机械设计制造及其自动化专业毕业论文.docx
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英才学院
毕业设计(论文)
题 目 95系列发动机连杆专用铣床电控部分的设计及刀具、工具、
量具的设计
专 业 机械设计制造及其自动化专业
学生姓名
班级学号 200801010217
指导教师
指导单位 山东英才学院
日期:
年 月 日至 年 月 日
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毕业设计(论文)原创性声明
本人郑重声明:
所提交的毕业设计(论文),是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已注明引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本研究做出过重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。
论文作者签名:
日期:
年 月 日
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摘 要
95 系列发动机连杆是汽车发动机中的重要零件,在汽车用发动机的设计中占有重要地位,连杆的加工精度直接影响发动机整体性能也就是动力性能、燃油经济性、排放性能、结构、及使用性能。
连杆在发动机工作时进行着复杂的摆动运动,同时还承受着活塞传来的气体压力、往复运动惯性力和它本身摆动运动时所产生的惯性力作用,这些作用力的大小和方向不断地变化着。
因此,连杆应具有足够的强度和刚度。
显然,连杆的制造精度对连杆的使用性能会产生重要的影响。
连杆专用铣床,是生产高精度连杆专用设备。
通过连杆专用铣床电控部分的设计可以提高我对机械设计和电控系统的设计能力。
使我从原理设计,理论计算,到结构设计,元器件选择。
进行一次所学知识的综合性训练。
电控部分是组合机床及其自动线的重要组成部分。
电控部分与机械、连杆相配合,实现机床的自动循环系统。
电控部分主要铣床的操作,运行,实现数字控制。
而刀具,工具,量具是加工高精度工件的基础。
数控技术作为现代制造业的核心技术之一,在各行各业中得到了广泛的应用,在机械制造行业当中,加工中心由于可以以较高的精度实现多工种的加工经已成为现代制造业不可缺少的加工设备
这个课题可提高对电控部分的深入研究,提高电控部分,以及刀具,量具,工具的设计能力,提高我对所学专业知识的综合应用能力。
关键词:
连杆;专用镗床;数控技术;电气控制;
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ABSTRACT
95seriesofengineconnectingrodis animportantpartofautomobileengine,occupiesanimportantpositioninthedesignofautomotiveengine,connectingrodmachiningprecisiondirectlyaffectsengineperformancethatis,dynamicperformance,fueleconomy,emissionsperformance,structure,andproperties.
Connectingrodinenginewhenworkingwith complexoscillatingmovements,alsoundergaspressure,reciprocatingmotionofthepistonfromtheinertiaforceandinertiaforceoftheswingmovementgeneratedbyitself,constantlychanginginsizeanddirectionoftheseforces.Therefore,connectingrodshouldhaveenoughstrengthandrigidity.Obviously,connectingrodmanufacturingaccuracyofperformancewillhaveamajorimpactontheconnectingrod.
Specialmillingmachineforconnectingrod,connectingrodspecialistheproductionofhigh-precisionequipment.Byspecialmillingmachineforconnectingrodofelectriccontrolpartdesigncanimprovethemechanicaldesignanddesignofelectriccontrolsystemcapabilities. Idesign,calculation,design,componentselection.Comprehensivetrainingforoncewhatyouhavelearned.Electroniccontrolcomponentsareimportantcomponentsofmodularmachinetoolandautomaticline.Powermatchcontrolpartsandmachinery,connectingrod,realizingmachineautomaticcirculationsystem.Electriccontrolpartofmillingmachineoperation,running,digitalcontrol.Tools,tools,measuringtoolsarethebasisforprocessingworkpieceswithhighprecision.
NCtechnologyasmodernmanufacturingofcoretechnologyone,inindustriesinthearehaswidelyofapplication,inmachinerymanufacturingindustryamong,processingcenterduetocantohighofprecisionimplementationmoretypesofprocessingbyhasbecamemodernmanufacturingnotmissingofprocessingdevice
thistopicscanimproveonelectriccontrolpartofin-depthresearch,improveelectriccontrolpart,andtool,measuringtools,toolsofdesignability,improveIonbylearnexpertiseofintegratedapplicationability.
