数控技术毕业设计-制定典型零件数控加工工艺分析及编制

数控技术毕业设计-制定典型零件数控加工工艺分析及编制内容摘要：

数控编程技术的历史 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔 性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。 当今数控机床正在朝着以下几个方向发展： 1．高速度、高精度化。 速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。 目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。 同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即 提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。 采用江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 2 前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。 为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。 目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。 2．多功能化。 配有自动换刀机构（刀库容量可达 100 把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时 实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。 数控系统由于采用了多 cpu 结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。 为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。 3．智能化。 现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作 参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。 具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对 c 系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。 一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。 还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。 为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。 4．数控编程自动化。 随着计算机应用技术的发展，目前 cad／ cam图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。 它是利用 cad 绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成nc 零件加工程序，以实现 cad 与 cam的集成。 随着 cims 技术的发展，当前又出现了 cad／ capp／ cam集成的全自动编程方式，它与 cad／ cam系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 capp 数据库获得。 5．可靠性最大化。 数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。 数控系江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 3 统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超 大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。 通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。 还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。 利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。 6．控制系统小型化。 数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。 目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。 而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。 这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。 国产 数控机床的发展现状 国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小数控机床是当代机械制造业的主流装备 ,国产数控机床的发展经历了 30 年跌宕起伏 ,已经由成长期进入了成熟期 ,可提 供市场 1 500 种数控机床 ,覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域 ,产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。 特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。 其中 ,五轴 (坐标 ) 联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。 它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体 ,应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工 ,是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。 五轴联动 数控机床的应用 ,其加工效率相当于 2 台三轴机床 ,甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资 ,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。 国产五轴联动数控机床品种日趋增多 ,国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功 ,改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。 江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 4 第二章 数控编程中的加工工艺分析及设 计 数控加工工艺 1. 零件的完整性和正确性的分析 本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件， 生产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精度。 可以看出这根轴是由 M12 的螺纹；φ 20长为 5mm 的槽，及 1： 10的锥度组合而成的外圆结构。 从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配合。 总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。 如果是内孔的直径过大那 么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，也体现出了数控技术的精度高的特点。 工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。 工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。 钢 铁材料，又称黑色金属材料，它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。 可分为刚和铸铁两大类，其主要区别在于含碳量的不同。 钢的含碳量低于 %，铸铁的含碳量则在%以上。 钢的韧性、塑性较好，强度较高。 常以热锻、轧制等方法成形。 强度要求较高、形状较复杂的零件可用铸钢。 江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 5 由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承受拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。 符合程度越高则加工精度就越高。 实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。 任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统 (简称工艺系统 )会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具 体工作条件下都会以各种不同的方式 (或扩大、或缩小 )反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。 这些都会影响到零件的加工精度。 如图 311就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：φ 24圆柱段，φ 16圆柱 段 ，φ 20圆柱沟槽 ，φ 10的退刀槽。 零件其他径向加工部位相对容易加工。 零件的轴向加工部位：零件左端φ 24 圆柱段的轴向长度为 5,.零件右端φ 20 圆柱 沟槽 的轴向长度为 5mm，由上述尺寸可以确定零件的轴向尺寸应该以零件左端面为基准，这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。 表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。 它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。 主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。 表面粗糙度越小， 表面就江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 6 越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。 表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。 主要表现在对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。 我国执行的表面粗糙度国家标准有三个： GB/T3505— 2020 《表面粗糙度 术语 表面及参数》 GB/T1031— 1995 《表面粗糙度 参数及其数值》 GB/T131— 1993 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》 附图（机械制造基础 81 页） 在这里我参考的是国标 GB/T131— 1993，由图 132 可以知道这根复合轴表面粗糙度的要求不是很高， M30 的螺纹的表面粗糙值为 ；φ 36+ 、φ 500 长度为 5mm 的左端面、以及φ 52+ 、φ 25+ 0 的内孔表面的表面粗糙度值为 ；这些的粗糙度的要求都不是很高，可以通过精加工和半精加工得到， R10 ,R20 长度为 15mm 的圆弧段表面、及左端的圆锥的表面粗糙度。 的精度可以通过精车之后再通过磨削可以 得到。 其他未注的粗糙度为 也是通过半精车可以达到。 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。 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。 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。 在进行数控加工工艺设 计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 一、数控加工工艺内容的选择 适于数控加工的内容 江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 7 在选择时，一般可按下列顺序考虑： （ 1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （ 2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （ 3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。 不适于数控加工的内容 （ 1）占机调整时间长。 如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用 工装协调的内容； （ 2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。 这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工； （ 3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。 主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。 二、 数控加工工艺性分析 尺寸标注应符合数控加工的特点 几何要素的条件应完整、准确 定位基准可靠 统一几何类型及尺寸 三、数控加工工艺路线的设计 工序的划分 数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： （ 1）以一次安装、加工作为一道工序。 （ 2）以同一把刀具加工的内容划分工序。 （ 3）以加工部位划分工序。 （ 4）以粗、精加工划分工序。 顺序的安排 顺序安排一般应按以下原则进行： （ 1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑； （ 2）先进行内腔加工，后进行外形加工； 江西理工大学南昌校区 2020 届专科生毕业论文 8 （ 3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 数控加工工艺与普通工序的衔接 [二 ]、数控加工工艺设计方法 数控 加工工序设计的主要任务是。