機電一體化畢業(yè)論文[1]

1、學校代碼：XXXX學 號：XXXXX 四川礦產(chǎn)機電技師學院畢業(yè)論文 系 別： 機電系 專 業(yè)： 機電一體化 學生姓名： 郭鑫 指導(dǎo)老師： 韓鳳平入學日期：2013年9月 論文完成日期：2016年6月內(nèi) 容 摘 要數(shù)控編程即數(shù)控機床加工程序的編制，它是數(shù)控機床使用中最重要的一個環(huán)節(jié)。數(shù)控編程分手工編程和自動編程。手工編程是由人工完成刀具軌跡計算及加工程序的編制工作。當零件形狀不十分復(fù)雜或加工程序不太長時，采用手工編程方便、經(jīng)濟。自動編程是計算機通過自動編程軟件完成對刀具的運動軌跡的自動計算，自動生成加工程序并在計算機屏幕上動態(tài)地顯示出刀具加工軌跡。對于加工零件形狀復(fù)雜，特別是涉及三維立體形狀或刀

2、具運動軌跡計算繁瑣時，采用自動編程。數(shù)控程序（數(shù)控加工程序）是數(shù)控機床加工中不可缺少的一部分，數(shù)控機床之所以能加工出各種形狀、不同尺寸和精度的零件，就是因為編程人員為它編制了不同的加工程序。數(shù)控程序把零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)（進給速度和主軸轉(zhuǎn)速等）、位移數(shù)據(jù)（幾何數(shù)據(jù)和幾何尺寸等）及開關(guān)命令（換刀、切削液開/關(guān)和工件裝卸等）等信息用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的功能代碼和格式按加工順序編寫成加工程序單，并記錄在信息載體上。信息載體的形式可以是：穿孔紙帶、磁盤等的數(shù)控加工程序輸入機床數(shù)控裝置，從而指揮數(shù)控機床按數(shù)控程序的內(nèi)容加工出合格的零件.數(shù)控程序編寫的如何，直接影響零件加工質(zhì)量。 引 言隨著中國加入世界

3、貿(mào)易組合,全球制造業(yè)出現(xiàn)向中國轉(zhuǎn)移的傾向,國內(nèi)對數(shù)控加工的需求也呈現(xiàn)出高速持續(xù)增長的趨勢,大批大量的生產(chǎn)，如汽車、拖拉機與家用電器的零件，為了解決高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的問題，多采用專用的工藝裝備、專用自動化機床或?qū)Ｓ玫淖詣由a(chǎn)線和自動車間進行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用設(shè)備進行生產(chǎn)，生產(chǎn)準備周期長，產(chǎn)品改型不易，因而使產(chǎn)品的開發(fā)周期增長。在機械產(chǎn)品中，但見于小批量產(chǎn)品占到70%80%,這類產(chǎn)品一般都采用通用機床加工，當產(chǎn)品改變時，機床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機床的自動化程度不高，基本上由人工操作，難以提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。特別是一些曲線、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿形機床，

4、或者借助劃線和樣板用于手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。 由于數(shù)控機床綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密見車與新型機械機構(gòu)等方面的技術(shù)成果，具有高柔型、高精度與高度自動化的特點，因此，采用數(shù)控加工手段，解決了機械制造中常規(guī)加工技術(shù)難以解決甚至無法解決的單件、小批量、特別是復(fù)雜性面零件的加工。應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)使機械制造業(yè)的一次技術(shù)革命，使機械制造業(yè)的發(fā)展進入了一個新的階段，提高了機械制造業(yè)的制造水平，為社會提供了高質(zhì)量、多品種及高可靠性的機械產(chǎn)品。目前應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)的領(lǐng)域已從當初的航空工業(yè)部門逐步擴大到汽車、造船、機床、建筑等民用機械制造業(yè)，并已取得

5、了巨大的經(jīng)濟效益。 四川礦產(chǎn)機電技師學院目  錄第一章 概述.11.1 數(shù)控技術(shù).11.2 數(shù)控編程及其發(fā)展.11.3 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況.11.4 數(shù)控加工.11.4 CAD/CAM 軟件.1第二章 圖形設(shè)計與加工.22.1 零件圖的繪制.22.2 零件尺寸分析.22.3 圖樣工藝分析.2第三章 數(shù)控的工藝路線設(shè)計.33.1毛坯材料的選擇.33.2工藝路線的擬定.33.3 刀具的選擇.33.4 夾具的選擇與類型.33.5 夾具的類型.33.6 零件的安裝.3第四章 零件的加工工序及編程.4 4.1數(shù)控加工工序.44.2數(shù)控加工工序的編寫.4總 結(jié).

