就留意如下：一安装工件前，必需把三爪自动定心卡盘和被夹工件的部位探试干净。二安装好工件后，让主轴转动，看工件是否甩动，否则从装夹。三为防止工件的轴向窜动，工件应承受轴向定位。使用限位支承进展轴向定位。四、工件的校正由于三爪自动定心卡盘能够进展自动定心，所以当工件轴向长度不大并且加工精度要求不高时，可以不进展校正。但是，当装夹较长的工件或者加工精度要求较高时，由于远离三爪自动定心卡盘的工件端有可能与车床的轴心不重合，所以必需进展工件的校证。校正方法有：一用划线盘校正工件外圆和端面划针分别指在工件的外圆和端面。二用百分表校正工件的外圆和端面。五、数控加工的对刀一数控车床是装夹零件，毛坯尺寸45mm×105mm。二在数控车削加工中，是以车刀刀尖圆弧中心进展加工的。因此在对刀时， 对刀尺寸应当减去刀尖圆弧半径 R2。三X 方向对刀。为了保证零件的尺寸精度要求，承受试切法对刀。在MDI 指令下承受外圆循环切削指令加工出一段圆柱，先将车刀移到离工件毛坯 X2.0mm、Z3.0mm 的方位，用 G91 指令加工，设定 U=2.0、W=-15.0，MDI 指令运行完毕后将刀具向 Z 轴方向移动 X 轴不动。测量出已加工圆柱的直径加上设定的 U 值得出工件坐标系 X 的设定值，输入机床坐标系即完成 X 轴方向的对刀。四Z