固定式哑铃的仿真加工学士学位论文.doc
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1、 德州职业技术学院高职毕业论文论文题目:固定式哑铃的仿真加工系 部: 机械工程系 专 业: 数控技术 姓 名: 学 号: 指导老师: 2015年12月23日21摘 要本次设计主要是介绍数控机床的操作方法、工艺分析、程序设计及零件加工。第一,介绍数控车床的组成、操作方法。第二,根据本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相关因素选用刀具及刀柄和零件的轮廓特点确定需要3把刀具分别为16钻头、90右偏外圆车刀和60内螺纹刀。针对零件图图形进行工艺分析、编制程序,此零件为螺母类零件,外轮廓由直线组成,第三,以FANUC OIT数控系统的数控车床为例,程序编制,通过斯沃仿真软件进行螺母类零件的加工以及对螺
2、母类零件进行仿真加工及校验。关键词 哑铃螺母 加工程序 仿真加工 目 录第一章 绪论11.1 研究的目的和意义11.2 论文研究的内容1第二章 数控机床概述22.1 数控机床的产生22.2 数控机床的组成32.3 数控车床的面板4第三章 固定式哑铃螺母的程序设计83.1 分析图纸83.2 切削用量与刀具的选择93.3 工艺与程序设计10第四章 固定式哑铃螺母的仿真加工134.1 机床的操作134.2 哑铃螺母的仿真加工14第五章 结 论205.1 研究的成果205.2 存在的问题和今后的改进方向20参考文献21致谢22固定式哑铃的编程与加工第一章 绪论1.1 研究的目的和意义制造业是我国国民经
3、济的支柱产业,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,就比如:哑铃也是属于数控编程一种,哑铃是我们平时在家锻炼,性价比最高的器械。练习哑铃,不受场地限制,而且简单好学。通过哑铃练习,你可以获得一双健美而结实的手臂,更可以避免四肢无力、肩膀酸疼、关节疼痛
4、等职业病。长期坚持练习哑铃,可以修饰肌肉线条,增加肌肉耐力,经常做重量偏大的哑铃练习,可以使肌肉结实,强壮肌纤维,增加肌力。可以锻炼上肢肌肉及腰、腹部肌肉。1.2 论文研究的内容本论文在国内研究内容很多,主要研究数控技术的发展、典型零件的工艺及程序设计,对零件的加工方法、机床操作研究不全面,不具体。本文针对企业产品种类,数控机床系统的使用组织论文内容,主要以FANUC OIT数控系统的数控车床为例,通过螺母类零件的工艺、程序设计,零件加工,来介绍数控车床操作及零件1第二章 数控机床概述2.1 数控机床的产生数控机床就是在普通机床上发展过来的,数控的意思就是数字控制。我们一般所说的数控设备,主要
5、是指普通数控机床和加工中心(简称MC)。1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。1949年,该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下,开始数控机床研究,并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,不久即开始正式生产。当时的数控装置采用电子管元件,体积庞大,价格昂贵,只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件;1959年,晶体管元件和印制电路板的研制成功,使数控装置进入了第二代,体积缩小,成本有所下降;1960年以后,较为简单和经济的点位控制数控钻床和直线控制数控铣床得到较快发展,使数控机床在机械制造业各部门
6、逐步获得推广。1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,它不仅体积小,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。到了20世纪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储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;数控装置更加趋向小型化,可以直接安装在机床上;数控机床
7、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。具有中国特色的经济型数控系统有上海开通数控技术有限公司KT系列数控系统、北京凯恩帝的KND系列数控系统、广州数控设备厂的GSK系列数控系统等。数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术,机械加工现代化的重要基础与关键技术。数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础,是国防工业现代化的重要战略装备,是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。2.2 数控机床的组成数控车床一般由数控装置、输入/输出设备、伺服系统、驱动装置、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。1.数控装置数控装置是数
8、控机床的核心,主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联系的接口等。接受控制介质上的数字化信息,经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后,输入各种信号和指令,控制机床的各个部分,进行规定的,有序的运动。2.输入/输出装置输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并存入数控系统内。如键盘、磁盘机等。输出装置的作用是将数控程序、代码或数据进行打印或显示等。数控系统一般配有CRT显示器或点阵式液晶显示器,显示信息卡丰富,有些还能显示图形。3.伺服系统伺服单元式数控系统装置和机床本体的联系环节,它接受数控装置的指令信息,并按指令信息的要求控制执行部件的
