数控铣床加工论文+陈林.docx
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数控铣床加工论文+陈林
广州航海高等专科学校
毕业论文
题目:
数控铣床产品加工及工艺
系别:
船舶工程学院
专业:
数控技术
班级:
数控092
*****
学号:
**********
*******
2012年4月25日
广州航海高等专科学校毕业设计(论文)任务书
编号:
GMC-2-017-09
设计
(论文)
题目
充电器加工设计
完成时间
2012年3月15日
至4月24日
设计者
(作者)
陈林
指导教师
吕有界
毕业设计(论文)任务:
一、毕业设计内容:
1铣削类零件的数控加工工艺设计及程序设计
内容主要包括以下几方面:
(1)数控加工工艺设计
(2)数控加工程序编制
(3)数控仿真软件验证操作
(4)数控机床操作技能实现
2、绘制铣削类零件二维、三维图(A4图纸)共2张
3、撰写设计设计论文
二、毕业设计要求:
1、论文按《数控专业08级毕业设计指导书》内容完成;
2、毕业设计论文要求8000字以上;
3、车、铣削类零件要求独立绘制,严禁拷贝;
5、按学校要求,按时完成设计任务,按时回校答辩。
指导教师填写签名:
2012年月日
教研室主任意见:
教研室主任签名:
年月日
备注:
1、画图可采用计算机画图,也可采用手工画图(自选)。
2、铣削类零件在毕业答辩时要求在计算机上仿真出。
摘要……………….…………………………………………………………..…...4
1、绪论……………………………………………………..………….…5
1.1、数控机床的产生与发展………………………………………………………5
1.2、数控编程………………………………………………………………………5
1.3、数控仿真加工…………………………………………………………………6
1.4、数控机床的发展趋势…………………………………………………………7
1.4.1、高速度、高精度化……………………………………………………7
1.4.2、智能化…………………………………………………………………7
1.4.3、软硬件的进一步开放…………………………………………………7
1.4.4、发展基于PC的数控…………………………………………………7
1.4.5、网络化…………………………………………………………………7
1.4.6、功能复合化……………………………………………………………7
2、充电器的加工设计…………………………………………………9
2.1、零件图工艺分析………….…………………….……………………………..9
2.2用Mastercam9.0进行画图和编程……………………….…………………..9
2.3、确定加工工艺路线和加工顺序…………………………………….…….…9
2.4、选择加工用的刀具……………………………………………………………9
2.5、合理选择切削用量、切削液、切削方法………………………………..…11
2.6、设置好各参数后输出数控铣床的NC文件…………………………………13
2.7、确定工件装夹方案……………………………………………………………13
2.8、拟订数控铣削加工工序卡片………………………………………….….….13
2.9、根据加工工序步骤编好加工程序……………………………………………14
2.10、用数控仿真软件对加工程序进行仿真操作…………………………………14
2.10.1、选择机床…………………………………………………………….14
2.10.2、机床回零………………………………………………………………14
2.10.3、安装零件………………………………………………………………14
2.10.4、对基准装刀具………………………………………………………15
2.10.5、输入NC程序………………………………………………………….16
2.10.6、自动加工…………………………………………………………….16
2.11、优化程序后到车间完成工件的加工…………………………………………16
3、设计总结与心得……………………………………………………17
参考文献……………………………………………………………...…………17
充电器的加工设计
内容摘要
此设计主要是对典型零件进行图形绘制、工艺设计和程序的编制及加工,通过实际生活中的充电器的外形尺寸分析,应用CAD软件(AutoCAD2006)绘制出二维及三维的图形并进行标注说明,在使用AutoCAD2006软件画图时应参照工程制图的国标标准来画各种线形文字以及标注符号等等,并注明图纸的公差要求、技术要求等。
接着对充电器的零件图进行工艺分析,确定加工方法、路线等,然后用CAM软件绘制出要加工的二维或三维图形,并设计好各切削参数自动编出加工刀路轨迹。
在用自动编程软件同时应首先熟悉该软件的基本操作,并熟悉里面各参数的设置方法,然后跟图纸的工艺分析结合,选择合理的工艺路线及加工方法,根据零件形状、余量等选择适用形状大小的各种铣刀,最后应用该软件的防真功能效验模拟加工,并通过模拟过程观察,发现不合理处进行修改。
程序优化后便可用该软件生成机厂能识别的G代码,并导入防真软件进行程序验证和模拟加工,从而得出防真的零件样品出来,在防真过程中我们可以很清楚的知道该零件加工工序是否合理,通过最后测量零件尺寸是否跟符号图纸上的公差要求、技术要求。
