电视塔模型设计与加工.doc

机械与电子工程系毕业设计 Graduation Design设计项目：电视塔模型设计与加工姓 名： * 专 业： 机电一体化 班 级： * 学 号： * 指导教师： * 职 称： 讲师 完成时间：*年 * 月 *年 *月 *年 * 月 * 日毕业设计作品简介作者基本信息姓 名：*性 别：*出生日期：19*政治面貌：*民 族：*籍 贯：*手 机：1*E-mail：*QQ:5*实习单位及岗位：北京研究所有限公司班级：*同组人*作 品 图 片 （电视塔模型）指导教师*行业指导教师*品 介 绍本作品是电视塔的缩小版模型，中国古有大雁塔，应县木塔，今有中央电视塔，东方明珠塔，塔是中国文化的一种象征，也是中国建筑艺术的一种升华，是中国作为文明古国的一种象征。出于对文化艺术的欣赏，我决定设计一个属于自己的塔，作为自己心中的坚毅挺立的象征。本作品由四部分构成，塔尖，中部，下部以及底座。运用间隙配合及螺纹配合等机械原理进行衔接，组成一体。主体为椎体和球体组成，模仿于东方明珠塔。机械与电子工程系毕业毕业设计开题报告 机电一体化技术 专业 学生姓名班级学号课题名称电视塔模型的设计与加工课题准备情况基于我们所学的CAD设计软件，和机床的使用知识。综合在学校所学习的理论知识作为基础，设计制作一个电视塔模型。思路和方法1）进行设计分析，根据自身的知识条件，设计好零件。2）按照零件的要求设计出零件图纸（尺寸、配合情况）。3）分析图纸，确定加工方案、加工路线和加工方法。4）在机床进行加工时，需要先选择正确的刀具，然后通过合适的装夹和对刀，就可以根据图纸进行手动编程加工了，最后把残余量去除掉，电视塔模型就加工出来了。拟重点解决的问题 电视塔模型进行加工，首先必须用CAD画出图形，数据的测量必须用到游标卡纸、千分尺等一系列量具来保证数据的精确性，如果尺寸不精确，加工出来的工件不仅美观不能保证，而且数据的偏差也会导致工件加工出现很多问题。计划进度1、2011年5月2011年8月，岗前培训实习，选定毕业设计的题目和指导教师。2、从2012年4月起查阅资料，4月下旬写出论文提纲。3、2012年7月中旬，完成论文初稿，并提交老师进行论文审查。4、2012年7月下旬，仔细阅读论文初稿，寻找内容与格式上的错误与不足。并继续修订、完善论文，并进行预答辩。5、2012年6月初，并完成“论文终稿”。6、2012年6月中旬，回学校进行论文答辩。参考文献1 沈建峰.数控车工（高级）.北京，机械工业出版社，2006,1-16.2 崔兆华.数控车工（中级）.北京，机械工业出版社，2006,8-118.3 陈文杰.数控加工工艺与编程.北京，机械工业出版社,2009,42-58.4 宫成立.金属工艺学.北京，机械工业出版社,2007,38-79.5 吕天玉.公差配合与测量技术.大连,大连理工大学出版社,2008，6-132.6 罗玉福.机械设计基础.大连,大连理工大学出版社,2009,244-247.7 鲁昌国.机械制造技术.大连,大连理工大学出版社,2009,9-176.毕业设计（论文）修改说明1、 毕业设计中主要修改的就是设计图纸，经过指导老师多次审阅和修改，最终得以完善。2、 毕业设计作品最终加工过程与工艺分析，也和指导老师多次讨论与修正，最终完成作品。3、 加工过程中，精度，刀具，工艺等具体事项，也在指导老师的参与修改下逐步完善，并使作品最终成型。4、 毕业论文的格式和版面样式，也经过指导老师多次细心的修改与指正，不断的进行完善，对字体段落等细节问题进行不断的调整，才使得论文最后定稿。指导教师意见行业指导教师：单位：技师学院职称：讲师 联系电话： 年 月 日 校内指导教师： 年 月 日 目 录摘 要0第一章 绪论11.1 概论11.2 车床的发展11.21 我国数控系统的发展史1122 新一代数控机床的发展21.3 FANUC系统的特点21.31 系统具有很高的可靠性21.32 功能全 , 适用范围广31.4 数控加工工艺的安排31.41数控机床加工工艺中零件工序划分与安排31.42确定走刀路线31.43 数控车削刀具及其选用31.44 切削用量的选择31.45 夹具的选择41.5 本设计主要研究内容（包括实物照片4第二章 电视塔模型的加工设计6第三章 电视塔模型的加工过程93.1加工工艺分析93.1.1零件图分析93.1.2加工用量的选择93.2经典加工程序123.3 加工总结14结 论17致 谢18参考文献19摘 要通过这些年来的数控技术学习，我了解到数控发展日趋强大。已经运用到各种行业，如军事，生产，制造等。