(论文)椭圆长短轴配合类零件的加工及编程 机械系论文(2013年优秀毕业设计论文)

毕 业 实 践 报 告 （论文）题目：椭圆长短轴配合类零件的加工及编程 院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 起迄年月： 学习中心： 设计地点： 年 月 日摘 要 世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。 未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程。本文关键字：数控 工业化发展 刀具 机床目录摘 要2绪论101数控机床的产生：102数控车床基本概念203本文主要内容3第一章：数控车的工艺与工装削41.1. 合理选择切削用量41.2. 合理选择刀具41.3. 合理选择夹具51.4. 确定加工路线51.5. 加工路线与加工余量的联系51.6. 夹具安装要点5第二章：数控机床的工作流程62.1程序62.2数控机床的组成和分类6第三章基本代码及宏程序介绍93.1基本代码93.2宏程序9第四章：零件加工工艺及程序编辑124.1零件加工工艺124.2程序编辑15第五章：零件加工中出现的问题及疑难解答275.1加工中出现的问题275.2疑难解答28小结29致谢31参考文献32东南大学远程继续教育学院毕业论文绪论01数控机床的产生：在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写）。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。图1.1 某数控机床整体外形图1操纵面板；2主轴及卡盘；3转塔刀架；4防护窗；5自动排屑装置；6导轨 。3402数控车床基本概念数字控制（Numerical Control） 简称数控（NC），是一种借助数字字符或其他符号对某一过程（如加工.测量.装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术（Numerical Control Technology） 是指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，他已经制造业实现自动化.柔性化. 集成化生产的技术要求。数控系统(Numerical Control System) 是指采用数字控制技术的控制系统。计算机数控系统（Computer Numerical Control） 是以计算机为核心的数控系统。数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会对数控机床定义如下：数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。定义中所说的程序控制系统即是数控系统。03本文主要内容 在大三半个学期的实习期间，我们学习了数控车床高级类零件的程序编辑和加工方法，本篇论文主要叙述了在实习期间我们对数控车床的使用和如何使用G代码编辑需要加工的零件。 论文中还介绍了数控机床的发展过程及数控车床是如何产生的。 文中写出了对典型零件的加工工艺，程序编制，刀具选择，宏程序的运用，以及对此类零件会出现的错误及疑难解答。第一章：数控车的工艺与工装削数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。1.1. 合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。1.2. 合理选择刀具1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。1.3. 合理选择夹具1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。1.4. 确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。1.5. 加工路线与加工余量的联系目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。1.6. 夹具安装要点目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘第二章：数控机床的工作流程2.1程序1程序的编制从零件图样到制成控制介质的全部过程。2输入是把零件程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置中去。3译码将加工信息和其它辅助信息翻译成计算机能识别的数据形式并存在指定的内存专用区域。4刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。5插补根据给定速度和轮廓线型的要求，在轮廓之间，确定中间点的方法。6位置控制和机床加工 2.2数控机床的组成和分类1. 数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。1. 输入输出设备2. 数控装置3. 伺服系统4. 测量反馈装置5. 机床本体输入输出设备数控装置伺服系统机床本体测量反馈装置数控机床组成图2. 数控机床的分类1.按机械加工的运动轨迹分类(1)点位控制数控机床(2)直线控制数控机床(3)轮廓控制数控机床2.按伺服系统的控制原理分类1.开环控制数控机床工作台减速器开环控制系统框图步进电机控制电路数控装置输入2.闭环控制数控机床工作台数控装置控制电路伺服电机闭环控制系统框图速度检测元件位置检测元件位置反馈速度反馈输入3.半闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台速度检测元件转角检测元件半闭环控制系统框图速度反馈位置反馈输入第三章基本代码及宏程序介绍3.1基本代码 SEMENS数控车床主要是以G代码编辑轮廓程序，下面是一些常用的G代码介绍：G00:G01:G02:G03:G32:G33:G55G58:G95:LCYC93:LCYC95:LCYC97:3.2宏程序 宏程序是在数控车床上常用和比较通用的一种编程方式，它可以简化基本代码的编程步骤，也可以编辑椭圆和抛物线的轮廓，它不但可以执行粗加工的任务也可以配合其他程序去对零件加工。 如下图所示是一般宏程序的基本编辑方式：定刀设变量及定刀值变量变化判断是否过切是将变量赋予终点计算判断是否超出终值否切削判断是否到终点是完成循环否由上图所示，可以试着去编辑一段宏程序去描述如下图1-1所示的一段轮廓 图1-1要做长轴66，短轴46的椭圆，通过计可得出椭圆的总长，带入椭圆方程可以算出椭圆的最低点，接着根据流程图编辑程序。(A)G01X34Z-24F1（定刀）R1=23（设参）MM1：R1=R1-0.5（变化）IF R116.485 GOTOF MM2（判断）R1=16.485MM2：R2=33*SQRT(1-R1*R1/529)（计算）G01X=(2*R1+0.5)F1（进刀）Z=(R2-47)F0.05（切削）G00G91X1（退刀）G00G90Z1（回刀）(B)IF R116.485 GOTOB MM1(判断)如上（A）至（B）的程序编辑可以看出这是一个粗加工的程序，在精加工中必须使X&Z联动并把变量减小（即：R1=R1-0.05）可实现椭圆的外部轮廓切削。如上所有就是宏程序的结构及基本编辑第四章：零件加工工艺及程序编辑4.1零件加工工艺1 零件图分析（见附录中的零件图） 零件图样工艺分析 00图该零件（00图）外轮廓是由圆锥、顺圆弧、逆圆弧、椭圆和螺纹，内轮廓由圆锥、顺圆弧、逆圆弧、椭圆和螺纹等组成。其中多个直径尺寸有严格的尺寸精度和表面错糙度值等要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。通过分析，采取以下几点工艺措施。1） 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程是时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2） 在轮廓曲线上，有一处为过象限圆弧，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。3） 为便于装夹，应将坯件预先车出夹持部分，保证好长度尺寸并钻好中心孔。毛坯为60mm/2每人2 确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精，由外到内的原则确定，最后车削螺纹1） 首先做01号图零件右边做到42mmx4的台阶。然后做50mm的斜角，接下来用端面槽刀做34mm的端面槽，要做到正差。然后做左边的螺纹及椭圆，采用一夹一顶的方式做。01图2） 其次车02号图零件（1） 用一夹一顶装夹，先将左边的58mm台阶做好。（2） 用割刀做5246mm的斜角及40mm的槽。（3） 用25的麻花钻打通孔，然后用端面槽刀和镗孔刀将内孔做好。（4） 掉头用铜皮包住58的台阶，先做外援再做内孔。02图3 刀具选择1) 选用直径为5mm中心钻钻削中心孔2）外轮廓粗车及车端面选用硬质合金外圆刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小。3）为减少刀具数量和换刀次数，半精车和精车都选用硬质合金尖刀。车外螺纹选用60度外螺纹刀。刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径。内轮廓粗车及精车选用白钢镗孔刀，内螺纹也选用白钢内螺纹刀。4.2程序编辑此题为直径60*2/人毛坯总长均为60mm。1；首先截总长使其各为60mm且在使其在公差范围内。2,；打中心孔，考虑加工工艺3；编程（SEMENS）（一）程序名：先做图（1）图（1）程序名：ZY1.MPFM03（主轴顺时针方向）M08（切削液开）G95（主轴每转进给）S600（转速低速）注：与进给率相配合使用刀号；T1（外圆刀）定刀；G01X60Z2F3 LCYC95(外径粗/精循环切削)CANE=AA001(子程序名)R105=1（加工方式1-12）选择方式1的原因；为了保证零件的精度与粗糙度。R06=0.5（精加工余量，无符号，半径值）原因：因为高速钢刀在加工的时候转速比较高，从而会产生误差。为保证精度。R108=1.5(背吃刀量，半径值，无符号)R09=0（粗加工切入角，无附号）R110=0（粗加工退出角，无符号）R111=0.35(粗加工进给速度，无符号)原因；因为机床是转进给的，让其与速度相配合，在粗拉毛坯时有利于断削R112=0.1（精加工进给速度，无符号）（注；此参可以不设用机床系统的原始参数，因为我们所选择的加工类型是1）G00X100(快速退刀及回刀)Z100重新打开一个新程序使其成命名为AA001.SPF子程序；AA001.SPFG01X42Z0Z-4.5注：因为LCYC95在切削时X和Z方向是同时留余量的，所以为了避免精加工时尖刀损伤）X50Z-11.52Z-14（防止留下毛边）G00X60（毛坯直径）M17(子程序必须以M17为结束)注：子程序只描述轮廓，并且不赋予F值，因为由参数R111及R112所给予。（以上为粗加工）G01X42.35Z1F3Z0F0.05Z-4X50.33Z-11.52Z-13G0X50Z10使其复位暂停测量注：经测量G01X41,98ZIF2Z0F0.05Z-4X49.9Z-11.52Z-13G00X100Z100T2D2(断面槽刀，右刀尖)注：由于T2D2的材质是白钢刀，所以相对转速要打低一点。