最新版数控技术毕业设计1.docx
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最新版数控技术毕业设计1
湖北省随州职业技术学院学生毕业论文
单片机数字时钟控制设计
作者：
胡圣
学院：
机电工程系
专业：
数控技术
指导教师：
梅言
论文成绩：
摘要
数控技术作为一项机械加工的技术，其目的就是提高生产率，提高生产精度，减轻工人的劳动强度，包括数控车，数控铣，数控加工中心等，数控车和铣是针对回转体或单一面零件的加工技术，而加工中心则是针对多面体零件的加工，其操作，编程和维护方面都要比前两者复杂许多，而随着当今世界生产力的逐步发展，对机加工产品的精度要求越来越高，加工中心更是不可或缺，其特点在于可加工工艺要求复杂的零件，更可以把几道序结合在一起，这样就缩短了生产周期，提高了生产率。
本文主要介绍加工中心，与之相关工件的加工工艺流程，以中国大连华凯机床有限公司的MDH80卧式加工中心为代表，于机床各系统的构造，工作原理，工装，刀具等各方面展开全面论述，分析其技术特点，然后，以时风拖拉机354传动箱体为主要对象，对工件的加工工艺流程进行详细介绍，其中包括对图纸的分析，编程，工件的装夹，刀具的选用等内容，以便读者对加工中心的工件加工工艺流程有一个全面的认识。
关键字：
加工中心加工工艺数控机床刀具
目录
第一章数控机床…………………………………………………………3
1.1数控技术及其发展…………………………………………………3
1.1.1数控技术的简介…………………………………………………3
1.1.2数控技术的发展…………………………………………………3
1.2数控机床的分类简介……………………………………………4
第二章加工中心…………………………………………………………6
2.1加工中心概述…………………………………………………………6
2.1.1加工中心特点……………………………………………………6
2.1.2加工中心的分类…………………………………………………7
2.1.3加工中心的发展趋势……………………………………………7
2.2MDH80卧式加工中心…………………………………………………9
2.2.1MDH80卧式加工中心简介………………………………………9
2.2.2MDH80卧式加工中心的结构及主要工作原理…………………10
2.2.3MDH80卧式加工中心的几个重要动作…………………………10
第三章数控加工工艺……………………………………………………13
3.1数控加工工艺流程简介…………………………………………13
3.2拖拉机354传动箱体的加工工艺流程……………………………14
第四章总结与展望………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………24
致谢…………………………………………………………23
第一章数控机床
1.1数控技术及其发展
1.1.1数控技术的简介
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术，通过用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。
数控技术是制造业信息化的重要组成部分。
数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。
它是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴产业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：
（1）机械制造技术；
（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。
其特点是高精度、高效率、高柔性和高超的信息处理和传输能力。
当前，我国社会经济飞速发展使得中国制造技术正在发生日新月异的变化。
但是，中国目前只是非创新产品的制造大国，靠劳动力、价格、资源和非竞争性的比较优势，在低端产品上世界上占有一席之地。
中国的制造业一定要掌握现金的数控技术应用，实现从低端到高端，从初级产品加工到高精尖产品实现，实现从中国制造到中国创造，从制造大国到制造强国的转变。
1.1.2数控技术的发展
