1、机械数控课程设计毕业设计论文说明书 2013 届华北科技学院本 科 毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 火箭模型组合件造型及数控加工 专 题 题 目： 姓 名： 彭新强 学 号： 201102022218 专业班级： 机制ZB112 院 部： 机电工程学院 指导教师： 卜祥丽、刘凤仙 2013年 6 月 14 日火箭模型组合件造型及数控加工摘要：当今，伴随着计算机技术的高速发展，数字控制技术（简称NC）已经被广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机床也即将被高效率、高精度、高自动化的数控机床所取代，而数控车床是数控机床中最重要的产品之一，受到世界各国机械加工领域的青睐。
2、它的发展一直备受制造业的关注,其设计、制造和应用水平在某种程度上代表了一个国家的制造业水平和竞争力。在这种背景下，学习使用和了解数控技术是非常重要的，本文特设计了一个以“火箭模型组合件造型及数控加工”为题的数控加工过程，通过搜集查阅国内外NC资料，了解FANUC CKA6136车床的技术参数，使用Solid Works对火箭模型进行实体建模，使用CAD绘制火箭模型零件图和装配图，根据零件图纸拟定加工工艺方案，手动编写数控程序，使用仿真软件进行数控仿真模拟加工，使用数控车床加工出火箭模型零部件并组合,最后对加工产品进行尺寸精度及质量分析。通过对火箭模型的设计和加工的全过程来学习数控车床的使用，了
3、数控技术的优势和发展趋势。关键词：火箭模型组合件；CAD；Solid Work建模；数控仿真；NC加工Abstract：Nowadays，Along with the rapid development of computer technology, Digital control technology (Referred to NC)has been widely used in industrial control fields, Especially in the machinery manufacturing industry, General machine tools are al
4、so going to be high-efficiency, high-precision, highly automated CNC machines are replaced, CNC machine tools and CNC lathe is the most important one of the products by the world field of mechanical processing of all ages. Its development has been much industry attention, the design, manufacture and
5、 application level in a way represents a countrys manufacturing and competitiveness. In this context, learning to use and understand CNC technology is very important, this paper designed a special model rocket assembly modeling and CNC machining as the title of the CNC machining process by gathering
6、 information on access to domestic and international NC Learn FANUC CKA6136 lathe technical parameters, model rocket parts using CAD drawing and assembly drawings using solid Work on model rocket solid modeling, according to the parts drawings intended processing program, using CAXA NC program gener
7、ated and manually modified, using simulation software analog processing, use CNC lathe machined parts and assemble the rocket model, the final size of the processing and product quality analysis. Through the model rocket design and CNC machining of the entire process to learn the use of CNC lathes a
8、nd advantages, to achieve proficiency in the use of CNC machine tools, CNC technology advantages and development trends purposes.Keywords: model rocket assembly; CAD; Solid Work modeling; NC simulation; NC machining1绪论1.1数控技术发展史第一代数控机床， 1949年美国麻省理工大学伺服机构研究室开始研究数控机床，1952年成功研发了第一台三坐标数控铣床。第二代数控机床， 1959
9、年，伴随着晶体管元件和印刷电路板的产生，数控装置进入了第二代，体积缩小，成本下降，从此数控机床在机械制造领域开始推广使用。第三代数控机床，1965年，出现的第三代的集成电路数控设备，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床种类和数量的发展。第四代数控机床，60年代末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。 第五代数控机床，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。1.2 数控技术现状1.2.1我国数控技术现状经过二十多年的发展，数控机床的设计和制造技术
