數控技術專業(yè)畢業(yè)設計.doc

畢 業(yè) 設 計 論 文 加工中心的基本加工方法及編程 專專 業(yè) 業(yè) 數 控 技 術 班班 級 級 06大專數控設備班 學學 號 號 0623506155 姓姓 名 名 于 朋 導師姓名導師姓名 卞 洪 元 2010年11月 2 摘 要 立足國內實際 加速發(fā)展具有較強競爭能力的國產高精度數控機床 不斷擴大市場占有率 逐步收復失地 便成為我國數控機床研究開發(fā)部門和生產廠家所面臨的重要任務 為完成這一任務 必須攻克若干關鍵技術 本次畢業(yè)設計課題主要從數控機床的定義和特 點 典型零件的工藝分析和零件的加工以及總結和參考文獻幾部分組成 但其中最關鍵的一項 就是典型零件的加工工藝分析 它本次畢業(yè)設計課題的主題部分 它關系本次畢業(yè)設計任務的 成功與否 因此 我將幾年內在學校所學的科目一一復習 從數控機床到加工編程到質量分析 進行了系統(tǒng)研究 并以此為基礎加強本次畢業(yè)設計課題的可研究性和可探討性 關鍵詞 加工中心 FANUC 孔 圓弧 直線 3 目 錄 摘 要 2 目 錄 3 第一章 數控機床 4 1 1 本課題研究的意義 4 1 2 數控機床的發(fā)展現狀 12 1 3 本課題研究的目標 15 1 4 完成本課題的可行性分析 15 1 5 數控編程的方法 15 1 6 系統(tǒng)設備的選擇 16 第二章 典型零件的工藝分析 19 2 1 零件圖分析 19 2 2 零件的基本結構分析 19 2 3 零件的加工工藝路線 20 第三章 零件的加工 21 3 1 零件的加工工藝路線 21 3 2 毛坯及材料分析 21 3 3 相關基點的計算 22 3 4 零件的加工工藝過程 24 3 5 刀具卡片 25 3 6 FANUC 數控參考程序 25 第四章 總 結 26 參考文獻 27 4 第一章 數控機床 1 1 本課題研究的意義 數控技術及數控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益 顯示了其在 國家基礎業(yè)現代化中的戰(zhàn)略性作用 并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現自 動化 柔性化 集成化生產的重要手段和標志 數控技術及數控機床的廣泛應用 給機械制造業(yè)的產業(yè)結構 產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化 數 控機床是現代加工車間最重要的裝備 它的發(fā)展是信息技術 1T 與制造技術 MT 結 合發(fā)展的結果 現代的 CAD CAM FMS CIMS 敏捷制造和智能制造技術 都是建立 在數控技術之上的 掌握現代數控技術知識是現代機電類專業(yè)學生必不可少的 數控技術實踐教學作為整個教學體系的一個重要環(huán)節(jié) 是連接知識與實踐 實踐 與創(chuàng)新的重要橋梁 是培養(yǎng)學生數控技術綜合能力的主要途徑 本文結合我校的實際 對數控技術實驗 實訓教學從人才培養(yǎng)的定位 實驗設備 軟件的配置 實踐教學內 容安排 方法改革到整個過程的規(guī)范化管理做了有益的探索 對于提高數控技術實踐 教學效果 培養(yǎng)合格的機電類數控技術人才具有重要的意義 必須狠抓根本 堅持 以人為本 加速提高人員素質 培養(yǎng)各種專家人才 從根本上改變目前低效 落後的狀態(tài) 人是一切事業(yè)成敗的根本 層層都要重視 培才 選才 用才 建立學習型企業(yè) 樹立企業(yè)文化 加速培育新人 培訓在 職人員 建立師徒相傳制度 舉辦各種技術講座 訓練班和專題討論會 甚至聘請 外國專家 顧問等 盡力提高數控 本次設計內容介紹了數控加工的特點 加工工藝分析以及數控編程的一般步驟 并通過一定的實例詳細的介紹了數控加工工藝的分析方法 1 1 1 數控機床的概述 5 數控技術 簡稱數控 Numerical Control NC 是利用數字化信息對機械運 動及加工過程進行控制的一種方法 由于現代數控都采用了計算機進行控制 因此 也可以稱為計算機數控 Computerized Numerical Control CNC 為了對機械運動及加工過程進行數字化信息控制 必須具備相應的硬件和軟件 用來實現數字化信息控制的硬件和軟件的整體成為數控系統(tǒng) Numerical Control System 數控系統(tǒng)的核心是數控裝置 Numerical Controller 采用數控技術進行控制的機床 稱為數控機床 