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文檔簡介
1、<p><b> 本科畢業(yè)論文</b></p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p> 局域網(wǎng)下機械零部件的設計與加工</p><p><b> 誠信聲明 </b></p><p> 本人鄭重聲明:本論文及其研究工作是本人在指導教師的指
2、導下獨立完成的,在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p> 本人簽名: 年 月 日</p><p><b> 畢業(yè)設計任務書</b></p><p> 設計題目: 局域網(wǎng)下機械零部件的設計與加工
3、 </p><p> 設計的主要任務及目標 </p><p> 通過本次畢業(yè)設計使學生了解和掌握到畢業(yè)設計應遵循的步驟和程序,通過對現(xiàn)代化數(shù)字加工技術的學習,了解網(wǎng)絡環(huán)境下機械加工的環(huán)境要求,通過某典型零件,對其加工工藝進行設計,結合三維造型及加工軟件,完成零件的加工仿真,通過網(wǎng)絡傳輸,在數(shù)控機床上完成相關加工。</p><p> 設計
4、的基本要求和內(nèi)容</p><p> ?。?)了解數(shù)字加工技術及其相關技術</p><p> ?。?)了解在局域網(wǎng)下數(shù)字加工的環(huán)境要求及通信要求</p><p> ?。?)完成典型零件的工藝設計</p><p> ?。?)結合三維造型及加工軟件,結合仿真技術和局域網(wǎng)技術,完成零件的加工</p><p><b>
5、 主要參考文獻</b></p><p> [1]霍松林.網(wǎng)絡化制造的串口通信技術研究[D].武漢理工大學,2009.5</p><p> [2]辛嵐.數(shù)控機床通信與程序管理技術的研究[D].上海交通大學,2007.6</p><p> [3]李卓.網(wǎng)絡化數(shù)控加工技術研究[D].大連鐵道學院,2004.1.6</p><p>
6、; [6]陸鳳儀 鐘守炎.機械設計[M].機械工業(yè)出版社第二版:2011.7:4-13</p><p> [7]劉英 袁績乾.機械制造技術基礎[M].機械工業(yè)出版社第二版:2012.3.297-350</p><p><b> 進度安排</b></p><p> 局域網(wǎng)下機械零部件的設計與加工</p><p>
7、 摘要:隨著計算機網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展, 世界已進入網(wǎng)絡時代。網(wǎng)絡也使得制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化,要求利用互聯(lián)網(wǎng), 靈活而快速地實現(xiàn)網(wǎng)絡化制造。</p><p> 本設計首先通過對數(shù)控機床發(fā)展與現(xiàn)狀的了解,引出數(shù)控機床的局域網(wǎng)鏈接的趨勢,從而更深入的了解一些基本數(shù)控機床系統(tǒng)的通信結構、聯(lián)網(wǎng)協(xié)議轉換方案以及硬件接口之間的鏈接。再通過一個基本軸類零件的工藝設計與編程,對其三維造型,應用加工軟件進行仿真模擬加工,最后利
8、用數(shù)控機床的局域網(wǎng)技術,實現(xiàn)機械零部件的數(shù)控加工。</p><p> 關鍵詞:網(wǎng)絡時代;網(wǎng)絡化制造;數(shù)控加工</p><p> LAN Mechanical Parts Design and Processing</p><p> Abstract:with the rapid development of computer network technolog
9、y, the world has entered the era of network. Network makes fundamental changes have taken place in manufacturing, require use of the Internet, flexible and fast realization of networked manufacturing.</p><p>
10、; This design first by understanding the current situation of development of NC machine tool, which leads to the LAN link trend of NC machine tools, so as to better understanding of some basic numerical control machine
11、tool system communication structure, the network protocol conversion scheme and hardware interface between the links. Again through a basic process design and programming of shaft parts, on the three dimensional modellin
12、g,application processing software simulation processing, finall</p><p> Key words: The network era; Networked manufacturing; The NC machining </p><p><b> 目 錄</b></p><p&
13、gt;<b> 1 緒 論1</b></p><p> 1.1 數(shù)控機床基本概念1</p><p> 1.2 數(shù)控機床組成、特點1</p><p> 1.3 國內(nèi)數(shù)控機床技術發(fā)展2</p><p> 1.4 本文要完成的主要內(nèi)容3</p><p> 2 數(shù)控機床的局域網(wǎng)連接
14、4</p><p> 2.1數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)的趨勢及優(yōu)點4</p><p> 2.2 典型的DNC系統(tǒng)通信結構5</p><p> 2.2.1串口方式通信結構5</p><p> 2.2.2局域網(wǎng)方式通信結構6</p><p> 2.2.3現(xiàn)場總線方式通信結構7</p><p>