9、进给速度、方向和位移。它把来自CNC装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。常用的位移执行机构有功率步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机。4.驱动装置驱动装置把经信号放大的指令信号变为机械运动,通过简单的机械连接部件驱动机床,使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动,最后加工出图纸所要求的零件。5.辅助控制装置辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。他的主要作用是接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择和交换、辅助动作等指令子信息,经过必要的编译、逻辑判断、功率放大后,直接驱动相应的电气、液压和机械部件,以完成各种规定的动作。广泛使用可编程控制器。
10、可编程控制器的特点:响应快、想能可靠、易于使用、编程和修改程序,并可直接驱动机床电器。6.检测装置检测装置把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置,供CNC装置于指令值比较产生误差信号,以控制机床向消除该误差的方向移动。测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上,按有无检测装置,数控系统可分为开3环系统和闭环系统,而按测量装置安装的位置不同可分为全半闭环数控系统和半闭环数控系统。检测装置的作用是检测数控机床各个坐标轴的实际位移量,经反馈系统输入到机床的控制装置中。数控装置将反馈回来的实际位移量与设定值进行比较,控制伺服机构按指令设定值运动。7.机床本体机床本体是数控机床的主体,是用于完成
11、各种切削加工的机械部分。包括主运动部件、进给运动执行部件和床身等。2.3 数控车床的面板2.3.1数控系统操作面板1.数控系统操作面板也称CRT/MDI操作面板如图2-1,由CRT显示器与键盘两部分组成。图2-1 数控车床系统面板2.显示页面按钮显示页面按钮是用于选择各种显示画面的。FANUC OIT共有其中显示画面:位置、程序、刀补、报警、设置、参数、诊断。各种按钮功能见表2-1。表2-1 按钮功能键名称功 能 说 明上下翻页软键实现左侧CRT中显示内容的向上翻页,软键实现左侧CRT中显示内容的向下翻页字符区实现字符的输入,(点击后再点击字符键,将输入右下角的字符,例如:P、Q等字符的输入)
12、数字区实现数字字符的输入,点击后再点击字符键,将输入右下角的字符续表方向键移动CRT中的光标的位置,软键实现光标的向上移动,软键实现光标的向下移动,软键实现光标的向左移动,软键实现光标的向右移动复位键按下此键,复位CNC系统,包括取消报警、主轴故障复位、中途退出自动操作循环和输入、输出过程等输入键除程序编辑方式以外的情况,当面板上按下一个字母或数字键以后,必须按下此键才输入CNC内。另外,与外部设备通信时,按下此键,才能启动输入设备,开始输入数据到CNC内位置显示键切换CRT到机床当前的坐标位置界面程序键切换CRT到程序管理界面参数设置切换CRT到参数设置界面上档键输入字符切换键本软件暂不支持
13、辅助图形图形显示功能,用于显示加工轨迹参数信息键显示系统参数信息(暂不支持)错误信息键显示系统错误信息(暂不支持)编辑键插入键将输入域之中的数据插入到当前光标之后的位置取消键取消输入域内的数据或删除单个字符回车换行键结束一行程序的输入并且换行2.3.2数控车床操作面板和控制箱1.数控车床操作面板(1)FANUC OIT系统的操作面板,如图2-2所示。5图2-2 数控车床操作面板 (2)操作面板各按钮的名称及用途,见表2-2。表2-2 按钮的名称及用途按钮名称功能说明自动运行按下此按钮时系统进入自动加工模式编辑此按钮按下后,系统进入程序编辑状态,用于直接通过操作面板输入数控程序和编辑程序MDI此
14、按钮按下后,系统进入MDI模式,手动输入并执行指令远程执行此按钮按下后,系统进入远程执行模式即DNC模式,输入输出资料单节此按钮按下后,运行程序时每次值行一条数控指令单节忽略此按钮按下后,数控程序中的注释符号“/”有效选择性停止此按钮按下后,“M01”代码有效本软件暂不支持机床锁定锁定机床,无法移动试运行机床进入空运行状态进给保持程序运行暂停,在程序运行过程中,按下此按钮运行暂停,按下“循环启动”恢复运行循环启动程序运行开始,系统处于“自动运行”或“MDI”位置时按下有效,其余模式下使用无效循环停止程序运行停止,在数控程序运行中,按下此按钮停止程序运行回原点机床处于回零模式:机床必须首先执行回
15、零操作,然后才可以运行手动机床处于手动模式,可以手动连续移动续表手动脉冲机床处于手轮控制模式手动脉冲机床处于手轮控制模式X轴选择按钮在手动状态下,按下该按则机床移动X轴Z轴选择按钮在手动状态下,按下该按则机床移动Z轴正方向移动按钮在手动状态下,点击该按钮系统将向所选轴正向移动。在回零状态时,点击该按钮将所选轴回零负方向移动按钮手动状态下,点击该按钮系统将向所选轴负向移动快速按钮手动状态下,机床处于手动快速状态2.控制箱按钮的说明及功能介绍,见表2-3。表2-3 控制箱按钮主轴倍率按钮将光标移至此按钮上,通过点击鼠标的左键和右键来调节主轴旋转倍率急停按钮按下急停按钮,使机床立即停止,并且所有的传
