型腔凸凹板零件數(shù)控加工工藝設計與編程

型腔凸凹板零件數(shù)控加工工藝設計與編程,凸凹,零件,數(shù)控,加工,工藝,設計,編程 1零 件 數(shù) 控 加 工 工 藝 設 計 與 編 程1、 背 景 介 紹數(shù)控加工技術(shù)于二十世紀中葉誕生于航空工業(yè)， 航空工業(yè)中傳統(tǒng)的機加工已 經(jīng)無法滿足一些復雜零件的加工要求， 必須尋求一種新的加工技術(shù)方可保證零件 的加工。在這樣的一個機遇當中，數(shù)控加工技術(shù)應運而生。二十世紀五十年代， 隨著第一臺數(shù)控機床的誕生， 標志著數(shù)控加工技術(shù)登上 了歷史的舞臺。 半個世紀以來， 數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)取得飛速的發(fā)展和革命性的突 破。數(shù)控加工技術(shù)讓整個制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著科學技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)控加工在制造業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的一席之地， 在未來， 數(shù)控加工必然會成為 制造業(yè)的中流砥柱。隨著時代的不斷發(fā)展進步， 制造業(yè)將會以一種我們意想不到的方式呈現(xiàn)。 數(shù) 控加工正逐步占據(jù)制造業(yè)中的市場， 掌握數(shù)控加工技術(shù)對于一個企業(yè)乃至一個國 家而言， 這就是一種強大的核心競爭力。 時過境遷， 社會不斷的發(fā)展 。 唯獨順應 時代發(fā)展的潮流， 改變以往傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式， 尋找新的生產(chǎn)方式， 方可在這種前 進的洪流中立于不敗之地。數(shù)控加工無疑就是一種新的生產(chǎn)模式。 與傳統(tǒng)的機加工相比， 數(shù)控加工不僅 解放勞動力， 并且加工的產(chǎn)品質(zhì)量更是傳統(tǒng)機加工無法比擬的。 數(shù)控加工具有諸 多特點： （1） 效率高 、 精確度高； （2） 加工過程難度降低； （3） 零件加工工藝適 應性強； （4） 數(shù)控加工具有一定的局限性 [1]。 正因具有某些優(yōu)越的性 能 ， 數(shù)控加 工才越來越受到制造業(yè)的青睞，數(shù)控加工對于制造業(yè)的發(fā)展可謂是功不可沒。通過該課題的研究， 可以了解數(shù)控加工技術(shù)的起源以及發(fā)展歷程， 對于數(shù)控 加工技術(shù)有整體的把握。 縱觀西方發(fā)達國家數(shù)控加工的發(fā)展史， 對于尋求我國數(shù) 控加工的變革發(fā)展具有指導性的意義。 回望過去， 展眼未來。 站在這歷史的交接 點上， 通過此課題的研究 ， 以便對未來我國數(shù)控加工技術(shù)該何去何從做好良好的 定位。通過零件數(shù)控加工的實際操作加工， 從工藝規(guī)程設計到數(shù)控程序編制， 再到 程序的調(diào)制， 最后到零件的自動加工。 這整個過程就是一次次的挑戰(zhàn)。 當接受這2些挑戰(zhàn)，克服重重困難之后，方可發(fā)現(xiàn)此課題研究的重大作用。 零件的工藝分析、 工藝路線的制定、 程序編制等等這些過程都會增強個人分析能力 ， 更為重要的是磨練個人解決實際問題的能力 ， 為在實際工作中接受更大 的挑戰(zhàn)奠定扎實的基礎(chǔ)。將理論知識與實際生產(chǎn)進行一次有機的結(jié)合， 不僅可以將以往學習到的種種 知識運用到實際當中 ， 在實踐當中又可以檢驗知識的正確性 。 通過數(shù)控加工整個 過程的實踐 ， 可以有效的將數(shù)控加工的相關(guān)理論知識牢記于心 ， 并且對于數(shù)控加 工的整個過程有了一定的了解。2、研究現(xiàn)狀數(shù)控加工技術(shù)最初誕生于美國，美國在數(shù)控加工領(lǐng)域可謂是世界的佼佼者。 除此之外， 作為工業(yè)帝國的德國 ， 在數(shù)控加工領(lǐng)域同樣扮演著重要的角色， 至從 發(fā)展自己的的數(shù)控技術(shù)開始， 便始終堅持理論與實踐相結(jié)合的理念。 