6、5參考文獻.5致謝5   第一章概述1.1數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)是綜合了計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造等學科領(lǐng)域最新成果而形成的一門邊緣科學技術(shù)。在現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域中，數(shù)控技術(shù)已成為核心技術(shù)之一，是實現(xiàn)柔性制造（Flexible Manufacturing，F(xiàn)M）、計算機集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、工廠自動化（Factory Automation， FA）的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一。數(shù)控技術(shù)較早地應(yīng)用于機床裝備中，本書中的數(shù)控技術(shù)具體指機床數(shù)控技術(shù)。

7、60;國家標準(GB812987)把機床數(shù)控技術(shù)定義為“用數(shù)字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”，簡稱數(shù)控(Numerical Control，NC)。數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床。國際信息處理聯(lián)盟(international federation of information processing)第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床作了如下定義：“數(shù)控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼，或其它符號編碼指令規(guī)定的程序?！睋Q言之，數(shù)控機床是一種采用計算機，利用數(shù)字信息進行控制的高效、能自動化加工的機床，它能

8、夠按照機床規(guī)定的數(shù)字化代碼，把各種機械位移量、工藝參數(shù)、輔助功能(如刀具交換、冷卻液開與關(guān)等)表示出來，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏輯處理與運算，發(fā)出各種控制指令，實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成零件加工任務(wù)。在被加工零件或加工工序變換時，它只需改變控制的指令程序就可以實現(xiàn)新的加工。所以，數(shù)控機床是一種靈活性很強、技術(shù)密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備。 隨著自動控制理論、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、精密測量技術(shù)和機械制造技術(shù)的進一步發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正向高速度、高精度、智能化、開放型以及高可靠性等方向迅速發(fā)展。數(shù)控加工是指，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的各種運動，以數(shù)字和字母形式表示工件的形狀

9、和尺寸等技術(shù)要求和加工工藝要求進行的加工。特點。1、提高生產(chǎn)效率；2、不需熟練的機床操作人員；3、提高加工精度并且保持加工質(zhì)量；4、可以減少工裝卡具；5、可以減少各工序間的周轉(zhuǎn)，原來需要用多道工序完成的工件，數(shù)控加工一次裝夾完成加工，縮短加工周期，提高生產(chǎn)效率；6、容易進行加工過程管理；7、可以減少檢查工作量；8、可以降低廢、次品率；9、便于設(shè)計變更，加工設(shè)定柔性；10、容易實現(xiàn)操作過程的自動化，一個人可以操作多臺機床；11、作用和地位上的戰(zhàn)略性；12、軟件上的領(lǐng)域性；13、推廣應(yīng)用上的適應(yīng)性；14、跟蹤上的滯后性；隨著制造設(shè)備的數(shù)控化率不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)在我國得到日益廣泛的使用，在模具行

10、業(yè)，掌握數(shù)控技術(shù)與否及加工過程中的數(shù)控化率的高低已成為企業(yè)是否具有競爭力的象征。數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）系統(tǒng)的質(zhì)量。1.2數(shù)控編程及其發(fā)展 數(shù)控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，其在實現(xiàn)設(shè)計加工自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。在諸如航空工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用。由于生產(chǎn)實際的強烈需求，國內(nèi)外都對數(shù)控編程技術(shù)進行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對數(shù)控編程及其發(fā)展作一些介紹。1.3數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況 為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計了一種專門用于

11、機械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（AutomaticallyProgrammedTool）。其后，APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版。 采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡練，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直

12、觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。 針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發(fā)集三維設(shè)計、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎(chǔ)上

13、，逐步形成了計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化和智能化夫發(fā)展。1.4數(shù)控加工隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。 大批大量的產(chǎn)品，如汽車、拖拉機與家用電器的零件，為了解決高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的問題，多采用專用的工藝裝備、專用自動化機床或?qū)Ｓ玫淖詣由a(chǎn)線和自動車間進行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用生產(chǎn)設(shè)備進行生產(chǎn)，生產(chǎn)準備周期長，產(chǎn)品改型不易，因而使產(chǎn)品的

