三棱锥零件分析与加工讲诉.docx

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三棱锥零件分析与加工讲诉

毕业设计

题目基于FANUC加工中心

对三棱锥零件的分析与加工

专业机电一体化

班级机电双休

（1）

学生姓名张丽敏

指导教师潘丽敏

2011年11月26日

目录

第一章绪论3

1．1课题研究的目的3

1．2课题的意义3

1．3数控机床的发展趋势4

1.4数控机床的特点介绍4

第二章零件图的分析5

2．1零件图纸5

2．2零件组成及精度尺寸分析7

2．3零件表面粗糙度分析7

2．4零件材料的选择8

2．5零件加工时粗、精基准的选择8

2．6零件各部位加工方法的选择9

第三章零件的加工11

3．1机床的选择11

3．2编程方法的选择13

3．3机床操作的一般步骤13

3．4程序编辑的一般步骤14

3．5坐标系的确定15

3．6刀具的选择16

3．7零件的对刀和换刀16

3．8切削液选择17

3．9工艺过程分析18

3．10加工工艺的分析18

3．11零件的装夹20

3．12坐标点的确定20

3．13程序的编辑及分析23

附注：

28

总结30

参考文献31

摘要

制造业的规模和水平是衡量一个国家综合实力和现代化的主要标志，制造业信息化是当今世界制造业发展的大趋势。

近20年来数控技术的广泛应用使传统制造业向柔性化、自动化和数字化方向发展，现代制造业技术已经成为一门综合技术。

随着CAD/CAM的出现，自动编程得到了广泛推广。

手动编程应用空间日趋缩小，究其原因是大家对手工编程的不重视，同时有一种说法比较流行：

“二十一世纪是信息时代，学手工编程，没啥用。

”其实在实际生产中，手工编程是自动编程的基础，由其手工编程中的宏程序。

做为手工编程的高级形式，也是手工编程的精髓和最亮点、堡垒。

并且能够锻炼操作者的思维方式和思考能力。

对企业产品的升级有着潜在的推动作用。

又能解决自动编程在实际生产与操作的不足。

此论文的一大亮点除利用CAD简单绘图外，其余全部手工编辑，如：

节点的计算、程序的编制等。

意为对机床的操作面板、对零件的加工、分析、程序的优化等等做充分的认识，为以后的工作做好充分准备。

此文主要对零件图的分析与加工进行了详细的分析；如零件的组成与精度要求、表面粗糙度的分析、零件材料的选择、粗、精基准的选择心及各部位加工方法的选择都进行了详细的分析；对于切削液的选择、零件的装夹、对刀与换刀、加工工艺分析等零件加工过程了安全、操作、机床的维护保养都作了详细了分析。

最后对五年学习的总结和对未来的展望以及对我帮助的所有人表示中心的感谢！

关键字：

加工中心、安全、分析、加工。

第一章绪论

1．1课题研究的目的

四年多来通过对数控专业的学习和一段时间的实习，对数控机床和编程和操作有一定程度的了解和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来锻炼自己，检验自己的掌握程度。

这次毕业设计就达到了这样的目的，使自己更了解数控机床，对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼。

1．2课题的意义

装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。

马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。

制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

1．3数控机床的发展趋势

随着科学技术不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速高柔性化和模块化方向发展。

我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还有一定的差距，主要表现在：

可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。

为了缩短与世界水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：

1.加大力度实施质量工程，提高数控机床无故障率。

2.跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。

3.加大成套设计开发能力上求突破。

4.发挥服务优势，扩大市场占有率。

5.多品种制造，满足不同层次的用户。

6.模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。

数控机床使用范围越来越大，国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。

1.4数控机床的特点介绍

数控加工就是数控机床在加工程序的驱动下将毛坯加工成合格零件的加工过程。

数控机床控制系统具有普通机床所没有的计算机数据处理功能、智能识别功能以及自动控制能力。

数控加工与常规加工相比有着明显的区别，其特点如下：

　　1.自动化程度高，易实现计算机控制

　　2.数控加工的连续性高

　　3.数控加工的一致性好

　　4.适合于复杂零件的加工

5.便于建立网络化系统

第二章零件图的分析

2．1零件图纸

技术要求：

1、未注倒角公差尺寸按IT12加工检验；

2、薄壁轮廓尺寸上偏差为-0.03,下偏差为0.06;