作為后起之 秀的日本，在這一領(lǐng)域也同樣取得了令世人矚目的驕人成績。首先回顧一下國外發(fā)達國家在數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展情況。 美國的顯著特點是， 政府重視機床工業(yè)的發(fā)展， 國防部等部門不斷提出數(shù)控機床的發(fā)展方向以及下達科研任務， 并且財政提供充足的科研經(jīng)費， 網(wǎng)絡世界頂 尖的科研人才， 總體注重基礎(chǔ)科學研究。 鑒此， 美國在數(shù)控技術(shù)上一直不斷創(chuàng)新。 如 1952 年研制出世界第一臺數(shù)控機床、 1958 年研制出加工中心、 70 年代初研制 成 FMS、1987 年 首 創(chuàng) 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 等 [2]。 德 國 政 府 將 機 床 工 業(yè) 納 為 國 家 戰(zhàn) 略 發(fā) 展 的 重 要 地 位 ， 給 予 大 力 扶 持 。 堅 持 “以 人 為 本 ”的 理 念 ， 師 徒 相 傳 ， 不 斷 提 高 人員的技術(shù)水平。 德國非常重視科學實驗， 理論與實踐相結(jié)合， 基礎(chǔ)科研與應用 技術(shù)雙管齊下。所以，德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進實用、貨真價實， 出 口 遍 及 世 界 ， 尤 其 是 大 型 、 重 型 、 精 密 數(shù) 控 機 床 [2]。 日 本 直 接 由 政 府 出 臺 相 應 的法規(guī)引導發(fā)展， 在科學研究方面學習德國的發(fā)展模式， 在質(zhì)量管理上則吸取美 國的先進理念。 自 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床后， 1978 年產(chǎn)量 （7342 臺） 超 過美國（5688 臺） ，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位（2001 年產(chǎn)量 46604 臺， 出口 27409 臺，占 59%)[2]。經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展 ， 國外數(shù)控技術(shù)達到了一種新的高度 。 日本山崎馬扎 克公司開發(fā)出了可使用長鏜桿切削工件的復合加工機床， 其主要特點是主軸最高3轉(zhuǎn)速 1600r/min， 快 速 移 動 40m/min， 刀 庫 容 量 40 把，換刀時間 1.8s。 美 國 法 道 VMC4020C 機 床 最 高 轉(zhuǎn) 速 達 到 7500r/min，1700kg 的 承 載 能 力 ， 711mm 的 垂 直 行 程 。 德 瑪 吉 公 司 生 產(chǎn) 的 CTX310ECO， 無 級 調(diào) 速 可 到 5000r/min， 輸 出 功 率 達 為 11kW， 主 軸 上 的 直 接 測 量 系 統(tǒng) 與 高 端 CNC 控 制 器 相 結(jié) 合 ， 實 現(xiàn) 最 高 定 位 精 度 [3]。 在 操 作 方 面 ， 都 采 用 了 西 門 子 和 發(fā) 那 科 的 高 科 技 三 維 CNC 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 彩 色 LED 顯 示 器 ， 標 準 鍵 盤 和 電 子 手 輪 。 除 此 之 外 ， 還 擁 有 整 合 了 西 門 子 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 的 ShopTurn 圖 形 化 編 程 軟 件 和 發(fā) 那 科 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 的 Manual Guide i 圖 形 化 編程軟件的操控軟件。相對于國外的數(shù)控加工技術(shù)而言，國內(nèi)的研究存在一定的差距。 首先回望我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程。 