14、開發(fā)周期增長。在機械產(chǎn)品中，單件與小批量產(chǎn)品占到70%80%，這類產(chǎn)品一般都采用通用機床加工，當產(chǎn)品改變時，機床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機床的自動化程度不高，基本上由人工操作，難以提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。特別是一些由曲線、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿形機床，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。 由于數(shù)控機床綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機械結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)成果，具有高柔性、高精度與高度自動化的特點。因此，采用數(shù)控加工方式，解決了機械制造中常規(guī)加工技術(shù)難以解決甚至無法解決的單件、小批量，

15、特別是復(fù)雜型面零件的加工。應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)是機械制造業(yè)的一次技術(shù)革命，使機械制造業(yè)的發(fā)展進入了一個新的階段，提高了機械制造業(yè)的制造水平，為社會提供了高質(zhì)量、多品種及高可靠性的機械產(chǎn)品。目前，應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)的領(lǐng)域已從當初的航空工業(yè)部門逐步擴大到汽車、造船、機床、建筑等民用機械制造業(yè)，并已取得了巨大的經(jīng)濟效益。 隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工消費品生產(chǎn)的高速增長，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高；此外，激烈的市場競爭要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀的高效高質(zhì)量加工要求。因此，近幾十年來，能有效解決復(fù)雜、精密、小批多變零

16、件加工問題的數(shù)控（NC）加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使制造技術(shù)發(fā)生了根本性的變化。努力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，并向更高層次的自動化、柔性化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化制造技術(shù)推進，是當前機械制造業(yè)發(fā)展的方向。 數(shù)控加工技術(shù)也是發(fā)展軍事工業(yè)的重要戰(zhàn)略技術(shù)。美國與西方各國在高檔數(shù)控機床與加工技術(shù)方面一直對我國進行封鎖限制，因為許多先進武器裝備的制造，如飛機、導(dǎo)彈、坦克等的關(guān)鍵零件，都離不開高性能的數(shù)控機床加工。我國的航空、能源、交通等行業(yè)也從西方引進了一些5坐標機床等高檔數(shù)控設(shè)備，但其使用受到國外的監(jiān)控和限制，不準用于軍事用途的零件加工。這一切均說明數(shù)控加工技術(shù)在國防現(xiàn)代化方面所起的重要作用

17、。1.4CAD/CAM 軟件CAD/CAM系統(tǒng)是按照程序和數(shù)據(jù)進行工作的，這些程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)的文檔就是軟件。軟件主要研究如何有效地管理和使用硬件，如何實現(xiàn)人們所希望的各種功能的要求，因此，軟件水平的高低直接影響到CAD/CAM系統(tǒng)的功能、工作效率及使用的方便程度，軟件包含了管理和應(yīng)用計算機的全部技術(shù)。根據(jù)CAD/CAM系統(tǒng)中執(zhí)行的任務(wù)及服務(wù)對象的不同，可將軟件系統(tǒng)分為三個層次，即系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件，如圖2-12所示。 第二章圖形設(shè)計與加工2.1零件圖的繪制圖12.2零件尺寸分析 尺寸標注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點在數(shù)控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因

18、此，零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸，或盡量以同一基準上引注尺寸。在本設(shè)計零件圖，寬度方向以中心軸線為基準，主零件長度方向是以R10的半圓球右端面為基準。幾何要素的條件應(yīng)完整，準確。2.3圖樣工藝分析如圖1所示，根據(jù)圖樣零件的數(shù)據(jù)顯示選擇毛坯為：直徑85MM*125MM的棒料。此零件外型規(guī)則，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及凹凸配合等要求較高。零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包含了圓弧，外輪廓，螺紋，切槽以及三維曲面的加工，且大部分的尺寸均達到IT8-IT7級精度。工件選用三爪自定心卡盤裝夾，由于該零件形狀復(fù)雜所以把零件分為兩步驟完成：先車基準（零件左端面）鉆中心孔車零件最大外圓ø 

19、;80 車ø70及臺階面 然后調(diào)頭裝夾車ø65臺階軸車圓錐面 車ø24圓柱 車ø20圓柱以及R10半圓球切M24x2螺紋，以零件右端半圓球的端點做工件坐標系的原點（也是編程原點）。第三章 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計與通用機床加工工藝路線的設(shè)計的主要區(qū)別，在于它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設(shè)計中一定要注意到，由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工中的整個工藝過程中，因而要與其他加工工藝銜接好3.1毛坯材料的選擇 材料為45#鋼

