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数控车床一般采用镶刚导轨,这样机床精度保持的时间会比较长,其使用寿命也可延长许多。
2.2数控车床的加工特点
与普通车床相比,加工特点有所不同,具体表现在以下几方面。
1、适应性强
适用于多品种小批量零件的加工。
由于数控车床能加工不同形状的零件,只要重新编制或修改加工程序,就可以迅速达到加工新零件的要求,省去了调整机床的时间,从而大大缩短技术准备时间。
因此适用于多品种、单件或小批量加工。
2、加工精度高,加工质量稳定
数控车床的加工过程能够避免人为误差或失误,另外,由于数控车床本身的重复定位精度高,在加工同一批零件时,能保证加工零件的一致性,并有稳定的质量。
3、具有较高的生产效率和较低的加工成本
应用数控车床,可降低加工成本,同时减少普通车床的类型和台数,有效节省设备投资,有利于工厂更好的发展再生产。
4、改善劳动条件,减轻操作者的劳动强度
虽然数控机床分摊到每个零件上的设备费(包括折旧费、维修费、动力消耗费等)较高,但生产效率高,单件、小批量生产是节省辅助时间(如画线。
机床调整、加工检验等),节省直接生产费用。
数控机床加工精度稳定,减少废品率,使生产成本进一步降低。
2.3数控车床的主要加工对象
1、精度要求高的零件
由于数控车床的刚性好,制造和对刀精度高,以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿,所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。
数控车床具有恒线速度切削功能,所以它也能加工出粗糙度值小而均匀的零件,而且还适合车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。
2、轮廓形状复杂的零件
数控车床具有圆弧插补功能,可以直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。
如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床,那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。
3、带一些特殊类型螺纹的零件
数控车床不但能加工任何等节距直、锥面,公、英制和端面螺纹,而且能加工增节距、减节距,以及要求等节距、变节距之间平滑过度的螺纹。
数控车床车削螺纹不必像普通车床那样交替变换主轴转向,可以连续的车削,还可以使用较高的转速,所以车削螺纹的效率高,车出的螺纹精度高、表面粗糙度小。
4、超精密、超底表面粗糙度的零件
如磁盘、录象机磁头、复印机的回转鼓以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度,它们适合在高精度、高功能的数控车床上加工。
2.4数控车削加工的主要内容
数控车削加工可分为粗加工、半精加工和精加工。
根据数车的工艺特点,数控车削加工内容主要如下
1、车削外圆
车削外圆是最常见、最基本的车削方法,下面是几种不同的车刀车削中小型零件外圆的方法①45°
车刀车削外圆;
②90°
正偏刀车削外圆;
③反偏刀车削外圆;
④加工工件内部的外圆柱面;
⑤加工外沟槽
2、车削内孔
车削内孔是指用车削方法扩大零件的孔或加工空心件的内表面,也是常用的车削加工方法之一。
常见的车削内孔方法一般有①车削通孔;
②车削盲孔;
③车削台阶孔;
④车削内沟槽
3、车削端面
车削端面包括台阶端面的车削,常见的车削端面方法一般有①45°
车刀车削端面;
②左偏刀车削端面(由外向中心进刀);
③左偏刀车削端面(由中心向外进刀);
④右偏刀车削端面
4、车削螺纹
车削螺纹式数车的特点之一,螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行,也可以进行循环切削。
2.5西门子系统数控机床
1、操作步骤:
①开机接通CNC和机床电源,系统启动后进入“加工”区,出现“手动REE”窗口。
②回参考点机床每次开机后都必须执行回参考点设置。
