数控技术专业毕业设计课题.docx

数控技术专业毕业设计课题.docx

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数控技术专业毕业设计课题

数控技术专业毕业设计课题

课题一：

零件的数控加工工艺编制

课题二：

外壳造型设计

课题三：

数控车床零件加工

课题四：

数控铣床及加工中心产品加工

课题五：

CA6140普通车床数控化改造

课题六：

MasterCAM软件应用课程设计

课题七：

机械手控制设计

课题八：

《数控加工工艺》课程多媒体课件制作

课题九:

挂图制作

课题十:

基于×××企业的生产管理模式调研

课题一：

零件的数控加工工艺的编制

一、设计条件：

1、零件图如图所示：

2、技术要求如下：

（1）、以中批量生产条件编程。

（2）、不准用砂布及锉刀等修饰外表。

（3）、未注倒角1×45o,锐角倒钝0.2×45°。

（4）、未注公差尺寸按GB1804-M。

（5）、端面允许打中心孔。

（6）、毛坯尺寸：

（φ55×150）。

（7）、材料：

45#,调质处理HRC26~36

二．设计具体要求：

1．编制工艺过程卡；2．计算编程尺寸；

3．画出加工路线图；4．画出刀具调整图；

5．列出数控刀具表；6．编制加工工序卡；

7．编写数控加工程序。

课题二：

外壳造型设计指导老师：

李广坤

一、设计目的及基本任务：

着重提高学生在CAD—CAM软件应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。

学生通过创建外壳造型、模具开模仿真、模具的加工、模具加工图的输出、资料整理等环节，初步掌握应用CAD—CAM进行模具设计的方法和基本技能。

二、毕业设计的基本要求

1．掌握外壳的造型方法；

2．初步掌握用分型面法创建分型面、分割体积块；

3．熟悉模具的开模仿真操作，进一步加深理解设计外壳的凸模和凹模流程；

4．了解对模具的NC加工操作方法，利用CAM产生模具加工所需的NC代码；

5．熟练运用AutoCAD软件将模具二维工程图，进行输出打印；

6．培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力；

7．通过毕业设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

三、外壳造型设计参考图：

课题三：

数控车床零件加工指导老师：

毛灵燕

一、设计目的：

1、能对数控车床零件进行加工工艺分析，制定有关卡；

2、掌握常见数控车削零件的编程，并能运用有关编程软件对复杂零件进行自动编程；

3、掌握数控车床日常保养与维护。

二、设计具体要求：

1、设计说明书一份（字数不少于5000字），必须包含以下内容：

①零件加工方案；

②零件加工工艺方案，工艺流程卡；

③零件加工工序卡片；

④零件加工程序卡片。

2、以组为单位上交完整零件（学校提供数控机床，检、量具；自备毛坯、刀具）。

三、附加工图样：

装配图

零件图

课题四：

数控铣床及加工中心产品加工指导老师：

彭苏

一、设计目的：

1、能对数控铣床及加工中心零件进行加工工艺分析，制定有关卡；

2、掌握常见数控铣削零件的编程，并能运用有关编程软件对复杂零件进行自动编程；

3、掌握数控铣床及加工中心日常保养与维护。

二、设计具体要求：

1、设计说明书一份（字数不少于5000字），必须包含以下内容：

①零件加工方案；

②零件加工工艺方案，工艺流程卡；

③零件加工工序卡片；

④零件加工程序卡片。

2、以组为单位上交完整零件（学校提供数控机床，检、量具；自备毛坯、刀具）。

三、附加工图样：

课题五：

CA6140普通车床数控化改造指导老师：

倪祥明

一、设计内容

1、设计概述

2、总体方案的设计

3、进给伺服系统机械部分设计与计算

4、控制系统的设计

5、第一象限直线插补框图及软件流程图

二、设计要求

1、

2、主传动机构传动链不改装

3、控制系统采用MCS-51系列单片机扩展系统

三、完成任务

1、纵向进给机构装配图一张（A2）

2、电气控制线路图一张（A3）

3、改造说明书一份。

课题六：

MasterCAM软件应用课程设计指导老师：

李广坤

一.设计条件:

1.零件为轴栓,零件的图形如下图所示.

2.材料为HT200.

