基于复杂零件的工艺分析和数控编程本科毕设论文.docx
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基于复杂零件的工艺分析和数控编程本科毕设论文
****
学生课程设计(论文)
题目:
基于复杂零件的工艺分析和数控编程
学生姓名:
**学号:
所在院(系):
机电工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
机械电子
指导教师:
职称:
201年月日
****教务处制
摘要
ABSTRACT
目录
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1数控机床的产生和发展1
1.2数控机床的加工特点2
1.3数控机床的发展趋势2
2零件和毛坯的工艺分析4
2.1零件的工艺分析4
2.1.1零件的图样分析4
2.1.2零件的结构工艺分析4
2.2毛坯的工艺分析5
2.2.1毛坯形状和尺寸的确定5
2.2.2毛坯的选择5
2.2.3机械零件常用毛坯的种类5
2.2.4毛坯的选择原则6
3零件加工工艺分析6
3.1加工工艺路线制定6
3.1.1基准及其种类6
3.1.2粗基准的选择7
3.1.3精基准的选择8
3.1.4辅助基准的选择8
3.2零件表面加工方法的选择8
3.2.1典型表面的加工方案9
3.2.2加工阶段的划分9
3.3工序顺序的确定10
3.3.1机械加工工序的安排10
3.3.2热处理工序的安排11
3.3.3辅助工序的安排11
3.4工序的组合11
3.5加工余量的确定13
3.5.1加工余量的概念13
3.5.2加工余量的影响因素13
3.5.3加工余量的确定方法14
3.6工序尺寸的确定14
3.6.1基准重合时工序尺寸及公差的确定15
3.6.2基准不重合时工序尺寸及公差的确定15
3.7机械加工精度及表面质量16
3.7.1机械加工精度16
3.7.2机械加工表面质量17
4数控加工工艺的制定19
4.1数控机床及数控加工工序实施过程的特点19
4.2数控工序的实施内容20
4.2.1分析理论工件图样20
4.2.2数控加工中的工艺分析和工艺处理21
4.2.3数学处理29
4.2.4编写零件加工程序和输入加工程序30
4.2.5数控加工操作34
5结论36
参考文献37
致谢38
1绪论
1.1数控机床的产生和发展
数控机床(NumericalControlMachineTools)是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。
数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的,其过程大致如下:
随着电子技术的发展,1946年世界上第一台电子计算机问世,由此掀开了信息自动化的新篇章。
1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。
由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。
1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。
1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,出现带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心(MCMachiningCenter),使数控装置进入了第二代。
1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。
60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。
20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造。
目前,世界主要工业发达国家的数控机床已经进入批量生产阶段,如美国、德国、法国、日本等,其中日本发展最快。
我国1958年试制成功第一台电子管数控机床,从1965年开始研制晶体管数控系统,到20世纪70年代初曾研究出数控臂锥铣床、非圆插齿机、数控立铣床、数控车床、数控镗床、数控磨床和加工中心等。
20世纪80年代随着改革开放政策的实施,我国从国外引进了先进技术,并在消化、吸收国外先进技术的基础上,进行了大量的开发工作,进而推动了我国数控机床新的发展高潮,使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。
1.2数控机床的加工特点
(1)自动化程度高,具有很高的生产效率。
除手工装夹毛坯外,其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。
若配合自动装卸手段,则是无人控制工厂的基本组成环节。
数控加工减轻了操作者的劳动强度,改善了劳动条件;省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作,有效地提高了生产效率。
(2)对加工对象的适应性强。
改变加工对象时,除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外,只需重新编程即可,不需要作其他任何复杂的调整,从而缩短了生产准备周期。
(3)加工精度高,质量稳定。
加工尺寸精度在0.005~0.01mm之间,不受零件复杂程度的影响。
由于大部分操作都由机器自动完成,因而消除了人为误差,提高了批量零件尺寸的一致性,同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置,更加提高了数控加工的精度。
(4)易于建立与计算机间的通信联络,容易实现群控。
由于机床采用数字信息控制,易于与计算机辅助设计系统连接,形成CAD/CAM一体化系统,并且可以建立各机床间的联系,容易实现群控。
1.3数控机床的发展趋势
随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展,机床的数控技术有了长足的发展。
近几年一些相关技术的发展,如刀具及新材料的发展,主轴伺服和进给系统、超高速切削等技术的发展。
