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毕业设计(论文)-凸轮轴加工及其仿真

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高级机器人技术和传感器技术对美国军舰构造的维修的应用
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凸轮轴 加工 及其 仿真
资源描述:
毕业设计(论文)-凸轮轴加工及其仿真,凸轮轴,加工,及其,仿真
内容简介:
1THEAPPLICATIONOFADVANCEDROBOTICSANDSENSORTECHNOLOGIESTOTHEPRESERVATIONOFTHEUSSCONSTITUTIONJEFFREYCOLESTEVENDUBOWSKYNATHANRUTMANCRAIGSUNADADEPARTMENTOFMECHANICALENGINEERINGMASSACHUSETTSINSTITUTEOFTECHNOLOGYCAMBRIDGE,MAO2139USAABSTRACTTHEAPPLICATIONOFROBOTICSANDADVANCEDSENSORTECHNOLOGYTOSOLVEIMPORTANTPROBLEMSINTHEFIELDSOFARCHITECTURAL,ARCHAEOLOGICALANDARTCONSERVATIONANDPRESERVATIONISDISCUSSEDTHEUSSCONSTITUTIONISCONSIDEREDASADEMONSTRATIONPROJECTOFTHISWORKTHREEIMPORTANTAPPLICATIONSOFTHISTECHNOLOGYTOTHEPRESERVATIONOFTHESHIPAREDISCUSSEDADESIGNISPRESENTEDFORONEOFTHESEAPPLICATIONSAKEELDEFLECTIONMEASUREMENTSYSTEMITISCONCLUDEDTHATROBOTICSANDADVANCEDSENSORTECHNOLOGYOFFERSSUBSTANTIALPROMISEOFHAVINGIMPORTANTBENEFITSFORTHERESTORATIONANDPRESERVATIONOFIMPORTANTHISTORICANDARCHITECTURALSITESANDMOMENTSINTRODUCTIONTHISPAPERREPORTSONARESEARCHPROGRAMINWHICHWEAREEXPLORINGTHEAPPLICATIONOFRECENTLYDEVELOPEDTECHNOLOGIESINROBOTICS,SENSORSANDREALTIMECOMPUTERSTOSOLVEIMPORTANTPROBLEMSFACEDBYTHEARCHITECTURAL,ARCHAEOLOGICALANDARTCONSERVATIONANDPRESERVATIONCOMMUNITIESOVERTHEPASTDECADE,SIGNIFICANTADVANCEMENTHASBEENMADEINTHETECHNOLOGYOFROBOTICS,SENSORSANDCOMPUTERS,ATSUBSTANTIALCOSTSTOGOVERNMENTAGENCIESSUCHASNASA,THEDEPARTMENTOFDEFENSE,ANDTHEDEPARTMENTOFENERGY17THISTECHNOLOGYHASIMPORTANTPOTENTIALAPPLICATIONINTHEAREAOFPRESERVATIONANDCONSERVATIONOFHISTORICANDARTISTICTREASURES,ANDINPARTICULARMONUMENTSANDFIELDSITESAMONGTHETASKSTHATTHECONSERVATIONCOMMUNITYISCALLEDONTOPERFORM,THEREEXISTANUMBERTHATCOULDGREATLYBENEFITFROMTHEAPPLICATIONOFADVANCEDROBOTICSANDGRADUATERESEARCHASSISTANTPROFESSOR2SENSORTECHNOLOGIESSOMETRADITIONALCONSERVATIONWORKHASRESULTED,UNAVOIDABLY,INTHEDETERIORATIONOFTHESITEFOREXAMPLE,CONSERVATIONWORKONSOMELARGEMONUMENTSHASUSEDSCAFFOLDINGANCHORSINSTALLEDINHOLESDRILLEDINTOTHEMONUMENTITSELFSOMECONSERVATIONTASKS,SUCHASDETAILEDSITEMAPPINGS,REQUIREAGREATDEALOFTEDIOUSWORKMANYTASKSARELIMITEDDUETOSAFETYCONSIDERATIONSINDEED,SOMETASKSTHATAREOFINTERESTTOTHECONSERVATIONCOMMUNITYSIMPLYARENOWIMPOSSIBLEORIMPRACTICALTOEXECUTEDUETOSAFETYCONCERNSANDACCESSLIMITATIONSFINALLY,MANYHIGHLYDESIRABLECONSERVATIONPROCEDURESARESIMPLYTOOEXPENSIVEUSINGCURRENTTECHNIQUESADVANCEDROBOTICSANDSENSORTECHNOLOGIESMAYBEABLETOSOLVESOMEOFTHESEPROBLEMSWORKINGWITHRESEARCHERSANDPRACTITIONERSINTHECONSERVATIONANDPRESERVATIONFIELDSHASMADEITCLEARTOUS,THATWHILETECHNICALCAPABILITIESAREVERYIMPORTANT,THEACCEPTANCEOFROBOTICSANDSENSORTECHNOLOGYTOTHESEFIELDSWILLREQUIREAHIGHLYSUCCESSFULANDVISIBLEDEMONSTRATIONPROJECTFROMOURSTUDIES,WEHAVEIDENTIFIEDTHEUSSCONSTITUTIONASTHEIDEALSITEFORSUCHADEMONSTRATIONPROJECTOURPRELIMINARYWORKHASSHOWNTHATTHEREAREANUMBEROFPOTENTIALTASKS,IMPORTANTTOTHEPRESERVATIONOFTHESHIP,THATADVANCEDTECHNOLOGYCOULDPERFORMMOREEFFECTIVELYTHANCURRENTMETHODSINSOMECASESTHETECHNOLOGYCOULDOFFERGREATERSAFETYORISPOTENTIALLYMORECOSTEFFECTIVEINTHISPAPERWEDESCRIBETHREEOFTHESEPOTENTIALAPPLICATIONSANDTHEIRPOSSIBLESOLUTIONSTHEFIRSTISANAUTOMATEDINSITUHOGMEASUREMENTSENSORSYSTEMTOCONTINUOUSLYMONITORTHESHAPEOFTHESHIPSKEELWHILESHEINTHEWATERTHESECONDISAROBOTICSYSTEMTODETECTROTINTHESHIPSINTERNALSTRUCTUREBENEATHITSROCKANDCHAINBALLASTTHEFINALISAROBOTICDEVICETOINSPECTTHESHIPSMASTANDRIGGINGFORDETERIORATIONITSHOULDBERECOGNIZEDTHATADEMONSTRATIONONTHEUSSCONSTITUTIONWOULDALSOBENEFITTHEGROWTHOFROBOTICSITWOULDPROVIDEACHALLENGINGANDEXCITINGTESTBEDFORTHETECHNOLOGYUNDERACTUALFIELDCONDITIONSHOGMEASUREMENTSYSTEMTHEKEELOFTHESHIPCHANGESSHAPEOVERTIMEDUETOTHEEFFECTSOFWATERANDLOADINGINORDERTOREDUCETHISHOGANDTHEREBYEXTENDTHELIFEOFTHEKEEL,ITISNECESSARYTOKNOWTHESHAPEOFTHECURVEACCURATELYPRESENTLY,HOGMEASUREMENTMETHODSINCLUDEUSINGDIVERSWHOMANUALLYMEASURETHEDISPLACEMENTOFTHEKEELFROMAFIXEDREFERENCELINE,ORINDIRECTMETHODSFROMINSIDETHESHIPSHULLWEHAVEDEVELOPEDFIGURE1THEUSSCONSTITUTION3ASYSTEMBASEDONDISTRIBUTEDSENSORTECHNOLOGYFORQUICKLY,ACCURATELY,ANDINEXPENSIVELYDETERMININGTHEKEELSHAPESIMPLYPUT,THESYSTEMMEASURESTHEWATERPRESSUREATASMALLSETOFLOCATIONSSEVENONTHEKEELFROMTHESEMEASUREMENTSACOMPUTERACCURATELYINFERSTHESHAPEOFTHEKEEL,INREALTIMETHESYSTEMISABLETOUSEASMALLNUMBEROFSENSORSBYAPPLYINGCHEBYSHEVTHEORYTODETERMINETHEOPTIMALLOCATIONSFORTHEPRESSUREMEASUREMENTSTHESELOCATIONSARESELECTEDTOMINIMIZETHEMAXIMUMMEASUREMENTERRORTHEWATERPRESSUREONTHEKEELISCONVERTEDTOANAIRPRESSURESIGNALBYFIXEDKEELPRESSURETRANSDUCERS,SEEFIGURE2PRESSURESENSORSTHENMEASURETHEPRESSUREATTHEKEEL,WHICHISADIRECTFUNCTIONOFTHEDEPTHTHESEPRESSURESENSORSAREEXPOSEDONLYTOAIRPRESSUREANDARELOCATEDATANONBOARDMEASUREMENTCOMPUTERWITHINTHESHIPTHISDESIGNPUTSALLELECTRONICHARDWAREELEMENTSINA“SHIRTSLEEVE”ENVIRONMENTITPERMITSTHEUSEOFINEXPENSIVECOMMERCIALCOMPONENTSANDMAKESMAINTENANCEANDCALIBRATIONOFTHESYSTEMEASYDIFFERENTIALPRESSURESENSORSAIRHOSESCOMPUTERREFERENCEPRESSUREWATERPRESSURE/AIRPRESSURETRANSDUCERSKEELDATAACQUISITIONINTERFACEFIGURE2THEHOGMEASUREMENTSYSTEMOVERVIEWSENSORSONTHEKEELREPORTPRESSUREATSPECIFICLOCATIONS,FROMWHICHTHECOMPUTERCALCULATESTHEKEELSHAPETHEKEELPRESSURESARECOMPAREDTOAREFERENCEPRESSUREATONEENDOFTHESHIPUSINGTHESEDIFFERENTIALPRESSURESENSORSTHISALLOWSACCURATEMEASUREMENTSOVERTHE4SMALLRANGEOFTRANSDUCERDEPTHSFROMTHESEFINITEDEPTHMEASUREMENTSTHECOMPUTERCALCULATESTHESHAPEOFTHEKEEL,SEEFIGURE3KEELPOSITIONFT4202468101214FIGURE3KEELSHAPEINFERREDFROMSEVENMEASUREMENTSTHEBARSARESENSORREADINGS,THESOLIDLINEISDIVERMEASUREDDATA,ANDTHEDASHEDLINEISTHECURVESHAPEINFERREDFROMTHESENSORSSUBBALLASTINSPECTIONTHEAREAUNDERNEATHTHEBALLASTINTHEHOLDOFTHESHIPISSUBJECTTODAMP,ROTINDUCINGCONDITIONS,SEEFIGURE4ITISIMPOSSIBLEFORWORKERSTOINSPECTTHISAREAEXCEPTDURINGDRYDOCK,WHENTHEBALLASTISREMOVEDINORDERTOFACILITATEMOREFREQUENTINSPECTION,THEUSEOFASMALLAUTONOMOUSFIELDROBOTTOPERFORMTHISINSPECTIONISBEINGCONSIDERED,SEEFIGURE5THEROBOTWOULDCARRYAVIDEOCAMERAANDSENSORSDESIGNEDTODETECTANDMEASUREROTKEELSONSISTERKEELPROPOSEDBALLASTSUPPORTBALLASTINSPECTIONSURFACESDRAINKEELHULLLIMBERSTRAKEFIGURE4SUBBALLASTAREATHEAREAISONLYEXPOSEDDURINGDRYDOCKANAUTOMATEDINSPECTIONSYSTEMTHATCANWORKUNDERNEATHTHEBALLASTWOULDBEVERYUSEFUL5THEINSPECTIONTASKISFURTHERCOMPLICATEDBYTHEPRESENCEOFDIAGONALRIDERS,WHICHPERIODICALLYCUTOFFSECTIONSOFTHESUBBALLASTAREATHEROBOTWOULDHAVETOCLIMBOUTOFTHEAREA,OVERTHERIDER,ANDTHENBACKDOWNINTOTHENEXTSECTIONFIGURE5ACONCEPTFORASUBBALLASTINSPECTIONROBOTVARIOUSASPECTSOFTHISPROBLEMAREBEINGSTUDIED,INCLUDERAPIDMECHANICALROBOTICDESIGN,ROBUSTPLANNINGALGORITHMS,ADVANCEDSENSORTECHNOLOGY,ANDCONTROLSYSTEMSTHERESULTSOFTHISWORKWOULDBEUSEFULINAWIDEVARIETYOFFIELDAPPLICATIONS,INCLUDINGOTHERCONSERVATIONTASKSMASTANDRIGGINGINSPECTIONFINALLY,THEMASTSOFTHESHIPAREALSOSUBJECTTOROTANDNEEDPERIODICINSPECTIONTHECURRENTINSPECTIONMETHODHASAWORKERCLIMBTOEXTREMEHEIGHTS,AND/OREXPENSIVEANDUNSIGHTLYCRANESTOINSPECTTHEUPPERSECTIONS,SEEFIGURE6THETOPMOSTSECTIONSARENEVERINSPECTEDAROBOTICSOLUTIONMIGHTAGAINBEUSEFULWEAREEXAMININGTWOAPPROACHESTOTHISPROBLEM,SEEFIGURE7FIRSTISACLIMBINGROBOTCONCEPTTONAVIGATETHECOMPLEXRIGGINGANDCLIMBTHEMASTSTHISAPPROACHCHALLENGESPRESENTTECHNOLOGYHOWEVER,WEHAVEDEVELOPEDASIMPLECLIMBINGROBOTANDARESTUDYINGITSPOTENTIALEXTENSIONTOSUCHTASKSASMASTINSPECTIONTHESECONDAPPROACHISLONGREACHMANIPULATORS,SEEFIGURE7PROBLEMSRELATINGTOTHECONTROLOFLONGREACHFLEXIBLEMANIPULATORSYSTEMSARESIMILARLYUNDERSTUDYINOURLABORATORYINCONNECTIONWITHNASASSPACESTATIONFREEDOM6MASTINSPECTIONFIGURE6THECOMPLEXITYOFTHECONSTITUTIONSRIGGINGANDHEIGHTOFHERMASTS220MAKEINSPECTIONDIFFICULTTRANPORTER/CONTROLUNITINTELLIGENTINSPECTIONDEVICEARTICULATEDDEPLOYABLEELEMENTSCOMPOSITEMATERIALSAUTONOMOUSCLIMBINGINSPECTIONROBOTCCDCAMERAULTRASONICSENSORRFTRANSMITTER/RECEIVERCONTROLFIGURE7TWOMASTINSPECTIONROBOTCONCEPTSCONCLUSIONSTHISPAPERREPORTSONARESEARCHPROGRAMTOEXPLORETHEAPPLICATIONOFROBOTICS,SENSORSANDREALTIMECOMPUTERTECHNOLOGIESTOSOLVEIMPORTANTPROBLEMSFACEDBYTHEARCHITECTURAL,ARCHAEOLOGICALANDARTCONSERVATIONANDPRESERVATIONCOMMUNITIESTHEUSSCONSTITUTIONIDENTIFIEDHASBEENIDENTIFIEDASTHEIDEALSITEFORADEMONSTRATIONPROJECTOFTHISWORKTHISPAPERDESCRIBESTHREEPOTENTIALLYIMPORTANTAPPLICATIONSOFTHISTECHNOLOGYTOTHEPRESERVATIONOFTHESHIPWEBELIEVETHATSUCHADVANCEDTECHNOLOGYCOULDPERFORMTHESETASKSMOREEFFECTIVELY,SAFELY,ANDWITHLESSTOTALCOSTTHANCURRENTMETHODSACONCLUSIONOFOUR7WORKTODATEISTHATROBOTICSANDADVANCEDSENSORTECHNOLOGYCOULDHAVEANIMPORTANTIMPACTOFTHEFIELDOFTHERESTORATIONANDPRESERVATIONOFIMPORTANTHISTORICANDARCHITECTURALSITESANDMONUMENTSACKNOWLEDGMENTTHISWORKISSUPPORTED,INPART,BYTHENATIONALSCIENCEFOUNDATIONUNDERANEXPLORATORYRESEARCHSGERPROGRAMNOIRI9320138ANDBYNASALANGLEYRESEARCHCENTER,AUTOMATIONBRANCHUNDERGRANTNAG1801REFERENCES1ANDERSON,MARY“ECOLOGICALROBOTS”TECHNOLOGYREVIEW,JAN1992,V95N1P2222GOLDSMITH,S,“ITSADIRTYJOB,BUTSOMETHINGSGOTTADOIT,“BUSINESSWEEK,AUG20,1990,P92973STONEHWANDEDMONDSG,“HAZBOTAHAZARDOUSMATERIALSEMERGENCYRESPONSEMOBILEROBOT,“PROCEEDINGS1992IEEEROBAUTOMATION,NICEFRANCE,1992,V1P67734WEISMAN,R,“GRISINTERNALINSPECTIONSYSTEMFORPIPINGNETWORKS,”PROCEEDINGS,40THCONFERENCEONREMOTESYSTEMSTECHNOLOGY,1992,V2P109155HIROSES,BIOLOGICALLYINSPIREDROBOTSSNAKELIKELOCOMOTIONANDMANIPULATION,OXFORDSCIPUB,19936GLASKIN,MAX“ROBOTJOBSWORTHSGOONPATROLROBOTSASSECURITYGUARDS”NEWSCIENTIST,JAN29,1994,V141N1910P1917BAINS,SUNNY“ROBOTCLEANERSSPITANDPOLISHASTHEYGO”NEWSCIENTIST,NOV27,1993,V140P2011高级机器人技术和传感器技术对美国军舰构造的维修的应用内容摘要本篇论文将要讨论的内容是机器人技术和高级传感器技术在解决以下重要问题方面的应用在建筑领域,考古学方面,艺术品的保存与保藏等方面的运用。美国军舰的构造将会作为一个典型的示范来论证。此项用于维修与保护轮船的技术的三种重要方法将会被提及。船的龙骨偏斜测量体统的设计将会作为一个典型的代表来叙述。总之,机器人技术和噶及传感器技术将会为解决重要的历史遗迹和建筑遗迹的保护与修复工作提供重要的解决方法。引言本篇论文将会探索近年来机器人技术、高级传感器技术与实时电脑技术的发展在解决建筑领域、考古学方面和艺术宝藏的保存与修复方面的应用。在过去的十年中,人们在机器人技术、高级传感器技术和电脑技术方面已经取得重大的成就,尤其对政府部门来说,例如,美国国家宇航局、防御部门和能源部门。此项技术在历史遗迹和艺术宝藏领域的修复与保存方面将会有更为广阔的前景。在特殊的纪念碑和占地遗址方面的应用此技术更为突出。维修部门正极力号召实施此项技术。高级机器人技术和传感器技术将会在更广阔的范围发挥日益重要的作用,并且带来更丰厚的益处。一些传统的保存与修复工作已经导致或者不可避免的造成旧址的严重恶化。例如,在一些大型纪念碑的修复工作中使用脚手架锚钻洞来固定纪念碑,还有一些维修工作,如绘制出详细的遗址图纸也需要耗费大量的繁琐工作;还有一些修复工作出于安全方面考虑而受限。事实上,一些修复工作仅仅由于安全顾虑和使用途径的限制而无法实施。最终,许多切实可行的修复程序由于继续沿用现行的修复方法而回耗费高额的代价与投入。先进的机器人技术和传感器技术将能够解决上述问题中的难题,弥补上述问题存在的缺陷。和专业研究者以及保护与修复领域的从业人员一起工作对我们来说是当务之急。一方面,技术的性能与效力十分重要,另一方面,机器人技术和传感器2技术被这些领域的接受能力将需要一个更为成功的的可看的见的示范工程来体现。经过我们的研究,已经发现美国军舰构造可以作为此项示范工程项目的最为理想的代表。我们的初步工作已经显示出,对于轮船的维修比较重要的许多具有潜力的工作任务,使用高级技术解决将会比现行技术产生更大的效益。在一些案例中,高级技术能够提供更大的安全保障而且更具有广阔的发展潜力与效益。在本篇论文中,我们将会论述三种切实可行的高级技术以及解决方法。第一种方法是一种自动装置的原位拱曲测量传感器系统。当穿的龙骨出于水中时,用此系统来持续的控制船的龙骨的形状。第二种方法是用机器人技术来探测船内部结构中的腐烂物。最后一种方法是用机器人设备来检查船的桅杆并且给桅杆装配帆及锁具防止装置退化。应该认识到,高级技术在美国军舰上的示范将会促进机器人技术的发展。它将会为此项技术在实际领域中的应用提供更具挑战性和刺激性的模拟测试。拱曲测量体系船的龙骨的形状由于水的影响和承载量会随着时间的推移而发生变化。为了减少船的中部拱起以此来延长船的龙骨使用寿命,有必要精确地知道弧线的形状。目前,拱曲测量方法包括使用潜水员来人工测量船的龙骨离基准线的移位。或者使用间接的方法间接地从船的船身内部间接地测量。依据集散式传感器技术,我们已经研制出一套更迅速、更精确、更廉价的系统来测量船的龙骨的形状。简单地说,这种系统在龙骨的设定的一个位置来测量水的压力。用一台电脑在实时时间从这些测量方法中来推断船的龙骨形状。这种系统能够依据CHEBYSHEV理论使用少量的传感器来为压力测量测量出最佳的位置。测量出的这些位置可以最大限度的把测量错误降到最低值。船的龙骨上的水压可以被固定的龙骨压力传感器转化成一种空气压力信号,可以参考图表2。压力传感器紧接着可以测量出船的龙骨处的压力,这是直接的一种功能。这些压力传感器仅仅被暴露在空气压力外面而且被固定在船的内部的船上测量电脑上。这种设计把所有的电的器具设备都处于一种融合的状态与环境中。这种设计业可使用比较廉价的商业元件,而且使维修与校准变得更方便。船的龙骨压力在船的尾部使用这些不同的压力传感器可以比作基准压力。这使得精确地测量遍布传感器深度的一小部分范围内。从这些有限的深度测量3中,电脑可以精确地计算出船的龙骨形状,参看图表3底层压舱物检查船的压舱物下面的区域在船的压在下经常会遭受潮湿。