而且数控工艺也可以用来加工工艺品，如电视塔模型、烛台等的加工。所以根据这些设计出电视塔模型的加工设计方案，其中主要内容包括加工工艺的安排，程序的编写，加 工方案的制定等。通过这次的加工，我发现理论与实践相结合时比不可少的，那样才能提高你的加工水平。操作的基本过程如下：确定车削该零件所需要使用的车刀类型，安装好需要的刀具，然后逐一对刀。完成后不要忘记进行验刀，以免发生意外事件。刀具对完后对工件图进行分析，了解车削该零件的基本步骤，然后就可以输入编制好的程序，输入完成后就可以进行车削了。车削时候不要忘记使用切削液，这样可以增加工件表面的光滑程度，也可以减少车刀热量，增加刀具的使用寿命。进入车间时不要忘了带眼镜、帽子、穿好工服，遵守加工安全守则。关键词:数控技术；工艺品；操作第一章 绪论1.1 概论数控车床结构相对简单，操作相对容易，价格较低，应用范围相当广泛。数控技术在车床上的应用不仅使这个古老的工种重新振兴，更赋予了车床加工以新的生命力。现代数控车床与初期的数控车床无论从外形上，结构上，功能上，都有了突破性的发展，扩展了其加工范围，提高了其性能。数控技术的应用，使得原来分工明确的车、铣、磨、钳等传统工种之间的界限逐渐淡化，在一台车床上可以做到车一铣、车磨、车铣钻等复合加工，数控车床加工进入了一个新的领域，复合加工将会有更大的发展。近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。因此，既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。通过对零件图的设计与分析，制定了合理的加工工艺和安排，这两个零件分别由圆弧，内孔，退刀槽，锥所组成，形状并不复杂，但加工工艺安排要合理，否则零件就无法加工，加工时所用的车床是CA6140型数控车床，所选用的材料是铝，选用的是硬质合金车刀，利用手动编写出了合理的加工程序。1.2 车床的发展1.21 我国数控系统的发展史 （1） 我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。 （2） 在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五(81-85年)的引进国外技术，“七五”(86-90年)的消化吸收和“八五”(91一-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。（3） 我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1 9 9 5年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1 9 9 9年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。 122 新一代数控机床的发展随着新材料和新工艺的出现，对数控床要求越来越高，数控机床已经出现与传统机床完全不同的特征。概括起来，数控机床的未来发展趋势主要有如下几个方面：高速化，高精度，工序集约化，机床智能化，机床的大型化和微型化两发展。1.3 FANUC系统的特点1.31 系统具有很高的可靠性 数控机床已经成为现代化生产线上必不可少的加工设备，因此它必须能够长期无故障地连续运行在恶劣的 环境中。为了能够达到这一要求 , 作为数控机床的控制核心-数控系统必须具有很高的可塑性。 FANUC 系统正是以产品的可塑性作为研发的重点之一。 （1） 系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装 , 各个控制板高度集成 , 使可塑性有很大提高 , 而且便于维修、更换。 （2） 采用机器人焊板 , 减少了人为参与 , 实现了全自动的制造 , 避免了由于人为不慎所造成的失误 , 大大提高了系统的可靠性。（3） 具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为 045 , 相对湿度为 75%( 短时间内可达到95 ), 抗振动能力为 0.5g, 电网波动为-15%10%。（4） 有较完善的保护措施。和其他数控系统相比 ,FANUC 对自身的系统采用比较好的保护电路 , 例如 :由于电网缺相致使主轴变频器烧坏时 , FANUC 系统的显示器只在缺相时变黑 , 待电压正常后系统仍能正常工作。另外 , 我们在调试过程中经常是反复断电、上电 , 中间不需要间隔很长时间 , 丝毫不影响系统的正常工作。