(精品论文)毕业论文_数控机床的分类及典型轴类零件的加工

数控机床的分类及典型轴类零件的加工目 录一. 概述31.0数控在现代制造业中的作用41. 1按加工工艺方法分类41.1. 1金属切削类数控机床41.1. 2特种加工类数控机床41.1. 3板材加工数控机床41. 2按控制控制运动轨迹分类51.2. 1点位控制数控机床51.2. 2直线控制数控机床51.2. 3轮廓控制数控机床51. 3按驱动装置的特点分类61.3. 1开环控制数控机床61.3. 2闭环控制数控机床71.2. 3半闭环控制数控机床71.4混合控制数控机床81.5 毕业设计任务二. 典型轴类零件的加工82. 1零件图工艺分析92. 2选择设备102.3确定零件的定位基准和装夹方式102. 4确定加工顺序及进给路线102.5刀具选择112.6切削用量选择122.7编制程序粗加工3.0热处理3.1喷砂3.2打中心孔3.3磨外圆到尺寸3.4装配三. 结束语15四.参考文献16 一. 概述零件制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分,其核心技术是数控技术。数控技术是应用计算机、自动控制、自动检验及精密机械等高新技术的产物。科学技术和社会的蓬勃发展，对机械加工产品的质量，品种和生产率提出了越来越高的要求。数控加工技术就是实现产品加工过程自动化的现代化的措施之一，应用数控加工技术能提高加工质量和 生产率，解决若干普通机械加工所解决不了的的加工技术问题，大大降低加工成本，提高综合经济效益，还能极大改善工人的劳动条件，提高工人的素质。1. 1按加工工艺方法分类111金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 2特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 3板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 二、按控制运动轨迹分类 1点位控制数控机床 位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 2直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 3轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。 三、按驱动装置的特点分类 1开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 2闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。 3半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。 4混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式： （1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 （2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件（如测速发电机），B是角度测量元件，C是直线位移测量元件。手工编程%O0001 程序名N5 G00 X100 Z100 T0202 M03 S500 主轴启动 以500r/min正转N10 G99 G00 X40 Z5 到达X,Z坐标起始点N15 G71 U3 R1 外圆粗车循环N20 G71 P25 Q80 U0.5 W0.5 F0.4 指定循环开始和结束的段落和留精加工余量N25 G01 X0 F0.4 到达指定的X坐标N30 Z0 到达指定的Z坐标N35 G03 X14 Z-7 F0.4 逆圆切削N40 G01 X16 Z-7 F0.4 直线插补到指定坐标X16,Z-7N45 X20 Z-9 直线插补到指定坐标X20,Z-9N50 Z-27 切削到指定坐标X20,Z-27N55 X25 Z-27 直线切削到指定坐标X30,Z-27N60 X30 Z-47 直线插补切削到X30,Z-47N65 Z-55 N70 X36N75 Z-70N80 X40N82 X100 Y100 T0303 S1200 换3号刀精车 主轴以1200r/min正转N85 G70 P25 Q80 F0.15 精车循环N90 G00 X100 Z100 回换刀点 N95 T0404 S500 换四号刀切槽 主轴以500r/min正转N100 G00 X40 Z-27N105 G01 X16 Z-27 F0.15N110 G04 X1 暂停时间N115 G01 X40N120 G00 X100 Z100 回换刀点N125 T0505 S500 G00 X40 Z-65 换5号刀切槽 主轴以500r/min正转N130 G01 X30 Z-65 F0.15N135 G04 X1 暂停时间N140 G01 X40N145 G00 X100 Z100 会换刀点N150 T0303 S320 换3号螺纹刀 主轴以320r/min正转N155 G00 X22 Z2 刀具起始安全点N160 G92 X17.4 Z-25 F0.1 螺纹循环切削开始N165 X19.6N170 X19.2N175 X18.8N180 X18.4N185 X18.0N190 X17.6N195 X17.5N200 X17.4N205 G00 X100 Z100 回换刀点N210 M30 程序结束1.5 毕业设计任务本课程的设计主要培养和提高自己以下几方面能力;1用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能的目的。