数控车床的应用针对轴类零件的加工及工艺毕业论文

数控车床的应用针对轴类零件的加工及工艺【摘 要】未来 10 年将是中国机械行业发展的最佳时机。美德两个国家的机械行业发展至少已经有了 18 年的历史，我们估计中国的重化工业的发展将至少要持续 10 年，也就是要到 2015 年。所以，在接下来的十年中，我国的企业规模，产品技术，质量等会随着重化工业的发展而发生明显的改变，机械行业对世界上的很多国家的竞争将会很激烈，并且会逐步从进口转变为出口。目前为止，机械行业中包括的一些行业如船舶，铁路，集装箱及集装箱起重机制造业等随着国际产业的转移而将持续获得很大的利益；电站设备，工程机械将受到产业转移的影响并且加快我国产品的出口。关键词：数控 编程 工艺目 录引 言 .1一、数控车床的产生和发展 .2二、数控机床的组 .2（一）控制介质 .3（二）数控装置 .3（三）伺服系统 .3（四）反馈装置 .4三、数控机床的分类 .5（一）按加工工艺分类 .5（二）按伺服控制方式分类 .5（三）数控机床加工的特点 .6四、数控车削加工工艺 .7（一）数控加工过程 .7（二）数控车削的主要加工对象 .7（三）数控加工工艺的基本特点 .8（四）数控加工工艺的主要内容 .8（五）按所用刀具划分工序 .9（六）加工方法的选择与加工方案的确定 .9（七）工序与工步的划分 .10（八）零件的安装与夹具的选择 .11五、数控加工的注意事项 .16(一)操作安全注意事项 .16(二)数控车床的维护与保养 .17总结 .19谢 辞 .201引 言大学时光就这样没了，而我步入社会也有好几个月了。在学校学习的那么多知识现在都和我工作紧密相连着。通过工作把学校学的理论和实际相结合，让我对专业知识有了更深入的了解。在学校，我各门专业课都学习到了许多知识，并且在出来实习的这段时间里更加融会贯通了，学校学习的专业课程有很多，学到的知识也是很多的而通过写毕业论文能很好的将这些软件、专业知识和实际工作结合运用起来，这不仅让我们复习了所学的专业知识，并且在和工作中的实践结合，让我们能更熟练地运用所学知识，并发挥其所用。数控加工是一种科学的自动化加工的技术，其综合了机械制造、监控、测量、电动机、计算机、自动控制、电气传动等内容。数控机床与其他加工设备相比有许多独特的优点，是数控加工的执行单元，而且发展速度很快。2一、数控车床的产生和发展数字控制车床（数控车床）是采用数字编码的形式，操控车床上的刀具按程序员的编程，运动轨迹和速度进行自动加工的机床叫做数控机床在二十世纪 50 年代，帕森公司接受美国空军委托开发加工设备飞机桨叶剖面模型。提出了计算机控制车床的想法，在 1949 年，在得到马萨诸塞州科学技术研究院公司（MIT ）伺服机构实验室的帮助下，开始了数控机床的研究，并在 1952 试制成功世界第一的大型立式仿形铣床三坐标数控铣床的改装，并很快开始正式生产，正式投入使用在 1957 年。1959 年，第二代数控机床产生了，它是使用印刷电路板和晶体管元件的数控装置，它成本低廉，占地面积小。在六十年代，数控车床在机械制造部门逐步推广。1960 年末，出现了多台车床被计算机直接控制的数字控制系统（简称 DNC），也被称为电梯群控制系统；由小型计算机控制（CNC ）的计算机数控系统的数控装置为小型计算机特色的第四代，1974 年，使用半导体微机和微处理器的数控装置存储器（简称 MNC）被开发成功。二、数控车床的组成数控车床是囊括车床自动化设备，计算机，电机和驱动器于一体的机器。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置，伺服系统和反馈装置，如图 2-1 所示图 2-1（一）控制介质数控机床是不需要人们像干普通车床一样全程都要用手去控制操作的，但要操作它就必须在每个车床之间建立连接，这个连接就是控制介质。用普车加工工件的时候需要操作员按照图纸上给的标识尺寸和要求来加工。在数控机床中数控车床完成的运动和刀具相对工件的位置等是控制介质信息载体的存储需要。数控机床常用的控制介质有穿孔卡片、磁带、穿孔纸带、磁盘等其他还取决于数控装置的型号。早期，它使用标准信息代码 ISO、EIA 两种代码和穿孔纸带 8 孔。3（二）数控装置数控机床的核心是数控装置。它是通过数控装置的逻辑电路或者系统自备软件进行译码、运算和逻辑处理然后相应的脉冲给伺服系统从而让加工信息的数控程序被机床接受。它是通过程序设定来使伺服系统控制的部分运动的，一般由控制器、计算机、各种接口电路、显示器、输入输出装置和其他硬件软件的组件。作为数控机床的指挥系统，数控装置可以完成输入，存储，转换，插补运算，实现各种控制功能。它具备的主要功能如下：1多根轴相互联动控制。2直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。3输入、编辑和修改数控程序功能。