數(shù)控車床工藝設(shè)計和編程畢業(yè)設(shè)計_第1頁
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文檔簡介

1、安徽蚌埠機(jī)電技師學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題目:數(shù)控車床加工工藝及編程專業(yè): 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用年級:J08秋數(shù)控1班學(xué)生姓名 : 王銀枝指導(dǎo)老師 : 李立憲2010 年 11 月 22 號目錄:第一章 : 數(shù)控機(jī)床的概述1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展過程1.2 數(shù)控機(jī)床的組成工作原理和特點1.3: 數(shù)控機(jī)床的分類第二章:數(shù)控車削加工工藝4.1:數(shù)控車削的主要加工對象4.2:數(shù)控車削的刀具與選用4.3:工件在數(shù)控機(jī)床上的裝夾4.4:切削用量的選擇4.5:數(shù)控車削加工工藝的制定4.6:數(shù)控車削加工前的調(diào)整與安全生產(chǎn)規(guī)范第三章:數(shù)控車床編程5.1:數(shù)控車床編程的特點和基礎(chǔ)5.2:數(shù)控車床的編程的方法5.3:數(shù)控車床編程

2、舉例 第四章數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展與機(jī)械 制造自動化的發(fā)展6.1:數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展6.2:計算機(jī)輔助制造和計算機(jī)輔助工藝設(shè)計第一章:數(shù)控機(jī)床的概述1.1:數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展過程數(shù)字控制(Numerical Control)技術(shù),簡稱為數(shù)控(NC)技術(shù),是指用數(shù)字指令來控制機(jī)器的動作。 采用數(shù)控技術(shù)的控制系 統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng), 用控制軟件來實現(xiàn)數(shù)控功能的數(shù)控系統(tǒng), 稱為 計算機(jī)數(shù)控( CNC )系統(tǒng)。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床,稱為數(shù)控 機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是為了解決復(fù)雜型面零件加工的自動化而產(chǎn)生的。我 國是 1952 年試制成功了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床樣機(jī)。 20 世紀(jì) 90 年代起, 我國開始向高檔數(shù)控機(jī)床

3、發(fā)展。 一些高檔數(shù)控攻關(guān)項目 通過了國家鑒定并陸續(xù)在工程上得到應(yīng)用。 航天 I 型,華中 I 型, 華中 2000 型等高性能數(shù)控系統(tǒng),實現(xiàn)了高速,高精度和高 效經(jīng)濟(jì)的加工效果,能完成高復(fù)雜度的五坐標(biāo)曲面時插補(bǔ)控制, 可加工出復(fù)雜得便整體葉輪及復(fù)雜刀具。1.2:數(shù)控機(jī)床的組成、 工作原理及特點一: 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床是一種利用數(shù)控技術(shù),按照事先編好的程序?qū)崿F(xiàn) 動作的機(jī)床,它由程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系 統(tǒng)、位置反饋和機(jī)床機(jī)械部件組成二:數(shù)控機(jī)床的特點( 1)適應(yīng)性強(qiáng), 適合加工單件或小批量復(fù)雜工件在數(shù)控機(jī)床上加工不同形狀的工件, 只需重新編制新工件的加工程序, 就 能實

4、現(xiàn)新工件的加工。( 2)加工精度高, 生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定 數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量普遍可 達(dá) 0.001mm/p ,傳動系統(tǒng)和機(jī)床機(jī)構(gòu)都具有很高的剛度和熱穩(wěn)定 性,進(jìn)給系統(tǒng)采用間隙措施, 并對反向間隙與絲缸螺距誤差等由 數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動補(bǔ)償,所以加工精度高,( 3)生產(chǎn)率高 工件加工所需時間包括機(jī)動時間和輔助時 間。數(shù)控機(jī)床能有效的減少這兩部分時間。 數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和 進(jìn)給量的調(diào)速都比普通機(jī)床的范圍大, 機(jī)床剛性好, 快速移動和 停止采用了加速、 減速措施, 數(shù)控機(jī)床更換工件時, 不需要調(diào)整 機(jī)床。 同一批工件加工質(zhì)量穩(wěn)定, 無需停機(jī)檢驗, 故輔助時間大大減少。( 4) 減輕勞動強(qiáng)度, 改善勞動條件 數(shù)

