【正文】 置機(jī)床需要大量投資。多軸數(shù)控加工機(jī)床和三軸數(shù)控加工機(jī)床之間的價(jià)格懸殊很大。多軸數(shù)控加工除了機(jī)床本身的投資之外，還必須對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進(jìn)行升級(jí)，使之適應(yīng)多軸數(shù)控加工的要求，以及對(duì)校驗(yàn)程序進(jìn)行升級(jí)，使之能夠?qū)φ麄€(gè)機(jī)床進(jìn)行仿真處理。2 零件圖的工藝設(shè)計(jì)分析 葉輪軸加工圖樣分析 圖21加工圖樣風(fēng)力驅(qū)動(dòng)器由葉輪軸、軸套、凸輪軸、底座、臺(tái)階銷等多個(gè)零件構(gòu)成。其中葉輪軸最為復(fù)雜，見(jiàn)圖21，需要車、銑復(fù)合加工，而葉片部分又是加工難度最大的，解決葉片部分的加工就成了最關(guān)鍵的問(wèn)題。圖22 葉輪軸 零件圖的工藝分析1）件圖的工藝性分析(1)分析零件圖是否完整正確 (2)零件的技術(shù)要求分析 (3)尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)(4)定位基準(zhǔn)應(yīng)可靠2）零件結(jié)構(gòu)工藝性分析（1）盡量工序集中，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特長(zhǎng)，提高精度和效率（2）采用標(biāo)準(zhǔn)刀具、減少刀具規(guī)格種類（3）減少機(jī)床調(diào)整，縮短輔助時(shí)間（4）利于減少編程工作量（5）利于減少加工勞動(dòng)量（6）利于保證定位剛度和刀具剛度，以提高加工精度綜上所述：零件在滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。它包括零件各個(gè)制造過(guò)程中的工藝性，如零件的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理和切削加工工藝性等。好的工藝性會(huì)使零件加工容易，節(jié)省工時(shí)，降低消耗。圖23 零件標(biāo)注結(jié)構(gòu)圖對(duì)數(shù)控加工來(lái)說(shuō)，零件圖上應(yīng)以同一基準(zhǔn)或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種尺寸標(biāo)注法不僅便于編程，也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，在保持設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)與保持原點(diǎn)設(shè)置的一致性方面帶來(lái)很大方便。由于零件設(shè)計(jì)人員在標(biāo)注尺寸時(shí)，一般總是較多的考慮裝配、使用等方面的因素，因而常采用局部分散的尺寸標(biāo)注方法，這給數(shù)控工序的安排與加工帶來(lái)諸多不便。由于數(shù)控加工精度與重復(fù)定位精度都很高，不會(huì)產(chǎn)生較大的積累誤差而破壞使用特性，因而可將局部尺寸分散標(biāo)注法改為以同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸的標(biāo)注法。對(duì)于該零件，所有標(biāo)注如圖23所示。,要求都很高，粗糙度不容易保證，而且公差要求較高，需要很高的配合度，所以這就是加工該零件的難度。，所以表面質(zhì)量的要求是很高的。根據(jù)以上分析可知：該零件的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且加工精度和表面質(zhì)量要求很高，不容易完成加工。 毛坯的選擇零件的毛坯種類主要分為型材，鍛件，鑄件和焊接，沖壓等半成品件，不同的毛坯種類的適應(yīng)范圍也不一樣，下面列舉幾種常用的毛坯種類進(jìn)行比較，如表24所列。表21 毛坯材料的比較型材尺寸大，精度低多用作一般零件的毛坯鍛件多用于強(qiáng)度高，形狀簡(jiǎn)單的零件鑄件多用于形狀復(fù)雜的毛坯根據(jù)表21的比較和分析，不同的毛坯材料具有不同的特性，在選擇時(shí)，我們?cè)撟⒅貙?shí)際的用途，不能盲目選擇。根據(jù)零件材料、性能的要求選擇零件的材料為鋁（LYZ12A），留4—5mm的余量，并根據(jù)情況盡量使各個(gè)表面上的余量均勻，毛坯為Ф90x120mm。3 加工準(zhǔn)備及工藝文件的編制 定位基準(zhǔn)的選擇各工序定位基準(zhǔn)的選擇，應(yīng)先根據(jù)工件定位要求來(lái)確定定位基準(zhǔn)的個(gè)數(shù)，再按基準(zhǔn)選擇原則來(lái)選定每個(gè)定位基準(zhǔn)。為使所選的定位的定位基準(zhǔn)能保證整個(gè)機(jī)械加工工藝過(guò)程順利進(jìn)行，通常應(yīng)先考慮如何選擇精基準(zhǔn)來(lái)加工各個(gè)表面，讓后考慮如何選擇粗基準(zhǔn)把作為精基準(zhǔn)的表面先加工出來(lái)。 粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，考慮的重點(diǎn)是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求。粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：（1）粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對(duì)稱、少裝夾等。（2）選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。（3）應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。（4）應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時(shí)需經(jīng)初加工。（5）粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。 精基準(zhǔn)選擇選擇精基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)從整個(gè)工藝過(guò)程來(lái)考慮如何保證工件的尺寸精度和位置精度，并使裝夾方便可靠。（1）基準(zhǔn)重合原則。即盡可能選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)稱為基準(zhǔn)重合。這樣可以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差，保證加工精度，應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合原則。