轴套类零件加工工艺-毕业设计

第 1 页 共 35 页 XXXXXXXXX 职业技术学院职业技术学院职业技术学院 毕毕业业论论文文 题目 轴套类零件的数控加工轴套类零件的数控加工 机 械 系 机械设计及自动化 专业 学 生 姓 名 X X X 指 导 教 师 X X 起迄日期 2014 5 2014 6 设计地点 X X 职 业 技 术 学 院 第 2 页 共 35 页 XX 职业技术学院学生毕业设计 论文 开题报告书 姓 名XXX专业 机械设计及自 动化 学制X 年 毕业设计 论文 题目 轴套类零件数控加工 一 毕业论文课题综述 轴套类零件的数控车削加工 在中国的历史上有了很长的历史了 现在研 究关于轴套类零件的加工仍然有很重要的价值 我国现在处于发展中 发展工 业 离不开轴套类的应用和加工工艺 所以现阶段研究轴套类零件的数控车削 加工的工艺对我国的工业发展有着很重要的贡献 还有着很高的实用价值 对 以后的就业有着很大的帮助 轴套类零件在目前的市场上用处是最多的也是要求较高的 研究轴套类零件 的数控车削加工 我国在合金加工的方面仍然存在着一定不足之处 加工工艺相对发达国家仍然 有一定的差距 在研究合金的加工的加工过程中我们应尽量大胆的创新 冲破 传统工艺的束缚对我国的合金加工工艺进行创新 发展有中国特色的合金加工 工艺 促进我国合金技术加工的发展 积极推动我国工业的发展 随着机械性 能成数量级的提高 其价格成倍地下降 随着网络通讯的普及化 信息处理的 智能化 多媒体技术的实用化 数控技术的普及应用越来越广泛 越来越深入 数控技术正向着开放 集成 智能和标准化的方向发展 第 3 页 共 35 页 前前 言言 毕业设计是在学完了机械设计 机械制造工艺与夹具 机械加工工艺 计算机基础 CAD 制图 等课程后 是学生全面运用所学基础理论 专业知识和基本技能 对实际问 题进行研究 或设计 的综合训练 旨在培养学生的专业研究素养 提高分析结局问题 的能力 使学生的创新意识和专业素质得到提升 使学生的创造性得以发挥 装备工业技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 数控技 术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的最基本的装备 马克思曾说过 各种经 济时代的区别 不在于生产什么 而在于怎么生产 用什么劳动资料生产 制造技术和 装备就是人类生产活动的最基本的资料 而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核 心的技术 当今世界各国制造业广泛采用数控技术 以提高制造能力和水平 提高对动 态多变市场的适应能力和竞争能力 此外世界上各工业发达国家还将数控装备列为国家 的战略物资 不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业 而且在 高精尖 数 控关键技术和装备方向对我国实行封锁和限制政策 总之 大力发展以数控技术为核心 的先进制造已成为世界个发达国家加速经济发展 提高综合国力和国家地位的重要途径 数控技术使用数字信息对机械运动和工作过程中进行控制技术 数控装备是以数控 技术代表的新技术对传统制造和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 所谓的数字 化装备 其技术范围付给很多领域 1 机械制造技术 2 信息处理 加工 传输技 术 3 自动控制 4 伺服驱动技术 5 传感技术 6 软件技术等 第 4 页 共 35 页 目录目录 前言 3 摘要 5 毕业设计说明书 6 第一章 数控技术概述 7 1 1 数控技术的基本情况 7 1 2 数控技术的发展状况 8 1 3 数控技术的发展趋势 11 1 4 数控技术发展特点 12 第二章 结构及毛坯分析 14 2 1 毛坯分析 14 2 2 完整性分析 14 2 3 正确性分析 14 第三章 轴套类零件的数控加工工艺 15 3 1 零件图的工艺分析 15 3 2 装 夹 方 案 的 确 定 17 3 3 确 定 加 工 顺 序 及 走 刀 路 第 5 页 共 35 页 线 18 3 4 夹 具 及 量 具 的 选 择 21 3 5 刀 具 的 选 择 22 3 6 削 用 量 的 选 择 24 3 7 切 削 加 工 工 艺 与 刀 具 卡 片 25 第四章 加工程序的编制 29 设计总结 34 致谢 35 参考文献 36 第 6 页 共 35 页 绪绪 论论 数控机床是用数字优化的代码将零件加工过程所需各种操作和步骤以及刀具与工件 这间的相对位置 再记录在程序介质上 送入计算机或数控系统译码 其数控程序能保 证加工出符合零件图样要求的合格零件 还应充分利用数控机床是用数字优化的代码将 零件加工过程中所需的各种操作和步骤以数控机床的各种功能使数控机床能安全 可靠 高效地工作 一一 数控加工的工作原理 数控加工的工作原理 数控加工是根据零件图样及工艺要求编制零件加工程序 再输入到机床 机床的控 制系统对输入信息进行处理与运算 并不断地向直接指挥机床运动功能部件机床的伺服 机构发送信号 伺服系统把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件运动 然后由 传动机构驱动数控机床 机床以按给定的程序对机械零件进行加工 二二 数控编程及其发展数控编程及其发展 1 1 数控加工的发展数控加工的发展 