通过程序的修改和改善后便可将程序拿到车间,通过接口端发送程序到数控机床加工产品出来。
在车间加工中,首先我们必须懂得车间的一些安全规范、操作规范等,然后在加工过程中必须小心铣刀碰坏机床夹具或工作台,当发现撞刀等一些碰撞时应及时安机床急停按钮。
工件加工完后还必须对机床进行简单的清扫,维护操作,并对加工所用刀具、量具等工具用抹布擦干以防止生锈。
关键字数控技术加工工艺数控编程机床仿真
1、绪论
数控技术已经不再是新生事物,它已经成为现代制造技术的重要基础之一,广泛应用到了产品制造领域,显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用,并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标。
数控技术及数控机床的广泛应用,给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。
1.1数控机床的产生与发展
随着科学技术和社会生产的不断发展,机械产品日趋精密、复杂,改型也日益频繁,对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求,从而对机床的性能、精度及自动化程度提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的重要措施之一,不仅能提高产品质量和生产率,降低成本,还能改善工人的劳动条件。
为此,许多生产企业都采用了自动机床、组合机床和自动生产线。
但是,采用这种自动、高效的设备,需要很大的初始投资以及较长的生产准备周期,只有在大批量的生产条件下,才会有显著的效益。
而机械制造业中单件与小批生产的零件约占机械加工总量的80%左右。
科学技术的进步和机械产品市场竞争的日趋激烈,使机械产品不断改型和更新换代,批量相对减少,质量要求越来越高。
而采用专用的自动加工设备的投资大、时间长、转型难,相对很难满足竞争日趋激烈的市场需求。
因此,为了解决上述问题,满足多品种、小批量,尤其是复杂型面零件的自动化生产,迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的自动化机床。
数字控制(NumericalControl)机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。
它极其有效地解决了上述一系列矛盾,为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。
随着科学技术的发展,1952年,由美国帕森斯(Parsons)公司和麻省理工学院(MIT)共同研制成功了世界上第一台以电子计算机为控制基础的数字控制机床,其名为三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床,主要用来加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。
从此,机械制造业进入了一个新的发展阶段。
1.2数控编程
数控编程(NCProgramming)是指编制数控机床进行零件加工所用程序的过程。
数控机床是数控加工的硬件基础,其性能对加工效率、精度等方面具有决定性的影响。
零件加工程序的编制(数控编程)是现实数控加工的重要环节,特别是对于复杂零件的加工。
数控编程技术涉及制造工艺、计算机技术、数学、计算机几何、微分几何、人工智能等众多领域知识,它所追求的目标是更有效地获得满足各种零件加工要求的高质量数控加工程序,以便充分地发挥数控机床的性能,获得更高的加工效率与加工质量。
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一,其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。
在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。
由于生产实际的强烈需求,国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究,并取得了丰硕成果。
数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点(cutterlocationpoint简称CL点)。
刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点,多轴加工中还要给出刀轴矢量。
数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。
(1)手工编程。
手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工来完成的。
对于几何形状不太复杂的零件,所需要的加工程序不长,计算也比较简单,出错机会较少,这时用手工编程既及时又经济,因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。