对工作者来说检查这些区域是不可能的,尤其是当船正在移动的时候,除非是在干船坞的状况下才能实现。为了让检查工作更便利,为此使用一个小范围的区域自治机器人来实施检查工作的想法正在考虑之中。可以参考图表5机器人将会携带一个摄像机和传感器来发现和探测腐烂物。这种系统在许多方面存在的问题目前还正在研究之中,包括机械机器人技术设计、健全的计算程序计划、先进的传感器技术以及控制系统。这项工作的成果将会惠及更广范围,将会应用于更广的范围,包括其他的人机对话任务。船桅和帆缆索具的检查最后,船的桅杆也经常遭受腐烂,需要经常性的进行检查。现行的检查方法只要是让工作人员爬到最高处检查,或者使用昂贵的起重机来检查上面的区域,参见图表6但是,最上面的区域很难被检查到。机器人技术对解决比问题将会十分有用。针对这个问题,我们现在正在对两种方法进行测验,参见图表7第一种方法是用一种攀爬的机器人理念来对复杂的帆览及索具引航并且爬上船桅处。这种方法对现行的方法来说极具挑战。但是,目前我们已经研制出一种简单的攀爬机器人,正在研究它对此种工作任务的发展潜力,例如对船桅的检查工作。第二种方法是使用远距离的操纵器来实施,参见图表7远距离的操作系统目前存在的问题正在我们的实验研究之中,我们将于美国宇航局自由空间站携手研究此问题。结论本篇论文探讨的是机器人技术,传感器技术书和实时电脑技术对解决建筑领域,考古学方面及艺术品保藏与维修方面的应用。美国军舰的构造将会作为一个典型的示范来论证。本篇论文中描述了这种技术针对轮船的维修的三种极具潜力的方法。我们深信这种高级技术与现行的方法相比,将会使这些工作任务变得更有4效率,更安全,花费也更小。机器人技术和高级传感器技术将会在重要的历史性建筑遗址和纪念碑的保存与修复领域发挥重要的作用。西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计(论文)题目凸轮轴加工及其仿真专业班级机电08级二班学号08102080223学生姓名李伟指导教师戴君/田浩设计所在单位西安文理学院2012年5月西安文理学院毕业设计(论文)凸轮轴加工及其仿真摘要典型零件凸轮轴工件上圆形偏心部分的加工比较复杂。对于加工车间来说,优化这个加工工序可以提高企业的生产效率。凸轮轴加工工序的优化,取决于夹具的优化及工序安排的合理性。凸轮轴工件在机械加工中比较常见,常见的车削加工方法有三爪车削法、四爪车削法、花盘车削法等。像这些方法多用于普通车床上,偏心部分的偏心距采用百分表找正。缺点是加工复杂、效率低、互换性和精度难保证。本文采用凸轮轴偏心部位车削加工的另一种方法专用夹具车削法。专用夹具车削法,可用于数控车机床。文中涉及到了凸轮轴的加工工序、专用夹具的设计、数控加工编程等内容。关键字数控车床凸轮轴偏心套筒西安文理学院本科毕业设计(论文)THECAMSHAFTPROCESSINGANDSIMULATIONABSTRACTTYPICALPARTSOFWORKPIECECIRCULARECCENTRICCAMSHAFTPARTSPROCESSINGISMORECOMPLEXFORPROCESSINGWORKSHOP,OPTIMIZETHEMACHININGPROCESSESCANINCREASETHEPRODUCTIONEFFICIENCYTHECAMSHAFTPROCESSES,DEPENDINGONTHEOPTIMIZATIONOFPROCESSOPTIMIZATIONANDFIXTUREARRANGEMENTOFRATIONALITYINMACHININGCAMSHAFTWORKPIECEINCOMMON,COMMONMACHININGMETHODSHAVETHREECLAWSTURNING,FOURTURNINGMACHININGMETHOD,FACILE,ETCTHESEMETHODSUSEONMUCHLIKELYTHECONVENTIONALLATHE,THEECCENTRICPARTSECCENTRICITYUSESTHEDIALGAUGETOADJUSTTHESHORTCOMINGISPROCESSES,THEEFFICIENCYTOBELOWCOMPLEX,THEINTERCHANGEABILITYANDTHEPRECISIONDIFFICULTTOGUARANTEETHESEMETHODSUSEONMUCHLIKELYTHECONVENTIONALLATHE,THEECCENTRICPARTSECCENTRICITYUSESTHEDIALGAUGETOADJUSTTHESHORTCOMINGISPROCESSES,THEEFFICIENCYTOBELOWCOMPLEX,THEINTERCHANGEABILITYANDTHEPRECISIONDIFFICULTTOGUARANTEE1617KEYWORDSNCLATHECAMSHAFTECCENTRICSLEEVE目录0目录第一章绪论111数控加工的发展趋势112数控加工技术常用的软件213此课题的意义3第二章凸轮轴零件分析421凸轮轴的结构介绍422凸轮轴加工要求和预计加工难度5221加工要求5222偏心圆的加工5223深孔加工6224轴的要求623本章小结6第三章夹具设计731夹具的工作原理732数控车床夹具设计733专用夹具偏心套设计8331专用夹具分析9332专用夹具设计9333专用夹具车削法的优点1034一般套筒设计1035本章小结11第四章机械加工工艺规程的制定1241加工工艺路线的分析1242凸轮加工工艺分析1243加工阶段的划分与工序顺序的安排1344加工工艺路线的拟定13441备料13442铣端面、钻中心孔14443粗精加工外圆14444加工轴颈15445粗精加工沟槽15446六方和键槽16447偏心轮和螺纹孔加工1945本章小结20第五章2151键槽的仿真21511PRO/ENGINEER软件21512PRO/ENGINEER仿真21目录152程序编制24521数控车削常用指令24522数控车床编程12753加工中心28531加工中心简介28532加工中心程序编制29533数控车床编程23054本章小结30第六章总结31致谢32参考文献33附录1典型零件凸轮轴图34附录2数控车床程序35附录3加工中心程序36附录4键槽走刀过程38走刀截图38生成程序截图38西安文理学院本科毕业设计论文0第一章绪论11数控加工的发展趋势随着科学技术的发展,机械产品的形状和结构不断改进,对零件加工质量的要求也越来越高。尤其是随着FMS和CIMS的兴起和不断成熟,对机床数控系统提出了更高的要求,现代数控加工正在向高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、网络化和智能化等方向发展。高速化可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现高速化。机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理,由于采用了新型刀具,车削和铣削的切削速度已达到50008000米/分以上;主轴转数在30000转/分有的高达10万转/分以上;工作台的移动速度(进给速度),在分辨率为1微米时,在100米/分(有的到200米/分)以上,在分辨率为01微米时,在24米/分以上;自动换刀速度在1秒以内;小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展,高速直线电机的推广应用,开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快,模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。高精度化高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度两方面。提高数控机床的加工精度,一般是通过减少数控系统误差,提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性,采用补偿技术和辅助措施来达到的。在减少CNC系统误差方面,通常采用提高数控系统分辨率,使CNC控制单元精细化,提高位置检测精度以及在位置伺服系统中为改善伺服系统的相应特征,采用前馈和非线性控制的方法。在采用补偿技术方面,采用齿缝补偿、丝杠螺母误差补偿、刀具补偿、热变形误差补偿和空间误差综合补偿等。从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工),是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(5时的孔加工可称为深孔加工,用普通麻花钻钻深孔时有以下困难。