20、。因本次設(shè)計的零件為一般階梯軸，所受扭矩不大，所以45#鋼即可滿足使用要求。此零件外型規(guī)則，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及凹凸配合等要求較高。毛坯料選為85*125的棒料，如圖2所示。圖23.2工藝路線的擬定加工順序的確定  對精度要求較高的零件，其粗、精加工應(yīng)分開，以保證零件的質(zhì)量。該軸加工劃分為三個階段：粗車(粗車外圓、鉆中心孔等)，半精車(半精車各處外圓、臺階和修研中心孔及次要表面等)，精車（各外圓面、螺紋）。各階段劃分大致以熱處理為界。軸的熱處理要根據(jù)其材料和使用要求確定。對于階梯軸，正火、調(diào)質(zhì)和表面淬火用得較多。該軸要求調(diào)質(zhì)處理，并安排在粗車各外圓之后，

21、 該軸的工藝路線如：下料車基準（零件左端面）車零件最大外圓ø 80 車ø70及臺階面 然后調(diào)頭裝夾車ø65臺階軸車圓錐面 車ø24圓柱 車ø20圓柱以及R10半圓球、車螺紋檢驗。3.3 刀具的選擇 加工效率高、加工工序集中和零件裝夾次數(shù)少的特點，對所使用的數(shù)控刀具提出了更高的要求。從刀具性能上講，數(shù)控刀具應(yīng)高于普通機床所使用的刀具。  選擇數(shù)控刀具時，首先要應(yīng)優(yōu)先選用標準刀具，必要時才可選用各種高效率的復(fù)合刀具及特殊的專用刀具。在選擇標準數(shù)控刀具時，應(yīng)結(jié)合實際情況，

22、盡可能選用各種先進刀具，如可轉(zhuǎn)位刀具、整體硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具等。 3.4 夾具的選擇與類型數(shù)控加工對夾具主要有兩大要求：一是夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度；二是夾具應(yīng)有可靠的定位基準。選用夾具時，通常考慮以下幾點： （1）盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間。 （2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 （3）裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。（4）夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。3.5夾具的類型 數(shù)控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在

23、帶可調(diào)卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉(zhuǎn)；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉(zhuǎn)。3.6零件的安裝數(shù)控機床上零件的安裝方法與普通機床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，注意以下兩點： （1）力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一，這樣有利于編程時數(shù)值計算的簡便性和精確性。 （2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。 由于本次設(shè)計的零件屬于短軸類零件，故采用三爪自定心卡盤裝夾。其安裝方便、安裝精度較高。第四章 零件的加工工序及編程 4.1數(shù)控加工工序數(shù)控加工車削分十三次切削進行加工。

24、1.然后車削端面作為基準。2.首先進行車削最大外圓ø80。3.車ø70軸臺階軸。4.車削臺階平面。5.調(diào)頭裝夾。6.車削ø65軸。7.車削椎面。8.車削ø24圓柱。 9.車削ø20圓柱。10.車削球面。11.切螺紋退刀槽。12.車削工藝槽。13.加工螺紋M24。4.2 數(shù)控加工程序的編寫O0001; N009 G01 Z-18.0;N0010  M03  T0101 S500;N010 X22.0;N0030 G00 X85.0 Z2.0;N011X23.

25、8 Z-19.0;N0040 G71 U2.0 R1.0;N012 Z-53.0;N0050 G71 P0060 Q0100 U1.0 W0N013 X30.0; F100.0;N014 X44.992 Z-75.0;N0060 G00 X64.0;N015 Z-78.0; N0070 G01 X70.0 Z-1.0; N016 G03 X65.0 

26、;Z-88.0 R10.N0080 Z-10.0 F50.0;N017 G01 Z-98.0;N0090 X78.0;N018 X78.0;N0100 X80.0 Z-11.0;N019 X82.0 Z-100.0;N0110 Z-24.0;N020 S800; N0120 X85.0;N021 G70 P006 Q019;N0130 G00 X100.0 Z100.0;N022

27、0;G00 X100.0 Z100.0 S800;N023 T0202 S500;N0140 G70 P0060 Q0100;N024 G00 X50.0 Z-78.0;N0150 G00 X100.0 Z100.0N025 G01 X40.0;N0160 M30;N026 G00 X50.0;O0002;N027 Z-53.0;N001 M03 T0101 S500

28、; N028 X30.0;N002 G00 X100.0 Z100.0;N029 G01 X20.0;N003 X85.0 Z2.0;N030 X25.0;N004 G71 U2.0 R1.0;N031 Z-51.0;N005 G71 P006 Q018 U1.0 W0 N032 X20.0; F100.0;N032 X20.0; N006 G00 X0.0;N033 G00 X30.0;N007 G01 Z0.0 F50.0;N034 X100.0 Z50.0; N008 G03