基于ug的曲轴的数控加工毕业设计(编辑修改稿)

基于ug的曲轴的数控加工毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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 Hyper Mach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/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 12020r/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 10μ m 提高到 5μ m，精密级加工中心则从 3～ 5μ m，提高到 1～ m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 ( 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。 . 五轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 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。 一般认为， 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。 但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。 因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床 的发展。 . 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的 智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。 目前许 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 12 多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的 NGC(The Next Generation WorkStation/Machine Control) 、欧共体的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的 ONC(Open Numerical Control System)等。 数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。 所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。 目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平 台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。 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。 国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 EMO2020 展中，日本山崎马扎克（ Mazak)公司展出的“ CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称 CPC)；日本大隈（ Okuma）机床公 司展出“ IT plaza”（信息技术广场，简称 IT 广场 )；德国西门子 (Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称 OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 13 2. 曲轴加工工艺 . 数控加工工艺的编制 数控加工工艺的基本特点 由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。 在数控加工工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异 ,因而又有其特点。 采用 普通机床 加工时 ， 许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。 而 采用数控加工时，所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。 数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量和其它特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。 在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数 ，也 正由于这个特点，促使对 加工程序的正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则 不仅 加工不出合格的零件 ， 而且可能会导致严重的后果。 数控加工工艺的主要内容 根据数控加工的实践，数控加工工艺主要包括以下方面： 1）选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容； 2）零件图纸的数控工艺性分析； 3）制订数控工艺路线，如工序划分、加工顺序的安排、基准选择、与非数控加工工艺的衔接等； 4）数控工序的设计，如工步、刀具选择、夹具定位与安装、走刀路线确定、测量、切削用量的确定等； 5）调整数控加工工艺程序，如对刀、刀具补偿等； 6）分配数控加 工中的容差； 7）处理数控机床上部分工艺指令。 数控加工零件的合理选择 程序编制前对零件进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，方能进行如下一些问题的研究。 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。 第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。 第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。 无论哪种情况，考虑的主要因素主要有，毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。 概 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 14 括起来有三点，即零件技术要求 能否保证，对提高生产率是否有利，经济上虽否合算。 根据国内外数控技术应用实践，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件： （ 1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件； （ 2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件； （ 3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件； （ 4）需要多次改型的零件； （ 5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件； （ 6）需要最短生产周期的急零件。 加工方法的选择与加工方案的确定 1）加工方法的选择 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度 的要求。 由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。 2）加工方案确定的原则 零件上比较精确表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。 对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。 工序与工步的划分 一般工序划分有以下几种方式 1）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。 2）按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素杰划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先作粗加工再精加工。 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，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其它表面。 3）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 其它部位。 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。 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。 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 15 加工路线的确定 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。 编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： 1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高； 2）使数值计算简单，以减少编程工作量； 3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可 减少空刀时间。 4）此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。 程编误差及其控制 数控机床突出特点之一是：零件的加工精度不仅在加工过程中形成，而且在加工前程编阶段就已形成，程编阶段的误差是不可避免的，这是由于程序控制的原理本身决定的。 在程编阶段，图纸上的信息转换成控制系统可以接受的形式，会产生如下三种误差：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差。 在点位控制加工中，程编误差包含尺寸圆整误差一项，并且直接 影响孔位置尺寸精度。 在轮廓控制加工中，影响轮廓加工精度的主要是插补误差，而尺寸圆整误差的影响则居次要地位，所以，一般所就的程编误差系指插补误差而言。 因为还有控制系统与拖动系统的误差，零件定位误差，对刀误差，刀具磨损误差，工件变形误差等等，所以，零件图纸上给出的公差，只有一小部分允许分配给程编过程中产生的误差。 一般取允许的编程误差等于零件公差的 ～。 程编中工艺指令的处理 在数控机床上加工零件的动作都必须在程序中用指令方式事先予以规定，在加工中由机床自动实现。 我们称这类指令为工艺指令。 这类指令有 国际标准，即准备功能指令 G 辅助功能指令 M 两大类。 在编制加工程序时，必须按程编手册正确选用和处理。 零件的毛坯选择 材料的成形过程是机械制造的重要工艺过程。 机器制造中，大部分零件是先通过铸造成形、锻压成形、焊接成形或非金属材料成形方法制得毛坯，再经过切削加工制成的。 毛坯的选择，对机械制造质量、成本、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。 通常，零件的材料一旦确定，其毛坯成形方法也大致确定了。 毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能 力。 通常应根据以下几个原则选择毛坯： 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 16 a) 工艺性原则 ： 零件的使用要求决定了毛坯形状特点，各种不同的使用要求和形状特点，形成了相应的毛坯成形工艺要求。 零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量，和对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。 对于不同零件的使用要求，必须考虑零件材料的工艺特性（如铸造性能、锻造性能、焊接性能等）来确定采用何种毛坯成形方法。 b) 适应性原则 ： 在毛坯成形方案的选择中，还要考虑适应性原则。 既根据零件的结构形状、外形尺寸和工作条件要求，选 择适应的毛坯方案。 形状复杂和薄壁的毛坯，一般不应采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻、压力铸造和熔模铸造，多数用自由锻、砂型铸造和焊接等方法制坯。 零件的工作条件不同，选择的毛坯类型也不同。 如机床主轴和手柄都是轴类零件，但主轴是机床的关键零件，尺寸形状和加工精度要求很高，受力复杂且在长期使用过程中只允许发生很微小的变形，因此要选用具有良好综合力学性能的45 钢或 40Cr，经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成。 而 内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，应具有良好的综合力学性能， 故高速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。 c) 生产条件兼。