毕业设计-20090106302-叶永旺.doc

前 言数控加工工艺是数控编程于操作的基础，合理的工艺易保证数控加工质量，发挥数控机床效能的前提下，从数控加工的实用角度出发，以数控加工实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，以数控车床，数控铣床，加工中心和数控线切割机的应用目的，重点认识FANUC数控系统，德国SIEMENS数控系统和国产华中世纪新数控系统的特点。数控技术是实用性极强的技术，当前数控技术的快速发展和广泛应用。极大的推动了制造业水平的提高，数控技术综合数控机床编程、数控加工工艺、数控辅助软件为一体，保证加工质量和精准度，对要求较高的零件具有优越性，可以实现批量生产。通过综合知识的了解，对零件图进行分析，可以从各个角度进行分析，为保证避免加工不必要的误差，可以运用辅助软件简化手工编程，用加工工艺分析来保证精准度。数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和共建构成的数控加工工艺系统中完成的。毕业设计是在学完本专业所设的相关课程，并进行生产实习的基础上检查学生所学的基础理论知识与实际生产经验相结合的能力。它要求学生较全面地综合运用本专业及其有关课程的理论和实践知识，而所设定的毕业设计。本毕业设计是数控加工工艺与编成毕业设计，具体设计内容为：根据给定工件图纸，编写加工工艺规程，并说明工艺装备仪器和各项参数的计算和选取方法，其设计目的在于：1、培养学生运用机械制造工艺学及所涉及的有关课程（机械制图、CAM/CAD、数控编程和加工技术）的知识，结合生产实习中掌握的实践技能，独立地分析和解决问题，编写工艺规程的能力。培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。2、进一步巩固和加深学生识图、计算机绘图、参数设计、数控编程和编写技术文件等基本技能。 目 录前 言1摘要3一 数控机床的产生及发展41、数控机床的产生42、数控系统的发展43、机床的发展趋势5二 图形的绘制61、二维图形的绘制62、三维图形的绘制7三 数控加工工艺分析91、数控机床的选择92、合理的选择夹具及刀具93、切削用量的选择94、确定走刀路径及加工顺序105、加工路线与加工余量的联系116、零件的加工工艺分析11四 程序编辑12五 刀具路径模拟及仿真加工13六 实际加工14结论15参考文献16致谢17摘要通过操作数控铣床加工凸台轮廓，熟悉和掌握了机床的操作、数控系统常用指令的使用和数控加工工艺的运用。 本零件主要运用的是对曲面加工和凸台加工，从而加深对曲面加工和凸台加工的认识及一些应该注意的问题，这个课题涉及到工艺路线的设计与确定、材料的选择、三维图的设计、以及对一些软件的应用，例如CAM；从图纸中可看出主要要注意的一些精度要求为平衡度和曲面精度要求，这里面涉及到加工路线的安排原则。1、零件图的分析。在零件图的分析中主要有：尺寸的分析、表面粗糙度的分析、零件的工艺分析。2、图形的绘制。零件图的绘制主要有：二维图的绘制、实体的绘制。3、程序的编辑及刀具卡和工序卡的绘制。在程序的编辑中主要有：正确选择工件的装夹方案、根据工艺分析确定加工顺序、利用CAM进行程序的编辑。刀具卡和工序卡的绘制中：要根据CAM中的刀具路径及加工顺序来填写。4、利用斯沃仿真软件进行验证，从而进行进一步的改善。关键词 : 数控 工业化发展 刀具 机床Abstract:1, the analysis of the drawing. In the analysis of the main parts drawing in the size of the analysis, a: surface roughness of analysis, the analysis of the technology of parts. 2, graphic rendering. Component drawing mainly has: 2 d drawing, drawing the entity. 3, the editor of cutting tool and procedures and processes and the drawing of card card. In the process of the editor of main are: correct choice of workpiece clamping schemes, according to process analysis to identify processing order, the use of CAM of the procedures editor. Cutting tools and processes and the drawing of card of card: according to the CAM tool path and processing order to fill in. 4, utilization, walter simulation software verification, and thus for further improvement Key words: the development the industrialization of numerical control machine tools 一 数控机床的产生及发展1、数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10100件）约占机械加工总量的80%以上,尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准GB/8129-1997，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写CNC）。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。