传动器主要部件的数控加工设计.docx

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传动器主要部件的数控加工设计

题目：

传动器主要部件的数控加工

摘要

随着数控技术的发展，数控机床不仅在宇航、造船、军工等领域广泛使用，而且也进入了汽车、机床等民用机械制造行业。

目前，在机械行业中，单件、小批量的生产所占有的比例越来越大，机械产品的精度和质量也在不断地提高。

所以，普通机床越来越难以满足加工精密零件的需要。

同时，由于生产水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用已很普遍。

Pro/Engineer实体设计系统,是由美国PTC公司于1989年开发出来的，其主要功能有：

Pro/Engineer。

基本三维造型，参数化功能定义、组装、三维实物着色、二维视图生成、二三维图形输出；复杂部件生成；二三维装配图组装设计，结构和运动干涉检查；工程图生成；复杂造型；系统间数据交换标准接口；有限元网格；复杂曲面造型；数控自动编程及刀具轨迹仿真；模具设计等。

MasterCAM设计及制造系统是将设计和制造结合在一起的PC级套装软件，利用MasterCAM可以绘制零件的图纸，生成零件的数控加工程序并通过电缆直接送至数控机床上，由数控机床完成零件的加工，是一套CAD/CAM一体化软件。

在MasterCAM系统中，可以将用AutoCAD等CAD软件绘制的图形调入至MasterCAM中使用，也可将用MasterCAM绘制的图形送入到其它CAD软件中去使用。

关键词：

数控机床Pro/EMasterCAM

摘要

（1）

1绪论

1.1数控机床

（1）

1.2数控加工技术（5）

1.3数控加工工艺（8）

1.4CAD/CAM技术（8）

1.5本课题设计的主要内容（9）

2各部分零件的工艺分析

2.1金属材料的分析（10）

2.2各零部件的材料选择及工艺分析（13）

3主要零件的参数设置及加工路径分析

3.1概述（15）

3.2轴类零件的材料、毛坯及热处理（16）

3.3工艺装备的选择（17）

3.4切削用量的选择（18）

3.5进给路线的确定（20）

3.6加工顺序的确定（22）

3.7加工余量的确定（22）

3.8程序的确定（23）

3.9轴的加工程序（24）

4结论与展望

4.1本文总结（38）

4.2将来展望（39）

致谢（40）

参考文献（41）

毕业设计任务书（42）

1绪论

1.1数控机床

1.1.1数控机床的概述

数控机床和数控技术是微电子技术同传统机械技术相结合的产物，是一种技术密集型的产品和技术。

它是根据机械加工工艺的要求，使电子计算机对整个加工过程进行信息处理与控制，实现生产过程自动化。

较好地解决了复杂、精密、多品种、中小批量机械零件加工问题，是一种通用、灵活、高效能的自动化机床。

同时，数控技术又是柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化高新科技的重要组成部分。

1.1.2数控机床的组成

数控技术可以应用于各种加工机床，例如数控车床、数控铣床、加工中心、数控冲床、数控电火花、线切割、激光加工机床等等。

虽然数控机床的种类繁多，但它们的组成部分基本相同，主要包括以下几个方面。

（一）机床的主体

数控机床的主体即数控机床的主要机械结构部分。

包括数控机床的床身、主轴以及进给机构等。

与传统的机床相比，数控机床的外部造型、整体部局、传动系统、刀具系统以及操作机构等方面部已发生了很大的变化，这些变化的目的是为了满足数控技术的要求，从而使数控机床的特点得以充分发挥。

（二）控制装置

控制装置是数控机床的中心环节，也叫做计算机数控（CNC）装置。

CNC装置实际上就是一个计算机系统，通过对加工程序的运行处理，发出控制信号。

实现对加工过程的自动控制。

典型CNC装置的构成如图1-1所示。

由图可知，CNC装置包含以下几个部分：

1.微处理器及其总线

微处理器（CPU）及其总线（BUS）是CNC装置的核心。

CPU由运算器和控制器组成，实现数据的算术运算和逻辑运算以及指令的操作控制．CPU最基本的运算处理就是插补运算。

所谓插补就是求取零件加工路径的坐标数据，用以控制数控机床坐标轴的运动。

总线是计算机系统内部各部分之间传递信号的渠道，一般由数据总线、地址总线和控制总线等组成。

2.输入装置

输入装置是把加工程序输人至计算机的装置，通常可以采用以下三种方式：

（1）纸带输入纸带输人方式就是在特制的纸带上穿孔．用孔的不同位置的组合．构成不同的数控代码，通过纸带阅读机，把纸带上的代码转换为计算机可以识别和处理的电信号。

（2）手动输人手动输入方式就是使用数控机床上的键盘输入加工程序。

输入方法有两种．一是MDI（手动数据输入），这种方法适用于比较短的程序，只能使用一次，机床动作后程序就消失；二是在控制装置的EDIT（编辑）状态下输入加工程序，存放在控制装置的内存中，用这种方法可以对程序进行修改，并且可以重复使用。

（3）直接输入存储器直接输入方式是采用CNC装置的串行通信接口等，通过对有关参数的设定，直接读入由自动编程机或者其它计算机编制的程序。

3.存储器

存储器是用来存放CNC装置的数据、参数及程序的。

存储器一般由存放系统程序的只读存储器ROM、存放运算的中间结果的随机存储器RAM以及存放加工零件程序、数据和参数的RAM等组成。

4.位置控制单元

位置控制单元是把插补运算求取的坐标给定值与位置检测装置测得的实际值进行比较，然后将结果送入速度控制单元，对进结机构的运动进行控制。

5.可编程序控制器

可编程序控制器（PLC）是用来替代传统的机床强电控制线路，实现对数控机床的切削液供给、停止、刀具的自动交换、工作台的自动交换等的自动控制功能。

6.通信接口

现代数控机床往往都带有标准数据通信接口，以便与编程机及上级计算机联接，实现通信功能。

随着柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS的发展，CNC装置的通信功能将发挥更加重要的作用。