二.设计的内容及要求:

1.画出该零件的二维图形,并按图形所示标出尺寸,保存文件在软盘上.并用A3的图纸打印图形.

2.建构出该零件的三维图形,并保存文件在软盘上.

3.设计加工该零件的毛坯尺寸及加工余量.

4.设计该零件的加工工艺与加工路线,及所用的刀具,夹具.

5.用2D及3D的加工方法,设计出刀具路径,并保存文件在软盘上.

6.生成NC加工程序单,并进行修正,保存文件在软盘上.

三、设计图样

课题七：

机械手控制设计指导老师：

叶俊

一、机械手工作过程：

每次循环动作均从原位开始。

二、控制要求

1．在传输带A端部，安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。

当光电开关检测到物品时为ON状态。

2.机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。

当光电开关检测到物品后，传送带A停。

3．传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B（连续运转）上。

4.机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。

5．按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。

6.机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。

7.抓紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。

8.机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。

9.抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。

放松动作为时间控制（设为2s）。

三、设计要求：

2.用PLC技术设计（OMN型）

课题八：

多媒体课件制作指导老师：

倪祥明

制作要求：

1．应用powerpoint或flash软件进行《数控加工工艺》课程任两章内容的多媒体课件制作；

2．要求课件内容正确、充实，设计新颖，图文并茂；

3．要求上交电子文档一份，打印纸制一份（A4）

课题九:

挂图制作指导老师：

李记春

制作要求：

1．应用powerpoint或flash软件进行《数控加工工艺》课程任两章内容的多媒体课件制作；

2．要求课件内容正确、充实，设计新颖，图文并茂；

3．要求上交电子文档一份，打印纸制一份（A4）

课题九：

我国数控技术的现状及发展趋势（论文）

论文撰写要求：

1．严禁上网整篇下载剽窃，可以上网查阅资料，并有选择性的引用；

2．严格按照论文的撰写要求，格式标准，内容正确无误，并组合自己在专业学习中对数控技术在我国发展的把握来组织内容；

3．字数不得少于5000字；

4．要求上交打印（A4）一份，电子文档一份，电子文档可以发到指导教师的电子邮箱中。

烟台工程职业技术学院

数控技术系系数控设备应用与维护专业级

毕业设计（论文）

题目:

数控机床主轴部件及维护

姓名学号

指导教师（签名）

二○年月日

烟台工程职业技术学院毕业设计（论文）

诚信承诺书

本人慎重承诺：

我所撰写的设计（论文）《数控机床主轴部件及维护》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。

如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承当相应责任。

毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。

学生（签名）

年月日

【摘要】………………………………………………………………………………4

【前言】………………………………………………………………………………4

一、数控机床概况……………………………………………………………………5

（一）数控机床的产生………………………………………………………………5

（二）数控机床的特点………………………………………………………………5

（三）数控技术发展趋势……………………………………………………………6

二、数控维护概况和特点……………………………………………………………7

（一）数控维护概况…………………………………………………………………7

（二）数控维护特点…………………………………………………………………8

三、数控主轴维护的内容……………………………………………………………8

（一）主轴部件的性能要求…………………………………………………………8

（二）主轴的机械结构………………………………………………………………9

（三）主轴的传动……………………………………………………………………13

（四）主轴的维护……………………………………………………………………15

四、主轴常见故障诊断及实例………………………………………………………16

（一）故障现象故障原因…………………………………………………………16

（二）主轴故障诊断实例……………………………………………………………17

结论、致谢……………………………………………………………………………18

参考文献……………………………………………………………………………19

数控机床主轴部件及维护

【摘要】：

随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。

数控机床的主轴技术也是相当的重要，但往往也会出现故障,外此给操作人员带来便,为了发挥数控机床的使用效率,本文中介绍了数控机床主轴常见的故障及对它的故障分析和解决的方法,结合原理图来加以说明。

关键词：

数控技术，主轴结构，故障诊断。

前言

随着科学技术的迅速发展，数控机床以其高效、高精度以及加工灵活可变的特点，在各行各业取得了越来越广泛的应用，在许多场合，它已成为企业保证产品质量、提高生产效率和管理水平的关键设备之一。

