數控機床零件加工工藝分析設計(完整版)

　　

【正文】 ..........................................................8 3 各部分零件的工藝分析 ……………………………………………………………… 8 金屬材料的分析 …………………………………………………………………… 8 材料 ……………………………………………………………………………… 8 材料選用的原則 ..................................................................................................10 各零部件的材料選擇及工藝分析 ……………………………………………… ..11 4 主要零件的參數設置及加工路徑分析 …………………………………………… ..14 概述 ……………………………………… ……………………………………… ..14 軸類零件的材料、毛坯及熱處理 ……………………………………………… ..14 軸類零件的材料 ……………………………………………………………… ..14 軸類零件的熱處理 …………………………………………………………… ..14 工藝裝備的選擇 ………………………………………………………………… ..15 夾具的選擇 …………………………………………………………………… ..15 刀具的選擇 …………………………………………………………………… ..15 蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文） 量具的選擇 …………………………………………………………………… ..16 切削用量的選擇 ………………………………………………………………… ..16 進給路線的確定 ………………………………………………………………… ..19 加工順序的確定 ………………………………………………………………… ..20 加工余量的確定 ………………………………………………………………… ..20 程序的確定 ……………………………………… ……………………………… ..21 數控指令的介紹 ……………………………………………………………… ..21 程序編制方法的確定 ………………………………………………………… ..21 軸的加工程序 …………………………………………………………………… ..22 軸外圓表面的加工程序 ……………………………………………………… ..23 螺紋孔的加工 ………………………………………………………………… ..27 結 論 ………………………………………………………………………………… … 28 致 謝 …………………………………………………………………………………… 29 參考文獻 ………………………………………………………………………………… 30 蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文） 第 1 頁 共 30 頁 1 緒 論 傳動器是一種常見的中間傳遞機構 ,其構成的主要零部件 ,如圖所示： 由圖可知，該傳動器主要有以下幾部分組成：中間是箱體 ,內部是軸 ,其左側是端蓋 ,右側分別是端蓋、調整環和齒輪。目前，在機械行業中，單件、小批量的生產所占有的比例越來越大，機械產品的精度和質量也在不斷地提高。 下面就對本課題所設計的主要零部件的加工工藝進行分析。包括數控機床的床身、主軸以及進給機構等。所謂插補就是求取零件加工路徑的坐標數據，用以控制數控機床坐標軸的運動。 位置控制單元 位置控制單元是把插補運算求取的坐標給定值與位置檢測裝置測得的實際值進行比較，然后將結果送入速度控制單元，對進結機構的運動進行控制。 (四 )附加裝置 為了進一步提高生產率、提高加工精度和提高自動化程度，數控機床還具有許多附加裝置，例如自動換刀裝置、自動交換工作臺及切屑 處理裝置等等。加工對象改變時，只需重新編制程序或更換一條穿孔帶、磁帶或其他形式的信息載體，即不需要對機床結構重新進行調整，也不需要制造凸輪、靠模一類的輔助裝置。 機床的使用、維護技術要求高 數控機床是多學科、高新技術的產物，相應地，這就對機床的操作和維護提出了較高的要求。當加工對象 改變時，除了相應更換刀具和解決工件裝夾方式外，只要重新編寫并輸入該零件的加工程 序，便可自動加工出新的零件，不必對機床作任何復雜的調整，這樣縮短了生產準備周期，給新產品的研制開發以及產品的改進、改型提供了捷徑。 多功能 新型數控機床具有多種監控、檢測及補償功能，具有更強的通 信功能、圖像編程和顯示功能，比如刀具磨損的檢測、系統的精度及熱變形的檢測等，還具有刀具壽命管理、刀具長度偏置、刀具半徑補償、刀尖補償、螺距補償等功能。 高可靠性 為了提高數控系統和數控機床的可靠性，人們采取了以下一些措施： (1)提高數控系統的硬件質 量 選用高質量的集成電路芯片、印制電路板和其它元器件，建立并實施從元器件篩選、穩定產品的制造和裝配工藝到性能測試等一系列完整的質量保證體系。因此，數控加工工藝主要包括 幾方面內容： 蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文） 第 8 頁 共 30 頁 選擇并確定需要進行數控加工的零件及內容。 CAD／ CAM 技術 1963 年，美國麻省理工學院首次提出 CAD(Computer Aided Design— 計算機輔助設計 )的概念。 3 各部分零件的工藝分析 金屬材料的分析 材料 機械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機械制造中也得到廣泛的應用 。 鋼 鋼的強度較高，塑性較好，可通過軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機械性能，因此其應用極為廣泛。普通碳素結構鋼（如 Q21Q235）一般只保證機械強度而不保證化學成分，不宜進行熱處理，通常用于不太重要的零件和機械結構中。每一種合金元素含量為 2%~5%或合金元素總含量為 5%~10%的稱為中合金鋼。脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時應選擇塑性材料。 各零部件的材料選擇及工藝分析 圖 31 蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文） 第 12 頁 共 30 頁 齒輪的材料及熱處理對齒輪的使用性能和壽命有很大的影響。由它將機器和部件中的軸、套、齒輪等有關零件集合成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置關系，并按一定的傳動關系協調的傳遞運動 或動力。 蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文） 第 14 頁 共 30 頁 4 主要零件的參數設置及加工路徑分析 概述 軸是機械加工中常見的典型零件之一。支承軸頸常為 ～ m，傳動件配合軸頸 為 ～ m。 精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。若采用機械集中，則可采用各種高效的專用刀具、復合刀具和多 刃刀具等。 鑲硬質合金的立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺面和毛坯表面。 因本零件屬于小批量生產，因此，選用通用量具即可。對于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數控加工的精加工余量可比通用機床加工的余量小一些。 c. 確定切削速度 vc。精車用恒線速切削?？赏ㄟ^巧用起刀點、將起刀點與其對刀點重合在一起；巧設換（轉）刀點，如果將第二把刀的換刀點也設置在合適點位置上，則可縮短空行程距離，在合理安排“回零”路線時，應使其前一刀終點與后一刀起點間的距離盡量減短，或者為零，即可滿足進給路線為最短的要 求。三種方案中， 左圖方案的加工表面質量最差，在周邊留有大量的殘余；中圖方案和右圖方案加工后的能保證精度，但中圖方案采用環切的方案，走刀路線稍長，而且編程計算工作量大。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后，精磨之前進行加工。對主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。因毛坯形狀為圓棒料，排除第三種進給路線，根據力求進給路線最短原則，第一種走刀路線較適合。確定進給路線，就是確定刀具的移動路線。切削速度 vc。 第 1 序： a. 確定背吃刀量 ap。 在確定每道工序的切削用量時，應根據刀具的耐用度和機床說明書中的規定去選擇。鉆孔前最好先用中心鉆鉆一個中 心孔或用一個剛性好的短鉆頭锪窩引正。當連續切削時，粗銑刀直徑要小一些，精銑刀直徑要大一些，最好能包容待加工面的整個寬度。應根據地生產類型、具體加工條件、工件結構特點和技術要求等選擇工藝裝備。毛坯經過加熱鍛造后，可使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。 幾何形狀精度 主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。為了減少殘余應力，箱體鑄造后應進行時效處理。加工工藝路線：車削其外形 — 銑削內形 — 鉆孔。 （ 3） 零件的尺寸及質量 零件尺寸的大小及質量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關，對外形復雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應具有較好的塑性。但合金鋼零件一般都需經過熱處理才能提蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文） 第 10 頁 共 30 頁 高其機械性能；此 外，合金鋼較碳素鋼價格高，對應力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時才考慮采用。中碳鋼的含碳量在 %~%之間，它的綜合力學性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當的易熔性和良好的液態流動性，因而可鑄成形狀復雜的零件。從 l974 年開始，人們把 CAD 系統和生產計劃管理及力學計算相結合，發展成為 CAD／ CAM 綜合系統。 按程序單制作控制介質。在數控機床上加工時，將記錄在控制介質上、描述加工過程所需的全部工藝信息，即原先在通用機床上加工時需要操作者考慮和決定的內容及動作的數碼信息輸人數控機床的數控裝置，對輸入信息進行運算和控制，并不斷向伺服機構 —— 使機床實現加工運動的機電功能轉換部件發送脈沖信號，伺服機構對脈沖信號進行轉換與放大處理，然后由傳動機構驅動機床按所編程序進行運動，便可加工出我們所需要的零件。在工藝系統中，大 約有 30余種變量直接或間接影響加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機床熱變形、切削液的粘度、刀具與工件材料化學親和力的大小等因素。 數控加工技術的發展 高速化 數控系統采用高速的 32位以上的微處理器，使其輸人、譯碼、計算、輸出等環節都在高速下完成，并可提高數控系統的分辨率及實現連續小程序段的高速加工。數控裝置體積越來越小，精度越來越高，在工業生產 中日益發揮著重要作用。此外，傳動鏈短、傳動機構精密、 高效，也極大地提高了傳動精度。 數控機床的特點及用途 進入 80 年代的機械制造業，其產品面臨市場競爭帶來的挑戰，促使越來越多的企業 走上小批量、多品種、不斷更新產品的道路。 CNC與上級計算機等的網絡通信功能主要是通過串行數據通信接口來實現的。輸入方法有兩種．一是 MDI(手動數據輸入 )，這種方法適用于比較短的程序，只能使用一次，機床動作后程序就消失；二是在控制裝置的 EDIT(編輯 )狀態下輸入加工程序，存放在控制裝置的內存中，用這種方法可以對程序進行修改，并且可以重復使用。實現對加工過程的自動控制。同時，數控技術又是柔性制造系統 (FMS)、計算機集成制造系統（ CIMS）的技術基礎之一，是機電一體化高新科技的重要組成 部分。在 Master CAM 系統中，可以將用 AutoCAD 等 CAD軟件繪制的圖形調入至 Master CAM 中使用，也可將用 Master CAM 繪制的圖形送入到其它 CAD 軟件中去使用。所以，普通機床越來越難以滿足加工精密零件的需要。 2 概 述 數控機床 數控機床的概述 數控機床和數控技術是微電子技術同傳統機械技術相結合的產物，是一種技術密集型的產品和技術。與傳統的機床相比，數控機床的外部造型、整體部局、傳動系統、刀具系統以及操作機構等方面部已發生了很大的變 化，這些變化的目的是為了滿足數控技術的要求，從而使數控機床的特點得以充分發揮?？偩€是計算機系統內部各部分之間傳遞信號的渠道，一般由數據總線、地址總線和控制總線等組成。 可編程序控制器 可編程序控制器 (PLC)是用來替代傳統的機床強電控制線路，實現對數控機床的切削液供給、停止、刀具的自動交換、工作臺的自動交換等的自動控制功能。 數控機床的基本工作原理 在數控機床上加工一個零件，一般包含以下幾個步驟： 根據加工零件的圖紙和工藝方案，用規定的代碼和程序格式來編寫加工程序； 將加工程序制作成穿孔帶； 通過紙帶閱讀機將穿孔帶上的程序輸入 CNC裝置。這樣，便非常迅速地從一種零件的加工過渡到另一種零件的加工，生產準備周期大為縮短。此外，機床價格高，設備一次性投資大，為保證數控加工的綜合技術經濟效益， 同樣要求機床的使用者和維修人員應具