2培养学生建立正确的科学思想、认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风。3培养学生调查研究、收集资料，熟悉有关技术文件，运用国家标准、手册、等资料进行机械零件设计或加工（如设计计算，数据处理，工程制图等）、编写技术文件等独立工作能力。(二)典型轴类零件的加工典型轴类零件如图1所示，零件材料为45钢，无热处理和硬度要求，试对该零件进行数控车削工艺分析。图（一）图1 典型轴类零件（2.1）零件图工艺分析该零件表面由圆柱、圆锥、圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S14的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢。通过上述分析并结合我们厂(昆山众信模具)的实际情况，可采用以下几点工艺措施。2.11: 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，我们厂的数控车床难以达到，故编程时外径留0.5mm的余量，待热处理后用外圆磨床加工到图纸要求尺寸（前面带螺纹的部分尽量车到位）。2.12: 在轮廓曲线上，有一处为圆头，其中一处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时圆头前应留有一小段直径为6mm长度为5mm的圆柱，以便打中心孔进行磨加工，待磨好后再将其切除，（结合我们厂的实际情况，只能这样做）2.13: 为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分，右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选40棒料。2.14: 数控车车出后进行热处理，使其硬度在5660HRC2.15: 热处理后进行喷砂处理，让其表面平滑，有助于下一步工序外圆磨的加工2.16: 将喷砂好的工件拿到普车打中心孔，（要打表校正使其跳动在0.05mm以内，并且两边都要打中心孔）。2.17: 将打好中心孔的工件拿到外圆磨进行磨加工，锥度部分用锥导套配合磨，已达到图纸要求为准。（2.2）选择设备 根据被加工零件的外形和材料以及我厂里的实际情况等条件，选用TND360数控车床；普车；喷砂机；外圆磨床。（2.3）确定零件的定位基准和装夹方式 定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧（我们厂的老师傅称其为阶梯卡抓），右端采用活动顶尖（我们常说的尾座）支承的装夹方式。（2.4）确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。最后车削螺纹。我们厂里的TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（不再数控车上精车到位，我们厂的车床精度达不到，最终要用外圆磨床将其磨到位，并且还能保证其表面光洁度）。（2.5）刀具选择 选用5中心钻钻削中心孔（在普车上做，只打右端中心孔）。粗车及平端面选用900硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可用作图法检验），副偏角不宜太小，选=350。车螺纹选用硬质合金600外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0.150.2。将所选定的刀具参数及有用的数据整理如下，以便编程和操作管理。表1 数控加工刀具卡片 产品名称或代号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备注零件图号T015中心钻 11钻5 mm中心孔图一T02硬质合金900外圆车刀1车端面及粗车轮廓 右偏刀图一T03硬质合金600外螺纹车刀1精车轮廓 右偏刀图一T04600外螺纹车刀1车螺纹图一 零件名称 典型轴编制审核批准（2.6）切削用量选择 背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选u=1.8 ；螺纹粗车时选0.4 ，逐刀减少，精车0.1。主轴转速的选择 车直线和圆弧时，选粗车切削速度f=90m/min，然后利用公式=dn/1000(5-1)计算主轴转速n（粗车直径D=40 ）：粗车500r/min。车螺纹时，参照式（5-1）计算主轴转速n =320 r/min.进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4/r，最后根据公式计算粗车为200 /min。综合前面分析的各项内容，并将其整理填入表2。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。表2 典型轴类零件数控加工工艺卡片 单位名称 工序号工序内容夹具名称使用设备车间备注1车断面，控长度。三抓卡盘普车1车两端2打中心孔三抓卡盘普车1打右端中心孔3粗车工件阶梯卡抓数控车2(2.7)零件粗精加工程序(FAUNCTD系统)N0001;T0101;M98 S900;M08;G71 U1.8 R0.5 F160;G71 P1 Q2;N1 G00 X40 Z2;G01 Z0;G03 X14.5 Z-7 R7;G01 X16.5;X20.5 Z-9;Z-27;X25.5;X30 Z-47;Z-55;X36;N2 Z-70;G00 X150 Z150;T0202;M03 S900;G00 X42;Z-27;G01 X16