轴类零件的工艺分析、编程.doc

毕业论文毕业论文 论文题目 轴类零件的工艺分析 编程 姓 名 学 号 班 级 数控一班 指导老师 完成时间 2011 4 20 毕业论文设计 1 目 录 摘摘 要要 2 第一章第一章 概概 述述 3 1 1 我国数控机床发展现状及市场前景预 3 1 2 数控设备的发展方向 3 1 3 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 3 1 4 民营企业进入机床行业情况 3 第二章第二章 数控车床相关知识数控车床相关知识 4 2 1 数控车床概述 4 2 2 数控车床编程基础 4 2 3 编程方法 5 第三章第三章 数控车的工艺基础数控车的工艺基础 8 3 1 数控车床加工的工艺 8 3 2 数控车床零件的加工工艺分析及编程 9 第四章第四章 零件加工时的注意事项零件加工时的注意事项及及车床维护车床维护 13 4 1 减少数控车床事故的方法 13 4 2 数控机床的维护 13 第六章第六章 小小 结结 15 参考文献 参考文献 16 后后 记记 17 毕业论文设计 2 摘摘 要要 数控技术已作为一门学科出现在了各大中专院校的课堂上 甚至机械类的本科生也 都在学习该学科 足以证明它作为一门科学的重要性 数控技术是用数字信息对机械运 动和工作过程进行控制的技术 数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和 新兴制造的渗透形成的机电一体化产品 即所谓的数字化装备 数控技术的应用不但给传 统制造业带来了革命性的变化 使制造业成为工业化的象征 而且随着数控技术的不但发 展和应用领域的扩大他对归计民生的一些重要行业 it 汽车 医疗 轻工等 的发展起 着越来越重要的作用 因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势 在我国 加入 wto 和对外开放进一步深化的新环境下 发展我国数控技术及装备是提高我国制造业 信息化水平和国际竞争能力的重要性保证 数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系 中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分 通过毕业设计使我们学会了 对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用 同时使对本专业有较完整的系统的认识 从 而达到巩固 扩大 深化所学知识的目的 培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力 以及培养了科学的研究和创新能力 我的这篇论文是基于工作岗位的实践 进行的数控车床方面的研究 数控车床已应 用于工厂企业机械加工的各个领域 它的产品多以轴 盘 套筒类零件为主 适用于加 工小批量 高效率 程序多变的零件的加工生产 并对一轴类零件的图样进行了分析 编程等阐述 图样由 pro e 设计软件制作 其中有相应的尺寸标注 此零件结构虽简单 但它却反映了数控车床产品特征和车削的部分加工范围 本文最后下介绍了一点关于减 少操作车床时的事故的经验和车床维护方面的问题 关键词关键词 机械加工 数控车床 车削 轴类零件 编程 毕业论文设计 3 第一章 概 述 1 1 我国数控机床发展现状及市场前景预 2003 年开始 中国就成了全球最大的机床消费国 也是世界上最大的数控机床进口国 目前正在提高机械加工设备的数控化率 1999 年 我们国家机械加工设备数控华率是 5 8 目前预计是 15 20 之间 1 2 数控设备的发展方向 六个方面 智能化 网络化 高速 高精度 符合 环保 目前德国和瑞士的机床 精度最高 综合起来 德国的水平最高 日本的产值最大 美国的机床业一般 中国大 陆 韩国 台湾属于同一水平 但就门类 种类多少而言 我们应该能进世界前 4 名 1 3 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1 2000 年 世界最大的专业机床制造商马扎克 mazak 在宁夏银川投资建了名 为 宁夏小巨人机床公司 的机床公司 生产数控车床 立式加工中心和车铣复合中心 机床质量不错 目前效益良好 年产 600 台 目前正在建 2 期工程 建成后可以年产 1200 台 2 2003 年 德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂 目前年组装生产数控 车床和立式加工中心 120 台左右 3 2002 年 日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂 年生产 能力为 1000 台 生产数控车床 立式加工中心 卧式加工中心 4 韩国大宇在山东青岛投资建厂 目前生产能力不知 5 台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂 年生产能力 800 台 1 4 民营企业进入机床行业情况 1 浙江日发公司 2000 年投产 生产数控车床 加工中心 年生产能力 300 台 2 2004 年 浙江宁波著名的注塑机厂商海天公司投资生产机床 主要是从日本引进 技术 目前刚开始 起点比较高 3 2002 年 西安北村投产 名字象日本的 其实老板是中国人 