轴的数控加工.doc

铜陵职业技术学院毕业设计任务书学生姓名学号专业机电一体化技术所属系部机电工程系通信地址邮政编码地址联系电话号码设计论文课题轴的数控加工指导教师姓名职称指导教师工作单位联系方式电话电子邮箱开题时间完成时间目录1开题报告111数控技术的发展112数控技术的发展趋势12数控车床加工工艺221数控车床定义222数控车床工艺装备423数控车床的选用63数控车床加工编程731数控编程概念732数控编程的基本步骤733数控编程定义84程序设计1141程序设计加工编程115总结136致谢147参考文献15开题报告数控技术的发展数控英文名字NumericalControl简称NC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一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制因此数控也称为计算机数控ComputerizedNumericalControl简称CNC国外一般都称为CNC很少再用NC这个概念了它所控制的通常是位置角度速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现1908年穿孔的金属薄片互换式数据载体问世19世纪末以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明1938年香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输奠定了现代计算机包括计算机数字控制系统的基础数控技术是与机床控制密切结合发展起来的1952年第一台数控机床问世成为世界机械工业史上一件划时代的事件推动了自动化的发展现在数控技术也叫计算机数控技术CNCComputerizedNumericalControl目前它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贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置使输入操作指令的存贮处理运算逻辑判断等各种控制机能的实现均可通过计算机软件来完成处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的加工时用手摇动机械刀具切削金属靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了这就是我们说的数控加工数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段数控技术的发展趋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五轴联动加工和复合加工机床快速发展采用五轴联动对三维曲面零件的加工可用刀具最佳几何形状进行切削不仅光洁度高而且效率也大幅度提高3智能化开放式网络化成为当代数控系统发展的主要趋势为追求加工效率和加工质量方面智能化为提高驱动性能及使用连接方便智能化数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路数控装备的网络化将极大地满足生产线制造系统制造企业对信息集成的需求也是实现新的制造模式如敏捷制造虚拟企业全球制造的基础单元数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备世界各国信息产业生物产业航空航天等国防工业广泛采用数控技术以提高制造能力和水平提高对市场的适应能力和竞争能力工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资不仅大力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面对我国实行封锁和限制政策因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各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车床加工工艺21数控车床定义数控车床即装备了数控系统的车床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数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座主轴具有按轮廓成形要求连续不等速回转运动和进行连续精确分度的轴功能并能与轴或轴联动控制轴除轴之外还可具有轴可进行端面和圆周上任意部位的钻削铣削和攻螺纹等加工在具有插补功能的条件下还可以实现各种曲面铣削加工