数控机床毕业设计说明书.doc

第一章 数控概述1.1数控机床特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： 1、加工精度高，具有稳定的加工质量；2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；4、机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3至5倍）； 5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.2 数控机床的组成 数控机床一般由下列几个部分组成： 1 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控机床2 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3 动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。4 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。5编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。1.3 数控机床发展趋势高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得不错进展，主要表现在以下方面：1、机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。2、智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。3、机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 4、精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05m左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05m左右，形状精度可达0.01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001m）。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。 5、功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。第二章 数控加工工艺分析2.1数控加工工艺概念数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的相结合，应用于整个数控加工工艺过程中。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程，是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 数控加工工艺包括以下内容：1. 选择并确定进行数控加工的内容。2. 对零件图样进行数控加工工艺分析。3. 零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。4. 数控加工工艺方案的制定。5. 工步、进给路线的确定。6. 选择数控机床的类型。7. 刀具、夹具、量具的选择和设计。8. 切削参数的确定。9. 加工程序的编写、校验与修改。10. 首件试切加工与现场问题处理。2.2工序与工布的划分工序的划分：在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据图样，考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作。若不能，则应决定其中那一部分在数控机床上加工，那一部分在其他机床上完成。一般工序划分有以下几种方式： 1、按零件装卡定位方式划分工序 由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。 2、按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。3、按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法。工步的划分：主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。 1、同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。2、对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。3、按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。第三章 数控车床编程特点3.1 采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程 根据被加工零件的图样标注尺寸，从便于编程的角度出发，在一个程序段中，以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。