数控机床和普通机床不同 数控机床其加工过程不需要人工操作 而是由给定的程 序进行控制 在数控机床加工零件时 首先要分析零件图样 确定工件在机床上的加工 方式 加工顺序 加工路线及刀具 夹具和切削用量的选择 然后把全部工艺过程以及 其他辅助功能 主轴正反转 切削液的开与关 变速 换刀等 按运动顺序用规定的指 令代码及程序格式编制成数控加工程序 经调试后 记录在控制介质 或程序载体上 最后输入到数控装置中 从而控制数控机床完成工件的全部加工过程 这种从零件图样 到编织成控制介质的过程为数控加工程序编制 2 2 数控编程有手动编程和计算机编自动程数控编程有手动编程和计算机编自动程 1 手工编程 是指程序编制的 整个步骤几乎全部由人工来完成的 对于几何形状 不太复杂的零件 所需的加工程序太长 计算比较简单 出错的机会比较小 可用手工 编程 既及时有经济 因而手工编程被广泛应用于形状简单的点位加工 非圆弧 曲线 曲面等表面 或加工程序较长时 使用手工编程将十分繁琐费时 而且容易出错 常会 出现手工编程工作跟不上 数控机床加工的情况影响机床的开动率 此时必须用自动编 程方法编制程序 以提高效率 2 计算机自动编程 自动编程需要编程人员根据零件图样用数控语言编制一个简短 的零件源程序 然后输入到计算机 计算机经过翻译处理和刀具刀具运动轨迹处理生成 第 7 页 共 35 页 刀具位置数据 再经后置处理 即可生成零件的加工程序 目前是采用计算机实现数字 程序控制的技术 这种技术用计算机按事先存储的控制程序来执行对个设备的控制功能 由于采用计算机代替原先用的逻辑电路组成的数控装置 使输入的存储 处理 运算 逻辑判断等各种控制机能的实现 均用计算机软件来完成 三三 数控加工的特点 数控加工的特点 同常规加工相比 数控加工具有如下特点 1 1 自动化程度高自动化程度高 在数控机床加工零件时 除了手工装卸工件外 全部加工过程都由机床自动完成 在柔性制造系统上 下料 检测 诊断 对刀 传输 管理等也都由机床自动完成 这 样减轻操作者的劳动强度 改善了劳动条件 2 2 加工精度高 加工质量稳定加工精度高 加工质量稳定 数控加工的尺寸精度通常在 0 005mm 0 1mm 之间 目前最高的尺寸精度可达 0 0015mm 不受零件形状复杂度的影响 加工消除了操作者的人为误差 提高了同批零 件尺寸的一致性 3 3 加工对象的适用性强加工对象的适用性强 当加工对象改变时 除了相应的更换刀具和解决工件的装夹方式 只要重新编程并 输入该零件的加工程序 便可自动加工出新的零件 不必对任何复杂的调整 4 4 生产效率高生产效率高 一方面是自动化程序高 在一次装夹中能完成 较多表面的加工 省去了画线 多 次装夹 检测等工序 另一方面是运动速度快 空间时间短 数控车床的主轴转速已经 达到 5000 7000r min 5 5 易于建立计算机通讯网络易于建立计算机通讯网络 由于数控机床是使用数字信息 易于与计算机辅助设计和制造 CAD CAM 系统联接 形成与数控机床紧密结合的一体化系统 当然 数控加工在某方面也有不足之处 就是数控机床价格昂贵 加工成本高 技 术复杂 对工艺和编程要求较高 加工中难以调整 维修困难 第 8 页 共 35 页 摘摘 要要 数控技术是以数字量编程实现控制机械或其他设备自动工作的 技术 世界经济发展的趋势表明 制造业是一个国家经济发展的基石而机械制造技术是 现代化经济的重要保障 在当今世界上 高度发展的制造业和先进的制造技术已经成为 衡量一个国家综合经济实力和科技水平的重要标志 成为一个国家在竞争激烈的国际市 场上获胜的关键因素 在经济全球化的过程中 随着劳动和资源密集型产业向发展中国家的转移 我国真 在逐步成为世界的重要基地 但是 由于我国工业进程起步较晚 与国际先进水平相比 制造业和制造技术还存在着阶段性的差跕 因此我们必须加强对制造技术的研究 大胆 的进 技术革新 同时积极引进和消化外来技术和理念 尽快形成我国自主创新和跨越 式发展的先进技术体系 使我过的制造业立 不败之地 机械加工技术在我国在我国现代的形式下还持续一段时间 机械犠緥的工艺是现代 加工技术的核 部分 所以研究机械加工工艺具有一定的实用性 近年来 由于在机械 制造领域采用了微电子 传感技术 机电一体化技 等 使机械制造技术取得了长足的 发展 精密和超精 加工 柔性化和自动化制造 高速高效切削 智能化控制是机械制 造技术发展的主要方向 关关 键键 词词 轴套 工艺设计 加工 第 9 页 共 35 页 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 一 任务一 任务 零件图 零件图 用数控车床完成如零件图所示零件加工 毛坯铸造件 并符合要求材料为 HT200 按图样要求完成零件节点 基点 计算 设定工件坐标系 制定正确的工艺方 案选择合理的刀具和切削工艺参数 编写数控加工程序 本次设计选用的机床为 FANUC 0i 系统的数控车床 第 10 页 共 35 页 二 方案 二 方案 零件加工方案 数车 数铣 插削 磨削 钳工 三 刀具选择及工艺路线三 刀具选择及工艺路线 一 工艺分析 如图所示零件 被加工部分的各尺寸 位置 表面粗糙度等要求较高 零件较复杂 包括了平面 槽 孔 螺纹 键槽 等要素 部分表面表面粗糙度要求较高 Ra1 6 需数控车粗车 半精车 精车才能达到图纸要 求 若用普通设备加工就需要上磨床 Ra1 6 的孔加工则需钻 扩 铰工艺 通槽两壁孔 位有同轴度要求 