機電一體化畢業(yè)設計軸類零件概要

1、摘要及關鍵詞【內(nèi)容摘要】近幾年來，機械加工業(yè)大量采用數(shù)控機床取代傳統(tǒng)的普通機床進行機械加工，普通機械逐漸被數(shù)控機械所代替。數(shù)控機床綜合了微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制、電機與拖動，電子和電力、精密測量、氣液壓及現(xiàn)代機械制造技術等多種先進技術的機電一體化產(chǎn)品，是數(shù)控機床的心臟。具有高精度，高效率，柔性自動化等特點決定了今后發(fā)展數(shù)控機床是我國機械制造業(yè)技術改造的必由之路，是工廠自動化的基礎。數(shù)控機床在各個機械制造企業(yè)已成為大、中型企業(yè)的主要技術裝備。機床數(shù)控系統(tǒng)，即計算機數(shù)字控制(cnc)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的硬件數(shù)控(nc)的基礎上發(fā)展起來的。它主要由硬件和軟件兩大部分組成。通過系統(tǒng)控制軟

2、件與硬件的配合，完成對進給坐標控制、主軸控制、刀具控制、輔助功能控制等。cnc系統(tǒng)利用計算機來實現(xiàn)零件程序編輯、坐標系偏移、刀具補償、插補運算、公英制變換、圖形顯示和固定循環(huán)等。使數(shù)控機床按照操作設計要求，加工出需要的零件。為了子數(shù)控機床上加工出合格的零件，首先需根據(jù)零件圖紙的精度和計算要求等，分析確定零件的工藝過程、工藝參數(shù)等內(nèi)容，用規(guī)定的數(shù)控編程代碼和格式編制出合適的數(shù)控加工程序。編程必須注意具體的數(shù)控系統(tǒng)或機床，應該嚴格按機床編程手冊中的規(guī)定進行程序編制。但從數(shù)控加工內(nèi)容的本質(zhì)上講，各數(shù)控系統(tǒng)的各項指令都是應實際加工工藝要求而設定的?！娟P鍵詞】機械加工 制造自動化 計算機數(shù)字控制 加工程

3、序 加工工藝一、數(shù)控機床的簡介：數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作數(shù)控折彎機并加工零件。1.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展，其主要研究熱點有以下幾個方面： 高精高速高效化效率、質(zhì)量是先進制造技術關鍵的性能指標，是先進制造技術的主體。若采用高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系統(tǒng)、高分辨率檢測元件、

4、交流數(shù)字伺服系統(tǒng)、配套電主軸、直線電機等技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。在今后的幾年，超精密數(shù)控機床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數(shù)控機床。1.1.2 柔性化數(shù)控系統(tǒng)采用新一代模塊化設計，功能覆蓋面更寬，可靠性更強，可滿足不同用戶的需求。同一群控系統(tǒng)能根據(jù)不同生產(chǎn)流程，自動進行信息流動態(tài)調(diào)整，發(fā)揮群控系統(tǒng)的功能。1.1.3 多軸化多軸聯(lián)動加工，零件在一臺數(shù)控機床上一次裝夾后，可進行自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭、旋轉(zhuǎn)工作臺等操作，完成多工序、多表面的復合加工，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。1.1.4 軟硬件開放化用戶可根據(jù)自己

5、的需要，對數(shù)控系統(tǒng)軟件進行二次開發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產(chǎn)商的制約。1.1.5 實時智能化在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著：自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等方面發(fā)展。如編程專家系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，當系統(tǒng)出了故障時，診斷、維修等實現(xiàn)智能化。1.2 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心是由系統(tǒng)程序、輸入輸出設備、通信設備、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動裝置和測量裝置等組成。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，數(shù)控裝置有兩種類型：一是完全由硬件邏輯電路的專用硬件組成的數(shù)控裝置即nc裝置；二是由計算機硬件和軟件組成的計算機數(shù)控裝置即cnc裝置。由于計算機技

