机械制造与自动化专业毕业论文.docx

摘要数控英文名字简称技术是指用数字文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一数控车床主要用于加工轴类盘类等回转体零件通过数控加工程序的运行可自动完成内外圆柱面圆锥面成形表面螺纹和端面等工序的切削加工并能进行车槽钻孔扩孔铰孔等工作数控车床种类较多但主体结构都是由车床主体数控装置伺服系统三大部分组成编程就是将加工零件的加工顺序刀具运动轨迹的尺寸数据工艺参数主运动和进给运动速度切削深度以及辅助操作换刀主轴正反转冷却液开关刀具夹紧松开等加工信息用规定的文字数字符号组成的代码按一定格式编写成加工程序数控机床程序编制过程主要包括分析零件图纸工艺处理数学处理编写零件程序程序校验机床夹具的种类很多按使用机床类型分类可分为车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具加工中心夹具和其他夹具等按驱动夹具工作的动力源分类可分为手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具磁力夹具和自夹紧夹具等关键词数控车床编程加工目录摘要目录一引言二数控概述三数控加工工艺分析数控加工工艺概念数控加工工艺内容工序与工布的划分四数控编程方法数控编程的基本概念数控编程步骤数控车床程序的编制五数控刀具的选用数控机床的刀具特点刀具材料数控刀具的选择切屑用量的选择六夹具选择和装夹夹具的分类工件在数控车床上的装夹七零件加工编程实例零件的工艺分析确定加工路线制定加工方案选择刀具及对刀确定工件坐标系对刀点和换刀点八结论参考文献12一引言数控技术是先进制造技术的基础它是综合应用了计算机自动控制电气传动自动检测精密机械制造和管理信息等技术而发展起来的高新科技作为数控加工的主体设备数控机床是典型的机电一体化产品数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平随着现代化科学技术的迅速发展制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志本文主要讨论数控车床的零件加工工艺以及程序编制主要以数控系统为例结合典型零件对数控车零件进行讲解主要内容有关于数控车床的编程方法编程的注意事项加工工艺分析刀具的选用刀位轨迹计算二数控概述一数控机床简介数控机床是数字控制机床的简称是一种装有程序控制系统的自动化机床该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序并将其译码从而使机床动作并加工零件数控机床种类繁多由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工具有高精度高效率高柔性化等综合特点适合中小批量形状复杂零件的多品种多规格生产二数控机床特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成它是数控机床的大脑与普通机床相比数控机床有如下特点加工精度高具有稳定的加工质量可进行多坐标的联动能加工形状复杂的零件加工零件改变时一般只需要更改数控程序可节省生产准备时间机床本身的精度高刚性大可选择有利的加工用量生产率高一般为普通机床的倍机床自动化程度高可以减轻劳动强度对操作人员的素质要求较高对维修人员的技术要求更高三数控机床的组成数控机床一般由下列几个部分组成3主机他是数控机床的主题包括机床身立柱主轴进给机构等机械部件他是用于完成各种切削加工的机械部件数控机床数控装置是数控机床的核心包括硬件印刷电路板显示器键盒纸带阅读机等以及相应的软件用于输入数字化的零件程序并完成输入信息的存储数据的变换插补运算以及实现各种控制功能驱动装置他是数控机床执行机构的驱动部件包括主轴驱动单元进给单元主轴电机及进给电机等他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动当几个进给联动时可以完成定位直线平面曲线和空间曲线的加工辅助装置指数控机床的一些必要的配套部件用以保证数控机床的运行如冷却排屑润滑照明监测等它包括液压和气动装置排屑装置交换工作台数控转台和数控分度头还包括刀具及监控检测装置等编程及其他附属设备可用来在机外进行零件的程序编制存储等四数控机床发展趋势高速精密复合智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势近几年来在实用化和产业化等方面取得可喜成绩主要表现在以下方面机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步复合加工技术日趋成熟包括铣车复合车铣复合车镗钻齿轮加工等复合车磨复合成形复合加工特种复合加工等复合加工的精度和效率大大提高一台机床就是一个加工厂一次装卡完全加工等理念正在被更多人接受复合加工机床发展正呈现多样化的态势智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破在数控系统的性能上得到了较多体现如自动调整干涉防碰撞功能断电后工件自动退出安全区断电保护功能加工零件检测和自动补偿学习功能高精度加工零件智能化参数选用功能加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段智能化提升了机床的功能和品质机