最好在开通槽前进行孔加工 若采用四轴加工中心则可分两次加工 其次有位置度 对称度 平行度 垂直度等形位公差要求较多 故这类零件非常适合数 控加工 选用三爪自定心卡盘 通用夹具 装夹工件 1 号刀为标准刀 其余各刀都按标准 刀来设置刀具补偿 二 刀具的选择 选择合适的刀具和加工参数 对于金属切削加工能取到事半功倍的效果 反之 在 加工中刀具选择不合理 事倍功半 第第一一章章 数数控控技技术术概概况况 1 1 1 1 数数控控机机床床的的基基本本概概念念 数控技术是数字控制 Numerical Control 技术的简称 它采用数字化信号对被控 制设备进行控制 使其产生各种规定的运动和动作 利用数控技术可以把生产过程用某 中语言编写的程序来描述 将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处 理输出 并控制生产过程中相应的执行程序 从而使生产过程能在无人干预的情况下自 动进行 实现生产过程的自动化 采用数控技术的控制系统称为数控系统 Numerical Control System 根据被控对象的不同 存在多种数控系统 其中产生最早应用最广 泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统 所谓机床数控系统就是以加工机床为控制 对象的数字控制系统 我国数控技术起步于 1958 年 在近 50 年发展历程大致可分为 3 个阶段 第一阶 段从 1958 年到 1979 年 即封闭式发展阶段 在此阶段 由于国外的技术封锁和我国基 础条件的限制 数控技术的发展较为缓慢 第二阶段是在国家的 六五 七五 期间 以及 八五 的前期 即引进技术 消化吸收 初步建立起国产化体系阶段 在此阶段 由于改革开放 国家的重视 研究开发环境和国际环境的改善 我国的数控技术的研究 第 11 页 共 35 页 开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步 第三阶段是在国家的 八五 的后 期和 九五 期间 即实施产业化的研究 进入市场竞争阶段 在此阶段我国国产数控 装备的产业化取得了实质性进步 1 取得的成绩 纵观我国数控技术近 50 年的发展历程 特别是经过四个五年计划的攻关 总体来 看取得了以下成绩 奠定了数控技术发展的基础 基本掌握了现代数控技术 我国现在已基本掌握 了从数控系统 伺服驱动 数控主机 专机及其配套件的基础技术 其中大部分技术已 具备进行商品化开发的基础 部分技术已商品化和产业化 初步形成了数控产业基地在攻关成果和部分技术商品化的基础上 建立了诸如 华中数控 航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂 兰州电机厂 华中数控等 一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂 济南第一机床厂等若干数控主机 生产厂 这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地 建立了一支数控研究 开发 管理人才的基本队伍 2 存在的差距 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步 但也要清醒的认 识到 我国高端数控技术的研究开发 尤其是在产业化方面的技术水平与我国的现实需 求还有较大的差距 虽然从纵向看我国的发展速度很快 但横向比 与国外对比 不仅技 术水平有差距 在某些方面发展速度也有差距 即一些高精尖的技术水平差距有扩大趋 势 与国外水平相比时 我国数控技术水平和产业化水平大致估计如下 1 技术水平比国外先进水平大约落后 10 15 年 在高精尖技术方面则更大 2 产业化水平市场占有率低 品种覆盖面小 还没有形成规模生产 功能部件专业 化生产水平及成套能力较低 外观质量相对较差 可靠性不高 商品化程度不足 数控 系统尚未建立自己的品牌效应 用户信心不足 3 可持续发展的能力对竞争前数控技术的研究开发 工程化能力较弱 数控技术应 用领域拓展力度不强 相关标准规范的研究 制定滞后 3 主要原因分析 1 认识方面对国产数控产业进程的艰巨性 复杂性和长期性的特点认识不足 对我 国数控技术应用水平及能力分析不够 2 体系方面从技术的角度关注数控产业化问题较多 从系统的 产业链的角度综合 考虑数控产业化问题较少 没有建立完整的高质量的配套体系 完善的培训 服务网络 等支撑体系 3 机制方面人才流失 制约了技术及技术路线创新以及产品创新 也制约了规划的 有效实施 4 技术方面企业在技术方面自主创新能力不强 核心技术的工程化能力不强 第 12 页 共 35 页 机床标准落后 水平较低 数控系统新标准研究不够 1 2 数控技术的发展现状 数控技术的发展现状 20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用 计算机及控制技术在机 械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步 自从 1952 年美国第 1 台 数控铣床问世至今已经历了 50 个年头 数控设备包括 车 铣 加工中心 镗 磨 冲 压 电加工以及各类专机 形成庞大的数控制造设备家族 每年全世界的产量有 10 20 万台 产值上百亿美元 世界制造业在 20 世纪末的十几年中经历了几次反复 曾一度几乎快成为夕阳工 业 所以美国人首先提出了要振兴现代制造业 90 年代的全世界数控机床制造业都经过 重大改组 如美国 德国等几大制造商都经过较大变动 从 90 年代初开始已出现明显的 回升 在全世界制造业形成新的技术更新浪潮 如德国机床行业从 2000 年至今已接受 3 个月以后的订货合同 生产任务饱满 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 1995 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 1999 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 从 2000 年 8 月份的上 海数控机床展览会和 2001 年 4 月北京国际机床展览会上 也可以看到多品种产品的繁荣 景象 但也反映了下列问题 1 低技术水平的产品竞争激烈 互相靠压价促销 2 高技术水平 全功能产品主要靠进口 3 配套的高质量功能部件 数控系统附件主要靠进口 4 应用技术水平较低 联网技术没有完全推广使用 5 自行开发能力较差 相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸 合资生产或 进口件组装 数控技术经过 50 年的 2 个阶段和 6 代的发展 第 1 阶段 硬件数控 NC 第 1 代 1952 年的电子管 第 2 代 1959 年晶体管分离元件 第 3 代 1965 年的小规模集成电路 第 13 页 共 35 页 第 2 阶段 软件数控 CNC 第 4 代 1970 年的小型计算机 第 5 代 1974 年的微处理器 第 6 代 1990 年基于个人 PC 机 PC BASEO 第 6 代的系统优点主要有 1 元器件集成度高 可靠性好 性能高 可靠性已可达到 5 万小时以上 2 基于 PC 平台 技术进步快 升级换代容易 3 提供了开放式基础 可供利用的软 硬件资源丰富 使数控功能扩展到很宽的 领域 如 CAD CAM CAPP 连接网卡 声卡 打印机 摄影机等 4 对数控系统生产厂来说 提供了优良的开发环境 简化了硬件 目前 国际上最大的数控系统生产厂是日本 FANUC 公司 1 年生产 5 万套以 上系统 占世界市场约 40 左右 其次是德国的西门子公司约占 15 以上 再次是德海 德汉尔 西班牙发格 意大利菲地亚 法国的 NUM 日本的三菱 安川 国产数控系统厂家主要有华中数控 北京航天机床数控集团 北京凯恩帝 北 京凯奇 沈阳艺天 广州数控 南京新方达 成都广泰等 国产数控生产厂家规模都较 小 年产都还没有超过 300 400 套 近 10 年数控机床为适应加工技术发展 在以下几个技术领域都有巨大进步 1 高速化 由于高速加工技术普及 机床普遍提高各方面速度 车床主轴转速由 3000 4000 min 提高到 8000 10000 min 铣床和加工中心主轴转速由 4000 8000 min 提高到 12000 min 24000 min 40000 min 以上快速移动速度 由过去的 10 20 min 提高到 48 min 60 min 80 min 120 min 在提高速度 的同时要求提高运动部件起动的加速度 其已由过去一般机床的 0 5g 重力加速度 提高 到 1 5 2 最高可达 15 直线电机在机床上开始使用 主轴上大量采用内装式主轴 电机 2 高精度化 数控机床的定位精度已由一般的 0 01 0 02 提高到 0 008 左右 亚微米 级机床达到 0 0005 左右 纳米级机床达到 0 005 0 01 最小分辨率为 1 0 000001 的数控系统和机床已有产品 数控中两轴以上插补技术大大提高 纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达 到 1 的圆度 插补前多程序段预读 大大提高插补质量 并可进行自动拐角处理等 3 复合加工 新结构机床大量出现 第 14 页 共 35 页 如 5 轴 5 面体复合加工机床 5 轴 5 联动加工各类异形零件 也派生出各新颖 的机床结构 包括 6 轴虚拟轴机床 串并联铰链机床等 采用特殊机械结构 数控的特 殊运算方式 特殊编程要求 4 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 如虎添翼 如内冷钻头由于使高 压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑 在钻深孔时大大提高效率 加工钢件切削速 度能达 1000 min 加工铝件能达 5000 min 5 数控机床的开放性和联网管理 已是使用数控机床的基本要求 它不仅是提高 数控机床开动率 生产率的必要手段 而且是企业合理化 最佳化利用这些制造手段的 方法 因此 计算机集成制造 网络制造 异地诊断 虚拟制造 异行工程等等各种新 技术都在数控机床基础上发展起来 这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流 1 1 3 3 数数控控技技术术的的发发展展趋趋势势 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断发展和应用领域的扩大 他对国计民生的一些重要 行业 IT 汽车 轻工 医疗等 的发展起着越来越重要的作用 因为这些行业所需 装备的数字化已是现代发展的大趋势 