15、; 2.3 協(xié)議轉換聯(lián)網(wǎng)方案8</p><p> 2.4 硬件接口之間的連接12</p><p> 2.4.2串口服務器與機床串行口的連接13</p><p> 3 軸類零件的設計與加工15</p><p> 3.1 零件圖紙分析15</p><p> 3.2 加工工藝分析16</p>
16、;<p> 3.2.1 夾具、刀具的選擇16</p><p> 3.2.2 切削用量16</p><p> 3.2.3 機床對刀及工步17</p><p> 3.3 加工程序編輯17</p><p> 3.4 加工零件的三維建模21</p><p> 3.5 數(shù)控模擬仿真加工22&
17、lt;/p><p><b> 總 結25</b></p><p><b> 參考文獻26</b></p><p><b> 致 謝27</b></p><p><b> 附 錄28</b></p><p><
18、b> 1 緒論</b></p><p> 1.1 數(shù)控機床基本概念</p><p> 20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應用,計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是20世紀內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術進步。自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今己經(jīng)歷了50個年頭。數(shù)控設備包括:車、銑、加工中心、銼、磨、沖壓、電加工以及各類專機,形成龐大的數(shù)控制造設備
19、家族。</p><p> 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數(shù)字表示,通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決
20、了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現(xiàn)代機床控制技術的發(fā)展方向,是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。</p><p> 1.2 數(shù)控機床組成、特點</p><p><b> (1)主機</b></p><p> 主機是數(shù)控機床的主體,包括床身、立柱、立軸、進給機構等機械部件。根據(jù)不同的零件加工要求,
21、有車床、銑床、鉆床、銼床、磨床、重型機床、電加工機床以及其它類型。</p><p><b> ?。?)CNC裝置</b></p><p> 這是數(shù)控機床的核心,包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盤、紙帶閱讀機等)以及相應的軟件。CNC裝置用于實現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序,并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。</p><
22、p> 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)提供了多種程序輸入方法,如通過面板人工現(xiàn)場輸入、通過磁盤驅動器輸入、通過串行通訊口輸入及傳統(tǒng)的紙帶閱讀機輸入等?,F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均配置有大容量存儲器RAM來存儲已輸入數(shù)控系統(tǒng)的加工程序。通過數(shù)控系統(tǒng)的顯示器及鍵盤可現(xiàn)場對內(nèi)存中的加工程序進行編輯與修改。</p><p><b> ?。?)驅動裝置</b></p><p> 這是數(shù)控機床執(zhí)行機構的
23、驅動部件,包括主軸驅動單元、進給驅動單元、主軸電機進給電機等。數(shù)控機床的主軸和進給系統(tǒng)是由數(shù)控裝置發(fā)出指令,通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)的。當幾個進給軸實現(xiàn)聯(lián)動時,可以完成點位、直線、平面曲線或空間曲紉面的加工。</p><p> ?。?)數(shù)控機床的輔助裝置</p><p> 這是指數(shù)控機床的一些必備的配套部件,用以保證數(shù)控機床的運行。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉臺和
24、數(shù)控分度頭,還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置。</p><p> ?。?)編程機及其他一些附屬設備</p><p> 現(xiàn)代數(shù)控機床不僅可以在CNC裝置上的鍵盤直接輸入零件的程序,也可以利用自動編程機,在機外進行零件的程序編制,將程序記錄在信息載體上(如紙帶、磁帶、磁盤等),然后送入數(shù)控裝置。對于較為復雜的零件,一般都是采用這種自動程序編制的方法。</p><p><
25、b> 數(shù)控機床的特點:</b></p><p> ?。?)加工精度高、加工質量穩(wěn)定可靠,數(shù)控機床的加工精度不受零件本身的復雜程度影響</p><p> ?。?)生產(chǎn)效率高、切削用量合理</p><p> ?。?)對零件加工的適應性強,柔性好</p><p> ?。?)有利于提高生產(chǎn)管理水平,并向計算機控制和管理發(fā)展。由于數(shù)
26、控機床是用標準代碼和數(shù)字量信號輸入,易于與上層計算機聯(lián)機,進行計算機直接管理和調(diào)度。</p><p> 1.3 國內(nèi)數(shù)控機床技術發(fā)展</p><p> 我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段,許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉型。但總的來說,技術水平不高,質量不佳,同時還存在下列問題:</p><p> (1)低技術水平的產(chǎn)品競爭激烈,互相靠壓
27、價促銷</p><p> (2)高技術水平、全功能產(chǎn)品主要靠進口</p><p> (3)配套的高質量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口</p><p> (4)應用技術水平較低,聯(lián)網(wǎng)技術沒有完全推廣使用</p><p> (5)自行開發(fā)能力較差,相對有較高技術水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、合資生產(chǎn)或進口件組裝。</p>&l