NC 機床 它是一種綜合應用 了計算機技術 自動控制技術 精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一 體化產品 是現代制造技術的基礎 控制機床也是數控技術應用最早 最廣泛的領 域 因此 數控機床的水平代表了當前數控技術的性能 水平和發(fā)展方向 隨著科技發(fā)展 為了適應市場需求多變的形勢 對現代制造業(yè)來說 不僅需要 發(fā)展車間制造過程的自動化 而且要實現從市場預測 生產決策 產品設計 產品 制造直到產品銷售的全面自動化 將這些要求綜合 構成的完整的生產制造系統(tǒng) 稱為計算機集成制造系統(tǒng) Computer Integrated Manufacturing System CIMS CIMS 將一個更長的生產 經營活動進行了有機的集成 實現了更高效益 更高柔性 的智能化生產 是當今自動化制造技術發(fā)展的最高階段 在 CIMS 中 不僅是生產設 備的集成 更主要的是以信息為特征的技術集成和功能集成 計算機是集成的工具 計算機輔助的自動化單元技術是集成的基礎 信息和數據的交換及共享是集成的橋 梁 最終形成的產品 可以看成是信息和數據的物質體現 在數控機床的早期產品中 數控裝置是專用的 近年來 數控裝置中的邏輯電 路已被計算機所取代 因而實現了控制多樣化和多功能化 從復臺化技術的觀點來 看 增強控制功能 使得操作機床自動化 不是最終目的 控制功能應達到晟佳控 制和自適應控制 為此應增加診斷功能 通過傳感器反饋 實現加工智能化 并保 證系統(tǒng)的可靠性 1 1 2 數控機床組成 1 輸入輸出裝置 6 CNC 裝置是 CNC 系統(tǒng)的核心 由中央處理單元 CPU 存儲器 各種 110 接 口及外圍邏輯電路等組成 其主要作用是對翰入的數控程序及有關數據進行存儲與 處理 通過擂補運算等 形成運動軌跡指令 控制伺服單元和驅動裝且 實現刀具 與工件的相對運動 對于離散的開關控制最 可以通過可編程邏輯控制器實現對機 床電器的邏輯控制 CNC 裝里有單 CPU 和多 CPU 兩種基本結構形式 隨著 CPU 性 能的不斷提離 CNC 裝置的功能越來越豐富 性能越來越高 除了上述基本控制功 能外 還有圖形功能 通訊功能 診斷功能 生產統(tǒng)計和管理功能等 2 數控機床操作面板 數控機床的操作是通過人機操作面板實現的 人機操作面板由數控面板和機床 面板組成 數控面板是數控系統(tǒng)的操作面板 由顯示器和手動數據翰入 Manual Data Input 簡稱 MDI 健盤組成 又稱為 MDI 面板 顯示器的下部常設有菜單選擇健 用于選擇菜單 鍵盤除各種符號鍵 數字健和功能鍵外 還可以設置用戶定義鍵等 操作人員可以通過鍵盤和顯示器 實現系統(tǒng)管理 對數控程序及有關數據進行輸入 存儲和編輯修改 在加工中 屏幕可以動態(tài)地顯示系統(tǒng)狀態(tài)和故障診斷報苦等 此 外 數控程序及數據還可以通過磁盤或通訊接口輸入 機床操作面板主要用于手動 方式下對機床的操作 以及自動方式下對機床的操作或干預 其上有各種按鈕與選 擇開關 用于機床及輔助裝置的啟停 加工方式選擇 速度倍率選擇等 還有數碼 管及信號顯示等 中 小型數控機床的操作面板常和數控面板做成一個整體 但二 者之間有明顯界限 數控系統(tǒng)的通訊接口 如串行接口 常設置在機床操作面板上 3 可編程邏輯控制器 可編程邏輯控制器 Programmable Logical Controller 簡稱 PLC 也是一 種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置 又稱為可編程控制器 Programmable Controller 簡稱 PC 或可編程機床控制器 Programmable Machine Controller 簡稱 PMC 用于完成數控機床的各種邏輯運算和順序控制 如機床 啟停 工件裝夾 刀具更換 冷卻液開關等輔助動作 PI 刀還接受機床操作面板的 7 指令 一方面直接控制機床的動作 另一方面將有關指令送往 CNC 用于加工過程 控制 CNC 系統(tǒng)中的 PLC 有內置型和獨立型 內置型 PLC 與 CNC 是綜合在一起設 計的 又稱集成型 是 CNC 的一部分 獨立型 PLC 由獨立的專業(yè)廠生產 又稱外裝 型 4 伺服系統(tǒng) 由驅動器 驅動電機組成 并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數控機 床的進給系統(tǒng) 