采用日本技术 生 产小型仪表数控车床 水平相当不错 毕业论文设计 4 第二章 数控车床相关知识 2 1 数控车床概述 机床是人类进行生产劳动的重要工具 也是社会生产力发展水平的重要标志 普通 机床经历了近两百年的历史 随着电子技术 计算机技术及自动化 精密机械与测量等 技术的发展与综合应用 生产了机电一体化的新型机床 数控机床 数控机床一经使 用就显示出了它独特的优越性和强大生命力 使原来不能解决的许多问题 找到了科学 解决的途径 数控机床是一种通过数字信息 控制机床按给定的运动轨迹 进行自动加 工的机电一体化的加工装备 经过半个世纪的发展 数控机床已是现代制造业的重要标 志之一 在我国制造业中 数控机床的应用也越来越广泛 是一个企业综合实力的体现 数控机床按功能又可分为数控车 铣 钻 镗 加工中心等好多种类 其中的数控车床 是最为典型的代表 数控车床是数字程控车床的简称 它集通用性好的万能型车床 加 工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身 是国内使用量最大 覆盖面最广的一种数控机床 要学好数控车床理论和操作 就必须勤学苦练 从平面几 何 三角函数 机械制图 普通车床的工艺和操作等方面打好基础 因此 必须首先具 有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控制方面来 另一方面 若 没有学好有关数学 电工学 公差与化合及机械制造等基础内容 要学好数控原理和程 序编制等 也会感到十分困难 熟悉零件工艺要求 正确处理工艺问题 由于数控机床 加工的特殊性 要求数控机床加工工人既是操作者 又是程序员 同时具备初级技术人 员的某些素质 因此 操作者必须熟悉被加工零件的各项工艺 技术 要求 如加工路 线 刀具及其几何参数 切削用量 尺寸及形状位置公差 熟悉各项工艺要求 并对出 现的问题能够进行正确处理 才能减少工作盲目性 保证整个加工工作圆满完成 车床 可进行平面任意曲线的加工 可车削圆柱 圆锥螺纹 具有刀尖半径补偿 螺距误差补 偿 固定循环 图形模拟显示等功能 适合于加工 形状复杂的盘类或轴类零件 2 2 数控车床编程基础 拿到一张零件图纸后 首先应对零件图纸分析 确定加工工艺过程 也即确定零件 的加工方法 如采用的工夹具 装夹定位方法等 加工路线 如进给路线 对刀点 换刀点等 及工艺参数 如进给速度 主轴转速 切削速度和切削深度等 其次应进 行数值计算 绝大部分数控系统都带有刀补功能 只需计算轮廓相邻几何元素的交点 或切点 的坐标值 得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可 最后 根 据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作 结合数控系统规定使 用的坐标指令代码和程序段格式 逐段编写零件加工程序单 并输入 cnc 装置的内存中 具体编程步骤按条理可以表示为如下 毕业论文设计 5 1 产品图样分析 1 尺寸是否完整 2 产品精度 粗糙度等要求 3 产品材质 硬度等 2 数学处理 1 编程零点及工件坐标系的确定 2 各节点数值汁算 2 3 编程方法 数控编程方法有手工编程和自动编程两种 手工编程是指从零件图样分析工艺处理 数据计算 编写程序单 输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程 它 适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工 以及计算较简单 程序段不多 编 程易于实现的场合等 但对于几何形状复杂的零件 尤其是空间曲面组成的零件 以 及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件 由于编程时计算数值的工作相当繁琐 工作量大 容易出错 程序校验也较困难 用手工编程难以完成 因此要采用自动编程 所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成 可以有效解决复杂零件的 加工问题 也是数控编程未来的发展趋势 同时 也要看到手工编程是自动编程的基础 自动编程中许多核心经验都来源于手工编程 二者相辅相成 1 数控常用指令 1 f 功能 f 功能指令用于控制切削进给量 在程序中 有两种使用方法 每转进给量 编程格式 g95 f f 后面的数字表示的是主轴每转进给量 单位为 mm r 例 g95 f0 2 表示进给量为 0 2 mm r 每分钟进给量 编程格式 g94 f f 后面的数字表示的是每分钟进给量 单位为 mm min 例 g94 f100 表示进给量为 100mm min 2 t 功能 t 功能指令用于选择加工所用刀具 编程格式 t t 后面通常有两位数表示 所选择的刀具号码 但也有 t 后面用四位数字 前两位是刀具号 后两位是刀具长度补 偿号 又是刀尖圆弧半径补偿号 例 t0303 表示选用 3 号刀及 3 号刀具长度补偿值和 刀尖圆弧半径补偿值 t0300 表示取消刀具补偿 毕业论文设计 6 2 fanuc 系统的编程技巧 科学技术的发展 导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化 产品的生产也趋 向种类多样化 批量中小型化 为适应这一变化 数控 nc 设备在企业中的作用愈来 