目前数控机铣床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。
世界数控技术及其装备的发展趋势主要体现在以下的方面。
1高速高效高精度
高生产率。
通过数控装置及伺服系统功能的改进,主轴的速度和进给速度大大提高,减小了切削的时间和非切削时间。
高加工精度。
随着精密产品的出现,对精度的要求提高到了0.1微米,有的零件甚至已经达到了0.01微米,高精密零件要求提高了机床的加工的精度,包括采用温度补偿法等。
2柔性化
柔性化包括两个方面的柔性:
一是数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化的设计,功能覆盖面广,便于不同用户的要求;二是DNC系统的柔性,同一DNC系统能够依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度的发挥DNC系统的效能。
3工艺复合化和多轴化
数控机床的工艺复合化,是指工件在一台机床上装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等给种措施,完成多工序、多表面的复合加工。
此外,数控技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。
4实时智能化
在数控技术领域,实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要的分支发展,如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。
5结构新型化
采用新型结构,实现多坐标联动加工,其控制系统结构复杂,加工精度、加工效率较普通机床高2--10倍
6编程技术自动化
为了弥补手工编程和NC语言编程的不足,近年来开发出多种自动编程系统,如图形交互式系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语言数控编程系统等。
其中图形交互式系统应用的最为广泛,图形交互式编程系统是以计算机辅助设计(CAD)软件为基础,首先形成零件的图形文件,然后再调用数控编程模块,自动编制加工程序,同时可动态显示刀具的加工轨迹。
目前的图形交互式软件有MasterCAD、Cimatron、pro/E、UG、CAXA、CATIA等。
7集成化
数控系统采用高度集成化的芯片,可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度,应用平板显示技术可提高显示器的性能。
平板显示器应用先进封装和互连技术,将半导体和表面安装技术融于一体,通过提高集成电路的密度,减小互联长度和数量来降低产品的价格、改进性能、减小组件的尺寸、提高系统的可靠性。
8开放式闭环控制模式
采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构,便于裁减、扩展和升级,可以组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。
闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。
由于制造过程是一个多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程,包括诸如加工尺寸、形状、振动、噪音、温度和热变形等各种变化因素,因此,要实现加工过程的多目标优化,必须采用多变量的闭环控制,在实现加工过程中动态调整加工过程变。
在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、CAD/CAM、伺服系统、自适应控制、动态数据管理、动态刀具补偿、动态仿真等高新技术溶于一体,构成严密的制造过程闭环控制系统体系,从而实现集成化、智能化、网络化。
2零件和毛坯的工艺分析
2.1零件的工艺分析
零件的工艺分析是从加工制造的角度对零件进行分析,主要包括零件的图样分析和零件的结构工艺分析两方面内容。
分析零件的工艺时,要准备产品的全套装配图和零件图,质量验收标准,生产纲领、毛坯和机械加工条件等原始资料。
2.1.1零件的图样分析
零件的图样是设计工艺过程的依据,必须仔细地分析、研究。
(1)通过图样了解零件的形状、结构并检验图样的完整性。
(2)分析图样上规定的尺寸及其公差、表面粗糙度、形状和位置公差等技术要求,并审查其合理性,必要时应参阅部、组件装配图或总装图。
(3)分析零件材料及热处理。
其目的,一是审查零件材料及热处理选用是否合适,了解材料加工的难易程度;二是初步考虑热处理工序的安排。
(4)找出主要加工表面和某些特殊的工艺要求,分析其可行性,以确保其最终能顺利实现加工。
通过分析、研究零件图样,对零件的主要及加工顺序获得初步概念,为具体设计工序规程的各个阶段的细节打下必要的基础。
2.1.2零件的结构工艺分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下,制造的方便性、可行性和经济性,即零件的结构应方便工件的装夹、对刀、测量和切削效率等。
零件的结构工艺性差会造成加工困难,耗费工时,直至无法加工。
所以,应该审查零件的结构工艺性,评价零件结构设计的优劣,若发现零件结构有不合理之处,应按规定手续进行必要的修改及补充。
(1)零件的结构尺寸(如轴径、孔径、齿轮魔术的、螺纹、键槽和过渡圆角半径等)应标准化,以便采用标准刀具和通用量具,是生产成本降低。
(2)零件结构形状应尽量简单和布局合理,各工件表面应尽可能分布在同一轴线或同一平面。
否则,个各加工便面最好相互平行或垂直,使加工和测量方便。
(3)尽量减少加工便面(特别是精度高的表面)的数量和面积,合理地规定零件的精度和表面粗糙度,以利于减少切削加工工作量。
(4)零件应便于安装,定位准确,夹紧可靠;有相互位置要求的表面,最好能在一次安装中加工。
(5)零件应具有足够的刚度,能承受夹紧力和切削力,以便于提高切削用量,采用高速切削。
此外,在分析零件的结构工艺性时还要与生产类型相联系。
2.2毛坯的工艺分析
2.2.1毛坯形状和尺寸的确定
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯,使毛
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