28、t;p> 同時隨著數(shù)控機床的普及應用,許多單位都擁有一定數(shù)量的數(shù)控機床。長期以來大多采取操作人員在機床操作面板上手工輸入NC程序的方式工作,這種方式有以下諸多不利:</p><p> (1)機械而煩瑣,出錯幾率較大,工作效率低。</p><p> (2)雖然近年來有的單位采用了計算機進行通信,但所用的通信程序是基于DOS\Windows操作系統(tǒng)的單機通信程序,必須在機床端和PC
29、機端交替操作才能完成通信。</p><p> (3)通信距離十分有限,給操作帶來許多不便。</p><p> 但是隨著計算機技術的發(fā)展,用一臺計算機進行多臺數(shù)控機床的程序管理和程序傳輸已經(jīng)成為可能,而實施數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)便可避免上述種種弊端。</p><p> 由于我國目前數(shù)控技術的發(fā)展還處于起步階段,要充分發(fā)揮我國中小企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控設備的生產(chǎn)潛力,研究基于網(wǎng)絡,滿
30、足現(xiàn)代制造過程的網(wǎng)絡數(shù)控技術勢在必行。</p><p> 1.4 本文要完成的主要內(nèi)容</p><p> 本次畢業(yè)設計通過數(shù)控機床的了解,以及對數(shù)控機床的局域網(wǎng)鏈接的掌握,運用以前所學的知識,再通過查閱資料,要完成以下主要內(nèi)容:</p><p> (1)完成基本軸類零件的工藝設計與編程</p><p> (2)實現(xiàn)軸類零件的三維造型,
31、數(shù)控模擬加工 </p><p> (3)掌握計算機與數(shù)控機床的局域網(wǎng)連接</p><p> (4)實現(xiàn)軸類零件的加工</p><p> 2 數(shù)控機床的局域網(wǎng)連接</p><p> 2.1數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)的趨勢及優(yōu)點</p><p> 隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術和信息技術的快速發(fā)展,以及逐漸成熟的網(wǎng)絡經(jīng)濟環(huán)境,逐步改
32、變了傳統(tǒng)制造業(yè)的運行模式,而網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)具備提高生產(chǎn)效率和快速響應市場變化的能力,因此在這種環(huán)境下越來越受到人們的重視。為了適應制造業(yè)全球化競爭的趨勢,傳統(tǒng)的制造業(yè)也必須做出相應地信息化改變,尋求企業(yè)之間、部門之間的資源共享、分工協(xié)作和優(yōu)勢互補,來提升自身的競爭力,才能更好地生存。網(wǎng)絡化制造模式就是在這種狀況下逐漸形成的,它是一種能夠按照市場需求驅動、具有快速響應機制的模式。</p><p> 在網(wǎng)絡化制造模
33、式中,網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)是每個企業(yè)最底層、最基礎的控制系統(tǒng),也是系統(tǒng)最重要的一環(huán)。通過它來實現(xiàn)數(shù)控設備的遠程監(jiān)控及故障診斷,也能夠實現(xiàn)異地協(xié)同設計與制造。尤其是在目前制造設備成為全球性制造資源的時期,網(wǎng)絡化制造模式極大地提高了企業(yè)的敏捷化程度,也推動了國家制造業(yè)的網(wǎng)絡化進程。</p><p> 實現(xiàn)網(wǎng)絡化制造模式即數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有以下優(yōu)點:</p><p> ?。?)徹底擺脫手工輸入程序和
34、單機輸入程序的局面,實現(xiàn)長距離自動程序傳輸。縮短傳輸程序時間,也就是延長機床實際加工時間,創(chuàng)造更多的利益。</p><p> ?。?)用于管理的PC機可以放置在局域網(wǎng)的任何位置,不受距離影響,而主控機距離數(shù)控機床也可以達到比較遠的地方。</p><p> ?。?)并行傳輸程序,即一臺主控機可以鏈接一臺數(shù)控機床也可以同時面向幾臺數(shù)控機床進行數(shù)據(jù)通訊。</p><p>
35、 (4)操作簡單,無需借助其他設備或編程員的幫助,操作工人在機床的操作面板上輸入相應的指令,就可以上傳或下載零件加工程序。</p><p> ?。?)主控機24小時工作,隨時對網(wǎng)絡上的數(shù)控機床實施管理及數(shù)據(jù)通訊,不會影響機床的正常運行。</p><p> ?。?)傳輸可靠性高,在傳輸過程中一般不會出現(xiàn)錯誤,特殊情況下如有錯誤計算機會立即報警。準確性也高,零件程序重復使用時即使重新傳輸也可
36、以保證絕對正確。修改容易,首次使用的程序如果在現(xiàn)場進行了修改,上傳后可供下次直接調(diào)用。</p><p> ?。?)程序管理統(tǒng)一化,并且責任清楚,一旦出現(xiàn)問題,很容易分析出出現(xiàn)錯誤的地方。程序也能實現(xiàn)文件名與零件號統(tǒng)一的管理方式,徹底改變程序號對NC程序管理的束縛。</p><p> ?。?)對具有DNC功能的數(shù)控系統(tǒng),可以在網(wǎng)絡上實現(xiàn)DNC加工。</p><p>
37、 2.2 典型的DNC系統(tǒng)通信結構</p><p> 不同的通信結構決定著DNC系統(tǒng)整體性能的好壞程度,進行選擇時主要考慮企業(yè)的實際狀況、設備的先進性、通訊距離的遠近和網(wǎng)絡的集中性與穩(wěn)定性等因素。既不能過高地追求最新的、最先進的技術,也不能僅僅為了滿足目前的生產(chǎn)需要而進行設計實施,要為企業(yè)今后的發(fā)展奠定一定的基礎。目前,國內(nèi)常用的DNC系統(tǒng)通信結構有串口方式、局域網(wǎng)方式和現(xiàn)場總線方式三種。</p>
38、<p> 2.2.1串口方式通信結構</p><p> 串口方式通信結構具有點對點結構和采用多串口卡結構兩種形式。</p><p><b> ?。?)點對點結構</b></p><p> 點對點結構是指每臺數(shù)控機床都由單獨的工控計算機進行控制,然后由工控計算機通過Ethenet(以太網(wǎng))接入企業(yè)局域網(wǎng),如圖2.1所示。這種結構