4数控加工信息的转换功能：ISO/EIA 代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。5刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。6实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。7在 CRT 上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。（三）伺服系统数控的伺服系统由数控机床的机械传动和机械部分组成，执行元件、方向和位移是按照控制装置发送的数值指令的速度和进给速度位移来控制的。在进给运动的执行部件上经常会出现伺服系统。伺服系统是由数控装置的脉冲信号转换为机床的运动部件的运动，简单地说它是依靠手动操作来精确定位的或是按照正确的走刀轨迹与图纸上要求按照标识的尺寸来完成最后的加工。伺服电机和伺服驱动装置是使伺服系统驱动的必要条件，它们缺一不可，它们是执行部分也是驱动机床执行机构运动的关键。（四）反馈装置反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，它也属于伺服系统的一部分，由检测元件和相应的电路组成，它存在的作用是检验出数控机床坐标轴的实际运动速度和位移然后反馈到数控装置或伺服驱动中去，形成一个闭环控制系统。信号的安装和反馈数控系统的结构形式决定了它的信号的安装和反馈。开环系统是指在位置检测装置中缺少了测量反馈装置。由于先进的伺服系统采用数字伺服驱动技术（称为数字伺服），伺服驱动和数控装置一般用总线连接。大多数情况下，反馈信号与伺服驱动器连接，由总线传输到数控装置，由模拟伺服驱动控制反馈装置和控制装置的直接连接的情况只在少数。伺服电机内部安装的脉冲编码器、旋转变压器、传感器、变速机、光栅、磁尺等是数控机床常用的检测设备。4三、数控机床的分类（一）按加工工艺分类1.金属切削类指采用车、铣、镗、铰、钻、磨等各种切削工艺的数控机床。它主要分为普通型数控机床（数控车床。数控铣床、数控磨床等）和加工中心（镗、铣类加工中心、车削中心、钻削中心等）。2.金属成形类指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床，常采用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机等。3.特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控火焰切割机、数控激光加工机等测量、绘图类。（二）按伺服控制方式分类1.开环控制数控机床这类机床不带位置检测反馈装置，通常采用步进电机作为驱动器，数控系统运行数据输入后，发出指令脉冲，步进电机转过一个步距角，再通过机械传动机构转换为工作台的直线运动，运动部件的运动速度和位移由输入脉冲的频率和脉冲数决定。2半闭环控制数控机床在电机端安装螺钉检测元件（如感应同步器或光电编码器），通过检测角度间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统。因为大多数的机械传动链是不包括在系统的闭环回路里的，为了获得稳定的控制特性要控制精度不为闭环控制数控机床改变为好，但因为它调试比较方便，所以被广泛使用。 3闭环控制数控机床这类数控机床的位置检测反馈装置、位置检测反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在机床的移动部件上，将测量结果直接反馈给数控装置通过反馈可以消除电机对整个机械传动链的传动误差的机床运动部件。（三）数控机床加工的特点1适应性强加工时，数控机床上的有了一个新的工件，对它重新进行编程是必要的，并实现新的工件的数控加工，只需要简单的夹具，不需要制作太多的夹具，更不需要反复调整机器，因此，特别适用于单件小批量生产的工件。对于加工普通机床的一些精密复5杂零件非常困难，数控机床也能实现自动加工。2加工精度高数控机床是按照数字指令加工的，数控机床的脉冲当量普遍达到 0.001mm，进给传动链间隙和螺距误差可由数控装置进行补偿。因此，数控机床可以达到很高的加工精度。中小型数控机床，定位精度一般为 0.03mm，重复定位精度能达到 0.0lmm。此外，数控机床的传动系统与机床结构具有很高的刚度和热稳定性，是制造精度高的数控自动加工模式。它避免了人为因素的干扰，加工一批零件的尺寸一致性好、产品合格率高、加工质量非常稳定。3生产效率高工件加工所需的时间包括机动时间和辅助时间，数控机床可有效地减少这两部分的时间。数控机床的主油速度和进给量的调整范围比普通机床设备的范围大，所以数控机床的每一个过程可以选择最有利的切削，有快速停止、加速和减速的措施，可以提高移动速度，确保定位精度，有效降低运动时间。