数控铣床的研究背景及意义论文

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近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、 电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。在各种招聘会上，数控专业人才更是企业热衷于标注“急聘”、“高薪诚聘”等字样的少数职位之一，以致出现了“月薪6000元难聘数控技工”，“年薪16万元招不到数控技工”的现象。据报载，我国高级技工正面临着“青黄不接”的严重局面，原有技工年龄已大，中年技工为数不多，青年技工尚未成熟。在制造业，能够熟练操作现代化机床的人才已成稀缺， 据统计，目前，我国技术工人中，高级技工占，中级工占35%，初级工占60%。而发达国家技术工人中，高级工占35%、中级工占50%、初级工占15%。这表明，我们的高级技工在未来5—10年内仍会有大量的人才缺口。嘬嗳ф喃海祝你好运 随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。 而借助国外的发展经验来看，当进入产业布局、产品结构调整时期，与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。而对于数控加工专业，不仅要求从业人员有过硬的实践能力，更要掌握系统而扎实的机加理论知识。因此，既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。

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Clamp as well as craft route arrangement. Questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality The academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the notebook the name, the source, can achieve the skilled utilization. Therefore, it holds the important status in ours university life. To my own opinion, I hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. Because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out Words:Fixture Moving Path Processing amount前言 这次毕业设计，我的设计题目是：数控复合轴加工工艺规程设计。由于设计的需要，我仔细研究了零件图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代表能不能干好。所以我积极与设计指导老师、操作指导老师沟通，在各位老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到各位老师优良工作品质的影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并树 立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。通过毕业设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运用所学理论知识和实际操作知识去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基本理论知识和基本操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、编写数控程序、数控机床操作、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风。由于本人能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请各位老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位老师表示我虔诚和衷心的感谢！绪论本文的研究背景及意义：数控加工技术概况： 数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。 数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。 数控加工原理及加工过程： 零件图→阅读零件图→工艺分析→制定工艺→数控编程→程序传输→数控机床 数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。 数控编程技术的历史目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展： 1．高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。 为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。 2．多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多cpu结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。 3．智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对cnc系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。 4．数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前cad／cam图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用cad绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成nc零件加工程序，以实现cad与cam的集成。随着cims技术的发展，当前又出现了cad／capp／cam集成的全自动编程方式，它与cad／cam系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的capp数据库获得。 5．可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。 6．控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。第二章数控编程中的加工工艺分析及设数控加工工艺分析零件图1. 零件的完整性和正确性的分析 本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件，生产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精度。可以看出这根轴是由M30的螺纹；φ25长为5mm的槽，及1：10的锥度组合而成的外圆结构，在轴的右端还有深30的φ25的内孔。从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配合。 总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。如果是内孔的直径过大那么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，也体现出了数控技术的精度高的特点。2.零件材料的分析 工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料，它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。可分为刚和铸铁两大类，其主要区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于，铸铁的含碳量则在以上。 钢的韧性、塑性较好，强度较高。常以热锻、轧制等方法成形。强度要求较高、形状较复杂的零件可用铸钢。 由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承受拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。3.零件精度的分析 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都会影响到零件的加工精度。图1-2-1是各种加工方法得到的加工精度 图1-3-1 如图1-3-2就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：φ40圆柱段，φ521圆柱孔，φ50 0圆柱孔，φ35圆柱沟槽。零件其他径向加工部位相对容易加工。零件的轴向加工部位：零件左端φ40圆柱段的轴向长度为25,.