按绝对坐标编程时，用坐标字X、Z表示；按增量坐标编程时，用坐标字U、W表示。3.2 可以采用直径值编程或半径值编程和半径值编程两种表示方法。数控系统默认的编程方式为直径值编程，这是由于被加工零件的径向尺寸在图样上合测量时，都是以直径值表示的，因而采用直径值编程最方便，即在直径方向，用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号(正向可以省略)。3.3 具有各种不同形式的固定循环功能由于车削加工常用圆棒料或锻料作为毛坯，进给那个余量较大，要加工到图样尺寸，需要一层一层切削，如果每层切削加工都编写程序，编程工作量会大大增加。因此，为简化编程数控装置通常具备各种不同形式的固定循环功能，如车内、外圆柱表面固定循环，车端面、车螺纹固定循环等。3.4 具有刀具自动补偿功能大多数数控车床都具有刀具自动补偿功能，利用此功能可以实现刀尖圆弧半径补偿、刀具磨损补偿以及在安装刀具时产生的位置误差补偿。加工前操作人员只要将相关补偿值输入到规定的储存器中，数控系统就能自动进行刀具补偿。无论刀尖圆弧半径、刀具磨损还是刀具位置的变化都无需更改加工程序，因而编程人员可以按照工件的实际轮廓尺寸进行编程。3.5 具有恒表面切削速度控制和主轴最高转速限定功能在加工端面、圆弧、圆锥以及阶梯直径相差较大的零件时，沿X轴方向进给时，虽然进给速度不变，但切削线速度却不断地变化，导致加工表面质量变化。为了保证加工表面质量，数控车床一般都具有恒表面切削速度控制功能。该功能可以使数控系统根据刀尖所处的X坐标值，作为工件的直径值来计算主轴转速，使切削速度保持恒定。当刀具逐渐移近工件旋转中心时，主轴转速越来越高，工件有从卡盘中飞出去的危险，为了防止出现事故，数控车床具有主轴最高转速限定功能。第四章 零件加工工艺分析4.1零件图样分析所加工零件是支承套，是车削和铣削共同加工类型的零件，大批量生产。零件料为45号钢，毛坯为棒料。零件如图一所示。4.1.1结构分析如图4-1所示零件由外圆、孔、平面、螺纹构成。 图4-1支承套零件图4.1.2精度分析100mm外圆精度为f9零件长度为80+00.5 35H7的孔15H7的孔两孔孔轴线间的距离为4035H7孔轴线原跳动为0.025mm35H7的孔与100f9外圆同轴度为0.05mm 17孔深10,孔深精度范围是(+0.1,0)4.1.3. 加工难点分析：1.各部分位置精度的保证2.螺纹的精度的保证3.各尺寸公差精度的保证4.左端孔加工的定位4.1.4.表面加工质量和粗糙度的保证： 零件的机械加工质量不仅指加工精度还有表面质量。零件的表面质量直接关系到零件和机器的可靠性及寿命。机械加工质量对零件使用性能的影响主要有以下4点： 1）对零件耐磨性的影响。 2）对零件疲劳强度的影响。 3）对零件配合性质的影响。 4）对零件耐腐蚀的影响。因此，在加工过程中，我们应采取相应的工艺措施来减少它的影响。方法有： 1）在精加工时，选择较小的进给量、较小的主偏角和副偏角，较大的刀尖圆弧半径，以得到较好的表面加工质量。 2）适当的增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能获得较好的表面加工质量。 3）对共建材料进行适当的热处理，以细化晶粒、均匀晶粒组织，也可获得较好的表面加工质量。 4) 选择合适的切削液，减少切削过程中的界面摩擦，降低切削区的温度，降低切削变形，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，可提高表面质量。第五章 毛坯的选择零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而形成的，毛坯种类选择的恰当与否，不仅影响产品的质量、毛坯的经济性，而且对制造成本也有较大的影响。因此，正确的选择毛坯有着重大的技术意义。毛坯的种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材、板材等。在综合考虑零件加工所用材料的工艺性及零件对材料所提出的力学性能要求、零件的形状及尺寸大小、生产批量、毛坯车间现有的生产条件等条件的基础下，零件的加工毛坯选择110 X 90mm 的棒料。毛坯图如下图4.2：第六章 工艺规程设计6.1工艺方案的拟定100f9外圆:车削至尺寸35H7的孔：钻中心孔钻孔粗铰精铰15H7孔：钻中心孔钻孔扩孔铰孔60mm孔：粗铣精铣11mm孔：钻中心孔钻孔17mm孔：锪孔M16-6H螺孔：钻中心孔钻底孔孔端倒角攻螺纹6.2定位装夹普通机床加工时的装夹先用三爪卡盘以外圆定为装夹，加工端面和外圆柱面；然后用平口钳装夹铣小平面。1.加工中心加工时，35H7的孔、60mm孔、2X11mm孔、2X17mm孔的设计基准为100 f9外圆中心线，本着基准重合原则，应选100 f9外圆柱面在V型块上定位，限制4个自由度为主要定位基准；为保证17mm孔深尺寸11 mm，再选择左端面作止推定位基准限制轴向移动的自由度。所设计的专用夹具如图三所示，在装夹时使工件上平面在夹具中保持垂直，以消除转动自由度。2. 采用找正的方法：找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线（同时也是工件坐标系Z轴）找正到与车床主轴回转中心重合。一般为打表找正。通过调整卡爪，使工件坐标系Z轴与车床主轴的回转中心重合。3.薄壁零件的装夹：薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。