39、要求數(shù)控機床帶有串行接口(RS-232C),有時還根據(jù)實際通訊距離的遠近外加一個串口轉換裝置(如RS-232/RS422轉換器等)。</p><p> 這種結構具有結構簡單,直接和可靠,且技術要求不高,企業(yè)可自行實現(xiàn)的優(yōu)點,常用于數(shù)控機床距離工控計算機較近且布置比較分散的企業(yè)。但其缺點是每臺機床都需配置工控計算機,造成投入大、回報周期長且車間管理混亂等。</p><p> ?。?)采用多
40、串口卡結構</p><p> 多串口卡結構是在點對點結構上進行改進,是一種典型的一對多模式。通過多串口卡實現(xiàn)一臺工控計算機與多臺數(shù)控機床的連接,同樣該工控計算機通過Ethenet(以太網(wǎng))接入企業(yè)局域網(wǎng),如圖2.2所示。多串口卡通常裝在工控計算機內(nèi)擴展槽中,也可作為一個獨立的部件,具體方式參考實際的接口形式和協(xié)議方式。最常用的多串口卡是MOXA公司的CZ1STuroSeries系列產(chǎn)品。</p>
41、<p> 這種結構的優(yōu)點是經(jīng)過施工、調(diào)試建成的DNC系統(tǒng),硬件位置相對固定且車間環(huán)境較好,傳輸速率高和傳輸質量好,且可實現(xiàn)遠距離通信,系統(tǒng)穩(wěn)定性高,有利于企業(yè)實現(xiàn)信息化集成。缺點是工控計算機與數(shù)控機床之間距離較遠,操作不方便,對軟件的要求較高。這種結構適合數(shù)控系統(tǒng)較單一的企業(yè)。</p><p> 2.2.2 局域網(wǎng)方式通信結構</p><p> 局域網(wǎng)方式結構是通過一條公用
42、的通信介質(如電纜等、雙絞線等)將分散的數(shù)控機床連接起來,各個站點之間的距離可以較遠,是一種分散性控制通信網(wǎng)絡。在這種結構中需要使用串口服務器將TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡卡口數(shù)據(jù)轉換成數(shù)控機床的串行口,同時串口服務器采用RJ45接口接入企業(yè)局域網(wǎng)。這是一種是最常用的企業(yè)局域網(wǎng)中一臺工控計算機同時控制和管理多臺數(shù)控機床的DNC系統(tǒng),典型的局域網(wǎng)型DNC系統(tǒng)如圖2.3所示。</p><p> 局域網(wǎng)方式結構具有在局域網(wǎng)范
43、圍內(nèi)可靠性高、傳輸速率快等優(yōu)點,可有效地實現(xiàn)DNC系統(tǒng)中信息可靠傳輸與數(shù)據(jù)共享的要求。但在實際應用時,還需要根據(jù)DNC系統(tǒng)的特點選擇合適的局域網(wǎng)和網(wǎng)絡拓撲結構。</p><p> 2.2.3現(xiàn)場總線方式通信結構</p><p> 現(xiàn)場總線結構是指由一條電纜組成一個段,當系統(tǒng)網(wǎng)絡中某個端點發(fā)出消息時,電纜上其余設備都可以檢測到該信號,并可根據(jù)MAC地址進行判斷,看該信號是否發(fā)給本機。對于
44、某段來說,其上的節(jié)點數(shù)目大約有30個?,F(xiàn)場總線技術近年來已發(fā)展成為一種新興的通訊結構形式,市場上的現(xiàn)場總線有基金會現(xiàn)場總線、PROFIBUS總線、CAN總線和Lon76rks總線等,其中最常用的是CAN總線和PROFIBUS總線。利用現(xiàn)場總線來實現(xiàn)DNC系統(tǒng)具有結構簡單、可靠性高、電纜長度短、易擴展、易布線和易維護等優(yōu)點,但是與其它兩種通信結構相比,具有故障后果嚴重和故障診斷難、費用高等缺點。圖2.4是利用CAN總線來實現(xiàn)DNC系統(tǒng)通信
45、的結構圖。</p><p> 2.3 協(xié)議轉換聯(lián)網(wǎng)方案</p><p> DNC系統(tǒng)一個最重要的也是最基礎的功能就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸。就目前技術方面而言,延長通訊距離的方法有采用MODEM、串口服務器、串口轉換器和長線收發(fā)器等,具體的選擇要根據(jù)實際的需求來進行。通常采用串口服務器來實現(xiàn),它是基于TCP/IP協(xié)議的串口數(shù)據(jù)流,能將多個串口設備連接起來并將所要傳送的數(shù)據(jù)流進行相應地選擇和
46、處理。</p><p> TCP/IP協(xié)議(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)叫做傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議,又叫網(wǎng)絡通訊協(xié)議,其中包括上百種功能不一的協(xié)議。TCP協(xié)議和IP協(xié)議是兩個保證數(shù)據(jù)完整傳輸最基本的協(xié)議,也是計算機網(wǎng)絡和Internet網(wǎng)絡中最常用的一種通信協(xié)議,對照IS0/0SI參考模型,可將TCP/IP協(xié)議分為四層:應用層、傳輸層、因特網(wǎng)層和網(wǎng)絡接口層
47、。由于DNC系統(tǒng)的車間服務器與DNC主機之間的通信就是利用TCP/IP協(xié)議通過企業(yè)局域網(wǎng)實現(xiàn)的。因此,下面分別對四個常用層進行簡單地介紹。</p><p> (1)應用層指的是我們熟悉的www瀏覽器、FTP程序等網(wǎng)絡應用程序,該層負責Clien\Server雙方通信信息語義的表示并對雙方語義進行匹配,也是應用程序模塊實現(xiàn)通信的用戶代理,通過它形成供傳輸層發(fā)送的字節(jié)流或報文。</p><p&g
48、t; (2)傳輸層應用層中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù),不是由應用程序直接發(fā)送到網(wǎng)絡線纜或接口卡中,而是傳送到傳輸層,通過傳輸層將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分段處理,并按照一定的規(guī)則組織成數(shù)據(jù)流,最后將這些數(shù)據(jù)段進行編號,發(fā)送到目的主機。在數(shù)據(jù)傳輸過程中,如果某段丟失了,目的主機就會請求源主機重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)段TCP/IP協(xié)議分層模型中提供了TCP和UDP兩種協(xié)議用于數(shù)據(jù)傳輸。</p><p> (3)因特網(wǎng)層該層主要負責提供基
