电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程毕业设计论文.docx
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电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程毕业设计论文
衢州学院
毕业设计（论文）
题 目：
电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程
作 者：
系（部）：
机械工程学院
专业班级：
指导教师：
职 称：
教授
2011年6月5日
衢州学院机械工程学院
毕业设计（论文）任务书
课题名称
电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程
系别
机械工程学院
专业/班级
数控技术
学生姓名
学号
3089124104
指导教师
单位/职称
教授
课题来源
企业生产任务
成果形式
论文
所属岗位
金工车间工艺管理技术员、数控加工中、高级工
一、毕业设计（论文）课题的主要内容、任务和目标、基本要求等
1、课题研究的主要内容
在指定的FANUC-0Imate数控系统和相关仿真软件条件下，完成电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程，转子芯轴的数控仿真。
转子芯轴零件图见附图。
2、任务和目标
通过本课题的研究工作，实现以下工作任务及目标：
1）能对数控车床零件进行加工工艺分析，制定有关数控加工工艺卡片；
2）完成该车削零件的数控加工程序编制；
3）完成该车削零件的数控加工仿真；
4）数控车加工中关键问题分析，能提出自己的应用心得和实际应用中解决问题的方法，在数控加工技能上得到综合训练，就业后能较快的适应相关的职业岗位。
3、基本要求
1）完成开题报告1篇（1500字以上），相关技术应用论文1篇（8000字以上），转子心轴CAD图1幅。
完成毕业顶岗实习周记12篇，毕业顶岗实习报告鉴定表1篇。
2）设计（论文）的写作规范
封面（封面后插入任务书）；摘要：
主要说明该课题主要研究内容及关键词；目录；正文：
课题来源及意义，转子芯轴的数控加工工艺、编程（部分重要程序的源代码及说明），数控仿真，结论；参考文献（最少20篇）；谢辞。
3）论文书写要求语言精练，简洁，表达力求准确。
论文要求用A4纸打印，并装订成册。
图纸用A3或A4图幅打印。
二、实践要求：
课题要求学生在第6学期在企业金工车间的数控加工工艺管理岗位上顶岗实习，了解车间工艺管理员的工作职责，熟悉车间常规零件的加工过程及其特点，以及数控加工中、高级工操作等。
完成顶岗实习周记，在周记中能详细介绍每周的工作任务及工作中遇到的问题和解决方法等。
三、进度安排
第一阶段（第5学期，第14-20周）
第14—16周：
查阅与课题研究相关的文献资料，按任务书要求完成开题报告。
完成转子芯轴的CAD图绘制。
第17—18周：
零件的数控加工工艺路线设计，零件加工编程和数控仿真，完成论文初稿。
第19周：
按要求修改论文和图纸，完成论文终稿和转子CAD图，准备答辩。
第20周：
完成开题报告、论文和图纸的打印和装订，交开题报告、论文和CAD图的电子版，预答辩。
第二阶段（第6学期）
第1—14周：
顶岗实习。
第15周：
答辩，交全部毕业设计和顶岗实习的纸质和电子材料。
四、推荐的主要参考资料
1.刘雄伟.数控机床操作与编程培训教程，北京：
机械工业出版社，2003.6
2.数控技术之家，
3.李玉兰.数控加工技术，北京：
机械工业出版社，2010.6
4.AUTOCAD及南京宇航仿真等软件平台
指导教师签名
2010年12月6日
专业负责人签名
2010年12月6日
电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程
摘要
本次论文设计的内容介绍了电动工具转子芯轴的数控加工特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤，并通过实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。
第一章绪论部分主要介绍了电动工具和数控技术的发展历史，以及目前国内外的研究状况。
简明扼要的阐述了一下此次毕业设计的大概思路。
在第二章中，介绍了南京宇航仿真软件，FANUC-0imate系统的主要特点及其组成和数控车床的一般操作步骤。
