数控专业毕业论文箱体类零件机加工工艺及夹具设计.docx
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数控专业毕业论文箱体类零件机加工工艺及夹具设计
数控专业—毕业论文—箱体类零件机加工工艺及夹具设计
箱体类零件机加工工艺及夹具设计
毕业论文设计说明书
题目:
箱体类零件机械制造加工工艺
绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1数控技术发展趋势及产业化思考…….………………...
2数控机床的发展史„„„„„„
3数控机床的组成………………………………………………………
4按功能水平分类……………………………………………………...
5按伺服系统控制方式分类……………………………………………
第一章机械工艺方案分析…………….……………………………
1尺寸精度，形状精度和表面质量…………………………………
2工业路线的拟定....................……………………………………….
3表面加工方案的选择………………………………………………
第二章工序划分……………………………………………….............
1、工序顺序的安排…………………………………………………..
2、工艺装备的选择…………………………………………………..
第三章数控加工工序的确定………………………………………
1、加工内容………………………………………….......................
2、确定零件的装夹方式、定位基准及切削用量…..........
3、加紧精度分析…………………………………………
4、加工工步划分…………………………………………………
5、确定进给路线…………………………………………………
第四章数控加工程序编制............................................................
小结...........................................................................................................
参考文献...................................................................................................
1
绪论
1.1数控技术发展趋势及产业化思考
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术，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。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域:
（1）机械制造技术;
（2）信息处理、加工、传输技术;（3）自动控制技术;（4）伺服驱动技术;（5）传感器技术;（6）软件技术等。
数控技术的产业化思考
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，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。
1高速、高精加工技术及装备的发展趋势好2轴联动加工和复合加工机床快速发展3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的在以后的生活中会更加充实我们以后的机械时代
对我国数控技术及其产业发展的基本估计
2
纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。
a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。
我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。
b.初步形成了数控产业基地。
在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。
兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。
这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。
c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。
虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。
虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。
从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。
a.技术水平上，与国外先进水平大约落后10,15年，在高精尖技术方面则更大。
b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及成套能力较低;外观质量相对差;可靠性不高，商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。
c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。
分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。
a.认识方面。
对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足;对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足;对我国数控技术应用水平及能力分析不够。
b.体系方面。
从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少;没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。
c.机制方面。
不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。
d.技术方面。
企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。
机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。
数控机床的发展史
数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），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。
特点
3
数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。
随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。
此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
发展简史
1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。
由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。
1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。
这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。
数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。
世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。
当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件;1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降;1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。
我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。
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。
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（简称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贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。
第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。
80年代初，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制程序的数控装置;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，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
分类
经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。
针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。
数控机床种类繁多，一般将数控机床分为16大类:
数控车床（含有铣削功能的车削中心）
数控铣床（含铣削中心）
数控铿床
4
以铣程削为主的加工中心（
数控磨床（含磨削中心）
数控钻床（含钻削中心）
数控拉床
数控刨床
数控切断机床
数控齿轮加工机床
数控激光加工机床
数控电火花线切割机床
数控电火花成型机床（含电加工中心）
数控板村成型加工机床
数控管料成型加工机床
其他数控机床
组成
数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。
控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用;伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令，使刀具和零件执行数控代码规定的运动;检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动;机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置;辅助系统种类繁多，如:
固定循环（能进行各种多次重复加工）、自动换刀（可交换指定刀具）、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。
数字控制
数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。
数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。
点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。
采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。
直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。
采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