49、本數(shù)據(jù)的封包傳送,讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達目的主機。IP協(xié)議就駐留在該層,IP地址也被它封裝,當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從傳輸層到達時,IP協(xié)議就會給相關信息添加該層的標題,標題主要內(nèi)容有源主機IP地址、目的主機IP地址、傳輸協(xié)議、檢驗和生存期等。</p><p> (4)網(wǎng)絡接口層從理論上講,該層并不是協(xié)議棧的一部分,但它是系統(tǒng)各種通信網(wǎng)絡的接口。它接受來自因特網(wǎng)層的數(shù)據(jù)包,并在其上加幀標題使之成為數(shù)據(jù)幀。其中,幀標題主要
50、包括源主機的MAC地址、目的主機MAC地址和循環(huán)冗余校驗等,最后以二進制的形式將數(shù)據(jù)幀放到傳輸線上進行傳輸。該層是由用戶根據(jù)局域網(wǎng)結構和自己的機型進行選擇的。</p><p> 傳輸過程中,數(shù)據(jù)每通過一層就要在其上加包頭,數(shù)據(jù)供接收端接收同一層協(xié)議使用。而在接收端,每經(jīng)過一層都要把使用過的包頭去掉,通過這種形式來確保傳輸數(shù)據(jù)格式的一致性。DNC系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高,因此選擇TCP/IP協(xié)議。</
51、p><p> 串口服務器的選擇:在進行DNC系統(tǒng)協(xié)議轉換聯(lián)網(wǎng)方案設計時,最主要的是對串口服務器的選擇。綜合考慮中心數(shù)控機床的布局、數(shù)控系統(tǒng)以及各個部門位置等后選擇臺灣MOXA公司的Nport Express DE一211產(chǎn)品串口聯(lián)網(wǎng)服務器來實現(xiàn)相關硬件的協(xié)議轉換。Nport Express DE一211的串口服務器硬件結構如圖2.5所示</p><p> Nport Express DE一
52、211實物如圖所示,它是一個能夠使串口(RS一232C等)立即具備聯(lián)網(wǎng)能力的服務器,通過以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議解決了工控計算機與串口設備之間的數(shù)據(jù)通訊。具體接口如圖2.6所示,通過上面的四個撥碼開關(DIP Switches)來實現(xiàn)對串口的設置。</p><p> 圖2.6 Nport Express DE一211示意圖</p><p> 在對Nport Express DE一211
53、進行配置時,首先要確定其IP地址是動態(tài)的還是固定的。如果Nport Express DE一211使用在固定IP環(huán)境中,則可使用Nport管理工具和Telent設備控制臺等配置新IP地址;如果使用在自動獲得IP地址的環(huán)境中,則使用Telent設備控制臺來配置服務器獲得動態(tài)IP地址。Nport Express DE一211出廠缺省IP地址是:192.168.127.254,設置好IP地址后,就可實現(xiàn)對Nport管理工具的安裝。Nport管理
54、工具的具體安裝步驟在這里就不詳細說明了,參考說明資料按照界面提示即可完成。</p><p><b> 具體實現(xiàn)方案;</b></p><p> 具體系統(tǒng)協(xié)議轉換聯(lián)網(wǎng)方案如圖所示。車間服務器不直接與數(shù)控機床連接,而是利用RJ45網(wǎng)卡口與串口服務器的協(xié)議轉換模塊連接,通過協(xié)議轉換模塊對雙方協(xié)議進行轉換后再與數(shù)控機床連接。在這里,由于數(shù)控機床與車間服務器之間的距離比較遠
55、,所以采用集線器延長了通訊距離。這種聯(lián)網(wǎng)方案實質上還是采用串口通信,經(jīng)過協(xié)議轉換的RS一232C接口,相當于遠程計算機的虛擬串行口,在進行數(shù)據(jù)的收發(fā)操作時與真正的串行口沒有區(qū)別。如圖2.7所示</p><p> 經(jīng)過串口服務器將串口(RS一232C等)轉換成IP端口的數(shù)據(jù),然后方便地進行IP化數(shù)據(jù)管理和存取,這樣就可以將傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)傳送到IP通道。采用在這種模式不必淘汰早期的數(shù)控機床,也提高了企業(yè)設備的利用率
56、,延長了通訊距離,節(jié)約了資源。串口服務器也實現(xiàn)了串行口和以太網(wǎng)之間通信數(shù)據(jù)的存儲和控制,系統(tǒng)對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行相應地處理,同時處理來自數(shù)控機床的串口數(shù)據(jù)流,進行格式轉換,成為可在以太網(wǎng)中傳播的數(shù)據(jù)幀,最后對來自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進行判斷,并轉換成串行數(shù)據(jù)送到響應的數(shù)控機床。</p><p> 2.4 硬件接口之間的連接</p><p> 各個獨立的設備只有正確合理地連接在一起才可以發(fā)揮特定
57、的功效。根據(jù)各個設備的接口類型,正確地把設備資源合理組建。串口通信接線方法主要是指串口服務器與機床串行口的連接、串口服務器與計算機的連接。如圖2.8所示</p><p> 2.4.1串口服務器與計算機的連接</p><p> 利用計算機和串口服務器的公用接口RJ45接口來進行通信。需要RJ45接口的雙絞線兩根,制作水晶頭4個,一根用于計算機與交換機的連接,另一根用于交換機與串口服務器連
58、接。</p><p> 串口服務器與交換機的連接:串口服務器以RJ45雙絞線與交換機相連,注意這里的網(wǎng)線壓線方式與普通聯(lián)網(wǎng)方式不一致。特殊的具有網(wǎng)絡接口的機床可以不通過串口服務器,轉接后直接聯(lián)入交換機,交由上位機進行管理。串口服務器、交換機、電腦的接口都是RJ45接口。</p><p> 2.4.2串口服務器與機床串行口的連接</p><p> 這里針對的是具