从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来 看 其主要研究热点有以下几个方面 1 高速 高精加工技术及装备的新趋势 效率 质量是 先进制造技术 的主体 高速 高精加工技 加工准备机床调试程序调试试切加工正式加工检测结束 数控机床工程流程图 术可极大地提高效率 提高产品的质量和档次 缩短生产周期和提高市场竞争能 力 为此日本先端技术研究会将其列为5 大现代制造技术之一 国际生产工程学会 CIRP 将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一 在轿车工业领域 年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 辆 而且多品种加工是 轿车装备必须解决的重点问题之一 在航空和宇航工业领域 其加工的零部件多为薄 壁和薄筋 刚度很差 材料为铝或铝合金 只有在高切削速度和切削力很小的情况下 才能对这些筋 壁进行加工 近来采用大型整体铝合金坯料 掏空 的方法来制造 机翼 机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉 螺钉和其他联结方式拼装 使构件的强度 刚度和可靠性得到提高 这些都对加工装备提出了高速 高精和高柔 性的要求 从 EMO2001 展会情况来看 高速加工中心 进给速度可达 80m min 甚至更 高 空运行速度可达 100m min 左右 目前世界上许多汽车厂 包括我国的上海通用 汽车公司 已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床 美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m min 快速为 100m min 第 15 页 共 35 页 加速度达 2g 主轴转速已达 60000r min 加工一薄壁飞机零件 只用 30min 而同 样的零件在一般高速铣床加工需 3h 在普通铣床加工需 8h 德国 DMG 公司的双主 轴车床的主轴速度及加速度分别达12 000r mm 和 1g 在加工精度方面 近 10 年来 普通级数控机床的加工精度已由10 m 提 高到 5 m 精密级加工中心则从 3 5 m 提高到 1 1 5 m 并且超精密加工精 度已开始进入纳米级 0 01 m 在可靠性方面 国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上 伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上 表现出非常高的可靠性 为了实现高速 高精加工 与之配套的功能部件如电主轴 直线电机得到了 快速的发展 应用领域进一步扩大 1 1 4 4 数控技术的发展特点数控技术的发展特点 1 1 广泛地应用微机资源广泛地应用微机资源 近年来被称为个人计算机 PC 的微型计算机发展很快 大规模集成电路制造技术 的高速发速 使得 PC 的硬件结构做得很小 主 CPU 的运行速度越来越高 IPC386 的主 频是 33MHz IPC486 586 的主频可达 50 120MHz 新近 Intel 奔腾处理器 Pentium 主频已达 450MHz 存储器容量也很大 体积很小 由于是大批量生产 使成本下降 可 靠性提高 在软件方面 操作系统的发展 特别是 Windows 的应用 使得 PC 的操作更为 简便直观 CAD CAM 的软件大量地由小型机 工作站向 PC 移植 三维图显示及工艺数据 库在 PC 上建立 再加上 PC 的开放性 吸引大量技术人员投入了软件的开发 使得 PC 的 软件资源极为丰富 因此 更好地利用 PC 的软 硬件资源 就成为各国数控设备生产厂 发展 CNC 系统十分重要的一种方法 1992 1993 年 首先是在美国及欧洲的一些小型的 数控设备厂推出 例如美国的 ANILAN 公司推出的 1100 1200 1400 系列 意大利 FIDIA 公司的 10 20 30 系列 都采用了 PC 作为基板来开发自己的数控系统 现在连日 本 FANUC 三菱公司 德国的 SIEMENS 公司这些以生产专用 CNC 设备著称的公司 也都 把采用 PC 资源 作为其发展的一个重要方向 他们都强调自己系统的 开放 日本 FANUC 公司把采用 PC 的 CNC 系统称之为开放型 CNC 系统 有 150 160 180 及 210 等系 列 并正发展一种将 FANUC 智能终端 一种与 IBM PC 兼容的平板式计算机 通过高速光 缆与 CNC 装置连接的模式 我国中国珠峰数控公司 八五 攻关成果 中华 型 CME988 也采用 PC 作为主控板 使该系统能充分利用 PC 的资源 跟随 PC 的发展而 升级 2 2 小型化以满足机电一体化的要求 小型化以满足机电一体化的要求 随着微电子技术的发展 大规模集成电路的集成度越来越高 体积越来越小 数控 设备厂采用超大规模集成电路并采用表面安装工艺 SMT 实现了三维立体装配 将整 个 CNC 装置做得很小 以适应机械制造业机电一体化的要求 日本三菱电机株式会社 最近推出的普及型 CNC MELDAS 50 系列及实用型 CNC MELDAS 520A 系列 这两个系列都 采用了 32 位 RISC 微处理器 实现超小型化的 CNC 装置 较原来的 M310 及 L3 L3A 体 第 