数控技术的发展是由数控机床为依托的，而数控机床的发展先后经历了电子管，晶体管，小规模集成电路，大规模集成电路及小型计算机和微处理机等五代数控系统，前三代系统采用专用电子线路实现的硬件式数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC，第四代和第五代系统采用微处理器及大规模或超大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC（第四代）和MNC（第五代）。
自动编程系统的发展始于上世纪50年代后期，由美国首先研制成功APT系统，由于它具有语言直观易懂，制带快捷，加工精度高等优点，很快称为广泛的使用的自动编程系统。
到上世纪60年代和70年代，又先后发展了APT3和APT4系统。
自动化生产系统的发展随着CNC技术，信息技术，网络技术以及系统工程学的发展，为单机数控化向计算机控制的多机制造系统自动化发展创造了必要的条件，在上世纪60年代末期出现了由一台计算机直接管理和控制一群数控机床的计算机群控系统，即直接控制系统DNC，1967年出现了由多台数控机床连接成可调加工系统，这就是最初的柔性制造系统FMS，近十年来，FMS发展迅速，在1989年第八届欧洲国际机床展览会上，展出的FMS就超过了200条。
我过也已开始在这方面的探索与研究，并取得可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。
1.2数控机床的分类简介
一、按加工工艺方法分类
1．金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。
尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，但具有较高的生产率和自动化程度。
2．特种加工类数控机床
除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。
图1.1线切割数控机床
3．板材加工类数控机床
常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。
二、按控制运动轨迹分类
1．点位控制数控机床
点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。
2．直线控制数控机床
直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。
如数控镗铣床、加工中心等机床。
3．轮廓控制数控机床
轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。
常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。
三、按驱动装置的特点分类
1．开环控制数控机床
这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。
2．闭环控制数控机床
闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。
3．半闭环控制数控机床
半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。
第二章加工中心
2.1加工中心概述
加工中心机床又称多工序自动换刀（ATC）数控机床，它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床，能对需要做镗孔，铰孔，攻螺纹，铣削等作业的工件进行多工序的自动加工。
2.1.1加工中心的特点
加工中心机床的基本特征如下：
1.具有至少三个轴的点位直线切削控制能力
2.具有自动换刀装置
3.具有分度工作台和数控转台
4.除自动换刀功能外，加工中心机床具有选择各种进给速度和主轴转速的能力及各种辅助功能，以保证加工过程的自动化进程。
5.加工中心工件的装夹工具有多种，可分为一下几类：
1万能通用夹具。
如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。
2专用性夹具。
为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。
如图3就是加工中心箱体零件专用夹具。
