220机柜典型壳体的数控加工毕业设计论文

1、北京邮电大学世纪学院毕业设计说明书题 目 220机柜典型壳体的数控加工 学生姓名 学 号 所在系（院） 电子及自动化 专业名称 机械工程及自动化 年 级 四 指导教师 职 称 评阅教师 职 称 年 月 日前言数控技术的国内外发展现状： 随着市场经济的不断发展和完善,数控技术起着越来越重要的作用,它已经成为发展新兴高新技术和尖端工业最核心的技术和最基本的装备。数控加工制造业不断发展壮大,并考虑到普通加工已不适应社会化生产及复杂产品加工的需求,促使我所在的企业良性改革,积极利用数控技术参与国际竞争,就是在这种情况下编写的,相信对其相关人员及自己理论应用到实践工作中有很大的帮助。 当前,机械制造业发

2、展的一个明显趋势是越来越广泛地应用数控技术。普通机械逐渐被高效高精度的数控机械所代替,数控机床则是数控机械的典型代表。 1952年,计算机技术应用到了机床上,美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床发生了质的变化。20世纪80年代以后,随着计算机技术的飞速发展,数控技术得到了迅速发展,数控系统的性能和品质有了极大的提高,此时的CNC机床称为现代数控机床。它与50年代的数控机床在加工速度与加工精度方面已经有很大的悬殊差别。 机床工具协会受国家机械局委托制定的十五规划中指出,到2006年我国数控机床年产品将达到28000-32000台,十五期间,数控机床年产值增长率将等于或高于18%,数控机床不但

3、品种将发展到2000种,且其中先进适用的中高档数控机床品种将从目前的20%提高到50%,在国外数控系统与伺服制造技术突飞猛进的背景下,通过大量技术引进,我国数控机床在品种,数量和质量方面都得到全面而迅速发展。(1)奠定数控发展的基础,基本掌握现代数控技术。(2)初步形成了数控产业化基地。(3)建立了一支数控研究开发,管理人才的基本队伍。但是要看到大都处于单机运行状态,在国外从高端数控技术的研发,尤其在产业化方面现代技术水平与我国现在需求还有很大差别。与国外相比,不仅技术水平差,在一些高精尖的数控装备技术水平差别呈扩大趋势。a。技术水平与国外先进水平落后10-15年,尤其在高新技术方面。b。产业

4、化水平市场占有率低,品种覆盖率小,商品化程度不足,国产数控系统尚未建立自己的品牌,信心不够。c。可持续发展能力上,数控技术应用领域扩展程度不强,相关标准规范的研究制造滞后,数控化率低。在国外,尤其是日本,1994年数控机床已经为20。8%,而我国则为1。88%,现在企业设备80%以80年代的设备为主。 国外的数控技术向着智能化,开放式,网络化方向发展。开放式系统不断研究开发,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station Machine Control),欧共体的OSACA。日本的OSEC(Open Systen Environment for Control

5、ler)。网络化出现了新亮点,它是对信息集成的需求,如在EMO2001展,日本山崎马扎克(Mazak)公司的Cyberpoduction Center(智能生产控制中心),德国西门子公司展出的Open Man Ufacturing Environment(开放制环境),可以看出向网络化发展的趋势。在加工精度方面,加工精度已经由10um提高到5um,精加工从3um-5um到了11.5um,进入到纳米(0.01um)。在可靠性,MTBF值已经6000h以上,伺服系统MTBF值30000以上,表现出较强的可靠性。美国的CINCINNATI公司Hypeimach机床进给速度60m/min,快进100m

6、/min,主轴转速60000r/min,加工一内壁飞机零件只需30min,在高速铣床上3h,在普通铣床上则需要8h。为实现高速,高精加工,与之型配功能部件,如电动机主轴,直线电机得到迅速发展,应用领域进一步扩大。本课题研究的目的：用数控技术来加工壳体(箱体)等,目的很明确,就是为了提高它的生产效率,改进它的加工工艺,加工质量,从而减少劳动强度,简化编程,缩短了时间。,使生产的质量大大提高,从而有利于我所在的企业有更多的时间生产出更多的高优高质产品,有利于参与市场的竞争。加工工艺的确定,是对一个工件加工的顺序安排,加工精度要求,及怎样去加工的一个较详细的说明,(所在单位)工艺卡比较粗落,像这种新