3、未注倒角去毛刺。

a面实体图

b面实体图

2．2零件组成及精度尺寸分析

1、零件的组成

该零件属于加工中心单件

a面：

由Ф80的等边三棱锥；由Ф120和Ф140组成的圆环型糟；圆环型薄壁。

b面：

由R5的倒圆角和两个腰型糟。

2、零件尺寸精度分析

a面分析:

（1）内接连Ф80的等边三棱锥，高度为10mm

（2）由Ф950-0。

03和Ф1200-0。

03组成的深5的组成的圆环型糟。

Ф95的最大限度尺寸为95mm。

最小限度尺寸为94.97mm,充许的最大误差0.03mm;Ф120的最大限度尺寸为120mm。

最小限度尺寸为119.97mm,充许的最大误差为0.03mm.圆环型的最大宽度为139.97-119.97=20.00mm.深度最大尺寸为5.05mm,最小尺寸为49.5mm.

（3）薄壁是由高5+0。

050mm壁宽1-0。

03-0。

06mm组成的Ф140-0。

03-0。

06mm的圆环形.薄壁的高度最大尺寸为5.05mm。

最小限度尺寸为5mm,充许的最大误差为0.05mm:

厚度最大限度尺寸为9.97mm,最小限度尺寸为9.94mm,充许的最大误差为0.03mm.Ф140的最大限度尺寸为139.97mm。

最小限度尺寸为139.94mm,充许的最大误差为0.03mm.

（4）零件外圆Ф160最大限度尺寸为160.05mm。

最小限度尺寸为159.95mm.充许最大误差为0.1mm.

b面分析:

R5的倒圆角和两个腰型糟都是自由公差，误差允许在土0.1之间.

2．3零件表面粗糙度分析

无论是用机械加工的零件表面,还是用铸造、锻造等方法获得的零件表面，总存在着具有较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。

这种较小间距和微小峰谷的微观几何形状特性称为表面粗糙度。

零件的表面粗糙度对零件的功能要求有重大影响。

此零件的表面粗糙度主要是Ra=1.6；获得方法有：

（1）粗铣—精铣；

（2）粗铣—半精铣—精铣；根据情况选择其加工方法。

2．4零件材料的选择

正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。

显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益。

一、常见的毛坯种类

（1） 铸件 

（2） 锻件3） 型材（4） 焊接件 （5） 冷冲压件

二、毛坯的选择原则

　　选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：

（一）零件的生产纲领

（二）零件材料的工艺性

（三）零件的结构形状和尺寸

（四）现有的生产条件

根据零件的性能、学校条件的限制以及一些企业的生产情况，本人选择45号钢做为此次毕业论文零件加工的材料。

45号钢的性能介绍：

　　45号钢,是GB中的叫法,JIS中称为:

S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN称为:

C45

　　45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。

　　45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。

但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。

所以如果需要表面硬度，又希望发挥45＃钢优越的机械性能，常将45＃钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