③数车对刀X轴和Z轴方向对刀。
④MDA运行方式在MDA运行方式下编辑一个程序加以执行。
⑤自动方式运行在自动运行方式下,零件的程序可以自动加工执行。
⑥选择和启动零件程序
2、西门子数控系统主要功能:
①数控系统控制面板5.7英寸液晶显示器;
显示语言,简体中文;
②机床数据和用户数据闪存备份128KB;
③英制/公制编程轮廓编程;
倒角/圆角过渡功能;
④操作方式自动方式;
DNC方式;
MDA方式;
JOG方式;
示教方式;
⑤显示8种带图形支持;
程序错误显示;
自诊断功能;
报警显示;
⑥编程标准和操作功能DIN66025编程标准;
带中文注释的车削工艺循环;
直线插补、圆弧插补、三点圆弧插补;
带图形支持轮廓编程;
参数化编程;
⑦集成PLC应用程序
3、机床的主要规格与参数(见表2.1)
表2.1机床的主要规格与参数
项 目
6132/6140
工件最大回转直径
320/400mm
Z轴定位精度
±
0.02mm
工件最大长度
750mm
X轴重复定位精度
0.005mm
主轴转速范围
100-1600rpm
Z轴重复定位精度
0.01mm
主轴锥孔
英氏6#
尾座套筒内孔锥度
英氏4号
电动刀架
4工位
主电机功率
3/4.5kw
X轴快速进给
3000mm/min
冷却泵功率
0.09kw
Z轴快速进给
6000mm/min
机床净重量
1400KG
X轴定位精度
机床尺寸(长x宽x高)
1890×
1060×
1460mm
第三章数控加工工艺分析
3.1数控加工工艺的基本特点
数控车床加工与普通机床加工在方法与内容上有许多相似之处,只是控制方式上有所不同。
工件在数控机床上加工时,加工前,必须由编程人员把全部加工工艺过程、工艺参数和位移数据等编制成数控程序,并将其记录在控制介质上,然后使用它控制机床的加工。
由于数控加工的整个过程是自动进行的,因而形成了其独有的工艺特点。
1、数控加工工艺的内容十分具体
在普通机床上加工时,许多具体的工艺问题如工步的划分、对刀点、换刀点以及进给路线的确定等在很大程度上都是由操作工人根据自己的经验和习惯自行考虑、决定的,而无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。
在数控加工时,上述这些具体的工艺问题不仅成为数控工艺处理时编程人员必须认真考虑的内容,而且还必须正确地选择并编入加工程序中。
换言之,本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可以通过适时调整来处理的许多工艺问题,在数控加工时就转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的工作内容。
2、数控加工的工艺处理相当严密
数控机床虽然自动化程度较高,但自适性较差,它不可能对加工中出现的问题自由地进行人为调整。
尽管现代数控机床在自适应调整方面作了不少改进,但自由度还是不够理想。
因此,在进行数控加工的工艺处理时,必须注意到加工过程中的每一个细节,考虑要十分严密。
3.2数控加工注意事项
数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似,由于数控车床是一次装夹,连续自动加工完成所有车削工序,因而应注意以下几个方面。
1、合理选择刀具
①粗车时,要选强度高、耐用度好的刀具,以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
②精车时,要选精度高、耐用度好的刀具,以保证加工精度的要求。
③为减少换刀时间和方便对刀,应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
2、合理选择夹具
①尽量选用通用夹具装夹工件,避免采用专用夹具;
②零件定位基准重合,以减少定位误差。
3、合理选择切削用量
在生产中,选择切削用量的原则如下:
首先选用尽可能大的切削深度,然后选用尽可能大的进给量,最后选择尽可能快的切削速度。
在确定具体参数数值时,可以依据已有加工经验或查阅相关加工手册。
切削条件的三要素:
