论文-数控机床组合手柄的数控加工.doc

沙洲职业工学院毕业论文（综合实践报告）第1章 课题来源数控机床是一种利用信息技术进行自动加工的机床，它是按照事先编制好的数控程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备。数控程序除了能保证加工出符合图样要求的合格零件外，还应该充分地发挥、利用数控机床的各种功能，使数控机床能安全、可靠、高校地工作。本课题来源于张家港圣美意机械有限公司，我从事数控车床的操作，组合手柄是以数车床加工的零件，它涉及到端面的加工，孔加工，和椭圆面的加工。以组合手柄的数控加工作为本次的毕业论文，能够让我更好的从事这项工作，对我今后的发展有莫大的好处。1.1公司目前基本情况张家港圣美意机械有限公司成立于一九八五年三月十八日。是生产滤清器的专业厂家，设备、技术力量雄厚，并设有产品设计开发研究所，曾引进德国、日本、荷兰的先进技术和设备，能够承担各种滤清器产品的设计、制造、测试、开发任务。具有各种性能试验设备和测试抽筋手段，具有完整的质量保证体系。我公司属市一级重点企业，讲诚信、重合同、守信用，公司通过中华人民共和国船检型式认可、船级社认可、军检认可。一九九八年一次性通过ISO9002国际质量体系认证，二零零三年十二月通过ISO9001（2000版）国际质量体系认证。本公司注册商标“星火”系列产品，被评为国家级新产品，江苏省高新技术产品，并认定为江苏省民营科技企业。法人代表黄圣达，注册资金800万。我公司的质量方针是：“科技创新，质量为本，使“星火”系列产品誉满全球”。产品广泛用于舰艇、船舶的柴油机油路系统，钢铁行业和机械行业的液压系统，矿山机械、冶金、石化及重型机械油路系统，是净化的理想设备。我厂为各种引进柴油机配套滤清器国产化工作做出了重大贡献。我公司产品不仅畅销全国各大厂家而且销售德国、日本、韩国等国，与国际上同行业交往频繁，交流不断。生产的SBL半自动清洗器（重油滤器）属国内独家引进技术设备生产，产品填补了国内技术空白，是国家第一批星火计划项目。我公司产品完全替代了同类型进口产品，为我国海军及军品提供配套。新开发的全自动清洗滤器为各大柴油机厂、各造船厂、重油系统的配套提供了更好的产品保障。我公司的各类滤清器产品拥有国家专利三十多项。我公司产品严格执行国际标准。本公司们于国家级卫生城市张家港，环境优美，交通便捷，经济繁荣，工业发达，现有职工150余名，专业技术人员18%，高中以上文化程度70%，厂区占地面积5万多平方米，建筑面积1万6千平方米，固定资产5800万元，各种生产、测试设备350余台套。1.2公司发展过程张家港圣美意机械有限公司前身是成立于1985年的张家港市乐余滤清器厂，公司位于张家港省级经济开发区，是生产滤清器的专业化、产业化的中型企业和现代化公司，是生产滤清器的龙头企业。公司占地五万多平米，企业正式员工发展到近200人，下属企业有：张家港市乐余滤清器厂、产品设计开发研究所、铸造分厂。公司是得到中国船级社质量认证公司，取得中华人民共和国船检型式认可、CCS船级社型式认可、军检认可. 1.3公司的组织结构 公司属于港、澳、台商投资股份有限公司，公司主要有生产部、工程部、管理部等部门组成。详细情况如下图1-1。图1-1 公司组成结构第2章 组合手柄的三维造型根据厂家对该零件装配尺寸的要求，做组合手柄的三维造型，本次造型使用的是Proe软件。造型步骤如下： 1.打开Proe软件，如图2-1所示： 图2-1视图界面 图2-2新建零件图 2.“新建”零件图，如图2-2所示： 3.点击旋转指令，选择TOP面作为基准，进入草绘画面，如图2-3，2-4所示：， 图2-3选择基准 图2-4进入草绘画面 4.先画中心线，然后将手轮的半边轮廓线画出，如图2-5所示： 图2-5画轮廓图 图2-6 成型图5.点击确定，旋转360，如图2-6所示：6.三维图如图2-6所示：第3章 组合手柄加工工艺分析3.1零件加工要求手柄让人们更加方便的使用其他物件，该手柄零件的Ra的上限值为3.2，部分面的Ra上限值为1.6，锐变倒角C0.3，未注倒角C1，圆弧过渡光滑，未注公差尺寸按IT12加工和检验。（详见图3-1，图3-2）材料为45号钢，单件小批量生产，每次500左右。图3-1 手柄零件图1图3-2 手柄零件图23.2 零件图工艺分析1、加工件1（图3-1）左端，包括40槽及椭圆左端槽。2、调头夹住36X28，加工右端内孔部分，车螺纹，然后粗加工外部椭圆，留双边1mm余量。3、加工件2（图3-2）左端，留25X30工艺搭子。4、调头夹住25X30工艺搭子，粗加工右端椭圆，留双边1mm余量。5、手工切断，保证长度52。6、将件2旋入件1，精加工椭圆。