5、控機(jī)床加工是自動進(jìn) 行的工件過程不需要人的干預(yù), 加工完畢自動停車, 這就使工人 的勞動條件大為改善。( 5)良好的經(jīng)濟(jì)效益機(jī)床價格昂貴,分?jǐn)偟矫總€工件的設(shè)備費(fèi)用較大, 但是機(jī)床可節(jié)省許多其他的費(fèi)用。 例如, 工件加 工前不用劃分工序, 工件的安裝、 調(diào)整、 加工和檢驗所花費(fèi)的時 間少, 特別不用設(shè)計制造專用工裝夾具, 加工精度穩(wěn)定, 減少廢 品率。( 6)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息,特別在數(shù)控機(jī)床上使用計算機(jī)控制。三:數(shù)控機(jī)床的不足之處(1)提到了起始階段的投資。(2)增加了電子設(shè)備的維護(hù)。(3)對操作人員的技術(shù)水平要求較高1.3 數(shù)控機(jī)床的分類 一:

6、數(shù)控機(jī)床的工藝用途分類( 1)普通類數(shù)控機(jī)床 一般指在加工工藝過程中的一個工序上實 現(xiàn)數(shù)控的自動化機(jī)床, 如數(shù)控車床、 數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床。( 2)加工中心加工中心有典型特征是有刀庫和自動換刀裝置。工件在一次安裝后,可以進(jìn)行多種工序加工。加工中心可分為立式, 臥室,和萬能型。( 3)金屬成形類數(shù)控機(jī)床如數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等( 4)特種加工及其他類型數(shù)控機(jī)床如數(shù)控線切割機(jī)床、 數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控激光加工機(jī)床 二:按控制運(yùn)動方式分類1點位控制數(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 制行程終點的坐標(biāo)值, 不控制點與點之間的運(yùn)

7、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)控點焊機(jī)等。 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。 現(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)控銑床、加工中心等

8、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,兼有點位和直線控制加工的功能,這類機(jī)床應(yīng)該稱為點位 / 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)床移動部件的起點與終點坐標(biāo),而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位 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)要比點位 / 直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜,

9、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?,F(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:按伺服系統(tǒng)的類型分類 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

10、。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)床閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床是按閉環(huán)原理工作的,如圖為一典型的閉環(huán) 控制系統(tǒng),數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測元件測得的工作臺實際位 置反饋信號隨時進(jìn)行比較,根據(jù)其差值及指令進(jìn)給速度的要求, 按一 定底規(guī)律

11、進(jìn)行轉(zhuǎn)換后,得到伺服系統(tǒng)的進(jìn)給速度指令。圖中可以看到, 閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置檢測元件安裝在機(jī)床工作臺上, 用以檢測機(jī)床工 作臺的位置或位移量。(3)半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床伺服數(shù)控裝置如果將位置檢測元件安裝在伺服電動機(jī)的端部,或安裝在傳動絲缸端 部,間接測量執(zhí)行部件的實際位置或位移量,就是半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 圖中為一個半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),它可以獲得比開閉環(huán)控制系統(tǒng)更高的精 度,但它的位移精度比閉環(huán)控制系統(tǒng)要低, 由于位置檢測元件安裝方 便、調(diào)試容易,現(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二章數(shù)控車削加工工藝1.1數(shù)控車削的主要加工對象一:數(shù)控車削加工概述1. 數(shù)控加工過程數(shù)控加工與普通機(jī)床機(jī)械加工

