数控车毕业设计

1、目 录绪 论 . 1 第 1章 本课题研究的结构模式 . 21.1本课题研究的意义 . . 22.1本课题目前的现状 . . 23.1本课题的研究所达到的目标 . 54.1完成本课题可行性分析 . 6 第 2章 零件的基本结构及加工表面分析 . 11 2.1件 1基本机构及表面分析 . 12 2.2件 2基本机构及表面分析 . 14 第 3章 零件的材料分析以及毛坯分析 . 15 3.1轴类零件的选材要求 . 15 3.2毛坯材料的分析 . . 15 第 4章 数控设备的特点及其选用 . 16 4.1 SIEMENS:. 17 4.2 HNC世纪星:. . 17 4.3 FANUC:. 18

2、第 5章 零件的整个加工工艺过程 . 19 5.1零件加工工艺过程 . . 19 5.3件 1加工程序 . 22 5.4件 2加工程序 . 25 参 考 文 献 . 28绪 论机械制造业是国民经济的支柱产业,没有发达的制造业,就不可能有国家的真正繁荣 和富强。提高加工效率、 降低生产成本、 提高加工质快速更换产品,是机械制造业竞争和发 展的基础,也是机械制造业技术水平的标志。从国际范围来看,制造业遵循着“劳动密集、设备密集、信息密集、知识密集”的轨 迹,并正在经历着从信息集成走向知识集成的新的发展阶段,其对市场的响应时间将成为 21世纪企业赢得竞争优势的最主要因素。所以,以制造过程的知识融合为

3、基础、以数字化 建模仿真与优化为特征的“数字化制造”正成为制造技术发展的重要领域。20世纪 50年代第一台数控车床的出现,使制造技术的发展出现了日新月异的局面。 特别是近 20年来,随着计算机技术、信息技术等高科技的发展,制造业也发生了革命性的 变化。 数控技术在现代企业的大量应用, 使制造业技术正朝着数字化的方向迈进, 出现了以 信息驱动的现代制造技术, 其核心就是数控加工设备代替了传统的加工设备。 与此同时, 数 控技术正在朝着高精度、 高速度、 高柔性、 高可靠性以及复合化 (工序复合化, 功能复合化 发方向发展。第 1章 本课题研究的结构模式1.1本课题研究的意义制造业是国民经济和社会

4、发展的物质基础, 是一个国家综合国力 的重要体现。 随着技术的高速发展, 传统的制造业也开始了根本性变 革,各发达国家投入巨资, 对制造技术进行开发,提出了全新的制造 模式。在现代制造系统中,数控技术是关键技术,它集微、计算机、 信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高 效率、柔性自动化等优点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能 化起着举足轻重的作用。 数控技术正在发生根本性变革, 由专用型封 闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。 在 集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化的基础 上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经等多学术,数控

5、系统实 现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿 各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上, CAD/CAM与数控系统集成为一体,机床联网,实现了中央集中控制的 群控加工。2.1本课题目前的现状已经形成一定规模,产品技术性能指标较为成熟,价格合理, 在国际市场上具有一定的竞争力。 我国数控机床行业所掌握的 五轴联动数控技术较成熟,并已有成熟产品走向市场。同时, 我国也已进人世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机 床生产国的行列。 我国现有数控机床生产厂家 100多家, 生产 数控产品几千种以上。 产品主要分为经济型、 普及型和高档型 三种类型。在 CIMT

6、2003上,中国内地共展出机床 700多台, 在 600多台金属切削机床和近 100台金属成形机床展品中, 数 控机床分别占 75%和 54%。这既体现了中国机床市场的需求 趋势,也反映了中国在数控机床产业化方面取得了突破性进 展。 虽然我国在数控产品的研究开发生产各方面有了较大的进 步, 但目前我国占据市场的产品主要集中在经济型产品上, 而 在中档、高档产品上市场比例仍然很小,与国外一些先进产 品相比,在可靠性、稳定性、速度和精度等方面均存在较大 差距。 与发达国家相比, 我国数控机床行业在信息化技术应用 上仍然存在很多不足。其主要表现在以下三个方面: 信息化技术基础薄弱,对国外技术依存度高

7、。我国数控 机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱, 信息化技术应用 程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术, 对国外技术的依存度较高, 对引进技术的消化仍停留在掌握已有 技术和提高国产化率上, 没有上升到形成产品自主开发能力和技 术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的商 l 生能数控机床基本上还依赖进口。 产品成熟度较低,可靠性不高。国外数控系统平均无故 障时问在 10000h 以上,国内自主开发的数控系统仅 3000 5000h ; 整机平均无故障工作时间国外达 800h 以上, 国内最好只 有 300h 。 创新能力低,市场竞争力不强。我国生