1钻头细长。刚性差,加工时钻头易弯曲和振动,难以保证孔的直线度与加工精度。2切屑多,而排除切屑的通道长而狭窄,切屑不容易排出。3孔深切削液不易进入,切削温度过高,散热困难,钻头容易断。224轴的要求1支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度。2止推面对于支承轴线的垂直度。3凸轮轴基面的尺寸精度和相对于支承轴颈的轴线的同轴度。4凸轮的位置精度。5凸轮的形状精度1。23本章小结本章主要从零件图入手,在加工以前认真分析凸轮轴零件图。从宏观上对其有一个深刻的了解,对所要加工的工件进行结构分析。并初步分析凸轮轴的加工工艺,确定凸轮轴加工要求和预计加工难度,有利于以后的加工仿真。西安文理学院本科毕业设计论文6第三章夹具设计机床夹具大体可分为通用夹具和专用夹具。通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用加工不同工件的夹具;专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。机床夹具在机械加工中起着重要的作用,它直接影响机械加工的质量、生产率和生产成本以及工人的劳动强度等。因此机床夹具的设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。本章主要介绍为加工此凸轮轴而专门设计的专用夹具偏心套筒。31夹具的工作原理夹具的工作原理有以下几点1、使工件在夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面(定位元件上其定位作用的表面)接触、配合或对准来实现的。2、夹具对机床应先保证有准确的相对位置,而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置,这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置,也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置的精度要求。3、使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置,这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。在机械加工中,夹具在工艺装备中占有重要地位,夹具设计恰当与否,在很大程度上影晌加工质量、生产率、劳动条件和加工成本。因此,夹具设计是机械加工中一项重要的工作。选择夹具时应注意以下几点1)要保证工件的加工精度。2)夹具类型要与其生产规模相适应,以提高生产效率,降低成本。3)夹具结构与元件的标准化、模块化并可重复使用以保证低成本。4)扩大机床工艺范围。5)减轻工人劳动强度,保证使用方便和安全。西安文理学院本科毕业设计论文732数控车床夹具设计1、车床夹具的设计特点1)整个车床夹具随机床主轴一起回转,所以要求它结构紧凑,轮廓尺寸尽可能小,质量小,而且夹具重心应尽量与回转轴线重合,以减少惯性力和回转力矩。2)应有平衡措施消除回转中的不平衡现象,以减少振动等不利影响。3)与主轴端联结部分是夹具的定位基准,所以应有较准确的圆柱孔或锥孔,其结构形式和尺寸,依具体使用的机床主轴端部结构而定。4)高速回转的夹具,应特别注意使用安全,如尽可能避免带有尖角或凸出部分;夹紧力要足够大,且自锁可靠等。必要时回转部分外面可加罩壳,以保证操作安全。2、确定工件的夹紧工件在定位元件上定位后,必须采用一定的装置将工件压紧夹牢,使其在加工过程中不会因为受切削力、惯性力或离心力等作用而发生振动或位移,从而保证加工质量和生产安全,这种装置即为夹紧装置。夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件,与工件直接接触完成夹紧作用。夹紧装置必须满足如下基本要求1)夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置。2)加紧力大小要适中,既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动,由不得使工件产生变形或损伤工作表面。3)夹紧动作要迅速、可靠,且操作要方便、省力、安全。4)结构紧凑,易于制造与维修,其自动化程度及复杂程度应与工件的生产纲领相适应。设计夹紧机构,首先需合理确定夹紧力的三要素大小、方向和作用点。该工件在车床上的加工是以内外圆柱面定位,选用内外圆定心夹紧机构,在实现定心的同时,能将工件加紧,如选用三爪自定心卡盘。3、卡爪的夹紧力和切削力为了满足此零件加工需要,零件夹具设计时应先计算出卡爪夹紧力和切削力,从而得出机床卡盘需要调整到的压力。1)卡爪夹紧力公式NDFKMW2(31)式中卡爪数;安全系数;摩擦系数;切削NFM扭距;零件直径D2)由于实际的金属切削过程非常复杂,影响因素很多,因而现有的一些结果不能很好地吻合。所以在生产实际中,切削力的大小一般采用由实验结果建立起来的经验公式计算。对于一般加工方法,如车削、孔加工和铣削等已建立了可直接利用的经验公式。常用的经验公式可分为两类一类是指数公式,一类是按单位切削力进行计算的公式。切削力公式(3FFMNFCYXPFCKKVFACSRC0西安文理学院本科毕业设计论文82)切削扭距公式(32DFMC3)式中系数;、指数;吃刀深度;CFCCXCYCNPA进给量;F切削速度;材料修正系数;主偏角修正系数;CVMFKFRK前角修正系数;刃倾角修正系数;刀尖圆弧半径FK0S修正系数。33专用夹具偏心套设计由零件分析知道,工件上有两个偏心部位。一般数控车床加工的夹具不适用于加工偏心部位,尤其是双偏心零件,因为双偏心零件要保证两偏心部位偏心的方向。所以,要设计加工工件偏心部位的专用夹具偏心套。331专用夹具分析偏心套筒要经常多次装夹,因此,材料需要一定的硬度和耐磨性;偏心套要夹持在三爪卡盘上;要保证两偏心部位的偏心方向相反;要在三爪卡盘上夹紧等。设计专用夹具时还要考虑如下内容1、偏心套偏心距的确定偏心套偏心距的基本值与所加工工件的偏心距一致,偏心套偏心距的公差值为所加工工件偏心距公差值的1/3。2、偏心套与所加工工件的安装配合以H6/H6为宜。3、偏心套的加工主要考虑其公差值的不同而异,但偏心套与所加工工件的配合孔表面粗糙度必须达到RA08M以上。4、工件过长时必须要有顶尖。5、工件加工完工后,可取下完工工件,安装未加工工件,重复简单的车工工序即可加工高精度偏心轴工件4。332专用夹具设计偏心套筒要经常多次装夹,材料需要一定的硬度和耐磨性,采用45钢调质HBS220240为宜。偏心套要夹持在三爪卡盘上,因此,对三爪卡盘有一定要求要求端面跳动001MM、圆跳动为003MM;为使偏心套定位准确,保证两偏心部位的偏心方向相反,设计如图31和图32所示3MM键槽形凸起。偏心轴套外圆上沿轴线方向开有1520MM的通槽,此槽的作用是使偏心轴套受到三爪卡盘卡爪的夹紧力后自动收紧并夹紧工件。此法比三爪卡盘加垫片法提高了生产效率,缩短了校正和计算时间2。偏心套偏心距确定为280033MM;偏心套与所加工工件的安装配合为H6/H6;偏心套的表面粗糙度应为RA08M。1、经尺寸计算夹具结构设计如下西安文理学院本科毕业设计论文91偏心部位1的夹具设计如图31所示。图31偏心套筒2偏心部位2的夹具设计如图32所示。图32偏心套筒2、工件加工注意事项如下1)偏心套要靠平在三爪自定心卡盘端面;2)加工时粗车偏心工件的切削力较大,为防止工件轴向移动,应在轴孔内装定位装置;3)粗车时选用YG5硬质合金刀具,前角1015度,断屑槽为圆弧形宽5MM,且切削速度不宜过高,进给量不宜过大。4)加工工件时专用夹具1、2均装在图21所示的轴颈1上。333专用夹具车削法的优点专用夹具车削法具有以下优点1、操作性强;2、对操作者操作技能的依赖性很低;西安文理学院本科毕业设计论文103、按要求安装即可进行加工,不需找正偏心工件轴线平行,极大降低了工人劳动强度。4、零件加工精度不受人为因素的影响;5、零件加工精度互换性很好;6、极大提高了生产效率;7、专用夹具成本不高,经济性良好。34一般套筒设计由零件分析可知,当工件在加工中心加工好六方和键槽,转到数控车床加工螺纹孔时,会发现直接夹紧工件会损伤工件,影响工件表面加工质量。因此,需要设计一个套筒,达到保护工件表面质量的目的。如图33所示为套筒的结构示意图。