在第三章中，先根据电动工具转子芯轴CAD图纸的尺寸及加工要求，选择毛胚和刀具，制定相应的加工工艺路线，在了解FANUC系统编程特点的基础上，手工编制简单零件的数控加工程序，以南京宇航数控仿真为平台，利用该软件仿真功能，采用FANUC0I系统的标准数控车床，虚拟完成电动工具转子芯轴的数控车床加工过程，以验证加工工艺的准确性和数控程序编写的正确性。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次毕业设计，我收获了很多，掌握了很多。
我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
关键词：
电动工具、数控车床、转子芯轴、工艺分析、数控编程
第一章绪论
1.1课题的背景及意义
20世纪60年代，由于科技发展水平的提升和世界经济的不断增长，专业级电动工具的应用开始兴起，专业级电动工具制造业率先在欧美发达国家实现产业化并迅速发展。
90年代，伴随着中国制造产业在全球的竞争力的提高，中国专业级电动工具制造业也开始起步，并逐渐显示出强大制造竞争力。
经过十多年的发展，中国专业级电动工具行业在承接国际分工转移的过程中不断发展，已成为国际专业级电动工具市场的主要供应国之一。
随着电动工具应用的发展，根据电动工具的应用领域的不同，电动工具行业习惯将整个行业大致分为通用级、专业级和工业级三个级别。
专业电动工具属资金密集、技术密集型产品，在发达国家生产成本过高，因此欧、美发达国家正在将电动工具制造基地转移到发展中国家特别是中国进行生产。
在欧美国家，专业电动工具广泛应用于建筑道路建设、金属加工和木材加工。
随着欧美出生率的下降，为了提高产量，专业电动工具必须具备较高的性能。
同时，随着工厂和建筑业中老年和女性工人的增加，对于重量轻、自动化和安全的专业电动工具的需求在逐年增加。
经过上世纪90年代以来的快速发展，全球专业电动工具的市场容量在2008年已达到约140亿美元，全球专业电动工具的需求量2006年-2008年来一直保持年均3%左右的增长率，市场规模稳定增加。
虽然2008年下半年开始受到金融危机影响，全球专业电动工具市场增长受阻，但从2009年以来的情况来看，市场正逐步恢复，预计全球专业电动工具市场容量在2012年将超过150亿美元。
从专业电动工具市场的发展趋势看，电动工具大都是手持进行操作，因此除了要求电动工具有较高的性能外，还要求电动工具轻巧、操作舒适、功能多样、对操作者和环境没有危害。
近年来，国外专业电动工具产品和技术发展趋势如下：
1）电子技术广泛应用：
2）电池式专业电动工具快速发展：
3）积极开发人性化环保型专业电动工具4）专业电动工具单位重量出力不断提高
世界电动工具的诞生就是从电钻产品开始的——1895年，德国Fein公司研制出世界上第一台直流电钻，这台电钻重量14公斤，外壳用铸铁制成，只能在钢板上钻4毫米的孔。
随后出现了三相工频（50Hz）电钻，但电动机转速没能突破3000r/min。
1914年，出现了单相串激电动机驱动的电钻，电动机转速达10000r/min以上。
1927年，出现了供电频率为150～200Hz的中频电钻，它既具有单相串激电动机转速高的优点，又具有三相工频电动机结构简单、可靠的优点，但因需用中频电流供电，使用受到限制。
60年代，出现了用镍镉电池作电源的无电源线的电池式电钻。
到70年代中后期，因电池价格降低，充电时间也缩短，这种电钻在欧美、日本得到广泛使用。
电钻最初用铸铁作外壳，后改用铝合金作外壳。
60年代，热塑性工程塑料在电钻上获得应用，并实现了电钻的双重绝缘。
60年代还出现了电子调速电钻。
这种电钻利用晶闸管等元件组成电子线路，以开关揿钮被揿入的深度不同来调节转速，从而使电钻在使用时能按被加工对象的不同（如材料不同、钻孔直径大小等），选择不同的转速。
电钻类电动工具是一种在各种材料和零件上钻孔的机械化工具。
它由电动机或电磁铁作为动力，通过传动机构驱动工作头进行作业。
在金属、塑料和类似材料上钻孔的称为电钻，而在砖石、混凝土和类似材料上打孔的称为冲击电钻、电锤等。
电钻类电动工具品种多、规格齐、产量大，需求量也大，广泛适用于建筑梁、板、柱、墙等的加固，装修、墙安装、支架、栏杆、广告牌、空调室外机、导轨、卫星接收器电梯、钢结构厂房等安装。
据历年行业资料，全世界每年消耗的大量电动工具，有80%是由中国工厂（包括国内企业和外资企业）生产并组织出口的。
据业内人士分析，其余20%由国外电动工具企业生产的电动工具（基本上是专业工具），有许多零部件也是中国企业生产并出口的。
当今世界科技日新月异，知识高速增长，科学技术已经成为了第一生产力，因而要求我们要有创新精神和创新能力。
数控技术是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术。
世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。
