【正文】 新一類(lèi)機(jī)床 —— 復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。 四 、 是數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入了智能化的新階段 機(jī)械制造與自動(dòng)化 2 數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段 :數(shù)字化控制技術(shù)對(duì)機(jī)床單機(jī)控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制 ；生產(chǎn)過(guò)程遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)人化工廠(chǎng)的智能化新階段。智能化指工作過(guò)程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動(dòng)編程等。加工過(guò)程智能監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)工件裝卡定位自動(dòng)找正，刀具直徑和長(zhǎng)度誤差測(cè)量，加工過(guò)程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償、調(diào)整、自動(dòng)更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動(dòng)診斷、報(bào)警、故障顯示等，直至停機(jī)處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專(zhuān)家智能系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線(xiàn)技術(shù)后援和在線(xiàn)服務(wù)后援 。人工智能自動(dòng)編程系統(tǒng)能按機(jī)床加工要求對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)加工。在線(xiàn)服務(wù)可以根據(jù)用戶(hù)要求隨時(shí)接通 INTERNET 接受遠(yuǎn)程服務(wù)。采用智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與管理信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠(chǎng)，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。 五 、 是極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域 極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向 。重點(diǎn)研究微納機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機(jī)床研制，如微型、高精度、遠(yuǎn)程控制手術(shù)機(jī)器人的制造技術(shù)和應(yīng)用；應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機(jī)床的研制； IT 產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展需要超精細(xì)加工和微納米級(jí)加工技術(shù)，研制適應(yīng)微小尺寸的微納米級(jí)加工新一代微型數(shù)控機(jī)床和特種加工機(jī)床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機(jī)床的研制等 數(shù)控加工必須遵循的一般原則 （ 1）結(jié)合本校數(shù)控基地的情況，合理安排合計(jì)內(nèi)容。也可以采用與校外企業(yè)合作的方式設(shè)計(jì)課 題。 （ 2）必須保障人身安全和設(shè)備安全，在編程操作前應(yīng)熟悉數(shù)控機(jī)床的操作說(shuō)明書(shū)，并按照操作規(guī)程操作。 （ 3）兼顧加工精度和加工效率，在保證加工精度的前提下，認(rèn)真進(jìn)行公工藝分析，制定出合理的工藝方案，選擇合理的切削用量。 機(jī)械制造與自動(dòng)化 3 （ 4）注意培養(yǎng)獨(dú)立獲取知識(shí)、新技術(shù)、新信息的能力，掌握科學(xué)研究的方法。 數(shù)控加工工藝特點(diǎn)與內(nèi)容 基本特點(diǎn) 在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，使用工藝規(guī)程或工藝卡片來(lái)規(guī)定每道工序的操作程序，操作者按工藝卡上規(guī)定的程序加工零件。數(shù)控機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝在原則上基本相同，但數(shù)控 加工的整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的。 1）數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機(jī)床的工序加工內(nèi)容復(fù)雜。 2）數(shù)控機(jī)床加工程序的編制比普通機(jī)床工藝規(guī)程的編制復(fù)雜。 基本內(nèi)容 數(shù)控加工工藝主要包括以下幾個(gè)方面： 1）選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。 2）分析被加工的零件圖樣，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上確定零件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線(xiàn)。 3）設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序。如工步的劃分零件的定位與家具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等。 4）調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。 5）分配數(shù)控加工的容差。 6）處理數(shù) 控機(jī)床上部分工藝指令。 數(shù)控加工的步驟 必須利用設(shè)計(jì)前一到二周的時(shí)間研究設(shè)計(jì)計(jì)劃和任務(wù)書(shū)，了解產(chǎn)品的工藝性和公差等級(jí)，在初步明確設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，可以步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的論證。 （ 1）分析零件圖樣 根據(jù)任務(wù)書(shū)，畫(huà)出零件圖，并對(duì)工件的形狀、尺寸、精度等級(jí)、表面粗糙度、刀具及等技術(shù)進(jìn)行分析。 （ 2）確定加工工藝方案 根據(jù)上述的分析，選擇加工方案，確定加工順序，加工路線(xiàn)、裝夾方式、切削用量材料等，要求有詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程和合理的參數(shù)。 （ 3）數(shù)值計(jì)算 機(jī)械制造與自動(dòng)化 4 根據(jù)零件圖的尺寸，確定工藝路線(xiàn)及設(shè)計(jì)的坐標(biāo)系，計(jì)算運(yùn)動(dòng)軌跡， 得到刀位數(shù)據(jù) （ 4）編寫(xiě)零件加工程序 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的功能指令及程序格式，逐步編寫(xiě)加工程序單，寫(xiě)出有關(guān)的工藝文件如工序卡、數(shù)控刀具卡、刀具明細(xì)表、加工工序單等。 （ 5）程序校驗(yàn) 程序編完后，對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)，一般采用機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)方式，來(lái)檢查機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)行軌跡的正確性，以校驗(yàn)程序。 機(jī)械制造與自動(dòng)化 5 2 刀具和切削用量的選擇 數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具的要求 為了保證數(shù)控機(jī)床的加工精度，提高生產(chǎn)率及降低刀具 的消耗，在選用刀具時(shí)對(duì)刀具提出了很高的要求，如能可靠的斷屑，有高的耐用度，可快速調(diào)整和更換等。 因此數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具的選擇應(yīng)滿(mǎn)足以 下要求： 1． 適應(yīng)高速切削要求，具有良好的切削性能 為提高生產(chǎn)率和加工高硬度材料的要求，數(shù)控機(jī)床向著高速度、大進(jìn)給、高剛性和大功率發(fā)展。中工作進(jìn)給由 0m/min— 5m/min 提高到 0m/min— 15m/min。等規(guī)格的數(shù)控車(chē)床，其主軸最高轉(zhuǎn)速一般為 3000r/min— 5000r/min , 2． 高的可靠性 數(shù)控機(jī)床加工的基本前提之一是刀具的可靠性。 3． 較高的刀具耐用度 4. 高精度 5. 可靠的斷屑及排屑措施 6． 精確迅速的調(diào)整 7． 自動(dòng)快速的換刀 8． 刀具標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化及復(fù)合化 數(shù)控加工刀具材料的選擇 機(jī)械加工中常用的刀具材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼 (CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特點(diǎn) (切削深度大，余量不均，表面有硬化層 )，刀具在粗加工階段的磨損形式主要是磨粒磨損。由于切削溫度高，盡管切削速度處于積屑瘤發(fā)生區(qū)，但高溫可以使切屑與前刀面的接觸部位處于液態(tài)，減小了摩擦力，抑制了積屑瘤的生成，所以刀具材料的選擇應(yīng)要求耐磨損、抗沖擊，刀具涂層后硬度可達(dá) 80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因而有較高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力。硬質(zhì)合金涂層具有較低的摩擦系數(shù)，可降低切削時(shí) 的切削力及切削溫度，可以大大提高刀具耐用度 (涂層硬質(zhì)合金刀片的耐用度至少可提高 1倍 )等優(yōu)點(diǎn)，但由于涂層刀片的鋒利性、韌性、抗剝落和抗崩刃性能均不及未涂層刀片，故不適用高硬度材料和重載切削的粗機(jī)械制造與自動(dòng)化 6 加工 。 只有硬質(zhì)合金刀具適合于重型切削的粗加工。硬質(zhì)合金分為鎢鈷類(lèi) (YG)、鎢鈷鈦類(lèi) (YT)和碳化鎢類(lèi) (YW)。加工鋼料時(shí)，由于金屬塑性變形大，摩擦劇烈，切削溫度高， YG 類(lèi)硬質(zhì)合金雖然強(qiáng)度和韌性較好，但高溫硬度和高溫韌性較差，因此在重型切削中很少應(yīng)用。與之相比， YT 類(lèi)硬質(zhì)合金刀具適于加工鋼料，由于 YT 類(lèi)合金具有較高的硬度和 耐磨性，尤其是具有高的耐熱性，抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力也很好，在加工鋼料時(shí)刀具磨損較小，刀具耐用度較高，因此 YT 類(lèi)硬質(zhì)合金是重型加工時(shí)較常用的刀具材料。 因此，本次加工選用 YG 類(lèi)硬質(zhì)合金材料的刀具。 根據(jù)加工要求選用四把刀具， T01為粗加工車(chē)刀，故選用 90176。硬質(zhì)合金機(jī)夾偏刀；T02 為硬質(zhì)合金機(jī)夾偏刀，其副偏角應(yīng)較大，用于加工圓弧和精加工； T03 為硬質(zhì)合金機(jī)夾切斷刀，其刀片寬度為 3mm，用于切槽、切斷等車(chē)削加工； T04為 60176。硬質(zhì)合金機(jī)夾螺紋刀，用于螺紋車(chē)削加工。 同時(shí)把四把到在自動(dòng)換刀刀架上安裝好，且都對(duì)好 刀，把它們的刀偏值輸入相應(yīng)的刀具參數(shù)中。 本設(shè)計(jì)中加工的工件材料為 45號(hào)鋼，因此選擇的刀具材料為 YT 類(lèi)硬質(zhì)合金。 切削用量的選擇 合理選擇切削用量的原則是，粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。 切削深度 ap。在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下， ap就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個(gè)有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留一定的余 量進(jìn)行精加工。數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床。 切削寬度 ae。一般 ae與刀具直徑 d 成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，一般 ae的取值范圍為： ae=（ ～ ） Dc。 切削速度 Vc。提高 Vc 也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施，但 Vc 與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著 Vc 的增大，刀具耐用度急劇下降，故 Vc 的選擇主要取 決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系，例如車(chē)削合金剛 30CrNi2MoVA 時(shí)， Vc可采用 8m/min 左右；而用同樣車(chē)削鋁合金時(shí)， Vc可選 200m/min 以上。 數(shù)控編程時(shí) ，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫(xiě)入程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對(duì)于不同的加工方法，需要選機(jī)械制造與自動(dòng)化 7 用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。 從刀具的壽命（耐用度 ） 出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選取被吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，最后確定主軸轉(zhuǎn)速。 2． 3． 1背吃刀量確定 背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來(lái)決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于 工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般 ～ 。 2． 3． 2進(jìn)給速度的確定 進(jìn)給速度是