它的作用是把來自數控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動 對于步進電機來說 每一個脈沖信號使電機轉過一個角度 進而帶動機床移動部件 移動一個微小距離 每個進給運動的執(zhí)行部件都有相應的伺服驅動系統(tǒng) 整個機床 的性能主要取決于伺服系統(tǒng) 如三軸聯(lián)動的機床就有三套驅動系統(tǒng) 脈沖當量 每一個脈沖信號使機床移動部件移動的位移量 常用的脈沖當量為 0 001mm 脈沖 5 位置反饋系統(tǒng) 檢測反饋系統(tǒng) 伺服電動機的轉角位移的反饋 數控機床執(zhí)行機構 工作臺 的位移反饋 包括 光柵 旋轉編碼器 激光測距儀 磁柵等 作業(yè) 讓同學們網上查找反饋元件 下節(jié)課用 5 分鐘自述所查內容 反饋裝置把檢測結果轉化為電信號反饋給數控裝置 通過比較 計算實際位置 與指令位置之間的偏差 并發(fā)出偏差指令控制執(zhí)行部件的進給運動 反饋系統(tǒng)包括半閉環(huán) 閉環(huán)兩種系統(tǒng) 6 主軸驅動系統(tǒng) 數控機床的主軸驅動與進給驅動的區(qū)別很大 電機軸出功率較大 一般應為 2 2kw 至 250kw 進給電機一般是恒轉矩調速 而主電機除了有較大范圍的恒轉矩 調速外 還要有較大范閑的恒功率調速 對于數控車床 為了能夠加工螺紋和實現 恒線速控制 要求主軸和進給驅動能同步控制 對于加工中心 還要求主軸進行高 8 精度準停和分度功能 因此 中 高檔數控機床的主軸驅動都采用電機無級調速或 伺服驅動 經濟型數控機床的主傳動系統(tǒng)與普通機床類似 仍需要手工機械變速 CNC 系統(tǒng)僅對主軸進行簡單的啟動或停止控制 7 機床本體 1 主運動部件 2 進給部件 工作臺 刀架 3 基礎支承件 床身 立柱等 4 輔助部分 如液壓 氣動 冷卻和潤滑部分等 5 儲備刀具的刀庫 自動換刀裝置 ATC 對于加工中心類的數控機床 還有存放刀具的刀庫 交換刀具的機械手等部件 數控機床機械部件的組成與普通機床相似 但傳動結構要求更為簡單 在精度 剛 度 抗震性等方面要求更高 而且其傳動和變速系統(tǒng)更便于實現自動化擴 1 1 3 數控機床的特點 1 數控機床的結構特點 1 由于數控車床刀架的兩個方向運動分別由兩臺伺服電動機驅動 所以它的 傳動鏈短 不必使用掛輪 光杠等傳動部件 用伺服電動機直接與絲杠聯(lián)結帶動刀 架運動 伺服電動機絲杠間也可以用同步皮帶副或齒輪副聯(lián)結 2 多功能數控車床是采用直流或交流主軸控制單元來驅動主軸 按控制指令 作無級變速 主軸之間不必用多級齒輪副來進行變速 為擴大變速范圍 現在一般 還要通過一級齒輪副 以實現分段無級調速 即使這樣 床頭箱內的結構已比傳統(tǒng) 車床簡單得多 數控車床的另一個結構特點是剛度大 這是為了與控制系統(tǒng)的高精 度控制相匹配 以便適應高精度的加工 9 3 數控車床的第三個結構特點是輕拖動 刀架移動一般采用滾珠絲杠副 滾 珠絲杠副是數控車床的關鍵機械部件之一 滾珠絲杠兩端安裝的滾動軸承是專用鈾 承 它的壓力角比常用的向心推力球輛承要大得多 這種專用軸承配對安裝 是選 配的 最好在軸承出廠時就是成對的 4 為了拖動輕便 數控車床的潤滑都比較充分 大部分采用油霧自動潤滑 5 由于數控機床的價格較高 控制系統(tǒng)的壽命較長 所以數控車床的滑動導 軌也要求耐磨性好 數控車床一般采用鑲鋼導軌 這樣機床精度保持的時間就比較 長 其使用壽命也可延長許多 6 數控車床還具有加工冷卻充分 防護較嚴密等特點 自動運轉時一般都處 于全封閉或半封閉狀態(tài) 7 數控車床一般還配有自動排屑裝置 2 數控機床的加工特點 1 適應性強 適應性即所謂的柔性 是指數控機床隨生產對象變化而變化的適應能力 在數 控機床上改變加工零件時 只需重新編制程序 輸入新的程序后就能實現對新的零 件的加工 而不需改變機械部分和控制部分的硬件 且生產過程是自動完成的 這 就為復雜結構零件的單件 小批量生產以及試制新產品提供了極大的方便 適應性 強是數控機床最突出的優(yōu)點 也是數控機床得以生產和迅速發(fā)展的主要原因 2 精度高 質量穩(wěn)定 數控機床是按數字形式給出的指令進行加工的 一般情況下工作過程不需要人 工干預 這就消除了操作者人為產生的誤差 在設計制造數控機床時 采取了許多 措施 使數控機床的機械部分達到了較高的精度和剛度 數控機床工作臺的移動當 量普遍達到了 0 01 0 0001mm 而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可 