数控设备是不需要调整机床和工件加工质量的变化，稳定加工一批零件，而不需要停止检查，辅助时间大大缩短。特别是对于有自动换刀的加工中心来说它可以在同一台机床上实现加工并且生产效率更为明显。4劳动强度低数控的前期准备工作是按照重复的手工操作实现自动化和连续工作的。除了中间测量、输入加工程序、操作键盘操作、装卸工件、关键过程查看和设备运行不需要工人劳动，其他都不需要工人的劳动力。5良好的经济效益由于数控加工工件时可以省下大部分的时间也不需要设计和制造夹具再加上它的加工精度相比于普通车床较高、报废率较低，所以与它本身设备的价格和成本相比较，数控设备还是能创造很好的经济效益的。所以现在数控车床很普及。6有利于生产管理的现代化使用数控机床可以让工人很准确的计算出加工一个工件所需要的时间有利于工人们合理的安排时间提高生产效率。数控机床是采用数字信息和标准的编码来处理的，这样可以为工人掌握加工的效率创造了条件，实现生产过程的自动化。四、数控车削加工工艺（一）数控加工过程数控加工与普通机床机械加工有较大的不同。在数控加工中，通用机床的加工操作需要分类、连续的步骤、步行路径、位移和切削参数，根据数字形式编制加工程序，根据存储在数控系统中的存储设备或磁盘的规定处理程序让媒介实现人与机器之间的链接，用加工程序来控制机床的运动和自动6加工我们需要的零件的形状。（二）数控车削的主要加工对象1.轮廓形状特别复杂的回转体零件加工 数控装置的直线和圆弧插补是数控装置的一部分，也有一些非圆曲线插补功能，所以把任意平面曲线的回转体零件包括通过拟合计算的后处理它们不能由部分曲线方程描述。2.高精度零件的加工 零件的精度主要是指尺寸，形状，位置、表面精度和表面粗糙度。3.特殊的螺旋零件 它是指大螺距（或导程）、变（增加或减少）螺距、等螺距或圆柱和圆锥螺旋面平滑过度的螺纹部分、精度高模数螺旋零件（如圆柱，圆弧蜗杆）和端面螺旋部分。4.淬硬工件的加工 在加工大型模具时，有许多大型和复杂零件的形状。这些零件热处理变形后磨削加工难度大，在数控车床中可以硬化部分陶瓷刀具车削车削代替磨削加工提高加工效率。 5.高效率加工 为了进一步提高车削加工效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件。（三）数控加工工艺的基本特点1. 无论手动或自动编程，在编程过程中的分析部分都需要制定处理计划、选择合适的刀具、确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需要做一些处理。所以过程分析是一项非常重要的工作程序。2. 在加工普通机床配件时，都需要每个操作的操作程序规定的工艺规程或工艺卡片和操作员按程序部分根据工艺卡来操作并且在数控机床上加工，要把加工的全部过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质（如穿孔纸带，磁盘等）。这表明，数控机床与普通机床的加工工艺原理基本相同，但数控的数值控制整个过程是自动的，所以它有它的特点。1）这个过程的内容是复杂的。这是由于它的价格昂贵，比起普通机床，数控机床在加工过程中，如果只加工简单的工件那在经济上是不值得的，所以用数控机床通常是加工更复杂的过程，即使在普通机床上也能完成的工艺。2）数控机床对于工作节奏安排更详细。这是因为在普通机床加工中不需要考虑工作过程中的步骤安排、对刀点、换点和切削加工路线。7（四）数控加工工艺的主要内容选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容零件的图行和尺寸如图 9-1 所示图 9-1 零件图工序内容包括：车端面、外圆、锥面、切槽、螺纹、检验。1.零件图纸的数控工艺分析该零件时轴类零件，表面由圆柱，弧度，槽，和螺纹组成。有较高的表面精度要求和表面粗糙度要求，粗糙度选为 Ra1.6。尺寸精度该轴类零件中，精度要求较高的尺寸要求为外圆直径：48、45、35、30。槽宽为 7mm。1.5 的螺距的螺纹。1：3 的精度的锥度。该图纸中有一个深为 8.直径为 20 的孔。2.制定数控工艺路线工序划分、加工顺序的安排、基准选择、与非数控加工工艺的衔接。（五）按所用刀具划分工序工序一：下料选择加工零件的毛坯尺寸为 53X100。工序二：热处理对零件进行调制处理使零件的硬度达到 HRB140160。工序三：数控车床车削，以工件右端毛坯面作为装夹基准装卡工件，手动车外圆与端面进行对刀，先加工左端后掉头加工右端。工序四：工件掉头装卡后校正，手动车削对刀。工序五:粗精车右端外圆轮廓，粗精车左端外圆轮廓。8工序六：工件去毛刺，检验。数控加工零件的合理选择程序编制前对零件进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表等资料，才可以进行加工问题的研究。数控机床通常适合加工具有以下特点的零件:1.品种多样化、小批量生产或试