学士学位论文基于螺纹轴数控工艺规程的制定与加工数控文档格式.docx
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关键问题：
目前，自动分拣系统在生产工业领域的一个研究热点，该系统主要有机械手的运用和plc的步进指令编程。
而自动分拣系统的软件编程是这设计的基础，关系着整个系统的成败。
本文正是以基于机械手中电动机转动为研究对象，并结合plc软件编程控制进行了一系列研究，最终提出了一整自动分拣机plc控制系统实现方案，并进行了实现。
选题的目的和意义
目的：
本文主要针对生产线上的自动化设计了一个分拣机械手，该机械手能实现机械手的伸缩，升降，吸住和放下等动作，传送机分拣货物装置可分别检出大、小铁球，放入相应的箱子中，控制系统采用PLC控制，机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。
意义：
随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，自动分拣系统就是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它能部分地代替人工操作；
能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；
广泛的应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
预期达到的目标
（1）.机械手的运转方面：
1）如何实现机械手的上升，下降等操作；
2）机械手如何能够将产品分拣出来。
以上这些都将给我们的设计带来难度
（2）plc的步进指令编程方面：
1）首先要把整个控制过程按任务要求分解，如何画出机械手系统控制过程的流程图；
2）分配，确定状态器元件，弄清每个被分配状态器的功能；
3）如何编写程序
设计方案
（1）据控制要求，分析控制系统，完成系统的硬件和软件设计。
（2）搭建实际电路或借助PLC实验箱完成调试
计划进度
12月19日----1月10日：
查阅、收集相关技术资料，完成开题报告。
1月11日---1月25日：
据设计要求，制定总体设计规划，拟定论文提纲。
1月26日---2月10日：
执行系统设计。
2月11日---2月26日：
驱动系统设计。
2月27日---3月3日：
控制要求分析。
3月4号-----3月17日：
控制系统设计。
3月18日---3月31日：
选择合适的PLC、I/O点数分配。
4月1日---4月14日：
PLC程序设计。
4月15日---4月28日：
完成论文的修订工作，制作幻灯片。
4月29日---5月20日：
准备答辩。
参考文献
[1]廖常初主编.《PLC基础及应用》.机械工业出版社,2004
[2]《简明维修电工手册》机械工业出版社,1993
[3]赵金荣主编.《可编程序控制器原理及应用》上海应用技术学院
[4]易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》上海科普出版社
[5]方承远主编.《工厂电气控制技术》机械工业出版社
[6]王永华主编.《现代电气及可编程技术》机械工业出版社
[7]汤以范主编.《电气与可编程序控制器技术》机械工业出版社
指导教师
意见
指导教师签字：
年月日
可行性论证结论
教研室主任签字：
1.零件图的分析
1.1零件图的正确性及完整性分析
零件图是零件加工的基础，在进行零件工艺规程制订之前，必须检查其正确性及完整性。
该零件包括圆柱，圆锥，顺圆弧，逆圆弧，沟槽，螺纹以及内孔等表面，零件图表达直观、清楚，绘制符合国家绘图标准；
尺寸、公差以及技术要求的标注齐全、合理，符合国家制图标准，且有利于编制程序时的数据分析和计算；
表面粗糙度的标注则明确了各加工面的加工精度要求。
综上所述，该零件图正确且完整！
1.2零件结构及结构工艺性分析
对零件进行工艺分析的一个主要内容就是研究，审查机器和零件的结构工艺性。
所谓零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制造的可行性和经济性。
结构工艺性好可以方便制造，降低制造成本；
不好的结构工艺性会使加工困难，浪费材料，浪费工时，甚至无法加工。
对于该零件的结构工艺性：
1）加工时有利于刀具的进入和退出，确保了加工的可能性和方便性
2）零件的尺寸精度，表面粗糙度要求经济合理
3）零件结构便于装夹，只需两次装夹就能完成全部加工，有利于保证位置精度，也提高了生产效率
4）使用标准刀具即能加工
5）尺寸标注方便数控编程
综上所述，根据现有生产条件来说，该零件结构工艺性较好！
1.3零件精度及技术要求分析
对零件进行工艺分析，不仅要对零件的结构工艺性进行分析，也要对零件的技术性进行分析！
分析技术要求主要包括以下几个方面：
1）加工表面的尺寸精度
2）主要加工表面的形状精度
3）主要加工表面之间的相互位置精度
4）加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求
5）热处理要求
6）其他要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）
要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。
该螺纹轴零件φ40±
0.02㎜，φ50±
0.02㎜的尺寸精度均为IT8，表面粗糙度Ra值均为1.6μm；
φ44±
0.02㎜的尺寸精度为IT8，Ф32