（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在工件的加工過(guò)程中應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)稱為基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則有利于保證各表面間的位置精度，避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計(jì)和制造工作。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準(zhǔn)。車削、磨削都以頂針孔定位，這樣不但在一次裝夾中能加工大多書(shū)表面，而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度。（3）互為基準(zhǔn)的原則。選擇精基準(zhǔn)時(shí)，有時(shí)兩個(gè)被加工面，可以互為基準(zhǔn)反復(fù)加工。（4）自為基準(zhǔn)原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準(zhǔn)。例如：磨削機(jī)床導(dǎo)軌面時(shí)，是以導(dǎo)軌面找正定位的。此外，像拉孔在無(wú)心磨床上磨外圓等，都是自為基準(zhǔn)的例子。（5）可靠、方便原則。應(yīng)選擇定位可靠、裝夾方便的表面作基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)應(yīng)該是精度較高、表面粗糙度較小、支撐面積較大的表面。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等。 裝夾方案的確定（1）工件的定位工件定位，就是要使工件在夾具中占據(jù)某個(gè)確定的正確加工位置。 ①六點(diǎn)定位原理工件在空間有六個(gè)自由度，即沿X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)自由度和繞X、Y、Z三個(gè)移動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)自由度A、B、C，如圖31所示。 要確定工件在空間的位置，需要按一定的要求安排六個(gè)支撐點(diǎn)也就是通常所說(shuō)的定位元件，以限制加工工件的自由度，這就是工件定位的“六點(diǎn)定位原理”。需要指出的是，工件形狀不同，定位表面不同，定位點(diǎn)的布置情況也各不相同。 圖31 工件在空間的六個(gè)自由度②限制自由度與工件加工要求的關(guān)系 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，有些自由度對(duì)加工要求有影響，有些自由度對(duì)加工要求無(wú)影響，對(duì)加工要求有影響的自由度必須限制，而不影響加工要求的自由度不必限制。③工件安裝的基本原則在數(shù)控機(jī)床上工件安裝的原則與普通機(jī)床相同，也要合理地選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。為了提高數(shù)控機(jī)床的效率，在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a）力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算基準(zhǔn)的統(tǒng)一。 b）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位和裝夾后就能加工出全部待加工表面。c）避免采用占機(jī)調(diào)整式方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。 （2）工件的夾緊金屬切削加工過(guò)程中，為保證工件定位時(shí)確定的正確位置，防止工件在切削力、離心力、慣性力或重力等作用下產(chǎn)生位移和振動(dòng)，必須將工件夾緊。這種保證加工精度和安全生產(chǎn)的裝置稱為夾緊裝置。夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度還有可靠的定位基準(zhǔn)，應(yīng)盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，該零件形狀規(guī)則，圓柱面較光整，位置精度要求不高、小批量生產(chǎn)，所以以Ф60、Ф58的外圓作為定位，所以用三爪卡盤(pán)從圓柱面進(jìn)行夾緊。三爪卡盤(pán)如圖32所示。圖32 三爪卡盤(pán) 機(jī)床的選擇選擇機(jī)床應(yīng)該充分利用現(xiàn)有設(shè)備并完全發(fā)揮現(xiàn)有潛力，該零件既有回轉(zhuǎn)表面又有圓周均勻分布的曲面。結(jié)合我院現(xiàn)有機(jī)床的實(shí)際情況，采用臥式車床的CK6132A機(jī)床加工葉輪軸的軸柄部分，選用4軸立式加工中心加工葉片部分。其中，4軸立式加工中心機(jī)床的主要參數(shù)見(jiàn)表31。表31 4軸立式加工中心機(jī)床主要參數(shù)表工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)寬）4051307(mm)主軸錐孔/刀柄形式24ISO40 / BT40（MAS403）工作臺(tái)最大縱向行程650(mm)主配控制系統(tǒng)FANUC 0iMateMC工作臺(tái)最大橫向行程450(mm)換刀時(shí)間(s)主軸箱垂向行程500(mm)主軸轉(zhuǎn)速范圍60—6000( r/min)工作臺(tái)T型槽（槽數(shù)寬度間距）51660(mm)快速移動(dòng)速度10000（mm/min）主電動(dòng)機(jī)功率(kw)進(jìn)給速度5—800（mm/min）脈沖當(dāng)量 (mm/脈沖)工作臺(tái)最大承載700(kg)機(jī)床外形尺寸(長(zhǎng)寬高)2540mm2520mm2710mm機(jī)床重量4000(kg) 夾具的選擇機(jī)床夾具的種類很多，按使用的機(jī)床類型分類，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具和其它機(jī)床夾具等。按驅(qū)動(dòng)夾具工作的動(dòng)力源分類，可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具和自?shī)A緊夾具等。按專門化程度可分為以下幾種類型的夾具。（1）通用夾具。通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用來(lái)裝夾不同工件的夾具，如三爪卡盤(pán)、四爪卡盤(pán)、平口虎鉗和萬(wàn)能分度頭等。這類夾具主要用于單件小批生產(chǎn)。（2）專用夾具。專用夾具指為某一工件的某一加工工序而設(shè)計(jì)制造的夾具，其結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。（3）組合夾具。