西南交大论文范例1Word下载.docx
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数控系统包括：
数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。
自1952年美国麻省理工学院试制成功第一台三坐标数控铣床以来，数控机床的技术在不断的发展。
从硬件来看：
第一代数控装置采用电子管原件；
第二代数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为数控加工中心（MCMachiningCenter）；
第三代数控装置采用了集成电路，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；
第四代数控装置以小型计算机化为特征，采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC）；
第五代数控装置使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC）。
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；
数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；
数控机床的自动化程度进一步提高。
20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，对一些行业起着越来越重要的作用，这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
从目前的发展趋势来看有以下几个特点：
1：
高速、高精加工技术及装备的新趋势。
效率、质量是先进制造技术的主体，高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
2：
五轴联动加工和复合加工机床快速发展。
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。
当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。
因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。
3：
智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：
为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；
为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；
简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；
还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。
第2章零件的工艺分析
2.1零件结构分析
如上图，这是一个复杂的组合加工，有直线、曲线、圆弧、键槽、凸台、孔、螺纹等元素组成，成型面有月牙形、两个对称的蹄型凸台、一个凸轮状凸台、在月型凸台上有两个M10的螺纹孔。
2.2重要表面尺寸分析
从图上来看，有几个重要表面尺寸：
①月形台高度尺寸要求较高
②两个凸台高度要求较高
③φ38的孔要求较高
④键槽的对称度要求较高为0.02
⑤凸台的外表粗糙度要求较高，为R1.6
2.3难加工部位分析
①键槽的深度公差较小，只有0.027mm，这叫要求在测量刀长的时候非常准确
②键槽的对称度要求较高，在0.02mm，这对加工位置的准确定位很重要
③中间的倒角的加工
④凸台外表面的粗糙度只有R1.6
2.4重点保证尺寸
①键槽的宽度
和对称度0.02
②月型凸台的厚度尺寸
③两个蹄型凸台的厚度
2.5需要什么方法保证
在保证厚度尺寸上，我们选择的刀具在刀长测量上需要很精准，键槽的刀具选择刚性需要强一些，并且采用先用小直径铣刀将大余量去除，然后再用大直径铣刀小余量切削，这样就保证了键槽的宽度尺寸和光洁度要求，要不然加工当中会发生甩刀，很容易造成宽度超差。
第3章加工工艺方案的制定
3.1毛坯的确定
选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：
①零件的生产纲领
②零件材料的工艺性
③零件的结构形状和尺寸
④现有的生产条件
该零件材料为45#钢，其最终尺寸为160mm*118mm*38mm，按照该零件的要求，考虑到装夹的需要和毛坯表面的氧化及不规则，为保证其符合零件的要求故选用毛坯料为240mm*124mm*42mm的方块料。
长度方面考虑到搭压板及预留外形加工的刀槽距离，压板搭在零件上的长度距离要求不能超过定位孔的距离，否则就有可能加工中与刀具或者刀套发生干涉，但是也不能因为方便压紧，毛坯选择过于长，这样就会造成材料的浪费，本着节约、合理用料，故毛坯长度选择在240mm；
在宽度方面也是基于此选择124mm，厚度为了保证去除表面不规则的凹凸，太厚了既浪费材料也浪费加工时间，太薄了又难以保证两个面的平面度要求，所以选择的厚度在42mm。