切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。
①
切削速度:
刀具切削点处主运动的线速度。
②
进给量:
刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。
③
切削深度:
加工时刀具每次切入工件的深度。
这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。
经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。
伴随着切削速度的提高,刀尖温度会上升,会产生机械的、化学的、热的磨损。
切削速度提高20%,刀具寿命会减少1/2。
用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。
由于任意增大切削三要素中的一个都可以提高加工效率,这似乎说明切削用量选用得越大越好,但是事实并非如此。
根据实验测定,当切削用量增加到一定程度后,刀具会加速磨损,这样就会得不偿失。
深入分析还发现,分别增加切削用量的三要素对刀具磨损的影响各不相同:
切削速度最严重,进给量其次,切削深度最小。
4、确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中,刀具相对零件的运动轨迹和方向。
①应能保证加工精度和表面粗糙要求;
②应尽量缩短加工路线,减少刀具空行程时间。
3.3分析零件图
由图3.1可知,该工件材料为45钢,无热处理及硬度要求。
该零件表面由圆柱、圆锥、逆圆弧及外螺纹等表面组成,且有较高的精度和粗糙度要求,特别是φ16和φ26内圆表面,其精度比较高。
该零件的尺寸标注完整、正确,零件轮廓描述清楚
图3.1测试块
毛坯:
φ40*100,单件生产
3.4制定加工工艺
1、确定装夹方案
工件长度较短,可用三爪自定心卡盘直接夹紧工件外圆左端,伸出46mm,工件零点为工件右端面中心,作为加工测量及编程的基准点。
工件一次装夹即可完成所有工序。
2、确定加工顺序
根据零件的形状、尺寸精度等因素,按粗加工、精加工分开的原则,先粗加工,再半精加工,最后精加工。
并且按照由近及远的原则,进行加工工件。
3、确定进给路线
车外圆端面;
粗车所有外圆及保留精车余量;
精车所有外圆至尺寸;
粗车内圆孔;
精车内圆孔;
车M30*2的外螺纹;
长度44mm处切断;
3.5零件的毛坯和材料的选择
3.5.1毛坯的选择原则
当选择毛坯时,应主要考虑以下原则:
1、零件材料的工艺特性和对内部组织的力学性能要求,即材料是否具有良好的力学性能,制作毛坯是否简单方便,是否能够满足零件工作的需要。
2、零件的形状和尺寸。
例如,复杂的零件尽量选用铸件。
3、生产量。
当生产量较大时,应选择加工质量和效率都比较高的毛坯制作方法,例如模锻,这样可以减少材料的消耗,并降低后续加工的复杂程度。
3.5.2零件毛坯的种类
1、型材
热轧型材尺寸较大、精度较低,多用于一般零件的毛坯;
冷轧型材尺寸较小、精度较高,多用于精度要求高的中小型零件。
2、焊件件
所谓焊接,就是通过加热、加压的方法,同时借助于金属原子的结合和扩散作用,使分离的金属材料牢固连接起来。
焊接件的优点是制造简单,生产周期短,节省材料,减轻重量。
从严格意义上讲,焊接不是一种独立的毛坯生产方法,而是用于将锻件或铸件以及型材进行焊接。
特别是单件生产大型的重型零件,采用锻焊或铸焊结构可以克服铸造或锻造吨位不足的问题,实现组小拼大。
同时,对于结构复杂难以制造的零件,可以将其分解为简单的零件,分别加工完成后再焊接在一起。
需要注意的是,焊接后零件会产生较大的应力或变形,这也是焊件的典型缺陷。
3、铸件
形状复杂或尺寸较大的毛坯易选用铸造的方法。
铸件毛坯有以下特点:
适应性广。
铸件基本不受大小、重量和材料的限制,尤其适合制作具有复杂内腔结构(例如箱体、机床床身)的毛坯。
铸件和加工后的零件形状和尺寸相近,加工工序少,切除材料少,设备成本低,投资少。
铸件的力学性能较低,不适合制作承受重载和交变载荷的零件毛坯。
同时,由于铸造本身的固有缺点,铸件毛坯缺陷多、废品率高。
4、锻件
适用于对强度有一定要求,形状比较简单的零件。