2．5零件加工时粗、精基准的选择

在起始工序中，只能选用未经加上过的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。

用加工过的表面所作的定位基准称为精基准。

在设计工艺规程的过程中，根据零件工作图先选择精基准、后选粗基准。

结合整个工艺过程要进行统一考虑，先行工序要为后续工序创造条件。

　1.选择精基准

选择精基准应掌握五个原则：

（l）基准重合原则

（2）基准统一原则

（3）自为基准原则（4）互为基准原则

（5）保证工件定位准确、夹紧安全可靠、操作方便、省力的原则

二、粗基准的选择

（1）为保证某重要加工面余量均匀，而选择该表面作为粗基准。

（2）为保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置和尺寸要求，而选择不加工表面作为粗基准。

（3）粗基准在同一方向只允许一次。

（4）应保证定位准确、夹紧可靠，夹具简单、操作方便。

四条原则中粗基准在“同方向只许使用一次”的原则是必须做到的。

而

其余原则是有条件执行的。

由于零件在备料时已经利用数控车进行加工，因此在加工中心加工时粗、精基准都是以零件的外圆和B平面。

2．6零件各部位加工方法的选择

在零件加工时，零件的各部位都有着一种或几种的加工方法，对于不同的加工方法，对零件的生产效率，生产质量，程序的编辑等等都有着不同的影响。

本人认为正确合理的对零件各部位选择加工方法，是此次论文的重点之一，也是难点之一。

下列是对此次零件各部位的加工方法的一次述：

1、三棱锥的加工方法选择

方法

格式

选择

原因

1

平行法加工

G01X（）Y（）

利用手工编程，变量和自变量的关系难以确定。

如用自动编程加以选择

2

放射状加工

G01X/Y（）Z（）

★

利用手工编程，变量和自变量的关系很好确定

2、R5倒圆角的加工方法选择

方法

格式

选择

原因

1

平行法加工

G01X（）Y（）

编程难度相对较大

2

放射状加工

G01X/Y（）Z（）

编程难度相对较大

3

G10自动倒角指令

G10L（）P（）

★

对其精度要求较低

4

成型刀具加工

G03/G02I/J（）

刀具相对较昂贵

3、薄壁的加工方法选择

方法

格式

选择

原因

1

内外同时加工

G02/G03I/J（）

加工较率低

2

先加工内部，再加工外部

G02/G03I/J（）

难以保证Ф140的精度尺寸要求

3

先加工外部，再加工外内部

G02/G03I/J（）

★

可以保证Ф140的精度尺寸要求

4、腰型糟的加工方法选择

方法

格式

选择

原因

1

G16极坐标

G16X（）Y（角度）

会产程序加工误差

2

旋转坐标系

G68X（）Y（）R（）

★

简化编程

3

直接加工

G01X（）Y（）

需要计算，影响零件加工的效率

注：

以上加工方法都是相对而言，对不同的零件加工方法也许会发生改变。

仅供参考。

第三章零件的加工

3．1机床的选择

1、机床的组成

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。

下图的实线所示为开环控制的数控机床框图。

（数控机床的组成图）

2、典型数控系统简介

　　数控系统是数控机床的核心，数控机床是根据功能和性能要求配置的数控系统，系统不同，其指令代码也有差别，因此，编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程。

FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、ACRAMATIC（美国）、MITSUBISHI（日本）等公司的数控系统及其相关产品，在数控机床行业占据主导地位；我国的数控产品以武汉华中数控、北京航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。

（1）FANUC公司的主要数控系统

　FANUC公司创建于1956年，是世界上最大的专业数控系统生产厂家之一。

FANUC公司生产的CNC产品主要有FS3、FS6、FS0、FS10／11／12、FS15、FS16、FS18和FS21／210系列等。

（2）SIEMENS公司的主要数控系统

SIEMENS公司有SINUMERIK3、SINUMERIK8、SINUMERIK802、SINUMERIK810、SINUMERIK820、SINUMERIK850、SINUMERIK880、SINUMERIK805、SINUMERIK840系列等数控装置，每个系列都有适用于不同性能和功能的机床数控装置。

SIEMENS数控装置采用模块化结构，具有接口诊断功能和数据通信功能。

（3）武汉华中的主要数控系统

　武汉华中的主要数控系统是HNC系列，其数控装置是我国为数不多的具有自主版权的高性能数控装置之一。

HNC系列数控装置基于工业PC机（IPC）和DOS操作系统，采用开放式的体系结构，配置灵活，通过更换、增减软硬件功能模块，能满足用户对不同档次的CNC装置的需求。