3.3确定加工路线加工路线，是指数控机床在加工过程中刀具中心（严格来说是刀位点）的运动轨迹和方向。加工路线是编写程序的依据之一。加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。按照基面先行、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序。该零件的加工路线：粗车件1外径轮廓，精车件1外径轮廓，切40槽粗镗孔，精镗孔，切内槽，车内螺纹，件1椭圆加工，粗车件2外径轮廓，精车，件2外径轮廓，车外螺纹，件2椭圆加工，合件精加工椭圆。3.4刀具选择提高数控机床的加工效益，刀具是一个十分关键的因素。刀具的选择不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与普通机床加工方法相比，数控机床加工对刀具提高了更高的要求。不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工工具，优选刀具参数。选择刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。在内轮廓加工中，刀具半径小于轮廓曲线的最小曲率半径。在自动换刀机床中要预先测出刀具的结构尺寸和调整尺寸，以便在加工时进行刀具补偿。本次零件加工选用93菱形外圆车刀加工外径轮廓，选用内切槽刀（刀宽4mm）加工40槽及椭圆左端槽，选用60外螺纹车刀加工外螺纹，选用20mm内孔镗刀镗20mm内孔，选用内切槽刀（刀宽3mm）加工内槽，选用60内螺纹车刀加工内螺纹。详见（表4-1）。表3-1 数控加工刀具卡片序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面备注1T0193菱形外圆车刀1外径轮廓加工2T02内切槽刀（刀宽4mm）1加工40槽及椭圆左端槽3T0360外螺纹车刀1加工外螺纹4T0420mm内孔镗刀1镗20mm内孔5T05内切槽刀（刀宽3mm）1加工内槽6T0660内螺纹车刀1加工内螺纹3.5 切削用量的选择切削用量是指主轴转速（切削速度）、进给速度（进给量）和背吃刀量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。切削用量各参数在编程时都要编入加工程序中，或者在加工前预先调好机床的转速。该零件切削用量的选着如表所示。1、主轴转速n,根据允许的切削速度来确定 n=1000v/dV:切削速度m/min,由刀具寿命来确定。根据工作经验，切削速度常选为（100200m/min）,粗加工时取小值，精加工时取大值。D:工件或刀具直径(mm)2、进给速度（进给量）F(mm/min或mm/r),根据工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料进行选择。最大进给速度受到机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床和系统，最大进给速度不同。当加工精度和表面粗糙度质量要求高时，进给应选小一些，通常在（2050）m/min范围内选取。3、背吃刀量 背吃刀量由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统的刚度确定。在系统刚度允许的情况下，尽量选取背吃刀量等于加工余量 ，这样可以减少加工次数，提高加工效率。对于质量要求较高的工件，可以留少量的加工余量，以便最后进行精加工。粗车时，ap=23mm（单边），精车时ap=0.250.5mm(单边)螺纹（螺距2mm）粗车ap=0.4mm(第一刀)，精车ap=0.1mm,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，但也考虑经济性和加工成本。表3-2 加工刀具与切削用量参数刀具编号加工内容刀具参数主轴转速S/（r/min）进给量f/( mm /min)背吃刀量ap/mm01外轮廓粗加工93菱形外圆车刀8001501.5外轮廓精加工93菱形外圆车刀1500800.502切40槽刀宽4mm600250.103车外轮廓60外螺纹车刀100020.404粗镗20mm镗孔刀8001201精镗20mm镗孔刀1200800.105切内槽刀宽3mm600250.106车内螺纹60内螺纹车刀100020.43.6 数控车削加工工序卡片把零件加工顺序、所来用的刀具和切削用量等参数的编入如（表3-3）所示的数控加工序加工卡片中，以指导编程和加工操作。