套筒外圆上沿轴线方向开有1520MM的通槽,此槽的作用是使偏心轴套受到三爪卡盘卡爪的夹紧力后自动收紧并夹紧工件。套筒与所加工工件的安装配合为H6/H6;套筒的表面粗糙度为RA08M。加工工件时此套筒装在图21所示的轴颈2上。图33套筒35本章小结本章主要介绍了车工件偏心部位的专用夹具的设计、用于保护工件表面的一般套筒的设计及夹具的结构尺寸计算。特别注意的是1、两专用夹具上均有3MM键槽形凸起,用于保证两偏心部位的轴上位置;2、专用夹具和套筒外圆上沿轴线方向均开有1520MM的通槽,利用此槽使偏心轴套受到三爪卡盘卡爪的夹紧力后自动收紧并夹紧工件。加工凸轮轴时使用专用夹具,可以快速找正,提高了工作效率。西安文理学院本科毕业设计论文11第四章机械加工工艺规程的制定机械加工工艺规程的制定,可分为两大步骤第一步,拟定零件的加工工艺路线;第二步,确定每道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备及切削用量和工时定额。41加工工艺路线的分析在凸轮轴的加工过程中的加工精度,其中受两个主要因素的影响1、变形从细长角度来说,突出的问题就是工件本身的刚度低。切削加工时产生较大的受力变形,其表面余应力也会影响其变形,尤其在加工凸轮时,这种变形更为显著。另一方面,采用材料为钢的凸轮轴在主要工作表面精加工产生变形。凸轮轴在加工过程中的变形,不仅影响到后工序加工的余量分配是否均匀,而且变形过大会导致后续加工无法进行,甚至造成中途报废。凸轮轴加工后的变形,将直接影响到装配后凸轮轴的使用性能。因此,在安排其工艺过程时,必须针对工件变形这一特点采取必要的措施,不仅要把各主要表面的精度加工工序分开,以使粗加工事故时产生的变形在半精加工中得修正,半精加工的变形在精加工中也得以修正。2、加工难度大从形状复杂角度来讲,突出的问题就是凸轮的表面的加工。对于这些表面,不仅有尺寸精度要求,还有形状位置要求。如采用普通的加工设备和一般表面常规的加工方法,显然是无法保证其加工质量和精度。42凸轮加工工艺分析定位基准的选择一般常规的方法是采用两顶尖作为轴类零件的定位基准。这样避免了工件在多次装夹具中固定基准的转换而引起的误差,也可以作为后续工序的定位基准,即符合“基准统一”的原则。1、粗基准的选择西安文理学院本科毕业设计论文12粗基准的选择是否合理,不仅关系到工件的装夹是否方便、可靠,也关系到精加工中能否保证加工精度。该凸轮轴加工中粗基准是铣两端面并打中心孔时定位基准的选择,其目的是加工出后续工序的精基准。为保证后续工序余量均匀,选用支承轴颈的毛坯外圆柱面及一个侧面作为定位基准。2、精基准的选择在凸轮轴的加工过程中,精基准选择有下面两种情况对于各支承轴颈、外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均以两顶尖孔作为精基准进行定位的;钻孔时以两支承轴颈作为基准进行定位。选择精基面的原则是1)基准重合原则,即尽可能的选用设计基准作为定位基准。2)统一基准原则,即尽可能的选用统一的定位基准加工个表面,以保证各表面的间的位置精度。3)互为基准,反复加工的原则。4)自为基准原则。43加工阶段的划分与工序顺序的安排1、加工阶段的划分由于凸轮轴的加工精度较高,整个加工不可能在一个工序内全部完成。为了利于逐步达到加工要求,必须把整个工艺过程分几个阶段。该凸轮轴加工分为以下三个阶段粗加工阶段包括车各支承轴颈、钻通孔;半精加工阶段包括偏心圆的加工、六方加工、键槽的加工;精加工阶段包括偏心圆外形、支承轴颈的磨削。工序顺序的安排制定零件数控车削加工工序,一般应该遵循下列原则1)基面先行即前道工序的加工能够为后面的工序提供精加工基准和合适的装夹表面。2)先面后孔先加工简单的几何形状,后加工复杂的几何形状。3)先粗后精粗、精加工需要分开的零件,先进行粗加工后进行精加工。4)先主后次先车端面打中心孔,再加工外圆柱面,最后加工槽、螺纹等表面。5)工序集中以相同定位、夹紧方式安装的工序,应进行工序集中,以便减少重复定位次数和夹紧次数。对于凸轮轴,是按车初磨精磨的顺序加工的。各表面加工顺序从粗到精,且主要表面与次要表面加工工序相互交叉进行,而从整体上说又符合“先粗后精”的原则。44加工工艺路线的拟定综上所述拟工艺路线如下表41工艺路线表工序号工序名称1备料2铣端面、钻中心孔西安文理学院本科毕业设计论文133粗精加工外圆4加工轴颈5粗精加工沟槽6六方和键槽加工7偏心轮和螺纹孔的加工8精加工9终检441备料1、零件毛坯的选择零件总长为1555MM,最宽部位为556MM。因此,选择长175MM、直径为60MM的圆柱作为毛坯。如图41所示。图41毛坯示意图442铣端面、钻中心孔数控车床的特点有1、加工范围广;2、程编方便、机床重复定位精度在0004MM之内;3、刀位多,可以在一次装夹中加工各种不同的表面;4、机床自动对刀,换刀迅速,辅助时间少。根据数控车床的特点和凸轮轴的加工要求确定选择数控车床来加工凸轮轴。车削毛坯的右端端面,钻中心孔,选择右端面作为此工序的基准(自为基准原则)。如图43所示。选择30度的外圆车刀即可,材料为合金钢。图42车端面及打中心孔443粗精加工外圆粗精加工外圆(16MM和20MM),以工件的右端面作为此工序的基准。如图44上图所示。注意在轴颈3(右端20MM外圆)右侧留1MM的余量,西安文理学院本科毕业设计论文14保证加工工件轴颈右端面时的尺寸精度。图44粗精加工外圆444加工轴颈图43轴颈445粗精加工沟槽粗精加工13519MM的沟槽,如图45所示。由图可知要保留尖角,故选择100MM的割刀。图45沟槽以上数控车削切削用量的确定数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量、切削速度和进给量。选PACVF择切削用量时,应该在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率,最大地发挥刀具的切削性能。所选取的数值要在机床给定的切削参数允许范围内,同时要使主轴转速、背吃刀量和进给量三者都能相互适应,形成最佳的切削效果。具体原则是粗车时,在考虑加工经济性的前提下以提高生产率为主;西安文理学院本科毕业设计论文15半精车和精车时,在保证工件加工精度和表面粗糙度的前提下兼顾提高加工效率。1、背吃刀量的确定。根据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统刚度来确定背吃刀量,在PA工艺系统刚度允许的情况下,应以最少的进给次数切除加工余量,以提高加工效率。当零件的加工精度要求较高时,需要保留02MM05MM的单边精车余量。(41)2MWPDA2、主轴转速的确定依据机床的性能、被加工零件的材料和刀具允许的切削速度,查阅相关的数控加工切削用量资料,选取切削速度。在确定了切削速度(M/MIN)之后,CV根据工件直径D用下面的公式便可计算出主轴转速N(R/MIN)。(42)DV/10N式中,D是工件直径,单位为MM。3、进给量F(进给速度)的确定在确定进给量时,要考虑被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具及工件的材料等因素,在保证加工表面质量要求的前提下,可选择较大的进给量,以提高加工效率。(43)601CNDVW一般,粗加工时,;精加工时切削速度M/R2FM/IN15VC较高,一般可达。如果机床及刀具性能允许,应尽可能提IN540VC高切削速度,相应的可以采用较小的进给量,以利于表面质量的提高(一般可取)。表41为数控车削用量推荐表78。/R210F表42数控车削用量推荐表工件材料加工方式背吃刀量/MM切削速度/MM/MIN进给量/MM/R刀具材料粗加工2350800204精加工01015601000102YT类合金钢切断(宽度5MM)40700102西安文理学院本科毕业设计论文16446六方和键槽在加工中心主要完成零件两个部位的加工,分别为尾端的六方加工和零件键槽加工。加工中心将数控铣、数控钻镗类机床发展而来,集铣削、钻镗、攻螺纹等各种功能于一体,并配刀具库,具有自动换刀功能,是适用于加工复杂零件的高效率、高精度的自动化机床。六方和键槽的工作表面粗糙度均为RA63,可以采用加工中心加工,按粗铣、半精铣的方案进行加工。图46键槽和六方如图46,键槽尺寸精度为MM,六方没有严格的要求。为了保证键3041槽的精度,故将键槽放在六方后面加工,即先加工六方。六方的加工要使用到分度头。采用粗精加工工艺路线。加工时夹紧工件的左边(留有5MM长的工艺夹头)具体工序是1、粗铣、半精铣轴上六方采用10MM端面铣刀,轴向尺寸一刀到位。