2、数控系统的发展从1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称NC系统,后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称CNC系统3、机床的发展趋势数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 （1）工序集中 20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。目前，加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需0.52秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。（2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出。（3）方便使用数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。1）加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。近年来，发展起来的图形交互式编程系统（WOP，又称面向车间编程），很受用户欢迎。这种编程方式不使用G、M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。2）使用方法数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。二 图形的绘制CAD技术的发展极大地改变了人们的涉及手段和方法，更为重要的是CAD技术的广泛应用显著提高了设计的效果和质量，大大地降低了设计师的劳动强度，特别是三维CAD技术的日益广泛应用使其体现得更为明显。CAM是由美国CNCsoftware公司推出的基于PC平台的CAD/CAM一体化软件，由于其卓越的设计及加工功能，在世界上拥有众多的忠实用户，被广泛应用于机械、电子、航空等领域。目前在我国制造业及教育界有着极为广泛的应用前景。作为一个CAD/CAM集成软件,CAM系统包括有设计(CAD)和加工(CAM)两大部分.其中设计(CAD)部分主要由Design模块来实现,它具有完整的曲线曲面功能,不仅可以设计和编辑二维,三维空间曲线,还可以生成方程曲线;采用NURBS,PARAMETERICS等数学模型,可以以多种方法生成曲面,并具有丰富的曲面编辑功能.加工(CAM) 部分主要由Mill,Lathe和Wire三大模块来实现,并且各个模块本生都包含有完整的设计(CAD)系统,其中Mill模块可以用来生成铣削加刀具路径,并可以进行外形铣削,型腔加工,钻孔加工,曲面加工以及多轴加工等的模拟; Lathe模块可以用来生成车削加工刀具路径,并可进行粗/精车,切槽以及车螺纹的加工模拟; Wire模块用来生成线切割激光加工路径,从而能高效地编制出任何线切割加工程序,可进行2-4轴上下异形加工模拟,并支持各种CNC控制器.我所加工的零件是铣床零件,从绘制图形道程序的编辑,再到工件的安装与操作,最后到仿加工,都做了如下解释.1、二维图形的绘制及刀具路径模该图形的主体是由160x118x23mm的长方体构成，上面是钥形凸台和两个凸台构成。其中钥月形凸台上还有一个通孔和两个盲孔，主体的一边还有一个深为6 mm的键槽。在图形的绘制中我所得到的经验是：1、在两个凸台要在中轴线上先绘制，再用旋转法而得到所要求的图形；2、在钥形凸台的绘制中，要应用圆弧的相切法等。2、三维图形的绘制在绘制实体时，主要运用CAM的功能是实体中的举升及主体的切割功能，在绘制圆球切割主体时还应用了主体中的旋转功能，平移和切割主体的功能。特别要注意的是在应用CAM绘制图形时要正确地确定好绘制图的中心点，以免在以后绘制圆球切割主体时变得麻烦。17三 数控加工工艺分析1、数控机床的选择首先应根据被加工工件的尺寸技术要求进行工艺分析，根据工件的加工数量并考虑工件加工各项技术经济指标，合理的选用数控机床。数控铣床适于加工形状比较复杂的箱体类零件和由复杂曲面形成的各种不规则的零件。2、合理的选择夹具及刀具该零件毛胚的外形比较规则且容易装夹，因此在加工上下表面，台阶面及孔系时，选用平口虎钳夹紧为好；在先削外轮廓时，采用“工艺压板“定位方式装夹。1) 粗铣时，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) 精铣时，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。就此图而言刀具选择如下：1 零件上表面、凸台及键槽采用立铣刀，根据侧吃刀量及圆弧半径的大小选择铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入/切出角和保证工件不被过切或少切；且铣刀直径应尽量包容工件整个加宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻近给间的接刀痕迹。2 孔加工各工步的刀具直径根据加工余量和孔径选择。3、切削用量的选择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。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。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。该零件切削性能好。铣削平面，台阶面及轮廓时，留0.5mm精加工余量；孔加工精镗余量0.2mm，精铰余量留0.1mm。4、确定走刀路径及加工顺序按照基面先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序，外轮廓加工采用顺铣方式，刀具沿切线方向切入与切出。零件上下表面采用端面铣刀加工，根据侧被吃刀量选择端面铣刀的直径，使用铣刀时合理的切入和切出角；切铣刀直径应尽量包容加工整个宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。