但是工件轮廓复杂,特别是加工非圆弧曲线、曲面等表面,或工件加工程序较长时,使用手工编程将十分繁琐、费时,而且容易出错,常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况,影响数控机床的开动率。
此时必须用自动编程的方法编制程序。
(2)自动编程。
自动编程有两种:
APT软件编程和CAM软件编程。
APT软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理,以得到加工程序的编程方法。
在具体的编程过程中,除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外(有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数),其余的工作,包括数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动完成。
编程人员只需要根据图样的要求,使用数控语言编写出零件加工的源程序,送人计算机,由计算机自动地进行数值计算、后置处理,编写出零件加工程序单,并在屏幕模拟显示加工过程,及时修改,直至自动穿出数控加工纸带,或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床,指挥机床工作。
在自动编程过程中,加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础,必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求,选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线,最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。
1.3数控仿真加工
数控仿真是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术。
该技术面向实际生产过程的机床仿真操作,加工过程三维动态的逼真再现,能对数控加工建立感性认识,可以反复动手进行数控加工操作,还能对加工的工件进行精确测量、智能测量等等的仿真操作。
我们可以通过仿真软件对零件进行模拟加工,从而达到熟练各种数控机床的操作面板,而且通过仿真软件还能对加工程序的校正和加工工艺的优化,最终达到简化程序,减少加工错误,提高加工效率。
1.4数控机床的发展趋势
现代数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,而且随着数控技术的不断发展和应用领域扩大,它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展将会起到越来越重要的作用,因为这些行业所需准备的数字化已是现代发展的大趋势。
当前数控机床主要有以下发展趋势。
1.4.1高速度、高精度化
尽管十多年前久出现高精度高速度的趋势,但是科学技术的发展是没有止境的,数控机床高精度、高速度的内涵也在不断变化。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施,机床的高速高精高效化已大大提高。
目前正在向着精度和速度的极限发展,其中进给速度已到达每分钟几十米乃至数百米。
1.4.2智能化
数控机床智能化是为了提高生产的自动化程度。
智能化不仅贯穿在生产加工的全过程(如智能编程、智能数据库、智能监控),还要贯穿在产品的售后服务与维修中。
即不仅在控制机床加工时数控系统是智能的,就是在系统出了故障、诊断、维修也都是智能的,对操作维修人员的要求降至最低。
1.4.3软硬件的进一步开放
数控系统在出厂时并没有完全解决其使用场合和控制加工的对象,更没有决定要加工的工艺,而是由用户根据自己的需要对软件进行再开放,以满足用户的特殊需要。
数控系统生产商不应制约用户的生产工艺和适用范围。
1.4.4发展基于PC的数控
PC机具有良好的人机界面,软件资源特别丰富,近年来CPU主频已高达100MHz以上,内存128M以上,外存30GB以上;相应的Windows、WindowsNT界面更加友好,功能更趋完善,其通讯功能、联网功能、远程诊断和维修功能将更加普遍。
更重要的是微机成本低廉,可靠性高。
日本、美国、欧盟等国家正在开放式的PC平台上进行“开放式数控系统”的研究,包括标准、结构、编程、通讯、操作系统以及样机的研制等。
1.4.5网络化
网络化数控便于远距离操作和监控,也便于远程诊断故障和进行调整。
通过机床联网,可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行,不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
不仅利于数控系统生产厂对其产品的监控和维修,也适于大规模现代化生产的无人化车间,实行网络管理,还适于在操作人员到现场的环境(如对环境要求很高的超精密加工和对人体有害的环境)中工作
1.4.6功能复合化
功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率,使用于非加工辅助时间减至最少。
通过功能的复合化,可以扩大机床的使用范围、提高效率,实现一机多用、一机多能,如一台数控车床既可以实现车削功能,也可以实现铣削加工;在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。
宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心,具有X、Z轴和Y轴。
通过C轴和Y轴,可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。
该机床还配置有强力刀架和副主轴。
副主轴采用内藏式主轴结构,通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。
该机床工件一次装夹即可完成全部加工,极大地提高了效率。
2、充电器的加工工艺分析
2.1、零件图工艺分析:
①该零件曲面形状有凸有凹,要对凹槽先进行加工,故先在凹槽中间用T1-φ17钻头预钻孔,再用T2-φ16新立铣刀在钻孔处下刀进行曲面挖槽粗加工。
(此处增加二维零件图)
2.2、确定加工工艺路线、加工顺序(见充电器模型数控加工工序卡片)。
加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本,因此我们必须很好的分析零件图、分析加工工艺路线以确定最好、最高效率的加工顺序。
一般情况一个零件的加工顺序应按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则来确定,因此,根据零件图可知其加工顺序为先外形轮廓开粗和表面大面积挖槽开粗,然后对上一步进行精铣。
其次是对中小形的槽进行粗精加工。
最后是孔系加工。
2.3、选择加工用的刀具。
加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。
刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。
数控刀具的分类有多种方法。
根据刀具结构可分为:
①整体式;②镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。
根据制造刀具所用的材料可分为:
①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。
从切削工艺上可分为:
①车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。
为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。
在数控铣削加工中,刀具的选择直接影响着零件的加工质量、加工效率和加工成本,因此正确选择刀具有着十分重要的意义。
刀具的选择应遵循以下原则:
1、根据被加工型面形状选择刀具类型
平面轮廓加工一般选用平底立铣刀或圆角立铣刀,曲面交给你一般选用球头刀。
2、根据工件材料及加工要求选择刀具材料及尺寸
(1)选择刀具材料正确选择刀具材料,需要全面掌握金属切削的基本知识和规律,其中最主要的是了解刀具材料的切削性能和工件材料的切削加工性能与加工条件,紧紧抓住切削中的主要矛盾,同时兼顾经济性来决定取舍,一般遵循以下原则:
1)加工普通材料工件时,一般选用普通高速钢和硬质合金刀具;加工难加工材料时,可选用高性能和新型刀具材料。
只有在加工高硬质材料或精密加工中,常规刀具材料不能满足加工精度要求时,才考虑用立方氮化硼(简称CBN)刀片和聚晶人造金刚石(简称PCD)刀片。
PCD的硬度可达6000~10000HV,CBN是硬度仅次于金刚石的一种人工合成无机晶体材料。
2)任何刀具材料的强度、韧性和硬度、耐磨性等方面总是难以完全兼顾的,在选择刀具时,可根据工件材料切削加工性何加工条件,通常先考虑耐磨性,崩刃问题尽可能用刀具合理参数解决。
如果因刀具材料太大造成崩刃,才考虑耐磨性要求,选用强度和韧性较好的刀具。
一般情况下,低速切削时,切削过程不稳定,容易产生崩刃现象,宜选用强度韧性好的刀具材料;高速切削时,切削温度对刀具材料的磨损影响最大,应选择耐磨性好的刀具材料。
(2)选择刀具尺寸使用环形铣刀铣削内槽底部时,由于槽底两次进给路线需要搭接,而刀具底刃起作用的半径Re=0.95(R-r),式中的因数0.95是为了保证刀具微小磨损时仍能搭接而设置的保险因数。
立铣刀的尺寸参数,推荐按下述经验数据选取:
1)刀具半径应小于或等于被加工零件内轮廓面得最小曲率半径ρmin,一般取R=(0.8~0.9)ρmin。
2)铣刀的每刀加工深度(即零件的加工高度)H≤(1/4~1/6)R,以保证刀具有足够的刚度。
3)加工不通孔(深槽)时,选取刀具切削部分的长度为L=H+(5~10)mm。
4)加工外型及通槽时,选取L=H+r+(5~10)mm(r为端刃圆角半径)。
5)粗加工内轮廓时,铣刀最大直径D可按下式计算:
D=2(δsin0.5α-δ1)/(1-sin0.5α)D1
式中D1—轮廓的最小凹圆角直径(mm);
δ—圆角邻边夹称等分线上的精加工余量(mm);
δ1—精加工余量(mm);
α—圆角两邻边的最小夹角(°)。
3、根据从大到小的原则选取刀具尺寸
如果被加工零件上的内轮廓角半径ρmin过小,为提高加工效率,可先采用大直径的刀具进行粗加工,再按上述要求选择较小的刀具对轮廓上残留余量过大的局部区域进行处理,然后再对整个轮廓进行精加工。
2.4、合理选择切削用量、切削液、切削方法。