6、術的不斷發(fā)展，尤其是微處理器和微型計算機應用于數(shù)控裝置后，現(xiàn)在nc裝置已逐步被cnc裝置所取代。數(shù)控系統(tǒng)的硬件除了一般計算機具有的cpu、eprom、ram接口外，還具有數(shù)控位置控制器、手動數(shù)據(jù)輸入(mda)接口、視頻顯示(crt或lcd)接口和plc接口等。所以cnc裝置是一種專用計算機。目前cnc系統(tǒng)大都采用體積小，成本低，功能強的微處理機。系統(tǒng)主要由微機及其相應的io設備、外部設備、機床控制及其io通道組成。數(shù)控系統(tǒng)的軟件分為管理軟件和控制軟件兩種。管理軟件用來管理零件程序的輸入、輸出、刀具位置、系統(tǒng)參數(shù)、零件程序顯示、機床狀態(tài)及報警，故障診斷等?？刂栖浖勺g碼、插補運算、刀具補償、速度

7、控制、位置控制等軟件組成。系統(tǒng)程序存于計算機內(nèi)存儲器。所有的數(shù)控功能基本上都依靠該程序來實現(xiàn)。硬件是軟件活動的物理基礎。而軟件則是整個系統(tǒng)的靈魂，整個cnc裝置的活動均依靠系統(tǒng)軟件來指揮。二、數(shù)控機床的應用2.1 數(shù)控加工的概念 數(shù)控加工，就是泛指在數(shù)控機床上進行零件加工的工藝過程。數(shù)控機床是一種用計算機來控制的機床，用來控制機床的計算機，不管是專用計算機、還是通用計算機都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的運動和輔助動作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。而數(shù)控系統(tǒng)的指令是由 程序員根據(jù)工件的材質(zhì)、加工要求、機床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式(數(shù)控語言或符號)編制的。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令向伺服裝置和其它功能部件

8、發(fā)出運行或終斷信息來控制機床的各種運動。當零件的加工程序結(jié)束時，機床便會自動停止。任何一種數(shù)控機床，在其數(shù)控系統(tǒng)中若沒有輸入程序指令，數(shù)控機床就不能工作。 機床的受控動作大致包括機床的起動、停止；主軸的啟停、旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的變換；進給運動的方向、速度、方式；刀具的選擇、長度和半徑的補償；刀具的更換，冷卻液的開起、關閉等。2.2 數(shù)控機床的特點 (1)具有高度柔性 在保證工件表面精度，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機床。因此，數(shù)控機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準備周期，節(jié)省了大量工藝設備的費用。

9、 (2)加工精度高 數(shù)控機床的加工精度，一般可達到0.0050.1mm，數(shù)控機床是 2.3 數(shù)控車床編程中的坐標系 機床坐標系以機床原點為坐標系原點建立起來的、軸直角坐標系，成為機床坐標系。車床的機床原點為主軸旋轉(zhuǎn)中心與卡盤后端面之交點。機床坐標系是制造和調(diào)整機床的基礎，也是設置工件坐標系的基礎，一般不允許隨意變動。 參考點參考點是機床上的一個固定點。該點是刀具退離到一個固定不便的極限點。、，其位置由機械擋塊或行程開關確定。以參考點為原點，坐標方向與機床坐標方向相同建立的坐標系叫做參考坐標系。 工件坐標系數(shù)控編程時應該首先確定工件坐標系和工件原點。零件在設計中有設計基礎，在加工過程中有工藝基準

10、，同時應盡量將工藝基準和設計基準統(tǒng)一，該基準點通常成為工件原點，以工件原點為坐標原點建立起來的、軸直角坐標系為工件坐標系。在車床上工件原點可以選擇在工件的左或右端面上，即工件坐標系是將單靠坐標系通過對刀平移得到的。2.4 切削用量三要素切切削用量是指切削速度v c 、進給量f （或進給速度v f ）、背吃刀量a p 三者的總稱，也稱為切削用量三要素。它是調(diào)整刀具與工件間相對運動速度和相對位置所需的工藝參數(shù)。它們的定義如下：（一）切削速度v c切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。計算公式如下v c=( d w n )/1000 (1-1)式中v c 切削速度(m/s) ；dw 工件待加工