16 页 共 35 页 积大为减小 H168mm W76mm D135mm 安装面积减小了一半 功能还有所提高 采用 了超薄型显示器 9 5in 的 EL 及 10 4in 的彩色 LCD 这个系统的微小线段加工能力提 升至 64m min 最大快速进给速度为 240m min 其同步攻螺纹精度较 M310 提高了 3 倍 主轴定位时间缩短了 30 3 3 改善人机接口 方便用户使用 改善人机接口 方便用户使用 为了使操作者能很容易地掌握数控机床的操作 数控设备生产厂努力地改善人机接 口 简化编程 尽量采用对话方式 使用户使用方便 如西班牙 FAGOR 公司生产的 FAGOR 8050 系列 采用交互式编辑程序指导系统 简化程序的编辑 用简要的表格编辑 程序 利用蓝图建立程序 其 8050TC 型数控系统 被称为高档傻瓜式数控系统 FAGOR800 系列 CNC 系统 其操作面板使用了符号键 用户可以根据所需加工零件 选择加工程序 输入图形数据后 即可实现半自动或全自动加工 如果面板上的各种自 动操作都没有被选上 则该 CNC 系统只显示坐标轴的位置值和主轴转速 操作者可以用 摇柄或电子手轮对机床的各个轴进行手动操作 使用极为方便 4 4 提高数控系统产品的成套性 提高数控系统产品的成套性 数控系统包括 CNC 装置 主轴及进给伺服驱动装置 以及主轴电动机 进给电动机 和与其相关的检测反馈元件 一个数控系统性能的好坏是与上述各个环节的性能密切相 关的 为了满足机床用户厂的需要 数控设备生产厂都非常重视数控产品的成套性 使 系统的各个环节都能很好地匹配 使用户获得最好的使用效果 5 5 研究开发智能型数控系统 研究开发智能型数控系统 所谓智能型的数控系统 早在 80 年代初期已经开始研究 当时 FANUC 公司推出的 FS15 系列 就称之为 AI 人工智能 CNC 系统 主要是在故障诊断方面采用了专家系统 系统利用所谓的推理软件 根据存储在系统中的知识库的经验 分析及查找故障原因 最近 FANUC 公司又在开展被称为面向 21 世纪的课题 IMS Intelligent Manufacturing Systems 将无缝地 Seamless 把世界范围熟练工人的技术窍门 Know how 组合进 行生产系统中去 随着工业技术发展 要求制造过程更快 更容易 以适应生产需要 一种被称为智 能闭环加工 Intelligent Closed Loop Processes ICLP 技术被采用 这种技术是利 用传感器获得适时的信息 以增强制造者取得最佳产品的能力 6 6 根据市场需要 开发适销对路的数控产品 根据市场需要 开发适销对路的数控产品 高新技术是数控系统发展的一个方向 另一方面开发适销对路的数控产品也是适应 市场发展的需要 我国是发展中国家 经济型数控系统在我国有着广阔的市场 因此 开发性能优良 价钱便宜的数控系统 满足我国市场需要是很有意义的 目前 我国的 经济型数控机床每年需要量约为 8000 10000 台 虽然有几十个厂家在生产 价格也很 便宜 但是多年来技术发展不快 性能及可靠性方面还存在一些问题 不能满足市场的 需求 第 17 页 共 35 页 德国 SIEMENS 公司在我国建立的合资企业 西门子数控 南京 有限公司 在 1997 年推出了 SINUMERIK 802S 这种系统除采用 G 代码编程外 还有图形循环支持功能 通 过软件键来进行转换 采用 15 24cm 6in 彩色液晶显示 并采用两台步进电动机作为 驱动单元 驱动力矩为 3 5 12N m 价格在 3 万元左右 这是西门子公司为占领中国市 场所做的努力 7 7 开发新的数控产品 开发新的数控产品 随着机械加工技术的发展 对数控机床的性能要求越来越高 迫切地需要开发一些 新的机电一体化数控产品来适应及满足这些要求 例如 铝合金材料的大量采用 要求进行高速切削 以实现高的精度及低的表面粗 糙度的要求 数控车床及加工中心主轴转速要求提高到 10000 20000r min 这对采用 传统的机械传动是很难实现的 因此 将电动机的电枢直接与机床的主轴做成一体的 电动主轴 就成为生产中急需的产品 目前 日本的 FANUC 公司 NSK 公司 瑞士 的 IBAG 公司 意大利的 GANFIOR 公司都在开发生产这种新产品 同样 为了实现高速移动 要求开发 直线电动机 用以直接带同样 为了实现 高速移动 要求开发 直线电动机 用以直接带动工作台直线运动 日本 FANUC 公司 生产的直线电动机 移动速度可以达到 100m min 日本的 THK 公司 德国的 INDRAMAT 公司 SIEMENS 公司都在开发及生产这类产品 综上所述 数控技术的发展是与现代计算机技术 电子技术发展同步的 同时也是 根据生产发展的需要而发展的 现在数控技术已经成熟 发展将更深更广更快 未来的 CNC 系统将会使机械更好用 更便宜 第第二二章章 结结构构及及毛毛坯坯分分析析 2 2 1 1 毛毛坯坯分分析析 毛坯外形尺寸符合要求 且材料为铸造件 并符合尺寸与表面粗糙度值要求材料为 HT200 2 2 2 2 完完整整性性分分析析 轴套类零件比轴类零件复杂 不是紧用车床就能加工 加工难度较大 且零件的 形位公差要求较多 装夹方式均可采用三抓卡盘进行装夹定位 由于零件形状复杂一 般采用铸造件 是数控加工中的典型类别 用于承担扭曲和弯曲力 承担来自各方 面的力 所以要求有足够的刚性 耐磨 抗震等 就本设计中的轴套零件而言 零件的完整性是可以肯定的 