数控铣床的毕业设计.doc
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1、西安思源学院毕业设计GRADUATION PROJECT,XIAN SIYUAN UNIVERSIT1.绪论随着科学技术的迅猛发展,科学技术的机械部分的要求越来越高精度。随之而来的是机械加工的快速发展,需求是进一步创造的唯一动力,机械加工向着高精度、高效率的方向取得了长足的进步。数控编程技术就是在这种情况下发展起来的。数控编程技术和数控机床的出现使机械加工向着更高的精度和效率发展。数控机床具有方便编程,可与计算机联接使用,高效率,高精度等特点。数控机床就是为了解决单件、小批量,特别是高精度、复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基
2、本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。在学习中我掌握了数控铣床坐标子程序编程的基础和常识、刀补方法编程、极坐标和极坐标的平移和旋转、子程序的调用等知识,还通过在实际操作中对其有了深刻了解。2.数控铣床安全操作规程数控机床操作工四会基本功1. 会使用。 操作工学会数控操作规程,熟悉设备机构性能,传动装置懂得工工艺和工装工具在数控机床的试用方法。2. 会维修。 能正确执行数控机床维修和润滑规定,按时清扫保持设备清洁良好。3. 会检查。 了解设备易损零件部位,知道完
3、好检查项目标准和方法,并能按规定进行日常检查。4. 会排除故障。 熟悉设备特点,能鉴别设备正常与异常现象,懂得其零件部件拆装注意事项,会做一般故障调整式协同维修人员进行排除。5. 数控机床、操作人员必须熟悉机床使用说明书与有关资料,如主要技术参数,传动原理,主要结构,润滑部位及维护保养等知识。6. 开机前,应对机床进行全面细致的检查,确认无误后方可操作。7. 通电后,检查各开关按钮和按键是否正常,灵活,有无异常现象。8. 检查电压、油压是否正常,有手动润滑的部位先要润滑。9. 各坐标助手都回零(机床原点),依次为先Z方向,再X方向,后Y方向。10. 程序输入后应仔细核对,其中包括代码地址、数值
4、、正负号、小数点及语法。11正确测量和计算工件坐标子、并对所得结果进行检查。12. 输入工件坐标子并对坐标、坐标值,正负号及小数点进行认真核对。3.数控铣床简介3.1数控铣床的分类1. 按主轴的位置分类 1) 数控立式铣床 数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数,应用范围也最广。从机床数控系绕控制的坐标数量来看,目前3坐标数控立铣仍占大多数;一般可进行3坐标联动加工,但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工(常称为2.5坐标加工)。此外,还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。 2) 卧式数控铣床 与通用卧式铣床相同,其
5、主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能,卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。这样,不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来,而且可以实现在一次安装中,通过转盘改变工位,进行“四面加工”。 3) 立卧两用数控铣床 目前,这类数控铣床已不多见,由于这类铣床的主轴方向可以更换,能达到在一台机床上既可以进行立式加工,又可以进行卧式加工,而同时具备上述两类机床的功能,其使用范围更广,功能更全,选择加工对象的余地更大,且给用户带来不少方便。特别是生产批量小,品种较多,又需要立、卧两种方式加工时,用户只需买一台这样的机床就行了。 2. 数控铣床按构造上分类 1) 工
6、作台升降式数控铣床 这类数控铣床采用工作台移动、升降,而主轴不动的方式。小型数控铣床一般采用此种方式。 3) 龙门式数控铣床 这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动,而龙门架则沿床身作纵向运动。大型数控铣床,因要考虑到扩大行程,缩小占地面积及刚性等技术上的问题,往往采用龙门架移动式。 3.2数控铣床的功能1、点位控制功能 此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。2、连续轮廓控制功能 此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。 3、刀具半径补偿功能 此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程,而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸,从而减少编程时的复杂数值计算。 4、刀具长度