8、产数控机床的企 业虽达百余家, 但大多数未能形成规模生产, 信息化技术利用不 足,创新能力低,制造成本高,产品市场竞争能力不强。3.1本课题的研究所达到的目标通过对数控机床 、 数控加工编程与操作 、 数控特种加工技 术 、 机械制造基础 、 机床电器控制 、 数控机床故障诊断及维护 、 金属切削加工方法与设备 、 公差配合与测量技术 、 机械加工工 艺基础 、 机床电气控制等,书籍的学习与思考从而能够:4.1完成本课题可行性分析在此次零件的分析与加工中,是传统的工艺分析方法;在以后的 数控未来发展趋势上将大大的改变现在目前这种状况, 数控技术以后 将要向:1. 高速高精度化 速度、 精度和效

9、率是机械制造技术的关键性能指 标。由于采用了高速 CPU 芯片、 RISC 芯片、多 CPU 控制系统以及 带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改 善机床动态、静态特性等有效措施,机床的高速高精高效化已大 大提高。2. 柔性化 包含两方面:数控系统本身的柔性, 数控系统采用模块 化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求; 群控系统的柔性,同一群控系统能依据不同生产流程的要求,使物 料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的 效能。3. 工艺复合性和多轴化 以减少工序、 辅助时间为主要目的的复合 加工,正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床

10、的工艺 复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转 主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。数 控技术轴,西门子 880系统控制轴数可达 24轴。4. 实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境, 其 作用是如何调度任务, 以确保任务在规定期限内完成。 而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今 天,实时系统和人工智能相互结合,人工智能正向着具有实时响应 的、更现实的领域发展,而实时系统也朝着具有智能行为的、更加 复杂的应用发展,由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控 技术领域,实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展:自

11、适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前 馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系 统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,在高 速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功 能,在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制,使数控 系统的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的目的。1. 用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接 口。由于不同用户对界面的要求不同,因而开发用户界面的工 作量极大, 用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。 当前 INTERNET 、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也 对用户界

12、面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专 业用户的使用,人们可以通过窗口和菜单进行操作,便于蓝图 编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图 形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能 的实现。2. 科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释 数据,使信息交流不再局限于用文字和语言表达,而可以直接使 用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相 结合, 进一步拓宽了应用领域, 如无图纸设计、 虚拟样机技术等, 这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要 意义。在 数控技术 领域,可视化技术可用于 CAD/CAM,如自动编 程设

13、计、参数自动设定、刀具补偿刀具管理数据的动态处理和显 示以及加工过程的可视化仿真演示等。3. 插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、 圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、 2D+2螺 旋插补、 NANO 插补、 NURBS 插补 (非均匀有理 B 样条插补 、样条 插补 (A、 B 、 C 样条 、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、 垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度 相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算 的刀具半径补偿等。4. 内装高性能 PLC 数控系统内装高性能 PLC 控制模块,可直接用 梯形图或高级语言编程

14、,具有直观的在线调试和在线帮助功能。 编程工具中包含用于车床铣床的标准 PLC 用户程序实例,用户可 在标准 PLC 用户程序基础上进行编辑修改,从而方便地建立自己 的应用程序。5. 多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一 体, 使计算机具有综合处理声音、 文字、 图像和视频信息的能力。在数控技术领域,应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智 能化,在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参 数监测等方面有着重大的应用价值。1. 集成化 采用高度集成化 CPU 、 RISC 芯片和大规模可编程 集 成电路 FPGA 、 EPLD 、 CPLD 以及专用集成电路 ASIC

15、 芯片,可提高 数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 FPD 平板显示技术, 可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积 小、 功耗低、 便于携带等优点, 可实现超大尺寸显示, 成为和 CRT 抗衡的新兴显示技术, 是 21世纪显示技术的主流。 应用先进封装 和互连技术,将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成 电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格,改进性能,减 小组件尺寸,提高系统的可靠性。2. 模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。 根据不同的功能需求,将基本模块,如 CPU 、存储器、位置伺服、 PLC 输入输出接口、通讯等模块,作成标准的系列化产

16、品,通过 积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减,构成不同档次的数控 系统。3. 网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联 网,可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运 行,不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。4. 通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模 块化、开放式、嵌入式体系结构,便于裁剪、扩展和升级,可组 成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模 式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式 提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作 用的复杂过程,包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和 热变