7、进的壳体更甚于没有工艺卡,老师傅全凭自己多年的经验,编程加工,没有专业编程人员来编制,难免出现错误,所以数控加工急需要进行加工工艺的改进。一个产品质量的好坏,直接关系着企业的生存和发展,直接影响着企业的荣誉和形象,各企业都要以质取胜。在我的调查中,因为质量问题而使产品不合格或报废,造成的损失占大多数。因此研究壳体的数控加工关键是要改进加工的质量,要我们的企业重视质量的价值意义,使企业以制取胜,在市场竞争及国际对外贸易中占有优势。企业是市场的主体,都是以盈利为生产经营目的的。因此生产效率的高低就决定了一个企业生产经营利润的高低。生产效率的提高,就是以最少的时间,生产出最多的适合市场需要的产品和劳

8、务,就会提高了企业的经济效益,所以此目的也在于提高产品的生产效率。也在于通过数控加工研究来提高自己的工作技能。数控加工研究的意义(经济与社会效益)在市场经济全球化的驱动下,各国经济政治文化紧紧连接在一起。数控应用技术就显得更为重要。我选择的壳体进行数控加工,主要看到了它的经济效益,显而易见,壳体箱体等通用性强,大到用于生物,国防装备,小到汽车,家用电器等(很肯定的说,在最近一个世纪是不会被更通用且效益好的东西所替代)。壳体箱体对社会的文明起着推动的作用。大型壳体箱体应用于航天航空,中小型也被用于汽车轴承,变速箱等,社会效益看来也相当可观。装备工业技术水平和现代化程度决定整个国民经济水平和现代化

9、程度,数控技术及装备是发展新兴技术和尖端工业(信息技术及产业,国防工业等)最基本装备。当今世界各国都广泛采用数控技术,以提高技能水平,提高对动态多变市场适应能力和竞争力。数控技术不断发展和应用领域扩大,对国计民生一些重要行业(IT,汽车,轻工和医疗)发展起着越赖越重要的作用。(社会效益)随着经济不断发展,国家,区域间交流与合作,社会分工越发紧密。经济全球化,市场国际化已经呈现明显趋势。随着我过加入WTO后,我国的商品跃进国际市场,国外技术先进,质量优良的商品也打入我国市场,怎样利用充分的大量人力资源,地域优势来发展民族经济?这就要求需要先进的数控应用技术来发展装配制造业,来实现降低生产成本,以

10、最小的资源消耗,生产出做多的适合市场需要的产品和劳务,这就提高了经济效益。对于壳体的数控加工的研究,可以使我们的企业乃至社会重视数控技术的重要性,它与普通机床相比：加工精度高,具有稳定的加工质量;可进行多坐标联动加工形状复杂的产品;本身精度高生产率高(比普通机床高3-5倍);自动化程度高,可减轻劳动强度;对人的要求高。了解了数控的优越性,对数控技术及数控机床的推广具有重要的作用,数控机床及技术得到推广,可以刺激拉动装备制造业发展,就将大大推动我国工业化的进程和社会的发展。世界各工业发达国家将数控技术及装备列为国家战略物资,不仅采取重大措施开发自己的数控技术及产业,且在高精尖对我国实行封锁,限制

11、(可见数控对一个国家一个社会的重要性)。我们推广数控技术,就可以打破僵局,有利于参与国际市场的竞争。大体上本文共分为：零件的选材及材料尺寸分析;工艺路线的选择及加工路线的确定;机床的选择及刀具材料,切削参数的选用,量具的选用及使用方法;工装夹具的设计;指令的介绍及程序的编制等内容。既有共性有突出个性,涉及结构强度,机械创新等。以数控原理为基础,尝试一些加工装夹方法,工艺联系生产实际。使其前后贯穿,彼此呼应,加之图形分析解说,通俗易懂。限于能力和水平,加上数控技术日新月异的发展,难免存在缺点和错误,恳请读者不吝赐教,提出宝贵意见。方案论证本品为铸铁,出口意大利,从毛胚开始进入我们车间。综合考虑,

12、先是在数控车床上粗车直径为130,82的端面,再用三卡盘牢固,粗车厚度直径154的端面,再粗车内径154的大圆,然后精车,要求在0-0.05mm。用划线的方法把大圆(直径154)端面均匀分布的八个点划出,用8.5mm钻头把除157.5度位置处钻出,157,5处用8mm打一个孔,作为定位塞用,其余用M10丝锥攻M10的螺纹。然后放到磨床上磨底面(来保证两端面的平行度)。最关键的就是我所研究的加工中心上了,先铣面,再镗孔,铣槽最后点孔。在放到钻床上钻在加工中心上点的已经定好位的孔。整个工艺大概就是这样,分配布局合理。因主要的部分在加工中心上完成,数控车,钻床,磨床上的工序可以说是为加工中心服务的。

