数控的历史和发展论文
忽然之间莫文蔚-
目录
第
1
章
1.1
数控的历史和发展
.
1.2
数控车床特点
第
2
章
工艺方案分析
2.1
零件图
2.2
零件图分析
2.3
确定加工方法
2.4
确定加工方案
2.5
确定加工路线的原则
2.6
轴类零件加工的工艺路线
2.7
编制工艺过程卡
第
3
章
工件的装夹
3.1
定位基准的选择
3.2
定位基准选择的原则
3.3
确定零件的定位基准
3.4
装夹方式的选择
3.5
数控车床常用的装夹方式
3.6
确定合理的装夹方式
第
4
章
刀具及切削用量
4.1
选择数控刀具的原则
4.2
选择数控车削用刀具
4.3
设置刀点和换刀点
4.4
确定切削用量
第
5
章
典型轴类零件的加工
5.1
轴类零件加工工艺分析
5.2
典型轴类零件加工工艺
5.3
加工坐标系设置
5.4
直径编程和半径编程
5.5
数控机床常用编程指令(功能字)
附录一
零件加工程序
第
6
章
结束语
摘
要
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的
一些重要行业(
IT
、汽车、轻工、医疗等)的发展起
着越来越重要的作用,因为
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极
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。而对于数控加工
,
无论是
手工编程还是自动编程,
p>
在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,
拟定加工
方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题
(
< br>如对刀点、加工路线
等
)
也需做
一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法
,
才能加工出合格
的产
品。
本文根据数控机床的特点,
针对具体的零件,
进行了工艺方案的分析,
工装
方案的确定,
刀具和切削用量的选择,
确定加工顺序和加工路线,
数控加工程序
编制。
通过整个工艺的过程的制定,
充分体现了数控设备在保证加工精度,<
/p>
加工
效率,简化工序等方面的优势。
关键词
工艺分析
加工方案
进给路线
控制尺寸
前
言
机械加工的目的是将毛坯加工成符
合产品要求的零件。
通常,
毛坯需要经过
若干工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件,
可以采
用几种不同的工艺过程完成,
但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下
是最经济、最合理的。
在现有的生产条件下,
如何采用经济有效的加工方法,
合理地安排加工工艺
< br>路线以获得符合产品要求的零件,最重要的就是要编制出零件的工艺规程。
p>
本文以与切削用量的选择,
工件的定位装夹,
加工顺序和典型零件为例,
结
合数控加工的特点,
分别进行工艺方案分析,
机床的选择,
刀具加工路
线的确定,
数控程序的编制,
最终形成可以指导生产的工艺文件
。
在整个工艺过程的设计过
程中,要通过分析,确定最佳的工艺
方案,使得零件的加工成本最低,合理的选
用定位夹紧方式,使得零件加工方便、定位精
准、刚性好,合理选用刀具和切削
参数,
使得零件的加工在保证
零件精度的情况下,
加工效率最高、
刀具消耗最低。
最终形成的工艺文件要完整,并能指导实际生产。
第
1
章
1.1
数控的历史和发展
:
数控
的产生依赖于数据载体和二进制
形式数据运算的出现。
1908
年,穿孔
金属薄片互换式数据载体问世;
19
世纪末,以纸为数据载体并具有辅助功能的
控制系统被发明;
1938
年,美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠
定了现代计算机,
包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切
结合发展起来的。
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
(Computer
Numerical Control )
,目
前它是采用计算
机实现数字程序控制的技术。
这种技术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。
1.2
数控车床特点
数控车床与其他类型的车床相比有下列特点:
1
)通用性强,生产率高,加工精度高且稳定,操作者劳动强度低。
2
)适合于复杂零件的加工。
3
)换批调整方便,适合于多种中小批柔性自动化生产。
4
)便于实现信息流自动化,在数控车床基础上,
可实现
CIMS
(计算机集成
制造系统
)
。
(2)
适合于复杂零件…………………………………………………………………
.