我國數(shù)控技術(shù)起步于 20 世紀 50 年代末期 ， 經(jīng) 歷 了 初 期 的 封 閉 式 開 放 階 段 ， “六 五 ”、 “七 五 ”期 間 的 消 化 吸 收 、 引 進 技 術(shù) 階 段 ， “八 五 ”期 間 建 立 國 產(chǎn) 化 體 系 階 段 ， “九 五 ”期 間 產(chǎn) 業(yè) 化 階 段 ， 現(xiàn) 已 基 本 掌 握 了數(shù)控技術(shù)， 建立了數(shù)控開發(fā)、 生產(chǎn)基地， 培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才 ， 初步形成 了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè) [8]。 作為數(shù)控技術(shù)的載體 ， 數(shù)控機床的發(fā)展大致分為兩個階段。 中 國 于 1958 年 研 制 出 第 一 臺 數(shù) 控 機 床 ， 1958 年-1979 年 間 為 第 一 階 段 ， 此 期 間 由于盲目性大， 缺乏實事求是的科學精神， 終因表現(xiàn)欠佳， 無法用于生產(chǎn)而停頓； 1979 年 至 今 為 第 二 階 段 ， 在 此 期 間 先 后 從 歐 美 等 發(fā) 達 國 家 引 進 先 進 數(shù) 控 機 床 技 術(shù)， 解決了可靠性和穩(wěn)定性問題 ， 數(shù)控機床才開始生產(chǎn)和使用， 并且逐步向前發(fā) 展 [2]。經(jīng)過半個世紀的不斷摸索和發(fā)展， 現(xiàn)今我國數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的 成績。 華中“ 世紀星 ”數(shù)控系統(tǒng)在功能和配置方面遠優(yōu)于國外普及型數(shù)控系統(tǒng) ； 廣 州數(shù)控生產(chǎn)的 GSK983M 系 統(tǒng) 是 中 高 檔 數(shù) 控 系 統(tǒng) 產(chǎn) 品 ， 該 系 統(tǒng) 最 多 可 實 現(xiàn) 5 軸 4 聯(lián) 動 ， 可 實 現(xiàn) 高 速 高 精 閉 環(huán) 加 工 ， 最 高 移 動 速 度 達 24m/min,精度達 1um； 由 齊 齊哈爾二機床集團、 清華大學和哈爾濱電機廠有限公司“ 產(chǎn)學研用 ”密切合作開發(fā) 的 XNZD2415 大 型 龍 門 式 五 軸 聯(lián) 動 混 連 機 床 ， 是 我 國 在 并 聯(lián) 機 床 研 究 方 面 的 一 個 突 破 ； 武 漢 重 型 機 床 廠 研 制 的 CKX53160 型 數(shù) 控 單 柱 移 動 立 式 銑 車 床 ， 加 工 直徑 16m，加工高度 6.3m，工作臺承重 550t 并可精確分度，要求工件一次裝夾 完 成 車 、 銑 、 鏜 、 鉆 、 攻 絲 、 磨 削 全 部 加 工 工 序 ， 制 造 難 度 大 [3]。雖然取得舉世矚目的驕人成果， 但是不乏存在一些問題。 由于我國機械加工4數(shù)控技術(shù)起步晚，抵擋技術(shù)不斷膨脹，因此一直處于高檔技術(shù)依賴進口的局面。 國內(nèi)重點工程的關(guān)鍵設備中的數(shù)控加工技術(shù)主要靠進口， 從而導致我國數(shù)控加工 技術(shù)受制于人。 數(shù)控加工領(lǐng)域的培訓工作尚處于低級階段， 僅限于培養(yǎng)基本操作 人 員 ， 嚴 重 缺 乏 高 級 數(shù) 控 編 程 、 應 用 、 設 計 人 才 [4]?？v觀數(shù)控加工的發(fā)展歷史， 不難發(fā)現(xiàn)， 不論是數(shù)控技術(shù)的誕生或是數(shù)控技術(shù) 的階段性發(fā)展和革命性的突破， 這些都是國外發(fā)達國家取得的。 雖然我國一直從 事這方面的研究， 在一定程度上取得了較好的成績 ， 但是由于起步較晚， 技術(shù)創(chuàng) 新能力不足， 所以在數(shù)控加工這一領(lǐng)域并不能達到世界先進的水平， 與發(fā)達國家 的差距還是很大。為了能夠?qū)崿F(xiàn)有朝一日能夠趕上世界先進水平， 所以很有必要對此進行基礎(chǔ) 性研究， 結(jié)合實際零件的數(shù)控加工， 方可真正的掌握數(shù)控加工技術(shù)冰山一角的知 識， 明白數(shù)控加工工藝設計與編程的內(nèi)容與步驟 。 