3.2机床的选择
机床的选择要注意以下几点：
①机床的尺寸规格要与被加工零件的尺寸规格相符
②精度要求要与被加工零件的加工要求相适
③机床的生产率要与被加工零件的生产纲领相适应
④在加工中尽量减少转换机床。
按照基本要求来选择机床：
在前两道工序铲面制定位孔时选择三坐标数控机床XH715，这种机床的刚性和稳定性好，低转速主轴扭矩大，适合加工钢件；
精加工时选择五坐标卧式加工中心STC800，这种机床主轴定位精度高，机械传动扭矩大，卧式加工中心可以一次完成所有工步的加工，减少了转换机床和装夹的次数，节约了时间，提高了生产效率，且加工中心的功能强大适应FMC生产的要求，
3.3定位基准
在选择定位基准时，要全面考虑各个工位加工情况，达到三个目的：
①所选基准应能保证工件的定位准确，装卸工件方便，能迅速完成工件的定位和夹紧，夹紧可靠，且夹具结构简单。
②所选定的基准与各加工部位的各个尺寸运算简单，避免或减少计算环节和计算误差。
③保证各项加工精度，尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。
第一工序：
先以B面（任选一面）定位，将基准面A面加工，如下图所示：
第二工序：
以已加工面A面为定位面，且作为基准加工B面，如下图所示：
第三工序：
以B面为定位面，用零件上的两个φ16的孔作为定位孔，定位销子不能高于零件底面20mm，这样一方面有利于装、取零件，另一方面使用探头找原点时不发生干涉，然后用压板将零件压住，如图所示
3.4零件的找正与原点的确定
零件装夹后，必须正确的找出工件的工件坐标，输入给机床控制系统，这样工件才能与机床建立起运动关系。
测定的工件坐标系的坐标值，就是程序中给出的编程原点（即G54~G59）。
编程原点的确定可以通过辅助工具（寻边器、百分表，探头等）来找出工件的原点。
常见的寻边器有机械式、电子接触式。
下面介绍这几种方法的使用：
①寻边器：
使用寻边器方法找正和找原点，精度较高，使用较方便，缺点是每个坐标还需要通过手动计算，然后算出结果输入到坐标地址中去，这样多次计算很容易造成操作者失误（包括计算错误和输入错误）。
②百分表：
百分表找正和找原点是传统的找正方式，这种方法对于仪表的要求和定位孔的要求较高，如果仪表和定位孔误差较大则会造成找出来的原点误差很大
③探头：
这是一种新型、快捷、高精度、自动化程度较高的找正方法，该方法对于无需操作者干预，完全应用机床上的自动化功能，自动找正和找原点，并且把找好的原点直接赋值输入操作系统的地址中，无需人工干预，这就大大减少了因为操作失误带来的误差。
很明显，通过比较得出方法③的优势很大，有这么方便的方式为什么不用呢？
下面是探头运行的程序。
探头程序：
T9999调用探头
L700换刀子程序
D2探头补偿
G54使用G54坐标系
X_5ADJ02（54，0，0，0，-90，0，0，2）系统立卧转换子程序
G0Z200抬刀到安全高度
X-108Y0运行到第一个孔上方
G0Z20F5000Z向快速下降
Z-6F1500探头下将至孔中
DIR_NOM=16预设的直径为16mm
L762测孔，第一个孔
Z100抬刀
G0X108运行至第二个孔上方
Z20F5000探头快速下降
Z-6探头下至第二个孔中
L762测孔，第二个孔
UIFR_NUM=1选择G54作为坐标系
L772直线度补偿（通常的找正）
G0Z100把探头抬到安全高度
M11开B摆
G54G01B0F500调整直线度
G0X-108Y0探头运行至第一个孔上方
G01Z20F2000探头快速下降
Z-6F1500探头下降至孔中
X_NOM=-108名义赋值X向
Y_NOM=0名义赋值Y向
Z_NOM=0名义赋值Z向
AXI=1选择X坐标轴
CORR_NUM=0系统误差补偿
L766赋值，把测得的X值赋值到G54中
AXI=3选择Z坐标轴
Z_W=-Y_W坐标系转换，测得的Y值转换给Z
L766赋值，把测得的Z值赋值到G54中
X0运行至X0位置
Z20快速下降至测量位置
DIR=-1向负方向运动
L761测点
AXI=2选择Y坐标轴
Y_W=Z_W坐标转换，把Z值转换给Y轴
L766赋值，把测得的Y值赋值到G54中
G0Z200探头抬刀到安全高度
M02程序结束
3.5装夹方式的选择
如何选择能使装夹简单、方便、实用？
就这个零件而言，可以实用多种装夹方式：
①实用四个压板压住每一个角，这种装夹方式需要更多的压板，每次装夹也需要花费更多的时间，且压板搭的越多，加工时容易产生干涉
②使用四个螺钉压在四个压紧孔上，这种装夹方式同样需要花费更多的时间来装夹零件，并且需要提前制好压紧孔
③使用开口压板搭在零件上这样有利于把零件压住，并且受力均匀，装夹简单、方便节约时间，并且压紧螺栓实用内六方，这样可以实用气动扳手实现快速装夹和取零件，非常适合大批量生产。
综合考虑零件的装夹方式的实用性和效率，本零件采用第三种装夹方式更有效，如下图所示：
3.6各部位加工方法的确定
对于这个接头零件需要加工的元素有孔、面、键槽、凸台、螺纹，那么需要通过怎样的加工方法来完成达到目的呢？
根据所包含的加工元素来分析，主要还是以铣削为主，大部分的线、面元素尺寸可以通过铣削加工可以达到设计要求，对于一些其他元素（孔、螺纹等）需要通过其他不同的方法来实现，如钻孔、铣螺纹等。