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车床主体除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产主轴与主轴箱主轴数控车床主轴的回转精度直接影响到零件的加工精度其功率大小回转速度影响到加工的效率其同步运行自动变速及定向准停等要求影响到车床的自动化程度主轴箱具有有级自动调速功能的数控车床其主轴箱内的传动机构已经大大简化具有无级自动调速包括定向准停的数控车床起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了其主轴箱也成了轴承座及润滑箱的代名词对于改造式具有手动操作和自动控制加工双重功能数控车床则基本上保留其原有的主轴箱导轨数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要部件它在很大程度上影响车床的刚度精度及低速进给时的平稳性是影响零件加工质量的重要因素之一除部分数控车床仍沿用传统的滑动导轨金属型外定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨这种新型滑动导轨的摩擦系数小其耐磨性耐腐蚀性及吸震性好润滑条件也比较优越机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外数控车床已在原普通车床传动链的基础上作了大幅度的简化如取消了挂轮箱进给箱溜板箱及其绝大部分传动机构而仅保留了纵横进给的螺旋传动机构并在驱动电动机至丝杠间增设了少数车床未增设可消除其侧隙的齿轮副螺旋传动机构数控车床中的螺旋副是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在纵横方向上直线运动的运动副构成螺旋传动机构的部件一般为滚珠丝杠副如图所示如图滚珠丝杠副一螺母一丝杠一滚珠一滚珠循环装置滚珠丝杠副的摩擦阻力小可消除轴向间隙及预紧故传动效率及精度高运动稳定动作灵敏但结构较复杂制造技术要求较高所以成本也较高另外自行调整其间隙大小时难度亦较大齿轮副在较多数控车床的驱动机构中其驱动电动机与进给丝杠间设置有一个简单的齿轮箱架齿轮副的主要作用是保证车床进给运动的脉冲当量符合要求避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响自动转动刀架除了车削中心采用随机换刀带刀库的自动换刀装置外数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架有的车床还带有各种形式的双刀架检测反馈装置检测反馈装置是数控车床的重要组成部分对加工精度生产效率和自动化程度有很大影响检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类其中工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种工件尺寸检测装置仅在少量的高档数控车床上配用对刀装置除了极少数专用性质的数控车床外普通数控车床几乎都采用了各种形式的自动转位刀架以进行多刀车削这样每把刀的刀位点在刀架上安装的位置或相对于车床固定原点的位置都需要对刀调整和测量并以确认以保证零件的加工质量数控装置和伺服系统数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分如果说数控车床的检测装置相当于人的眼睛那么数控装置相当于人的大脑伺服系统则相当于人的双手这样就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了数控装置数控装置的核心是计算机及其软件它在数控车床中起指挥作用数控装置接收由加工程序送来的各种信息并经处理和调配后向驱动机构发出执行命令在执行过程中其驱动检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置以便经处理后发出新的执行命令伺服系统伺服系统准确地执行数控装置发出的命令通过驱动电路和执行元件如步进电机等完成数控装置所要求的各种位移数控车床工艺装备数控车床的工艺装备主要是指夹具和刀具夹具夹具的类型数控车床上的夹具主要有两类一类用于盘类或短轴类零件工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘三爪四爪中由卡盘传动旋转另一类用于轴类零件毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求一是夹具应具有足够的精度和刚度二是夹具应有可靠的定位基准选用夹具时通常考虑以下几点1尽量选用可调整夹具组合夹具及其它通用夹具避免采