锻件毛坯具有以下特点:
锻件内部的金属组织在锻压过程中得到改善,材料中原有缺陷被消除,因此锻件具有较高的力学性能。
使用锻压方法制作毛坯具有较高的生产率。
相对铸件而言,锻件在固态下成形较为困难,因此其形状相对较为简单。
对于外圆直径相差不大的轴,一般以棒料为主;
而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴,常选用锻件,这样既节约材料又减少机械加工的工作量,还可改善机械性能。
3.5.3零件的材料及性能
常用的金属材料有铁、铜、铝、锰、镍、钛、铅、锡和锌以及这些金属的合金(如钢、黄铜和青铜)它们具有金属性质如光泽、导热性和导电性;
有较好的塑性;
并且,有些金属还有较好的磁性。
1、钢
①碳素结构钢质量等级有A、B、C、D、E五种,其中A级质量最低,E级质量最高;
脱氧方法用F(沸腾钢)、B(半镇静钢)、Z(镇静钢)、TZ(特殊镇静钢)表示,牌号“Z”和“TZ”可以省略。
例如Q235AF,表示屈服点为235MPA,质量为A级的沸腾碳素钢。
②优质碳素结构钢牌号用两位阿拉伯数字表示。
如45钢,表示平均Wc=0.45%。
若是沸腾钢,在两位数字后面标注F,如08F钢。
③碳素工具钢牌号由表示碳的汉语拼音字首T与阿拉伯数字组成,阿拉伯数字表示平均碳的质量分数,如T8钢表示平均Wc=0.8%。
若为高级优质碳素工具钢,则在牌号后加A。
④特殊性能钢是指具有特殊的物理或化学性能的钢,用来制造有特殊性能要求的零件。
2、铸铁
它是Wc在2.5%—4.0%之间的铁碳合金。
①白口铸铁它的渗碳体硬而脆,切削加工极为困难,工业上很少直接应用它来制造零件的毛坯。
②灰铸铁碳大部分以片状石墨形式存在,其断口呈暗灰色,在工业中得到广泛应用。
③球墨铸铁碳大部分以自由状态的球状石墨形式存在,其抗拉强度、塑性和韧性都大大超过灰铸铁,在一定程度上可以代替钢,用于制造重要零件。
④可锻铸铁碳大部分以团絮状石墨形式存在,有较高的塑性、韧性。
⑤蠕墨铸铁碳大部分以蠕虫状石墨形式存在,其力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,具有良好的铸造性能。
⑥合金铸铁在铸铁中加入铬、钼、钒、铜、铝等元素。
3、铝及其合金
①工业纯铝具有良好的导电性和导热性,其导电性仅次于铜和银。
具有极好塑性和较低的强度,冷变形加工可提高其强度,但塑性较低。
具有优良的工艺性能,易于铸造、切削和冷、热压力加工。
②铝合金它的比强度(强度与密度之比)高,耐蚀性和切削加工性好,应用广泛。
通过比较并结合实际,另根据所加工零件的特性,有较好的力学性能和良好的工艺性能,价格低廉,我们最终选用45钢作为零件材料。
第四章零件刀具、夹具的选择及切削用量的确定
4.1刀具的选择
1、T01:
φ14㎜中心钻钻削中心孔。
钻孔的大小要根据内螺纹的小径决定。
此次设计未加工内螺纹,由相关经验得出根据工件的最小内孔尺寸,可以选择φ14㎜中心钻
所以我选用φ14㎜中心钻钻削中心孔。
2、T02:
粗车工件轮廓及车端面选用35度硬质合金端面车刀,因为副偏角不能太小,以防与工件轮廓发生干涉;
3、T03:
外圆精车刀,仍要考虑与工件轮廓干涉,又要顾虑工件的表面质量,所以选择了50°
硬质合金端面车刀。
4、T04:
粗精车内孔,刀片为55°
棱形。
5、T05:
60°
外螺纹车刀,取刀尖角为εr=59°
30′。
6、T06:
外割刀,宽度为4mm。
将选用的相关刀具参数填入数控加工刀具卡片中(见表3)
表3数控加工刀具卡片
序号
刀具号
刀具规格及名称
数量
工步内容
备注
1
T01
φ14㎜中心钻
钻削中心孔
2
T02
外圆粗车刀及切端面刀
粗车外圆,切端面
3
T03
外圆精车刀
精车外圆
4
T04
内孔刀
粗精车内孔
5
T05
螺纹刀
车螺纹
6
T06
4mm宽切断刀
切断工件
4.2夹具的选择
1、选择夹具的基本原则
①要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定,协调零件和机床坐标系的尺寸关系。