㎜的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值均为3.2μm，长度尺寸有37±
0.1㎜及121±
0.1㎜的要求。
该零件的加工精度及表面粗糙度要求不是很高，在现有生产条件下能够实现，且经济合理。
零件材料为45钢，是当今最常用的工业金属之一，广泛应用于机械制造，这种钢的机械性能及切削加工性能较好，且相对于铝合金、黄铜价格便宜。
材料无热处理和硬度要求，在加工完成后零件有毛刺需要去除，以保证表面的光洁度和外形的美观。
综上所述，该零件的加工具有可行性！
2.数控设备选择
选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，即能够加工出合格的零件。
其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。
数控机床与普通机床相比，具有较强的适应性和通用性，具有更高的加工精度和稳定的加工质量，具有较高的生产率。
数控机床的特点：
1）加工精度高
2）对加工对象适应性强
3）加工复杂工件比较方便
4）加工生产率高
5）易于建立计算机通信网络
数控机床的适用范围：
数控机床最适合在单件、小批量的生产条件下，加工具有下列特点的零件：
用普通机床难以加工的形状复杂的曲线、曲面零件;
结构复杂，要求多部位，多工序加工的零件；
价格昂贵、不允许报废的零件；
要求精密复制或准备多次改变设计的零件。
由于该零件为单件生产，且含有用普通机床难以加工的曲面。
所以采用数控机床较好。
本零件可直接采用数控机床加工，只需装夹两次，就能完成零件的全部加工，加工精度好，加工质量好，生产效率高。
当然，若由普通机床和数控机床联合加工，也能加工出零件，但需要多次装夹，且加工质量和加工精度较数控机床较差，又耗时。
结合零件的特点及当前的生产条件，宜选用华中数控卧式车床CK6132S！
3.零件定位基准及装夹方式的确定
3.1选择定位基准
定位基准的选择是制订工艺规程的一个重要问题，它直接影响到工序的数目、夹具结构的复杂程度及零件精度是否易于保证。
定位基准一般分为粗基准和精基准。
在工件机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准。
而在随后的工序中用已加工过的表面来作定位的基准则为精基准。
选择定位基准时,主要是从保证工件加工精要求出发,因此定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准。
精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也要照顾到装夹方便，夹具结构简单。
因此，进行数控加工时，选择精基准一般应考虑以下原则：
1）基准重合原则
2）基准统一原则
3）便于装夹原则
4）便于对刀原则
粗基准的选择应从保证加工面有足够余量，并尽快获得精基准来考虑。
选择粗基准可按照以下原则进行：
1）合理分配加工余量原则
2）保证零件相互位置要求的原则
3）便于夹紧原则
4）粗基准不得重复使用的原则
由于该件为轴类零件，且毛坯材料为45钢，外圆柱表面毛坯余量均匀，较为光洁，
定位可靠，夹紧方便，所以宜采用毛坯外圆柱表面作为粗基准。
该件采用已加工出的φ44的外圆柱面作为精基准，满足了基准统一原则，保证了各加工面的相互位置精度，且该精基准能使工件安装可靠，而且便于对刀，满足了便于装夹原则，便于对刀原则。
3.2确定工件的装夹方式
轴类工件进行数控加工时，常用的装夹方式：
1）用三爪自定心卡盘装夹：
外形规则的中小型工件
2）用两顶尖装夹：
长度尺寸较大或加工工序较多的工件
3）用卡盘和顶尖装夹：
加工较重工件
4）用双三爪自定心卡盘装夹：
精度要求高，变形要求小的细长轴类工件
5）用四爪单动卡盘装夹：
大型或形状不规则工件的单件小批生产
6）用专用夹具装夹：
通用夹具无法装夹的，批量较大的工件
由于该螺纹轴零件为单件生产，且为外形较规则的小型零件，故选用三爪自定心卡
盘装夹。
方便省时且自动定心好！
4.选择刀具及对刀
4.1正确选择粗、精加工刀具
数控加工对刀具的要求较高，尤其对刀具的刚度和耐用度方面更严格。
刚性不好，降低生产效率，在加工中易打刀，刀具耐用度差，需经常更换刀具对刀，从而增加辅助时间，影响加工效率，且易在工件表面留下接刀痕迹，影响表面质量。
根据零件的结构选择刀具的形状及尺寸，保证零件在加工过程中，刀具不与工件产生干涉和碰撞也至关重要。
根据该零件所需加工的表面，我共选用了5把车刀，分别为：
外圆车刀、外切槽刀、外螺纹刀、内孔车刀及内切槽刀。
刀片全部为硬质合金，故刚度和耐用度均较好，而且刀具的选择也保证了在加工过程中不与工件产生干涉及碰撞。
4.2确定对刀方式及对刀点
4.2.1对刀方式
对刀是在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一基准点的过程。
对刀的目的是通过确定刀具起始点建立工件坐标系及设置刀偏量。
对刀是进行数控加工应具备的最基本技能，对刀的准确性决定了零件的加工精度，对刀的效率也直接影响数控加工的效率。
在实际中最常用的对刀方式是试切对刀法。
虽说此方法占用机床时间较长，但由于操作简单，所需辅助设备少，因此，广泛应用于经济型数控机床。
因我加工此件选择的设备为华中CK6132S经济型数控卧式车床，所以采用手动试切对刀法。
其步骤如下：
1）装夹好工件和刀具
2）进入“手动”方式，并使主轴进行中速旋转
3）手动车端面，车削后，保持Z轴不变，沿+X退出，停止主轴，并把“刀偏表”中Z向显示置0。
4）手动车一小段外圆（足够卡尺测量就好），车削后，保持X轴不变，沿+Z退出，停止主轴，测量直径，并把“刀偏表”中X向显示输入实际直径值。