（4）北京航天数控系统

　北京航天数控的主要产品为CASNUC2100数控系统，它是以PC机为硬件基础的模块化、开放式的数控系统，可用于车床、铣床和加工中心等8轴以下机械设备的控制，具有2轴、3轴和4轴联动功能。

此零件的加工机床的选择根据学校的条件和四年多来实习的情况以及目前我国国内数控机床的使用情况，我选择FANUC0i-Tc系列的立式加工中心数控机床做为我完成毕业论文中零件加工的机床

FANUC0i系列

　　FANUC0i系列是目前我国应用最多的系列之一，各机床生产厂家已大量采用，部分机床产品见表3－2。

表3－2　我国目前选用FANUC0i系列的部分数控机床

机床名称

型号

生产厂家

车削中心

CH6132

沈阳第一机床厂

数控铣床

XK5032

南通纵横国际股分有限公司

立式加工中心

TH56系列

江苏多棱数控机床股分有限公司

立式加工中心

XHA78系列

北京第一机床厂

（表3－2）

1．主要特点

　FANUC0i系列具有以下一些主要特点：

（1）FANUC0i系统与FS16／18等系统的结构相似，均为模块化结构。

主CPU上集成了FROM&SRAM模块、PMC控制模块、存储器和主轴模块、伺服模块等。

其集成度较FANUC0系统的集成度更高，因此FANUC0i控制单元的体积更小，便于安装排布。

（2）可用B类宏程序编程，使用方便。

用户程序区容量比FANUC0MD系统的大一倍，有利于较大程序的加工。

（3）使用编辑卡编写或修改梯形图，携带与操作都很方便，特别是在用户现场扩充功能或实施技术改造时更为便利。

（4）使用存储卡存储或输入机床参数、PMC程序以及加工程序，操作简单方便，使复制参数、梯形图和机床调试程序过程十分快捷，缩短了机床调试时间，明显提高了数控机床的生产效率。

（5）系统具有HRV（高速矢量响应）功能，伺服增益设定比FANUC0MD系统高一倍，理论上可使轮廓加工的误差减小一半。

（6）FANUC0i系统可预读12个程序段，比FANUC0MD系统多。

结合预读控制及前馈控制等功能的应用，可减少轮廓加工误差。

其小线段高速加工的效率、效果优于FANUC0MD系统，对模具三维立体加工有利。

（7）与FANUC0MD系统相比，FANUC0i系统的PMC程序基本指令执行周期短，容量大，功能指令更丰富，使用更方便。

（8）FANUC0i系统比FANUC0M、FANUC0T等产品配备了更强大的诊断功能和操作信息显示功能，给机床用户使用和维修带来了极大方便。

（9）在软件方面，FANUC0i系统比FANUC0系统也有很大提高，特别在数据传输上有很大改进，如RS232串口通信波特率可达19200b/s，可以通过HSSB（高速串行总线）与PC机相连，使用存储卡实现数据的输入／输出。

3．2编程方法的选择

数控编程一般分为手工编程和自动编程两种:

1．手工编程

手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。

它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。

对于加工形状简单、计算量小、程序段数不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。

因此，在点位加工或直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。

对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。

2．自动编程

自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。

编程人员只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加工程序单，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。

自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成

数控机床程序编制

在前言已简述，作为此次论文的一大亮点，我采用手工编程，来实现零件的绘制，分析，加工等等。

3．3机床操作的一般步骤

机床操作的一般步骤及内容：

1、开机，各坐标轴手动回机床原点

2、刀具准备

3 、将已装夹好刀具的刀柄采用手动方式放入刀库。

4、清洁工作台，安装夹具和工件

5、对刀，确定并输入工件坐标系参数

6、 输入加工程序

7、 调试加工程序

    采用将工件坐标系沿 +Z 向平移即抬刀运行的方法进行调试。

8 、自动加工

    确认程序无误后，把工件坐标系的 Z 值恢复原值，将快速移动倍率开关、切削进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始加工。