工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在"高精尖"数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
同时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，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：
桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标AC摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。
近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。
很多年来，随着科学技术的发展，机床数控技术经过了多次的改造，适应了现在的社会发展，但当前又出现了一些新的发展方向。
数控加工也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
这次的毕业设计则为我们的创新设计能力、综合设计能力，加强我们大学生的动手能力和工程实践的训练提供了一个崭新的平台。
通过对这个课题的研究，我们对在校学习的知识的理解有了巩固和加深。
在技能培训方面可以开放我们的思维，使理论和实际结合更加紧密。
1.2国内外研究状况综述
我国开始生产电动工具的历史还是比较早的，是从1942年开始的。
当时是模仿美国的一款电钻从而开创了我国生产电动工具的历史。
在1954年成为我国第一家专业电动工具制造厂。
1974年我国进行了单相串激电动工具联合设计，经过2年多的努力试制成了双重绝缘单相串激电钻，双重绝缘单相串激角向磨光机，手持式直向砂轮机三个系列以及双重绝缘单相串激模具电磨，曲线锯等20个品种规格的产品。
1976年开始筹建国家级的科研试验基地“中国电动工具检测中心”，“中国电工产品认证委员会电动工具认证站”于1985年通过验收，从此我国可以按照国际标准和国家标准，专业标准，对国内外各类电动工具的功能参数，安全，噪声，无线电干扰等各种质量参数进行全面的鉴定试验，形式认可，安全认证。
1895年，德国制造出世界上第一台直流电钻。
随后出现了三相工频（50Hz）电钻。
1914年，出现了单相串激电动机驱动的电动工具，电动机转速达10000r/min以上。
1927年，出现了供电频率为150～200Hz的中频电动工具，它既具有单相串激电动机转速高的优点，又具有三相工频电动机结构简单、可靠的优点，但因需用中频电流供电，使用受到限制。
60年代，随着电池制造技术的发展，出现了用镍镉电池作电源的无电源线的电池式电动工具。
但当时因价格昂贵，发展较慢。
到70年代中后期，因电池价格降低，充电时间也缩短，这种电动工具在欧美、日本得到广泛使用。
电动工具最初用铸铁作外壳，后改用铝合金作外壳。
60年代，热塑性工程塑料在电动工具上获得应用，并实现了电动工具的双重绝缘，保障了电动工具的使用安全性。
由于电子技术的发展，60年代还出现了电子调速电动工具。
这种电动工具利用晶闸管等元件组成电子线路，以开关揿钮被揿入的深度不同来调节转速，从而使电动工具在使用时能按被加工对象的不同（如材料不同、钻孔直径大小等），选择不同的转速。
从专业电动工具市场的发展趋势看，电动工具大都是手持进行操作，因此除了要求电动工具有较高的性能外，还要求电动工具轻巧、操作舒适、功能多样、对操作者和环境没有危害。
近年来，全球专业电动工具产品和技术发展趋势有：
1）电子技术广泛应用，包括电子调速和控速技术，以及开发机电一体化的智能电动工具。
2）电池式专业电动工具快速发展。
3）积极开发人性化环保型专业电动工具。
4）专业电动工具单位重量出力不断提高。
以上是目前国际上专业电动工具的市场趋势和技术发展趋势，我国专业电动工具将得到更新的发展。
通过学习国外先进的技术理念和正确研判市场趋势，我国将不仅成为专业电动工具生产大国，而且成为专业电动工具生产强国。
当然我国要不断被提高自己的技术水平，开拓新兴市场。
1.3本课题设计主要的内容及任务
本论文设计课题是电动工具转子芯轴的数控加工工艺与编程。
在指定的画图软件，FANUC-0Imate数控系统和相关仿真软件条件下完成电动工具转子芯轴的绘图、数控加工工艺分析、编程及其数控仿真加工。
本次毕业论文主要包括以下内容：
1）绘制CAD零件图；2）零件图的加工工艺分析；2）零件的加工工艺的分析；3）数控加工工序卡片的制定；4）零件的数控加工程序编制；5）零件的仿真加工及效果图。
第二章基于FANUC数控系统的数控车床
2.1南京宇航数控仿真软件的简介
南京宇航数控仿真系统提供车床、立式铣床、卧式加工中心、立式加工中心；控制系统有FANUC系统、SIEMENS系统、三菱系统、大森系统、华中数控系统、广州数控系统以及三菱系统系统。