6.3加工顺序本着先主后次先粗后精的原则，找出主要孔先加工。具体的加工顺序：第一工位：钻35H7、2X11mm中心孔钻35H7孔钻2X11mm 孔锪2X17mm孔粗镗35H7孔粗铣、精铣60mmX12孔半精镗35H7孔钻2XM6-6H螺纹中心孔钻2XM6-6H螺纹底孔2XM6-6H螺纹孔端倒角攻2XM6-6H螺纹铰35H7孔；第二工位：钻 2X15H7 中心孔钻 2X15H7孔扩2X15H7孔铰2X15H7孔。6.4加工余量的选择加工余量是指加工使从加工表面上切除的金属层总厚度。加工余量的大小对于工件的加工质量和生产率都有较大的影响，加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，提高了生产成本。若加工余量过小，既不能消除上工序的各种表面缺陷和误差，又不能补偿本工序加工是工件的装夹误差。因此，加工余量的选择很重要，主要的选择方法有：（1）经验估计法（2）查表修正法（3）分析计算法 本设计选用第二种方法，经过查表来确定加工余量。数据如下：粗加工余量 2.2 公差等级 IT11-IT13 Ra 12.5-50um半精加工余量 1.5 公差等级 IT8-IT10 Ra 3.2-6.3um精加工余量 1.0 公差等级 IT7-IT8 Ra 0.8-1.6um螺纹加工余量 1.3XP第七章工艺装备的选择7.1加工设备的选择由于有互相垂直的两个方向上的孔系，若用普通机床加工，则许多次装夹，效率低；用加工中心加工可一次装加完成。因此，支承套的外圆用普通机床加工，两个方向上的孔系用加工中心加工。支承套在加工中心上加工的两个互相垂直的表面，需要两工位加工才能完成，故选择卧式加工中心。所加工的内容有钻孔、扩孔、镗孔、铰孔及攻螺纹等，所需刀具不多，选择国产TD500型卧式加工中心即可满足上述要求。TD500加工中心技术参数 工作台面积（宽长）mm Table size(WL) 400400 500500 工作台分度 1360 T型槽（槽数/槽宽/间距）mm T-slot(number/width/span) 5/1480 5/18/100 工作台最大承载 kg Maximum table load 250 300X坐标行程 mm X-travel range 500 600 Y坐标行程 mm Y-travel range 400 500 Z坐标行程 mm Z-travel range 400 500 主轴端面至工作台面的距离 mm Distance from spindle nose to table 100-500 220-720主轴中心线至工作台中心的距离 mm Distance from spindle center line to tablecenter line 150-550 220-720 主轴转速范围 Spindle taper 15-2000(高速high-speed)37.5-5000(高速high-speed)X轴快速移运速度 X-axis rapid traverse rate 15000 Y轴快速移运速度 Y-axis rapid traverse rate 10000 Z轴快速移运速度 Z-axis rapid traverse rate 15000 进给速度 mm/min Feed speed 1-4000 7.2 夹具的选择：机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等。按专门化程度可分为以下几种类型的夹具：通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大量生产。组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具。使用完毕后，可方便地拆散成元件或部件，待需要时重新组合成其他加工过程的夹具。适用于数控加工、新产品的试制和中、小批量的生产。可调夹具包括通用可调夹具和成组夹具，它们都是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件，兼有通用夹具和专用夹具的优点。通用可调夹具适用范围较宽，加工对象并不十分明确；成组夹具是根据成组工艺要求，针对一组形状及尺寸相似、加工工艺相近的工件加工而设计的，其加工对象和范围很明确，又称为专用可调夹具。数控机床夹具常用通用可调夹具、组合夹具。7.2.1. 工件在数控车床上的装夹：1、常用装夹方式：三爪自定心卡盘装夹；两顶尖之间装夹；卡盘和顶尖装夹；双三爪定心卡盘装夹。2 、采用找正的方法：找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线（同时也是工件坐标系Z轴）找正到与车床主轴回转中心重合。一般为打表找正。通过调整卡爪，使工件坐标系Z轴与车床主轴的回转中心重合。3、薄壁零件的装夹：薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。通过对零件结构的分析，所以选用专用夹具。以外圆在在压板的作用力下以V型块为定位基准，端面加二个压盖以支承套的左端面定位 。7.3选择刀具在金属切削加工中，刀具材料的种类有很多，一般在通用机床上使用的刀具材料也可以在数控机床使用，但是刀具材料必须具备高的硬度、高的耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性和良好的工艺性。