5）对刀完毕。
根据所需依次进行对刀。
4.2.2对刀点
对刀点是用以确定工件坐标系相对于机床坐标系之间的关系的点，是用来确定刀具与工件的相对位置关系的点。
确定对刀点的位置需注意：
1）对刀点在机床上方便对刀，便于观察和检测，编程时便于数学处理和有利于简化编程
2）尽量与工件的设计基准或工艺基准相一致
3）尽量使加工程序中空行程路线较短，并便于换刀
因该螺纹轴零件的毛坯尺寸为φ55×
125mm，所以我把对刀点选为X58Z2，这样可实现零件的快速加工。
4.3合理确定换刀点
换刀点是指在编制加工中心、数控车床等多刀加工的各种数控机床所需加工程序时指定用于换刀的位置点是相对于机床固定原点而设置的一个自动换刀或换工作台的位置。
进行换刀点的位置设置时需注意：
1）保证换刀时刀具与工件或机床不发生碰撞
2）尽量减少换刀时的空行程距离
对于此零件我把换刀点位置选为X100Z100，这样设置能够保证换刀时刀具与机床
不发生碰撞，而且便于快速进刀。
如果将换刀点设置太远，则必然增加换刀时的空行程距离；
若太近，则会发生碰撞。
因此，该位置较为合理。
5.制订合理的加工方案
5.1划分数控加工工序
工序主要是指一个或一组工人在一个工作地点或一台数控机床上，对同一个或几个工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程。
划分是否为同一工序的主要依据是：
工作地点（或机床）是否变动和加工是否连续。
在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序：
1）以一次安装所进行的加工作为一道工序
2）以一个完整数控程序连续加工的内容为一道工序
3）以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序
4）以粗精加工划分工序
为更好的完成加工，现拟定两种加工方案：
方案一：
根据装夹次数划分工序：
以一次安装所进行的加工作为一道工序
工序一：
车端面，加工右端外轮廓
工序二：
调头，加工左端内外轮廓
方案二：
以粗精加工划分工序
车端面，粗加工右端外轮廓
粗加工左端内外轮廓
工序三：
精加工右端外轮廓
工序四：
精加工左端内外轮廓
方案分析：
两种方案相比较，方案一，工序集中，两次装夹可以把内外轮廓全部加工出来，而且粗加工走刀路线较短，并且遵循以一次安装所进行的加工作为一道工序的原则。
方案二，多次调头，不利于保证相互位置精度，工序比较分散，工序分散不能体现数控加工的特点。
综上所述，对于该螺纹轴的加工我选择方案一！
5.2合理确定工步顺序及走刀路线
5.2.1工步顺序
工步主要是指在加工表面，加工刀具不变，切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下所完成的那部分工序。
划分是否为同一工步主要依据是：
上述三个因素中任一改变，即为不同工步。
1）车右端面
2）粗车右端外轮廓，留0.5mm精车余量
3）精车右端外轮廓，保证其加工精度及表面粗糙度
4）切槽（宽5mm）
5）车M30×
2螺纹并保证其加工精度
1）车端面，保证长度121±
0.1mm
2）钻孔（直径25mm）
3）粗车左端外轮廓，留0.5mm精车余量
4）精车左端外轮廓，保证其加工精度及表面粗糙度
5）粗车左端内轮廓，留0.5mm精车余量
6）精车左端内轮廓，保证其加工精度及表面粗糙度
7）切内槽（宽5mm）
5.2.2走刀路线
走刀路线是指数控机床加工过程中刀具相对零件的运动轨迹和方向。
进行走刀路线确定时，首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，进给路线和空行程最短，精加工连续切削，保证表面质量，中间不允许断刀。
精加工：
沿零件轮廓顺序进给
粗加工：
三角形循环、矩形循环、沿零件轮廓进给。
在同等条件下，优先采用进给路线最短的矩形循环，可以有效提高生产率、降低刀具的损耗等。
结合本零件的特征及精度要求，应先加工右端外轮廓，再加工左端内外轮廓。
由于该零件为单件生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面粗车进给路线可沿零件轮廓顺序进行。
精车路线，采用沿零件轮廓顺序进给连续加工完成。
走刀路线详见走刀路线图！
6.确定数控加工余量、工序尺寸及公差
6.1确定数控加工余量
加工余量指加工时从加工表面上切去的金属层厚度。
加工余量分为工序余量和总余量。
工序余量是指某一表面在一道工序中被切除的金属层厚度。
总余量是指零件从毛坯变为成品时从某一表面所切除的金属层厚度。
加工余量的确定方法：
1）查表修正法
2）经验估计法
3）分析计算法
对于该件余量的确定，我主要采用查表修正法及经验估计法。
6.2确定工序尺寸及公差
每道工序所应保证的尺寸叫工序尺寸。
当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合时，工序尺寸及公差的确定步骤如下：
1）定毛坯总余量和工序余量
2）定工序公差
3）求工序基本尺寸
4）确定工序尺寸及公差
7.合理确定切削用量
切削用量是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控车床的加工效率，而且直接影响加工质量，因此数控加工中切削用量的确定至关重要。
数控车削中的切削用量是表示车床的主运动和进给运动速度的重要参数，在加工程序的编制中，选好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度三者间能互相适应，形成最佳切削参数，工艺处理的重要内容之一。