3可调夹具。
可以更换或调整元件的专用夹具。
4组合夹具。
由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。
加工中心机床将零件的加工的各分散工序集中在一起，在一次装夹后进行多工序的连续加工，从而提高了加工精度和加工效率，缩短了生产周期，降低了生产成本，也减少了占地面积。
加工中心机床对车间和加工工厂的计划调度以及管理也起了促进作用。
此外，加工中心机床解决了刀具问题并具有高度自动化的多工序管理，它是构成柔性制造系统的重要单元。
2.1.2加工中心的分类
加工中心机床有较多的种类，一般按一下几种方式分类：
1.按加工范围分类常见的有：
车削加工中心，钻削加工中心，镗铣加工中心，磨削加工中心，电火花加工中心等。
一般镗铣类加工中心简称加工中心。
其余的都有前面定语
2.按机床结构分类立式加工中心，卧式加工中心和五面加工中心；加工中心和柔性制造单元。
3.按数控系统分类有2坐标加工中心，3坐标加工中心和多坐标加工中心；有半闭环加工中心和全闭环加工中心。
4.按精度分类可分为普通加工中心和精密加工中心。
2.1.3加工中心的发展趋势
加工中心的发展趋势总的来说，是高速化，精度提高和辅助完善的功能。
1.高速化加工中心的高速化，是指主轴转速，进给速度，自动换刀和自动交换工作台的高速化。
（1）主轴转速的高速化实现主轴转速的超高速，主要采取以下措施：
1）选用陶瓷轴承陶瓷轴承是指轴承滚动体是用陶瓷材料构成，而内外圈则用轴承钢制成。
陶瓷材料喂SiN34。
它的特点是：
重量轻，是轴承钢的40%；热膨胀率低，是轴承钢的25%；弹性模量大，是轴承钢的1.5倍。
2）主轴轴承采用预紧量可调装置以往预紧主轴轴承的方式是固定预紧量式的，结果由于轴承滚动体离心力的影响，主轴在低速区和高速区的刚性有差异，影响主轴在全转速范围内的稳定切削，为解决这一问题，就研制出了随转速而自动改变轴承预紧量的结构。
3）改进主轴轴承润滑，冷却方式主要采用：
油气润滑方式和喷注润滑。
（2）进给速度的高速化进给速度的高速化是指快移速度的高速化和切削速度的高速化,包括：
快速移动速度，切削进给速度，自动换刀速度和自动托盘交换装置的高速化等。
这些方面的高速化都大大提高了加工中心的工作效率。
2.进一步提高精度
加工中心的主要精度指标是它的运动精度指标。
这一精度指标，近年来有了不小的提高，其中精密加工中心精度指标的提高尤为明显。
所谓加工中心的运动精度，主要以坐标定位精度，重复定位精度以及铣园精度来表示。
普通加工中心：
坐标定位精度，从开始的±0.02mm全行程提高到±0.005全行程。
重复定位精度，从原来的±0.01mm提高到±0.002mm
铣圆精度，铣直径200mm圆时，圆度由原来的0.03-0.04mm提高到0.02mm。
精密加工中心：
坐标定位精度从原来的±5μm全行程，提高到现在的±1.5-3μm全行程。
实际达到的最高精度为±0.9μm全行程。
重复定位精度从原来的±0.2μm，提高到现在的±1μm。
实际达到的最高精度为±0.7μm。
圆弧插补铣直径200mm圆时，圆度达到0.008-0.01mm。
3.功能更加完善
（1）越来越完善的自诊断功能，例如：
位置检测传感器，刀具破损检测装置，切削异常检测功能等。
（2）加工中心的复合化趋势出现了五面加工中心，加工中心车削复合机，切削电加工复合中心等。
（3）功能更完善的数控装置包括：
全数字伺服系统，高效的数控装置，MAP（机床自动加工的生产协议）的使用，柔性制造系统技术的高级化发展。
2.2MDH80卧式加工中心
图2.2MDH80卧式加工中心
2.2.1MDH80卧式加工中心简介
MDH—80卧式加工中心是大连机床（DMTG）引进日本大坂机工（OKK）技术开发生产的具有国内领先水平，国际先进水平的卧式加工中心之一，该机床广泛适用于军工、航天、汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘类零件、异形零件的加工，零件经一次装夹可自动完成四个面的铣、镗、钻、扩、铰、攻丝的多工序加工。
机床特点
1、 加工范围大，X、Y、Z行程：
1400、1100、1050；
2、采用带保持架的直线滚动导轨使导轨寿命提高2.4倍；
3、 采用内部两档变速的高速电主轴保证机床高、低速的加工性能及高速加工；
4、用先进的高精度中空冷却丝杠技术提高机床加工精度；