13、考虑到工装等问题,所以必须先在数控车上把孔直径154(上下公差0-0.05mm)的孔精加工好,因为加工中心上夹具是以一面两孔定位,中心孔是用直径为154(上下公差为-0.05-0mm)的卡盘固定在基准面上,所以先把154的孔精加工好是无可厚非的。另一定位孔是以157.5度的孔为准,在基准面上157.5处打一8mm的孔,作为定位塞用,这样两孔就固定好了。这些都是为在加工中心上加工出的壳体精度高,误差小而周全考虑的。为什么只在加工中心上点孔而不去攻丝却又返回到钻床上攻螺纹呢?首先,如果各面还是用划线的方法找出各分布的均匀点,会比较麻烦,加工中心找点比较快,更重要的是找的点精确;其次,钻床上根据加工

14、中心上已经点的孔(钻床根据点的孔来钻攻丝)。在加工中心上也是遵循先铣面,然后镗(扩)孔,再接着点,钻绞等的一般原则,所以整条工艺,工序看起来相当合理紧凑。壳体原料为铸铁，其外型较简单，无须设计复杂的工装，且大都在加工中心上完成，既省时又省力，产品成本较低，利润大具有研究的意义与价值。综合看，研究壳体的数控加工生产上是可行的。文献综述前言部分第三段引述“数控机床”前言，概括了近半个世纪数控技术从诞生到逐渐发展的过程。具有很强的概括性。四五两段描述了我国数控技术发展的现状及未来趋势，国外数控应用制造技术发展的现状，并将我国与之对比，找出差距，引用周延佑，机床技术发展新动向。像其中说到的美国的NGC

15、日本的OSEC，德国的开放环境，还有加工精度由10um提高到5um等，这些引自杨学桐、李东茹等“世纪失控机床技术发展战略研究MJ.北京”，杨等都为国家院士，且是国家机械工业局监制，所以这样确凿的数据，具有较强的权威性。在课题研究意义第二节，引用中国国家机床工具协会行业发展部（世界制造技术与装备市场）用科学的发展观叙述了装备工业对国民经济重要性及数控技术对装备工业发展的作用。大胆提出具有科学性的论点。在引用文献机械制造基础中，详细的叙述了铸铁的分类、常用牌号及选用等，在2.1中引用到了，其专业术语强，对于毛坯铸造热处理方面，科学的介绍了几种方法。概括性的讲了刀具材料必备的性能，成都成量集团公司数

16、控刀具厂推荐，它是经过权威鉴定，多次实践得出来的。在参看加工中心操作工（高级工）中，在第三章.数控加工工艺部分，确定了对零件图分析的方法，科学性的分析了加工方法的选择。概括性叙述了加工顺序的确定，我根据这些详细对壳体进行了分析。夹具设计部分参看王秀伦主编的“机床夹具设计”。MH-500卧式加工中心是我选用的机床，在数控机床介绍参照了这一部分，他系统、科学的介绍机床的选择等。对于4.2精度、量具选择及使用方法引用了数控中级工认证强化实训，它由高级技师王荣兴主编，具有较高的权威性。数控编程与操作这本书中，编程部分指令介绍、编制部分引用，概括的介绍了准备功能G指令，辅助功能M指令等，使编程紧密相连，

17、既科学又专业。在研究、编制加工，设计中还参看了一系列书籍、资料，在这里就不一一细说了。 1. 零件的确定方案1.1 零件的选择、分析 零件材料的合理是要满足零件性能要求下最大限度发挥材料潜力，再考虑到提高材料强度的使用水平。同时也要减少材料的消耗和降低加工成本，周全它的工艺性、经济性。零件使用性能是机械零件，它包括力学性能和物理化学性能等。而对于构件工具来说，主要考虑力学性能。材料的工艺性能指材料适应某种加工能力。它包括材料的铸造性能，焊接性能，切削加工性能，热处理工艺性能等。材料的经济性涉及到材料的成本高低，材料供应是否充足，加工工艺过程是否复杂，成品率高低以及同产品中使用材料的品种规格等。

18、综上所述我们选择TYPE 304型材。1.2数控加工工艺所谓数控工艺实际上是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。它是数控加工程序编制的依据，数控机床上的数控零件加工程序都有相应的数控工艺与此对应。数控工艺特点有：1.工序数目少，工序内容多。2.工序与工步的内容特别详细。工艺路线的拟定是指拟定零件加工所经过的有关部门和工序先后顺序，它是工艺规程制定过程中关键阶段，是工艺规程制定的总体设计。1.3对照零件图进行数控加工工艺性分析在选择和决定数控加工内容时,我们就必定对零件图进行工艺性分析.根据所掌握的数控加工基本特点及所用数控机床的功能和实际工作经验,力求把这一前期准备工作做得更仔细,更扎实一些