用专用夹具以缩短生产准备时间2在成批生产时才考虑采用专用夹具并力求结构简单3装卸工件要迅速方便以减少机床的停机时间4夹具在机床上安装要准确可靠以保证工件在正确的位置上加工零件的装夹数控机床上零件的安装方法与普通机床一样要合理选择定位基准和夹紧方案注意以下两点1力求设计工艺与编程计算的基准统一这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性2尽量减少装夹次数尽可能在一次定位装夹后加工出全部待加工表面刀具常见刀具数控车削用的车刀一般分为三类即尖形车刀圆弧形车刀和成型车刀以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀这类车刀的刀尖同时也为其刀位点由直线形的主副切削刃构成如90内外圆车刀左右端面车刀切槽断车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀用这类车刀加工零件时其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线型主切削刃位移后得到它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀其特征是构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖因此刀位点不在圆弧上而在该圆弧的圆心上车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关并可按需要灵活确定或测定后确认当某些尖形车刀或成型车刀如螺纹车刀的刀尖具有一定的圆弧形状时也可作为这类车刀使用圆弧形车刀可以用于车削内外表面特别适宜于车削各种光滑连接凹形的成型面成型车刀俗称样板车刀其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定数控车削加工中常见的成型车刀有小半径圆弧车刀非矩形车槽刀和螺纹车刀等在数控加工中应尽量少用或不用成型车刀当确有必要选用时则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明对刀具的要求数控车床能兼作粗精加工为使粗加工能以较大切削深度较大进给速度地加工要求粗车刀具强度高耐用度好精车首先是保证加工精度所以要求刀具的精度高耐用度好为减少换刀时间和方便对刀应可能多地采用机夹刀数控车床还要求刀片耐用度的一致性好以便于使用刀具寿命管理功能在使用刀具寿命管理时刀片耐用度的设定原则是以该批刀片中耐用度最低的刀片作为依据的在这种情况下刀片耐用度的一致性甚至比其平均寿命更重要为了适应数控机床自动化加工的需要如刀具的对刀或预调自动换刀或转刀自动检测及管理工作等并不断提高产品的加工质量和生产效率节省刀具费用应多使用模块化和标准化刀具数控车床的选用前期准备确定典型零件的工艺要求加工工件的批量拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备合理选用数控车床的前提条件满足典型零件的工艺要求典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸加工范围和精度要求根据精度要求即工件的尺寸精度定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度根据可靠性来选择可靠性是提高产品质量和生产效率的保证数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时长时间稳定运行而不出故障即平均无故障时间长即使出了故障短时间内能恢复重新投入使用选择结构合理制造精良并已批量生产的机床一般用户越多数控系统的可靠性越高机床附件及刀具选购机床随机附件备件及其供应能力刀具对已投产数控车床车削中心来说是十分重要的选择机床需仔细考虑刀具和附件的配套性注重控制系统的同一性生产厂家一般选择同一厂商的产品至少应选购同一厂商的控制系统这给维修工作带来极大的便利教学单位由于需要学生见多识广选用不同的系统配备各种仿真软件是明智的选择根据性能价格比来选择做到功能精度不闲置不浪费不要选择和自己需要无关的功能机床的防护需要时机床可配备全封闭或半封闭的防护装置自动排屑装置在选择数控车床车削中心时应综合考虑上述各项原则数控车床加工编程31数控编程的基本概念数控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编程是数控加工准备阶段的主要内容之一通常包括分析零件图样确定加工工艺过程计算走刀轨迹得出刀位数据编写数控加工程序制作控制介质校对程序及首件试切有手工编程和自动编程两种方法总之它