Keywords:
link;dedicatedboringmachine;NCtechnology;electricalcontrols;
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目 录
第一章 绪论
1.1数控技术的概念与特点
1.2数控加工在机械制造业中的作用和地位
1.3数控系统发展趋势
第二章 连杆
2.1连杆结构特点
2.2连杆材料及毛坯制造方法
2.3连杆的基准选择
2.4连杆主要加工表面及加工工艺安排
2.5连杆精铣参数计算
第三章 专用铣床的CNC系统
3.1FANUC数控系统概述
3.2FANUC数控系统的电路连接
第四章 专用铣床电控系统的电气连接
4.1主轴伺服驱动系统的电气连接
4.2进给伺服驱动系统的电气连接
4.3控制面板的电气连接
4.4位置监测装置的电气连接
第五章 专用铣床电控系统的设计
5.1电控系统的设计要求
5.2电控系统设计
5.3功能分析
5.4电气主电路图
5.5伺服电路图
5.6I/O 转接端子板电路图
5.7手持单元电路图
5.8输入、输出开关量的定义
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第六章 专用铣床刀具的选择
6.1刀具的设计要求
6.2刀具的选择
结束语 ×
致谢…………………………………………………… ×
参考文献 ×附录 ×
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第一章CNC数控系统概述
1.1CNC数控基本概述
简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。
这一类的机床称为数控机床。
这是一种现代化的加工手段。
同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。
利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工,而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。
总体上说,和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下特点(既有优缺点):
1) 数控机床优点
1、加工效率高。
利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。
而加工过程是由计算机控制,所以零件的互换性强,加工的速度快。
2、加工精度高。
同传统的加工设备相比,数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差,因此加工的效率可以得到很大的提高。
3、劳动强度低。
由于采用了自动控制方式,也就是说加工的全部过程是由数控系统完成,不像传统加工手段那样烦琐,操作者在数控机床工作时,只需要监视设备的运行状态。
所以劳动强度很低。
4、适应能力强。
数控加工系统就像计算机一样,可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式,因此加工的范围可以得到很大的扩展。
5、工作环境好。
数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物,对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。
6、就业容易、待遇高。
由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段,大量的数控机床和先进的加工手段的快速引进,却没有大量熟练数控技术操作的人员参与,因此造成该行业严重缺乏人才。
(二)数控机床的缺点
数控机床的主要缺点如下:
价格较高,设备首次投资大;对操作、维修人员的技术要求较高;加工复杂形状的零件时,手工编程的工作量大。
1.2CNC数控系统组成
CNC系统是在传统硬件结构数控(NC)的基础上发展起来的,它主要由硬件和软件
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两大部分组成。
其核心是计算机数字控制装置。
CNC系统类型很多,主要有铣床、车床、加工中心等。
CNC系统由计算机数控装置
(CNC装置)、输入/输出设备、主轴驱动装置和进给驱动装置(包括检测装置)、机床电气逻辑装置等组成,如图1-1所示。
图1-1 数控系统结构框图
1、输入/输出装置
输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置,输入的内容及数控系统的工作状况可以通过输出装置进行观察。
现在数控系统主流的输入/输出装置有磁盘驱动器、通讯网络接口、LCD及各种显示器件等。
2、数控装置
数控装置是数控系统的核心。
它的主要功能是:
正确识别和解释数控加工程序,对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理,完成各种输入、输出任务。
其形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置。
前者称为硬件数控装置,或NC装置,其数控功能有硬件逻辑电路实现;后者称为CNC装置,其数控功能有硬件和软件共同实现。
数控装置将数控加工程序按两类控制信息分别输出:
一类是连续控制量,送往驱动控制装置;另一类是离散的开关控制量,送往机床电器逻辑控制装置。
3、伺服系统
伺服系统(驱动控制单元)位于数控装置和机床本体之间,包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。
进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成,它按照数控装置发出的位置命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。
主轴驱动装置主要由速度控制单元组成。
4、机床电气控制装置
机床电器控制装置位于数控装置和机床之间,接受数控装置发出的开关命令,主要完成机床主轴选速、起停和方向控制信号,换刀功能,工件装夹功能冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。
其形式可以是继电器控制线路或可编程逻辑控制器(PLC)。
根据不同的加工方式,机床本体可以是车床、铣床、钻床、磨床、镗床、加工中心及电加工机床等。
与传统的普通机床相比,数控机床本体的外部造型、整体布局、传动系统、刀具系统及操作机构等方面都应该符合数控的要求。
数控机床还配有各种辅助装置,其作用是配合机床完成对工件的加工。