连续轨迹控制（或称轮廓控制）能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。
为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。
采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。
伺服机构
伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。
开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。
每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝
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杠推动工作台移动一定的距离。
这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。
位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。
常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。
位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。
这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。
闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。
闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。
关键零部件
为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。
进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。
机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。
由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。
机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。
大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。
随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。
发展方向
未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中
数控机床的组成（输入装置、数控装置、驱动装置和检测装置、辅助控制装置、床身本体）
1输入装置
数控加工程序可通过键盘，用手工方式直接输入数控系统。
还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。
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零件加工程序输入过程有两种不同的方式:
一种是边读入边加工，另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从存储器中逐段调出进行加工。
2数控装置
数控装置是数控机床的中枢。
数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。
但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求。
因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动各执行部件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。
3驱动装置和检测装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加“出符合图样要求的零件。
驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。
目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。
检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。
数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。
4辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。
这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。
现广泛采用可编程控制器（PLC）作数控机床的辅助控制装置。
5床身本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
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1.3按功能水平分类
数控机床按数控系统的功能水平可分为低、中、高三档。
这种分类方式，在我国用的很多。
低、中、高档的界限是相对的，不同时期的划分标准有所不同，就目前的发展水平来看，大体可以从以下几个方面区分:
项目低档中档高档
分辨率和进给速度10μm、8~15m/min1μm、15~24m/min0.1μm、15~100m/min
伺服进给类型开环、步进电动机系统半闭环直流或交流伺服系统闭环直流或交流伺服系统
联动轴数2轴3~5轴3~5轴
主轴功能不能自动变速自动无级变速自动无级变速、C轴功能显示功能数码管显示、CRT字符CRT显示字符、图形三维图形显示、图形编程内装PLC无有有
主CPU8bitCPU16或32bitCPU64bitCPU
1.4按伺服系统控制方式分类
（1）开环伺服系统这种控制方式不带位置测量元件。
数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构（如工作台）移动或转动。
这种控制方式没有来自位置测量元件的反馈信号，对执行机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，因此被称为开环控制系统。
这种控制系统的特点是系统简单，调试维修方便，工作稳定，成本较低。
由于开环系统的精度主要取决于伺服元件和机床传动元件的精度、刚度和动态特性，因此控制精度较低。
目前在国内多用于经济型数控机床，以及对旧机床的改造。
（2）闭环伺服系统这是一种自动控制系统，其中包含功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。
数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。
装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量最后，反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。
若两者存在差值，经放大器放大后，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。
这种系统称为闭环伺服系统。
闭环伺服系统的优点是精度高、速度快。
主要用在精度要求较高的数控镗铣床、数控超精车床、数控超精镗床等机床上。
（3）半闭环伺服系统这种控制系统不是直接测量工作台的位移量，而是通过旋转变压器、光电编码盘或分解器等角位移测量元件，测量伺服机构中电动机或丝杠的转角，来间接测量工作台的位移。
这种系统中滚珠丝杠螺母副和工作台均在反馈环路之外，其传动误差等仍会影响工作台的位置精度，故称为半闭环控制系统。
。
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第一章机械工艺方案分析
尺寸精度、形状精度、表面粗糙度
1尺寸精度
尺寸公差与配合的选择是机械设计与制造的一个重要环节，它是在基本尺寸已经确定的情况下进行的尺寸精度设计，其内容包括选择基准制、公差与配合的选择是否恰当，对产品的性能、质量、互换性及经济性有着重要的影响。
选择的原则是在满足使用要求的前提下能获得最佳的技术经济效益。
选择的方法有计算法、实验法和类比法。
本零件的尺寸精度有孔的的尺寸精度、轴的尺寸精度。
公差等级的选用就是确定尺寸的制造精度。
由于尺寸精度与加工的难易程度、加工的成本和零件的工作质量有关，所以在选择公差等级时，要正确处理使用要求、加工工艺及成本之间的关系。
选择公差等级的基本原则是，在满足使用要求的前提下，尽量选取较低的公差等级。
公差等级的选用常采用类比法，也就是参考从生产实践总结出来的经验质料，进行比较选用。
选择时应考虑以下几方面:
1）在常用尺寸段内，对于较高精度等级的配合（间隙和过渡配合中孔的标准公差低精度的孔和轴选择相同公差等级。
2）各种加工方法能够到达的公差等级如表1，可供选择参考。
3）公差等级的应用范围如表2所示。
4）相配零件或部件精度要匹配。
如与滚动轴承相配合的轴和孔的公差等级与轴承的精度有关，如表3所示。
再如与齿轮相配合的周的公差等级直接受齿轮的精度影响。
5）过盈、过渡配合的公差等级不能太低，一般孔的标准公差〈IT8，轴的标准公差间隙配合则不受此限制。
但间隙小的配合公差等级应较高，而间隙大的公差等级可以低些，例如，选用H6/g11和H6/a5则不合适。
6）在非基准配合中，有的零件精度要求不高，可与相配合零件的公差等级2-3级，如图4中箱体孔与轴承端盖的配合。
7）应熟悉表5所示常用尺寸公差等级的应用。
公差应用
等级
5级主要用在配合公差，形状公差要求甚小的地方，它的配合性质稳定，一般在机床、
发动机、仪表灯重要部位应用。
如:
与D级滚动轴承配合的箱体孔;与E级滚动轴
承配合的机床主轴，机床尾架与套筒精密机械及高速机械中轴径等
9
6级配合性质达到居高的均匀性，如:
与E级滚动轴承箱配合的孔、轴径:
与齿轮蜗轮、
联轴器、带轮、凸轮等联接的轴径，机床丝杠轴径;摇臂钻立柱;机床夹具中导向
外径尺寸;6级精度齿轮的基准孔，7、8级精度齿轮基准轴径
7级7级精度比6级稍低，应用条件与6级基本相似，在一般机械制造中应用较为普遍。
如:
联轴器、带轮、凸轮等孔径;机床夹盘座孔，夹具中固定钻套，可换钻套;7、
8级齿轮基准轴
8级在机器制造中属于中等精度。
如:
轴承座衬套沿宽度方向尺寸，9至12级齿轮基准
孔;11至12级齿轮基准轴
9级主要用于机械制造中轴套外径与孔了;操纵件与轴;空轴带轮与轴;单键与花键10级
11级配合精度很低，装配后可能产生很大间隙，适用于基本上没有什么配合要求的场合。
12级如:
机床上法兰盘与止口;滑块与滑移齿轮;加工中工序间尺寸;冲压加工和配合
件;机床制造中的扳手孔与扳手座的连接
综上所诉此箱体零件应选用公差等级IT5。
因为IT5主要用在配合公差，形状公差要求甚小的地方，它的配合性质稳定，一般在机床、发动机仪表等重要部位应用。
如:
与D级滚动轴承配合的箱体孔;与E级滚动轴承配合的机床主轴，机床尾架与套筒，精密机械及高速机械中轴径等，所以本箱体零件应当选用IT5等级公差。
要保证加工时尺寸精度就须从以下几个方面
（1）精确对刀
对于在数控机床上加工的具体工件来说，必须通过移动的方法把工件坐标系原点（实际上时工件左边系原点所在的机床坐标值）体现出来，这个过程称为对刀。
对刀的精确度影响着工件的尺寸精度，只有保证对刀的精确度才能有效地保证加工零件的尺寸精度。
方法有两种。
试切法对刀是利用铣刀与工件相接触产生切屑或摩擦的声音，来找到工件坐标系原点的机床坐标值，它适用于工件侧面要求不高的场合。
对于模具或表面要求较高的工件采用工具对刀。
通常选用偏心式寻变器或光
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