数控专业毕业设计论文

四川托普信息技术职业学院 铣床加工零件与编程铣床加工零件与编程 学生姓名 曹 骏 学生学号 1002040154 专业方向 数 控 技 术 年级班级 10 级数控 1 班 指导教师 向 杰 指导单位 四川托普学院 2012 年年 10 月月 31 日日 摘要摘要 数控技术和数控机床在当今机械制造业中的重要地位 显示了其在国家基 础工业现代化中的战略性作用 并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自 动化 柔性化 集成化生产的重要手段和标志 数控加工技术的整个过程也是 目前许多制造人员的要掌握较为重要的知识 数控技术是用数字信心对机械运 动和工作过程控制的技术 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的 变化 更使制造业成为工业化的象征 数控机床是集高 精 尖技术于一体 集机 电 光 液于一身的高技术产物 具有加工精度高 加工质量稳定可靠 生产效率高 适应性强 灵活性好等众多优点 在各个行业受到广泛欢迎 在 使用方面 也是越来越受到重视 但由于它是集强 弱电于一体 数字技术控 制机械制造的一体化设备 一旦系统的某些部分出现故障 就势必使机床停机 影响生产 所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常 进行的关键 本论文通过数控工艺分析 数控手动编程基础介绍 CAD CAM 软 件自动编程 软件后处理文件制作 数控软件仿真 数控机床加工等一般步骤 与方法 运用机械制造的相关知识进行严格的工艺分析与加工方式的制定 经 过成本核算 该方案具有可行性 有效的利用 CAD CAM 软件通过最合适的造型 方式设计出零件模型 根据我们之前的工艺分析使用软件做出最佳的加工方式 采用铣削手工编程基础于 FANUD oim 数控系统进行了程序后处理文件的编写 并在数控仿真软件和数控机床上进行了具体验证 最终加工出符合图纸要求的 零件实体 经具体检验符合图纸标准 关键词 关键词 工艺分析 CAD CAM 编程 后处理文件 软件仿真 机床加工 AbstractAbstract Numerical control technology and CNC machine tool in the mechanical manufacturing industry in the important position shows its in the national basic industry in the modern strategic role and has become a traditional mechanical manufacturing industry promotion transformation and the realization of automation flexibility integration production of an important means and sign nc machining technology of the whole process is at present a lot of manufacturing staff to grasp more important knowledge At present the advanced manufacturing technology has been widely applied to industrial and civil each many fields such as automobile shipbuilding petrochemical industry etc CNC machine tools as electromechanical integration of typical products machinery manufacturing plays an enormous role good solution of modern machinery manufacturing complex precision small batch and changeable parts processing problems and can stable product processing quality greatly improve production efficiency But the development of numerical control technology is the biggest obstacle to acquire equipment initial investment big this makes a lot of small and medium sized enterprise hard to bear If out a lot