.(3
)换批调整方便,适合于多种中小批柔性自动化生产………………
………。
(4
)便于实现信息流自动化,在数控车床基础上,可实现
CIMS
(计算机集成制
造系统)
2.1
零件图
图
1-2
典型轴类零件图
1×45°
1×45°
∠1:5
R
1
1.5×45°
1×45°
?
2
0
0
-
0
.
0
2
?
1
0
0
-
0
.
0
5
M
1
6
?<
/p>
2
8
0
-
0
.
0
2
R
1
2
±
0
.
0
2
6
5
10
5
28±0.02
15
18
76±0.
02
第
2
章
工艺方案分析
?
3
8
0
-
0
.
0
2
?<
/p>
2
8
2.2
零件图分析
该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面
组成。尺寸
标注完整,选用毛坯为
45#
钢,Φ
50mm
×
100mm
,无热处理和硬度要求。
2.3
确定加工方法
加工方法的选择原则是
保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由
于获得同一级精度及表面粗糙度的加工
方法一般有许多,
因而在实际选择时,
要
结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。
图上几个精度要求较高的尺寸,
因其公差值较小,
所以编程时没有取平均值,
而取其基本尺寸。
通过以上数据分析,考虑加工的效率和加工的经济性,最理想
的加工方式
为车削,考虑该零件为大批量加工,故加工设备采用数控车床。
根据加工零件的外形和材料等条件,选用
CJK6
032
数控机床。
①
加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
②
设计加工路线要减少空行程时间,提高加工效率。
③
简化数值计算和减少程序段,降低编程工作量。
④
据工件的外形、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况,确
定循环加工
次数。
⑤
合理设计刀具的切入与切出的方向。
采用单向趋近定位方法,
< br>避免传动系
统反向间隙而产生的定位误差。
◆
2.4
确定加工方案
零件上比较精密表面的加工,
常常是通过粗加工、
半
精加工和精加工逐步达
到的。
对这些表面仅仅根据质量要求选择
相应的最终加工方法是不够的,
还应正
确地确定从毛坯到最终成
形的加工方案。
加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况
,选择工件定位和安装方式,
重点保证工件的刚度不被破坏,
尽
量减少变形,
因此加工顺序的安排应遵循以下
原则:
(
1
)上道工序的加工
不能影响下道工序的定位与夹紧
(
2
)先加工工件的腔后加工工件的外轮廓
(
3
)尽量减少重复定位与换刀次数
毛坯先夹持左端平端面保证长度
76mm
,
加工外圆Φ
20
mm.
Φ
28
mm.
Φ
38mm.
再调头,车外圆Φ
28
mm.
用螺纹刀加工螺纹,
①
加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
< br>(
4
)在一次安装加工多道工序中,先安排对工件刚性破
坏较小的工序。
②
设计加工路线要减少空行程时间,提高加工效率。
③
简化数值计算和减少程序段,降低编程工作量。
④
据工件的外形、刚度、加工余量、机床系统
的刚度等情况,确定循环加工
次数。
⑤
合理设计刀具的切入与切出的方向。
采用单向趋近定位方法,
避免传动系
统反向间隙而产生的定位误差。
该典型轴加工顺序为:
预备加工
---
车端面
---
粗车右端轮廓
---
精
车右端轮廓
---
切退刀槽
---
工件调头
---
车端面
---
粗车左端轮廓
---
精车左端轮廓
-- ---
粗车
螺纹
---
精螺纹。
2.5
确定加工路线的原则
轴类零件加工工艺规程注意点
:
轴类
零件中工艺规程的制订,
直接关系到工件质量、
劳动生产率和经
济效益。
一零件可以有几种不同的加工方法,
但只有某一种较合
理,
在制订机械加工工艺
规程中,须注意以下几点。
1)
粗基准选择:
有非
加工表面,
应选非加工表面作为粗基准。
对所有表面都
需加工的铸件轴,
根据加工余量最小表面找正。
且选择平整光滑表面,
让开浇口
处。选牢固可靠表面为粗基准,
同时,粗基准不可重复使用。
2)
精
基准选择:
要符合基准重合原则,
尽可能选设计基准或装配基准
作为定
位基准。
符合基准统一原则。
尽
可能在多数工序中用同一个定位基准。
尽可能使
定位基准与测量
基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。