為數(shù)控加工技術(shù)的創(chuàng)新， 推動 數(shù)控加工技術(shù)向前發(fā)展奠定扎實的基礎(chǔ)。3、 課 題 目 標零件數(shù)控加工， 這是一個值得研究的課題。 數(shù)控加工在不久的將來一定會成 為制造業(yè)的主流， 這是時代發(fā)展的趨勢， 也是社會前進的必然選擇。 對此課題展 開實際的研究， 利用數(shù)控機床對零件進行加工， 可以掌握相關(guān)的理論知識以及實 際操作。通過此課題的實踐研究可以實現(xiàn)以下種種目標。（一）培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎(chǔ)課、 基礎(chǔ)技術(shù)和專業(yè)課的知識， 分析和解 決工程技術(shù)問題的工作能力，學會如何運用所學知識解決實際工程問題的方法。（二）通過該課題的研究和實際運用， 鞏固、 深化和擴大學生所學基本理論、 基本知識和基本技能，達到溫故而知新的目的。（三）使學生受到機械設計能力的綜合訓練。 例如， 調(diào)查研究、 查閱文獻和 收集資料的能力； 理論分析的能力； 制定設計或試驗方案的能力； 設計、 計算和 繪圖的能力； 實驗、 研究能力； 設計軟件及工程繪圖軟件的應用能力； 總結(jié)提高、 撰寫論文和設計說明書的能力等。（四）參與社會生產(chǎn)和學校科研和實驗室建設工作，為現(xiàn)代化建設做貢獻。（五）培養(yǎng)學生創(chuàng)新和實踐動手能力，樹立良好的學術(shù)思想和工作作風。（六）通過該畢業(yè)設計， 學生掌握復雜零件的數(shù)控加工工藝分析與數(shù)控加工5程序編制，對數(shù)控加工的整個過程有一個全局的掌控。（七）學習如何分析、 解決實際問題， 接受實際的設計及工程訓練， 是本畢 業(yè)設計的主要目的。4、 課 題 內(nèi) 容本課題題名為零件數(shù)控加工工藝設計與編程 ， 顯而易見 ， 該課題主要內(nèi)容就 是兩大部分 ： 零件的加工工藝設計和數(shù)控加工程序的編制 。 針對兩大主題內(nèi)容做 如下詳細的介紹。一、查閱相關(guān)文獻，掌握零件的工藝分析方法，并對該零件進行工藝分析， 包括零件加工內(nèi)容、 零件結(jié)構(gòu)工藝性、 零件的輪廓幾何要素、 零件的技術(shù)要求以 及加工精度要求等等。二、根據(jù)零件的輪廓特征以及表面的要求選擇合適的加工方法。 包括零件表 面加工方法的確定、凹槽加工方法的選擇以及通孔加工方法的綜合評定等。三、零件定位基準的分析選擇，涵蓋粗基準的選擇以及精基準的選擇。 四、進行零件加工階段的劃分 ， 擬定合理的加工工藝路線 ， 確定加工工序內(nèi)容，選擇計算合適的切削用量。 五、根據(jù)零件各特征的加工方法，選擇理想的加工刀具。 六、根據(jù)加工工藝路線對零件進行數(shù)控加工刀具路徑規(guī)劃， 選擇最佳的對刀點、下刀點以及抬刀點。 七、對零件圖進行數(shù)學處理，運用所學的數(shù)學知識計算出所有基點坐標值，編制數(shù)控加工程序代碼。 八、結(jié)合實際數(shù)控機床， 完成數(shù)控程序的調(diào)試以及修改， 保證程序準確無誤，最終利用該程序完成零件的數(shù)控加工。 九、撰寫畢業(yè)設計說明書以及畢業(yè)論文。5、 課 題 基 礎(chǔ) 條 件該課題最終的目標是利用數(shù)控機床加工出符合圖紙要求的合格零件， 因此必 須具備一定的課題研究條件。 只有具備了課題研究的相關(guān)條件， 方可滿足該課題 研究的需求，其次才能保證課題順利的進行，最終才能完成該課題的全部工作。首先介紹該課題研究的有關(guān)條件。 針對零件加工工藝設計這一環(huán)節(jié)無需怎樣的基礎(chǔ)條件，只要查閱相關(guān)文獻，6掌握工藝設計的方法， 然后按照所學的方法一步一步進行設計即可。 數(shù)控程序的 編制具有一定的挑戰(zhàn)性。 數(shù)控程序的編寫可分為手工編程以及自動編程， 手工編 程工作量大， 任務繁瑣， 編制程序容易出錯， 然而自動編程則克服了手工編程的 諸多缺點， 編程快速便捷， 大大降低了勞動強度， 程序精度高 ， 但是必須具備相 應的編程軟件作支持， 同時也要具備能夠識別自動編程程序的高檔數(shù)控設備， 由 于這些條件無法滿足， 所以本課題中零件數(shù)控程序編制只能按照手工編程的方法 進行編寫。 