它对切削力、功率消耗、刀具磨损、刀具耐用度、加工精度和表面质量等均有明显影响，因此合理选择切削用量对提高切削效率，保证加工质量和降低成本具有重要作用。
所谓合理选择切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
要确定合理的切削用量，既要从理论上充分认识切削用量，又要将理论上得出的切削用量运用到实际中去，这样才能综合机床、刀具、加工材料确定最佳的切削用量。
对于粗加工，应从零件加工的经济性来选择切削用量；
对于精加工，应根据零件的加工精度，特别是表面粗糙度来选择切削用量。
7.1确定被吃刀量
背吃刀量ap是待加工表面和已加工表面之间的垂直距离。
车削圆柱面时ap=（dw-dn）/2
其中，dw----待加工表面
dn----已加工表面
选择背吃刀量时应注意：
1）在机床主体、夹具、刀具、零件这一系统刚性允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。
2）当零件的精度要求较高时，应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削所留余量小，常取0.1～0.5mm。
3）若切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽可能使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以防刀尖过早磨损。
7.2确定进给量及进给速度
7.2.1确定进给量
进给量是工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离。
粗加工时，工件表面质量要求不高，但切削力往往很大，合理进给量的大小主要受机床进给机构强度、刀具强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。
精加工时，合理进给量的大小则主要受加工精度和表面粗糙度的限制。
所以，粗加工时，在条件允许的范围内，选取的进给量要大一些。
精加工则应以保证加工精度和表面粗糙度来选取了。
粗车进给量一般取0.3～0.8mm/r；
精车进给量一般取0.1～0.3mm/r；
切断进给量一般取0.05～0.2mm/r。
7.2.2确定进给速度
进给速度主指在单位时间里，刀具沿进给方向移动的距离。
有些数控机床规定可选用每转进给量表示进给速度。
选择进给速度时应注意：
1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。
一般在100～200mm/min范围内选取。
2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。
3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。
4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高进给速度。
5）进给速度应与主轴转速和切削速度相适应
7.3确定切削速度及主轴转速
7.3.1确定切削速度
切削速度是指在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件主运动的速度。
在背吃刀量和进给量选定后，根据合理的刀具使用寿命计算或查表来选定切削速度。
选择切削速度时应注意：
1）粗车时，ap和f较大，故选择较低的v；
精车时，ap和f较小，故选择较高的v
2）工件材料硬度、强度高时，应选较低的v；
加工奥氏体不锈钢、钛合金和高温合金等难加工材料时，只能取较低的v
3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20%～30%；
切削调质状态的钢比切削
正火、退火状态钢要降低切削速度20%～30%；
切削有色金属比切削中碳钢切削速度可提高100%～300%
4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选的愈高。
5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域
6）断续切削时，为减少冲击和热应力，宜降低切削速度
7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度
8）加工大件、细长件和薄壁工件或加工带外皮的工件时，应适当降低切削速
7.3.2确定主轴转速
在确定主轴转速时，需要先确定其切削速度，而切削速度又与进给量和背吃刀量有关。
主轴转速的确定方法，除加工螺纹外，其他与普通车削时一样，应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
在生产中，主轴转速可用S=1000vC/πd来计算
其中，S----主轴转速,单位r/min
vC----切削速度,单位m/min
d----工件待加工表面直径，单位mm
在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐的主轴转速范围会有所不同，如大多数经济车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：
S≤1200/P-k
其中，P----被加工螺纹螺距或导程
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