5、用先进的温度补偿技术提高加工精度；
6、机床45mmin的快速移动速度缩短了加工时间，提高加工效率；
7、 机床的机械手在换刀过程中将主轴松、拉刀通过凸轮连动实现快速换刀（换刀时间：
2.5秒）；
8、 工作台交换的全过程也采用两组凸轮连续运动实现快速交换（交换时间：
12.5秒）；
9、 机床体为整体铸件，机床在设计过程中通过有限元分析使结构更加合理，该机床整机重达24.5吨说明机床高刚性；
10、先进的FANUC18i数控系统；
2.2.2MDH80卧式加工中心的结构及主要工作原理
MDH80卧式加工中心是由：
FANUC数控系统装置，伺服系统，大型功率稳压器，ATC自动换刀系统，工作台自动转换系统装置等组成的。
主要工作原理：
信息进入数控装置以后，经过处理和运算转变为脉冲信号，这些信号有的送到机床伺服系统，驱动机床有关零部件，使机床产生相应运动，有的送到可编程序控制器中控制机床的其他辅助动作，实现刀具自动更换。
图2.4数控装置原理图
2.2.3MDH80卧式加工中心的几个重要动作
一.主轴正反转
零件加工的程序指令中，M03指主轴正转，M04指主轴反转，M05指主轴停，而机床是如何实现这一控制的呢？
当输入指令M03时，这个信息会传递给数控装置，而数控装置是和计算机一样的，会计算和处理信息，并且将信息转化为脉冲信号，此时脉冲信号会通过信号线传送给可编程控制器（PLC），下图为主轴正反转PLC控制程序图：
图2.5主轴正反转PLC程序图
IO分配表：
输入X0：
停止按钮输出Y1：
主轴正转接触器KM1
X1：
正转按钮Y2：
主轴反转接触器KM2
X2：
反转按钮
M03的脉冲信号到达X1时，X1启动，进而Y1接通，与X1形成自锁，接触器KM1动作，主轴正转，直到下一个脉冲信号输入前，持续动作；
当M04的脉冲信号到达X2时，X2启动，，进而Y2接通，与X2形成自锁，接触器KM2动作，主轴反转，直到下一个脉冲信号输入前，持续动作；
当M05的脉冲信号到达时，X0接通，从而将之前的信号切断，则主轴停。
二.MDH80卧式加工中心的ATC手动作
自动换刀系统是由机械手和机械臂组成的，机械手主要是在主轴侧动作，完成插刀和拔刀，而机械臂则重要在到库侧动作，完成插刀和拔刀，如果刀具要放回刀库，则由机械手在主轴侧拔刀，然后传递给机械臂，再由机械臂把刀具放回，取刀同理；而有的加工中心没有机械臂，直接由机械手完成刀库和主轴两侧的动作，前提是，刀库必须离主轴有较近的距离。
刀库分链式刀库和圆盘式刀库两种，其中卧式加工中心为链式刀库，容量较大，立式加工中心为圆盘式刀库。
下图为一般加工中心ATC动作：
图2.8自动换刀装置图
MDH80卧式加工中心的ATC动作比较复杂，其分解动作如下：
机械手前进机械手后退
前提条件：
ATC门打开机械手夹刀位置如图A机械手后退时主轴在定向保持状态
松刀移动臂在等待位置
机械手70°正反转机械手180°正反转
前提条件：
机械手后退松刀前提条件：
机械手前进机械手夹刀位置如A
ATC门开机械手70°正转时主轴定向状态ATC门打开
前提条件：
移动臂必须位于刀库侧或主轴侧前提条件：
移动臂必须处于前进过程或后退暂离状态
第三章数控加工工艺
3.1数控加工工艺流程简介
数控加工工艺是以数控机床加工中的工艺问题为研究对象的一门加工技术。
它以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的特点，综合运用多方面知识解决面临的数控加工中的工艺问题。
数控加工工艺的内容包括金属切削和加工工艺的基本知识和基本理论，金属切削刀具，典型零件加工及工艺分析等。
其具体过程如下：
1选择并确定数控加工的内容
2数控加工的工艺分析
3零件图形的数控处理及编程尺寸的确定
4制定数控加工工艺方案
5制定工步和进给路线
6选择数控机床的类型
7选择和设计刀具夹具和量具
8确定切削参数
9编写和修改加工程序
10首件试加工与现场处理
11数控加工工艺技术文件的定型与存档
3.2拖拉机354传动箱体的加工工艺流程
图3.1354传动箱体
一、零件图分析
354传动箱体加工表面有两个Φ130，两个Φ90，一个Φ88，三个Φ80，三个Φ72，一个Φ32，一个Φ19的内孔表面组成的，每个孔的加工精度及形位公差要求较高，符合数控加工尺寸标注要求，切削加工性能较好，用为各孔分布在四个工作面上，宜采用卧式加工中心进行加工。
