【毕业设计论文】基于CAXA的轴类零件的加工设计与实现(含word文档) .pdf
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1、I 基于基于基于基于 CAXACAXACAXACAXA 的的的的轴类零件的加工轴类零件的加工轴类零件的加工轴类零件的加工设计与实现设计与实现设计与实现设计与实现 目目目目录录录录 摘要III 1 数控的概况.V 1.1 国内外数控系统发展概况. V 1.2 数控技术发展趋势VI 1.2.1 性能发展方向.VI 1.2.2 功能发展方向.VII 1.2.3 体系结构的发展VIII 1.3 智能化新一代 PCNC 数控系统IX 2 零件图及工艺分析10 2.1 零件图10 2.2 工艺分析10 2.3 刀具的选择和切削参数8 2.4 夹具的选择与类型9 2.4.1 夹具的选择.9 2.4.2 夹具
2、的类型.10 2.4.3 零件的安装.10 3 零件的三维造型及编程概述11 3.1 零件三维图12 3.2 数控车削编程概述12 II 3.2.1 数控车床的编程特点.12 3.2.2 数控车床编程中的坐标系.13 3.2.3 车床数控系统功能.13 3.2.4 车削固定循环.14 3.3 数控车自动编程软件 CAXA 介绍15 3.3.1 窗口布置.15 3.3.2 主菜单.16 3.3.3 弹出菜单.17 3.3.4 工具条.17 4 零件的加工工艺规程18 4.1 数控加工工序18 5 加工程序及其备注20 致谢30 参考文献31 III 摘摘摘摘要要要要 本次设计是进行一个直径是 8
3、0MM 长 120MM 的圆柱台阶轴进行设计, 这个轴上 有圆弧、工艺退刀槽、螺纹退刀槽、螺纹及球面构成,材料为 45 号钢。其表面参数 要求严格, 比如: 零件部分表面粗糙度要达到 Ra1.6, 其余不重要的表面要达到 Ra3.2。 这个台阶轴的设计、主要参数、设计要求等都很重要。 通过对课题任务的分析,先用 CAD 把零件图画出来,对零件图进行分析,确定零 件的加工工艺。然后用 CAXA 软件生成模型,也就是 3D 成型图,再对模型进行分析, 然后对模型进行仿真,仿真过后,进行后置处理,生成 G 代码,最后把程序反读, 效 验 G 代码,检查程序是否正确,然后定稿。 数控机床是综合应用计算
4、机、 自动控制、 自动检测及精密机械等高新技术的产物, 发展数控机床适当前我国机械制造业技术改造的必由之路,是未来工厂自动化的基 础. 关键词: CAD,CAXA,实体造型,数控加工 IV AbstractAbstractAbstractAbstract This design is for a long 120MM 80MM diameter cylindrical diameter shaft design, this shaft has arc process back groove, screw back groove, thread and spherical form, the m
5、aterial is 45 steel.Demanding the surface parameters, such as: part part of the surface roughness to achieve Ra1.6, all the rest of the surface to reach Ra3.2.The diameter shaft design, the main parameters, design requirements are very important. Through the analysis of the task of the subject, the
6、first picture with the CAD to part out the parts diagram analysis to determine the machining process.Then CAXA software generation model, which is the 3D shape maps, and then analyzing the model, then the model simulation after the post-processing to generate G code, and finally the program counter
7、read, efficacy G code, check whether the procedurescorrect, and then finalized. Is a comprehensive application of computer numerical control machinetools,automaticcontrol,automaticdetectionandprecision machinery, and other high-tech products, the development of CNC machine tools appropriate transfor
8、mation before the only way Chinas machinery manufacturing industry is the basis for future factory automation. Keywords:Keywords:Keywords:Keywords: CAD, CAXA, solid modeling, CNC machining V 1 1 1 1 数控的概况数控的概况数控的概况数控的概况 1.11.1 国内外数控系统发展概况国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家 投入巨资,对现代制造技术进行
9、研究开发,提出了全新的制造模式。在现代制造系统 中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等 高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动 化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前,数控技术正在发生根本性变革, 由 专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。 在集成化 基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒 体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制, 加 工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理; 在网络化基础上