下面是一些具体尺寸元素的加工方法：
大端面、月型凸台、蹄型凸台、键槽、倒角、中间凸台可以通过铣削方式来完成，为了更好的达到设计中的要求，在本零件加工中，对于这些要求较高的尺寸和表面粗糙度的部位采用了先粗加工后经加工的方法；
中间大孔因其精度要求较高，则需要先钻孔然后用镗刀来精确镗孔；
螺纹孔则需要先用钻头钻底孔，然后用螺纹铣刀把螺纹孔铣到位。
3.7刀具的选择
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。
刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配的刀具材料。
金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。
因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。
如何在刀具选择使用上面更好、更经济，在选择上主要考虑以下几个因素：
①刀具材料要有高的硬度和耐磨性
②刀具材料要有足够的强度和韧性
③刀具材料要有高的耐热性与化学稳定性
④刀具材料要有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
⑤刀具材料要导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命。
该零件材料为45#钢，所涉及到的加工工艺有铣削，钻孔，镗孔还有螺纹孔。
根据材料的加工性能，铣削加工主要涉及到粗精加工，需要不同规格的刀具。
钻孔主要涉及不同规格的普通钻头，在制定位孔时要求较高，因此采用φ16的专用进口钻头。
由于φ38的孔精度要求很高，主要实现有两种方法：
一是选用镗刀镗孔，这样的精度要求就可以保证，而且镗孔还有个有点就是能够纠正孔的位置度误差，实际加工当中对于中小批量大多数都用这种方法，此方法具有普遍性，且镗刀采用刀片式可以应用于不同规格的孔，通用性强，成本低廉；
二是选用专用的金刚石铰刀，这精度也是可以保证的，该种孔加工方法非常适合于大批量生产，但是由于刀具本身非常昂贵，因此加工成本也就很高，并且通用性不是很好，因此在这里采用镗刀镗孔。
对于螺纹孔一是采用机攻螺纹的方式，这种方法简单方便；
二是采用铣螺纹，这种方法快捷方便，且螺纹质量好在这里我们采用细螺纹的方法。
加工该零件的刀具见后刀具卡片表。
3.8切削用量的选择
数控铣床的切削用量包括切削速度vc
、进给速度vf
、背吃刀量ap和侧吃刀量ac。
切削用量的选择方法是考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。
1）背吃刀量ap（端铣）或侧吃刀量ac（圆周铣）的确定：
如下图所示，背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ap为切削层深度，圆周铣削时ap为被加工表面的宽度。
侧吃刀量ac为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ac为被加工表面宽度，圆周铣削时ac为切削层深度。
端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量要求决定。
①工件表面粗糙度要求为Ra3.2~12.5µ
m，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5
~
1.0mm。
②工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2µ
m，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。
半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.5~2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，端铣背吃刀量取0.5~1mm。
2）进给速度vf的确定：
进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。
它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz（单位为mm/z）有关。
进給速度的计算公式：
vf
=
fz
Z
n式中:
每齿进给量fz的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、工件表面粗糙度等因素。
当工件材料的强度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件刚性差或刀具强度低，fz值取小值。
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀的选用值，每齿进给量的选用参考表见下表。
工件材料
每齿进给量
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
3）切削速度的选择
铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。
其原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。
如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。
下表列出了铣削切削速度的参考值。
硬度（HBS）
切削速度vc
（m/min）
<
225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36~75
190
21~36
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
根据以上资料的分析，该零件轮廓周边曲线圆弧和粗糙度值要求都较高，需要分粗加工和精加工才能达到加工要求，在最后精加工余量上都留有0.5~1mm之间，这样刀具在精加工时就可以减少刀具磨损，增加零件的表面光洁度和精度。
钢件材料的适合加工参数在转速在S150~S900r/min,进给在25mm/min~100mm/min之间，下表是各种表面和结构的加工速度和进给速度：
加工面
主轴转速（n/rmin-1）
进给（vf/mm.min-1）
铣上平面
800
100
铣月形外形及平台面
200
50
铣整个外形
350
40
铣两个凸台
铣边角料
粗铣键槽16
600
45
精铣键槽16
钻孔φ8.5
35
钻孔φ32
150
30
铣孔φ37.6
镗孔φ38
900
25
钻两螺纹底孔φ8.5
铣螺纹M10
综合以上分析总结得到如下刀具及切削参数表：
机床型号TH5660A
加工数据
序号
刀具号
刀具类型
主轴转速
n/rmin-1
进给速度
vf/mm.min-1
刀具补偿号
SIEMENS
1
T1
φ80可转位面铣刀
D01
2
T2
φ32立铣刀
D02
3
T3
φ16立铣刀
D03
4
T4
5
T5
6
T6
φ12键铣刀
D04
7
T7
8
T8
φ8.5钻头
D05
9
T9
φ32钻头
D06
10
T10
11
T11
φ38精镗刀
D07
12
钻定位孔
T12
φ16进口钻头
20
D09
13
T13
14
T14
M6螺纹铣刀
D10
3.9工序路线的制定
3.9.1工序划分原则
零件是由多个表面构成的，这些表面有自己的精度要求，各表面之间也有相应的精度要求。
为了达到零件的设计精度要求，加工顺序安排应遵循一定的原则：
①先粗后精的原则
各表面的加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。
这并不是绝对的，如对于一些尺寸精度要求较高的加工表面，考虑到零件的刚度、变形及尺寸精度等要求，也可以考虑这些加工表面分别按粗加工、半精加工、精加工的顺序完成。
②基准面先加工原则
加工一开始，总是把用作精加工基准的表面加工出来，因为定位基准的表面精确，装夹误差就小，所以任何零件的加工过程，总是先对定位基准面进行粗加工和精加工。
③先面后孔原则
对于箱体类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。
这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。
通常，可按零件的加工部位划分工序，一般先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状；
先加工精度较低的部位，后加工精度较高的部位；
先加工平面，后加工孔。
④先内后外原则
对于一些同轴度要求较高的零件来说，一般采用先孔后外圆的原则，即先以外圆作为定位基准加工孔，再以精度较高的孔作为定位基准加工外圆，这样可以保证外圆和孔之间具有较高的同轴度要求，而且使用的夹具结构也很简单。
⑤减少换刀次数的原则
在数控加工中，应尽可能按刀具进入加工位置的顺序安排加工顺序。
针对本零件，综合考虑零件加工方案，采用先粗后精原则和先面后孔原则。
除此之外还考虑到机床更换和零件装夹方面的因素遂采用了综合的方法来确定该工序划分。
3.9.2制定加工工序和工步
第一工序先铲A面，见光即可
第二工序以A面定位，铲B面，厚度尺寸保证
保证长度240±
0.1，宽度124±
0.1，同时打两个φ16的定位孔，位置如图所示：
该工序需要分三个工步来完成：
①用φ80可转位铣刀铣B面，使零件厚度尺寸
到位；
②用φ16的铣刀将周边铣到位，保证长度和宽度分别为240±
0.1、124±
0.1；
③用φ16的钻头把两个定位孔钻到位
第三工序以B面定位，装夹在工装或者垫板上面，用压板将零件压紧，然后进行精加工零件。
该工序可以分为以下几个工步来完成：
①用φ16的铣刀将凸台及周边大余量切削
3.9.3尺寸检查的方法
在本零件加工完成后怎样来检测所有的尺寸是否符合要求呢？
对于一些几何尺寸可以用直接测量的办法来检测如卡尺、R规、内径千分尺、螺纹塞规，对于空间位置尺寸则需要借助更高级的测量方法来完成。
如键槽的对称度、大孔中心到左侧的边距、大孔中心到凸台的右侧的尺寸可以用测量机来测量这些空间位置的尺寸，这样就可以更好的反映出
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