11、表面直徑（ mm ）；n 工件轉(zhuǎn)速（ r/s ）。在計算時應以最大的切削速度為準，如車削時以待加工表面直徑的數(shù)值進行計算，因為此處速度最高，刀具磨損最快。（二）進給量f工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時，刀具與工件在進給運動方向上的相對位移量。進給速度v f 是指切削刃上選定點相對工件進給運動的瞬時速度。v f=fn （ 1-2 ）式中v f 進給速度（ mm/s ）；n 主軸轉(zhuǎn)速（ r/s ）；f 進給量（ mm ）。（三）背吃刀量a p通過切削刃基點并垂直于工作平面的方向上測量的吃刀量。根據(jù)此定義，如在縱向車外圓時，其背吃刀量可按下式計算：a p = （ d w d m ） /2 （ 1-3 ）式中d

12、w 工件待加工表面直徑（ mm ）；5dm 工件已加工表面直徑（ mm ）。2.5 數(shù)控車床的種類加工范圍。2.5.1 最適合數(shù)控車床加工的零件（1）批量小而又多次生產(chǎn)的零件（2）幾何形狀復雜的零件（3）加工過程中必須進行多種加工的零件（4）必須嚴格控制公差的零件（5）工藝設計會變化的零件（6）需全部檢驗的零件 比較適合數(shù)控加工的零件（1）價格昂貴 毛皮獲得困難 不允許報廢的零件（2）切削余量大的零件（3）再通用車床上加工生產(chǎn)率低 勞動強度大 質(zhì)量難控制的零件（4）用于改型比較 共性能或功能檢測的零件（5）多品種 多規(guī)格 單件小批量生產(chǎn)的零件2.5.3 不適和數(shù)控加工的零件（1）利用毛坯作為粗

13、基準定位進行加工的零件（2）定位完全需人工找正的零件（3）必須用專用工藝裝備，依照樣板，樣件加工的零件（4）大批量生產(chǎn)的零件 三、 刀具及切削用量 3.1 選擇數(shù)控刀具的原則刀具壽命與切削用量有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選

14、得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時間內(nèi)所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的

15、刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。3.2 選擇數(shù)控車削用刀具數(shù)控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由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、切槽(切斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。尖形車刀幾何參數(shù)(主要是幾何角度)的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結(jié)合數(shù)控加工的特點(如加

16、工路線、加工干涉等)進行全面的考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀。該車刀圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，應此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)外表面，特別適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干淺該半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。3.3 設置刀點和換刀點刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在

17、工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀

18、具底面的交點。球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉(zhuǎn)動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。 3.4 確定切削用量 數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮

19、機床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。四、設計圖及數(shù)控程序4.1分析零件圖樣零件圖如附圖1所示：零件分析（1）毛坯尺寸為25mmX100mm。（2）為了確保尺寸精度和形位公差的要求，采用精加工G70。（3）根據(jù)圖樣要求，使用3把刀加工：切外圓用95°合金左偏刀（T0100），60°合金螺蚊車刀（T0200）和3mm切斷刀（T0300）。4.2加工工藝（1）裝夾毛坯件：用三爪卡盤夾住毛坯外圓，長度為30mm。用外圓粗車循環(huán)G71粗車25和外圓倒角C2。（2）用精加工循環(huán)G70精車外圓和外圓倒角C2，保證達到精度要求和表面形位公差的要求。（3）用復合螺蚊切削循環(huán)G76切削方

20、法加工圖右邊的螺蚊。（4）用端面車削循環(huán)G94粗車切槽，保證用端面粗車循環(huán)G72的退刀位置。（5）用端面粗車循環(huán)G72加工圖左邊剩下的位置。（6）切斷工件時分2刀切斷。（7）用試切對刀的方法對刀。（8）編寫程序。（9）檢查程序，切削加工。（10）加工完畢，測量檢查各部位尺寸，交驗。4.3數(shù)值計算坐標點ABCDEFGHIJKLX0812122222161622161010Z00-2-12-19-22-28-32-38-41-43-494.4 零件加工刀具卡產(chǎn)品名稱零件名稱TU1-1零件圖號程序編號O1062工步號刀具號刀具名稱刀片形式刀尖半徑(mm)備注1T0195°左偏刀2T0260