10、,CAD/CAM 与数控系统集成为一体,机床联网,实现了中央集中控制 的群控加工。 长期以来,我国的数控系统为传统的封闭式体系结构,CNC 只能作为非智能的机 床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加 工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及自动编程系统进行编制。CAD/CAM 和 CNC 之间没有 反馈控制环节,整个制造过程中 CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以 及多变条件下,加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、 切削深度、步长、加工余量等加工参数,无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素 实时动态调整,更无法通过反馈
11、控制环节随机修正 CAD/CAM 中的设定量,因而影响 CNC 的工作效率和产品加工质量。由此可见,传统 CNC 系统的这种固定程序控制模式 VI 和封闭式体系结构,限制了 CNC 向多变量智能化控制发展,已不适应日益复杂的制造 过程,因此,对数控技术实行变革势在必行。 1.21.2 数控技术发展趋势数控技术发展趋势 1.2.11.2.1 性能发展方向性能发展方向 (1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于 采用了高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件 的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施,机床
12、的高速 高精高效化已大大提高。 (2)柔性化包含两方面:数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功 能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求;群控系统的柔性,同一群控系 统能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度 地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工,正朝 着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一 次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复 合加工。数控技术轴,西门子 880 系统控制轴数可达 24 轴。 (4)实时智能化早期的实时系统
13、通常针对相对简单的理想环境,其作用是如何 调度任务,以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的 各种智能行为。科学技术发展到今天,实时系统和人工智能相互结合,人工智能正向 着具有实时响应的、更现实的领域发展,而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复 杂的应用发展,由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域,实时智能 VII 控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展: 自适应控制、 模糊控制、 神经网络控制、 专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断 专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,在高速加工时的 综合运动控
14、制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能,在压力、温度、位置、 速 度控制等方面采用模糊控制,使数控系统的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的 目的。 1.2.21.2.2 功能发展方向功能发展方向 (1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同 用户对界面的要求不同,因而开发用户界面的工作量极大,用户界面成为计算机软件 研制中最困难的部分之一。当前 INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等 技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用, 人们可以通过窗口和菜单进行操作,便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图 形显示、图形模拟
15、、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能 的实现。 (2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据, 使信息 交流不再局限于用文字和语言表达,而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。 可视化技术与虚拟环境技术相结合,进一步拓宽了应用领域,如无图纸设计、虚拟样 机技术等,这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。 在 数控技术领域,可视化技术可用于 CAD/CAM,如自动编程设计、参数自动设定、刀具 补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、 空
16、间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2 螺旋插补、NANO 插补、NURBS 插 VIII 补(非均匀有理 B 样条插补)、样条插补(A、B、C 样条)、多项式插补等。多种补偿功 能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关 的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装高性能 PLC数控系统内装高性能 PLC 控制模块,可直接用梯形图或高 级语言编程,具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的 标准 PLC 用户程序实例,用户可在标准 PLC 用户程序基础上进行编辑修改,从而方便 地建立自己的应用程