12、有較大的不同。 在數(shù)控機(jī)床加工前,要 把在通用機(jī)床上加工是需要操作及動作,工步的劃分與順序、走刀路 線、位移量和切削參數(shù)等,按規(guī)定的數(shù)碼形式編成加工程序, 存儲在 數(shù)控系統(tǒng)存儲其器或磁盤上。加工程序是實現(xiàn)人與機(jī)器聯(lián)系起來的媒介物 加工時,控制介質(zhì)上的加工程序控制機(jī)床運(yùn)動, 自動加工出我們所要 求的零件形狀。二:數(shù)控車削加工的工藝范圍 數(shù)控車削加工主要用于軸類或盤類零件的內(nèi)、 外圓柱面、 任意角度的 內(nèi)、外圓錐面、復(fù)雜回轉(zhuǎn)內(nèi)、外和圓柱、圓錐螺紋等的切削加工,并 能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及鏜孔等的切削加工 三:數(shù)控車削的主要加工對象( 1)輪廓形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件因為數(shù)控車床

13、裝置都具有直線和圓弧差補(bǔ)功能, 還有部分有非圓弧差補(bǔ)功能, 故 能車削有任意平面曲線輪廓所組成的回轉(zhuǎn)體零件。( 2)精度要求較高的零件 零件的精度要求主要指尺寸、形狀,位 置和表面粗糙度值例如,尺寸精度高(達(dá) 0.001 或更?。┑牧慵?,圓柱度要求高的圓柱 體零件等。( 3)特殊的螺旋零件 這些螺旋零件是指特大螺距(或?qū)С蹋?、變(增面現(xiàn)象 /減)螺距、高精度的模數(shù)螺旋零件(如圓柱圓?。┖投?面(盤形)螺紋零件等( 4)淬硬工件的加工在大型模具加工中, 有不少尺寸大而形狀復(fù)雜的零件。這些零件熱處理后的變形量較大, 模削加工有困難。 因 此可以用陶瓷車刀在數(shù)控機(jī)床上對淬硬后的零件進(jìn)行車削加工,

14、以車 代模,提高加工效率。1.2 數(shù)控車削的刀具與選用一:數(shù)控加工對刀具的要求(1)具有良好、穩(wěn)定的切削性能 刀具不僅能進(jìn)行一般的切削,還 能承受高速切削和強(qiáng)力切削,并且切削性能是穩(wěn)定的。(2)刀具有教高的壽命 刀具大量采用硬質(zhì)合金材料或高性能材 料(如涂層刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼刀片)并且有合理的 幾何參數(shù),切削磨損最少,刀具壽命長。(3)刀具有較高的精度 對于較高精度的工件的加工,刀具應(yīng)具備 相應(yīng)的形狀和尺寸精度,特別對定尺寸型的刀具更是如此;(4)刀具有可靠的卷削、斷屑性能數(shù)控機(jī)床的切削是在封閉的環(huán)境下進(jìn)行的,因此刀具必須能可靠的將切削卷曲、打斷,并 順利排削,以避免不必要的停機(jī)。(5

15、)刀具能快速、自動更換 刀具能實現(xiàn)快速更換或自動更換 。(6)刀具有調(diào)整尺寸的功能 以實現(xiàn)機(jī)外預(yù)調(diào) (對刀)或機(jī)內(nèi)補(bǔ)償(7)刀具能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化由于數(shù)控機(jī)床揉韌性大,加工形狀復(fù)雜、工藝范圍廣,所以需要的刀具品種和規(guī)格 多。二:數(shù)控車刀的類型與應(yīng)用1)常用的數(shù)控車刀的種類和用途數(shù)控車削常用的車刀一般分為三類, 即尖形車刀、 圓弧車刀和成型車 刀。( 1)尖形車刀 以直線切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。 這 類車刀的刀尖有直線形的主、副切削刃構(gòu)成,如90°內(nèi)外圓車刀,左右端面車刀、切斷車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀( 2)圓弧行車刀 它是較為特殊的數(shù)控加工用的車刀