CNC与上级计算机等的网络通信功能主要是通过串行数据通信接口来实现的。

（三）伺服系统

伺服系统接收来自CNC装置的指令信息，严格按照指令信息的要求，拖动机床的移动部件，完成零件的加工。

伺服系统直接决定了刀具与零件的相对位置，因而伺服系统的性能是决定数控机床的加工精度的主要因素。

伺服系统主要由伺服控制电路、功率放大电路、检测装置以及伺服电动机等部分组成。

（四）附加装置

为了进一步提高生产率、提高加工精度和提高自动化程度，数控机床还具有许多附加装置，例如自动换刀装置、自动交换工作台及切屑处理装置等等。

1.1.3数控机床的基本工作原理

在数控机床上加工一个零件，一般包含以下几个步骤：

1.根据加工零件的图纸和工艺方案，用规定的代码和程序格式来编写加工程序；

2.将加工程序制作成穿孔带；

3.通过纸带阅读机将穿孔带上的程序输入CNC装置。

也可以来用手动输入方式将程序输入CNC装置；

4.CNC装置对程序代码进行译码、寄存和运算，然后为伺服系统提供控制信号，实现对刀具与零件相对运动的控制；

5.与此同时，CNC装置提供的信号，还可以实现对机床其它各运动部件的控制与操作，包括主轴变速、工件松夹、刀具转位以及开关冷却液等。

通过以上步骤，数控机床最终便可以加工出合格的零件了。

1.1.4数控机床的特点及用途

进入80年代的机械制造业，其产品面临市场竞争带来的挑战，促使越来越多的企业走上小批量、多品种、不断更新产品的道路。

随着以航天、精密仪器制造业为主的高技术产品不断的出现，复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，传统的刚性自动化生产模式难以满足要求，柔性自动化生产则应运而生。

数控机床就是在这种形势下产生的自动化设备，它是发展柔性生产的基础装备。

与其他类型的自动化机床型比较，数控机床主要有如下一些优点:

（1）具有较大柔性

由前述可知，数控机床是按照记录在穿孔带等信息载体上的指令信息自动加工进行加工的。

加工对象改变时，只需重新编制程序或更换一条穿孔带、磁带或其他形式的信息载体，即不需要对机床结构重新进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助装置。

这样，便非常迅速地从一种零件的加工过渡到另一种零件的加工，生产准备周期大为缩短。

（2）能获得较高的加工精度

机床加工精度在很大程度上取决于进给传动的位置精度。

数控机床的进给传动为数字式伺服传动，它能保证运动参数，如位移、速度的准确性。

此外，传动链短、传动机构精密、高效，也极大地提高了传动精度。

因此，数控机床具有较高的加工精度。

（3）便于加工复杂形状的零件

数控机床能同时控制多个坐标联动，可加工其他机床很难加工甚至不可能加工的复杂曲面。

对于以函数形式或列表值表示的曲面，加工更为方便。

（4）机床的使用、维护技术要求高

数控机床是多学科、高新技术的产物，相应地，这就对机床的操作和维护提出了较高的要求。

此外，机床价格高，设备一次性投资大，为保证数控加工的综合技术经济效益，同样要求机床的使用者和维修人员应具有较高的专业素质。

按照以上特点，数控机床最适合在单件、小批生产条件下，加工下列类型的零件:

①普通机床难以加工，或虽能加工，但需要复杂、昂贵的工艺设备

②材料昂贵、不允许报废的零件

③结构复杂、需要多工序加工的零件

④生产周期要求短的急缺零件

1.2数控加工技术

1.2.1数控加工技术简介

数控加工技术是现代化工业生产中的一门新型的发展十分迅速的高新技术，它将制造技术、数字化技术、微电子技术、监控检测技术等多种高新建设传统的机械加工技术有效地结合起来，成为制造自动化领域最重要的基础技术。

数控加工技术的发展十分迅速，从第一代的电子管元件数控装置，经历了晶体管电路、小中规模集成电路、大规模集成电路控制系统，发展到计算机控制系统。

数控装置体积越来越小，精度越来越高，在工业生产中日益发挥着重要作用。

1.2.2数控加工的特点

1）自动化程度高在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都有机床自动完成.在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断对到、传输、调度、管理等也都有机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。

2）加工精度高，加工质量稳定数控加工的尺寸精度通常在0.005～0.lm之间，日前最高的尺寸精度可达士0.0015mm，不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，是产品质量保持稳定。

3）加工对象适应性强数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。

当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作任何复杂的调整，这样缩短了生产准备周期，给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。

4）生产效率高数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序;另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。

5）易于建立计算机通讯网络由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统连接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。

1.2.3数控加工技术的发展

1.高速化数控系统采用高速的32位以上的微处理器，使其输人、译码、计算、输出等环节都在高速下完成，并可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速加工。

目前采用64位微处理器的新型数控系统，更增强了插补运算功能、快速进给功能，可进行更高速的加工，并实现了多轴控制功能，一般控制轴数为3～15轴，最多24轴，同时控制轴数可达3～6轴。

2.高精度化以加工中心为例．其主要精度指标——直线坐标的定位精度和重复定位精度都有了明显