由數控裝置進行補償 高 檔數控機床采用光柵尺進行工作臺移動的閉環(huán)控制 數控 10 機床的加工精度由過去的 0 01 mm 提高到 0 005mm 甚至更高 定位精度九十年代 初中期已達到 0 002mm 0 005mm 此外 數控機床的傳動系統(tǒng)與機床結構都具 有很高的剛度和熱穩(wěn)定性 通過補償技術 數控機床可獲得比本身精度更高的加工 精度 尤其提高了同一批零件生產的一致性 產品合格率高 加工質量穩(wěn)定 3 生產效率高 零件加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分 數控機床主軸的轉 速和進給量的變化范圍比普通機床大 因此數控機床每一道工序都可選用最有利的 切削用量 由于數控機床結構剛性好 因此允許進行大切削用量的強力切削 這就 提高了數控機床的切削效率 節(jié)省了機動時間 數控機床的移動部件空行程運動速 度快 工件裝夾時間短 刀具可自動更換 輔助時間比一般機床大為減少 數控機床更換被加工零件時幾乎不需要重新調整機床 節(jié)省了零件安裝調整時 間 數控機床加工質量穩(wěn)定 一般只作首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗 因 此節(jié)省了停機檢驗時間 在加工中心機床上加工時 一臺機床實現了多道工序的連 續(xù)加工 生產效率的提高更為顯著 4 能實現復雜的運動 普通機床難以實現或無法實現軌跡為三次以上的曲線或曲面的運動 如螺旋槳 汽輪機葉片之類的空間曲面 而數控機床則可實現幾乎是任意軌跡的運動和加工任 何形狀的空間曲面 適應于復雜異形零件的加工 5 良好的經濟效益 數控機床雖然設備昂貴 加工時分攤到每個零件上的設備折舊費較高 但在單 件 小批量生產的情況下 使用數控機床加工可節(jié)省劃線工時 減少調整 加工和 檢驗時間 節(jié)省直接生產費用 數控機床加工零件一般不需制作專用夾具 節(jié)省了 工藝裝備費用 數控機床加工精度穩(wěn)定 減少了廢品率 使生產成本進一步下降 11 此外 數控機床可實現一機多用 節(jié)省廠房面積和建廠投資 因此使用數控機床可 獲得良好的經濟效益 6 有利于生產管理的現代化 數控機床使用數字信息與標準代碼處理 傳遞信息特別是在數控機床上使用計 算機控制 為計算機輔助設計 制造以及管理一體化奠定了基礎 1 1 4 研究數控技術的意義 不管是什么公司的數控系統(tǒng)都有大量的參數 如日本的 FANUC 公司 6T B 系統(tǒng)就 有 294 項參數 有的一項參數又有八位 粗略計算起來一套 CNC 系統(tǒng)配置的數控機 床就有近千個參數要設定 這些參數設置正確與否直接影響數控機床的使用和其性 能的發(fā)揮 特別是用戶能充分掌握和熟悉這些參數 將會使一臺數控機床的使用和 性能發(fā)揮上升到一個新的水平 實踐證明充分的了解參數的含義會給數控機床的故障診斷和維修帶來很大的方 便 會大大減少故障診斷的時間 提高機床的利用率 同時 一臺數控機床的參數 設置還是了解 CNC 系統(tǒng)軟件設計指導思想的窗口 也是衡量機床品質的參考數據 在條件允許的情況下 參數的修改還可以開發(fā) CNC 系統(tǒng)某些在數控機床訂購時沒有 表現出來的功能 對二次開發(fā)會有一定的幫助 因此 無論是那一型號的 CNC 系統(tǒng) 了解和掌握參數的含義都是非常重要的 另外 還有一點要說明的是 數控機床的制造廠在機床出廠時就會把相關的參 數設置正確 完全 同時還給用戶一份與機床設置完全符合的參數表 然而 目前 這一點卻做的不盡如人意 參數表與參數設置不符的現象時有發(fā)生 給日后數控機 床的故障診斷帶來很大的麻煩 對原始數據和原始設置沒有把握 在鼓掌中就很難 下決心來確定故障產生的原因 無論是對用戶和維修者本人都帶來不良的影響 因 此 在購置數控機床驗收時 應把隨機所帶的參數與機床上的實際設置進行校對 在制造廠的服務人員沒有離開之前落實此項工作 資料首先要齊全 正確 有不懂 的盡管發(fā)問 搞清參數的含義 為將來故障診斷掃除障礙 12 數控機床在出廠前 已將所采用的 CNC 系統(tǒng)設置了許多初始參數來配合 適應 相配套的每臺數控機床的具體情況 部分參數還需要調試來確定 這些具體參數的 參數表或參數紙帶應該交付給用戶 在數控維修中 有時要利用機床某些參數調整 機床 有些參數要根據機床的運行狀態(tài)進行必要的修正 所以維修人員要熟悉機床 參數 以日本 FANUC 公司的 10 11 12 系統(tǒng)為例 