數(shù)控畢業(yè)設(shè)計數(shù)控車床加工工藝分析與程序設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）任 務(wù) 書題目名稱：數(shù)控車床加工工藝分析與程序設(shè)計目錄1摘要2關(guān)鍵詞21引言22數(shù)控機床發(fā)展簡史33數(shù)控車床的特點34數(shù)控車床編程特點35數(shù)控機床應(yīng)用范圍46數(shù)控機床發(fā)展趨勢57程序編制過程68系統(tǒng)仿真過程實現(xiàn)119結(jié)論1210結(jié)束語1211謝辭1212參考文獻(xiàn)13數(shù)控車床加工工藝分析與程序設(shè)計摘要：現(xiàn)代數(shù)控機床是綜合應(yīng)用了計算機、自動控制自動檢測以及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，集成了數(shù)控仿真模塊，可以檢查出代碼的正確性，從而可以提高編程質(zhì)量，減少出錯率，加快編程速度，是典型的機電一體化產(chǎn)品，是完全新型的自動化機床；具有高柔，高精度與高自動化等特點。它的出現(xiàn)以及所帶來的巨大效益，一起了世界各國科技和工業(yè)界的普遍重視。關(guān)鍵詞：數(shù)控仿真，機電一體化，自動化機床Abstract：The modern numerical control machine tool is the synthesis has applied the computer, the automatic control automatic detection as well as the precision machinery and so on the high-tech product, integrated the numerical control simulation module, is allowed to inspect the code the accuracy, thus was allowed to improve the programming quality, reduced the error ratio, sped up the programming speed, was the typical integration of machinery product, was the completely new automated engine bed; Has high is supple, characteristic and so on high accuracy and high automation. Its appearance as well as brings the huge benefit,together the various countries science and technology and the industry generally took.Keywords：Numerical control simulation 、Integration of machinery 、Automatic machine tool.一、 引言隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能，結(jié)構(gòu)，形狀和材料的不斷的改進(jìn)，精度不斷提高，生產(chǎn)類型由大批量生產(chǎn)向多品種小批量轉(zhuǎn)化。對零件加工質(zhì)量和精度要求越來越高。由于產(chǎn)品的變化頻繁，目前在一般機械加工中，單件小批量的生產(chǎn)約占了70%以上。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代化加工設(shè)備的基礎(chǔ)，又是精密、高效、高可靠性、高柔性加工技術(shù)的支撐。發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，必須以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)。數(shù)字控制機床簡稱數(shù)控機床（NC)對于形狀復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件的加工問題具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和高生產(chǎn)效率的優(yōu)點。數(shù)控機床是車削加工功能較全的數(shù)控機床。它可以把車削，銑削，螺紋加工，鉆削等集中到一臺設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。采用數(shù)控車床進(jìn)行加工可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證加工零件的精度，減輕勞動強度，為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省了大量的時間和費用，提高了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。二、數(shù)控機床的發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)，工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比有了質(zhì)的飛躍，他為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。半個世紀(jì)以來，以計算機為主導(dǎo)和核心的信息技術(shù)，既通過電視，現(xiàn)代通信等提高了人類生活的質(zhì)量，還促進(jìn)生產(chǎn)力飛速向前發(fā)展，開創(chuàng)了人類文明史，生產(chǎn)史的新紀(jì)元。