1.32 功能全 , 适用范围广 FANUC 系统在设计中始终以满足用户要求为其设计核心、具有较全的功能 , 适用于各种机底和生产机械。 FANUC 系统所配置的系统软件具有比较齐全的功能和选项功能。对于一般的机床来说 , 基本功能完全能满足使用要求 , 这样的配置功能较齐全 , 价格亦比较合理。 1.4 数控加工工艺的安排1.41数控机床加工工艺中零件工序划分与安排 工序划分方法较多，一般可以按零件的装夹与定位方式来划分。这是由于每个零件形状不同，各表面的技术要求也不一样，因而在加工时其定位方式也不同。加工工序的安排，在数控车床上加工零件，加工顺序对零件加工精度和效率有很大影响，一般要考虑两方面的因素：第一，粗加工工作全部完成之后再进行精加工；第二，尽量减少换刀次数，尽可能用同一把刀具加工可能加工的所有部位，然后再换刀加工其他部位，利用缩短加工辅助时间来提高生产效率。1.42确定走刀路线数控车床上确定走刀路线，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，而精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行加工的。加工路线的合理选择是非常重要的。因为它与零件的加工精度和表面粗糙度是密切相关。走刀路线不但包括了工步的内容，也反映出各工步顺序，走刀路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀），这样可为编程带来不少方便。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行。确定走刀路线的原则是在保证加工零件良好的加工精度和表面粗糙度，零件计算方便，减少编程工作量的前提下，尽量使加工程序具有最短的走刀路线，减少零件整个加工过程的执行时间，同时也减少一些刀具消耗及机床进给机构滑动部位的磨损等。1.43 数控车削刀具及其选用在数控车削加工中，零件的质量和劳动生产率在相当大的程度上，受到刀具的制约，虽然大多数车刀与普通加工所用的刀具基本相同，但对于一些难度较大的零件，其几何角度、刀具材料及经过特殊处理后，才能满足加工的需要。刀具切削部分的几何参数对零件的表面质量及切削性能影响很大，应根据零件的形状、刀具的安装位置及加工方法等，正确地选择刀具几何形状及有关参数。1.44 切削用量的选择数控车削切削用量包括切削深度、主轴转速、进给速度等。在加工程序的编制过程中，应把各种加工用量都编入加工程序单内，在选择切削用量时，应使切削深度、主轴转速和进给速度三者互相适应，以形成量佳切削参数。切削深度的确定 在机床、夹具、刀具、零件等的刚度允许条件下，尽可能选择较大切削深度，减少走刀次数，以提高生产效率。主轴转速的确定 应根据零件上被加工部位的直径，按零件和刀具材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。进给速度的确定 在保证质量要求，为了提高生产率，可选择较高的进给速度。在切断、加工内孔时尽量选择较低的进给速度。精加工时，进给速度应选择小一些。1.45 夹具的选择数控车床常用通用三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘，另外还有多种相应的夹具如用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。在选择时应根据零件的形状和加工精度合理选择夹具。1.5 本设计主要研究内容（包括实物照片）图1-1东方明珠塔图1-2天津电视塔本设计主要研究的内容是怎样设计出加工图纸和加工方案。首先第一次看到电视塔的实物和照片时，就让我惊讶的是电视塔真漂亮，看到中央电视塔，我内心就萌生出设计一个电视塔模型的想法，但是在参考了各国家及地区的电视塔时更坚定了我的毕业设计目标。确定了目标就应该想怎么才能设计出加工图纸。然后通过进一步的分析与了解，设计出加工图纸的草图，但是要想加工，这张草图是不行的，所以就需要查阅了大量的资料，寻求帮助。在一系列的准备工作和模拟过程中决定以东方明珠塔为模型底版，设计自己的电视塔模型。在老师和同学的帮助下加工图纸终于设计出来了，图纸出来了下面就要加工了，要加工就要有加工方案，所以要设计出加工方案，其中包括车床的型号，刀具的选择，材料的种类，加工程序的编写，加工工艺的安排等一系列的准备工作，最后才能加工出完整的零件。第二章 电视塔模型的加工设计2.1电视塔模型的加工图纸与方案图2-1电视塔模型总装配图图2-2零件一加工方案：采用外轮廓粗车指令从左到右走轮廓线，最后切断。