毕业设计论文《葫芦数控工艺分析编程及加工》.docx
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毕业设计论文《葫芦数控工艺分析编程及加工》
毕业设计(论文)
《葫芦数控工艺分析、编程及加工》
摘要
随着社会的需要和科学技术的快速发展,产品的竞争愈来愈激烈,学习数控加工技术的人不断增长,而真正掌握这项技术的人必定是少数。
数控技术的广泛应用,给传统制造业的生产方式、产品结构,产业结构带来深刻的变化。
科技水平的不断发展,也使社会生产力得到了空前的进步,不断催生而出的新的加工制造技术业越来越多的应用于生产实践之中,并对社会进步发挥着巨大的推进作用。
数控加工就是其中最具代表性的技术之一。
本毕业设计内容在表现形式上除了文字论述外,还附有图片。
在编写方式上强调通俗易懂,由浅入深,并力求全面,系统和重点突出。
通过本毕业设计,读者可以掌握较完整的数控机床编程及简单工艺知识,并适应现代制造业的发展需求。
本毕业设计主要内容:
主要运用所学的工艺知识进行分析图纸,在工艺分析的基础上进行编制程序,再将编制的程序输入到机床系统里,然后进行数控对刀操作,最后进行数控自动加工。
本毕业设计构思新颖,结构合理,图文并茂,针对性强,并注重实际应用。
配有大量得走刀路线图和详细的编程说明加以分析,使读者能清晰的掌握编程思路,灵活应用。
因而要求学习这项技术的人要灵活运用数控加工技术在产品制造中。
本毕业设计适合加工和编程人员参考。
关键词:
加工工艺;走刀路线;编程;对刀;车削
第一章绪论……………………………………………………………………7
1.1本次毕业设计的课题与目的…………………………………………7
1.2数控加工技术发展趋势………………………………………………7
1.3本次毕业设计主要内容………………………………………………9
第二章数控车削加工工艺基础及分析………………………………………10
2.1数控车削加工工艺的内容……………………………………………10
2.1.1数控车削加工的主要对象……………………………………………10
2.1.2数控车削加工工艺的主要内容………………………………………11
2.2数控车削加工工艺的制定……………………………………………11
2.2.1零件图样分析…………………………………………………………11
2.2.2工序和装夹方式的确定………………………………………………12
2.2.3加工顺序的安排………………………………………………………13
2.2.4进给路线的确定………………………………………………………14
2.2.5定位与夹紧方案的确定………………………………………………14
2.2.6夹具的选择……………………………………………………………15
2.2.7数控车削刀具的选择…………………………………………………15
2.2.8切削用量的选择………………………………………………………17
2.3葫芦数控车削加工工艺分析…………………………………………19
第三章数控车削编程基础知识………………………………………………22
3.1数控编程的种类………………………………………………………22
3.2车床基本编程指令介绍………………………………………………23
3.2.1快速定位指令…………………………………………………………24
3.2.2直线插补指令…………………………………………………………24
3.2.3圆弧插补指令…………………………………………………………25
3.2.4程序延时指令…………………………………………………………27
3.2.5螺纹切削及循环指令…………………………………………………27
3.2.6编写葫芦数控加工程序………………………………………………28
第四章数控车床基本操作……………………………………………………30
4.1相关知识概述…………………………………………………………30
4.1.1数控车床控制面板的操作(广泰系统)……………………………30
4.1.2工件的装夹……………………………………………………………32
4.2操作实训………………………………………………………………32
4.2.1数控车床的操作方法及步骤…………………………………………32
4.2.2数控车床试切对刀操作………………………………………………33
4.2.3数控车床自动加工……………………………………………………34
结束语……………………………………………………………………………35
致谢………………………………………………………………………………36
参考文献…………………………………………………………………………37
第一章绪论
1.1本次毕业设计的课题与目的
本次课题是《葫芦数控工艺分析、编程及加工》。
目的是对葫芦图纸进行工艺分析,在工艺分析的基础上编写加工程序,然后将编写的程序录入到机床系统里,最后对刀、进行加工。
了解从零件图纸到最后加工出实物的整个流程,掌握工艺分析、编写程序、车床对刀操作。
1.2数控加工技术发展趋势
目前,数字控制技术与数控机床,给机械制造业带来了巨大的变化。
数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术,计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技术敏捷制造和智能制造等,都是建立在数控技术之上。
数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率的必不可少的物质手段,也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。
新世纪机械制造业的竞争,其实就是数控技术的竞争。