59、備各種串口接口的機床,用多串口服務器同時連接幾臺數(shù)控機床,再延伸RJ45屏蔽雙絞線與交換機相連。利用串口服務器和機床公用的串行口RS-232接口來進行連接。</p><p> 現(xiàn)在有1臺數(shù)控設備,故需要1根串口通信電纜,接DB一25的RS-232口。連接后經(jīng)反復實驗,用傳輸軟件多次進行程序的上傳和下傳,經(jīng)多次實驗已經(jīng)確保線路的正確性,為數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠傳輸做好了裝備。</p><p>
60、交換機連接作為以太網(wǎng)的入口:整個網(wǎng)絡以現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡為基礎,用交換機相連,然后將交換機與作為服務器的PC機相連;也可以同時連入幾臺客戶機,方便工作人員調(diào)用觀察程序,但不具備高級管理員功能,達成擴展功能。從而完成硬件的連接系統(tǒng)。串行接口尤其是RS-232,數(shù)據(jù)傳輸速率最大只能到20Kbps,一般是4800bps或者是9600bps。最大距離僅15m,所以適用于串口服務器和CNC之間的通信。RJ45屏蔽雙絞線傳輸速率和最大距離都有很大提高,
61、在抗干擾性方面優(yōu)于串行通信,適用于接入以太網(wǎng),進行長距離的從串口服務器到上位機的通信。</p><p> 3 軸類零件的設計與加工</p><p> 3.1 零件圖紙分析</p><p> 圖3.1 軸的CAD簡圖</p><p> 從零件的特征看首先該零件是一回轉體零件(單位:mm),以塑料棒料為毛坯,毛坯尺寸Φ50×10
62、0mm。</p><p> 同時從圖紙中我們可以看出該零件輪廓由直線、圓弧、螺紋共同構成一個復雜成型曲線回轉軸。加工部分包括螺紋、外圓、一個退刀槽、錐面、倒角等。</p><p> 對于數(shù)值的計算。生活中,我們對幾何信息的認知有多種方法,常用的有數(shù)形結合法(解析法)。但有時面對復雜的圖形,解析法會帶來繁重的數(shù)學計算。AUTO CAD為一套專業(yè)的繪圖軟件,它強大的信息處理功能為圖形中繁雜
63、點的計算帶來了可能。我們在操作界面中繪制圖形后就可以打開狀態(tài)欄中的捕捉、對象捕捉按鈕,在繪圖區(qū)捕捉相關的點,同時,在狀態(tài)欄中就可以看到這些點的坐標。</p><p> 3.2 加工工藝分析</p><p> 3.2.1 夾具、刀具的選擇</p><p> 對于回轉體零件,一般選擇三爪自定心卡盤。本零件選擇三爪自定心卡盤作夾具。</p><p
64、> 為適應數(shù)控機床加工精度高、加工效率、加工工序集中及零件裝夾次數(shù)少的要求,數(shù)控刀具具有很高的切削效率、高精度、高重復定位精度、可靠度和耐用度 。選擇刀具通常要考慮:</p><p> (1)被加工工件的材料及性能</p><p> (2)切削工藝的類別</p><p> (3)被加工工件的幾何形狀,零件精度,加工余量</p><p
65、> (4)被吃刀量,進給速度,切削速度</p><p> 考慮到以上因素故粗車時,要選用強度高,耐用度高的刀具以滿足粗車時大吃刀量,大進給量的要求.精車時要選用精度高,耐用度好的刀具以保證加工精度的要求。有:</p><p> (1)外圓車刀——T0101</p><p> (2)內(nèi)圓車刀——T0202</p><p> (3
66、)切槽刀(刀寬3mm)——T0303</p><p> (4)螺紋車刀——T0404</p><p> (5)鉆頭(Ø17mm)——T0505</p><p> 3.2.2 切削用量</p><p><b> (1)切削用量</b></p><p> 切削用量包括切削速度,背吃
67、刀量和進給量。對于不同的加工方法需要選擇不同的切削用量。粗加工時一般以加工效率為主通常選擇較大的背吃刀量和進給量,采用較小的切削速度。精加工時通常選擇較小的背吃刀量和進給量采用較高的切削速度。</p><p> 對于牙型較深,螺距較大時,可分數(shù)次進給。有:</p><p> 粗車S=800r/min,F=125mm/min;</p><p> 精車S=1000
68、r/min,F=157mm/min;</p><p> 切槽S=400r/min,F=16mm/min;</p><p> 車螺紋S=1000r/min,F=1.5(螺距);</p><p> 鉆孔S=650r/min;</p><p> (2)主軸轉速的確定</p><p> 主軸的轉速是切削刃上選定點相對
69、于工件的主運動的線速度,主運動速度n=1000Vc/πD,單位為r/min 。</p><p> 3.2.3 機床對刀及工步</p><p> 在進行數(shù)控機床對刀時,往往將整個刀具濃縮視為一個點,那就是刀位點,它是在刀具上用于表現(xiàn)刀具位置的參照點。對刀操作就是要測定出程序起點處刀具刀位點相對機床原點以及工件原點的坐標位置。對刀點可以設置在零件、夾具上或機床上面(盡可能設置在零件的設計基
70、準或工藝基準上)。</p><p> 試切端面 : 將兩端面已經(jīng)加工好的待加工毛坯裝夾到主軸上,在工件的伸出端安裝Z 軸向設定器。快移刀具接近到Z 軸向設定器,改用增量方式控制刀具工進,至到指示燈亮時停止動作,保持 Z軸 向不動,取出軸向設定器。然后在機床操作面板上調(diào)出刀具補償菜單欄中刀偏表,在相關的試切長度填空欄中鍵入有關數(shù)值(當前刀具刀位點相對于程序原點的距離)。</p><p>
71、 試切外圓:快速將刀具刀位點移動到毛坯端面角附近,然后用增量方式調(diào)節(jié) X 、Z 軸向進給至刀位點剛好切到毛坯外表面,再用手動輸入方式運行進行外圓車削。同時保持X軸軸向坐標不變,退出刀具。用游標卡尺測量出試切外圓直徑。然后在刀偏表中鍵入試切直徑,進行刀具補償。</p><p> 對于該零加工的工步設計,由于是從棒料開始加工,所以要進行粗加工(粗車外圓)、精加工(精車循環(huán))、切槽、鉆孔以及車螺紋等。</p&g
72、t;<p> 3.3 加工程序編輯</p><p> O2236 主程序號</p><p> N010 T0101 選一號刀具并調(diào)用一號刀補</p><p> N020 S800 M03 主軸
73、正傳800r/min</p><p> N030 M08 打開切削液</p><p> N040 G99 G00 X50.0 Z3.0設置進給速度為mm/r,快速移動至(x50.0 z3.0)</p><p> N050 G94 X0.0 Z0.0 F125 切削端面</p>