加工过程中注意观察刀具轨迹和剩余移动距离。

9、取下工件，进行检测

    选择游标卡尺进行尺寸检测，检测完后进行质量分析。

10、清理加工现场

11、关机

3．4程序编辑的一般步骤

有很多人讨厌编程，不愿学编程。

其实，数控编程是即简单又有趣的一件事。

只要掌握一些常用的编程指令和了解一些偶尔和一些特殊指令。

就可做一名令人羡慕的编程高手。

下面是本人经四年多的学习，总结出的程序编辑的一般步骤，希望各位多提宝贵意见！

程序段号

指令

含义

O****

程序名

N10

G17G90G94G21G80G69G40G49

程序初始化

N20

G54~G59X（）Y（）

设定坐标系

。

。

。

。

。

。

M03/M04

主轴旋转

M07/M08

（切削液开）

G0X0Y0Z2

验刀（快速定位）

G00/G01/G02/G68/G41/G43/G81/M98

主程序

G0Z200

抬刀

G80/G69/M99/G40/G49

取消程序中的一些指令

M09

（关切削液）

M05

主轴停转

Nn

M02/M30

程序结束

3．5坐标系的确定

一、机床坐标系的确定

在数控机床程序编制中，机床坐标系的判定是重点和难点之一。

机床坐标系的判定有相应的国家标准。

现叙述如下：

1.永远假定刀具相对于静止的工件坐标系统运动。

钻入或镗入工件的方向为负的Z坐标方向。

2.Z坐标按照传递切削动力的主轴所在位置规定。

Z坐标的正方向是增大工件和刀具距离的方向。

3.规定水平方向的坐标为X坐标，它平行于工件的装夹面。

这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。

在刀具旋转的机床上（如铣床、钻床、镗床等），如Z坐标是水平时，当从主要刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；如Z坐标是垂直的，对于单立柱机床，当从主要刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。

4.Y坐标的运动方向，根据X和Y坐标的运动方向，按照右手直角笛卡尔坐标系统来确定。

二、工件坐标系的确定注意事项

工件坐标系是编程人员在编写程序时，在工件上建立的坐标系。

工件坐标系的原点位置为工件零点。

理论上工件零点设置是任意的，但实际上，它是编程人员根据零件特点为了编程方便以及尺寸的直观性而设定的。

选择工件坐标系时应注意：

1）工件零点应选在零件的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少错误；

2）工件零点尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度；

3）对于对称零件，工件零点设在对称中心上；

4）对于一般零件，工件零点设在工件轮廓某一角上；

5）z轴方向上零点一般设在工件表面；

6）对于卧式加工中心最好把工件零点设在回转中心上转中心匀Z轴连线适当位置上；即设置在工作台回

7）编程时，应将刀具起点和程序原点设在同一处，这样可以简化程序，便于计算

3．6刀具的选择

   刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

   与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。

不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。

     在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀工作。

因此必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。

作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法，调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其柄部有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀。

常用铣刀种类有：

（1）盘铣刀 

（2）端铣刀   （3）成型铣刀 （4）球头铣刀。

  （5）鼓形铣刀。

以下是此次零件加工时选择的刀具及刀具参数：

序号

1

2

3

刀具名称

Φ80面铣刀

Φ16立铣刀

Φ12立铣刀

刀具参数

涂层合金刀片（4齿）

高速刚（3齿）

高速刚（2齿）

转速

800

1500

1700

进给速度（mm/min）

150

120

120

每次切深（mm）

0．5

5

3

每齿进给（fz）

0．06

0．08

0．06

刀具补偿号

长度

H01

H02

H03

半径

D01

D02

D03

3．7零件的对刀和换刀

1、概述

对刀

对刀也就是工件在机床上找正加紧后，确定工件坐标（编程坐标） 原点的机床坐标（确定