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程数控编程的基本步骤1分析零件图确定工艺过程对零件图样要求的形状尺寸精度材料及毛坯进行分析明确加工内容与要求确定加工方案走刀路线切削参数以及选择刀具及夹具等2数值计算根据零件的几何尺寸加工路线计算出零件轮廓上的几何要素的起点终点及圆弧的圆心坐标等3编写加工程序在完成上述两个步骤后按照数控系统规定使用的功能指令代码和程序段格式编写加工程序单4将程序输入数控系统程序的输入可以通过键盘直接输入数控系统也可以通过计算机通信接口输入数控系统5检验程序与首件试切利用数控系统提供的图形显示功能检查刀具轨迹的正确性对工件进行首件试切分析误差误差产生的原因及时修正直到试切出合格零件虽然每个数控系统的编程语言和指令各不相同但其间也有很多相通之处数控车床程序的编制对于数控车床来说采用不同的数控系统其编程方法也不同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工件坐标系设定指令是规定工件坐标系原点的指令工件坐标系原点又称编程零点指令格式G50XZ其中XZ为刀尖的起始点距工件坐标系原点在X向Z向的尺寸执行G50指令时机床不动作即XZ轴均不移动系统内部对XZ的数值进行记忆CRT显示器上的坐标值发生了变化这就相当于在系统内部建立了以工件原点为坐标原点的工件坐标系尺寸系统的编程方法1绝对尺寸和增量尺寸在数控编程时刀具位置的坐标通常有两种表示方式一种是绝对坐标另一种是增量相对坐标数控车床编程时可采用绝对值编程增量值编程或者二者混合编程1绝对值编程所有坐标点的坐标值都是从工件坐标系的原点计算的称为绝对坐标用XZ表示2增量值编程坐标系中的坐标值是相对于刀具的前一位置或起点计算的称为增量相对坐标X轴坐标用U表示Z轴坐标用W表示正负由运动方向确定2直径编程与半径编程数控车床编程时由于所加工的回转体零件的截面为圆形所以其径向尺寸就有直径和半径两种表示方法采用哪种方法是由系统的参数决定的数控车床出厂时一般设定为直径编程所以程序中的X轴方向的尺寸为直径值如果需要用半径编程则需要改变系统中的相关参数使系统处于半径编程状态3公制尺寸与英制尺寸G20英制尺寸输入G21公制尺寸输入工程图纸中的尺寸标注有公制和英制两种形式数控系统可根据所设定的状态利用代码把所有的几何值转换为公制尺寸或英制尺寸系统开机后机床处在公制G21状态公制与英制单位的换算关系为1mm00394in1in254mm主轴控制进给控制及刀具选用1主轴功能SS功能由地址码S和后面的若干数字组成1恒线速度控制指令G96系统执行G96指令后S指定的数值表示切削速度例如G96S150表示切削速度为150mmin2取消恒线速度控制指令G97系统执行G97指令后S指定的数值表示主轴每分钟的转速例如G97S1200表示主轴转速为1200rminFANUC系统开机后一般默认G97状态3最高速度限制G50G50除有坐标系设定功能外还有主轴最高转速设定功能例如G50S2000表示把主轴最高转速设定为2000rmin用恒线速度控制进行切削加工时为了防止出现事故必须限定主轴转速2进给功能FF功能是表示进给速度它由地址码F和后面若干位数字构成1每分钟进给G94或G98数控系统在执行了G94或G98指令后便认定F所指的进给速度单位为mmmin如F200即进给速度是200mmmin2每转进给G95或G99数控系统在执行了G95或G99指令后便认定F所指的进给速度单位为mmr如F02即进给速度是02mmr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快速定位直线插补圆弧插补1快速定位指令G00G00指令使刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置它只是快速定位而无运动轨迹要求且无切削加工过程指令格式G00XUZW其中XZ为刀具所要到达点的绝对坐标值UW为刀具所要到达点距离现有位置的增量值不运动的坐标可以不写2直线插补指令G01G01指令是直线运动命令规定刀具在两坐标间以插补联动方式按指定的进给速度F做任意的直线运动指令格式G01XUZWF其中1XZ或UW含义与G00相同2F为刀具的进给速度进给量应根据切削要求确定3圆弧插补指令G0203G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补指令格式G0203XZCRFG0203XZIKF其中XZ的值是指圆弧插补的终点坐标值IK是指圆弧起点到圆心的增量坐标与G90G91无关CR为指定圆弧半径F为刀具的进给速度进给量应根据切削要求确定程序设计程序设计加工及编程数控车床主要是加工回转体零件典型的加工表面不外乎外圆柱外圆锥螺纹圆弧面切槽等例如要加工形状