随着数控机床在生产实际中的广泛应用,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。
在数控程序的编制过程中,要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。
因此,编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益和生产水平。
1、切削用量包括主轴转速n、切削深度t或宽度B、进给速度vf和背吃刀量ap等。
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
对于不同的加工方法,需选择不同的切削用量,并应编入程序单内。
以下是编程时几种切削用量参数的设定参考
(1)切削深度t。
在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。
为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。
数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
(2)切削宽度B。
铣削宽度B,又称步距,是指铣刀在一次进给中切掉工件表层的宽度。
一般铣削宽度B与刀具直径d成正比,与背吃刀量成反比。
在粗加工中,步距取大些有利于提高加工效率。
经济型数控加工中,使用平底刀时一般的取值范围为:
B=(0.6~0.9)d;使用圆鼻刀进行加工时,刀具直径应扣除刀尖的圆角部分,即d=D-2r(D为刀具直径,r为刀尖圆角半径),故B的取值范围为:
B=(0.8~0.9)d;使用球头刀进行精加工时,步距的确定应首先考虑所能达到的精度和表面粗糙度。
(3)进给速度vf。
铣削时的进给量有三种表示方法:
每齿进给量fz、每转进给量f和进给速度vf。
粗铣时影响进给量选择的主要因素是工艺系统刚性、高生产率的要求,故应按每齿进给量进行选择(除了上述要求,还要考虑刀齿强度、切削层厚度、容屑情况等)。
精铣时影响进给量选择的主要因素是加工精度和表面粗糙度的要求,而每转进给量与已加工表面粗糙度关系密切,故半精铣和精铣时按每转进给量进行选择。
由于数控铣床主运动和进给运动是由两个伺服电动机分别传动,它们之间没有内在联系,因此无论按每齿进给量fz还是按每转进给量ƒ选择,最后均需计算出进给速度vf。
进给速度与每齿进给量及每转进给量之间的关系是:
vf=nƒ=nZfz
式中n—铣床主轴转速(r/min);
Z—铣刀齿数。
vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。
vf的增加也可以提高生产效率。
加工表面粗糙度要求低时,vf可选择得大些。
在加工过程中,也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整,但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。
(4)主轴转速n(r/min)。
主轴转速一般根据切削速度来计算,其计算公式为
n=1000vc/πd
式中d—刀具直径(mm);
vc—切削速度(m/min)。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
(5)背吃刀量
背吃刀量的选取主要根据机床、夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统的刚性、加工余量及对表面质量的要求来确定。
1)当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5~25μm时,加工余量较小(﹤5~6mm),粗铣一次就可以达到要求;但当余量较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时,可分两次铣削完成。
第一次背吃刀量应取大些,其好处是可以避免刀具在表面缺陷层内切削(余量大时往往余量不均匀),同时可减轻第二次铣削进给的负荷,有利于获得较好的表面质量。
一般粗铣铸钢或铸铁时,ap取1.5~7mm;粗铣五无硬皮的钢料时,ap=3~5mm。
2)当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.2~12.5μm时,可分为粗铣和半精铣两步进行。
粗铣时ap的选取同前述;粗铣后留0.5~1mm余量,在半精铣时切除。
3)在工件表面粗糙度值要求为Ra=0.8~3.2μm时,可分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。
半精铣时ap取1.5~2mm,精铣时ap取0.2~0.5mm。
铣刀每齿进给量参考值
工件材料
每齿进给量fz(mm/t)
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
铣削速度参考值
工件材料
硬度(HBW)
铣削速度vc(m/min)
高速钢铣刀
硬质合金钢
低、中碳钢
﹤220
21~40
80~150
225~290
15~36
60~11
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