[精品資料]畢業(yè)資料_數(shù)控機(jī)床的分類及典型軸類零件的加工

數(shù)控機(jī)床的分類及典型軸類零件的加工目 錄一. 概述31.0數(shù)控在現(xiàn)代制造業(yè)中的作用41. 1按加工工藝方法分類41.1. 1金屬切削類數(shù)控機(jī)床41.1. 2特種加工類數(shù)控機(jī)床41.1. 3板材加工數(shù)控機(jī)床41. 2按控制控制運(yùn)動軌跡分類51.2. 1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床51.2. 2直線控制數(shù)控機(jī)床51.2. 3輪廓控制數(shù)控機(jī)床51. 3按驅(qū)動裝置的特點(diǎn)分類61.3. 1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床61.3. 2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床71.2. 3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床71.4混合控制數(shù)控機(jī)床81.5 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)二. 典型軸類零件的加工82. 1零件圖工藝分析92. 2選擇設(shè)備102.3確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式102. 4確定加工順序及進(jìn)給路線102.5刀具選擇112.6切削用量選擇122.7編制程序粗加工3.0熱處理3.1噴砂3.2打中心孔3.3磨外圓到尺寸3.4裝配三. 結(jié)束語15四.參考文獻(xiàn)16 一. 概述零件制造自動化技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分,其核心技術(shù)是數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是應(yīng)用計算機(jī)、自動控制、自動檢驗及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物?？茖W(xué)技術(shù)和社會的蓬勃發(fā)展，對機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量，品種和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求。數(shù)控加工技術(shù)就是實現(xiàn)產(chǎn)品加工過程自動化的現(xiàn)代化的措施之一，應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)能提高加工質(zhì)量和 生產(chǎn)率，解決若干普通機(jī)械加工所解決不了的的加工技術(shù)問題，大大降低加工成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，還能極大改善工人的勞動條件，提高工人的素質(zhì)。1. 1按加工工藝方法分類111金屬切削類數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動作和運(yùn)動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。 在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 2特種加工類數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 3板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。 近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測量機(jī)、自動繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。 二、按控制運(yùn)動軌跡分類 1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 位置的精確定位，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡，因此幾個坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動無任何聯(lián)系?？梢詭讉€坐標(biāo)同時向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動，也可以各個坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動。 這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 2直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動動力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。 3輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€或兩個以上運(yùn)動的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 現(xiàn)在計算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 三、按驅(qū)動裝置的特點(diǎn)分類 1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 接對工作臺的實際位移進(jìn)行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對機(jī)床進(jìn)行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運(yùn)動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運(yùn)動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進(jìn)行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機(jī)設(shè)計成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 4混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因為大型或重型數(shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜。混合控制系統(tǒng)又分為兩種形式： （1）開環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 （2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機(jī)），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。手工編程%O0001 程序名N5 G00 X100 Z100 T0202 M03 S500 主軸啟動 以500r/min正轉(zhuǎn)N10 G99 G00 X40 Z5 到達(dá)X,Z坐標(biāo)起始點(diǎn)N15 G71 U3 R1 外圓粗車循環(huán)N20 G71 P25 Q80 U0.5 W0.5 F0.4 指定循環(huán)開始和結(jié)束的段落和留精加工余量N25 G01 X0 F0.4 到達(dá)指定的X坐標(biāo)N30 Z0 到達(dá)指定的Z坐標(biāo)N35 G03 X14 Z-7 F0.4 逆圓切削N40 G01 X16 Z-7 F0.4 直線插補(bǔ)到指定坐標(biāo)X16,Z-7N45 X20 Z-9 直線插補(bǔ)到指定坐標(biāo)X20,Z-9N50 Z-27 切削到指定坐標(biāo)X20,Z-27N55 X25 Z-27 直線切削到指定坐標(biāo)X30,Z-27N60 X30 Z-47 直線插補(bǔ)切削到X30,Z-47N65 Z-55 N70 X36N75 Z-70N80 X40N82 X100 Y100 T0303 S1200 換3號刀精車 主軸以1200r/min正轉(zhuǎn)N85 G70 P25 Q80 F0.15 精車循環(huán)N90 G00 X100 Z100 回?fù)Q刀點(diǎn) N95 T0404 S500 換四號刀切槽 主軸以500r/min正轉(zhuǎn)N100 G00 X40 Z-27N105 G01 X16 Z-27 