17、序。 (5)多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体,使计算机 具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域,应用多媒体技 术可以做到信息处理综合化、智能化,在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、 生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 1.2.31.2.3 体系结构的发展体系结构的发展 (1)集成化采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大规模可编程集成电路 FPGA、 EPLD、CPLD 以及专用集成电路 ASIC 芯片,可提高数控系统的集成度和软硬件运行速 度。应用 FPD 平板显示技术,可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量 轻、体积小、功
18、耗低、便于携带等优点,可实现超大尺寸显示,成为和 CRT 抗衡的新 兴显示技术,是 21 世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术,将半导体和表 面安装技术融为一体。 通过提高集成电路密度、 减少互连长度和数量来降低产品价格, 改进性能,减小组件尺寸,提高系统的可靠性。 (2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能 需求,将基本模块,如 CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块, 作成标准的系列化产品,通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减,构成不同档 IX 次的数控系统。 (3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网,可在任何
19、一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行,不同机床的画面可同时显示在 每一台机床的屏幕上。 (4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、 嵌入式体系结构,便于裁剪、扩展和升级,可组成不同档次、不同类型、不同集成程 度的数控系统。 闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控 制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过 程,包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素,因此, 要实现加工过程的多目标优化,必须采用多变量的闭环控制,在实时加工过程中动态 调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时
20、动态全闭环控制模式,易于将 计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、 动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体,构成严密的制造过程 闭环控制体系,从而实现集成化、智能化、网络化。 1.31.3 智能化新一代智能化新一代 PCNCPCNC 数控系统数控系统 当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代 PCNC 数控系统已成为可能。 智能化新一代 PCNC 数控系统将计算机智能技术、 网络技术、 CAD/CAM、 伺服控制、 自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体,形成严 密的制造过程闭环
21、控制体系。 X 2 零件图及工艺分析 2.12.1 零件图零件图 图 2.1 零件简图 2.22.2 工艺分析工艺分析 如图 2.1 所示,此零件外型规则,被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及 凹凸配合等要求较高。零件结构较为复杂,包含了圆弧,外轮廓,切槽以及三维曲面 的加工,且大部分的尺寸均达到 IT8-IT7 级精度。 工件选用三爪自定心卡盘装夹,由于该零件形状复杂所以把零件分为两步骤完 成:先车基准(零件左端面)车零件最大外圆 80 车70 及台阶面 然后调头装 其余 6 夹车65 台阶轴车圆锥面 车24 圆柱 车20 圆柱以及 R10 半圆球,以零件右 端半圆球的端点做工件坐标系的
22、原点(也是编程原点) 。 图 2.2 是加工工序及每个步骤的注释和注意事项。 图 2.2 7 加工此段工序时要保证球面的表面质量及数据 加工此段工序事要保证后面圆球的加工余量所以 不能用大的车削速度 加工此段工件是为最后车罗纹做铺垫,其表面质量 要求不高但基本尺寸一定要保证正确 加工此段工件时的注意事项要和上段工序一样,必 须保证零件数据和表面质量的正确 加工此段工件时要注意吃刀量的选择,此段工序有 圆弧的存在要保证好加工质量和机器设备的安全 由于此次设计是在普通数控车床上进行,有写步骤 必须进行手动操作,比如:用尾部顶尖,零件的掉头 装夹等 车削 70圆柱,零件掉头装夹需要用卡盘夹住此 处,
23、因此这个加工步骤很重要.要注意此段加工步 骤的尺寸,精度,表面质量等重要参数 车削零件的最大外圆(加工此处时不必要全部都车 削,因为根据分析零件图没有必要车削完,零件图 中要求的尺寸只有22) 作为零件加工及编程的基准,对以后的加工很重要 车半圆球 车 20圆柱 车 24圆柱 车圆锥面 车 65台阶轴 掉头装夹 车 70及台阶面 车零件外圆 车基准面 8 在程序编制中, 编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要 素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程时 要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。但由于零 件设计人员在设计
24、过程中考虑不周或被忽略,常常出现参数不全或不清楚,如圆弧与 直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时,一定要仔细核 算,发现问题及时与设计人员联系。 零件的外形最好采用统一的几何类型及尺寸,这样可以减少换刀次数,还可能应 用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称,便于利用数控机床 的镜向加工功能来编程,以节省编程时间。 2.32.3 刀具的选择和切削参数刀具的选择和切削参数 车削用量的选择原则是: (1)粗车时,首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量 ap,其次选择一个较大的 进给量 f,最后确定一个合适的切削进度 v 。增大背吃刀量 ap可使走刀次数减少,增
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