包括了零件的材料及 第 18 页 共 35 页 完整的零件图 完整的零件尺寸和技术要求 表面粗糙度要求 形位公差要求等 有了完整的零件图及要求 我们才能采用合适的设备加工出完整可用的零件 否 则我们的加工就没有意义了 2 2 3 3 正正确确性性分分析析 零件加工到成品时其要达到预期效果 而往往因为各方面的原因 零件的精度受 到影响 所以零件的正确性在各因素条件都达到的时候才能做到 通过工艺调整使零 件达到工艺要求是设计内容的重要 组成部分 主要分析了零件的尺寸是否合适 能否在我们现有设备行程内加工 其次是分 析零件材料的正确性 零件的材料决定了我们选用设备的功率 设备的刚性以及我们 所使用的刀具和工艺参数等 在此我们分析了零件的技术要求及行为公差 尺寸公差 要求 以方便我们工艺方案的确定 以及工艺参数的选用 最后零件的表面粗糙度也 要分析 这样我们才能正确的选用刀具及工艺参数和工艺方案 第三章第三章 轴套类零件的数控加工工艺轴套类零件的数控加工工艺 3 13 1 零件图的工艺分析零件图的工艺分析 一一 结结构构工工艺艺分分析析 从零件结构上看 该零件由外圆柱面 平面 圆弧 螺纹 键槽等表面所组成 轴套类零件较复杂 都适合车削加工 另外 该零件的尺寸标注完整 轮廓描述清楚 且尺寸标注都有利 于定位基准和编程原点的统一 符合数控加工尺寸标注的要求 第 19 页 共 35 页 二二 精精度度及及技技术术要要求求分分析析 1 尺寸精度 从尺寸上看 此零件 85mm 80mm 2 10H7 10 通槽 20H8 等五处加工精 度要求较高 其轴 孔有较高的配合精度要求 都需仔细对刀和认真调整机床 两 处配合外圆和几处配合孔的表面粗糙度要求较高 需注意选用刀具及合适的工艺参数 2 外置精度 该零件的外置精度要求较多 分别有1 20H8 的中心要素关于 70 的中心要素 的对称度要求为 0 05mm 2 2 55H10 的中心要素同轴度要求 0 02mm 切相对于 20H8 通槽的壁垂直度要求 0 1mm 3 键槽尺寸 8 的两壁面平行度要求 0 05mm 4 85mm 80mm 外圆面相对于 70 中心要素的跳动量小于 0 02mm 5 3 孔相对于 基准 DCK 位置度小于 0 1mm 6 尺寸 39 处端面相对于基准 C 跳动量小于 0 02mm 上端面相对于 H0 02mm 70 相对于 B0 05mm 3 表面粗糙度 两处配合外圆和几处配合孔的表面粗糙度要求较高Ra1 6 需注意选用刀具及 合适的工艺参数 其余有五处 Ra3 2 的粗糙度要求 Ra3 2 可直接用铣达到要求 第 20 页 共 35 页 其余要求为 Ra6 3 对于数控加工来说算是要求较低的 没有挑战 随便保证 三三 毛毛坯坯的的确确定定 由于该零件精度较高 零件外形较为复杂 且零件材料为 HT200 故采用铸造件 毛坯结构复杂 材料的加工性能较好 其毛坯外形尺寸为143mm 124mm 的铸件 由于零件毛坯是铸造件 故改零件在机械加工前应有时效热处理 去除材料在铸造 过程中的内应力 减少零件 在加工过程中应力释放产生的变形 影响加工精度 综上所述采取以下几点工艺措施 1 零件图样上有几处配合尺寸其 公差值较小 故 编程时不能要采用平均值 而 全部需尺寸换算按实际尺寸的中值进行编程加工 刀具半径补偿值必须用对刀仪测量 好 3 33 3 装装 夹夹 方方 案案 的的 确确 定定 铣键槽夹具模型如图 次工序可在普通铣床上完成 此夹具设计初衷是由于键槽加工必须放在车 数 铣工序之后 等有了精基准之后才能完成的 但是键槽的铣削过程并不复杂 和键槽 的要求也不是太高 所以设计出一套夹具在普通铣床上就能完成其加工 这样既经济 也提高了工作效率 挡板为轴向定位 V 形块为径向定位 通槽定位块为角度定位 这样在普通设备上就能方便快捷的进行键槽的加工了 对刀能在中间的小方块上完 成 第 21 页 共 35 页 一一 零件的装夹零件的装夹 本零件毛坯为铸造件 用三爪自定心卡盘夹紧加工出右端面内外轮廓 左端外圆表 面不加工 且零件右端外圆表面有较高的尺寸精度 故在第一次装夹中应打表找正 尽 量保证零件外圆跳动能在 0 1mm 以内 第一次装夹 第 22 页 共 35 页 掉头后装夹 数铣加工螺纹孔和 10mm 配合孔氏也采用这种装夹方式 铣通槽及台阶孔的装夹方案如下图 第 23 页 共 35 页 铣键槽装夹方案 插花键槽装夹方案 第 24 页 共 35 页 3 43 4 确确 定定 加加 工工 顺顺 序序 及及 走走 刀刀 路路 线线 数控加工中 进给路线对零件的加工精度 表面质量以及加工效率有着直接影响 因此 确定好的进给路线是保证数控加工精度 表面质量 提高效率的工艺措施之一 其确定与工件表面状况要求的零件表面质量 机床进给机构间隙 刀具耐用度以及零件 轮廓形状有关 由于该零件较复杂 加工部位较多 因而需采用多把刀具才能完成切削加工 制定 零件数控加工顺序时可按有粗到精 由近到远 内外交叉 刀具集中的原则确定 尽可 能在一次装夹中加工出较多的工件表面 零件具体的加工顺序和进给路线确定如下 一一 套筒零件的加工顺序及进给路线套筒零件的加工顺序及进给路线 说明 在接下来的加工顺序及进给线路的确定中相同颜色 代表一把刀具完成的 且刀具号从一号开始依次递增 如用黄色标记的面表示都是用 4 号刀具和四号刀具补偿完成的加工 且加工顺序分别从一号刀开始递增 第 25 页 共 35 页 1 2 第 26 页 共 35 页 3 4 5 铣键槽 第 27 页 共 35 