刀宽是3.27S300G01X27.46Z2F3（由于切削时用的是右刀尖，所以定刀及切削起始点的X值要减去2倍的刀宽）R1=4.5MM：G158X0Z=R1AA002子程序名：AA002G01X27.36F1(进刀)Z0F0.03Z-5（切削）X0(切削)Z2（退刀）M17注：以上为子程序R1=R1-0.5IF R1=0 GOTOB MMG158(以上为仿型加工相当于FANUC系统中的G73指令)G00X100Z100经测量精加工G01X27.46Z2F1Z0F0.05Z-5X0Z5M05（主轴停止）M09（切削液关）M02 (程序结束)(二)：掉头做另一端（图2），夹直径为42*5mm，另一头用顶尖顶。（一夹一顶）（图2）程序名：ZY2.MPFM03M08G95S450T1G01X60Z2F3LCYC95G00X150Z2LCYC95含的子程序AA003子程序名：AA003G01X24.85Z0X28.85Z-2Z-20X32Z-24X46Z-47X60M17(已上LCYC95的子程序)(A)G01X34Z-24F1（定刀）R1=23（设参）MM1：R1=R1-0.5（变化）IF R116.485 GOTOF MM2（判断）R1=16.485MM2：R2=33*SQRT(1-R1*R1/529)（计算）G01X=(2*R1+0.5)F1（进刀）Z=(R2-47)F0.05（切削）G00G91X1（退刀）G00G90Z1（回刀）(B)IF R116.485 GOTOB MM1(判断)注：（A）至（B）是用宏程序进行粗加工，以图形坐标系里面的X为变量从结束点变化到起始点且为半径值。根据宏程序的流程图在粗加工中有完整的进刀，切削，退刀，回刀的完整步骤。G00X150Z2T2D2G01X31Z-16F1X26F0.03X33F1T2D1Z-20X26F0.03G00X150Z2M05M09M02（以上为粗加工）JMJ3.MPF（精加工程序）M03M08G95T3G01X26Z3F3Z0F0.05X30Z-2Z-20X32.15Z-24（C）G01X34F1R1=16.485NN1：R1=R1+0.05IF R123 GOTOF NN2R1=23NN2：R2=33*SQRT(1-R1*R1/529)G01X=(2*R1+0.2)Z=（R2-47）F0.05（D）IF R1=0 GOTOB MMG158G01X25F1Z3注：经粗加工之后测量且做如下精加工尺寸进行调整。G01X35.51F0.1Z0F0.03Z-5.1X34.1Z2F1M05M09M02(五)将图（4）零件调头如图（5）用铜皮包着直径为58mm夹着进行加工另一头。且先做外圆后做内孔。图（5）程序名：ZY6.MPFM03M08G95S450 T1（外圆刀） G01X60Z2F3LCYC95子程序名：L07子程序名：L07G01X56Z0Z-26X60M17G00X100Z100T3G01X56Z2F1R1=2.65MM：G158X=R1Z0G01F0.1L08子程序：L08G01X50Z0G03X50Z-25CR=28G00X58Z2M17R1=R1-0.5IF R1=0.15 GOTOB MMG158G00X100Z100经粗加工之后，进行调公差。G01X50Z2F1Z0F0.05G03X50Z-25.02CR=28G00X100Z100M05M09M02程序名：ZY7.MPFM03M08G95S450T4(镗孔刀)G01X25F1Z2LCYC95R105=3子程序L09子程序名：L09G01X32Z0Z-28X28.35Z-42X25M17G01X27Z1F1(A)R1=16.24MM1:R1=R1+0.5IF R123 GOTOF MM2R1=23MM2:R2=33*SQRT(1-R1*R1/529)G01X=(2*R1-0.5)F0.1Z=(R2-23.37)F0.05G00G91X-1G90Z2(B)IF R116.24 GOTOF MM2R1=16.24MM2:R2=33*SQRT(1-R1*R1/529)G01X=(2*R1)Z=(R2-23.37)F0.05(B)IF R116.24 GOTOB MM1注：（A）至（B）是用宏程序进行粗加工，以图形坐标系里面的X为变量从结束点变化到起始点且为半径值。根据宏程序的流程图在粗加工中有完整的进刀，切削，退刀，回刀的完整步骤。G01Z-28F0.05G01X25F1Z2T3(内螺纹刀)G01X26F1Z-24LCYC97参数及选择参数选择含义及取值范围R10028.35螺纹起始点直径R101-28螺纹纵向轴起始点R10228.35螺纹终止点直径R103-42螺纹纵向轴终止点R1041.5导程值R1052加工类型:1(外螺纹)2（内螺纹）R1060.01精加工余量R1091.5空刀导入量R1101.5空刀导出量R1110.825螺纹深度R1120起点偏移R11344粗切削粗数R1141螺纹头数：1或2G01X25F2Z5M05M09M02全程序结束第五章：零件加工中出现的问题及疑难解答5.1加工中出现的问题1：对刀在使用SEMENS对刀的时候，刀具停在定刀点输入刀具查补时，一定要按“计算”键。2：仿真程序SEMENS的仿真命令必须在“空运行”打开的情况下运行，但在零件加工时，必须把“空运行”关闭，否则机床默认的是最快的进给速率进行切削，会导致工件及刀具的损坏。3：LCYC95循环指令R105是选择LCYC95循环指令的加工类型，要正确选择合理的加工类型，否则会导致机床报警，或零件加工错误。5.2疑难解答1：问题：在用合金钢刀切削的时候，为什么程序中留的余量在粗加工结束后会实际相差很大？问题解答：在用合金钢刀切削零件的时候是高速切削，会产生强大的切削力，使切削量增大，所以导致切削完的零件余量比预留量小。所以在程序编辑时要留大一点的余量，一般是0.5mm。2：问题：为什么在2个配合零件做好，尺寸到位的情况下，依然配合出现缝隙？问题解答：由于在零件加工时刀具的磨损情况会导致零件的边角有毛刺，及在弧形类零件配合时由于弧类零件的尺寸测量比较难，所以要将零件的锐角倒钝，将内弧轮廓做到正差，将外弧轮廓做到负差，这样在配合时会减少干涩，使配合更紧密。小结本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控