表3-3 数控加工工序卡片工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm /min背吃刀量mm备注01粗车件1外径轮廓T01938001501.5自动02精车件1外径轮廓T01931500800.5自动03切40槽T024mm600250.1自动04粗镗孔T04208001201自动05精镗孔T04201200800.1自动06切内槽T053mm60025自动07车内螺纹T0660100020.4自动08件1椭圆加工T01938001501自动09粗车件2外径轮廓T01938001501.5自动10精车件2外径轮廓T01931500801.5自动11车外螺纹T0360100020.4自动12件2椭圆加工T01938001502自动13合件精加工椭圆T01931500800.5自动第4章 组合手柄的数控加工及程序的编制4.1数控车床的简介1数控车床的用途 数控车床主要用于加工轴类和盘类的回转体零件，如车削内外圆柱表面、圆锥表面，回转曲面和端面以及加工内外螺纹等。2 数控车床的组成及布局（1）数控车床的组成数控车床由数控车床主机、数控系统、驱动系统、辅助装置、机外编码器五个部分组成。a数控车床主机即数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。b数控系统即数字控制系统，是数控车床实现自动加工的核心。主要南输入输出装置、监视器、主控制系统、可编程序控制器、各类输入输出接口等组成。c驱动系统即伺服系统，是数控系统和车床本体之问的电传动联系环节。主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。d辅助装置 是为了加工服务的配套部分，主要包括自动换刀装置ATC、自动交换工作台机构APC(Automatic Pallet changer)、工件夹紧放松机构、液压控制系统、气动装置、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载保护装置等。e机外编码器3数控车床的分类随着数控车床制造技术的不断发展，数控车床的品种已经基本齐全，规格繁多，可以按照以下方法来进行分类。1.按数控系统的功能分类a经济型数控车床b全功能型数控车床c车削中心d FMC车床 2按主轴的配置形式分类a卧式数控车床 b立式数控车床 3.按数控系统控制的轴数分类a两轴控制的数控车床b四轴控制的数控车床4.2 数控车床的选择本次加工零件组合手柄，单件小批量生产，轴类零件，选用经济型卧式两轴数控车床。4.3 确定装夹方法由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。根据零件的结构特点，加工件1时，先加工左端包括40槽及椭圆左端槽，再调头夹住36X28，加工右端内孔部分及外部椭圆。加工件2时，先加工左端，留25X30工艺搭子，调头夹住25X30工艺搭子，加工右端椭圆。4.4宏程序的简介在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存人存储器，用一个总指令来代表它们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能所存人的这一系列指令称作用户宏程序本体，简称宏程序。这个总指令称作用户宏程序调用指令。在编程时，编程员只要记住宏指令而不必记住宏程序。用户宏程序与普通程序的区别在于：在用户宏程序本体中，能使用变量，可以给变量赋值，变量间可以运算，程序可以跳转；而普通程序中，只能指定常量，常量之间不能运算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的，不能变化。用户宏功能是用户提高数控机床性能的一种特殊功能，在相类似工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。宏程序本体既可以由机床生产厂提供，也可以由机床用户自己编制。使用时，先将用户宏主体像子程序一样存人到内存里，然后用子程序调用指令调用。 用户宏程序本体的编写格式用户宏程序本体的编写格式与子程序的格式相同。在用户宏程序本体中，可以使用普通的NC指令，采用变量的NC指令、运算指令和控制指令。格式如下： O xx xx； # 26= # 4+ # 18 x Cos# 1； G90 GOOX #26； IF#22 GE # 9GOTO9； N9 M99变量可以用于宏程序本体，可以指定运算和控制指令。用宏程序调用命令赋予变量实际值。