零件右端φ25圆柱孔的轴向长度为300mm，由上述尺寸可以确定零件的轴向尺寸应该以零件左端面为基准，这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。 图1-3-24、表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。 表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。我国执行的表面粗糙度国家标准有三个： GB/T3505—2000 《表面粗糙度 术语 表面及参数》 GB/T1031—1995 《表面粗糙度 参数及其数值》 GB/T131—1993 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》 附图（机械制造基础81页） 在这里我参考的是国标GB/T131—1993，由图1-3-2可以知道这根复合轴表面粗糙度的要求不是很高，M30的螺纹的表面粗糙值为；φ36+ 的槽表面、φ500 长度为5mm的左端面、以及φ52+ 、φ25+ 0的内孔表面的表面粗糙度值为；这些的粗糙度的要求都不是很高，可以通过精加工和半精加工得到，R10 ,R20长度为15mm的圆弧段表面、及左端的圆锥的表面粗糙度。的精度可以通过精车之后再通过磨削可以得到。其他未注的粗糙度为也是通过半精车可以达到。 数控加工工艺概念与工艺过程1.数控加工工艺概念 是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。2.数控加工工艺过程 是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 数控车床加工工艺的主要内容4 机械加工工艺卡 产品型号 零件图号 4 共1页 产品名称 零件名称 复合轴 第1页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 5 车 45 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45号钢 1 1 设备名称 设备型号GSK980TD 设备编号 同时加工数 数控车床 GSK980TD 1工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数1 调头、精车零件左端外圆成型 800r/min F=100 2 32 车削M30的螺纹，加工后零件达到图纸的 要求。 800r/min F=100 3 车B=5mm的槽 400r/min F=40 4 倒角 600r/min 设计日期 审核日期 会签日期 标记 处数 更改文件号 签字 汤伟建 日期 在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工艺的形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下：1.零件左、右端打B型中心孔.目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准 。2. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数控粗车加工零件右端外形以及倒角1×45°，加工后的零件各部尺寸留下精加工的余量。3. 零件调头后用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹不顶进行装夹定位，先用φ8、φ25的钻头手动加工φ25的孔，然后数控粗车加工零件左端内、外形以及倒角1×45°，加工后的零件各部分尺寸留下精加工的余量。4. 精车、零件右端B型中心孔，为精车加工提供可靠的定位基准。5. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，数控精车加工零件内形以及倒角1×45°与内孔空刀槽，加工后的零件各部尺寸达到图纸技术的要求。6. 用双顶尖一鸡心夹装夹零件，数控精车加工零件左端外形以及倒角1×45°与空刀槽，加工后的零件各部尺寸。7. 零件调头后用一夹一顶的方式夹紧定位好零件，数控精车加工零件右端外形，并进行B=5mm的切槽加工，加工后零件各部尺寸达到图纸的要求。加工方法选择及加工方案确定数控机床的合理选用 本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择广数GSK980TD数控车床。操作简单易掌握！加工方法的选择 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成本随之增大。同样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概念。每一种加工方法都有一个加工精度的范围，例如在普通车床上加工外圆，所能获得尺寸的加工经济精度为：IT8~IT9级，加工经济表面粗糙度为：Ra＞μm。普通外圆磨床磨削外圆，尺寸的加工经济精度为：IT5~IT6 级，加工经济表面粗糙度Ra＞μm.各种的加工方法到达的加工经济精度和加工经济表面粗糙度都可以查阅各种金属切削加工工艺手册。 机械零件都是一些简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的，因此的零件的工艺路线的就是这些表面加工路线的恰当的组合。表3-2-1、表3-2-2是外圆柱、孔的典型加工路线。 可以通过对我们这次加工的轴的分析和上表的参考，来选择我们我们零件的加工路线。由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道这根轴的精度和表面粗糙度的要求都不是很高，最高的表面粗糙度值也是，如果是我们所使用的数控车精度比较高的话，精车也就可以达到了。 ⑴外圆加工方法：粗车—半精车—精车。它能达到的公差等级为IT7～IT8，表面粗糙度也能达到～μm。完全复合零件的加工要求。 ⑵内孔的加工方法：钻—粗车—半精车，它能达到的公差等级是IT10～IT8,粗糙度 ～μm，而我们此次加工的零件的内孔的表面粗糙度的值Ra ，内圆的公差最小的也有，所以这样的的加工方法也能到达我们的要求。 ⑶端面的加工方法：粗车。端面一边是用来做基准的，因此在端面没有作具体的要求的时候我们一般只是采用粗车的方法来加工。在这里我们只采用粗车的原因主要是，我们通过粗车端面作为我们打B型中心孔的基准，然后再以B型的中心孔作为精基准来加工其他的表面。加工方案设计的原则 本次零件加工的原则是，以达到图纸规定的要求为基础，一步步来 确保零件尺寸和图纸规定的相符。数控加工工艺路线的设计 数控车削加工零件的工序顺序 在轴的数控加工中，分为粗车加工和精车加工二次切削进行，起工序如下：粗车加工Ⅰ：使用外圆车刀车削加工零件右端各部外圆与所在端面。工件各部位均留精车余量。粗车加工Ⅱ：零件调头重新安装装夹定位后，先用φ8、φ25的钻头手动加工φ24的孔，再使用外圆车刀、内孔精镗刀。车削加工端各部内型型面与所在端面达到要求零件左端各部内、外圆型面与所在的端面，零件各部均留精车余量。精车加工Ⅰ：使用内孔镗刀精车加工零件右。精车加工Ⅱ：使用外圆精车车刀、切槽车刀，精车加工左端各部外圆型面与所在端面达到要求。零件调头重新安装装夹定位后，使用外圆精车车刀、切槽刀、螺纹刀车削加工零件右端各部外圆型面与所在端面达到精车的要求。 按零件装夹定位方式划分工序 三抓卡盘夹住左端，先粗加工右端外圆，然后精加工右端外圆及螺纹 三抓卡盘夹住右端，先粗加工左端外形面，然后换精加工，达到图纸要求。 换镗刀，镗孔右端内形。数控车削工序的各工步顺序数控加工工序卡1 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 1 共1页 产品名称 零件名称 复合轴 第1页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 1 车、钻 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45号钢 Φ60×150 1 1 设备名称 设备型号 GSK980TD 设备编号 同时加工数 数控车床 GSK980TD 1工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数1 车右端面 T1 600 120 1 2 左、右两端钻B形中心孔 φ钻头 600 120 设计日期 审核日期 会签日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 2 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 2 共1页 产品名称 零件名称 复合轴 第1页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 2 车 45 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45号钢 Φ60×150 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工数 数控车床 GSK980TD 1工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min