of ordinary machine tool and to buy expensive numerical control machine tool it will be bound to cause enormous waste Therefore the common machine tool numerical control transformation have bright prospects At present because our country nc machine tool industry development is relatively slow and has restricted the development of the equipment manufacturing industry directly affect the safety of the defense industry In the tenth five period China machine tool industry rapid development for several years In the global advocate green manufacturing of the environment machine tool numerical control transformation became the hot spot Including ordinary machine of numerical control transformation and CNC machine tool upgrading So for the domestic general machine tools are necessary which can prolong the service life of the machine reducing labor improve work efficiency For enterprises to increase more profit space Keywords Keywords ordinary machine numerical control the transformation 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 数控机床的概念数控机床的概念 数控机床是装备了数控系统的机床 既包括 NC 机床 也包括 CNC 机床 数 字控制机床 Numerical Controlled Machine Tool 简称 NC 机床 数控系 统是一种控制系统 它能控制机床的运动和加工过程 计算机数控机床 Computer ized Numerical controlled Machine Tool 简称 CNC 机床 是 利用具有专门存储程序的计算机来实现对机床的全部或部分控制功能 工作原 理是 将数控加工程序输入到数控装置 再由数控装置控制主运动的变速 起 停 进给运动的方向 速度和位移大小 以及诸如刀具的选择 交换 工件夹 紧 松开和冷却起 停等动作 使刀具与工件及其他辅助装置严格按照数控程 序的要求进行工作 1 21 2 数控机床的产生及发展史数控机床的产生及发展史 1 2 11 2 1 数控机床的产生数控机床的产生 随着科学技术的发展 机械产品的结构越来越合理 其性能 精度和效率 日趋提高 因此对加工机械产品零件的生产设备 机床也得到了相应的提 高性能 高精度与高自动化的要求 数字控制机床就是为了解决单件 小批量 特别是复杂型零件加工的自动 化 并保证质量要求而产生 1 2 21 2 2 数控机床的发展简史数控机床的发展简史 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机 6 年后 即在 1952 年 计算机技 术应用到了机床上 在美国诞生了第一台数控机床 从此 在传统机床领域产 生了质的变化 近半个世纪以来 数控系统经历了两个阶段和六代的发展 第一阶段 数控 NC 阶段 1952 1970 年 早期采取数字逻辑电路组成 一台机床 专用计算机作为数控系统 被称之为硬件连接数控 简称数控 NC 随着元器件的发展 这个阶段经历了三代 即 1952 的第一代 电子管时代 1959 年的第二代 晶体管时代 1965 年的第三代 小规模集成电路时代 第二阶段 计算机数控 CNC 阶段 1970 现在 1970 年 通用 小型计算机作为数控系统的核心部件 从此进入了计算机数控 CNC 阶段 到 了 1971 年 美国 INTEL 公司第一次将计算机的两个最核心的部件 运算器 和控制器 采用大规模的集成电路技术集成在一块芯片上 称之为微处理器 又可以称为中央处理器 简称 CPU 到了 1974 年 微处理器被应用于数控系统 到了 1990 年 PC 的性能已发 展到了较高的水平 从 8 位 16 位 发展到了 