愈大 我校作为国家级重点职校 为顺应时代潮流 重点建设数控专业 选购了 biejing fanuc power mate o 数控车床 它与普通车床相比 一个显着的优点是 对零 件变化的适应性强 更换零件只需改变相应的程序 对刀具进行简单的调整即可做出合 格的零件 为节约成本赢得先机 但是 要充分发挥数控机床的作用 不仅要有良好的 硬件 如 优质的刀具 机床的精度等 更重要的是软件 编程 即根据不同的零 件的特点 编制合理 高效的加工程序 通过编程实践和学习 我摸索出一些编程技巧 数控车床虽然加工柔性比普通车床优越 但单就某一种零件的生产效率而言 与普通车 床还存在一定的差距 因此 提高数控车床的效率便成为关键 而合理运用编程技巧 编制高效率的加工程序 对提高机床效率往往具有意想不到的效果 3 减少刀具空行程 在 biejing fanuc power mate o 数控车床中 刀具的运动是依靠步进电动机来带 动的 尽管在程序命令中有快速点定位命令 g00 但与普通车床的进给方式相比 依然显 得效率不高 因此 要想提高机床效率 必须提高刀具的运行效率 刀具的空行程是指 刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离 只要减少刀具空行程 就可以提 高刀具的运行效率 对于点位控制的数控车床 只要求定位精度较高 定位过程可尽 可能快 而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的 在机床调整方面 要将刀具的初 始位置安排在尽可能靠近棒料的地方 在程序方面 要根据零件的结构 使用尽可能少 的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散 在很接近棒料时彼此就不会发生干涉 另一方面 由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化 必须在程序中对刀具的参 考点位置进行修改 使之与实际情况相符 与此同时再配合快速点定位命令 就可以将 刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率 4 fanuc mate power 0 数控车床 biejing fanuc power mate o 数控车床表现的编程思想具有普遍意义 要编制合理 高效的加工程序 必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用 了解机床的主 参数 深入分析零件的结构特点 材料特性及加工工艺等 biejing fanuc power mate o 数控车床指令包括 g m s t 其中指令为准备功 毕业论文设计 7 能指令 m 指令为辅助功能指令 s 为主轴转速控制指令 t 为刀具选择指令 下表列出 了部分常用的指令代码及含义 代码符号代码含义代码符号代码含义 g90绝对值输入g01直线插补 g31等导程螺纹切削m00程序停机 g91相对值输入g02 g03顺圆和逆圆插补 g32跳步功能m01选择停机 g00快速点定位g28自动返回参考点 m02 m03程序结束m98调用子程序 g04暂停m99子程序结束 毕业论文设计 8 第三章 数控车的工艺基础 3 1 数控车床加工的工艺 数控车床加工的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 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 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 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 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 毕业论文设计 9 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 3 2 数控车床零件的加工工艺分析及编程 零件加工工艺分析 由于我的论文是关于数控车床的 而数控车床以加工轴 盘 套筒类零件为主 所以 在此我仅以一个简单的轴类零件产品为例进行零件的加工工艺分析及编程 零件的草绘图样 2 分析零件图样 该零件包括圆柱 圆锥 凸圆弧 等表面 材料为 45 钢 毛坯长度为 84 22mm 直 径为 40mm 没有热处理和硬度要求 确定零件的定位基准和设计准 则 毕业论文设计 10 3 选择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件 选定 fanuc 0i 系统数控车床 4 确定零件的定位基准和设计准则 1 定位基准 确定坯料轴线和左端面为定位基准 2 装夹方式 采用三爪自定心卡盘 自定心夹紧 5 制定加工方案 1 车端面 2 从右向左粗加工各面 3 从右向左精加工各面 4 切槽 5 车 螺纹 6 切断 6 确定刀具及切削用量 1 确定刀具 刀具材料为 w18cr4v 90 度外圆车刀 t1 t2 粗 精车外圆 切槽刀 5mm 宽 t3 切槽 切断 螺纹刀 t4 车螺纹 2 确定切削用量 背吃刀量 粗车时 确定其背吃刀量为 2mm 左右 精车时为 0 5mm 左右 主轴转速 车直线和圆弧轮廓 