在軟件方面共設有 26 個大類的 機床參數 它們是 與設定有關的參數 定時器參數 與控制器有關的參數 坐標 系參數 進給速度參數 加 減速成控制參數 伺服參數 DI DO 數據輸入輸出 參數 CRT MDI 及邏輯參數 程序參數 I O 接口參數 刀具偏移參數 固定循環(huán)參 數 縮放及坐標旋轉參數 自動拐角倍率參數 單放向定位參數 用戶宏程序 跳 步信號輸入功能 刀具自動偏移及刀具長度自動測量 刀具壽命管理 維修等有關 的參數 用戶買到機床后 首先應將這份參數表復制存檔 一份存放在機床的文件 箱內 供操作者或維修人員在使用和維修機床時參考 另一份存入機床的檔案中 這些參數設定的正確與否將直接影響到機床的正常工作及機床性能充分發(fā)揮 維修 人員必須了解和掌握這些參數 并將整機參數的初始設定記錄在案 妥善保存 以 便維修時使用 1 2 數控機床的發(fā)展現狀 以數字化為特征數控機床是柔性化制造系統(tǒng)和敏捷化制造系統(tǒng)的基礎裝備 它 的總的發(fā)展趨勢是 高精化 高速化 高效化 柔性化 智能化和集成化 并注重 工藝適用性和經濟性 具體可歸納為下列八個方面 1 持續(xù)地提高經濟加工精度從 1950 年至 2000 年的 50 年內加工精度提升 100 倍左右 即加工精度平均每 8 年提高 1 倍 當前的普通加工精度已達到上世紀 50 年 代的精密加工水平 以加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度為例對比國內外的水平 國內大 致為 0 008 0 010mm 而國際先進水平為 0 002 0 003mm 按上述統(tǒng)計規(guī)律分析差 距約為 15 年左右 2 推進全面高速化實現高效制造 13 在刀具材料和刀具結構不斷發(fā)展的支持下 切削速度不斷地提高 在實際生產 中 車 銑 45 號鋼由 1950 年的 80 100m min 至 2000 年普遍達到 500 600m min 50 年內切削速度提高了 5 倍 高速化加工另一個特點是大多從單 一的高速切削發(fā)展至全面高速化 不僅要縮短切削時間 也要力求降低輔助時間和 技術準備時間 3 復合加工機床促進新一代高效機床的形成復合機床的含義是在一臺機床上實 現或盡可能完成從毛坯至成品的全部加工 復合機床根據其結構特點 可以分為工 藝復合型和工序復合型兩類 1 工藝復合型為跨加工類別的復合機床 包括不同加工方法和工藝的復合 如車銑中心 銑車中心 激光銑削加工機床 沖壓與激光切割復合 金屬燒結與鏡 面切削復合等 2 工序復合型應用刀具 銑頭 自動交換裝置 主軸立臥轉換頭 雙擺銑頭 多主軸頭和多回轉刀架等配置 增加工件在一次安裝下的加工工序數 如多面多軸 聯(lián)動加工的復合機床和主副雙主軸車削中心等 復合數控機床具有良好的工藝適用性 避免了在制品的儲存和傳輸等環(huán)節(jié) 有 力地支持了準時制造 JIT 因此對它的研發(fā)已被給予了極大的關注 4 工藝適用性的專門化數控機床正不斷涌現 通過對機床布局和結構的創(chuàng)新 使對不同類型的零件加工具有最佳的適用 避免 一方面出現不能發(fā)揮最佳性能 另一方面又存在功能冗余的現象 要解決品種多樣化與經濟性的矛盾 這就要對機床的模塊化設計提出更高的要 求 近年來對并聯(lián)機構機床和混聯(lián)機構機床的研究 以及對可重構機床 Reconfigurable Machine Tools 簡稱 RMT 技術的探索 反映了對制造裝備能 更方便地實現個性化 多樣化發(fā)展的一個追求 5 智能化和集成化成為數字化制造的重要支撐技術 14 信息技術的發(fā)展及其與傳統(tǒng)機床的相融合 使機床朝著數字化 集成化和智能 化的方向發(fā)展 數字化制造裝備 數字化生產線 數字化工廠的應用空間將越來越 大 而采用智能技術來實現多信息融合下的重構優(yōu)化的智能決策 過程適應控制 誤差補償智能控制 復雜曲面加工運動軌跡優(yōu)化控制 故障自診斷和智能維護以及 信息集成等功能 將大大提升成形和加工精度 提高制造效率 6 發(fā)展適應敏捷制造和網絡化分布式的制造系統(tǒng) 回顧近 10 年來制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程 基本上遵循以下兩個方向 增強制造系統(tǒng) 的智能化和自治管理功能 以提高 FMC FMS 的快速響應能力 發(fā)展兼顧柔性 高效 低成本和高質量且便于重構的新型制造系統(tǒng)以適應不確定性的市場環(huán)境 