16、。圓弧形車刀 可以用于車削內(nèi)、外表面,特別適應(yīng)于車削各種光滑連接(凹形)的 成形面。( 3)成形車刀俗稱樣板車刀,其加工零件的輪廓形狀完全有車刀刀刃的形狀和尺寸決定。2.機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的選用為了減少換刀時間和方便對刀, 便于實現(xiàn)機(jī)械加工的標(biāo)準(zhǔn)化, 數(shù)控車 削加工時,應(yīng)盡量采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀 。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀主要由刀 片、刀墊、刀柄及杠桿、螺釘?shù)仍M成。( 1)機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片 從刀具的材料應(yīng)用方面看, 數(shù)控機(jī)床用刀具 材料主要是各種硬質(zhì)合金。 從刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面看, 數(shù)控機(jī)床主要 采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的刀具。工件在數(shù)控車床上的裝夾在數(shù)控機(jī)床上加工零件, 應(yīng)按工序集中的原則劃分工序, 在一次裝夾

17、下盡可能完成大部分甚至全部表面的加工。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀不同,通常選用外圓裝夾, 并力求使設(shè)計基準(zhǔn)、 工藝基準(zhǔn)和編程基準(zhǔn)統(tǒng)o一:軸類零件的裝夾 對于軸類零件,通常以零件自身的外圓柱面作為定位基準(zhǔn)來定位。1. 用四爪單動卡盤裝夾 由于四爪單動卡盤的四爪是各自運(yùn)動的, 因此必須通過找正, 使工件 的旋轉(zhuǎn)中心與車床主軸的旋轉(zhuǎn)中心重合, 才能車削。 適合裝夾不規(guī)則 的工件2. 用三爪定心卡盤裝夾三爪自定心卡盤能自動定心, 工件裝夾后一般不需要找正, 裝夾效率 比四爪單動卡盤高。適合裝夾規(guī)則的零件。3. 在兩頂尖間裝夾 對于較長的或必須經(jīng)過多次裝夾加工的軸類零件, 或工序較多, 車削 后還要銑削和磨削的

18、軸類零件, 要采用兩頂尖裝夾, 以保證每次裝夾 時的裝夾精度。4. 用一夾一頂裝夾由于兩頂尖裝夾剛性較差, 因此在車削一般軸類零件, 尤其是較重的 工件時,常采用一夾一頂裝夾。5. 自動夾緊撥動卡盤6. 撥齒頂尖7. 自定心中心架8. 復(fù)合卡盤:軸類零件的裝夾 盤類工件的夾具主要有可調(diào)卡爪式卡盤和快速可調(diào)卡盤1.4 切削用量的選擇1.理選擇切削用量對于高效率的金屬切削加工來說, 被加工材料、 切削工具、 切削條件是三大 要素。這些決定著加工時間、 刀具壽命和加工質(zhì)量。 經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是 合理的選擇了切削條件。切削條件的三要素: 切削速度、 進(jìn)給量和背吃到量直接引起刀具的損傷。 伴隨著

19、切削速度的提高,刀尖溫度會上升,會產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速 度提高 20%,刀具壽命會減少 1/2 。進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。 但進(jìn)給量大, 切削溫度 上升,后面磨損大。 它比切削速度對刀具的影響小。 切深對刀具的影響雖然沒有 切削速度和進(jìn)給量大, 但在微小切深切削時, 被切削材料產(chǎn)生硬化層, 同樣會影 響刀具的壽命。用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選 擇使用的切削速度。最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。 有規(guī)則的、 穩(wěn)定的 磨損達(dá)到壽命才是理想的條件。然而,在實際作業(yè)中,刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面 質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時,需要根據(jù)實際情況進(jìn)行 研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說, 可以采用冷卻劑或選用剛性好 的刀刃。2. 合理選擇刀具1) 粗車時,要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具,以便滿足粗車時大背吃刀量、 大進(jìn)給量的要求。2) 精車時,要選精度高、耐用度好的刀具,以保證加工

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