图47键槽和六方加工图48键槽走刀路径西安文理学院本科毕业设计论文17粗铣、半精铣、精铣轴上键槽4MM立铣刀,分两次走刀。键槽走刀路径,如图48所示,第一次走刀后,径向单边余量为05MM;第二次走刀后,径向单边余量为0025MM。轴向尺寸一刀到位。3、加工中心铣削用量的选择在铣削加工中,切削用量一般由切削速度、进给量F(进给速度)、CVFV切削深度(背吃刀量)和侧吃刀量四要素组成。合理选择切削用量对发挥数CA控机床的最佳效能有着至关重要的关系。1、背吃刀量的确定。当工件表面粗糙度值要求为RA32MRA125M时,应分为粗铣和半精铣两个工序进行。端面洗铣粗铣时背吃刀量或侧吃刀量取6MM以下,粗铣后留0510MM余量,在半精铣时一次切除。2、进给量(进给速度)的确定进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位是FVMM/MIN。(44)FZV式中Z铣刀齿数每齿进刀量F的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。选取时可参照表42和43。表43铣刀每齿进刀量推荐表粗铣精铣工件材料高速钢铣刀硬合金铣刀高速钢铣刀硬合金铣刀钢0101501025002005010015表44铣削铣刀进刀量推荐表工件材料圆柱铣刀面铣刀立铣刀钢02020072、切削速度的选择CV切削速度的选择主要取决于刀具的耐用度,与工件材料也有很大的关系西安文理学院本科毕业设计论文18可参照表44。表45铣削加工切削速度推荐表切削速度工件材料硬度/HBS高速钢铣刀硬质合金铣刀225182480300225325123654300钢32542562140120447偏心轮和螺纹孔加工1、夹紧辅助阶梯轴,选择30度外圆车刀车削六方的倒圆角。2、将工件插入偏心轴套的内孔中,分别加工两偏心部位。如图49所示。加工两偏心部位要用到专用夹具,如图31和32所示偏心套筒。加工偏心部位1时,将轴颈1插入偏心套筒1的内孔,用三爪卡盘夹紧偏心套筒1的外圆;加工偏心部位2时,将轴颈1插入偏心套筒2的内孔,用三爪卡盘夹紧偏心套筒2的外圆。选择30度的外圆车刀即可,刀具材料为合金钢。图49加工偏心部位3、利用图图33所示套筒,将套筒套入直径为30MM的轴颈3,用三爪卡盘夹紧套筒外圆,切削辅助阶梯轴,钻孔8MM17MM。如图410所示。图410钻孔最后在中心孔上攻丝,规格M812MM。攻丝是用一定的扭矩将丝锥旋入工件上预钻的底孔中加工出内螺纹。由于螺纹车刀的结构限制,在车床上不能加工过小孔径的内螺纹,一般直径在16MM以下的内螺纹以及大型工件如机体、机座上的内螺纹,通常都采用丝锥攻制的方法。用丝锥加工小直径的内螺纹,其生产效率比车削要高得多。如图411所示。西安文理学院本科毕业设计论文19图411攻丝45本章小结本章主要介绍了凸轮轴的加工工艺相关内容,如加工设备选择数控车床和加工中心。凸轮轴零件表面数控车床加工方案为粗车半精车精车,加工中心的加工方案为粗铣半精铣。最主要的是加工工序的确定和切削参数选择。工件加工工序为1、先在数控车床上加工工件右端端面、辅助阶梯轴(工艺夹头)、轴颈、打中心孔;2、在加工中心加工键槽和六方;3、回到数控车床加工右端端面、加工偏心部位、钻孔、车削六方上的倒圆角及端面;4、钳工攻丝。数控车床切削参数选择粗加工时,;M/R21FM/IN150VC精加工时。如果机床及刀具性能允许,应尽可能提高切削M/IN504VC速度,相应的可以采用较小的进给量,以利于表面质量的提高(一般可取)。/R210F加工中心铣削参数选择端面洗铣粗铣时背吃刀量或侧吃刀量取6MM以下,粗铣后留0510MM余量,在半精铣时一次切除。西安文理学院本科毕业设计论文20第五章上一章节完成了凸轮轴在数控车床和加工中心的加工工序,本章对凸轮轴具体加工工序进行数控编程,对键槽部分进行仿真。51键槽的仿真511PRO/ENGINEER软件PRO/E第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。PRO/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。、PRO/E采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。综述其有以下特点1参数化设计相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型,而无论多么复杂的几何模型,都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束,这就是参数化的基本概念。2基于特征建模PRO/ENGINEER是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3单一数据库PRO/ENGINEER是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。西安文理学院本科毕业设计论文21512PRO/ENGINEER仿真图51典型凸轮轴零件图步骤如下程序截图1图52典型凸轮轴仿真过程1程序截图2西安文理学院本科毕业设计论文22图52典型凸轮轴仿真过程2程序截图3图53典型凸轮轴仿真过程3西安文理学院本科毕业设计论文23程序截图4图54典型凸轮轴仿真过程4程序截图5图55典型凸轮轴仿真过程5西安文理学院本科毕业设计论文2452程序编制首先安装数控车床刀具,如表51所示1415。表51数控车床刀具序号刀具号刀具名称及规格加工表面数量补偿号1T0135外圆车刀加工外圆轮廓面1012T02100MM割刀加工沟槽102521数控车削常用指令1、插补功能指令1)快速定位指令(G00)指令格式G00X(U)_Z(W)_;其中X、Z为目标点坐标,U、W为增量坐标编程方式。2)直线插补指令(G01)指令格式G01X(U)_Z(W)_F_;其中X、Z为目标点坐标,U、W为增量坐标编程方式;F为切削进给速度,单位为MM/MIN。3)圆弧插补指令(G02、G03)G02为顺时针圆弧插补指令,G03为逆时针圆弧插补指令。指令格式G02X(U)_Z(W)_I_K_F_;或G02X(U)_Z(W)_R_F_;G03X(U)_Z(W)_I_K_F_;或G03X(U)_Z(W)_R_F_;其中X、Z为圆弧终点坐标;I、K为圆弧中心的坐标,总为相对于圆弧起始点的增量值,R为圆弧半径。顺圆与逆圆插补判别方法在XZ平面内从Y向Y轴的负方向看去,刀具相对工件进给的方向顺时针为G02,逆时针为G03。4)螺纹切削指令指令格式G32X(U)_Z(W)_F(I)_J_K_Q;其中X(U)_Z(W)_为螺纹终点位置;F、I指令字分别用于给定公制螺纹的螺距和英制螺纹的每英寸螺纹的牙数,实际进给速度由S和F决定。指令功能加工公制或英制等螺距的直螺纹、锥螺纹和端面螺纹和连续的多段螺纹加工。2、数控车床固定循环指令1)单一固定循环指令轴向车削循环指令G90指令格式G90X(U)_Z(W)_F_;(圆柱切削)G90X(U)_Z(W)_R_F_;(圆锥切削)指令功能R表示快速进给,F为进给速度,指令的起点和终点相同。径向切削循环G94西安文理学院本科毕业设计论文25指令格式G94X(U)_Z(W)_F_;(端面切削)G94X(U)_Z(W)_R_F_;(锥度端面切削)指令说明X(U),Z(W)为刀具的对角点坐标;R为切削起点与切削终点Z轴绝对坐标的差值。2)螺纹切削循环指令G92指令格式G92X(U)_Z(W)_F_J_K_L_;(公制直螺纹切削循环)指令功能从切削起点开始,进行径向(X轴)进刀、轴向(Z轴或X、Y轴同时)切削,实现等螺距的直螺纹切削循环。3)复合固定循环指令(G70G76)在使用G90、G92、G94时,已经使程序简化,而复合固定循环代码能使程序进一步得到简化。使用复合形固定循环代码时,只需指定精加工的形状,就可以完成从粗加工到精加工的全部过程。(1)外圆粗切削循环G71指令格式G71UDREG71PNSQNFUUWWFFSSTT式中D为被吃刀量;E为退刀量;NS为精加工形状程序段中的开始程序段号;NF为精加工形状程序段中的结束程序段号;U为X方向精加工余量;W为Z轴方向的精加工余量;F,S,T为F,S,T代码。(2)端面粗加工循环G72G72与G71均为粗加工循环指令,而G72是沿着平行于X轴进行切削循环加工的,指令格式为G72UDREG72PNSQNFUUWWFFSSTT其中参数含义与G71相同。(3)精加工循环G70由G71、G72完成粗加工后,可以用G70进行精加工。指令格式为G70PNSQNF式中,NS和NF含义与前述含义相同。