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用使得柔性线更加灵活功能进一步扩展柔性线进一步缩短效率更高机器人与加工中心车铣复合机床磨床齿轮加工机床工具磨床电加工机床锯床冲压机床激光加工机床水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用4精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级提升到目前的微米级有些品种已达到左右超精密数控机床的微细切削和磨削加工精度可稳定达到左右形状精度可达左右采用光电化学等能源的特种加工精度可达到纳米级通过机床结构设计优化机床零部件的超精加工和精密装配采用高精度的全闭环控制及温度振动等动态误差补偿技术提高机床加工的几何精度降低形位误差表面粗糙度等从而进入亚微米纳米级超精加工时代功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度高精度大功率和智能化方向发展并取得成熟的应用全数字交流伺服电机和驱动装置高技术含量的电主轴力矩电机直线电机高性能的直线滚动组件高精度主轴单元等功能部件推广应用极大的提高数控机床的技术水平三数控加工工艺分析数控加工工艺概念数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和应用于整个数控加工工艺过程中数控加工工艺是伴随着数控机床的产生发展而逐步完善起来的一种应用技术它是人们大量数控加工实践的经验总结数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状尺寸表面位置表面状态等使其成为成品或半成品的过程数控加工工艺内容选择并确定进行数控加工的内容对零件图样进行数控加工工艺分析零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定数控加工工艺方案的制定工步进给路线的确定选择数控机床的类型5刀具夹具量具的选择和设计切削参数的确定加工程序的编写校验与修改首件试切加工与现场问题处理工序与工布的划分工序的划分在数控机床上加工零件工序可以比较集中在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序首先应根据图样考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作若不能则应决定其中那一部分在数控机床上加工那一部分在其他机床上完成一般工序划分有以下几种方式按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同各加工表面的技术要求也有所不同故加工时其定位方式则各有差异一般加工外形时以内形定位加工内形时又以外形定位因而可根据定位方式的不同来划分工序按粗精加工划分工序根据零件的加工精度刚度和变形等因素来划分工序时可按粗精加工分开的原则来划分工序即先粗加工再精加工此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工通常在一次安装中不允许将零件某一部分表面加工完毕后再加工零件的其他表面按所用刀具划分工序为了减少换刀次数压缩空程时间减少不必要的定位误差可按刀具集中工序的方法加工零件即在一次装夹中尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位然后再换另一把刀加工其他部位在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量对不同的表面进行加工为了便于分析和描述较复杂的工序在工序内又细分为工步同一表面按粗加工半精加工精加工依次完成或全部加工表面按先粗后精加工分开进行对于既有铣面又有镗孔的零件可先铣面后镗孔使其有一段时间恢复可减少由变形引起的对孔的精度的影响按刀具划分工步某些机床工作台回转时间比换刀时间短可采用按刀6具划分工步以减少换刀次数提高加工生产率总之工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点技术要求等情况综合考虑四数控编程方法数控编程的基本概念编程就是将加工零件的加工顺序刀具运动轨迹的尺寸数据工艺参数主运动和进给运动速度切削深度以及辅助操作换刀主轴正反转冷却液开关刀具夹紧松开等加工信息用规定的文字数字符号组成的代码按一定格式编写成加工程序数控机床程序编制过程主要包括分析零件图纸工艺处理数学处理编写零件程序程序校验数控编程步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程分析零件图样和工艺处理根据图样对零件的几何形状尺寸技术要求进行分析明确加工的内容及要求决定加工方案确定加工顺序设计夹具选择刀具确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力正确选择对刀点切入方式尽量减少诸如换刀转位等辅助时间数学处理编程前根据零件的几何特征先建立一个工件坐标系根据零件图纸的要求制定加工路线在建立的工件坐标系上首先计算出刀具的运动轨迹对于形状比较简单的零件如直线和圆弧组成的零件只需计算出几何元素的起点终点圆弧的圆心两几何元素的交点或切点的坐标值编写零件程序清单加工路线和工艺参数确定以后根据数控系统规定的指定代码及程序段格式编写零件程序清单程序输入程序