轴类零件加工的技术要求
:
尺寸精度
轴类零件的主要表面常为两类,一类是与轴承的圈配合的外圆轴
颈,
即支承轴颈,
用于确定轴的位置并支承轴,
尺寸精度要求较
高,
通常为
IT5
~
< br>IT7
;另一类为与各类传动件配合的轴颈,即配合轴颈,其精度稍低,通常为<
/p>
IT6~IT9
。
相互位置精度包括、外表面,重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面
对轴心线
的垂直度、端面间的平行度等。该典型轴类零件外圆相互位置精度为
0.02
~
0.04
之间,圆的径向跳动为
0.02
,端面与轴心线保持垂直,两端端面要
保持平
行。孔的表面与外表面也应保持平行。
◆
表面粗糙度
:
轴的加工表面都有粗
糙度的要求,一般根据加工的可能性和经济性来确定。
该典型轴类零件的直径为
50mm
的外圆、
外圆锥度及孔的表面的粗糙度
均为
1.6
,
其它位置的粗糙度为
p>
3.2
。
在加工
该轴类零件时,
需采用粗车与精车结合的方法,
在粗加工零件表
面轮
廓时,
必须保证
0.5mm
的精加工余量,
必要时需使用刀偏表,
对刀具
进给时进行
误差的控制,有效地减小误差,方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。
2.6
轴类零件加工的工艺路线
外圆加工的方法很多,基本加工路线可归纳为四条。
①
粗车—半精车—精车
对于一般常用材料,这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。
②
粗车—半精车—粗磨—精磨
对于黑色金属材料,精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬
时,其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。
③
粗车—半精车—精车—金刚石车
对于有色金属,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因为有色
金属一般比较软,
容易堵塞沙粒间的空隙,
因此其最终
工序多用精车和金刚石车。
④
粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工
◆对于黑色金属材料的淬硬零件,
精度要求高和表面粗糙度值要求很小,
常
用此加工路线。
◆对于本
文所加工的典型轴类零件,将采用“粗车—精车”的车削方式,即
分别对本零件的两个端
面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤
进行粗加工和精加工。
2.7
编制工艺过程卡
机械加工
工艺卡
圆钢
工艺容
产品
名称
零
件
名称
典型轴
类零件
图号
共
1
页
毛坯尺寸
工具
工种
工步
备注
夹
具
卡
盘
刀具
外圆刀
外
圆
车
刀
螺纹刀
切槽刀
尖刀
镗刀
量具
第
1
页
&
55mm*100mm
现代制造技术系
毛坯种类
序
号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
车
床
材料牌号
45
号钢
下料
车端面、
外
圆、倒角
车圆锥
车螺纹
车槽
圆弧插补
镗孔
55x100
粗车一端面、外圆、倒角
精车一端面、外圆、倒角
粗车圆锥
精车圆锥
粗车螺纹
精车螺纹
粗车车槽
精车车槽
粗车圆弧
精车圆弧
镗孔(粗车)
镗孔(精车)
中
心
钻
卡
盘
游
p>
标
卡尺、
千
分
p>
尺
第
3
章
工件的装夹
3.1
定位基准的选择
在制定零件加工的工
艺规程时,
正确地选择工件的定位基准有着十分重要的
意义。<
/p>
定位基准选择的好坏,
不仅影响零件加工的位置精度,
而且对零件各表面
的加工顺序也有很大的影响。
合
理选择定位基准是保证零件加工精度的前提,
还
能简化加工工序
,提高加工效率。
3.2
定位基准选择的原则
1
)基准重合原则。为了避免基准不重合误差,方便编程,应选用工序基准<
/p>
作为定位基准,尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。
2
)便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可
靠,定位、
夹紧机构简单、易操作,敞开性好,能够加工尽可能多的表面。
3
)便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已
经确定的情况下,保证对
刀的可能性和方便性。
3.3
确定零件的定位基准
以左右端大端面为定位基准。
3.4
装夹方式的选择