通过科学的方法、行之有效的措施，迅速判别故障发生的原因，随时解决出现的问题，既保障数控机床的安全、可靠运行，提高设备使用率的关键所在，也是当前数控机床使用过程中亟待解决的问题之一。

本论文从主轴部件、主轴驱动以及常见的机械结构入手，深入浅出地说明了数控机床主轴故障诊断与维护的基本方法和步骤；并通过典型主轴部件故障实例，具体详细地介绍了故障的分析与处理过程；突出了内容的先进性、实用性与技术的综合性。

旨在提高数控机床维修工作的快速性与针对性，克服盲目性与片面性，以其达到多、快、好、省的维修效果。

一、数控机床概况

（一）数控机床的产生

数控机床（NumericalControlMachineTools）是用数字代码形式的信息，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

数控机床在机械制造技术和控制技术的发展上发展起来的，其过程大致如下。

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。

1949年，该公司与美国麻省理工学院（MIT）开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。

1959年，数控装置采用了晶体管元件和印制电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，成为加工中心（MCMachiningCenter），使数控装置进入了第二代。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

20世纪60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（CNC），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控装置（MNC），这是第五代数控系统。

20世纪80年代末，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编程的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控工具破损和自动检测工件等功能。

20世纪90年代末后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装CNC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。

（二）数控机床的特点

数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。

它包括主机、数控装置、驱动装置、辅助装置。

　数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。

与普通机床相比，数控机床有如下特点：

1.加工精度高，具有稳定的加工质量。

2.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。

3.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。

4.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

5.机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高。

6.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间。

（三）数控技术发展趋势

从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。

随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。

高速、精密、智能、复合和多轴联动是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。

1.数控系统向高速化方向发展

功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。

全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平.

2．数控系统向精密化方向发展

精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05μm左右。

超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。

采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001μm）。

通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、外表粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。

3．数控系统向智能化方向发展

智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。

如：

自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。

4．数控系统向复合化方向发展

在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。

柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。

5．数控系统向多轴联动化方向发展

由于在加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比拟简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工外表的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系统开发商不遗余力地开发5轴、6轴联动数控系统，随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。

随着电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。

数控机床性能在高速度、高精度、复合化、智能化和多轴联动化取得了长足的进步。

现代制造业正在迎来一场新的技术革命。

二、数控维护概况和特点

（一）数控机床维护概况：

数控系统的日常维护与保养数控机床的维护是个综合性的内容，它是以数控系统为核心，辅以机械、电器、液压、气压等专业内容。

当数控系统经过长时间的应用后性能降低，电子元器件老化甚至于损坏，有些机械部件更是磨损较大，为使数控机床发挥更大效益，防止各类故障的发生，特别是重大恶性事故的发生，就应做好日常数控系统维护与保养。

1.做好数控机床的系统维护和保养。

可根据实际情况参照各类数控设备使用说明书等，因地制宜地制定日常维护与保养制度。

日常维护与保养可分为每天检查（常规检查）、每月检查（有针对性地检查）、每季度检查（重点检查）、半年检查（专项检查）、年总检查（全面检查）等定期检查。

2.对一些运动频繁的元器件、部件、机械传动部分、驱动部分都应该列为定期检查的对象。

例如，要经常检查定位精度有无误差；经常检查数控系统是否运转正常，随时排除可能影响其正常运转的各种因素；存储器供电电池如需更换，则应在数控系统通电的状态下更换电池，以确保存储的参数不丢失。

3.对于机床润滑、加工用冷却液、传动丝杠（轴）、导轨、机械精度、液压、气压等部件要充分保养维护。

（二）数控机床维护的特点

1.数控机床是高投入、高精度、高效率的自动化设备；

2.一些重要设备处于关键的岗位和工序，故障停机时，影响产量和质量

3.数控机床在电气控制系统和机械结构比普通机床复杂，故障检测和诊断有一定的难度。

数控机床是集传统机械加工技术、现代电子、液压、气压等技术于一体的高精端设备，为了充分利用数控机床的高技术成果，满足实训教学需要，必须对数控机床进行正确的操作和精心的养护，以保证设备的正常使用和运行。