校验与首件试切如图所示编程工作主要包括7图数控程序编制的内容及步骤数控车床程序的编制数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工端面车削加工钻孔加工螺纹加工复杂外形轮廓回转面的车削加工等功能功能指令用于控制切削进给量在程序中有两种使用方法后面的数字表示的是主轴每转进给量单位为后面的数字表示的是每分钟进给量单位为功能后面的数字表示主轴转速单位为后面的数字表示的是最高转速后面的数字表示的是恒定的线速度功能功能指令用于选择加工所用刀具后面通常有两位数表示所选择的刀具号码但也有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功能程序暂停可用启动命令使程序继续运行8计划暂停与作用相似但可以用机床任选停止按钮选择是否有效主轴顺时针旋转主轴逆时针旋转主轴旋转停止冷却液开冷却液关程序停止程序复位到起始位置例如一些常用的编程代码绝对值输入等导程螺纹切削相对值输入跳步功能快速点定位程序结束直线插补程序停机顺圆和逆圆插补选择停机自动返回参考点调用子程序暂停子程序结束9五数控刀具的选用数控机床的刀具特点数控加工对刀具的要求不仅精度高强度大刚度好寿命长而且要求尺寸稳定安装调整方便切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃刀具的切削性能有显著的提高切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃大大提高了切削加工的效率刀具工业由脱离使用脱离用户的低级阶段向面向用户面向使用的高级阶段的飞跃成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入三高一专高效率高精度高可靠性和专用化的数控刀具时代实现了向高科技产品的飞跃成为现代数控加工技术的关键技术与现代科学的发展紧密相连是应用材料科学制造科学信息科学等领域的高科技成果的结晶刀具材料数控车床使用的刀具材料一般为高速钢硬质合金涂层硬质合金和陶瓷在数控切削加工时数控刀具切削部分与切屑工件相互接触的表面上承受很大的压力和摩擦数控刀具在高温下进行切削的同时还承受切削力冲击和振动因此数控刀具材料应满足以下基本条件硬度刀具材料必须具有高于工件材料的硬度常温硬度应在以上并要求保持较高的高温硬度耐磨性耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力它是刀具材料力学性能组织结构和化学性能的综合反映强度和韧性一种好的刀具材料应根据它的使用要求兼顾硬度和耐磨性两方面的性能有所侧重满足高切削力冲击和振动的条件耐热性数控刀具材料应在高温下保持较高的硬度耐磨性强度和韧性并有良好的抗扩散抗氧化能力导热性和膨胀系数在其他条件相同的情况下刀具材料的热导率越大则由刀具传出的热量越多有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命线膨胀系数小则可减少刀具的热变形工艺性为了便于制造要求数控刀具材料有较好的可加工性包括锻10轧焊切削加工和可耐磨性热处理特性材料的高温特性对热轧刀具十分重要数控刀具的选择刀片形状的选择正型前角刀片对于内轮廓加工小型机床加工工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片负型前角刀片对于外圆加工金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片一般外圆车削常用凸三角形四方形和菱形刀片仿形加工用菱形和圆形刀片在机床刚性功率允许的条件下大余量粗加工应选择刀尖角较大的刀片反之选择刀尖角较小的刀片前角的作用大负前角用于切削硬材料需切削刃强度大以适应断续切削切削含黑皮表面层的加工条件大正前角用于切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时后角的作用小后角用于切削硬材料需切削刃强度高时大后角用于切削软材料切削易加工硬化的材料主偏角的作用大主偏角用于切深小的精加工切削细而长的工件机床刚性差时小主偏角用于工件硬度高切削温度大时大直径零件的粗加工机床刚性高时副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能一般为刃倾角是前刀面倾斜的角度重切削时切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力为防止刀尖受此力而发生脆性损伤故需有刃倾角推荐车削时为切屑用量的选择数控加工时对同一加工过程选用不同的切削用量会产生不同的切削效果合理的切削用量应能保证工件的质量要求如加工精度和表面粗糙度在切削系统强度刚性允许的条件下充分利用机床功率最大限度地发挥刀具的切削性能并保证刀具具有一定的使用寿命粗车时切削用量的选择粗车时一般以提高效率为主兼顾经济性和加工成本提高切削速度加大11进给量和切削深度都能提高生产率其中切削速度对刀具寿命的影响最大切削深度对刀具寿命的影响最小所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度以减少进给次数其次选择较大的进给速度最后在刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度精车半精车时切削用量的选择精