17、形等各种变化因素,因此,要实现加工过程的多目标优化, 必须采用多变量的闭环控制,在实时加工过程中动态调整加工过 程变量。 加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式, 易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、 CAD/CAM、 伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿 真等高新技术融于一体,构成严密的制造过程闭环控制体系,从 而实现集成化、智能化、网络化。为了适应以后时代的发展,机械行业的进步,很有可行性。 当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构 的、智能化新一代 PCNC 数控系统已成为可能。 智能化新一代 PCNC 数控系统将计算机智能技术、网

18、络技术、 CAD/CAM、伺服控制、自适 应控制、 动态数据管理及动态刀具补偿、 动态仿真等高新技术融于一 体,形成严密的制造过程闭环控制体系。第 2章 零件的基本结构及加工表面分析 在选择并决定数控加工零件及其加工内容后, 应对零件的数控加 工工艺性进行全面、认真、仔细的分析。 图 2-1 双头配合件该零件是由两个零件组成的双头配合件如图 2-1 。件 1如图 2-2 表面由圆柱面、圆锥面、顺圆弧、逆圆弧、槽、外螺纹和抛物 线组成的特殊曲面等表面组成; 件 2 如图 2-3 表面由圆柱面、内 锥面、内螺纹、圆弧等表面组成。螺纹的精度等级分为三级:S 、 N 、 L ;本图中螺纹的精度等级属于

19、中等级 N 。未规定其表面粗糙度的地 方表面 Ra 的最大允许值为 3.2m 。 其中有多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求;圆柱面 20 0-0.033、 36±0.012、 46 0-0.025的尺寸公差还兼有控制该零件 (线 轮廓误差的作用。 图 2-2 件 12.1件 1基本机构及表面分析抛物线:根据抛物线方程:Z=-X2/10计算出各个基点的坐标值,利用 宏变量来完成抛物线的加工。 在加工中应考虑到刀具半径补 偿, 从而能够准确的控制其精度, 此抛物线在其中起到了定 心的作用。外圆柱面:20 0-0.033,它的公差值在 00.033之间, 其中最大的尺寸为 20

20、, 最小极限尺寸为 19.967它的 公差等级为 h7。表面 Ra 的最大允许值为 1.6m 。槽:23,宽为 5的退刀槽,公差等级为 h12。对槽的尺寸要求 较低,此槽的作用是切削(M27³1.5-6g 螺纹时方便退刀。 螺 纹:M27³1.5-6g ,由 已知 条件计算 出螺 纹大 径d =27-0.1³1.5=26.85,小径d 1=d-1.3³1.5=25.05,中径 d 2=d-0.6495³外圆柱面:36±0.012,它的公差值在-0.012+0.012之间, 其中最大的尺寸为 36+0.012,最小的尺寸为 36-0.0

21、12, 它的公差等级为 h8h9, 尺寸要求较高 , 表面粗 糙度 Ra 的最大允许值为 1.6m 。此圆柱面的被作为掉头 加工的基准面。圆锥:29.7, 1:5的锥度 . 表面粗糙度 Ra 的最大允许值为 1.6m . 锥面配合要求较高, 在加工时要加刀补 G42、 G41带入其中, 并能做到无间隙进行多次配合、 装卸, 仍能保持精确的定位作 用。根据计算得出圆锥的最高点的坐标值为 34.2 . 圆弧:半径为 R6的圆弧与圆锥 29.7相切。因为外圆弧要与内 圆弧进行配合,也要带入刀补 G42、 G41,具有较高的难度, 且不好测量。内孔:24+0.033,它的公差等级 h12,对于内孔的加

22、工需 要较高的表面质量,亦不好测量。 图 2-3 件(22.2件 2基本机构及表面分析圆弧:半径为 R6的圆弧与圆锥 29.7相切,还要进行配合,零 件的表面质量还要得到保证,具有较高的难度,且不好测量。 圆锥:29.6, 1:5的锥度,根据计算得出圆锥的最高点的坐标 值为 34.2锥面配合要求较高,并能做到无间隙进行多次 配合、装卸,仍能保持精确的定位作用。内螺纹: M27³1.5-6H , 要与件 1 相旋合, 大径 d =d-1.3³1.5=25.05, 小径d 1=27-0.1³1.5=26.85这些都与螺纹的螺距误差、牙 型半角误差都有直接的影响。 配合