二、加工工艺性分析
354传动箱体毛坯材料是HT200，铸造件，切削性能较好，毛坯余量适中。
毛坯要先在普通机床上加工端面，先加工出一个端面作为基准面，钻定位孔。
然后先粗后精加工其他四个面。
最后由先前所选的底面为基准面，再在加工中心上加工各内孔。
三、确定工序和装夹方式
加工顺序按由外到内，先面后孔，先粗后精的原则确定，一次装夹尽可能加工出最多的工件表面。
先粗镗Φ130，Φ90，Φ88，Φ80，Φ72的孔，然后钻Φ32，Φ19的孔，再精镗Φ130，Φ90，Φ88，Φ80，Φ72的孔，粗镗精镗Φ32，Φ19的孔，最后各孔倒角。
最后铣Φ75的沟槽。
装夹方式采用自制专用夹具，能够实现一次装夹，加工较多的工件表面。
装夹方便，能够根据工件特点进行适当调整。
装夹方式如图：
四、选择刀具和制定加工工序卡
山东时风集团汽车厂金五车间
机械加工工序卡
零件编号
零部件名称
354拖拉机传动箱体
程序编号
O0016
机床型号
MDH-80
夹具号
工序名
机床名称
卧式加工中心
夹具名
工步
工步内容
刀具及辅具
主轴转速
rmin
进给
速度
mmin
切削深度
编号
规格
名称
数量
N1
粗镗Ø90
T26
粗镗刀
1
353
88
N2
粗镗Ø80
T28
粗镗刀
1
400
100
N3
粗镗Ø88
T30
粗镗刀
1
542
162
N4
粗镗Ø72
T32
粗镗刀
1
400
100
N5
粗镗Ø130
T54
粗镗刀
1
295
74
N6
Ø31钻孔
T34
钻头
1
260
60
N7
倒孔Ø19
T36
钻头
1
1193
180
N8
钻Ø19孔
T37
钻头
363
73
N9
精镗Ø130
T55
精镗刀
1
400
60
N10
精镗Ø90
T27
精镗刀
1
400
60
N11
精镗Ø80
T29
精镗刀
1
400
60
N12
精镗Ø88
T31
精镗刀
1
650
98
N13
精镗Ø72
T33
精镗刀
1
650
120
N14
粗镗Ø32
T35
粗镗刀
1
1193
240
N15
精镗Ø32
T38
精镗刀
1
750
60
N16
镗Ø19孔
T43
镗刀
1
600
50
N17
倒角Ø80-Ø90-Ø130孔
T42
倒角刀
1
612
306
N18
铣Ø80环沟
T44
环沟铣刀
120
90
绘制
审核
批准
共页
第页
刀具特点：
对于本工件，因为主要是孔的加工，刀具大部分是镗刀，有Φ130分为粗镗和精镗，Φ90，Φ88，Φ80，Φ72，Φ32的，刀片全部是可转位刀片。
钻头的材料是硬质合金的，转速最高可达3000rmin，倒角刀的刀尖往后的部分表面镀钛，这样可大大降低刀具的磨损和腐蚀。
五、加工程序的编制
O0016（354-TI-SU）
G00G91G30Z0;
G30X0Y0;
T07;
M06;
T26;
G90G54.1P7B0;
X-50.0Y40.0;
S200;
Z200.0;
M00;
G00G91G30Z0;
G90G54.1P8B0;
Z200.0;
M00;
（90C）;
G00G91G30Z0;
G30X0Y0;
T26;
M06;
T28;
G90G54.1P7B0;
X0Y92.0;
M03S353;
M08;
G43Z200.0H26;
Z3.0;
G01Z-35.0F88;
G01Z-255.0F10000;
G01Z-325.0F88;
M05;
M09;
G00Z200.0;
G00G91G30Z0;
G30X0Y0;
M01;
（80C）;
T28;
M16M06;
T30;
G90G54.1P7B0;
X0Y0;
M03S400;
M08;
G43H28Z200.0;
Z3.0;
G01Z-32.0F100;
Z-250.0F10000;
Z-281.0F100;
G04P500;
M05;
M09;
G00Z200.0;
G00G91G30Z0;
（80C2）;
G90G54.1P8B0;
M03S400;
M08;
X0Y110.0;
G43Z200.0H28;
Z3.0;
G01Z-40.0F100;
M05;
M09;
G00Z200.0;
G00G91G30Z0;
G30X0Y0;
M01;
（88C）;
T30;
M06;
T32;
G90G54.1P8B0;
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