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下的加工余量决定的一般情况是一次去除余量当零件精度要求较高时通常留直径值的精车余量精车和半精车的切削深度较小产生的切削力也较小所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量六夹具选择和装夹夹具的分类机床夹具的种类很多按使用机床类型分类可分为车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具加工中心夹具和其他夹具等按驱动夹具工作的动力源分类可分为手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具磁力夹具和自夹紧夹具等按专门化程度可分为以下几种类型的夹具通用夹具是指已经标准化无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具如三爪卡盘四爪卡盘平口虎钳和万能分度头等这类夹具主要用于单件小批生产专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具结构紧凑操作方便主要用于固定产品的大量生产组合夹具是指按一定的工艺要求由一套预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具使用完毕后可方便地拆散成元件或部件待需要时重新组合成其他加工过程的夹具适用于数控加工新产品的试制和中小批量的生产可调夹具包括通用可调夹具和成组夹具它们都是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件兼有通用夹具和专用夹具的优点通用可调夹具适用范围较宽加工对象并不十分明确成组夹具是根据成组工艺要求针对一组形状及尺寸相似加工工艺相近的工件加工而设计的其加工对象和范围很明确又称为专用可调夹具12数控机床夹具常用通用可调夹具组合夹具工件在数控车床上的装夹常用装夹方式三爪自定心卡盘装夹两顶尖之间装夹卡盘和顶尖装夹双三爪定心卡盘装夹采用找正的方法找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线同时也是工件坐标系轴找正到与车床主轴回转中心重合一般为打表找正通过调整卡爪使工件坐标系轴与车床主轴的回转中心重合薄壁零件的装夹薄壁零件容易变形普通三爪卡盘受力点少采用开缝套筒或扇形软卡爪可使工件均匀受力减小变形也可以改变夹紧力的作用点采用轴向夹紧的方式七零件加工编程实例零件的工艺分析图零件分析零件图样如图所示该零件包括有圆柱圆锥顺圆弧逆圆弧及双线螺纹等表面13其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度值等要求球面的尺寸公差还兼有控制该球面形状线轮廓误差的作用该零件材料为钢可以用棒料无热处理和硬度要求选定设备根据被加工零件的外形和材料等条件选定数控车床其数控系统为确定零件的定位基准和装夹方式定位基准确定坯件轴线和左端大端面设计基准为定位基准装夹方式左端采用三爪自定心卡盘夹紧右端采用活动顶尖支顶的装夹方式确定切削用量背吃刀量粗车时确定其背吃刀量为左右精车时为主轴转速车直线和圆弧轮廓时的主轴转速参考表并根据实践经验确定其切削速度为粗车时确定主轴转速为精车时确定主轴转速为编程中还可以对直线圆弧采用不同的主轴转速车螺纹时的主轴转速主轴转速定为进给速度粗车时按式时按式可选择精车时兼顾到圆弧插补运行故选择其左右短距离空行程的确定加工路线按由粗到精由近到远由右到左的原则确定加工路线加工路线自右向左加工先用号刀用粗加工出零件外轮廓具体路线为先倒角切削螺纹实际外径切削切削切削圆弧部分切削14切削锥度部分切削最后切削螺纹制定加工方案用号刀粗车外形留直径量的半精车余量用号刀车螺纹螺纹大径螺纹小径用号刀精车全部外形选择刀具及对刀粗精车用刀具硬质合金外圆车刀副偏角以为断屑性能应较好硬质合金外螺纹车刀刀尖角取为刀尖圆弧半径取为对刀将粗车用外圆车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的号刀位上并定为号刀将精车外形含外螺纹用外螺纹车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的号刀位上并定为号刀在对刀过程中同时测定出号刀相对于号刀的刀位偏差确定工件坐标系对刀点和换刀点加工坐标系如图所示为坐标原15图坐标点示意图确定对刀点及换刀点位置确定对刀点确定对刀点距离车床主轴轴线距离坯件右端端面其对刀点在正和正方向并处于消除机械间隙状态确定换刀点为使其各车刀在换刀过程中不致碰撞到尾座上的顶尖故确定换刀点距离车床主轴轴线即在正方向距离对刀点距离坯件右端端面即在方向与对刀点一致16八结论通过这次毕业设计使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用例如数控编程工艺分析这些对今后毕业工作发展都有很大的帮助数控技术是未来制造业不可缺少的一部分将在经济发展与社会进步的今天发挥重要作用作为跨世纪的新一代我们有理由相信我国机械制造业会更加辉煌祖国的明天也会更加美好参考文献张超英等数控机床加工工艺编程及操作实训北京高等教育出版社王洪主编数控加工程序编制北京机械工业出版社古文生主编数控机床及应用北京电子工业出版社董兆伟主编数控机床编程技术北京机械工业出版社