16、输如主轴的转动等都会关闭进给倍率调节主轴运行时的进给速度倍率手轮显示按钮主轴控制按钮从左到右分别为:正转、停止、反转7第三章 固定式哑铃螺母的程序设计3.1 分析图纸如图3-1所示为固定式哑铃组合图,由零件a(哑铃轴)、零件b(配重套)、零件c(螺母)组成。如图3-1、3-2所示。零件c毛坯为3025,材料40碳素结构钢(中碳),生产类型为单件或小批量生产,无热处理工艺要求。本零件加工内容包括外圆、内孔、内螺纹等,各尺寸精度要求一般,表面粗糙度全部为Ra3.2。需用到加工指令G99或G97。车内孔时,要合理选择刀具。零件上各点坐标值基本明确,基本无需计算。 图3-1 零件组合图图3-2 零件图
17、3.2 切削用量与刀具的选择3.2.1切削用量的选择1.粗车时切削用量的选择粗车时一般以提高效率为主,兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和切削深度都能提高生产率。其中切削速度对刀具寿命的影响最大,切削深度对刀具寿命的影响最小,所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度,以减少进给次数,其次选择较大的进给速度,最后在刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。2.精车、半精车时切削用量的选择精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下的加工余量决定的,一般情况是一次去除余量。当零件精度要求较高时,通常留 0.2 0.4 mm (直径
18、值)的精车余量。精车和半精车的切削深度较小,产生的切削力也较小,所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量。3.2.2刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一,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经,数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高,而且要求尺寸稳定、安装调整方便,能适应高速和大切削用量切削。选刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。1.车削零件左端面,车外圆2821,钻底孔。2.内孔倒角445。3.车削零件右端面,保证总长。4.车削
19、螺纹底孔至18.5,内孔倒角245。5.车削零件M201.5内螺纹至尺寸。刀具卡,见表3-1。表3-1 刀具卡产品名称或代号:零件名称: 螺母零件图号:序号刀具号刀具规格及名称材质数量加工表面备注1T0190外圆车刀YT151粗精车外圆、端面及倒角等R0.22T02内孔车刀YT151车螺纹底孔3T0360内螺纹车刀YT151M201.54T0416麻花钻高速钢1钻螺纹底孔93.3 工艺与程序设计3.3.1加工工艺的确定1.确定工件的定位与装夹、走刀路线,合理选择刀具及切削用量。(1)仔细看图、明确加工要求:毛坯材料为30mm40碳素结构钢(中碳)。该零件由外圆、内孔、内螺纹组成,要求是单件全面
20、加工,确保尺寸精度。 (2)制定车削方案:采用先粗后精,程序段最少,走刀路线最短的原则。(3)建立工件加工坐标系:工件坐标系原点设在工件右端面与工件的回转轴线交点上。(4)换刀点设在工件尺寸之外。工件坐标系(100,200), X轴是直径值。(5)工序安排:车削工程粗精车左右端外圆内孔内螺纹,保证长度尺寸,粗精加工各个尺寸。(6)选择刀具2.加工工序卡,见表3-2。表3-2 加工工序卡零件名称螺母零件图号工件材质40碳素结构钢工序号程序编号夹具名称数控系统车间1O0001三爪自定心卡盘FANUC 0IT工步号工步内容刀具号主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)备注1车左
21、端面T018000.151自动2车外圆T018000.151自动3钻孔T045000.1手动4倒角T036000.1手动5调头车右端面,保证总长T018000.151自动6车孔T026000.151自动7车内螺纹T03600自动检查 手动3.零件的加工程序,见表3-3。表3-3 左端面加工程序加工程序程序说明O0001;程序号为O0001G99 G97 M03 S1000 T0101F0.2;刀具初始化,使用1号刀,转速1000r/min,每转进给的方式G00 X37. Z2. ;快速移动至加工始点G71 U1. R0.5 ;使用固定形状粗加工复合循环的方式G71 P1 Q2 U0.5 W0.
22、 ;粗加工工件的外圆,进给速度0.2mm/rG01 Z0. ;9续表G03 X28. Z-3. R3;G01 Z-21. ;N2 X32. ;G00X100.Z100.;M05 ;M00 ;T0101M03S800G99F0.1 ;G00 G42 X32.Z2. ;G70P1Q2;G00 G40 X100. Z100. M05;回换刀点M30;程序结束,光标返回程序头 表3-3 右端面加工程序加工程序程序说明O0001;程序号为O0001G99 M03 S600 T0101F0.1;刀具初始化,使用1号刀,转速600r/min,每转进给的方式G00 G42 X32. Z2. ;G94 X15.
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