在数控加工常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷、金刚石和立方氮化硼。在该零件的加工过程中使用的刀具材料是高速钢和硬质合金。硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物和金属黏结剂用粉末冶金的方法制成的，和高速钢比，它的硬度高、耐磨性好、耐热性高。因此该种刀具材料得到了广泛的应用刀具材料应具备的性能：7.3.1高硬度和高耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。7.3.2足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。7.3.3高耐热性耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。7.3.4良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。刀具选择卡片产品名称或代号零件名称零件图号程序编号工步刀具号刀具名称刀具型号刀具补偿值备注直径长度1T01中心钻3mmJT40-26-4532802T11锥柄麻花钻31mmJT40-M3-75313303T02锥柄麻花钻11mmJT40-M1-35113304T03扩孔钻17mmX11mmJT40-M2-60173005T04粗镗刀34mmJT40-TQC30-165343206T05硬质合金立铣刀32mmJT40-MW4-8532T3007T06镗刀34.85mmJT40-TZC30-16534.53208T06镗刀34.85mmJT40-TZC30-165353209T01中心钻3mmJT40-26-45328010T07直柄麻花黏 5mmJT40-Z6-455300111T02锥柄麻花钻11mmJT40-M1-3511330112T08机用丝锥M6mmJT40-CIJT3M6280113T06套式胶刀33A117JT40-X19-14035AH7330114T04粗镗刀34mmJT40-TQC30-16534320115T10锥柄麻花黏14mmJT40-M2-3014320116T11扩孔钻14.85mmJT40-M2-5014.85320117T12铰刀15A117JT40-M2-5015AH7320编制审核批准共 页第 页7.4选择量具量具的选择经济适用即可，所以量具选用为游标卡尺，千分尺，止规和塞规。第八章切削用量选择切削用量的选择一般要考虑很多因素，如刀具磨损，加工效率，加工精度等等。一般切削用量要综合考虑这些所有因素，根据经验法查表可确定。表8-1切削用量表工步工步名称刀具号切削速度或主轴转速(m/s)进给量或进给速度(mm/min)背吃刀量 （mm）粗车外圆T0011.5352精车外圆T0021.2401粗铣端面T11.8303精铣端面T22500.5钻11孔T020.8603扩17孔T030.6500.51粗镗35H7孔T041.23522半精镗35H7孔 T06 1.2 40 0.5 3 精镗35H7孔T06 1.8 450.08 4钻 215H7孔T100.75535扩215H7孔T110.5500.56铰215H7孔T120.4550.06第九章填写工艺文件附录1 刀具卡片附录2 数控加工工序卡片附录3 数控加工工艺过程卡附录4 走到路线卡片第十章加工程序钻35H7孔G90G54G43G00Z50.0H01M03S1000;G00X0.0Y0.0;G99G81X0.0Y0.0Z085.0R3.0F500.0;G80;M30;钻2X11孔G90G54G43G00Z50.0H01M03S1000;G00X0.0Y0.0;G99G81X-39.0Y14.0Z085.0R3.0F500.0;X39.0Y14.0;G80;M30;铣60孔G90G54G43G00Z50.0H01M03S1000;G00X0.0Y0.0;Z10.0;G01Z-3.0F50.0;G01G41X20.0Y-10.0D01;G03X30.0Y0.0R10.0;G03I-30.0;G01G40X0.0Y0.0;G01Z-6.0F50.0;G01G41X20.0Y-10.0D01;G03X30.0Y0.0R10.0G03I-30.0;G01Z-7.0F50.0;G01G41X20.0Y-10.0D01;G03X30.0Y0.0R10.0;G03I-30.0;G01G40X0.0Y0.0;G01G40X0.0Y0.0;G01Z-8.0F50.0;G01G41X20.0Y-10.0D01;G03X30.0Y0.0R10.0;G03I-30.0;G01G40X0.0Y0.0;G01Z-10.0F50.0;G01G41X20.0Y-10.0D01;G03X30.0Y0.0R10.0;G03I-30.0;G01G40X0.0Y0.0;G01Z-11.0F50.0;G01G41X20.0Y-10.0D01;G03X30.0Y0.0R10.0;G03I-30.0;G01G40X0.0Y0.0;Z50.0;M30;攻螺纹：G90G54G43G00Z50.0H01M03S1000;G00X0.0Y0.0;G99G84X-23.0Y0.0Z085.0R3.0F500.0;X23.0Y0.0;G80;M30;钻2X15 H7孔G90G54G43G00Z50.0H01M03S1000;G00X