4.5程序的编制表4-1件1左端加工程序%0004主程序名N5G50 X100 Z80N10T0101 S800 M3主轴转速800r/min,换1号93菱形外圆车刀N15G0 X100 Z80N20X51 Z2快进到外径粗车循环起刀点N25G71 U1.5 R1G71 P30 Q65 U0.4 W0.2 F0.2外径粗加工循环U：径向每次切深单边1.5mm，R：径向退刀单边1mm，P30：精加工第一程序段号，Q65：精加工最后程序段号，U：径向精加工余量双边0.4mm，W：轴向精加工余量0.2mm，F：粗车进给量0.2mm/rN30G0 X5快进N35G1 X0 Z0进到外径粗车循环起点N40G3 X35.992 Z-4.534 R38轮廓加工N45G1 Z-28N50X41.992N55Z-33N60X47.992N65Z-60N30N65外径轮廓循环程序N70G0 X100退刀N75Z50 T0100取消刀补N80M5主轴停转N85M00程序暂停N90T0101 S1500 M3 F80精车转速1500r/min，进给80r/minN95G0 X100 Z80N100X51 Z2进到外径粗车循环起点N105G70 P30 Q65精加工N110G0 X100退刀N115Z80 T0100取消刀补N120M5主轴停转N125M00程序暂停N130T0202 S600 M3 F25转速600r/min，进给25mm/min，换2号切槽刀N135G0 X51 Z-38.8620快进到切槽起点N140G1 X32.5切槽N145G0 X51退刀N150W-1进刀N155G1 X32.272切槽N160W1精车槽底N165G0 X48退刀N170G1 Z-36进到倒角起点N175X32.272 Z-38.862倒角N180G0 X48退刀N185G1 Z-42.724进到倒角起点N190X32.272 Z-39.862倒角N195G0 X48退刀N200Z-51.586进刀N205G1 X32.5切槽N210G0 X48退刀N215Z-55进刀N220G1 X32.272切槽N225Z-51.586精车槽底N230G0 X48退刀N235W2.862进到倒角起点N240G1 X32.272 W-2.862倒角N245G0 X100N250Z50退刀N250M5主轴停转N255M30程序停止表4-2件1右端加工程序%0005主程序名N5G50 X100 Z80N10T0404 S800 M3主轴转速800r/min，换4号内孔镗刀N15G0 X100 Z80N20X19.5 Z2快进到内孔循环起刀点N25G71 U1 R0.5G71 P30 Q65 U0.4 W0.2 F0.2内径粗车循环U：径向每次切深单边1mm，R：径向退刀量单边0.5mm，P30：精加工第一程序段号，Q65：精加工最后程序段号，U：径向精加工余量双边0.4mm，W：轴向精加工余量0.2mm，F：粗车进给量0.2mm/rN30G0 X39进刀N35G1 X37 Z0进到内径循环起点N40X35.02 Z-1轮N45Z-6廓N50X31加N55Z-12工N60X28.5 Z-13N65Z-24N30N65内径轮廓循环程序N70X25X向退刀N75G0 Z100N80X80退刀N85M5主轴停转N90M00程序暂停N95T0404 S1200 M3 F80精车转速1200r/min，进给80r/minN100G0 X100 Z80N105X19.5 Z2快进到内孔循环起刀点N110G70 P30 Q65精加工N115G0 X100退刀N120Z80 T0400取消刀补N125M5主轴停转N130M00程序暂停N135S600 M3 T0505 F25主轴转速600r/min，进给25mm/min，换5号内切槽刀N140G0 X26 Z5快进N145Z-23快进到切槽起点N150G1 X31切槽N155X26退刀N160Z-24进刀N165X31切槽N170X26退刀N175G0 Z100N180X50 T0500退刀N185M5主轴停转N190M0程序暂停N195S1000 M3 T0606转速1000r/min，换6号内螺纹刀N200G0 X26N205Z3快进到内螺纹复合循环起刀点N210G76 P010060 Q100 R50G76 X30050 Z-20200 R0 P975 Q400 F1.5内螺纹复合循环P：精加工次数1，倒角量0，刀尖角度60，Q：最小切削深度100 m，R：精加工余量单边50 m，X：有效螺纹终点X坐标30050m, Z：有效螺纹终点Z坐标-20200m，R：螺纹两端半径差0，P：牙深单边975 m，Q：第一刀切削深度单边400 m，F：导程1.5 mmN215G0 Z100N220X50 T0600退刀N225M5主轴停转N230M0程序暂停N235T0101 S800 M3 