7、补偿功能 此功能可以自动补偿刀具的长短,以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。 5、比例及镜像加工功能 比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工,如果一个零件的形状关于坐标轴对称,那么只要编出一个或两个象限的程序,而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。 6、旋转功能 该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。 7、子程序调用功能 有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状,将这一轮廓形状的加工程序作为子程序,在需要的位置上重复调用,就可以完成对该零件的加工。 8、宏程序功能 该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令,并能对变量
8、进行运算,使程序更具灵活性和方便性。3.3数控机床刀具的选择数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等,选择刚性好、耐用度高的刀具。 4.数控铣床的编程4.1G代码和M代码功能表表1 M代码代码功能代码功能M00程序停止M07冷却液1开M01选择停止M08冷却液2开M02程序结束M09冷却液关M03主轴正传M30程序结束M04主轴反转M98子程序调用M05主轴停止转动M99子程序结束表2 G代码代码功能代码功能代码功能代码功能代码功能G00快速点定位G17XY平面选择G35减螺距切削G91增量尺寸G96恒线速度G01直线插补G18ZX
9、平面选择G40取消刀补(刀偏)G92预置寄存G97每分钟转数G02顺时圆弧插补G19YZ平面选择G53取消直线偏移G93时间倒数,进给率G03逆时圆弧插补G33等螺距切削G80取消固定循环G94每分钟进给G04暂停G34增螺距切削G90绝对尺寸G95主轴每转进给4.2加工坐标系的建立为了描述点在平面和空间中的位置,首先需要定义一个确定方向和相对位置的坐标系,数控机床的坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系。它规定直角坐标X、Y、Z三个坐标轴的正方向用右手法则判定,围绕各坐标轴的旋转轴A、B、C的正方向用右手螺旋法则判定。数控加工采用的是空间三维坐标系,三维坐标系是在二维即平面坐标系的基础上增加了一个垂
10、直方向的轴,通常称之为Z轴,为平行于机床主轴的坐标轴,如图1所示。 图1 数控铣床的坐标系(1)建立加工坐标系的步骤 为了在数控设备上加工零件,首先需要确定工件在机床上的位置,因此,必须建立一个与加工零件相关的坐标系,虽然数控设备的优势在于允许或者机床上、或者工件上、或者夹具上的任何位置都可以作为数控编程的零点而建立坐标系,但最佳的解决方案选择既简单又方便定位的位置,这样操作者通过按控制面板上的几个按钮就可以完成建立加工坐标系了。具体操作可以简单的定义为以下几个步骤: 根据数控编程坐标系或加工坐标系确定零件坐标系的位置和坐标轴的方向。 利用零件和夹具上定位面建立加工坐标系。 校正加工坐标系,通
11、过校正加工坐标系,使建立的加工坐标系满足数控加工的要求。 (2)建立加工坐标系的要素 几何元素点、线、面对找正和校正加工坐标系非常有用,一个关键的因素是可以确定零件和夹具上的特征位置,进而确定加工坐标系的位置。在实际操作中,零件和夹具上的定位面、定位孔等经常作为找正和校正加工坐标系的主要手段,这主要基于通过简单的几何运算就可以将机床坐标系和零件坐标系联系起来。以下是建立加工坐标系的三个要素。 确定坐标平面:选择和找正定位面确定工作平面的方向和位置。 确定坐标轴方向:平移或旋转所测量的元素作为方向矢量确定加工坐标系的坐标轴方向,旋转元素需垂直于已找正的元素。这控制着轴线相对于工作平面的旋转定位。
12、 确定坐标系原点:作为定义X、Y、Z坐标轴的原点或零点。4.3走刀路线的确定走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要,因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。确定走刀路线的一般原则是:(1)保证零件的加工精度和表面粗糙度;(2)方便数值计算,减少编程工作量;(3)缩短走刀路线,减少进退刀时间和其他辅助时间;(4)尽量减少程序段数。另外,在选择走刀路线时还要充分注意以下几种情况:(1)避免引入反向间隙误差。数控机床在反向运动时会出现反向间隙,如果在走刀路线中将反向间隙带入,就会影响刀具的定位精度,增加工件的定位误差。(2)切入切出路径。在铣削轮廓表面