如切削液或油液系统中的冷却或过滤装置,油液分离装置,吸尘吸雾装置、润滑装置及辅
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助主机实现传动和控制的气动、液动装置等。
除上述通用辅助设备外,从目前数控机床技术现状看,至少还有五类辅助装置是数控机床应该配备的:
对刀仪、自动编程机、自动排屑机、物料储运及上下料装置和交流稳压电源。
1.3数控加工在机械制造业中的地位和作用
随着科学技术的发展,机械产品结构越来越合理,其性能、精度和效率日趋提高,更新换代频繁,生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化。
因此,对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
所以数控加工在现在机械制造中有着重要的作用。
1.4数控系统的发展趋势
1.3数控技术发展回顾及未来发展趋势
1.3.1数控(NC)阶段(1952-1970年)
早期的计算机运算速度低,这对当时的科学计算和数据处理影响不大,但不能适应机床实时控制的要求。
于是,人们不得不采用数字逻辑控制电路,组成机床专用计算机。
这种数控装置称为硬件连接数控装置(HARD-WIREDNC),简称为数控(NC)。
随着电子元器件的发展,这个阶段又经历了三代:
1952年的第一代—电子管计算机组成的数控装置;1959年的第二代—晶体管计算机组成的数控装置;1965年的第三代—小规模的集成电路计算机组成的数控装置。
1.3.2计算机数控(CNC)阶段(1970年-至今)
1970 年研制成功了大规模集成电路,并将其用于通用小型计算机。
此时的小型计算机,其运算速度比以往的计算机有了大幅度的提高,比专用计算机成本低、可靠性提高。
于是,小型计算机作为数控系统的核心部件,数控机床进入了计算机数控(CNC)阶段。
1971年,美国INTEL公司在世界上的第一次将计算机的两个核心的部件—运算器和控制器,采用大规模的集成电路控制技术,将其集成在一块芯片上,称为微处理器(Microprocessor),又称中央处理单元CPU。
1974年,微处理器应用于数控系统。
虽然早期的微处理器速度和功能对数控装置来说有局限性,但可以通过多处理器结构来解决相应的问题。
由于微处理器是计算机的核心部件,故此时的数控系统仍然成为计算机数控。
到了1990年,PC机的性能已发展到很高的水平,可满足数控系统核心部件的要求,而且PC机的生产批量很大,软件资源丰富,价格便宜,可靠性高,数控系统从此进入基于PC的阶段。
1.3.3未来的发展
当今的计算机业的高速发展,并且计算机业已经基本成熟,所以数控系统还是以PC为基础,开发以PC为基础的控制器,这种控制器可以将数控系统与PC直接连接,这样可以直接实现数据的传输,大大提高了控制器的能力,还将降低控制器的成本。
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控制器还将采用开放式的系统构架,这样数控机床也可以像今日的计算机业一样,用户可以根据需要自行对数控机床的软、硬件进行配置,这样数控机床的功能提升了,价格降低了。
同时数控机床还向小型化发展。
总之,计算机数控阶段也经历了三代。
即1970年的第四代—小型计算机数控系统;1974年的第五代—微处理器组成的数控系统;1990年的第六代—基于PC的数控系统。
数控系统半个世纪经历了两个阶段六代大发展,只是发展到了第五代以后,才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。
因此,即使在工业发达国家,数控机床大规模地得到应用和普及也是在20世纪的70年代末、80年代初的事情,也就是说,数控技术的
发展和普及经过了近30年。
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展,数
控系统功能不断增多,柔性不断增强,性价比不断提高,当前数控系统正朝着下面几个方向发展。
1、高速度、高精度化。
数控系统的高速度、高精度化要求数控系统在读入加工指令数据后,能高速计算出伺服电机的位移量,并控制伺服电机高速度准确地运动。
此外,要实现生产系统的高速度化,还必须要求主轴转速、进给率、刀具交换、托板交换等实现高速度化。
2、智能化。
数控系统应用高技术的重要目标时智能化。
包括( 1)自适应控制技术。
(2)附加人机会话自动编程功能。
(3)具有设备故障自诊断功能。
(4)小型化。
(5)计算机群控。
(6)具有更高的通信功能。
第二章 连杆
2.1连杆结构特点
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一,它在柴油机中,把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴,又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。
连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。
连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。
连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。
为了减少磨损和便于维修,连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。
轴瓦有钢质的底,底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。
在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片,可以用来补偿轴瓦的磨损。
连杆小头用活塞销与活塞连接。
小头孔内压入青铜衬套,以减少小头孔与活塞销的磨损,同时便于在磨损后进行修理和更换。
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在发动机工作过程中,连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用,连杆除应具有足够的强度和刚度外,还应尽量减小连杆自身的质量,以减小惯性力的作用。
连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。
为了保证发动机运转均衡,同一发动机中各连杆的质量不能相差太大,因此,在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块,以便在称量后切除不平衡质量。
连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。