现在世界数控技术的发展趋势主要有以下几点:
1、数控系统向开放式体系结构发展
20世纪90年代以来,由于计算机技术的飞速发展,推动数控技术更快的更新换代。
世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。
开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性,并可以较容易的实现智能化、网络化。
开放式体系结构可以大量采用通用微机技术,使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。
开放式体系结构的新一代数控系统,其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成,同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便,促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用,开发生产周期大大缩短。
同时,这种数控系统可随CPU升级而升级,而结构可以保持不变。
2、数控系统向软数控方向发展
实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型,分别代表了数控技术的不同发展阶段。
①传统数控系统,这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。
②“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统,这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。
③“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统,它由开放体系结构运动控制卡和PC机同构成。
这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU,具有很强的运动控制和PLC控制能力。
④SOFT型开放式数控系统,这是一种最新开放体系结构的数控系统。
它提供给用户最大的选择和灵活性,它的CNC软件全部装在计算机中,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。
与前几种数控系统相比,SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比,因而最有生命力。
通过软件智能替代复杂的硬件,正在成为当代数控系统发展的重要趋势。
3、数控系统控制性能向智能化方向发展;
随着人工智能在计算机领域的渗透和发展,数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理,不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能,而且人机界面极为友好,并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。
伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置,能自动识别负载并自动优化调整参数。
4、数控系统向网络化方向发展;
数控系统的网络化,主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。
数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网,然后再经由因特网通向企业外部,这就是所谓Internet/Intranet技术。
数字制造,又称“e-制造”,是机械制造企业现代化的标志之一,也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。
数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展,现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。
5、数控系统向高可靠性方向发展;
数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。
对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在16小时内连续正常工作,无故障率在P(t)=99%以上,则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。
我们只对某一台数控机床而言,如主机与数控系统的失效率之比为10:
1(数控的可靠比主机高一个数量级)。
此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时,而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。
如果对整条生产线而言,可靠性要求还要更高。
6、数控系统向复合化方向发展;
柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后,机床便能按照数控加工程序,自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工,以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。
7、数控系统向多轴联动化方向发展。