74、;<p> N060 G71 U2.0 R1.0 粗加工固定循環(huán)</p><p> N070 G71 P080 Q100 U0.4 W0.2 F125 </p><p> N080 G00 X45.0 快速移動至x45.0</p><p> N090 G01 Z
75、-6.0 車削外圓Ø45</p><p> N100 X50.0 退刀至Ø50</p><p> N110 S1000 M03 主軸提速至s1000r/min</p><p> N120 G70 P
76、080 Q100 F157 精加工</p><p> N130 G00 X150.0 Z200.0 M09 返回起刀點(150,200)關閉切削液</p><p> N140 T0100 取消一號刀補</p><p> N150 T0303
77、 換三號刀并調(diào)用三號刀補</p><p> N160 S800 M03 主軸正傳800r/min</p><p> N170 G98 設置進給速度為mm/min</p><p> N180 G00 X48.0 Z-11.0 M08 快速移
78、動至(48.0,-11.0)并打開切削液</p><p> N190 G75 R1.0 啄式固定循環(huán)切槽</p><p> N200 G75 X38.0 Z-13.0 P2000 Q2000 F16 </p><p> N210 G00 Z-21.0 快速移
79、至z-21</p><p> N220 G75 R1.0 啄式固定循環(huán)切槽</p><p> N230 G75 X38.0 Z-23.0 P2000 Q2000 F16 </p><p> N240 G00 X150.0 Z200.0 M09 返回起刀點(150,200)并關閉切削液</p
80、><p> N250 T0300 取消三號刀補</p><p> N260 T0505 換五號刀并調(diào)用五號刀補</p><p> N270 G00 X0.0 Z5.0 快速定位至(0,5)</p><
81、p> N280 G01 Z-30.0 </p><p> N290 Z3.0 打Ø17X30的工藝孔</p><p> N300 G00 X150.0 Z200.0 </p><p> N310 T05
82、00 取消五號刀補</p><p> N320 T0202 換二號刀并調(diào)用二號刀補</p><p> N340 S800 M03 設置主軸速速800r/min</p><p> N350 G99
83、 設置進給速度mm/r</p><p> N360 G00 X13.0 Z2.0 M08 快速定位至(13,2),打開切削液</p><p> N370 G72 W2.0 R1.0 采用端面固定粗加工循環(huán)指令</p><p> N380 G72 P390 Q420
84、 U-0.4 W0.2 F63 加工內(nèi)孔,進給速度為63mm/r</p><p> N390 G01 Z-30.0 移動至z-30.0處。</p><p> N400 X20.0 接近工件</p><p> N410 Z-13.0
85、 車削Ø20外圓</p><p> N420 X34.0 Z0.0 車削錐面</p><p> N430 S1000 提速至s1000m/min</p><p> N440 G70 P390 Q420 F0.1 精加工內(nèi)
86、孔,設置進給速度78mm/r</p><p> N450 G00 X150.0 Z200.0 M09 返回起刀點,關閉切削液</p><p> N460 T0200 取消刀補</p><p> N470 M05 主軸停轉</p>
87、<p> N480 M30 程序結束并復位</p><p><b> 工件掉頭</b></p><p> Q2237 主程序號</p><p> N010 T0101
88、選一號刀具,調(diào)用一號刀補</p><p> N020 G97 S800 M03 主軸正傳800r/min</p><p> N030 G00 X67.0 Z100.0 M08 快速定位至(50,100)打開切削液</p><p> N040 G94 X0.0 Z98.0 F60 切削端面,進
89、給速度60mm/r</p><p><b> Z95.0</b></p><p> N050 G71 U2.0 R1.0 外圓粗加工,進給速度60mm/r</p><p> N060 G71 P070 Q160 U0.4 W0.2 F60</p><p> N070 G00 X22
90、.0 快速定位至x22.0</p><p> N080 G01 X24.0 Z94.0 倒角</p><p> N090 Z85.0 車削外圓Ø24</p><p> N100 X25.0 退刀&l
91、t;/p><p> N110 X27.0 W-1.0 倒角</p><p> N120 Z65.0 車外圓Ø27</p><p> N130 X28.0 退刀</p><p> N140 X33.69 Z
92、-32.26 車削錐面</p><p> N150 G02 X39.67 Z30.0 R3.0 F0.25 倒圓角</p><p> N160 G01 X45.0 退刀</p><p> N170 S1000 M03 主軸提速1000r/min</p&
93、gt;<p> N180 G70 P070 Q160 F75 精加工,進給速度75mm/r</p><p> N190 G00 X150.0 Z200.0 M09 返回起刀點(150,200)關閉切削液</p><p> N200 T0100 取消一號刀補</p><p> N2
94、10 T0303 選三號刀具,調(diào)用三號刀補</p><p> N220 S800 M03 主軸正傳800r/min</p><p> N230 G00 Z67.0 快速移至z67</p><p> N240 X30.0
95、 靠近工件</p><p> N250 G75 R1.0 切槽</p><p> N260 G75 X24.0 Z65.0 P2000 Q2000 F16</p><p> N270 G00 X150.0 退刀至x150</p><p>
96、N280 Z200.0 返回起刀點,</p><p> N290 T0300 取消三號刀補</p><p> N300 T0404 選四號刀具,調(diào)用四號刀補</p><p> N310 S1000 M03
97、 主軸正傳1000r/min</p><p> N320 G00 X29.0 Z89.0 M08 快速定位至(29,89)關閉切削液</p><p> N330 G76 P020160 Q100 R100 </p><p> N340 G76 X25.052 Z67.0 P974 Q800 螺紋切削</p>&l
98、t;p> N350 G00 X150.0 Z200.0 M09 快速返回起刀點,關閉切削液</p><p> N360 T0400 取消四號刀補</p><p> N370 M05 主軸停轉</p><p> N380 M30