台阶面及其轮廓采用立铣刀加工，铣刀的半径R受轮廓最小曲率半径限制，取R=10mm。孔加工各工步的刀具直径根据加工余量和内径确定5、加工路线与加工余量的联系目前，在数控铣床还未达到普及使用的条件下，一般应把工件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通铣床上加工。如必须用数控铣床加工时，则需注意程序的灵活安排。6、零件的加工工艺分析3-1零件的工艺分析该零件主要由平面、凸台、外轮廓以及孔系组成。其中键槽周边、凸台周边以及38内孔表面粗糙度为Ra1.6 要求精度较高，该零件的材料为45钢，切削工艺性较好。根据上述要求，38孔、凸台及键槽应分为粗、精加工进行，以保证便面粗糙度要求。且选择材料时选165*123*43的毛坯，经过刨床加工后为161*121*39再在磨床上加工到所需尺寸，就不用在数控铣床上加工了，这样既提高了效率又降低了成本。3-2选择加工方法1 键槽周边、凸台周边粗糙度为Ra1.6，可选用“粗铣-精铣”方案。2 孔加工方案选择孔加工前，为了便于钻头引正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。内表面的加工方案很大程度取决于内孔表面本身尺寸和粗糙度。对于精度较高，粗糙度Ra值较小的表面，还不能一次性加工到规定尺寸，而要划分阶段逐步加工，该零件的孔系选择加工如下：（1）38的孔，表面粗糙度为Ra1.6，选择”钻-粗镗-半精镗-精镗“方案。（2）螺纹孔M10采用先钻盲孔，后攻螺纹的加工方法。四 程序编辑从程序的角度来说，数控机床依靠数控编程，控制数控机床各执行部件协调动作，自动的加工出零件。在数控机床上加工零件时，首先要进行程序编制，这就是编程，编程可分为手动编程和自动编程两类。自动编程是用计算机把人们输入的零件图样信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，数控编程的大部分工作由计算机来完成。所编的程序还可以通过计算机进行模拟加工演示，可以在屏幕上进行编辑、修改。自动编程适用于几何形状较复杂的零件。其重点也要了解数控机床完成零件数控加工的过程：（1） 根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2） 用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。（3） 程序的输入或输出。手工编程时，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通讯接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU）。（4） 将输入/输出到数控单元的加工程序，进行试运行、刀具路径模拟等。（5） 通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。五 刀具路径模拟及仿真加工我将程序用斯沃仿真软件进行了仿真加工，而所做的视频录像已存入名为加工验证的盘中。六 实际加工通过在基地实际加工，我知道了实际与理论的差别。在实际加工的过程的中我学到了许多东西，主要的有以下几点：1、加工零件的NC代码在投入实际的加工之前通常需要进行试切，以检验NC代码的正确性和被加工零件是否达到设计要求。这一过程周期长、成本高、劳动强度大，而且占用了加工设备的工作时间。2、采用计算机建模和仿真技术来模拟实际的数控加工环境并对加工过程进行仿真分析可以帮助设计人员在实验室就可以检查制造中的问题，以部分或者完全取消试切环节，从而减少设计和制造周期和费用。3、利用仿真器还可以检查数控加工中出现的各种危险，如存在于刀具与工件、夹具、工作台之间的碰撞、干涉和过切现象，甚至检查工件装夹的不合理及加工参数的不合理等问题，减轻了数控编程和操作人员的劳动强度。4、在实际的测量中我发现了实际与理论的根本性差别，实际的测量是细微和麻烦的而理论的确是简单的，在以后我们要把理论向实际靠拢。在我国，数控技术的应用表现出不同的层次差别，从完全的手工编程到完全采用计算机实现零件设计及工艺和加工NC代码的生成都有相当大的覆盖面。目前不少高档先进的CADCAPPCAM系统都提供了一定的NC仿真功能，用于检查刀具切削过程的正确性，检查过切和干涉现象等，但直接通过NC代码来驱动仿真加工过程的方法和软件还很少。而在大量使用半手工数控编程的我国制造业，采用NC代码驱动仿真加工过程以检验NC代码的正确性是迫切需要的。特别是，如果能将仿真软件直接嵌入到实际的加工系统中使其成为实际加工的支撑环境，将具有更为重要的意义。结 论 通过整个毕业设计的制作过程，我从中受益匪浅，同时也感受多多，在毕业设计中用到了CAD. CAM,工艺。编程等一些知识。毕业设计使这些知识融汇贯通并起到了巩固的作用。我觉得应用CAD画二维图形非常简单，也比较方便快捷。能把图形准确绘制出来。并且在CAM中画实体又比较较简单，这种画图软件各有千秋，各有优点，因此在画图中根据实际情况，选择相应方便快捷的绘图软件。提高我们的分析能力，并能够准确的选择更加适合加工零件的软件及方法。利用这种方法绘图在以后的机加工行业会有很好的发展趋势，合理的利用这些软件的优势，能够提高绘图的准确和效率。 在整个设计的过程中，根据图形的特点分析图形，设定零件的加工路线及加工顺序，选择适合的刀具进行加工，并编制工序卡片和刀具卡片。这一过程中我遇到了不少问题，例如：在实体的绘制中球面的绘制让我非常头痛，最后在指导老师的指导下我掌握绘制的方法，等等还有很多。通过这些困难我明白了不尽需要我们对所学知识的渗透，而且需要我们在学习中要不断地研究，不断的学习新的学习方法而不能只是老师教到那我们学到那这么简单。这就需要我们在今后不断的创新，探索。在做毕业设计的过程中，我对自己的分析能力，还有所学知识的融会贯通能力有了新的认识。更能很好认识自我，和发现自我的能力。这也是很好锻炼自己能力的过程。在这一过程中更好的了解自己和完善自己的能力。参考文献