信息技術(shù)的飛速發(fā)展直接導(dǎo)致了知識經(jīng)濟的到來。六年后，即在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上。在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。計算機及控制技術(shù)在機械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控機床經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。1.數(shù)控(NC)階段(1952-1970年)早期計算機運算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，不能適應(yīng)機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD WIREDNC)，簡稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年第一代 電子管;1959年第二代 晶體管;1965年第三代 小規(guī)模集成電路。 2.計算機數(shù)控(CNC)階段(1970-現(xiàn)在)到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批量生產(chǎn)。其運算速度比五，六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計算機成本低，可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機數(shù)控(CNC)階段。到1971年美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件 運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路集成在一塊芯片上，稱之為微處理器(MICROPROCESSOR)，又稱為中央處理單元(簡稱CPU)。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕，不及采用微處理器經(jīng)濟合理，而且當(dāng)時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以采用多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。到了1990年，PC機(個人計算機，國內(nèi)習(xí)稱微機)的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機生產(chǎn)批量很大，價格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的時代。總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年第四代一一小型計算機;1974年第五代 微處理器;1990年第六代 基于PC(國外稱為PC-BASED).數(shù)控系統(tǒng)近五十年來經(jīng)歷了兩個階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低，價格極為昂貴，應(yīng)用很不方便等極為關(guān)鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，數(shù)控系統(tǒng)大規(guī)模地得到應(yīng)用和普及，是在七十年代末八十年代初以后的事情，也即數(shù)控技術(shù)經(jīng)過了近三十年的發(fā)展才走向普及應(yīng)用的。國外早己改稱為計算機數(shù)控(即CNC)，而我國仍習(xí)稱數(shù)控(NC)。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控”實質(zhì)上已是指“計算機數(shù)控”了。三、數(shù)控車床的特點1.數(shù)控車床的優(yōu)點(1)提高了加工精度和同一批關(guān)鍵尺寸的重復(fù)精度，保證了加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。(2)具有澆灌的生產(chǎn)效率。與普通車床相比，生產(chǎn)效率大致可提高2-3倍。(3)增加了設(shè)備的柔性，可以適應(yīng)不同品種、規(guī)格和尺寸以及批量的工件加工。(4)操作人員的勞動強度大為減輕。(5)具有較高的經(jīng)濟效益。這是因為數(shù)控車床能一機多用，代替多臺普通車床，減少了工序間工件的運輸時間，節(jié)省廠房面積，減少工件夾具數(shù)量和投資。(6)加工普通車床所不能加工的復(fù)雜型面。(7)可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。2.數(shù)控車床的不足之處(1)提高了起始階段的投資。(2)增加了電子設(shè)備的維修。(3)對操作人員的技術(shù)水平要求較高。四、數(shù)控車床編程特點1.在一個程序段中，根據(jù)圖樣上標(biāo)注的尺寸，可以采用絕對值編程、增量只編程或兩者混合使用。2.由于圖樣尺寸和測量值都是直徑值，故直徑方向用絕對值編程時，以x直徑值表示。用增量值編程時，一徑向?qū)嶋H位移量的二倍值表示。3.為提高工件的尺寸精度，x向的脈沖當(dāng)量取z向一半。4.由于毛坯常用棒料或鍛料，加工余量較大，所以數(shù)控裝置常用具備不同形式的固定循環(huán)功能，可以進(jìn)行多次循環(huán)切削。5.編程時,常認(rèn)為車刀刀尖是一個點,而實際上是為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量.