F0.15N110 G04 X1 暫停時間N115 G01 X40N120 G00 X100 Z100 回?fù)Q刀點(diǎn)N125 T0505 S500 G00 X40 Z-65 換5號刀切槽 主軸以500r/min正轉(zhuǎn)N130 G01 X30 Z-65 F0.15N135 G04 X1 暫停時間N140 G01 X40N145 G00 X100 Z100 會換刀點(diǎn)N150 T0303 S320 換3號螺紋刀 主軸以320r/min正轉(zhuǎn)N155 G00 X22 Z2 刀具起始安全點(diǎn)N160 G92 X17.4 Z-25 F0.1 螺紋循環(huán)切削開始N165 X19.6N170 X19.2N175 X18.8N180 X18.4N185 X18.0N190 X17.6N195 X17.5N200 X17.4N205 G00 X100 Z100 回?fù)Q刀點(diǎn)N210 M30 程序結(jié)束1.5 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)本課程的設(shè)計主要培養(yǎng)和提高自己以下幾方面能力;1用所學(xué)職業(yè)基礎(chǔ)知識、職業(yè)專業(yè)知識和職業(yè)技能，提高解決實際問題的能力，從而達(dá)到鞏固、深化所學(xué)的知識與技能的目的。2培養(yǎng)學(xué)生建立正確的科學(xué)思想、認(rèn)真負(fù)責(zé)、實事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實作風(fēng)。3培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、收集資料，熟悉有關(guān)技術(shù)文件，運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)、手冊、等資料進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計或加工（如設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，工程制圖等）、編寫技術(shù)文件等獨(dú)立工作能力。(二)典型軸類零件的加工典型軸類零件如圖1所示，零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求，試對該零件進(jìn)行數(shù)控車削工藝分析。圖（一）圖1 典型軸類零件（2.1）零件圖工藝分析該零件表面由圓柱、圓錐、圓弧及螺紋等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴(yán)的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S14的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。零件材料為45鋼。通過上述分析并結(jié)合我們廠(昆山眾信模具)的實際情況，可采用以下幾點(diǎn)工藝措施。2.11: 對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，我們廠的數(shù)控車床難以達(dá)到，故編程時外徑留0.5mm的余量，待熱處理后用外圓磨床加工到圖紙要求尺寸（前面帶螺紋的部分盡量車到位）。2.12: 在輪廓曲線上，有一處為圓頭，其中一處為既過象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，因此在加工時圓頭前應(yīng)留有一小段直徑為6mm長度為5mm的圓柱，以便打中心孔進(jìn)行磨加工，待磨好后再將其切除，（結(jié)合我們廠的實際情況，只能這樣做）2.13: 為便于裝夾，坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分，右端面也應(yīng)先粗車出并鉆好中心孔。毛坯選40棒料。2.14: 數(shù)控車車出后進(jìn)行熱處理，使其硬度在5660HRC2.15: 熱處理后進(jìn)行噴砂處理，讓其表面平滑，有助于下一步工序外圓磨的加工2.16: 將噴砂好的工件拿到普車打中心孔，（要打表校正使其跳動在0.05mm以內(nèi)，并且兩邊都要打中心孔）。2.17: 將打好中心孔的工件拿到外圓磨進(jìn)行磨加工，錐度部分用錐導(dǎo)套配合磨，已達(dá)到圖紙要求為準(zhǔn)。（2.2）選擇設(shè)備 根據(jù)被加工零件的外形和材料以及我廠里的實際情況等條件，選用TND360數(shù)控車床；普車；噴砂機(jī)；外圓磨床。（2.3）確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式 定位基準(zhǔn) 確定坯料軸線和左端大端面（設(shè)計基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。裝夾方法 左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊（我們廠的老師傅稱其為階梯卡抓），右端采用活動頂尖（我們常說的尾座）支承的裝夾方式。（2.4）確定加工順序及進(jìn)給路線 加工順序按由粗到精、由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則確定。最后車削螺紋。我們廠里的TND360數(shù)控車床具有粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)功能，只要正確使用編程指令，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就會自動確定其進(jìn)給路線，因此，該零件的粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)不需要人為確定其進(jìn)給路線（不再數(shù)控車上精車到位，我們廠的車床精度達(dá)不到，最終要用外圓磨床將其磨到位，并且還能保證其表面光潔度）。（2.5）刀具選擇 選用5中心鉆鉆削中心孔（在普車上做，只打右端中心孔）。粗車及平端面選用900硬質(zhì)合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉（可用作圖法檢驗），副偏角不宜太小，選=350。車螺紋選用硬質(zhì)合金600外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑，取r=0.150.2。將所選定的刀具參數(shù)及有用的數(shù)據(jù)整理如下，以便編程和操作管理。表1 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號 刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥⒘慵D號T015中心鉆 11鉆5 mm中心孔圖一T02硬質(zhì)合金900外圓車刀1車端面及粗車輪廓 右偏刀圖一T03硬質(zhì)合金600外螺紋車刀1精車輪廓 右偏刀圖一T04600外螺紋車刀1車螺紋圖一 零件名稱 典型軸編制審核批準(zhǔn)（2.6）切削用量選擇 背吃刀量的選擇 輪廓粗車循環(huán)時選u=1.8 ；螺紋粗車時選0.4 ，逐刀減少，精車0.1。主軸轉(zhuǎn)速的選擇 車直線和圓弧時，選粗車切削速度f=90m/min，然后利用公式=dn/1000(5-1)計算主軸轉(zhuǎn)速n（粗車直徑D=40 ）：粗車500r/min。車螺紋時，參照式（5-1）計算主軸轉(zhuǎn)速n =320 r/min.進(jìn)給速度的選擇 選擇粗車、精車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，再根據(jù)加工的實際情況確定粗車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為0.4/r，最后根據(jù)公式計算粗車為200 /min。綜合前面分析的各項內(nèi)容，并將其整理填入表2。主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。表2 典型軸類零件數(shù)控加工工藝卡片 單位名稱 工序號工序內(nèi)容夾具名稱使用設(shè)備車間備注1車斷面，控長度。三抓卡盤普車1車兩端2打中心孔三抓卡盤普車1打右端中心孔3粗車工件階梯卡抓數(shù)控車2(2.7)零件粗精加工程序(FAUNCTD系統(tǒng))N0001;T0101;M98 S900;M08;G71 U1.8 R0.5 F160;G71 P1 Q2;N1 G00 X40 Z2;G01 Z0;G03 X14.5 Z-7 R7;G01 X16.5;X20.5 Z-9;Z-27;X25.5;X30 Z-47;Z-55;X36;N2 Z-70;G00 X150 Z150;T0202;M03 S900;G00 X42;Z-27;G01 X16