600r min 切槽 切断 400r min 车螺纹 600r min 进给速度 粗 精车直线和圆弧轮廓 0 1m min 7 零件程序的编制 程序编制如下 o0001 程序号 m03 s600 t0101 主轴正转转速 600r min 安装 1 号外圆车刀 g00 x45 z0 快速地将刀具移动到 45 0 点 g01 x 1 f100 直线进给至 x 1 进给速度为 mm min g00 x42 z2 快速进给到 x42z2 毕业论文设计 11 g71 u2 r1 g71 外圆粗车循环 进刀量 2 退刀量 1 g71 p10 q20 u0 3 w0 15 f0 3 从 n10 到 q20 为循环加工轴外圆轮廓的过程 横向精车余量为 0 15 z 向精车余量为 0 15 进给速度 0 3mm r n10 g01 x4 f0 1 x 向进刀至 4 进给速度降至 0 1mm r x12 z 2 x 向进给至 12 z 向进给至 2 z 25 z 向进给至 25 x20 x 向绝对进给至 20 z 35 z 向进给至 35 g03 x34 w 7 r7 g03 逆圆弧插补 终点坐标 x 向绝对进给到 34 z 向相对向左移动 7 圆弧半径为 7 g01 z 52 直线进刀至 52 x40 z 62 x 绝 对进至 40 z 向进至 62 n20 z 82 纵向进给至 82 g70 p10 q20 重复上述步骤 n10 至 n20 进行精车循环 g00 x100 z100 快速退刀至 x100z100 t0202 换第二把切槽刀 g00 x22 z 25 快速进刀至 x22 z 25 g01 x9 直线插补至 x9 g04 x3 暂停 3 秒 g01 x22 进刀至 x22 z 23 进刀至 23 x9 进刀 9 g04 x3 暂停 3 秒 g01 x22 进刀至 x22 g00 x100 z100 快速退刀至 x100 z100 t0303 换第三把切螺纹刀 毕业论文设计 12 g00 x11 2 快速进给至 x11 2 g32 z 21 f1 5 g32 螺纹切削循环 进给至 z 向 21 给速度 1 5mm r g01 x20 直线切削至 x20 g00 z3 快速进给至 z3 g01 x10 6 进给到 x10 6 g32 z 21 f1 5 螺纹切削进给至 z 21 进给速度 1 5mm min g01 x20 直线进给至 x20 g00 z3 快速进给至 z3 g01 x10 2 进给至 x10 2 g32 z 21 f1 5 螺纹切削进给至 z 21 g01 x20 直线进给至 x20 g00 z3 快速进给至 z3 g01 x10 04 进给到 x10 04 g32 z 21 f1 5 螺纹切削到 21 g01 x20 进给至 x20 g00 x100 z100 快速退刀至 x100 z100 m05 主轴停转 m30 系统停止并复位 程序结束标志 毕业论文设计 13 第四章 零件加工时的注意事项及车床维护 4 1 零件加工时的注意事项 1 固定进刀退刀模式 每把车刀从换刀点以 g0 模式运动到进刀点 进刀点应在 x z 两个方向离工件有一 定距离 太远太近都不行 太远会增加 g01 进给的空行程 造成加工效率低 太近会增 加安全隐患 进刀时 从起刀点到加工开始点 必须以 g01 方式进刀 退刀时必须以 g01 方式退到退刀点 退刀点距离工件有一定的安全距离 后再以 g0 方式运动 2 换刀点设定模块化 换刀点的设定关系到加工的效率和安全问题 换刀点设得太远 刀具从换刀点运动 到进刀点的时间就会加长 降低了效率 若太近 在换刀时就可能会和工件发生干涉 造成刀具 工件及机床的损坏 因此 自己设定换刀点 该点就可能被设得或远或近 所以我根据刀具及工件的实际情况用子程序把换刀点固定下来 换刀时只需将刀具回到 退刀点 然后调用子程序即可 这样事故发生率就大大降低了 3 养成规范的调试动作 1 我们必须把 g0 速度选择开关打在 f0 挡上 让刀具以较慢的速度靠近工件 否则 如果刀具的刀偏值有误的话 刀具从换刀点以 g0 方式极快地运动到进刀点时 可能会与 工件发生强烈的碰撞 让操作者无所适从 来不及排除险情 相反我们让刀具以较慢的 速度靠近时 即使刀偏值有误 我们也有充裕的时间来调整 2 在调试时 必须使机床处于单步执行状态 操作者在机床执行上一句语句后 必须 再次检查下一句的正误性和合理性 并相应作出调整 机床在运动时 操作者必须时刻 观察屏幕上刀具坐标的变化和程序中的运动终点坐标与刀具实际运动坐标是否一致 3 调试过程中 操作者可将一只手指放在循环开始按钮上 另一只手指放在循环保持 按钮边 以便在紧急时刻能及时停止程序的执行 另外时刻记住紧急按钮的位置 以便 不时之需 以上做法是为了减少在数控车中由于编程和操作不当而造成对数控车床的损 害 减少事故的发生 确保工作 实习的安全性 4 2 数控机床的维护 数控系统是数控机床的核心部件 因此 数控机床的维护主要是数控系统的维护 数控系统经过一段较长时间的使用 电子元器件性能要老化甚至损坏 有些机械部件更 毕业论文设计 14 是如此 为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期 防止各种故障 特别是恶 性事故的发生 就必须对数控系统进行日常的维护 概括起来 要注意以下几个方面 1 制订数控系统日常维护的规章制度 2 应尽量少开数控柜和强电柜的门