考虑到装夹、安放、搬运等要求,连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。
在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽),发动机工作时,依靠曲轴的高速转动,把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内,以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。
连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来,使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动,以输出动力。
因此,连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能,而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。
反映连杆精度的参数主要有5个:
(1)连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度;
(2)连杆大、小头孔中心距尺寸精度;(3)连杆大、小头孔平行度;(4)连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度;(5)连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。
项目
Ra
连杆衬套孔
0.63
连杆大头孔
0.8
加衬套
1.25
不加衬套
0.63
表2-1连杆的各加工表面粗糙度
连杆小头孔
连杆大头两端面 1.6
连杆大头分开面 1.6
螺栓孔支承端面 3.2
表2-2 连杆的各加工表面公差
项目 公差等级
连杆衬套孔 IT6
连杆大头孔 IT6
连杆小头孔 IT7
连杆大小头孔中心距 IT8
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图2-1连杆的总成图
2.2连杆材料及毛坯制造方法
连杆在工作中承受多向交变载荷的作用,要求具有很高的强度。
因此,连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢;如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。
本课题
采用35CrMo(含碳0.32%~0.40%,sb³985MPa,ss³835MPa)。
近年来也有采用
球墨铸铁的,粉末冶金零件的尺寸精度高,材料损耗少,成本低。
随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用,使粉末冶金件的密度和强度大为提高。
因此,采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。
连杆毛坯制造方法的选择(本课题选用整体锻造),主要根据生产类型、材料的工艺性(可塑性,可锻性)及零件对材料的组织性能要求,零件的形状及其外形尺寸,毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。
根据生产纲领为大量生产,连杆多用模锻制造毛坯。
连杆模锻形式有两种,一种是体和盖分开锻造,另一种是将体和盖锻成—体。
整体锻造的毛坯,需要在以后的机械加工过程中将其切开,为保证切开后粗镗孔余量的均匀,最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。
相对于分体锻造而言,整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题,但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点,故用得越来越多,成为连杆毛坯的一种主要形式。
总之,毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低,性能提高。
目前我国有些生产连杆的工厂,采用了连杆辊锻工艺。
用辊锻法生产的连杆锻件,在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平,并且设备简单,劳动条件好,生产率较高,便于实现机械化、自动化,适于在大批大量生产中应用。
辊锻需经多次逐渐成形。
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锻好后的连杆毛坯需经调质处理,使之得到细致均匀的回火索氏体组织,以改善性能,减少毛坯内应力。
为了提高毛坯精度,连杆的毛坯尚需进行热校正。
连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查,方能进入机械加工生产线。
2.3连杆的基准选择
1、粗基准的选择
A 、以不需加工的杆身侧面作为粗基准面,来加工连杆的两端面,设计基准和定位基准要重合;
B、钻小头孔以粗磨后的两端面作为粗基准采用外定位,同时以未加工过的毛面作为粗基准。
2、精基准的选择
以加工过的两端面,大小头孔和工艺凸台作为精基准。
3、小头孔的加工均采用外定位方式,均以工艺凸台和工艺面作定位基准。
2.4连杆主要加工表面及加工工艺安排
连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面,较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面,次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。
连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段:
第一阶段为连杆体的加工,第二阶段为连杆盖的加工,第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。
第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准(端面、小孔头和大头外侧面);第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面,包括大、小头粗加工、为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精加工以
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