32 位 可以满足作为数控系统 的核心部件要求 数控系统从此进入了 PC 的阶段 总之 计算机数控系统的发 展也经历了三代 即 1970 年的第四代 小型计算机 1974 年的第五代 微处理器和 1990 年的第六代 基于 PC 国外称为 PC BASED 必须指出 数控系统发展到了第五代以后 才从根本上解决了可靠性低 价格昂贵 应用 很不方便等关键的问题 因此 数控技术经过了近 30 年的发展才走向普及应用 1 31 3 数控机床的特点数控机床的特点 数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用 是因为它具有以下的特点 1 3 11 3 1 能适应不同零件的自动加工能适应不同零件的自动加工 数控机床是按照被加工零件的数控程序来进行加工的 当改变加工零 件 时 只要改变数控程序 不必用凸轮 靠模 样板或钻镗模等专用工艺装 备 因此 生产准备周期短 有利于机械产品的更新换代 1 3 21 3 2 工序集中工序集中 数控机床在结构和功能设计时 就充分考虑了工序集中 使机床在粗 加工时有足够刚度和强度 在精加工时又有可靠的精度 因此 一次装夹 可以实现粗加工到精加工的不同工序 减少了机床 夹具的数量 也减少 了因重新装夹造成的误差 同时能够缩短等待和装夹等辅助时间 1 3 31 3 3 生产效率和加工精度高 加工质量稳定生产效率和加工精度高 加工质量稳定 在数控机床上 可以采用较大的切削用量 有效的节省了机动加工时 自动换速 自动换刀和其他辅助的装置作为自动化等功能 是辅助时间大 大缩短 而且无需工序间的检验与测量 所以比普通机床的生产效率提高 3 4 倍 甚至更高 同时 由于数控机床的精度高 可以利用软件进行精度 的校正和补偿 又因为它是数控程序自动进行加工 可以避免人为的误差 因此 不但加工精度高 而且质量稳定 1 3 41 3 4 能完成复杂型面的加工能完成复杂型面的加工 数控机床几乎可以实现任何轨迹的运动任何形状的空间曲面的加工 如加 工一些普通机床难以加工的螺旋桨 汽轮机 涡轮等空间曲面 采用数控机床 就会很容易加工 1 3 51 3 5 减轻工人的劳动强度减轻工人的劳动强度 由于数控机床实现自动化或半自动化加工 许多辅助动作均由机床完成 因此工人的劳动量减少 1 41 4 数控机床的分类数控机床的分类 1 4 11 4 1 按系统的特点分类按系统的特点分类 1 点位控制数控机床 这类数控机床的数控装置只要要求精确控制一个坐 标点到另一个坐标点的定位精度 从而不限制从一点到另一点的运动轨迹 且 在移动过程中不进行任何加工 为了精确定位和提高生产效率 首先系统高速 运行 然而进行 1 3 级减速 使之慢速趋近近点定位 减小定位误差 这类数 控机床主要有数控钻床 数控坐标镗床 数控冲床和数控测量机床等 2 直线控制数控机床 这类机床不仅要求具有准确的定位功能 而且要求 从一定到另一点之间按直线运动进行切削加工 3 轮廓控制的数控机床 这类数控机床的数控装置的数控装置同时控制两 个或两个以上的坐标轴 具有插补功能 按照联动轴数分 可分为 2 轴联动 2 5 轴联动 3 轴联动 4 轴联动 5 轴联动等数控机床 1 4 21 4 2 按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类 1 开环控制系统数控机床 这类机床没有检测反馈装置 数控装置发出的 指令流程是单向的 其精度主要取决于伺服系统的性能 2 闭环控制数控机床 这类机床数控机床的数控装置中插补器发出的指令 信号与工作台端测得的实际位置反馈信号进行比较 根据其差值不断控制坐标 轴运动 进行误差修正 直到误差消除为止 3 半闭环控制数控机床 大多数数控机床采用半闭环控制系统 它的检测 元件装在电动机上或丝杠的轴端 这种系统可以获得稳定的的控制特性和较好 的的调节性能 1 4 31 4 3 按照功能水平分类按照功能水平分类 1 经济型数控机床 这种数控机床主要是采用开环控制数控系统采用步进 电机驱动 从而价格比较便宜但是机床的精度相对于其他类型机床要差一点 因为机床在价格上有优势从而在制造业广泛采用 2 普通型数控机床 这种数控机床主要采用半闭环控制数控系统采用脉冲 编码器进行角位移动的反馈 提高数控系统控制的精度 精度相对于经济型机 床要高 在工厂也应用的比较多 3 高档数控机床 这种数控机床主要采用闭环数控系统它不仅有角位移反 馈还有速度反馈和位移反馈 这种数控系统控制精度很高 而且功能很强大可 以控制多轴联动加工一些高复杂的空间曲面零件 所以高档机床的价格昂贵 一般加工一些难以加工的零件时采用 而且高档机床实现全自动化的加工 第二章第二章 数控铣削加工数控铣削加工 2 1 零件图 2 2 2 2 图样工艺分析图样工艺分析 对于 2 1 1 图所示的图形简易的工艺分析 1 用直径 8 的立铣刀铣削外轮廓再铣削起台阶刀补 6 5 可以为精加工留有 6 3 的余量 其余剩下多余的工件余量可以通过增加刀补的方法进行去除 具体的 