LZB-李章波轴数控加工及编程-毕业论文.doc
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1、 = 毕业论文(设计)任务书 轴类零件与轴套零件的加工 学生姓名: 李章波 学 号: 09071235 班 级: ZD904 专 业: 数 控 技 术 分 院: 长 江 大 学 技 术 分 院 指导教师: 管 志 强 2012 年 4 月 7 日29目 录第一章 绪 论1第二章 零件分析6第三章 选择设备71.机床的选择72.夹具的选择8第四章 切削用量确定91. 背吃刀量ap的选择92. 主轴转速的选择93. 进给速度Vf的选择9第五章 轴零件的加工101.轴的工艺分析92.数控加工刀具的选择113.数控加工工艺卡、刀具卡的选择124. 数控加工刀具卡片125.数控加工路线图136.数控加工
2、程序14第六章 轴套零件的加工161.轴套的工艺分析162.轴套加工工艺卡、刀具卡173.数控加工刀具卡片184.数控加工刀具的选择185.加工刀具路线图196.零件轴套的编程20第七章 程序的调试和加工22第八章 设计小结24第九章 致 谢25第十章 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
3、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 第一章 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
4、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
5、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
6、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。 -1-20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
7、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
8、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
9、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12
10、0mmin。 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
11、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
12、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
13、,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。
14、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
15、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。
16、 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。 第二章 零件的分析1 零件图 图2
17、-1配合零件的俯视图根据零件图2-1,对零件寸分析,由于该轴的外形轮廓属于配合面,所以表面粗糙度要求为Ra为1.6;该轴对第二个和第三个台阶的尺寸要求较高,所以采用现粗车,在精车。该套的外表面的粗糙度要求为Ra为1.6;确定该套要保证的尺寸是39、30的尺寸和长度为30的尺寸;39和内孔的同轴度为0.027。第三章 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CK6150的FANUC-0iT数控车床对零件进行
18、加工。如图3-1、3-2所示。3-1 数控车床。3-2 FANUC-0iT面板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。第四章 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
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