丰富的刀具材料库,采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀，支持用户自定义刀具以及相关特征参数。
机床操作全过程仿真，仿真机床操作的整个过程；毛坯定义、工件装夹、压板安装、快速对刀、安装刀具、机床手动操作等仿真。
加工运行全环境仿真 仿真数控程序的自动运行和MDI运行模式；三维工件的实时切削，刀具轨迹的三维显示；提供刀具补偿、坐标系设置等系统参数的设定。
全面的碰撞检测 手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀柄刀具与夹具、压板、机床等碰撞，也包括机床行程越界及主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。
数控程序处理能够通过DNC导入各种CAD、CAM软件生成的数控程序，例如Mastercam、ProE、UG、CAXA-ME等，也可以导入手工编制的文本格式数控程序， 还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序。
目前国内的仿真系统：
（1）法兰克系统：
Fanuc0MD，Fanuc0TD，Fanuc0i-M，Fanuc0i-T，Fanuc18i-M，Fanuc18i-T
（2）西门子系统：
Siemens810D-M，Siemens810D-T，Siemens802D-M，Siemens802D-T，Siemens802S-M，Siemens802S-T，Siemens802SE-M，Siemens802SE-T
（3）华中数控系统：
华中世纪星HNC21-M,HNC21-T
（4）广州数控系统：
GSK-990M,GSK-980T,GSK-928MA,GSK-928TC
（5）大森数控系统：
DASEN3I-M,DASEN3I-T
（6）凯恩帝KND系统：
KND100-M，KND100-T
（7）三菱系统：
EZMotion-ncE60-M,EZMotion-ncE60-T
2.2FANUC-0imate数控系统介绍
日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面：
（1）系统在设计中大量采用模块化结构。
这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。
（2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。
其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％。
（3）有较完善的保护措施。
FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。
（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。
对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。
（5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。
这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。
（6）具有很强的DNC功能。
系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。
（7）提供丰富的维修报警和诊断功能。
2.3FANUC-0imate数控车床的构成
FANUC系统的典型构成如下：
（1）数控主板：
用于核心控制、运算、存储、伺服控制等。
新主板集成了PLC功能。
（2）PLC板：
用于外围动作控制。
新系统的PLC板已经和数控主板集成到一起。
（3）I/O板：
早期的I/O板用于数控系统和外部的开关信号交换。
新型的I/O板主要集成了显示接口、键盘接口、手轮接口、操作面板接口及RS232接口等。
（4）MMC板：
人机接口板。
这是个人电脑化的板卡，不是必须匹配的。
本身带有CRT、标准键盘、软驱、鼠标、存储卡及串行、并行接口。
（5）CRT接口板：
用于显示器接口。
新系统中，CRT接口被集成到I/O板上。
另外，还提供其他一些可选板卡等。
2.4数控车床加工工艺的主要内容
数控编制中的工艺处理包括：
1）零件图的分析
2）加工方案及加工路线的确定
3）机床的选择，选用FANUC0I标准数控车床（平床身前置刀架）
4）零件材料的选择，并设置材料的大小及长度
5）零件的装夹
6）刀具和切削用量的选择
7）刀具对刀，并建立加工坐标系。
8）数控程序编制或导入
9）数控加工及操作步骤