②当了解加工批量不大时,应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具,以缩短生产准备时间、节省生产费用。
③在成批生产时才考虑采用专用夹具,并力求结构简单。
④零件的装卸要快速、方便、可靠,以缩短机床的停顿时间。
⑤夹具上各零部件应不妨碍机床对了解各表面的加工。
2、数控加工对夹具主要有两大要求:
①是夹具应具有足够的精度和刚性;
②是夹具应有可靠的定位基准。
而夹具又主要有两类:
一类用于盘类或短轴类零件,工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘(三爪、四爪)中,由卡盘传动旋转;
另一类用于轴类零件,毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间,工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。
此轴类零件只需要一次装夹,左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧,三爪卡盘是车床上应用最广的通用夹具,适合于安装短圆棒料或盘类(直径较大的盘状工件中,可用反三爪夹持)工件。
当转动小伞齿轮时,大锥齿轮便转动,它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出,以夹紧不同直径的工件。
三爪卡盘装夹方便能自动定心,但其定心准确度不高,约为0.05~0.15mm。
工件上同轴度要求较高的表面应在一次装夹中车出。
4.3切削用量的选择
45钢,有较好的力学性能和良好的工艺性能,由国防工业出版社出版的《数控技术及应用》一书中写道:
在切削45钢等优质碳素结构钢时,由于材料的塑性很小,抗拉强度很底,因而切削层内靠近切削刃和前刀面的局部金属未经明显的塑性变形就被挤裂,形成不规则形状的碎粒或碎片切削。
工件材料越脆硬、刀具前角越小、切削厚度越大。
产生崩碎切削时,切削力波动大,刀具容易磨损。
所以切削用量的选择显得犹为重要:
(1)背吃刀量的选择轮廓粗车循环时选ap=2㎜,精车ap=0.5㎜。
螺纹粗车时选ap=0.1,逐刀减少,精车ap=0.05mm。
(2)主轴转速的选择车外表面时,粗车切削速度vc=600r/min,精车切削速度vc=1000r/min,车内表面时,粗车切削速度vc=400r/min,精车切削速度vc=500r/min,切槽和切断时,切削速度vc=200r/min。
车螺纹时,外螺纹的切削速度vc=350r/min,
(3)进给量的选择进给量的确定是根据加工的实际情况,粗、精车外形的进给量分别为f=0.1㎜/r,f=0.05㎜/r。
粗、精车内孔的进给量分别为f=0.1㎜/r,f=0.05㎜/r。
在切槽和切断工件时,f=0.05㎜/r,外螺纹的进给量为f=2㎜/r,精车外螺纹时进给量f=0.05㎜/r.
综合前面分析的各项内容,并将其填入表4.1所示的数控加工工艺卡片。
表4.1数控加工工艺卡片
工步号
刀具规格/mm
主轴转速/(r.m-1)
进给速度/(mm.m-1)
背吃刀量/mm
25*25
300
手动
粗车轮廓
600
120
自动
精车轮廓
1000
100
0.5
粗车内孔
20*20
400
80
精车内孔
500
车M30*1外螺纹
350
0.1
7
外割刀割断工件
200
0.05
第五章零件的加工制造
5.1零件的加工路线
1、φ14钻头钻孔,钻孔深44mm
2、装夹φ40mm的毛坯,伸出长度46mm,车端面;
3、粗车外圆锥、倒角及螺纹外圆面,保留精车余量;
4、精车螺纹外圆、倒角至图纸尺寸;
4、镗刀粗车内孔保留精车余量;
5、精车内轮廓至图纸尺寸;
6、沿长度44mm处切断;
5.2零件图的程序编制
JD84.MPF
G90G95M3S600
T2
G0X50Z30
X35
Z2
G1X0F0.1
G0X35Z2
G1X30Z0
X34Z-10
X36.5Z-11.5
Z-44.5
G0X40
Z100
M0
T3
M3S1000F0.05
X36Z-1
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