加工自由曲面时,3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削,进而对工件的加工质量造成破坏性影响,而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单,并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速,从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。
电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高,促进了数控机床产业的蓬勃发展,也促进了现代制造技术的快速发展。
数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化长足的进步。
现代制造业正在迎来一场新的技术革命。
1.3本次毕业设计的主要内容
1.葫芦数控工艺分析
2.葫芦数控程序编写
3.广泰数控车床程序录入、对刀操作及自动加工
第二章数控车削加工工艺基础及分析
一名合格的数控车床操作工首先必须是一名合格的工序员,全面了解数控车削加工的工艺理论对数控编程和操作技能有极大的帮助,所以掌握数控车削加工工艺的主要内容、加工工艺规程的制定过程及刀具和夹具选择等是数控车削加工的前提条件。
2.1数控车削加工工艺的内容
数控车床的加工工艺与通用车床的加工工艺有许多相同之处,但在数控车床上加工的零件比在通用车床加工零件的工艺规程要复杂得多。
在数控加工前,要将车床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的选择、切削用量和走刀路线等都编入程序,这就要求程序设计人员具有很多方面的知识基础。
2.1.1数控车削加工的主要对象
1.适合数控车削加工的内容
(1)、普通车床上无法加工的内容应该作优先选择的内容。
(2)、普通车床难加工,质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。
(3)、普通车床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容,可在数控车床上尚存在富余加工能力时选择。
数控车削加工的主要对象是:
精度要求高的回转体零件;表面粗糙度要求高的回转体零件;轮廓形状特别复杂的零件;带特殊螺纹的回转体零件等。
2.不适于数控加工的内容
(1)、占机调整时间长。
(2)、加工部位分散,需要多次安装、设置原点。
(3)、按某些特定的制造依据(如样板、样件、模胎等)加工的型面轮廓。
(4)、必须按专用工装协调的孔及他加工内容。
此外,在选择和决定加工内容时,也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等。
总之,要尽量做到合理,达到多、快、好、省的目的、防止把数控车床降格为普通车床使用。
2.1.2数控车削加工工艺的主要内容
(1)通过数控加工的适应性分析选择并确定进行数控加工的零件内容。
(2)结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工的工艺分析。
(3)进行数控加工的工艺设计。
(4)根据编程的需要,对零件图形进行数学处理和计算。
(5)编写加工程序单。
(6)检验与修改加工程序。
(7)首件试加工以进一步修改加工程序,并对现场问题进行处理。
(8)编制数控加工工艺技术文件。
2.2数控车削加工工艺的制定
数控车削加工工艺制定的合理与否,对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。
在选择并决定数控车床加工零件及其内容后,应对零件的数控车床加工工艺进行全面、认真、仔细的分析。
2.2.1零件图样分析
分析零件图样是工艺准备中的首要工作,它包括工件轮廓的几何条件、尺寸、形状位置公差要求、表面粗糙度要求、毛坯、材料与热处理要求及件数要求的分析,这些都是制定合理工艺方案必须考虑的,也直接影响到零件加工程序的编制及加工的结果。
分析零件图样主要包括以下几个内容:
(1)尺寸标注应符合数控加工的特点。
在数控编程中,所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。
(2)检查构成加工轮廓的几何要素是否完整、准确。
在程序编制中,编程人员必须在充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素的关系。
因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程是要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。
但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或忽略,常常出现参数不全或不清楚,如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离,图样上图线位置模糊、尺寸封闭等缺陷,这些缺陷不仅增加编程工作难度,有时甚至无法编程,或由于图样几何条件不清,造成加工失误,使零件报废,造成不必要的损失。
(3)分析尺寸公差、表面粗糙度要求。
分析零件图样的尺寸公差要求和表面粗糙度要求,是确定机床、刀具、切削用量,以及确定零件尺寸精度的控制方法、手段和加工工艺的重要依据。
(4)分析形状和位置公差要求。
在工艺准备过程中,应按图样的形状和位置公差要求来确定零件的定位基准、加工工艺,以满足其公差要求。