图2-3零件二加工方案：先加工右边，因为如果从左边开始加工的话，那么后面右边的加工则无法夹住工件，以至于无法加工。用G71指令进行加工，然后再进行切槽，工件调头加工，加工左边部分，在进行钻孔等加工。图2-4零件三加工方案：先加工工件右边，和上图加工方案类似，然后工件调头，加工工件左边，再进行内孔的加工。图2-5零件四加工方案：从左到右加工，线加工外轮廓，然后加工内孔，最后进行内螺纹和切断工序。第三章 电视塔模型的加工过程3.1加工工艺分析3.1.1零件图分析 如图2-2零件是一个由圆锥和圆弧及圆柱组成形状不复杂，但要合理安排零件的加工工艺，若安排不合理，零件就无法加工。根据零件图分析，加工工艺应从左端进行加工。 若零件加工工艺这样安排：先加工工件右端，然后再加工工件左端，这时零件加工好右端，再加工左端时，零件就没有装夹位置，零件左端就无法加工，造成报废。因此在安排加工工艺时一定要合理安排，保证后道工序加工和保证零件的加工精度。如图2-3零件是一个由圆弧，槽，内孔，轴组成，形状不复杂，但也要合理的安排加工工艺，若不合理的安排，零件就无法加工。根据零件图分析，加工工艺应从右端进行加工，先加工外圆，再切槽，最后加工内孔。若零件加工工艺这样安排：先加工工件左端，然后再加工工件右端，这是零件加工好做端，加工右端时，零件就没有装夹位置，零件左端就无法加工，造成报废。因此在安排加工工艺时一定要合理安排，保证后道工序加工和保证零件的加工精度。如图2-4零件也是一个由圆弧，内孔，轴组成，形状不复杂，但也要合理的安排加工工艺，若不合理安排，零件就无法加工。根据零件图分析，加工工艺应从右端进行加工，先加工外圆，再掉头加工内孔。若零件加工工艺这样安排：先加工工件左端，然后再加工工件右端，这是零件加工好做端，加工右端时，零件就没有装夹位置，零件左端就无法加工，造成报废。因此在安排加工工艺时一定要合理安排，保证后道工序加工和保证零件的加工精度。如图2-5零件时一个由圆弧，内孔，轴组成的，根据零件图分析，加工工艺应从左端加工，先加工外圆，然后在那加工内孔。3.1.2加工用量的选择1、切削用量的选择：切削用量应选择如下：（选择原则：切削用量包括背吃刀量，主轴转速，进给量，这写参数均在机床给定的允许范围内选择。以下参数选择是根据日常在车间实训加工零件而选择供参考。）（1） 主轴转速：粗车：取转速500r/min800r/min；精车：取转速1000 r/min。（2） 切削深度：粗车：取11.5；精车：0.200.25。（3） 进给率：粗车：0.5/r；精车：0.2/r。2、夹具的选择：该零件属于轴类，其装夹方法采用通用夹具，三爪定心卡盘。（三爪定心卡盘拥有自动定心，安装工件快捷方便，一般适合加工形状规则的中小型工件。） 图3-1三爪卡盘3、刀具的选择：90度硬质合金外圆车刀，刀宽3mm硬质合金切断刀，直径16硬质合金钻头，直径10硬质合金钻头，高速钢镗孔刀 ,螺纹刀 。4、刀具的编号：1号外圆车刀；2号切槽刀；3号镗孔刀；4号钻头；5号螺纹刀。5、量具的选择测量器具的计量工作应遵循测量器具的保养、检修、鉴定计划，确保所用量检具精度、灵敏度、准确度。根据“测量器具的选择原则”,选用适当的测量器具进行测量。测量器具的正确使用轻拿轻放、保持清洁、防锈、防振，合理存放保管。图3-2游标卡尺游标卡尺结构简单,精度较高,可直接量出零件的长度或宽度等尺寸数值,有的带有测深测杆,用来测量沟槽及内孔的深度,但深度测量值仅供参考. 使用前，应先把量爪和被测工件表面的灰尘、油污等擦干净，以免碰伤游标卡尺量爪面和影响测量精度，同时检查各部位的相互作用。如尺框和微动装置移动是否灵活，紧固螺钉是否能起作用等。检查游标卡尺零位，使游标卡尺两量爪紧密贴合，用眼睛观察应无明显的光隙，同时观察游标零刻线与尺身零刻线是否对准，游标的尾刻线与尺身的相应刻线是否对准。最好把游标卡尺量爪闭合三次，观察各次读数是否一致。如果三次读数虽然不是零，但读数三次完全一样，可把这数值记下来，在测量时，加以修正。图3-3外径千分尺外径千分尺常简称为千分尺，它是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，它的量程是025毫米，分度值是001毫米。外径的结构由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置、锁紧装置等组成。固定套管上有一条水平线，这条线上、下各有一列间距为1毫米的刻度线，上面的刻度线恰好在下面二相邻刻度线中间。