10、有很大提高，但是中国的数控技术水平仍然与世界水平相差很大，很多关键的技术都欠缺，还处于模仿阶段，没有自己独立研发的能力。近几年，我国一直是世界上最大的机床进口国。我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。目前世界最大的三家数控系统厂商是：日本FANUC、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 “十二五”规划已将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容，数控机床则成为振兴装备制造业的重点之一，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为
11、世界第一机床生产大国。1.2.2 CMIT2013中国最新数控技术成果在2013国际机床展上我国共展出国产数控机床980多台，柔性生产线、柔性制造单元10多套，五轴联动机床48台，复合加工机床38台，高精度机床160台，高速数控机床110台。首次展出的具有自主产权的机床产品有300余台，下面选取几款有代表性的产品作简要介绍：武汉重型机床集团有限公司展出的WHGS7000车铣复合加工中心，主要服务于船舶、航空航天、能源发电、印刷机械和重型汽车等装备制造行业，适合于加工中高速船用柴油机的曲轴，大型飞机的起落架、发电机转子、汽轮机叶轮、印刷机及重型车辆轮轴等高精度零件，可实现工件一次装夹，全工序的车
12、、铣、钻、磨的复合加工。其结构技术特点包括所有基础件均采用树脂砂造型高强度优质铸铁，经时效处理消除铸造应力。机床具有五轴联动功能，并能自动更换附件头，自动更换刀具，刀具自动检测与补偿，是一种全功能型，整体解决零件加工的高效率、高精度、智能机床。 武汉华中数控股份有限公司展出华中8型数控系统。控制9进给轴4主轴，最大联动轴数9轴；插补周期0.125ms，分辨率1nm，移动速度999.999m/min；直线、圆弧、螺纹、NURBS插补功能，参考点返回；程序段处理速度7200段/秒。是全数字总线式高档数控装置，具有高速现场总线、多通道、多轴联动控制技术、纳米插补技术、超前预读、小线段高速速度平滑、双
13、轴同步控制、刀具空间长度补偿、复合加工、空间误差补偿、切削力自适应控制、对话式式编程、远程故障诊断、数控机床快速调试等技术。实现了伺服和主轴驱动系列化解决方案。创新点：NC与PC一体化降低系统功耗；基于多种CPU的高档数控装置硬件平台和LINUX操作系统，完成了多种操作系统内核的改造和裁剪，实现了系统硬件可置换，软件可跨平台的功能；模块化、层次化的开放式数控系统平台，系统二次开发功能强大。适用于各种数控机床加工设备。北京发那科机电有限公司展出FANUC 31i-B系列数控系统。最多控制路径数：4；最多控制轴数：26。实现高速、高品质加工的纳米CNC各种各样的加工，用于各种多轴加工机；具有世界最
14、高水平和性能，用于最先进的车床，加工中心；可以高速进行简单加工，用于组合机床等生产线专机。32i-B具有充实的CNC功能，用于高档车床、加工中心。技术特点：纳米级精度控制；纳米平滑功能；多路径控制；学习控制功能；（31i-B5）五轴联动控制功能；标准以太网；USB接口；高速高精度加工功能AICC。在CMIT2013上，国内数控系统可控制多通道，最多9轴联动；分辨率达到0.1nm、控制速度240m/min；具备在线工件测量、刀具测量，温度补偿、双向定位补偿、空间误差补偿；对话式式编程、远程故障诊断等功能。1.3 数控技术发展趋势(1)高速、高精加工技术及装备的趋势。(2)多轴联动加工和复合加工机
15、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主要趋势。(4)2013数控发展热点趋势是“绿色机床”。(5)我国数控发展战略“催生技术创新联盟”。1.4 本设计的研究内容及意义本文是对火箭模型组合件的造型及数控加工，首先使用Solid Works对所设计零件进行三维实体建模，然后使用CAD绘制出火箭模型各部分零件的零件图纸，再对零件图纸进行工艺分析，拟定数控加工工艺方案，安排工序顺序，使用CAXA或手工编写数控程序并使用数控仿真软件进行加工模拟，再使用CKA6136型数控车床对所设计零件进行加工，最后将加工好的零件组合成火箭模型装配体。通过本设计来学习实体造型软件和数控车床的使
16、用，了解数控机床的加工特点和使用方法，从设计和加工过程中体会数控技术的优势和发展趋势。2数控机床概述2.1 数控机床的组成数控机床由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。(1)机床主体他是用于完成各种切削加工的机械部件，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。CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。输出指输出内部工作参数，一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存。伺服单元机床上的
17、执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动， 最后加工出图纸所要求的零件。可编程控制器可编程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。测量反馈装置反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，其作用是检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位移，并将信息反馈到数控装置或伺服驱动中，构成闭环控制系统。2.2