這類制造系統(tǒng)稱為快速重組制造系統(tǒng) RRMS 或可重構制造系統(tǒng) RMS 其原理為 通過對制造系統(tǒng)中的設備配置的調整或更換設備上的功能模塊來迅速構成適應新產 品生產的制造系統(tǒng) 這就要求設備和系統(tǒng)不僅軟件具有開放性 而且硬件也要有開 放性成為功能可重構的機床 即如前面提到的可重構機床 RMT 7 向大型化和微小化兩極發(fā)展 能源裝備的大型化及航空航天事業(yè)等的發(fā)展 需要重型立式臥式加工中心和銑 車中心 超精密加工技術和微納米技術是 21 世紀的戰(zhàn)略高技術 正在形成一個產業(yè) 需 發(fā)展能適應微小型尺寸結構和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備 航空航天 IT 和國防高新技術的需求推進了超精加工技術及設備的發(fā)展 上世 紀 60 年代 美國開發(fā)出第一臺商品化超精密機床 其加工尺寸精度為 0 8 m 70 年代英國克蘭菲爾德精密工程研究所批量生產的超精密車床加工的面形精度優(yōu)于 0 1 m 80 年代美國 LLL 實驗室和 Y 12 工廠合作生產的大型超精密金剛石車床的 加工平面形度達 0 0125 m 最大加工直徑為 2100mm 加工技術總的發(fā)展趨勢是 加工精度不斷提高 加工尺寸不斷增加 加工方法多樣化 由于晶片和光學鏡片等 硬脆材料加工的需要 超精密磨削和研拋以及非機械能的特種加工方法使加工精度 可優(yōu)于 0 005 m 15 8 配套裝置和功能部件的品種質量日臻完善 不僅數控系統(tǒng) 含數控裝置和伺服驅動裝置 有專業(yè)化生產廠 凡關鍵的通用 性功能部件如電主軸 刀具自動交換系統(tǒng) 滾動導軌副 直線滾動絲杠驅動副 雙 擺主軸頭 雙擺回轉臺和自動轉位刀塔等在國外均有一些著名的專業(yè)化生產廠 這 對保證產品質量 增長整機的可靠性和降低成本起著重要的作用 完善的高集成度的專用電路系統(tǒng)的研發(fā) 仍是數控系統(tǒng)可靠性繼續(xù)增長和結構 小型化的一項重要措施 1 3 本課題研究的目標 1 掌握各編程指令的意義 編寫正確的加工工序 2 熟練的的編寫程序和應用 3 學會對零件加工工藝的制定 4 了解機械制造相關知識 5 熟悉機床的組成 了解相關的基礎知識 6 完成本次設計工件 順利畢業(yè) 1 4 完成本課題的可行性分析 本論文課題所加工的工件 裝夾方面有專用的平口鉗裝夾無需專用設計夾具 憑借四年所學的理論知識和實踐知識 如 車工 鉗工和數控加工中心中級 數控 加工中心高級 可以完成本論文的編寫 并且論文的專題與自己所學專業(yè)相對應 具有充分的產考材料 如 數控加工技術 數控編程 機械制造基礎 機械基礎工 藝學 金屬加工工藝 CAD CAM 應用技術等參考材料 除此還有專門的輔導老 師 教授作輔導 綜合以上分析完成課題 16 1 5 數控編程的方法 數控編程方法可以分為兩類 一類是手工編程 另一類是自動編程 1 手工編程 手工編程是指編制零件數控加工程序的各個步驟 即從零件圖紙分析 工藝決 策 確定加工路線和工藝參數 計算刀位軌跡坐標數據 編寫零件的數控加工程序 單直至程序的檢驗 均由人工來完成 對于點位加工或幾何形狀不太復雜的輪廓加 工 幾何計算較簡單 程序段不多 手工編程即可實現 2 自動編程 自動編程是采用計算機輔助數控編程技術實現的 需要一套專門的數控編程軟 件 現代數控編程軟件主要分為以批處理命令方式為主的各種類型的語言編程系統(tǒng) 和交互式 CAD CAM 集成化編程系統(tǒng) 1 6 系統(tǒng)設備的選擇 國外的主要數控系統(tǒng)有德國的 SIEMENS 數控系統(tǒng) 日本的 FANUC 數控系統(tǒng) 西班 牙的 FAGOR 數控系統(tǒng)等 國產的主要數控系統(tǒng)有武漢華中數控股份有限公司的華中 數控系統(tǒng) 沈陽高精度數控技術有限公司的藍天數控系統(tǒng) 北京航天數控集團的航天 數控系統(tǒng)等 而華中世紀星數控系統(tǒng)是最簡便的一種 也是常見的 我所學的是 FANUC 系統(tǒng) 下面就是簡單的介紹 1 6 1 FANUC 準備功能 G 代碼 本次設計準備功能 G 代碼見表 1 1 表 1 1 指令 功 能 指令執(zhí)行類別指令 功 能 指令執(zhí)行類別 G00 定位 G50 1 可編程鏡像取消 G01 直線插補 G51 1 22 可編程鏡像有效 G52 局部坐標系設定 G02 順時針圓弧插補 螺旋線插 補 G53 00 選擇機床坐標系 