23、的质量, 只要取决与牙型 角、螺距和中径的精度。外圆柱面:46 0+0.025,它的公差值在 00.025之间,其 中最大尺寸为 46.025,最小尺寸为 46,表面粗糙 度 Ra 的最大允许值为 1.6m, 其表面质量要求较高 。 由于件 2是一个通孔类零件,在生产加工中不能夹的过紧,还要 保持其没有夹伤。第 3章 零件的材料分析以及毛坯分析3.1轴类零件的选材要求为了减少应力集中效应和缺口敏感性 , 防止轴在工作中的突然断 裂 , 需要轴有:(1强度和塑性、韧性,有良好的配合 ;(2高的疲劳强 度 , 防止疲劳断裂 ;(3良好的耐磨性 , 防止轴颈磨损。因此 , 为了兼顾 强度和韧性 ,

24、同时考虑疲劳抗力 , 轴一般用中碳钢或中碳钢合金结构 调质钢 (主要有 45,40Cr,40MnB,30CrMnSi 等 制造。综合以上分析 , 输出轴可以选择 45#钢。零件的材料为 45#钢, 切削加工性能较好, 无热处理和硬度要求。 3.2毛坯材料的分析毛坯尺寸的选择是根据零件图的尺寸而定的, 通常我们选择毛坯 是比实际长 4,宽 2的尺寸来选择毛坯的。那这样件 1如图的 实际最大尺寸为 46³97,那么件 1毛坯的尺寸我们可以划分到 50³105;由此类推,件 2如图毛坯的尺寸我们可以化分为 50³50。第 4章 数控设备的特点及其选用目前世界最大的三家厂

25、商是:日本发那克、德国西门子、日本三 菱;其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控 等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统 全都是进口。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。我国目前各种门类的数控机床都能生产, 水平参差不齐, 有的是 世界水平,有的比国外落后 10-15年,但如果国家支持,追赶起来 也不是什么问题,例如:去年,沈阳机床集团收购了德国西思机床公 司,意义很大,如果大力消化技术,可以缩短不少差距。大连机床公 司也从德国引进了不少先进技术。 上海一家企业购

26、买日本著名的机床 制造商池贝。近几年随着中国制造的崛起,欧洲不少企业倒闭或者被兼并,如 马毫、斯滨纳等。日本经济不景气,有不少在 80年代很出名的机床 制造商倒闭,例如:新泻铁工所。数控机床已经成为现代化生产线上必不可少的加工设备, 因此它必须 能够长期无故障地连续运行在恶劣的 环境中。为了能够达到这一要 求 , 作为数控机床的控制核心 -数控系统必须具有很高的可靠性。4.1 SIEMENS:SIEMENS 公司的数控装置采用模块化结构设计, 经济性好, 在一 种标准硬件上,配置多种软件,使它具有多种工艺类型,满足各种机 床的需要,并成为系列产品。随着微电子技术的发展,越来越多地采 用大规模集

27、成电路 (LSI,表面安装器件 (SMC及应用先进加工工艺, 所以新的系统结构更为紧凑,性能更强,价格更低。采用 SIMATICS 系列可编程控制器或集成式可编程控制器,用 SYEP 编程语言,具有 丰富的人机对话功能,具有多种语言的显示。4.2 HNC世纪星:21世纪的新一代数控系统 华中 -2000型数控系统 (HNC-2000 是在国家八²五科技攻关重大科技成果 -华中 I 型 (HNC-1高性能 数控系统的基础上开发的高档数控系统。 该系统采用通用工业 PC 机、 TFT 真彩色液晶显示器,具有多轴多通道控制能力和内装式 PLC ,可 与多种伺服驱动单元配套使用。 具有开放性

28、好、 结构紧凑、 集成度高、 可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的优点,是适合中国国情的 新一代高性能、 高档数控系统。 处于国际领先水平的曲面直接插补技 术将目前 CNC 上的简单直线 , 圆弧差补功能提高到曲面轮廓的直接 控制,可实现高速、高效和高精度的复杂曲面加工。采用汉字用户界 面, 提供完善的在线帮助功能, 具有三维仿真校验和加工过程图形动 态跟踪功能,图形显示形象直观。4.3 FANUC:1 系统在设计中大量采用模块化结构。 这种结构易于拆装 , 各个控制 板高度集成 , 使可靠性有很大提高 , 而且便于维修、更换。 FANUC Oi 系统更进一步提高了集成度 , 在继承 0 系统的基础上 , 还集成了 FROM 和 SRAM 模块、 PMC 模块存储器和伺服模块 , 从而将