步骤到时候可以更具 余量的多少进行调整 2 关于圆加工也是同样的方法 留有精加工的余量 6 3 其余的余量使用 CAD 进行描点来去除的 不需要改变半径补偿 圆半径补偿有可能会报警 2 32 3 刀具清单刀具清单 序号名称规格精度单位数量 1 寻边器直径 10 0 002 个 1 2 Z 轴设定器 500 01 个 1 3 平口虎钳 HQ160 台 1 4 游标卡尺 1 1500 02 把 1 5 平口垫铁按需要副若干 6 平口虎钳扳手按需要把 1 7 塑胶榔头按需要把 1 8 立铣刀直径 10把 1 9 钻头直径 6把 1 2 4 工艺卡片编工艺卡片编 产品名称或代号 零件名称 零件图号 单位名称 XXX XXX 典型轴 XXX 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 001 XXX 机用台虎钳 XK62 数控中心 工步号 工步内容刀具号 刀具规格 主轴 转速 r mm 进给速 度 mm min 背吃刀量 mm 备注 1 铣平面 T01160 160 500 2008 自动 2 铣凸台 T02 8 950 2004 自动 3 铣型腔 T02100 100 1000 3004 自动 4 钻孔 T0325 25 1200 1808 自动 编制 XXX 审核 XXX 批准 XXX 年 月 日共 页第 页 2 52 5 程序编制如下程序编制如下 N1 G00 G17 G40 G90 G64 N2 G00 G90 G54 N3 S0 M03 N4 G00 X 88 516 Y 1 623 N5 Z16 249 N6 Z 751 N7 G01 Z 3 751 F250 N8 X 80 916 N9 Y 81 628 N10 G03 X 80 824 Y 81 721 I 111 J 018 N11 G01 X79 188 N12 G03 X79 28 Y 81 628 I 019 J 111 N13 G01 Y78 383 N14 G03 X79 188 Y78 476 I 111 J 019 N15 G01 X 80 824 N16 G03 X 80 916 Y78 383 I 019 J 112 N17 G01 Y 1 623 N18 X 76 916 N19 Y74 476 N20 X75 28 N21 Y 77 721 N22 X 76 916 N23 Y 1 623 N24 X 72 916 N25 Y70 476 N26 X71 28 N27 Y 73 721 N28 X 72 916 N29 Y 1 623 N30 X 68 916 N31 Y66 476 N32 X67 28 N33 Y 69 721 N34 X 68 916 N35 Y 1 623 N36 X 64 916 N37 Y62 476 N38 X63 28 N39 Y 65 721 N40 X 64 916 N41 Y 1 623 N42 X 60 916 N43 Y58 476 N44 X59 28 N45 Y 61 721 N46 X 60 916 N47 Y 1 623 N48 X 56 916 N49 Y54 476 N50 X55 28 N51 Y 57 721 N52 X 56 916 N53 Y 1 623 N54 X 52 916 N55 Y50 476 N56 X51 28 N57 Y 53 721 N58 X 52 916 N59 Y 1 623 N60 X 48 916 N61 Y46 476 N62 X47 28 N63 Y 49 721 N64 X 48 916 N65 Y 1 623 N66 X 44 916 N67 Y42 476 N68 X43 28 N69 Y 45 721 N70 X 44 916 N71 Y 1 623 N72 X 40 916 N73 Y38 476 N74 X39 28 N75 Y 41 721 N76 X 40 916 N77 Y 1 623 N78 X 36 916 N79 Y34 476 N80 X35 28 N81 Y 37 721 N82 X 36 916 N83 Y 1 623 N84 X 32 916 N85 Y30 476 N86 X31 28 N87 Y 33 721 N88 X 32 916 N89 Y 1 623 N90 X 28 916 N91 Y26 476 N92 X27 28 N93 Y 29 721 N94 X 28 916 N95 Y 1 623 N96 X 24 916 N97 Y22 476 N98 X23 28 N99 Y 25 721 N100 X 24 916 N101 Y 1 623 N102 X 20 916 N103 Y18 476 N104 X19 28 N105 Y 21 721 N106 X 20 916 N107 Y 1 623 N108 X 16 916 N109 Y14 476 N110 X15 28 N111 Y 17 721 N112 