G54 選擇工件坐標系 1 G03 01 逆時針圓弧插補 螺旋線插 補 G0400 停刀 準確停止 G54 1 14 選擇附加工件坐標系 P1 P48 17 G05 1 AI 先行控制 G55 選擇工件坐標系 2 G07 1 圓柱插補 G56 選擇工件坐標系 3 G08 先行控制 G57 選擇工件坐標系 4 G09 準確停止 G58 選擇工件坐標系 5 G10 可編程數據輸入 G59 選擇工件坐標系 6 G60 00 01 單方向定位 G11 可編程數據輸入方式取消 G61 準確停止方式 G15 極坐標指令取消 G16 17 極坐標指令 G62 自動拐角倍率 G17 選擇 XY 平面 G63 攻螺紋方式 G18 選擇 ZX 平面 G64 15 切削方式 G19 02 選擇 YZ 平面 G6500 宏程序調用 G20 英寸輸入 G66 宏程序模態(tài)調用 G21 06 毫米輸入 G67 12 宏程序調用取消 G68 坐標旋轉 三維坐標旋 轉 G22 存儲行程檢測功能有效 G69 16 坐標旋轉取消維坐標旋 轉取消 G23 04 存儲行程檢測功能有效 G73 排屑鉆孔循環(huán) G25 主軸速度波動檢測功能無 效 G74 左旋攻螺紋循環(huán) G26 24 主軸速度波動檢測功能有 效 G76 精鏜循環(huán) G27 能有效 返回參考點檢測 G80 固定循環(huán)取消 外部操 作功能取消 G28 返回參考點 G29 從參考點返回 G81 鉆孔循環(huán) 忽鏜循環(huán)或 外部操作功能 G30 返回第 2 3 4 參考點 G31 00 跳躍功能 G82 鉆孔循環(huán)或反鏜循環(huán) G3301 螺紋切削 G83 排屑鉆孔循環(huán) G37 自動刀具長度測量 G84 攻螺紋循環(huán) G39 00 拐角偏置圓弧插補 G85 鏜孔循環(huán) G86 鏜孔循環(huán) G40 刀具半徑補償取消 三維補 償取消 G87 背鏜循環(huán) G88 鏜孔循環(huán) G41 左側刀具半徑補償 三維補 償 G89 09 鏜孔循環(huán) G42 07 右側刀具半徑補償 G90 絕對值編程 G40 1 法線方向控制取消方式 G91 03 增量值編程 G41 1 19 法線方向控制左側接通 G9200 設定工件坐標系或最大 18 G42 1 法線方向控制右側接通主軸速度箝制 G43 正向刀具長度補償 G92 1 工件坐標系預置 G44 08 負向刀具長度補償 G94 每分進給 G45 刀具偏置量增加 G 95 05 每轉進給 G46 刀具偏置量減少 G96 恒表面速度控制 G47 2 倍刀具偏置量 G97 13 恒表面速度控制取消 G48 00 1 2 刀具偏置量 G98 固定循環(huán)返回到初始點 G49 08 刀具長度補償取消 G99 10 固定循環(huán)返回到 R 點 G50 比例縮放取消 G51 比例縮放有效 編程時 前面的 0 可省略 如 G00 G01 可簡寫為 G0 G1 注 1 帶 號的 G 指令表示接通電源時 即為該 G 指令的狀態(tài) 2 00 組 G 指令中 除了 G10 和 G11 以外其他的都是非模態(tài) G 指令 3 同一程序段中指令了兩個或兩個以上同一組的 G 指令時 則只有最后一 個 G 指令有效 1 6 2 FANUC 輔助功能 M 代碼 本次設計輔助功能 M 代碼見表 1 2 表 1 2 指令功能指令執(zhí)行類別指令功能指令執(zhí)行類別 M00程序停止M30程序結束并返回后指令 M01程序選擇停止M63排屑起動 M02程序結束 后指令 M64排屑停止 M03主軸正轉M80刀庫前進 M04正轉反轉 前指令 M81刀庫后退 M05主軸停止后指令M82刀庫松開 M06刀具自動交換M83刀庫夾緊 M85刀庫旋轉 前指令 M08 切削液開 有 些廠家設置為 M07 前指令 M98調用子程序 M09切削液關后指令M99 調用子程序結束 并返回 后指令 M19主軸定向 M20剛性攻螺紋 前指令 編程時 前面的 0 可省略 如 M00 M01 可簡寫為 M0 M1 注 1 M00 指令 M00 是暫停指令 當執(zhí)行有 M00 指令的程序段后 程序停止執(zhí)行 進給停 19 止 但主軸仍然旋轉 按下 循環(huán)啟動 按鈕 程序繼續(xù)執(zhí)行 M05 指令與 M00 指令組合使 用 先使主軸停轉 然后暫停 可測量加工工件的尺寸 2 M01 指令 M01 也是暫停指令 與 M00 不同的是操作者必須預先按下操作面 板上的 程序選擇停止 按鈕 否則 M01 