19、,以便为下面要进行的工作铺平道路,减少失误和返工。我从数控加工的方便性和可能性两个角度进行了一些必要的分析。审查与分析了零件图样中的尺寸标准方法,分析尺寸标注是否适应数控加工特点,对数控加工来说,最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。参看零件图,本壳体多以中心孔为一基准与编程原点设置的,一致性带来很大的方便,减少了因局部分散标注而带来的积累误差。分析了定位基准的可靠性.数控加工工艺特点强调定位加工.尤其像我加工的壳体需要进行多面加工,这样以同一基准定位十分重要,否则很难保证多次定位安装加工后多面上的轮廓位置尺寸的协调。分析了零件所要求的加工精度。根据选择的数控机床,对照图上的加工精度、尺寸

20、公差等，可以保证能够达到它的精度、尺寸要求。2. 机箱的三维图纸设计2. 1 BRACKET的三维设计过程2. 2设计的具体过程生成第一壁，通过图纸计算确定Bracket展开的总长与总宽以及厚度，然后根据所得的尺寸生成第一壁，即生成一个拉伸的板面。在第一壁板面上进行打孔，根据图纸的尺寸要求，运用“打孔”功能，在板面上打16个沉头孔。倒圆角，根据图纸尺寸在板下方倒两个圆角。对钣金进行折弯，折弯时要注意尺寸的定位，否则折弯后不符合图纸的要求。折弯时，要考虑折弯角度，折弯半径，一般选用内半径，而且半径大小一般与板料的厚度一样，还有就是折弯侧的方向，不同的折弯侧的方向得出来的折弯效果是不一样的，这里往

21、往是我们在设计中最容易引起错误的地方。2. 3 CONTROL HOUSING ASSEMBLY的三维设计过程此结构比较简单不需要折弯，只进行两步设计即可完成。具体第一步，拉伸生成第一壁板面，第二步打沉头孔便完成。最终的效果图如下（2）所示。2. 4 其他零件三维最终效果图 3. 加工方法的确定3.1加工方法的选择（确定） 尽管零件的结构形状多种多样，但它们都是由外圆、内孔，成型面等表面组成的。零件的加工实际是对各种不同表面的加工。加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度要求。同一级精度及表面粗糙度加工方法有许多，而我在实际选择这个壳体时结合形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

22、检测算子、模板和曲面拟合来达到图像分割的目的。加工方法选择，我也考虑生产率、经济效益要求，以及我选用的生产设备等一些实际情况。综上所述我选择数控激光床来加工我的零件。数控激光切割机，具有切割速度快，精度高等特点，激光切割机价格昂贵，切割费用高，目前只适合于薄板切割、精度要求高的场合。4. 加工系统的选择当今世界上适用于数控机床的数控系统种类规格极其繁多，根据数控机床类型选择相应数控系统，根据机床主要使用指标选择，我综合选择FANUC系统。FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANU

23、C 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。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。FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC和机床之间的数据传输。FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特

24、别高，因此适应性很强。鉴于前述的特点，FANUC系统拥有广泛的客户。使用该系统的操作员队伍十分庞大，因此有必要了解该系统的一些软、硬件上的特点。我们可以通过常见的FANUC 0系列了解整个FANUC系统的特点。1. 刚性攻丝主轴控制回路为位置闭环控制，主轴电机的旋转与攻丝轴（Z轴）进给完全同步，从而实现高速高精度攻丝。 2. 复合加工循环 复合加工循环可用简单指令生成一系列的切削路径。比如定义了工件的最终轮廓，可以自动生成多次粗车的刀具路径，简化了车床编程。 3. 圆柱插补适用于切削圆柱上的槽,能够按照圆柱表面的展开图进行编程。 4. 直接尺寸编程 可直接指定诸如直线的倾角、倒角值、转角半径值

25、等尺寸，这些尺寸在零件图上指定，这样能简化部件加工程序的编程。5. 记忆型螺距误差补偿 可对丝杠螺距误差等机械系统中的误差进行补偿，补偿数据以参数的形式存储在CNC的存储器中。 6. CNC内装PMC编程功能 PMC对机床和外部设备进行程序控制7. 随机存储模块 MTB(机床厂)可在CNC上直接改变PMC程序和宏执行器程序。由于使用的是闪存芯片，故无需专用的RAM写入器或PMC的调试RAM。 8. 显示装置 二、FANUC 0系列硬件框架1. 系统构成 图6 系统硬件概要图6从总体上描述了系统板上应该连接的硬件和应具有的功能。图7 FANUC 0i系列控制单元构成及连接图7所表示的是FANUC0i控制单元及其所要连接的部件示意图，每一个文字方框中表示的部件，都按照图