99、 程序結束,復位</p><p><b> 備注:</b></p><p> M03 主軸正傳 M05主軸停止 M30主程序結束</p><p> M08 切削液打開 M09關閉切削液</p><p><b> G00 點定位</b></p>
100、<p><b> G01 直線插補</b></p><p> G02 順時針圓弧插</p><p> G50 工件坐標系設置</p><p><b> G70 精加工循環(huán)</b></p><p> G71 外徑,內(nèi)徑粗加工循環(huán)指令 P精加工第一段程序號 Q精加工最后一段程序號
101、U x方向精加工余量 W z方向精加工余量</p><p> G72 端面粗加工循環(huán)</p><p> G75 外圓內(nèi)孔切槽循環(huán) P x方向移動量 Q z方向移動量</p><p><b> G76 螺紋循環(huán)</b></p><p><b> G94 每分鐘進給</b></p>
102、<p><b> G96 恒線速度</b></p><p> G97 每分鐘主軸轉速</p><p> G98 返回平面為初始平面</p><p><b> G99 每轉進給量</b></p><p> 3.4 加工零件的三維建模</p><p>
103、通過proe軟件對所設計的軸進行三維建模。Proe是美國參數(shù)技術公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數(shù)化設計軟件系統(tǒng),它的內(nèi)容包括了整個產(chǎn)品的設計過程。可以用于工業(yè)造型設計、三維模型設計、分析計算、動態(tài)模擬仿真、輸出工程圖、生成數(shù)控加工程序等許多領域。本設計主要是通過proe三維造型使所設計的軸類零件更加形象的立體的展現(xiàn)在我們面前。</p><p> 圖3.2 軸的proe三維圖</p>
104、<p> 3.5 數(shù)控模擬仿真加工</p><p> 運用斯沃數(shù)控仿真模擬軟件對設計的軸進行仿真模擬,熟悉在一般機械加工中所應該注意的事項,以及所要執(zhí)行的步驟。</p><p> (1)調(diào)零 機床回零操作是建立機床坐標系的過程?;亓悴僮魇菍嶋H機床在打開機床電源后,首先要做的操作。即在X軸,Z軸通過與限位開關的接觸,機床找到這兩個方向的極限值后,將機床坐標的值清零,建立機床
105、坐標系。</p><p> (2)選擇毛坯 選擇毛坯形狀為圓柱形,直徑50mm,長100mm。</p><p> (3)選擇刀具 在刀具庫中選擇所需要的刀具,設置刀具的長度,規(guī)定刀具在機床中的安裝位置。</p><p> (4)對刀 對所選的刀先進行機械對刀,即將所選的刀挨在毛坯表面,再進行X軸,Z軸的刀具補正。</p><p>
106、 (5)輸入程序 由于是自帶程序,所以在使用面板上按鍵直接錄入程序。</p><p> (6)調(diào)試程序 因為數(shù)控仿真模擬系統(tǒng)不能完全支持FANUCK系統(tǒng)的所有指令,為了避免錄入的程序中出現(xiàn)暫不支持指令,仿真系統(tǒng)提供一個檢查NC程序的功能。</p><p> (7)自動加工 按下自動加工鍵,讓其自動加工。</p><p> (8)驗證 檢驗所加工的零件
107、滿足圖紙的要求。</p><p><b> 總 結</b></p><p> ?。?)通過對數(shù)控機床的基本概念的了解,掌握數(shù)控機床的組成,特點。以及目前國內(nèi)數(shù)控機床的技術發(fā)展和面臨的問題同時提出解決方案。</p><p> ?。?)通過一個簡單的軸類零件的工藝設計與加工,了解基本零部件的工藝設計與加工的步驟,掌握如何進行零件圖紙的分析,加工
108、工藝的分析,知道了對其進行加工工藝分析時要考慮到的,夾具,刀具的選擇,工步的設計,切削用量的多少,數(shù)控機床的對刀,以及加工工藝卡的編制等諸多的要素。最后,完成軸類零件的數(shù)控編程。</p><p> ?。?)使用proe三維軟件進行三維造型,使所設計的軸更加的立體化,形象化。再運用數(shù)控模擬仿真軟件對軸進行模擬仿真加工。即可以讓自己更加清楚地了解到進行數(shù)控機床加工時要注意的事項,加工的步驟,以及加工的方法;又可以對自
109、己所編的數(shù)控編程進行查漏補錯,及時的修改一些在現(xiàn)實加工中不可以出現(xiàn)的錯誤。</p><p> ?。?)進行數(shù)控機床局域網(wǎng)連接的研究,首先通過對串口方式通信結構,局域網(wǎng)方式通信結構及現(xiàn)場總線方式通信結構的認識,了解典型的數(shù)控系統(tǒng)的通信結構。其次了解協(xié)議轉換聯(lián)網(wǎng)方案,包括TCP\IP協(xié)議的簡介,串口服務器的選擇。通過對這些的研究為局域網(wǎng)下機械零部件的設計與加工提供理論基礎。</p><p>
110、 由于局域網(wǎng)下機械零部件的設計與加工是一個當前機械業(yè)研究的熱點,所以在今后的研究中,我們將重點研究以下幾個方面:</p><p> ?。?)建立完整的不同數(shù)控系統(tǒng)之間數(shù)控程序的轉換格式。如常見的發(fā)那科、西門子、華中數(shù)控等常用指令的格式轉換;同時也應該建立相應的數(shù)據(jù)庫來存放</p><p><b> 和添加轉換指令。</b></p><p>
111、?。?)今后研究和實踐的重點是如何將CAD/CAE/PDM技術與數(shù)控加工技術充分融合,實現(xiàn)數(shù)控加工程序的仿真,以建成一種具有適應科研生產(chǎn)的、具有較全、較強實踐能力的先進制造實驗系統(tǒng)。</p><p> ?。?)需要進一步加強網(wǎng)絡監(jiān)控方面的功能,將遠程監(jiān)控、診斷和專家系統(tǒng)更好地結合起來實現(xiàn)在線診斷和監(jiān)控。</p><p><b> 參考文獻</b></p>
112、<p> [1]霍松林.網(wǎng)絡化制造的串口通信技術研究[D].武漢理工大學.2009.5</p><p> [2]辛嵐.數(shù)控機床通信與程序管理技術的研究[D].上海交通大學.2007.6</p><p> [3]李卓.網(wǎng)絡化數(shù)控加工技術研究[D].大連鐵道學院.2004.1.6</p><p> [4]劉笑冬.一種機床網(wǎng)絡化生產(chǎn)管理與監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)
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