如图所示的零件采用手工编程方法比较合适由于不同的数控系统其编程指令代码有所不同因此应根据设备类型进行编程以西门子数控系统为例应进行如下操作图零件图零件图分析该零件表面由圆柱圆弧圆锥槽螺纹等表面组成选用毛坯为圆柱钢无热处理和硬度要求根据图样要求毛坯及前道工序加工情况确定工艺方案及加工路线按先主后次先精后粗的加工原则确定加工路线采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工再精加工然后车退刀槽最后加工螺纹装夹方法和对刀点的选择采用三爪自定心卡盘自定心夹紧对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点选择刀具根据加工要求选用四把刀号为粗加工外圆车刀号为精加工外圆车刀号为切槽刀号为车螺纹刀采用试切法对刀对刀的同时把端面加工出来确定切削用量车外圆粗车主轴转速为进给速度为精车主轴转速为进给速度为切槽和车螺纹时主轴转速为进给速度为程序编制确定工件最有段的球头顶点为编程原点零件的加工程序如下主程序换刀点外圆粗车刀设置坯料切削循环参数调用坯料切削循环粗加工外圆精车刀设置坯料切削循环参数调用坯料切削循环精加工切槽车刀刀宽3mm三角形螺纹车刀设置螺纹切削循环参数调用螺纹切削循环切断车刀刀宽3mm子程序总结以上就是本次设计的全过程这次设计不仅使我对说设计的零件及用到的数控设备有了更深的了解还使我学到了许多在书本上学不到的东西这对我以后走上社会走向工作岗位都有十分重要的意义毕业设计是综合运用所学知识进行设计实践的环节为对我们在生产实际中进行调查研究的能力观察问题分析问题能力的培养至关重要通过毕业设计的锻炼我们运用所学知识的能力解决问题的能力创新设计的能力都得到了很好的锻炼和加强首先让我了解到理论与实践相结合的重要性以前在学习理论课基础课的时候自己不十分注意理论联系实际眼高手底忽略了很多问题通过毕业设计使我认识到只有把所学知识运用到实践中去才能发挥知识的最大魅力毕业设计运用到了以前所学基础理论知识和专业知识使得我们对自己所欠缺的部分得到了补充因此毕业设计也是对以前所学知识的总结其次团队协作精神我们班每个人的设计任务大多数是不相同的但是所运用到的知识还是有共同之处的我们在一起的时候经常交流自己设计部分的进展情况互相提供有用的资料在相互帮助中我们也解决了许多难题可以说每个人的设计部分都和其他人的帮助是分不开的同学之间集体讨论对我帮助特大让我深深感到团队的力量培养了我的团队协作精神它将对我以后的学习和生活产生深远影响再次独立思考问题解决问题的能力集体讨论固然重要但个人的独立思考问题解决问题的能力也必不可少在做毕业设计期间从方案的论证到具体的设计查阅了很多的资料丰富了自己的知识面同时通过毕业设计使我掌握做好一个设备的流程和所需考虑的主要问题为以后的工作奠定了基础毕业设计让我从传统的被动性学习转变为主动性学习从闭门读书死记硬背模式学习转变为研究性合作性学习使工作学习生活步入系统化流程等我认为这种改变是质的飞跃经过几个多月的磨练和奋斗感觉自己进步很大发现了自己的能力和未被挖掘的潜力毕业设计不仅使我完善和复习了以前所学知识同时从老师和同学那里学到了在课本上学不到的知识这将对我以后的工作学习和生活产生深远影响总之一句话毕业设计使我受益匪浅本次设计是在李导师耐心指导和悉心关怀下完成的他对我们的高度责任心给我的学习生活和工作有很大的影响并将激励我永远奋发向上致谢三年的学习生活转瞬即逝让人有些措手不及的感觉好象还没开始已经结束时间的流逝其过程中经历的坎坷使一个人慢慢成熟因而我对过去的日子和给过我鼓励帮助的人们总是心怀感激并让我倍加珍惜未来的生活在最后的一段时间里是最考验我们的时候毕业设计是我们在大学里的最后一课任务非常艰巨要求也很严格通过本次毕业设计使对以前所学知识进行的一次系统而全面的巩固和复习在此次的毕业设计中我遇到了许多的困难在学校各个部门及老师同学的帮助下我完成了毕业设计因此我真诚的向那些给我帮助和指导的部门和个人致意我的谢意首先要感谢学院和机电工程系为我们能较好进行设计提供了很多的帮助为我们能顺利进行毕业设计提供了前提还应该感谢学校图书馆给我们提供了大量的资料对我解决设计中碰到的问题提供了很大的帮助其次要感谢我们的设计指导老师李老师本次毕业设计是在他的悉心指导下展开的从设计题目的提出到论文的完成李老师都在关注我们的进度李老师一丝不苟的治学态度和高度的责任感在做毕业设计的过程中时刻影响和教育着我使我难忘和感动在此论文完成之际谨向李老师以最衷心的感谢参考文献安荣机械制造工艺与夹具安徽科学技术出版社顾京数控加工编程及操作高等教育出版社张超英数控机床加工工艺编程及操作实训北京高等教育出版社孙学强机械制造基础机械工业出版社陈洪涛数控加工工艺与编程高等教育出版社顾锋左晓明AutoCAD2005中文版基础教程机械工业出版社