X 16 916 N113 Y 1 623 N114 X 12 916 N115 Y10 476 M30 第三章第三章 UGUG 建模建模 3 1 打开 UG 软件点击新建按钮弹出下图 4 1 所示的界面选择建模模块 然后 点击确定建立一个特征建模界面 图 4 1 新建对话框 图 4 2 拉伸界面 3 2 单击拉伸按钮 如图 4 2 所示 选择绘制界面进入草图绘制界面 弹出 创建草绘对话框直接点击确定进入草绘界面 3 3 绘制图形的轮廓如图 4 3 所示 3 4 点击完成草绘退出草绘平面并且进入拉伸特征对话框进行拉伸高度 16 个 如图 4 4 所示然后点击确定 底面拉伸完成 图 4 3 轮廓图形 图 4 4 拉伸图形 3 5 再次单击拉伸按钮 如图 所示 选择绘制界面进入草图绘制界面 弹出 创建草绘对话框选择实体的上表面点击确定进入草绘界面 如图 4 5 所示 3 5 草绘界面 3 6 轮廓线 3 6 绘制好轮廓线如图 4 6 所示 3 7 点击完成草绘退出草绘平面并且进入拉伸特征对话框进行拉伸高度 10 在 布尔运算选择求和个如图 4 7 所示然后点击确定 拉伸完成 3 7 草绘图形 3 8 拉伸界面 3 8 绘制好轮廓线如图 4 8 所示 3 9 绘制好轮廓后退出草图完成图形的拉伸 绘制出图形 完成图形 3 9 完成图形 3 10 保存见面 3 10 文件的导出 点击菜单栏的文件下拉菜单文件另存为 在保存类型中 选择 igs 输入名称 保存到 所需的地方 点击确认 第四章第四章 MsterCAM 图形输入与程序的生成图形输入与程序的生成 4 14 1 MasterCAMMasterCAM 导入功能的简介导入功能的简介 美国 CNGSOFTWARE 公司的 MasterCAM 软件能承受来自 UG PRO E Cimatron CAXA SolidWorks 和 AutoCAD 等常见 CAD CAM 系统的 2D 3D 文 件格式 能完成从 2D 设计到 3D 设计及 CAM 编程的技术过程 适合于各种数控 系统的机床 且 MasterCAM 与其他 CAD 软件很容易交换信息 也就是说其他软 件绘制的图形一般不用做进一步的处理就能够为 MasterCAM 所利用 其加工相 当方便 但其造型功能不如 PRO E UG 等强 然而后者加工不如 MasterCAM 方 便 所以 我们可以利用其它 CAD CAM 软件绘制出三维图形转化至 MasterCAM 中来加工 其转化方法为 将其它 CAD CAM 软件绘制出的图形以扩展名 IGS 的 形式保存 然后打开 MasterCAM9 0 软件调用即可 4 24 2 用用 MasterCAMMasterCAM 仿真并生成仿真并生成 FANUCFANUC 程序程序 4 2 1 打开 MasterCAM 进行图形制作 完成图形如图 4 2 1 所示制作图形 4 2 2 完成图形制作后对图形进行拉伸 如图 4 2 2 所示 4 2 1 制作图形 4 2 2 拉伸图形 4 2 3 完成图形拉伸后 进行图形毛培设置如图 4 2 3 所示 4 2 4 设置好毛培后进行 图形串联 进入操作界面如图 4 24 所示 4 2 3 毛培图形 4 2 4 操作界面 4 2 5 进入操作界面点击全选对工件进行仿真 完成仿真图形如图 4 2 5 所示 4 2 5 仿真完成图 4 2 6 完成仿真后 对 NC 程序输出 点击后处理如图 4 2 6 所示选择储存 NC 档 然后点击确认 完成对工件进行仿真和程序的输出 4 3 得到以下的得到以下的程序程序 PROGRAM NAME T DATE DD MM YY 11 09 12 TIME HH MM 16 11 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 8 FLAT ENDMILL TOOL 1 DIA OFF 1 LEN 1 DIA 8 N104T1M6 N106G0G90X 43 8Y 34 998A0 S2387M3 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3 1 如图 5 3 2 四川托普学院毕业论文四川托普学院毕业论文 总结总结 数控加工是一种具有高效率 高精度与高柔性特点的自动化加工方法 可 以有效的解决复杂 精密 小批 多变零件的加工问题 充分适应现代化生产 的需要 同时 数控编程技术涉及制造工艺 计算机技术 数学 计算机几何 微分几何 人工智能等众多学科领域知识 它所追求的目标是如何更有效地获 得满足各种零件加工要求的高质量数控加工程序 以便充分地发挥数控机床的 性能 获得更高的加工效率与加工质量 纵观全文 本文的工作内容主要有 1 完成了从型腔模型外形分析 通过 UG 三维的建模 鼠标模型加工工艺 分析 模型导入 CAM 中加工 制作西门子系统后处理文件 UG 软件通过后处理 文件导出程序 斯沃仿真软件验证程序 程序传入数控机床加工完成零件的制 造过程 完成了零件的整个制造过程