13、时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削,由于主轴系统和刀具的刚度变化,当沿法向切入工件时,会在切入处产生刀痕,所以应尽量避免沿法向切入工件。当铣切外表面轮廓形状时,应安排刀具沿零件轮廓曲线的切向切入工件,并且在其延长线上加入一段外延距离,以保证零件轮廓的光滑过渡。同样,在切出零件轮廓时也应从工件曲线的切向延长线上切出。(3)采用顺铣加工方式在铣削加工中,若铣刀的走刀方向与在切削点的切削速度方向相反,称为逆铣,其铣削厚度是由零开始增大反之则称为顺铣,其铣削厚度由最大减到零,由于采用顺铣方式时,零件的表面精度和加工精度较高,并且可以减少机床的“颤振”,所以在铣削加工零件轮廓时应尽量采用顺铣加工方式。加工
14、如图1所示零件,工件材料为45号钢,毛皮尺寸为175mmX130mmX6.35mm。工件坐标系原点(Xo,Yo)定在距毛皮左边和底边均65mm处,其Zo定在毛坯上,采用10mm柄铣刀,主轴转速S=1250r/min,进给速度f=150mm/min。轮廓加工轨迹如图11所示,编写零件的价格程序。图1 典型加工零件图2 加工走刀图解:如下所示加工程序O1111 ;程序号N0010 G90 G21 G40 G80 ;采用绝对尺寸指令,米制,注销刀具半径偿和固定循环功能N0020 G91 G28 X0 Y0 Z0 ;刀具移至参考点N0030 G92 X-200 Y200 Z0 ;设定工件坐标系原点坐标
15、N0040 G00 G90 X0 Y0 S1250 M03 ;刀具快速移至点2,主轴以1250r/min正转N0050 G43 Z5 H01 ;刀具沿Z轴快速定位至5mm处N0060 M08 ;开冷却液N0070 G01 Z-10 F150 ;刀具沿Z轴以150mm/min直线插补至-10处N0080 G41 D01 X51 ;刀具半径补偿有效,补偿盗号D01,直线插补至点3N0090 G03 X29 Y42 I-51 J0 ;逆时针圆弧插补至点4N0100 G01 Y89.5 ;直线插补至点5N0110 G03 X23Y95.5 I-6 J0 ;逆时针插补至点6N0120 G01 X-23
16、;直线插补至点7N0130 G03 X-29 Y89.5 I0 J-6 ;逆时针插补至点8N0140 G01 Y42 ;直线插补至点9N0150 G03 X51Y0 I29 J-42 ;逆时针插补至点10N0160 G01 X0 ;直线插补至点11N0170 G00 Z5 ;沿Z轴快速定位至5mm处N0180 M05 ;主轴停止N0190 M00 ;程序暂停N0200 S1250 M03 ;主轴正转N0210 G06 X72.0Y108 ;快速定位到点12N0220 G01 Z-10 F150 ;沿Z轴下刀N0230 X225 ;直线插补至点14N0240 G02 X-41.5 Y89 I0
17、J-19 ;顺时针圆弧插补至点15N0250 G01 Y48 ;直线插补至点16N0260 G02 X-41.5 Y48 I-41.5 J-48 ;顺时针圆弧插补至点7N0270 G01 Y89 ;直线插补至点18N0280 G02 X-22.5 Y108 I19 J0 ;顺时针圆弧插补至点3N0290 G40 G01 Y110.5 ;直线插补至点19N0300 G49 G00 G90 Z20 M05 ;刀具沿Z轴快速定位至20mm处,主轴停转N0310 M09 ;关冷却液N0320 G91 G28 X0 Y0 Z0 ;返回参考点N0330 M06 ;换刀N0340 M30 ;程序结束4.4刀
18、具半径补偿功能在数控铣床上进行工件轮廓的数控铣削加工时,由于存在刀具半径,使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能,则只能按刀心轨迹,即在编程时给出刀具的中心轨迹进行编程,其计算相当复杂,尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时,必须重新计算刀心轨迹,并修改程序。这样既复杂繁锁,又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时,数控程序只需按工件轮廓编写,加工时数控系统会自动计算刀心轨迹,使刀具偏离工件轮廓一个半径值,即进行刀具半径补偿。对于刀具长度来讲,使用不同长度的刀具要加工同一深度的加工面,也需要在刀具长度方向进行补偿。刀具半径补
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