页 6 插花槽 3 53 5 夹夹 具具 及及 量量 具具 的的 选选 择择 1 1 夹具的选择 夹具的选择 在零件工艺分析中 已确定零件机床加工部分和加工时用的定位基准只需适合的夹 具即可 这里选用的三爪自定心卡盘 如下图 2 量具的选择 量具的选择 量具的选择应考虑与被测工件的外形 位置 被测尺寸的大小 尺寸公差相适应 每份量具一把 或一套 其选择如下 游标卡尺 0 150mm 测量具轮廓的基本尺寸 外径千分尺 75 100mm 测量凸台的基本尺寸 内径千分尺 25 50mm 50 75mm 测量孔的直径 3 63 6 刀刀 具具 的的 选选 择择 刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一 刀具选择合理与否不仅影响机 床的加工效率 而且还直接影响加工质量 1 钻孔的刀具钻孔的刀具 钻孔的刀具较多 有普通麻花钻 可转位浅孔钻及扁钻 应根据工件材料 加工尺 寸及加工质量要求等合理选用 在数控车床上钻孔 大多采用麻花钻 麻花钻有高速钢 和硬质合金钢两种 这里选用 中心钻 直径 5mm 的中心钻 钻头 9 5mm 5mm 第 28 页 共 35 页 3mm 10 2mm 麻花钻 2 2 粗车外圆刀粗车外圆刀 90 硬质合金外圆车刀 刀尖圆弧半径 0 2mm 3 3 切刀切刀 宽 3mm 宽 5 mm 内切槽刀 镗刀的种类很多 按切削刃数量可分为単刃镗刀和双刃镗刀 单刃镗刀刚性差 切削时易引起振动 所以镗刀的主偏角选得较大 以减小径向力 粗镗钢件孔时 Kr 60 75 以提高刀具的耐用度 单刃镗刀结构简单 适应较广 粗精加工都适用 故选用单刃镗刀 粗精镗内孔表面 刀片 55 带 R0 2mm 圆弧刃的菱形刀片 如 图 9 5 5 铣刀铣刀 16mm 硬质合金铣刀 8mm 键槽铣刀 6 6 插刀插刀 3 73 7 切切 削削 用用 量量 的的 选选 择择 数控加工中的切削用量包括 背吃刀量 切削速度 主轴转速 进给速度或进给量 切削用量的大小对切削力 切削功率 刀具磨损 加工质量和加工成本均有显著影响 对不同的加工方法 需选择不同的切削用量 并编入程序中 切削用量的选择原则 粗加工时一般以提高生产效率为主 但也考虑经济型和加工 成本 半精加工和精加工时应在保证该加工质量的前提下兼顾切削效率 经济型和加工 第 29 页 共 35 页 成本具体参数根据机床说明书和切削用量手册 一一 背吃刀量背吃刀量 背吃刀量的选择主要由于对表面质量的要求来决定 在工艺系统刚性及机床允许的 条件下 进可能选取较大的背吃刀量 由于该零件精度要求较高 则应适当留出精车余 量 常取 0 1 0 5mm 背吃刀量的选取参数如下 1 粗车外圆时取 1 2mm 2 精车镗内外表面时取 0 5mm 3 粗镗内孔取 1mm 4 钻中心孔取 2 5mm 5 钻孔时取 10mm 6 铣刀粗加工 3mm 精加工留 0 5mm 7 键槽铣刀 1 0mm 二二 切削速度切削速度 切削速度根据零件上被加工部位的直径值 并按连接和刀具的材料及加工性质等条 件所允许的切削速度来确定 选取数值如下 1 粗车镗内外表面时主轴转速 S 600r min f 0 2mm r 2 钻中心孔时主轴转速 S 600r min 3 钻孔时的主轴转速 S 300r min 4 精车外圆时的主轴转速 S 1100r min f 0 1mm r 5 精镗内孔时的主轴转速 S 800r min f 0 1mm r 6 切槽时的主轴转速 S 500r min f 1 5mm r 7 内外螺纹车削时的主轴转速 由公式 n 1200 p k 得 n 1200 1 5 80 720r min 8 铣通槽时粗加 S 1300 r min f 500mm min 精加工 S 2000 r min f 400mm min 9 铣键槽见普通设备上的变速手柄合适调整 考虑到机床刚性及其他原因取 n 500r min 即 s 500r min f 1 5 三三 进给速度进给速度 第 30 页 共 35 页 进给速度的原则是当工件的质量要求能得到保证时 可选择较高的进给速度 切断 加工深孔和精车时选择较低的进给速度 进给速度应与主轴转速及背吃刀量相适应 根 据以上主轴转速与背吃刀量相适应 根据以上主轴转速与背吃刀量的选择 可确定进给 速度 进给速度 Vf 是切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度 它与转速 n 进 给量 f 之间的关系为 Vf f n 由上式可得出 1 粗车镗内外圆表面是的进给速度 Vf 600r min 0 2mm r 120mm min 2 精车外圆时的进给速度 Vf 1100r min 0 1mm r 110mm min 3 精镗内孔时的进给速度 Vf 800r min 0 1mm r 80mm min 二二 数控加工刀具卡数控加工刀具卡 产品名称和代 号 数控车工工艺分析案例零件名称零件图号 序 号 刀 具 刀具名称材料 直径 mm 数 量 刀具 半径 mm 备 注 11外圆车刀90 硬质合金10 4 22切刀硬质合金5mm1 33切刀60 硬质合金3mm3mm1 44镗刀55 硬质合金10 4 55 16 铣刀60 硬质合金1 66 5mm 中心钻硬质合金1 77各类大小直 柄麻花钻 硬质合金1 88M6 丝锥高速钢1 第 31 页 共 35 页 99M12 1 25 丝 锥 高速钢1 1010键槽铣刀硬质合金 8mm1 第四章第四