数控机床是集传统的机械、电子、液压、气压等技术于一体的高端技术设备，具有价格昂贵、技术含量高等特点。

这就决定了数控机床对使用环境、技术操作要求都比拟严格，因此数控机床的工作环境与使用比其他机械设备的要求更高。

所以，在安装数控机床时，应严格按说明书的要求选择符合该设备安装条件的场地进行安装使用，有条件的应将数控机床单独隔离于其他机械设备安装使用

三、数控主轴概况

（一）主轴部件的性能要求

高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。

成组高精度轴承（滚动/静压/磁力/陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求

（二）主轴的机械结构

主轴组件由主轴、主轴轴承和安装在主轴的传动件，密封件等组成。

主轴是数控机床的重要组成部分。

机床的主轴部件是机床重要部件之一，它带动工件或刀具执行机床的切削运动，因此数控机床主轴部件的精度，抗振性和热变形对加工质量有直接的影响，由于数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。

主轴在结构上要处理好卡盘或刀具的装卡，主轴的卸荷，主轴轴承的定位和间隙调整，主轴部件的润滑和密封等一系列问题。

对于数控镗铣床的主轴为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设计有刀具的自动装卸，主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置

1.数控机床的主轴轴承配置

（l）前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对角接触球轴承（如图）

这种配置形式使主轴的综合刚度得到大幅度提高，可以满足强力切削的要求，所以目前各类数控机床的主轴普遍采用这种配置形式。

（2）前轴承采用高精度双列向心推力球轴承（如图）。

角接触球轴承具有较好的高速性能，主轴最高转速可达4000r／min，

但是这种轴承的承载能力小，因而适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。

（3）双列圆锥滚子轴承和圆锥滚子轴承（如图）

这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较大的动载荷，安装与调整性能好，但是这种轴承配置方式限制了主轴的最高转速和精度，所以仅适用于中等精度、低速于重载的数控机床主轴。

2．主轴卡盘

（1）液压驱动动力的自定心卡盘

（2）拉刀机构及吹净装置

（3）主轴准停装置

主轴准停装置的工作原理

在传动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体的对应主轴准停的位置上，装有磁传感器2。

当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，主轴以最低转速慢转很少几转后，永久磁铁3对准磁传感器2，磁传感器感受永久磁铁3的磁场，并发出准停信号。

（4）主轴内刀具的自动夹紧和切屑清除装置

①自动夹紧结构概述

在自动换刀的数控机床中为了实现刀具在主轴内的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构刀杆采用7：

24的大锥度锥柄，采用大锥度的锥柄既有利于定心，也为松夹带来了方便。

在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥柄的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。

在蝶形弹簧8的作用下，拉杆7始终保持约10000N的拉力；并通过拉杆右端的钢球6将刀杆的尾部轴颈拉紧。

换刀时首先将压力油通入主轴尾部的液压缸左腔，活塞1推动拉杆7向有移动，将刀柄松开，同时使蝶形弹簧8压紧。

拉杆7的右移使右端的钢球6位于套筒的喇叭口处，消除了刀杆上的拉力。

当拉杆继续右移时，喷气嘴的端部把刀具顶松，使机械手方便地取出刀杆。

机械手将应换刀具装入后，电磁换向阀动作使压力油通入油缸右腔，活塞1向左退回原位，蝶形弹簧复原又将刀杆拉紧、螺旋弹簧2使活塞1在液压缸右腔无压力油时也始终退在最左端。

当活塞处于左右两个极限位置时，相应限位开关12、13发出松开和夹紧的信号。

②清除主轴孔内的灰尘和切屑

如果主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔外表和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏了刀杆的正确定位，

影响零件的加工精度，甚至会使零件超差报废。

为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气吹屑。

为了提高吹屑效率，喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀布置。

（三）主轴的传动

1.数控机床主传动的特点

数控机床与普通机床比拟具有以下特点：

（1）转速高，功率大，它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。

（2）主轴转数的变换迅速可靠，并能自动无级变速，使切削工作始终在最佳状态下进行。

（3）为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。

2.数控机床主轴的变速方式

数控机床的主传动要求较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和外表质量。

数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的再求。

故大多数数控机床采用无级变速系统，

3.数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式。

（1）带有变速齿轮的主传动（如图）

这种配置方式大、中型数控机床采用较多。

它通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无级变速，确保低速时的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。

但有一部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。

滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。

（2）通过带传动的主传动（如图）

主要应用在小型数控机床上，可以