在这里G71、G72程序段中的F、S、T的指令都无效,只有在NSNF程序段中的F、S、T才有效。3、数控车床的补偿功能通常在编程时都将车刀刀尖作为一点来考虑,即所谓假设刀尖,但实际上刀尖是有圆角的。按刀尖点编出的程序在进行端面、外径、内径等与轴线平行的表面加工时,是没有误差的,但在进行倒角、锥面及圆弧切削时,则会产生少切或过切现象,具有刀尖圆弧半径自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量,自动控制刀尖的运动,以避免上述现象的产生。为了进行刀尖圆弧半径补偿,需要使用一下指令G40取消刀具补偿,即按程序路径进给;G41左偏刀具补偿,按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给;西安文理学院本科毕业设计论文26G42右偏刀具补偿,按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。4、数控车削其他指令1)F功能指令功能指令用于控制切削进给量。在程序中,有两种使用方法。第一种每转进给量(默认)编程格式G99F_;F后面的数字表示的是主轴每转进给量,单位为MM/R。第二种每分钟进给量编程格式G98F_;F后面的数字表示的是每分钟进给量,单位为MM/R。2)S功能指令用于控制主轴转速。在程序中,有三种使用方法第一种恒线速控制编程格式G96S_;S后面的数字表示的是恒定的线速度M/MIN。主轴实际转速,D为车削位置工件的直径,单位为MM。V/10N第二种恒转速控制编程格式G97S_;S后面的数字表示主轴转速。S2500表示指令主轴转速2500R/MIN。第三种最高转速限制编程格式G50S_;当指定恒切速车端面时,转速随直径减少而增大,可能超过机床允许转速,故应限制主轴最高转速。后面的数字表示的是最高转速,如S5000表示最高转速限制为5000R/MIN。3)T功能指令编程格式T_;用于选择加工所用刀具,T后面有两位数和四位数表示方法。用四位数表示时,前两位是刀具号,后两位是刀具长度和刀尖圆弧半径补偿号。如T0303表示选用3号刀3号刀具长度补偿值或刀尖圆弧半径补偿值。T0300表示取消刀具补偿。4)M功能指令数控车床编程常用M指令M00程序暂停,可用NC启动命令使程序继续运行;M01计划暂停,与M00作用相似,但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效;M02程序结束;M03主轴顺时针旋转;M04主轴逆时针旋转;M05主轴旋转停止;M08冷却液开M09冷却液关;M30程序停止,程序复位到起始位置。注意使用时M01、M02、M00、M30应单独设一程序段6。522数控车床编程11、图51为凸轮轴零件的具体尺寸,数控车床切削轴颈3及工艺夹头的主要程序如下G01Z11F100;G01X16;/车16MM工艺夹头的右端面西安文理学院本科毕业设计论文27G01Z1;/车16MM工艺夹头的外圆G01X20;/车20MM轴颈的右端面,给右端20MM的轴颈右端面留100MM的余量G01Z37;/车20MM轴颈的外圆均为右端面中心轴上图51凸轮轴尺寸将工件掉头,在数控车床上加工另一端轴颈的主要程序如下2、轴颈1和轴颈2的加工编程G01Z1615F100;G01X20;/车20MM工艺夹头的外圆G01Z1125;/给左端16MM的轴颈左端面留100MM的余量G01X30;/车30MM轴颈2的端面G01Z90;/车30MM轴颈2的外圆G01X50;G01Z55;3、沟槽加工主要程序G01Z1565;G01Z141;G01X19;G035;53加工中心加工程序的编制,是决定加工质量的重要因素。加工中心是高效、高精度数控机床,零件在一次装夹中便可完成多道工序的加工,同时还备有刀具库,并且有自动换刀功能。加工中心所具有的这些丰富的功能,决定了加工中心编程的复杂性。表51加工中心刀具序号刀具号刀具名称及规格加工表面数量补偿号1T014MM立铣刀加工键槽101西安文理学院本科毕业设计论文282T0210MM端面铣刀加工六方102531加工中心简介1、加工中心编程的特点1)合理的工艺分析由于用加工中心进行零件加工的工序较多,使用的刀具种类多,往往在一次装夹下,要完成粗加工、半精加工和精加工的全部工序,所以在进行工艺分析时,要从加工精度和加工效率两个方面来考虑。理想的加工工艺不仅能保证加工零件合格,还应使加工中心的功能得到合理的应用和充分发挥。2)要留出足够的换刀空间因为刀库中刀具的直径和长度不可能相同,自动换刀要注意,避免与零件相撞,换刀位置宜设在远离零件的机床原点或机床参考点。3)合理地安装刀具根据加工工艺,按各个工序的先后顺序,合理地把预测好直径、装卡长度的刀具按顺序装备在刀具库中,保证每把刀具安装在主轴上之后,一次完成所需的全部加工,避免二次重复选用。编程人员应将所用刀具详细填写刀具卡片,以便机床操作人员在程序运行前,根据实际加工状况,及时修改刀具补偿参数。4)加工程序应便于检查和调试在编写加工程序单时,可将各个不同的工序写成不同的子程序,主程序主要完成换刀和子程序的调用。这样便于每一段工序独立进行程序调试,也便于因加工顺序不合理而做出重新调整。5)校验加工程序对编制好的加工程序要进行检查校验,可由机床操作人员选用试运行开关进行。主要检查刀具、夹具、零件之间是否发生干涉碰撞,加工切削是否到位等。2、加工中心常用指令代码1)坐标系选择指令数控铣、数控钻镗编程中介绍的准备功能代码(G)和辅助功能代码(M)在加工中心编程中依然有效。由于加工中心可进行多工位加工,并频繁地自动换刀,故常常在一个程序中用到多个坐标系和换刀及刀具长度补偿指令。G92、G54G59为建立零件坐标系指令。机床一旦开机回零,监视屏即显示主轴上刀具卡盘端面中心在机床坐标系中的即时位置,而程序员是按零件坐标系编写加工程序的,故需要G92或G54G59指令建立工作坐标系与机床坐标系偏置位置关系。2)刀具功能指令(1)刀具选择指令刀具的选择把刀库上指定了的刀号的刀具转到换刀位置,为下次换刀做好准备。这一动作的实现是通过T功能指令来实现的。(2)换刀指令换刀指令由T_M06构成。T_为选刀指令,一般为T00T99,T00为刀具库中的空刀位,不安装刀具。一般在加工程序结束前,要把主轴上的刀送回刀具库中,执行T00M06即可。一般加工中心换刀前要执行G28指令,使主轴刀具卡盘端面中心返回机床西安文理学院本科毕业设计论文29参考点。机床参考点是数控机床上一个固定的基准点。(3)刀具长度补偿刀具中心运行时,要经常变换刀具,而每把刀具的长度是不可能完全相同的,所以在程序运行前,要事先测出所有刀具在装卡后刀尖至Z轴机械校准面的距离,即装卡高度,并分别存入相应的刀具长度补偿地址H_中,程序中在更换刀具时,只需使用刀具长度补偿指令并给出刀具长度的补偿地址代码。关于长度补偿指令有3个G43、G44、G49。G43是刀具长度正补偿指令,即把刀具向上抬;G44是刀具长度负补偿指令,即把刀具向下降;G49是取消刀具补偿指令(在更换刀具前应取消刀具长度补偿状况)5。532加工中心程序编制1、程序编制过程如下主程序1)定义刀具2)调用合适刀具3)用变量定义腔的主要特征尺寸4)输入腔曲主要特征尺寸5)调用子程序6)结束子程序(通用程序模块)1)用变量定义加工所需坐标尺寸2)加工所需坐标变量与腔的主要特征尺寸演算3)用变量坐标写程序4)结束2、加工中心的主要程序如下1)六方加工主程序S500H2Z100;/加工中心02号刀架为端面铣刀M03M08;/快速定位主轴正转,切削液开G00Z60F60;M98P006O0004;/调用6次子程序六方加工子程序O0004N05G01X0Y10Z40T0200;N10Z85;N15Y25;N20Z40;N25M11;2)键槽加工(分三次走刀)G01X0Y0Z7F60;/第一次走刀G41X0Y0D101F100;G01X41;G01Z40;G01X0Y05Z40;/第二次走刀G01Z7;西安文理学院本科毕业设计论文30G01X41;G03X41Y05R05;/第三次走刀G01X0N30G91G00A60;/轴转60度533数控车床编程21、将轴颈1插入偏心套筒1中,在数控车床上加工偏心部位1的程序主要部分为G01X60;G01X40;G01Z92;2、将轴颈1插入偏心套筒2中,在数控车床上加工偏心部位2的程序主要部分为G01X60;G01X38
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本文标题:毕业设计(论文)-凸轮轴加工及其仿真
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