微分筒上的刻度线是将圆周分为50等分的水平线，它是旋转运动的。 从读数方式上来看，常用的外径有普通式、带表示和电子数显式三种类型。 根据螺旋运动原理，当微分筒（又称可动刻度筒）旋转一周时，测微螺杆前进或后退一个螺距05毫米。这样，当微分筒旋转一个分度后，它转过了150周，这时螺杆沿轴线移动了15005毫米001毫米，因此，使用可以准确读出001毫米的数值。 在测量前，必须校对其零位，也即通常所称的对零位。对于测量范围025毫米的千分尺，校对零位时应使两测量面接角；对于测量范围大于25毫米时，应在两测量面间安放尺寸为其测量下限的对量棒后进行测量。 调整零位，必须使微分筒上的棱边与固定套管上的“0”线垂合，同时要使微分筒上零线对准固定套管上的纵刻线。3.2经典加工程序零件1程序：O0801； （程序头）G97G99G40; G28U0W0; (回零点)T0101M04S800F0.3; （1号刀具，反转800r/min,进给率0.3mm/r） G00X38.0Z3.0; (循环起点)G73U18R18; （ 外轮廓粗车循环）G7310Q20U0.5W0.05;N10G01X0; （程序段开头）Z0;X8.0Z-20.0;G03X10.0Z-31.95R20; （车R20.0的圆弧）G01Z-41.95;N20X38.0;G28U0W0;M05; （主轴停止）M30; （程序结束）零件二程序：O0802； （程序头）G97G99G40；G28U0W0；T0101M04S800F0.3；G00X38.0Z3.0；G71U1.5R0.5； （粗车循环）G71P10Q20U0.5W0.05；N10G01X0；Z0；X10.0C1；Z-10.0；X20.0；Z-50.0；G03X25.0Z-57.5R12.5； （车R12.5的圆弧）N20X38.0；G28U0W0；M05；M00；T0202M04S600F0.08；（2号刀具，主轴反转，转速600r/min,进给率0.08mm/r）G00X38.0Z3.0； (起到点)G01X25. 0；Z-21.5；X15.0；X25.0；Z-31.5；X15.0；X25.0；Z-41.5；X15.0；X25.0；G28U0W0；M05；M30；零件三螺纹程序：T0505M04S400； （5号刀具，主轴反转，转速400r/min） G00X20.0Z5.0； (循环起刀点)G92X18.0Z-15.0F1； （螺纹循环指令）X17.4；X17.0；X16.8；X16.7； X16.7；G28U0W0； （回零点）M05； （主轴停止）M30； （程序终止）3.3 加工总结首先看清图纸，作好加工前的准备，如刀具的选择，车床的型号，材料的种类等等，然后就是编程，要注意加工用量的选择，走刀路线，刀具的材料等等，接着就要加工了，加工时要遵守加工安全注意事项，如对刀时要关好车床的门子，戴好帽子眼镜，穿好工夫，要调整卡盘或刀具时一定要拍急停，加工时也要关好门子防止铁削溅出划伤操作者，遇到紧急情况不要慌，加工时注意控制进给量和切削速度，最后就是检测了要选用正确的测量工具，保证测量的准确度，如有问题要及时修改，保证出来的成品要外表光洁，尺寸精准。加工时要保证对刀的准确性，对刀后要进行验刀。由于切槽刀对刀的失误，在加工过程中出现撞刀事件，导致工件加工槽时出现失误，造成槽的不准确和外观的不完美。然后就是对图纸的分析，来编程，因为对图纸分析的错误导致零件中的球形没有加工成功。所以在加工前要好好的对图纸进行分析。尺寸精度误差很大，由于对G73、G71指令的模糊操作，导致工件尺寸与外形与图纸有一定的差距，相对于这种误差以及对尺寸精度的失误该进的方法是要进一步的对刀具，机床，以及图纸进行分析，要用适合的刀具，以及机床的精确性，还有就是相应图形所采用的指令对比。尺寸配合中零件三和零件四采用螺纹配合，精度还可以，误差不算很大，而在外轮廓加工圆球形式尺寸掌握不到位，导致尺寸误差很大，无法进一步对工件进行弥补，所以这是最大的失误，对与这些失误，在对以后工作中进一步对车床的了解中以及中作经验中的到解决。3.4成品展示图3-4 实物图（1）图3-5 实物图（2）图3-6 实物俯视图结 论通过本次毕业设计，使我得出以下结论：这次加工设计，让我明白做事要认真小心细致，不得有半点马虎。同时也培养了我坚强不屈的本质，不到最后一秒决不放弃的毅力！通过毕业设计，我发现自己的不足之处，但我也学会了自己进行设计图纸，按照图纸进行工件加工的工艺安排，对其加工程序的分析，也更好的了解来了数控车床的性能，让我更充分的利用时间，安排时间做好一件事，我相信我在以后的工作中