采取手工編程的方法， 就必須利用數(shù)學知識計算出所有的基點坐標值， 特別是圓弧基點坐標值的計算容易出現(xiàn)誤差， 可以通過三維軟件建立相應的零件 模型，然后利用測量工具測出相應的坐標值，然后再計算出基點坐標值。其次該課題最為關(guān)鍵的條件設施就是數(shù)控加工設備。 實驗室中有一臺數(shù)控雕 刻 機 ， 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 ： 重 復 定 位 精 度 ±0.02mm， 刀 柄 最 大 直 徑 ?8mm， 主 軸 最高轉(zhuǎn)速 24000r/min。 該數(shù)控機床完全可以滿足該課題零件加工的要求 ， 但是由 于該數(shù)控機床對刀方式的特殊性，所以導致最終的零件只能加工在一塊板材上。 除此之外， 零件加工完成之后還要進行測量， 檢驗是否達到圖紙精度要求 。 所以， 必須具備各種檢測設備， 例如卡尺、 千分尺等。 這些檢測工具都是實驗室可以滿 足的。 總之， 該課題所需的基礎(chǔ)條件還是能夠滿足， 可以進行課題的相關(guān)研究工 作。最后， 要想進行該課題研究 ， 完成課題的相關(guān)工作， 就必須具備一定的基礎(chǔ) 知識條件。 數(shù)控程序的編寫是該課題的重要內(nèi)容， 數(shù)控程序直接關(guān)系到零件的加 工質(zhì)量。 不過 ， 由于之前參加過相關(guān)知識的學習， 數(shù)控實驗的實際操作以及相關(guān) 課程設計的綜合訓練，已經(jīng)具備滿足該零件數(shù)控程序編制的相關(guān)基礎(chǔ)知識。76、 進 度 安 排序 號 設 計 （ 論 文 ） 各 階 段 名 稱 日 期 備 注1 背景知識調(diào)研，明確畢業(yè)設計任務 2015 年 12 月 15 日～2015 年 12 月 22 日1 周2 完成外文翻譯，開題報告及文獻綜述 2015 年 12 月 23 日 ～2016 年 1 月 6 日 2 周3 完 成 零 件 加 工 工 藝 分 析 、 裝 夾 方 案 、刀具選擇，刀具路徑的擬定2016 年 1 月 7 日 ～2016 年 1 月 28 日 3 周4 完成工藝參數(shù)的選擇和工藝路線的制定 2016 年 1 月 29 日～2016 年 2 月 19 日3 周5 完成數(shù)控程序的編寫、調(diào)試及驗證 2016 年 2 月 20 日～2016 年 3 月 19 日4 周6 完成零件的加工 2016 年 3 月 20 日～2016 年 4 月 10 日3 周7 完成設計資料的整理，撰寫畢業(yè)論文 2016 年 4 月 11 日 ～2016 年 5 月 9 日 4 周7、 參 考 文 獻[1] 程 曉 波 ,馬 彩 鳳 .數(shù) 控 加 工 在 制 造 業(yè) 中 的 應 用 [J].裝 備 制 造 技 術(shù) ,2013,7:194-195.[2] 石 毅 .高 檔 數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨 勢 預 測 [J].裝 備 制 造 ,2014,3,14,1:41-71.[3] 楊 建 武 . 國 內(nèi) 外 數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 趨 勢 [J]. 制 造 技 術(shù) 與 機 床 ,2008,12:57-62.[4] 蘇 靜 ,吳 斌 方 .論 現(xiàn) 代 機 械 加 工 中 數(shù) 控 技 術(shù) 的 應 用 [J].科 技 資 訊 ,2014,29:9.[5] 高 紅 娟 .典 型 零 件 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 [J].硅 谷 ,2014,21:79-80.[6] 潘 建 新 , 周 小 紅 . 典 型 零 件 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 [J]. 機 電 工 程 技 術(shù) ,2010,39,08:130-132.[7] 郭 微 , 李 學 飛 . 典 型 零 件 數(shù) 控 加 工 工 藝 制 定 [J]. 機 電 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