对于数控车床加工,零件形状和位置的公差要求主要受车床机械运动副精度和加工工艺的影响,例如,对于圆柱度、垂直度的公差要求,其车床本身在Z轴和X轴方向线与主轴轴线的平行度和垂直度和公差要小于其图样的形位公差要求,否则无法保证其加工精度,即车床机械运动副误差不得大于图样的形位公差要求。
(5)结构工艺性分析。
零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性,即所设计的零件结构有利于加工成型。
2.2.2工序和装夹方式的确定
数控加工工艺路线制定与通用车床加工工艺路线制定的主要区别,在于它往往不是指毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。
因此在工艺路线制定中一定要注意到,由于数控加工工序一般都要穿插于零件加工的整个工艺过程中,因此要与其它加工工艺衔接好,
1.选择加工方法
在决定某个零件进行数控加工后,并不等于要把所有的加工内容都包下来,而可能只是其中的一部分进行数控车削加工,因此必须对零件图样进行仔细的工艺分析,根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素,选用相应的加工方法和加工方案。
2.加工阶段的划分
零件的加工过程通常按工序性质不同,可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。
(1)粗加工阶段。
其任务是切除毛坯上大部分多余的金属,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品,因此,主要目标是提高生产率。
(2)半精加工阶段。
其任务是使主要表面达到一定的精度,留有一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备。
并可完成一些次要表面加工,如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。
(3)精加工阶段。
其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求。
主要目标是全面保证加工质量。
(4)光整加工阶段。
对零件的精度和表面粗糙度要求很高(IT6级上,表面粗糙度为Ra0.2nm以下)的表面,需进行光整加工,其主要目标是提高尺寸精度,减小表面粗糙度。
一般不用来提高位置精度。
3.工序的划分
工序的划分可以采用两种不同原则,即工序集中原则和工序分散原则。
在数控车床上加工零件,应按工序集中的原则划分工序,在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部的表面加工。
根据零件的结构形状不同,通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹,并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。
在批量生产中,常用下列两种方法划分工序。
(1)按零件加工表面划分。
将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成,以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。
(2)以粗、精加工划分工序。
对于毛坯余量较大和精加工的精度要求较高的零件,应将粗车和精车分开,划分成两道或更多的工序。
将粗车安排在精度较低、功率较大的数控车床上,将精车安排在精度较高的数控车床上。
(3)以同一把刀具加工的内容划分工序。
(4)以加工部位划分工序。
2.2.3加工顺序的安排
在分析了零件图样并确定了工序、装夹方式之后,接着要确定零件的加工顺序。
制定零件车削加工顺序一般应遵循以下原则。
1.先粗后精
在车削加工中,应先安排粗加工工序。
在较短的时间内,将毛坯的加工余量去掉,以提高生产效率。
同时应尽量满足精加工的余量均匀性要求,以保证零件的精加工质量。
2.先远后近
这里所说的远近,是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。
一般情况下,在数控车床的加工中,通常安排离刀具起点近的部位先加工,离刀具起点远的部位后加工,这样,不仅可缩短刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率,还有利于保证坯件或半成品件的刚性,改善其切削条件。
3.先内后外
在加工既有内表面(内孔),又有外表面需加工的零件,应先安排进行内外表面粗加工,后安排进行内外表面精加工,易控制其内外表面的尺寸和表面形状的精度。
2.2.4进给路线的确定
进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹,即刀具从对刀点(或机床固定点)开始进给运动起,直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路线,包括了切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。
加工路线是编写程序的重要依据之一。
下面为常用的进给路线选择方法。
1.最短的空行程路线。
2.最短的切削进给路线。
在粗加工时,毛坯余量较大,采用不同的循环加工方式,如轴向进刀、径向进刀或固定轮廓形状进给等,将获得不同的切削进给路线。
在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时,应在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下,采取最短的切削进给路线,减少空行程时间,可有效提高生产效率,降低刀具磨损。