車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧,因此為了提高工件的加工精度,當(dāng)編制圓頭刀程序時,需要對刀具半徑進(jìn)行補償,大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具補償功能(G41,G42),這類數(shù)控車床可直接按工件輪廓尺寸編程.對不具備刀具自動補償功能的數(shù)控車床,編程時需計算補償量。6.許多數(shù)控車床用xz表示絕對坐標(biāo)指令,用uw表示增量坐標(biāo)指令,而不用G90,G91指令。7.第三坐標(biāo)指令I(lǐng),K在不同的程序段中作用也不相同。I,K在圓弧切削時表示圓心對圓弧的起點的坐標(biāo)位置。而在有自動循環(huán)指令的程序中，I,K坐標(biāo)則用來表示每次循環(huán)的進(jìn)刀量。8.根據(jù)刀架所在位置，有的機床左手坐標(biāo)系，有的機床采用的是右手坐標(biāo)系，當(dāng)采用左手坐標(biāo)系時，順時針方向車削圓弧用G03，而逆時針方向用G02。五、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍1.適宜數(shù)控車床加工的范圍 （1）能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件。 （2）能加工超精零件。 （3）能加工普通車床不能（或不便）加工的多種零件。（4）能加工經(jīng)一次裝夾定位后，需進(jìn)行多道工序加工的零件。 （5）一臺數(shù)控機床可同時加工兩個或多個相同的零件，也可同時加工多工序的不同零件。（6）數(shù)控車床加工的自動化程度很高。（7）數(shù)控車床上加工零件，能明顯縮短加工的準(zhǔn)備時間，降低生產(chǎn)費用。 （8）采用數(shù)控車床加工，能有效減少加工中的輔助時間，較大的提高生產(chǎn)效率。 （9）數(shù)控車床加工能修改加工程序，給新產(chǎn)品的開發(fā)，原產(chǎn)品的改進(jìn)與改型提供了方便。2.不適宜數(shù)控車床加工的范圍（1）加工輪廓簡單，精度要求低或生產(chǎn)批量又特別大的零件。（2）裝夾困難或必須依靠人工找正，定位才能保證其加工精度的零件。（3）加工余量特別大或材質(zhì)及余量不均勻的坯件。（4）加工中，刀具的質(zhì)量（主要是耐用度）特別差時。六、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。1.高速、高精密化高速、精密是機床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個復(fù)雜多變市場的需求，當(dāng)前機床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功今日焦點。2.高可靠性數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。3.數(shù)控車床設(shè)計CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化隨著計算機應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計方案選擇和大件整機的靜、動態(tài)特性分析、計算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計，可以對整機各工作部件進(jìn)行動態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力。4.功能復(fù)合化功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴大機床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車削功能，也可以實現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機床上也可以實現(xiàn)磨削加工。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的CX25Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機床同時具有X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y軸，可以實現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。5.智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，以方便系統(tǒng)的診斷及維修等。數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強單元技術(shù)的開拓和完善。CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP及MTS等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。七、程序編制過程 (一)零件圖分析該零件的輪廓由連續(xù)的端面、圓弧面、圓柱面、圓錐面組成。各軸向尺寸要求很高，表面粗糙度亦很高，因而加工時，應(yīng)先進(jìn)行粗加工，檢驗余量后進(jìn)行刀補等調(diào)整再進(jìn)行精加工。據(jù)鋁合金材料加工的特點，選擇水溶性乳化液作為切削液。(二)刀具選擇及切削用量 刀具號名稱 用途 主軸轉(zhuǎn)速 0101 90偏刀外輪廓粗精加工 800r/min 0201 切斷刀 切斷 450r/min 0303 尖刀 SR6.5粗精車、車螺紋 400r/min 切削深度進(jìn)給量21.5 8050mm1.5mm8mm0.3mm 30mm(三)確定加工順序1.