組合夾具是指按一定的工藝要求，由一套預(yù)先制造好的通用標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具。組合夾具使用完畢后，可方便地拆散成元件或部件，待需要時(shí)重新組合成其它加工過(guò)程的夾具，使用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。（4）可調(diào)夾具?？烧{(diào)夾具包括通用可調(diào)夾具和成組夾具，它們都可以通過(guò)調(diào)整或更換少量元件就能加工一定范圍內(nèi)的工件，兼有通用夾具和專用夾具的優(yōu)點(diǎn)。通用可調(diào)夾具的使用范圍較寬，加工對(duì)象并不十分明確；成組夾具是根據(jù)成組工藝要求，針對(duì)一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設(shè)計(jì)的，其加工對(duì)象和范圍很明確，又稱為專用可調(diào)夾具。（5）成組夾具數(shù)控機(jī)床夾具常使用通用可調(diào)夾具和組合夾具。經(jīng)綜合分析：確定為葉輪軸零件使用的夾具為三爪自定心卡盤(pán)和頂尖。 確定工藝路線確定加工方法以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求和機(jī)床設(shè)備等具體生產(chǎn)條件確定工藝路線。主要包括工序的劃分和工步的劃分、加工階段的劃分和加工順序的安排。 工序的劃分劃分工序的基本原則有：（1）工序分散原則工序內(nèi)容簡(jiǎn)單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備。簡(jiǎn)單的機(jī)床工藝裝備。生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對(duì)工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長(zhǎng)，生產(chǎn)管理復(fù)雜。（2）工序集中原則工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡(jiǎn)化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時(shí)加工數(shù)個(gè)表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機(jī)床，以提高生產(chǎn)率。但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費(fèi)事，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理，多將工序適當(dāng)集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的專用機(jī)床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。同時(shí)，近代計(jì)算機(jī)控制機(jī)床及加工中心的出現(xiàn)，使得工序集中的優(yōu)點(diǎn)更為突出，即使在單件小批生產(chǎn)中仍可將工序集中而不致花費(fèi)過(guò)多的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量，從而可取的良好的經(jīng)濟(jì)效果。 工步的劃分劃分工步主要從加工精度和效率兩方面考慮。合理的工藝不僅要保證加工出符合圖樣要求的工件，同時(shí)應(yīng)使機(jī)床的功能得到充分發(fā)揮。因此，在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對(duì)工件的不同表面進(jìn)行加工。對(duì)于較復(fù)雜的工序，為了便于分析和描述，常在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。下面以加工中心為例來(lái)說(shuō)明工步劃分的原則。（1）同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，還是全部加工表面都先粗加工后精加工分開(kāi)進(jìn)行，主要應(yīng)根據(jù)零件的精度要求考慮。若加工尺寸精度要求較高，考慮到零件尺寸、精度、剛性等因素，可采用前者；若零件的加工表面位置精度要求較高，則建議采用后者。（2）對(duì)于既要加工平面又要加工孔的零件，可以采用“先面后孔”的原則劃分工步。先加工面可提高孔的加工精度，因?yàn)殂娖矫鏁r(shí)切削力較大，工件易發(fā)生變形，而先銑平面后鏜孔，則可使其變形有一段時(shí)間恢復(fù)，減少由于變形引起的對(duì)孔的精度的影響。反之，如先鏜孔后銑面，則銑削平面時(shí)極易在孔口產(chǎn)生飛邊、毛刺，進(jìn)而破壞孔的精度。（3）按所用刀具劃分工步。某些機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用刀具集中地方法劃分工步，以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時(shí)間，提高加工效率。（4）在一次安裝中，盡可能完成所有能加工的表面，有利于保證表面相互位置精度的要求。 加工階段的劃分零件的加工質(zhì)量要求較高時(shí)，常把整個(gè)加工過(guò)程劃分為幾個(gè)階段：（1）粗加工階段粗加工的目的是切去絕大部分多余的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準(zhǔn)，粗加工時(shí)能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報(bào)廢或修補(bǔ)，以免浪費(fèi)工時(shí)。粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機(jī)床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時(shí)，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級(jí)為。粗糙度為100μm。（2）半精加工階段半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級(jí)為。（3）精加工階段精加工階段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保證零件的形狀位置幾精度，尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面達(dá)到圖紙要求。另外精加工工序安排在最后，可防止或減少工件精加工表面損傷。精加工應(yīng)采用高精度的機(jī)床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般為。（4）光整加工階段對(duì)某些要求特別高的表面