18、数控机床工作原理根据零件图纸的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成零件的数控加工程序，将加工程序输入到数控系统，数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床主运动的变速、起停、进给的方向、速度和位移量，以及刀具选择交换、工件的夹紧松开、冷却润滑的开关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。2.3 数控机床的分类（1）按运动方式分类：点动控制、直线控制、轮廓控制。（2）按联动轴数分类：二轴联动、三轴联动、四五轴联动数控机床。（3）按伺服系统分类：开环控制、闭环控制、半闭环控制数控机床。
19、（4）按功能水平分类：经济型、普及型、高档型。（5）按控制系统分类：分为FANUCK、华中、广数、西门子、三菱等。（6）按工艺分类：数控车床、数控钻床、数控铣床、数控镗床发及加工中心。2.4 数控机床的加工特点（1）加工精度高，具有稳定的加工质量。（2）适应性强，可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。（3）生产效率高，加工零件改变时，只需要更改数控程序，可节省生产准备时间。（4）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。（5）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。（6）有利于生产管理的现代化。2.5 数控机床的维护为了延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，预防各种故障，提高数控机床的
20、平均无故障工作时间和使用寿命，数控机床需要经常维护和保养。需要注意事项包括：放置于恒温的环境，远离震动较大的设备和有电磁干扰的设备；电源要求；定期的维护、保养；不宜长期封存；注意培训和配备操作人员、维修人员及编程人员数控系统的维护；严格遵守操作规程和日常维护制度；防止灰尘进入数控装置；定时清扫数控柜的散热通风系统；经常监视数控系统的电网电压、电网电压范围在额定值的85110；定期更换存储器用电池；数控系统长期不用时的维护经常给数控系统通电或使数控机床运行温机程序；备用电路板的维护机械部件的维护。3火箭模型组合件的三维造型火箭外部结构由卫星整流罩，一子级，二子级，三子级，底座和助推器组成，本设计
21、参照“长征三号甲”火箭，以1:100的比例对火箭外形进行三维造型。造型过程使用Solid Works软件进行，SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 Solidworks软件功能强大，组件繁多。功能强大
22、、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。3.1整流罩建模先作出轮廓的截面曲线草图，再利用回旋命令生成实体，最后利用边倒角命令使过渡圆滑，具体步骤如下：（1）在桌面上双击SolidWorks的快捷方式，打开软件（2）在工具条上单击“新建文件”按钮。系统弹出新建文档对话框。单击“”按钮新建一个零件文件。（3）进入草图状态，选择前视基准面为
23、绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面。（4）绘制截面曲线，利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、“椭圆”等命令绘制截面曲线，利用几何关系命令使各段圆弧光滑。（5）退出草图状态。单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（6）选择特征功能。选择主菜单上“旋转凸台/基体”，系统将弹出旋转实体特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择旋转中心，点击“确定”生成实体，如图3-1所示。图3-1 旋转实体（7） 进入草图状态，选择前视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面，建立草图2。（8） 绘制截面曲线，利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、“椭圆”等命令绘制截面曲线，利
24、用几何关系命令使各段圆弧光滑。（9） 退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（10）选择特征功能，选择主菜单上“旋转切除/基体”，系统将弹出旋转切除特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择旋转中心，点击“确定”切除实体，如图3-2所示。图3-2 旋转切除（11）进入草图状态，选择左视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面，建立草图3。（12）绘制圆弧，以圆弧为基点绘制螺旋线，并绘制垂直于螺旋线的切割三角形，用于扫描切除，生成螺纹。（13）退出草图状态。单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（14）选择特征功能。选择主菜单上“扫描切除/基
25、体”，系统将弹出扫描切除特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择沿螺旋线扫描切除，点击“确定”切除实体，如图3-3所示。图3-3 扫描切除（15）完成实体造型各个特征的建立后，选择主菜单的“文件”“保存”输入文件名“整流罩”单击“保存”按钮保存文件。3.2一子级建模先作出轮廓的截面曲线草图，再利用回旋命令生成实体，最后利用边倒角命令使过渡圆滑，具体步骤如下：（1）在桌面上双击SolidWorks的快捷方式，打开软件（2）在工具条上单击“新建文件”按钮，系统弹出新建文档对话框。单击“”按钮新建一个零件文件。（3）进入草图状态，选择前视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面。（4）绘制