F150转速800r/min，进给150mm/min，换1号93菱形外圆车刀N240G0 X51 Z2快进N245#50=50设置最大切削余量N250WHILE #50 GE 1判断毛坯余量是否大与等于1N255M98 P0006调用椭圆加工子程序N260#50=#50-2每次切深双边2mmN265ENDWN270G0 X100退刀N275Z80 T0100N280M5主轴停转N285M30程序停止%0006椭圆加工子程序N5#1=40长轴N10#2=24短轴N15#3=8Z轴起始尺寸N20WHILE #3 -30判断是否走到Z轴终点N25#4=#1+#1*SQRT1-#2*#2/#3/#3X轴变量N30G1 X2*#4+#50 Z#3-8椭圆插补N35#3=#3-8Z轴步距，每次0.4N40ENDWN45W-1N50G0 U2N55Z2 T0100返回起点N60M99子程序结束表4-3件2（图b见附录）左端加工程序%0001主程序名N5G50 X100 Z80N10T0101 S800 M3转速800r/min,换1号93度菱形外圆车刀N15G0 X100 Z80N20X51 Z3快进到外径粗车循环起刀点N25G71 U1.5 R1G71 P30 Q70 U0.4 W0.2 F0.2外径粗车循环U：径向每次切深单边1.5mm，R：径向退刀量单边1mm，P30：精加工第一程序段号，Q70：精加工最后程序段号，U：径向粗加工余量双边0.4mm，Z:轴向精加工余量0.2mm，F：粗车进给量0.2mm/rN30G0 X30快速进刀N35G1 X25 Z0进到外径粗车循环起点N40G1 Z-30N45X28N50X29.8 Z-31倒角N55Z-46.5N60X34.988N65Z-50N70X50N30N70外径轮廓循环程序N75G0 X100退刀N80Z50 T0100取消刀补N85M5主轴停转N90M30程序暂停N95T0101 S1500 M3 F80精车转速1500r/min，进给80r/minN100G0 X100 Z80N105X25 Z0进到外径粗车循环起点N110G70 P30 Q70精加工N115G0 X100退刀N120Z80 T0100取消刀补N125M5主轴停转N130M00程序暂停N135T0303 S1000 M3主轴正转，转速1000r/min换3号外螺纹刀N140G0 X32 Z-25进到外螺纹复合循环起刀点N145G76 P010060 Q100 R50G76 X28050 Z-40000 R0 P975 Q400 F1.5外螺纹复合循环P：精加工次数1，倒角量0，刀尖角度60，Q：最小切削深度100 m，R：精加工余量单边50 m，X：有效螺纹终点X坐标28050m, Z：有效螺纹终点Z坐标-40000m，R：螺纹两端半径差0，P：牙深单边975 m，Q：第一刀切削深度单边400 m，F：导程1.5 mmN150G0 X100退刀N155Z50 T0300取消刀补N160M5主轴停转N165M00程序停止表4-4件2右端加工程序%0002主程序名N5G50 X100 Z80N10T0101 S800 M3 F150转速800r/min,进给率150mm/min换1号93菱形外圆车刀N15G0 X100 Z80N20X51 Z2快进N25#50=50设置最大切削余量N30WHILE #50 GE 1判断毛坯余量是否大于等于1N35M98 P0003调用椭圆加工子程序N40#50=#50-2每次切深双边2mmN45ENDWN50G0 X100退刀N55Z50 T0100取消刀补N60M5主轴停转N65M30程序停止%0003椭圆加工子程序N5#1=40长半轴N10#2=24短半轴N15#3=40Z轴起始尺寸N20WHILE #3 GE 8判断是否走到Z轴终点N25#4=#1+#1*SQRT1-#2*#2/#3/#3X轴变量N30G1 X2*#4 Z#3-40椭圆插补N35#3=#3-0.4Z轴步距，每次0.4N40ENDWN45W-1N50G0 U2N55Z2退回起点N60M99子程序结束表4-5合件精加工椭圆程序%0007主程序名N5G50 X100 Z80N10T0101 S1500 M3 F60转速1500r/min，换1号93菱形外圆车刀N15G0 G42 X100 Z80引入半径补偿N20X5 Z2N25G46 X1500 P2500限定恒线速转速，低1500r/min，高2500r/minN30G96 S240规定恒线速度240m/minN35#1=40长轴N40#2=24短轴N45#3=40Z轴起始尺寸N50WHILE #3 GE -30判断是否走到Z轴终点N55#4=#1+#1*SQRT1-#2