21、°螺蚊車刀3T033mm切斷刀4.5 零件加工工序卡單位名稱產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號TU1-1工序號程序編號夾具名稱使用設備車間三爪卡盤GSK980TD數(shù)控車床數(shù)控實訓基地工步工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格(mm)主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進給速度(mm/r)背吃刀量(mm)備注1車削12T0115X15300802自動2車削22T0115X15300802自動3精車削12和22T0115X153005003自動4車削螺蚊12T0215X1530080自動5切16的槽T0315X1530080自動6車削22至16的槽T0315X1530080自動7精車22至16的槽T0315X153005

22、0自動8切10的槽T0315X1530080自動9車削22至10的槽T0315X1530080自動10精車22至10的槽T0315X1530050自動11切斷工件T0315X1530080自動4.6零件加工程序單程序編號O1062產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號TU11程序段號程序段注釋N0010M03 S300 T0101正轉(zhuǎn)主軸，換95°左偏刀N0020G0 X50 Z50快速設置起刀點N0030X27 Z2快速定位，接近工件N0040G71 U2 R0.5每次進刀量2mm，退刀0.5mmN0050G71 P60 Q110 U0.3 W0.1 F50外形輪廓粗車加工，X、Z方向余量各為0

23、.3、0.1N0060G0 X8外形輪廓精加工程序N0070G01 X8 Z0 F80N0080X12 Z-2N0090X15 Z-12N0100X22 Z-19N0110X22 Z-53N0120G70 P90 Q110精車G71程序段P90 Q110 外形輪廓N0130G0 X50 Z50接近起刀點N0140T0202換螺蚊車刀N0150G0 X14 Z2快速定位，接近工件N0160G76 P040060 Q30 R0.05復合螺蚊切削循環(huán)N0170G76 X9.73 Z-10 R0 P1137 Q250 F1.75N0180G0 X50 Z50接近起刀點N0190T0303換回切斷刀3m

24、mN0200G0 X25 Z-32快速定位，接近工件N0210G94 X16 Z-32 F80切槽N0220G0 X25 Z-31快速定位，接近工件N0230G94 X16 Z-31 F80切槽N0240G72 W1.5 R0.5每次進刀量1.5mm,退刀0.5mmN0250G72 P260 Q280 U0.1 W0.2 F50外形輪廓粗車加工，X方向余量0.1N0260G0 Z-25外形輪廓精加工程序N0270G01 X22 Z-25 F80N0280X16 Z-31N0290G70 P260 Q280精車G72程序段P260 Q280外形輪廓N0300G72 W1.5 R0.5每次進刀量1

25、.5mm,退刀0.5mmN0310G72 P320 Q350 U0.1 W0.2 F50外形輪廓粗車加工，X方向余量0.1N0320G0 Z-38外形輪廓精加工程序N0330G01 X22 Z-38 F80N0340X16 Z-32N0350X16 Z-31N0360G70 P320 Q350精車G72程序段P320 Q350外形輪廓N0370G0 X25 Z-53快速定位，接近工件N0380G94 X18 Z-53 F80切槽N0390G94 X10 Z-53 F80切槽N0400G0 X25 Z-52快速定位，接近工件N0410G94 X18 Z-52 F80切槽N0420X10 Z-52

26、切槽N0430G72 W1.5 R0.5每次進刀量1.5mm,退刀0.5mmN0440G72 P450 Q490 U0.1 W0.3 F50外形輪廓粗車加工，X方向余量0.1N0450G0 Z-41外形輪廓精加工程序N0460G01 X22 Z-41N0470G03 X16 Z-44 R3N0480G02 X10 Z-47 R3N0490G01 X10 Z-52N0500G70 P450 Q490精車G72程序段P450 Q490外形輪廓N0510G01 X5 Z-52 F80切槽N0520G0 X8 Z-52N0530G01 X0 Z-52切斷工件N0540G0 X25X方向遠離工件N0550X50 Z50返回起刀點N0560M30程序結(jié)束檢驗零件加工完成后，利用相關的工具檢驗零件的尺寸，已確定零件的尺寸是否在圖紙要求的誤差范圍內(nèi)。如果不合格要進行相關的修改已達到要求。4.7仿真加工出的零