3.零件轮廓精加工一次走刀完成。
为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求,精加工时,最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。
刀具的进退刀路线要认真考虑,以尽量减少在轮廓处停刀,以避免切削力(大小、方向)突然变化造成弹性变形而留下刀痕。
一般应沿着零件表面的切向切入和切出,尽量避免沿工件轮廓面垂直方向进、退刀而划伤工件。
2.2.5定位与夹紧方案的确定
在零件加工的工艺过程中,合理选择定位基准对保证零件的尺寸和相互位置精度起着决定性的作用。
定位基准有两种,一种是以毛坯表面作为基准面的粗基准,另一种是以加工表面作为基准面的精基准。
在确定定位基准与夹紧方案时,应注意以下几点:
(1)力求设计基准、工艺基准与编程原点统一,以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。
(2)选择粗基准时,应尽量选择不加工表面或能牢固、可靠地进行装夹的表面,并注意粗基准不宜进行重复使用。
(3)选择经济准时,应尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准,并尽量与测量基准重合,基准重合是保证零件加工质量最理想的工艺手段。
精基准虽可重复使用,但为了减少定位误差,仍应尽量减少精基准的重复使用。
(4)设法减少装夹次数,尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面,以减少装夹误差,提高加工表面之间的相互位置精度,充分发挥机床的效率。
(5)避免采用占机人工调整式方案,以免占机时间太多,影响加工效率。
2.2.6夹具的选择
要充分发挥数控车床的加工效能,工件的装夹必须快速,定位必须准确,数控车床对工件的装夹要求:
首先应具有可靠的夹紧力,以防止在加工过程中工件松动。
其次应具有较高的定位精度,并便于迅速和方便的装、拆工件。
数控车床主要用三爪卡盘装夹,其定位方式主要采用心轴、顶块、缺牙爪等方式,与普通车床的装夹定位方式基本相同。
工件的装夹方式可根据加工对象的不同灵活选用,除此之外,数控车床加工还有很多相应的夹具,主要分为轴类和盘类夹具两大类:
用于轴类工件的夹具有自动夹紧拔动卡盘、拔齿顶尖、三爪拔动卡盘等;用于盘类工件装夹的主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。
2.2.7数控车削刀具的选择
在数控车床加工中,产品质量和劳动生产率在相当大的程度上,都受到刀具上的制约,虽然其车刀的切削原理与普通车床基本相同。
但由于数控车床加工的特性,在刀具的选择上,特别是切削部分的几何参数、刀具的形状上尚需进行特别的处理,才能满足数控车床的加工要求,充分发挥数控车床的效益。
1.数控车床对刀具的要求
(1)刀具性能方面
①强度高。
为了适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时,能大切深和快走刀,要求刀具必须具有很高的强度;对于刀杆细长的刀具(如深孔车刀),还应有较好的抗震性能。
②精度高。
为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求,刀具及其刀夹都必须具有较高的精度。
③切削速度和进给速度高。
为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要,刀具应能满足高切削速度的要求。
例如,采用聚晶刚石复合车刀加工玻璃或碳纤维复合材料时,其切削速度高达100m/min以上。
④可靠性好。
要保证数控加工中不会因发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行,要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性较强的适应性。
⑤耐用度高。
刀具在切削过程中的不断磨损,会造成加工尺寸的变化,伴随刀具的磨损,还会因刀刃(或刀尖)变钝,使切削阻力增大,即会使被加工零件的表面精度大大下降,同时还会加剧刀具磨损,形成恶性循环。
因此,数控车床中的刀具,不论在粗加工、精加工或特殊加工中,都应具有比普通车床加工所用刀具更高的耐用度,以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数,从而保证零件的加工质量,提高生产效率。
⑥断屑及排屑性能好。
有效地进行断屑的性能,对保证数控车床顺利、安全地运行具有非常重要的意义。
如果车刀的断屑性能不好,车出的螺旋形切屑就会缠绕在刀头、工件或刀架上,既可能损坏车刀(特别是刀尖),还可能割伤已加工的表面,甚至会发生伤人和设备事故。
另外,车刀的排屑性能不好,会使切屑在前刀面或断屑槽内堆积,加大切削刃(刀尖)与零件间的摩擦,加快其磨损,降低零件的表面质量,还可能产生积削瘤,影响车刀的切削性能。
因此,应常对车刀采取减小前刀面(或断屑槽)的摩擦系数等措施(如特殊涂层处理及改善刃磨效果等)。
对于内孔车刀,需要时还可以考虑从刀体或刀杆的里面引入冷却液,并能从刀头附近喷出的冲排结构。
(2)刀具材料方面。
刀具材料在这里主要是指刀具切削部分的材料,较多的指刀片材料。
刀具材料必须具备一些主要性能:
较高的硬度和耐磨性;较高的耐热性;足够的强度和韧性;较好的导热性;良好的工艺性;较好的经济性。
为适应机械加工技术,特别是数控车床加工技术的高速发展,刀具材料也在大力发
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