为了工件不致于在切削力的作用下发生位移,使其在加工过程始终保持正
确
的位置,
需将工件压紧夹牢。
合理的选择夹紧方式十分重要,<
/p>
工件的装夹不仅
影响加工质量,而且对生产率,加工成本及操作安
全都有直接影响。
3.5
数控车床常用的装夹方式
1
)在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的,
能自动定心,一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时,但夹紧力小,适用
于装夹外
形规则的中、小型工件。
2
)在两顶
尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件,为了保
证每次装夹时的装夹精度
,
可用两顶尖装夹。
该装夹方式适用于多序加工或精加
工。
3
)用卡盘和顶
尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住,另一
段用后顶尖支撑。这种方式比
较安全,能承受较大的切削力,安装刚性好,轴向
定位准确,应用较广泛。
4
)用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配
合的螺纹进行装夹,叫心
轴装夹。
这种方式比较安全,
能承受较大的切削力,
安装刚性好,
轴向定位准
确。
3.6
确定合理的装夹方式
装夹方法:
p>
先用三爪自定心卡盘毛坯左端,
加工右端达到工件精度要求;
再
工件调头,用三爪自定心卡盘毛坯右端Φ
5
0
,再加工左端达到工件精度要求。
第
4
章
刀具及切削用量
4.1
选择数控刀具的原则
刀具寿命与切削
用量有密切关系。
在制定切削用量时,
应首先选择合理的刀
p>
具寿命,
而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿
命和最低成本刀具寿命两种,
前者根据单件工时最少的目标确定,
后者根据工序
成本最低的
目标确定。
选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程
度、制造和磨刀成本来选
择。
复杂和精度高的刀具寿命应选得比
单刃刀具高些。
对于机夹可转位刀具,
由
于换刀时间短,
为了充分发挥其切削性能,
提高生产效率,<
/p>
刀具寿命可选得低些,
一般取
15-30
min
。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自
动化加工刀具,
刀具寿命应选得高些,
尤应保证刀具可靠性
。
车间某一工序的生
产率限制了整个车间的生产率的提高时,<
/p>
该工序的刀具寿命要选得低些当某工序
单位时间所分担到的全厂开
支
M
较大时,
刀具寿命也应选得低些。
大件精加工时,
为保证至少完成一次走刀,
避免切削时中途换刀,
刀具寿命应按零件精度和表面
粗糙度
来确定。与普通机床加工方法相比,数控加工对刀具提出了更高的要求,
不仅需要冈牲好
、精度高,而且要求尺寸稳定,耐用度高,断和排性能坛同时要
求安装调整方便,
这样来满足数控机床高效率的要求。
数控机床上所选用的刀具
常采用适应高速切削的刀具材料
(
如高速钢、<
/p>
超细粒度硬质合金
)
并使用可转位刀
p>
片。
4.2
选择数控车削用刀具
数控车削车刀常
用的一般分成型车刀、
尖形车刀、
圆弧形车刀以及三类。
成
型车刀也称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏
和尺寸决
定。
数控车削加工中,
常见的
成型车刀有小半径圆弧车刀、
非矩形车槽刀和螺纹
刀等。
在数控加工中,
应尽量少用或不用成型车刀。
尖形车刀是以直线形切削刃
为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成,
如
90
°外圆车刀、
左右端面车刀、<
/p>
切槽
(
切断
)<
/p>
车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和孔车刀。
尖形车刀
几何参数
(
主要是几何角度
)
的选择方法与普通车削时基本相同,
但应结合数控加
工的特点
(
如加工路线、
加工干涉等
)
进行全面的考虑,
并应
兼顾刀尖本身的强度。
二是圆弧形车刀。
圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削
刃为特征的车刀。
该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖,
应此,
刀位点不
在圆弧上,
而在该圆弧的圆心上。
圆弧形车刀可以用于车削外表面,
特别适合于