10）零件测量、检验其合格性
第三章电动工具转子芯轴数控车加工工艺及仿真
3.1电动工具转子芯轴的数控加工工艺
3.1.1零件图的分析
在数控车削加工中，零件车削加工成形轮廓的结构为两头加工的零件，零的轨迹精度要求高，零件的总体结构主要包括圆柱、倒角、沟槽、正反螺纹、齿轮等。
如图3-1所示，该零件表面由外圆柱面、槽、倒角及正反螺纹表面组成。
在数控车削的加工中，此零件重要的径向加工部位有齿顶直径da=6.48mm的齿轮（铣齿有效长度8），Φ8mm的圆柱段（圆跳动为0.012，表面粗糙度Ra=0.8μm），2x0.3的沟槽，Φ9mm的圆柱段，中间较长的Φ7.8mm的圆柱段车正反螺纹（t≥9，深0.2，圆跳动为0.13，表面粗糙度为12.5μm），Φ7mm圆柱度（圆跳动为0.012）。
未注的倒角为1x45°零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。
选用毛坯为Ø10x139的棒料，由于仿真软件中的材料没有20CrMnTi，用80F低碳钢替代。
图3-1电动工具转子芯轴
3.1.2加工方案及加工路线的确定
根据零件图样要求其加工工序为:
（1）建立工件坐标系。
（2）端面加工，采用35°的外圆车刀，可用G01指令。
（3）零件左边外圆粗车加工，可选用35°的外圆车刀，可用G71指令。
（4）零件左边外圆精车加工，可选用35°的外圆车刀，可用G70指令。
（5）零件左边的车槽加工，可选用宽2mm的车槽刀，可用G01指令。
（6）工件调头
（7）端面加工，采用35°的外圆车刀，可用G01指令。
（8）零件右边外圆粗车加工，可选用35°的外圆车刀，可用G71指令。
（9）零件右边外圆精车加工，可选用35°的外圆车刀，可用G70指令。
（10）零件右边的车八字螺纹槽加工，可选用60°的螺纹车刀，可用G92指令。
工序号
程序编号
零件图号
零件名称
使用设备
夹具编号
材料
加工内容
刀具号
刀具名称
刀具规
格/mm
主轴转速
加工余量
/mm
备注
车外轮廓
T0101
35°菱形外圆车刀
粗600
精1200
0.5
用G71车削
车沟槽
T0202
切槽刀
1200
用G70车削
车正反螺纹
T0303
60°外螺纹车刀
200
用G92车削
3.1.3各工序刀具及切削参数
数控加工刀具卡片见表3-1。
表3-1数控加工刀具卡片
3.1.4加工过程工艺卡片的设计
数控加工工艺卡见表3-2。
表3-2数控加工工艺卡
3.1.5程序的编制
工序
名称
工艺要求
2010.12
1
下料
Ø10X139棒料1根
3
数控车
工步
工步内容
刀具号
1
车端面（轴）
T01
2
自右向左粗车外轮廓（轴）
T01
3
自右向左精车外轮廓（轴）
T01
4
加工槽（轴）
T02
5
自右向左粗车外轮廓（轴）
T01
6
自右向左精车外轮廓（轴）
T01
7
车八字螺旋槽
T03
4
检验
材料
80F低碳钢
备注：
规格数量
Ø10X139
电动工具转子芯轴的数控编程如下表格。
（1）左端：
Φ6.48、Φ8、Φ9以及退刀槽的加工程序见表3-3。
表3-3加工程序
程序段号
O0055;
程序名
N010
M03S600G99T0101;
转速为600r/min，选用第一把刀
N020
G00X10Z2;
刀具定位至粗加工循环点
N030
G71U1R0.5;
粗车循环
N040
G71P1Q2U0.5F0.1;
N050
N1G01X4.48;
N060
Z0;
N070
X6.48Z-1;
N080
Z-13.5;
N090
X8;
N100
Z-20.5;
N110
X9;
N120
Z-31.5;
N130
N2X20;
粗车循环结束
N140
G00X100Z100;
快速退回
N150
M05;
主轴停转
N160
M00;
程序暂停
N170
M03S1200G99T0101;
主轴转速为1200r/min
N180
G00X10Z2;
刀具定位至精加工循环点
N190
G70P1Q2F0.05;
精车循环
N200
G00X100Z100;
快速退回
N210
M05;
主轴停转
N220
M00;
程序暂停
N230
M03S1200G99TO2O2;
主轴转速1200r/min，第二把刀，准备车沟槽
N240
G00X10Z2;
N250
G01Z-20.5;
N260
X7.4；
N270
G00X20;
N280
X100Z100;
快速退回
N290
M05;
主轴停转
N300
M30；
程序结束
（2）右端：
Φ7、Φ7.8的加工程序见表3-4。
表3-4加工程序
程序段号
O0066;
程序名
N010
M03S600G99T0101;
转速为600r/min，选用第一把刀
N020
G00X10Z2;
刀具定位至粗加工循环点
升级会员 