指令無效 程序不暫停 3 M02 與 M30 M02 和 M30 都是程序結束指令 M02 表示程序運行完畢 關閉所 有輔助功能 M30 除實現 M02 功能外 程序還自動返回到程序頭部 為下一個工件 的加工作好準備 20 第二章 典型零件的工藝分析 2 1 零件圖分析 本課題零件見圖 2 1 圖 2 1 20 60 100 R8 60 100 5 4 20 R14 2 2 零件的基本結構分析 該零件為數控銑單件單面加工零件 該零件由圓弧 直線 倒角以及孔組成 該零件毛坯材料為 45 鋼 規(guī)格為 100 100 20MM 1 零件的形狀 1 該零件由工件內輪廓和孔組成 21 2 內輪廓 正方形四個端角為圓心的四個圓與正方形四條邊相交 相交處倒 圓角 3 孔 正方形四個端角為圓心的孔 2 尺寸分析 1 內輪廓尺寸分析 正方形為 60 60MM 正方形四個端角為圓心的圓 R 為 14 圓與正方形邊長相交處倒 R8 的圓角 2 孔尺寸分析 孔坐標在 60 60MM 的正方形四個端角處 孔尺寸為 20 2 3 零件的加工工藝路線 1 平面的銑削 可用平底立銑刀直接銑削 2 內輪廓銑削方法的有 一般可分為粗加工 半精加工 精加工 精細加工 此工件精度要求比較低 加工方法采用粗精加工即可 最后還要去除余量 3 孔 孔加工方法較多 銑孔特別是深孔時 為了避免誤差 應盡量能采用分 層銑削法 先銑削 20 的圓 然后分層銑削至要求深度 22 第三章 零件的加工 3 1 零件的加工工藝路線 加工步驟 下料 100 100 20MM 銑削 銑削平面 尺寸為 100 100MM 銑削內輪廓 使用平底立銑刀加左刀補進行粗 精加工 保證內輪廓尺寸 采用分層銑削進行孔加工 圓心在內輪廓 60 60MM 的四個端角處的同心圓孔 保證 20 Z 9MM 3 2 毛坯及材料分析 3 2 1 毛坯的選擇 毛坯種類的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費用 而且也與零件的機械加工工藝 和加工質量密切相關 常見毛坯種類有呂件和鋼件等等 此零件的材料 45 鋼 零件是由毛坯按照其技術要求經過各種加工而最后形成的 毛壞選擇的正確與 否 不僅影響產品的質量 而且對制造成本也有很大影響 因此 正確地選擇毛坯 有著重大的技術經濟意義 3 2 2 選擇原則 1 零件的生產綱領 大量生產的零件應選擇精度和和生產率高的制造方法 2 零件材料的工藝性 鋼質零件當形狀不復雜 力學性能要求又不太高時 可選 用 45 鋼 23 3 3 相關基點的計算 本零件基點如圖 3 1 所示 圖 3 1 第 1 個點坐標 X 0 000 Y 30 000 第 2 個點坐標 X 9 506 Y 30 000 第 3 個點坐標 X 16 958 Y 35 091 3 2 4 5 7 10 13 14 15 6 118 9 1 18 1920 21 12 17 16 24 第 4 個點坐標 X 35 091 Y 16 958 第 5 個點坐標 X 30 000 Y 9 506 第 6 個點坐標 X 30 000 Y 9 506 第 7 個點坐標 X 35 091 Y 16 958 第 8 個點坐標 X 16 958 Y 35 091 第 9 個點坐標 X 9 506 Y 30 000 第 10 個點坐標 X 9 506 Y 30 000 第 11 個點坐標 X 16 958 Y 35 091 第 12 個點坐標 X 35 091 Y 16 958 第 13 個點坐標 X 30 000 Y 9 506 第 14 個點坐標 X 30 000 Y 9 506 第 15 個點坐標 X 35 091 Y 16 958 第 16 個點坐標 X 16 958 Y 35 091 第 17 個點坐標 X 9 506 Y 30 000 第 18 個點坐標 X 30 000 Y 30 000 第 19 個點坐標 X 30 000 Y 30 000 第 20 個點坐標 X 30 000 Y 30 000 第 21 個點坐標 X 30 000 Y 30 000 25 3 4 零件的加工工藝過程 本設計加工工藝過程見表 3 1 表 3 1 工 序 號 加 工 方 法 加工內容加工簡圖 1 下料 100 100 20MM 2 銑 削 銑 100 100MM 平面 3 銑 削 本道工序一刀成形 由 1 點進刀 走刀軌 跡為 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 點退刀 3 2 4 5 7 10 13 14 15 6 118 9 1 19 12 17 16 4 銑 削 銑四個 20