夾毛坯伸出長62mm2.自右向左粗精加工外輪廓3.粗車錐面4.車退刀槽5.車螺紋6.車SR6.5圓球7.精車整個工件8.切斷9.量總長檢查全部(四)計算 螺紋切削的計算： 牙底圓直徑=牙頂圓直徑 2倍的螺距（導(dǎo)程）即：df = dh 2p 螺紋切削深度=2倍的螺距（導(dǎo)程）即：dp=2p根據(jù)進(jìn)刀量和退刀量合理把2p分成若干次切削(五)程序編制%O0001N0010 G50 X100 Z50； 設(shè)定工件坐標(biāo)系N0015 T0101； 選用01號車刀N0020 S800 M03；主軸正轉(zhuǎn)600mm/minN0025 G00 X20 Z5；車刀快速移至X20 Z5定位N0030 G71 X0 I3 K2 L7 F80； 車刀加工90圓錐N0035 G01 X0 Z0 F10；N0040 X8 Z-4；N0045 Z-11； 車刀加工8圓柱N0050 X11.87 Z-24； 加工M12圓柱N0055 X14 Z-31； 加工 14圓柱N0060 X16.7 Z-47； 加工 16.7圓柱N0065 X17 Z-53； 加工 17圓柱N0070 G70 P35 Q65； 精車固定循環(huán)N0075 G00 X100 Z50； 回坐標(biāo)設(shè)定點N0080 G00 X16 Z-27； 車刀快速移至X16，Z-27定位N0085 G01 X12 Z-31；加工錐面N0090 G00 X18 Z-47；車刀移至X18，Z-47定位N0095 G01 X12 Z-41； 加工錐面N0100 G00 X100 Z50； 回坐標(biāo)設(shè)定點N0105M05； 主軸停轉(zhuǎn)N0110 M30； 程序結(jié)束N0010 G50 X100 Z50；設(shè)定工件坐標(biāo)系N0015 T0202；選02號刀N0020 S450 M03； 主軸正轉(zhuǎn)450r/mmN0025 G00 X150 Z-24；車刀快速移至X15，Z-24定位N0030 G01 X11.5 F8； 切削退刀槽N0035 G00 X13 Z-24；N0040 X11 Z-24；N0045 G00X12.5 Z-24；N0050 G01 X10 Z-24；N0055 G01 X10.5 Z-24；N0060 G00 X12 Z-24；N0065 G01 X10 Z-24；N0070 G00 X100 Z50； 回坐標(biāo)設(shè)定點N0075 M05；主軸停轉(zhuǎn)N0080 M30；程序結(jié)束N0010 G50 X100 Z50； 設(shè)定工件坐標(biāo)點N0015 T0303； 選用03號刀N0020 S400 M03； 主軸正轉(zhuǎn)400r/mmN0025 G00 X15 Z-8； 車刀快速移至X15，Z-8定位N0030 G92 X11.6 Z-21； 螺紋車削循環(huán)N0035 X11.3；N0040 X11.1；N0045 X10.8；N0050 X10.8；N0055 G00 X20 Z-31； 車刀快速移至X20，Z-31定位N0060 G01 X16.7 Z-31；N0065 G02 X12 Z-41；N0070 G00 X100 Z50；回坐標(biāo)設(shè)定點N0075 M05；主軸停轉(zhuǎn)N0080 M30；程序結(jié)束%八、系統(tǒng)仿真過程的實現(xiàn) (一)數(shù)控車削加工仿真流程隨著加工零件的復(fù)雜性程度提高，反靠人工來檢查NC程序顯得越來越難,采用計算機動態(tài)圖形技術(shù)模擬NC程序的加工過程是解決這一問題的主要途徑,盡管有些控制器本身就提供模擬加工功能,但由于模擬必須在機床控制器上完成,這就勢必要占用機床的使用時間,由于機床的加工成本較高,因此采用計算機來模擬NC程序無疑是較為經(jīng)濟有效的方法.仿真過程作為數(shù)控自動編程的一個子程序,對系統(tǒng)自動產(chǎn)生的數(shù)控車削程序進(jìn)行仿真.它在計算機屏幕上以圖形的方式模擬NC加工過程,可以用來檢查自動編程系統(tǒng)的程序正確與否。整個仿真過程的流程圖如圖1所示:工件圖形數(shù)據(jù)處理屏幕顯示處理退出程序正確否開始根據(jù)NC程序識別模塊圖1 仿真過程流程圖(二)加工過程仿真原理 在仿真過程中讀取數(shù)控加工程序并以字符串的形式存儲起來,然后在進(jìn)行處理:首先對字符串進(jìn)行分析,分成若干個程序段,然后根據(jù)程序段號的大小進(jìn)行排序,并把其值賦給相應(yīng)的數(shù)組.這樣就得到一系列從小到大按程序號排列的子程序串,最后根據(jù)NC代碼各功能的具體情況取出各功能代碼的參數(shù),并進(jìn)人相應(yīng)的子程序進(jìn)行圖形處理。九、結(jié)論利用數(shù)控機床加工零件：1.自動化程度高。2.加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，3.加工對象適應(yīng)性強。4.生產(chǎn)效率高。5.易于建立計算機通信協(xié)議。十、結(jié)束語自動編程與數(shù)控加工仿真系統(tǒng)模塊的集成，可以在編程階段檢查數(shù)控加工程序的正確性，從而提高編程質(zhì)量，減少出錯率，加快編程速度，數(shù)控車床的迅猛發(fā)展需要更多的復(fù)合型人才。十一、謝辭通過畢業(yè)設(shè)計以及論文的撰寫是我對所學(xué)知識有了更深一層的理解和掌握，有許多以前不明白的問題也弄明白了。感謝各輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)，感謝老師在百忙中抽出時間對我論文給以指點，使我在有效的時間內(nèi)順利的完成論文的寫作。十二、參考文獻(xiàn)1.王泓. 機械制造基. 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