26、截面曲线，利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、等命令绘制截面曲线，利用几何关系命令使各段圆弧光滑。（5）退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（6）选择特征功能，选择主菜单上“旋转凸台/基体”，系统将弹出旋转实体特征栏，选择刚生成的草图轮廓，并选择旋转中心，点击“确定”生成实体，如图3-4所示。图3-4 旋转实体（7）进入草图状态，选择左视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面，建立草图2。（8）绘制圆弧，以圆弧为基点绘制螺旋线，并绘制垂直于螺旋线的切割三角形，用于扫描切除，生成螺纹。（9）退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草
27、图绘制状态。（10）选择特征功能，选择主菜单上“扫描切除/基体”，系统将弹出扫描切除特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择沿螺旋线扫描切除，点击“确定”切除实体，如图3-5所示。图3-5 扫描切除（11）完成实体造型各个特征的建立后，选择主菜单的“文件”“保存”输入文件名“一子级”单击“保存”按钮保存文件。3.3二子级建模先作出轮廓的截面曲线草图，再利用回旋命令生成实体，最后利用边倒角命令使过渡圆滑，具体步骤如下：（1）在桌面上双击SolidWorks的快捷方式，打开软件（2）在工具条上单击“新建文件”按钮，系统弹出新建文档对话框，单击“”按钮新建一个零件文件。（3）进入草图状态，选择前视基准面
28、为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面。（4）绘制截面曲线，利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、等命令绘制截面曲线，利用几何关系命令使各段圆弧光滑。（5）退出草图状态。单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（6）选择特征功能，选择主菜单上“旋转凸台/基体”，系统将弹出旋转实体特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择旋转中心，点击“确定”生成实体，如图3-6所示。图3-6 旋转实体（7）进入草图状态，选择左视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面，建立草图2.（8）绘制圆弧，以圆弧为基点绘制螺旋线，并绘制垂直于螺旋线的切割三角形，用于扫描切除，生成螺纹。（
29、9）退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（10）选择特征功能，选择主菜单上“扫描切除/基体”，系统将弹出扫描切除特征栏，选择刚生成的草图轮廓，并选择沿螺旋线扫描切除，点击“确定”切除实体，如图3-7所示。图3-7 扫描切除（11）完成实体造型各个特征的建立后，选择主菜单的“文件”“保存”输入文件名“二子级”单击“保存”按钮保存文件。3.4三子级建模先作出轮廓的截面曲线草图，再利用回旋命令生成实体，最后利用边倒角命令使过渡圆滑，具体步骤如下：（1）在桌面上双击SolidWorks的快捷方式，打开软件（2）在工具条上单击“新建文件”按钮，系统弹出新建文档对话框，单击
30、“”按钮新建一个零件文件。（3）进入草图状态，选择前视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面。（4）绘制截面曲线，利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、等命令绘制截面曲线，利用几何关系命令使各段圆弧光滑。（5）退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（6）选择特征功能，选择主菜单上“旋转凸台/基体”，系统将弹出旋转实体特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择旋转中心，点击“确定”生成实体，如图3-8所示。图3-8 旋转实体（7）进入草图状态，选择左视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面，建立草图2。（8）绘制圆弧，以圆弧为基点绘制螺旋线
31、，并绘制垂直于螺旋线的切割三角形，用于扫描切除，生成螺纹。（9）退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（10）选择特征功能，选择主菜单上“扫描切除/基体”，弹出扫描切除特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择沿螺旋线扫描切除，点击“确定”切除实体如图3-9所示。图3-9 扫描切除（11）完成实体造型各个特征的建立后，选择主菜单的“文件”“保存”输入文件名“三子级”单击“保存”按钮保存文件。3.5底座建模先作出轮廓的截面曲线草图，再利用回旋命令生成实体，最后利用边倒角命令使过渡圆滑，具体步骤如下：（1）在桌面上双击SolidWorks的快捷方式，打开软件。（2）在工具条上单击“新建文件”按钮，系统弹出新建文档对话框，单击“”按钮新建一个零件文件。（3）进入草图状态，选择前视基准面为绘图平面，点击“绘制草图”按钮进入草图绘制界面。（4）绘制截面曲线，利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧”、等命令绘制截面曲线，利用几何关系命令使各段圆弧光滑。（5）退出草图状态，单击草图工具栏上的“完成草图”按钮，退出草图绘制状态。（6）选择特征功能，选择主菜单上“旋转凸台/基体”，系统将弹出旋转实体特征栏。选择刚生成的草图轮廓，并选择旋转中心，点击“确定”生成实体，如图3-10所示。图
