【正文】 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。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。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)。為使所選的定位的定位基準(zhǔn)能保證整個(gè)機(jī)械加工工藝過程順利進(jìn)行，通常應(yīng)先考慮如何選擇精基準(zhǔn)來加工各個(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。 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。對(duì)于該零件，所有標(biāo)注如圖23所示。圖23 零件標(biāo)注結(jié)構(gòu)圖對(duì)數(shù)控加工來說，零件圖上應(yīng)以同一基準(zhǔn)或直接給出坐標(biāo)尺寸。其中葉輪軸最為復(fù)雜，見圖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)鍵的問題。（3）購(gòu)置機(jī)床需要大量投資。目前流行的CNC系統(tǒng)尚無法完成刀具半徑補(bǔ)償，因?yàn)镮SO文件中沒有提供足夠的數(shù)據(jù)對(duì) 刀具位置進(jìn)行重新計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)豐富的編程與操作人員的缺乏，是多軸數(shù)控加工技術(shù)普及的一大阻力。三軸機(jī)床只有直線坐標(biāo)軸，而五軸數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)形式多樣； 同一段NC代碼可以在不同的三軸數(shù)控機(jī)床上獲得同 樣的加工效果，但某一種五軸機(jī)床的NC代碼卻不能適用于所有類型的五軸機(jī)床。多軸數(shù)控加工由于干涉和刀具在加工空間的位置控制，其數(shù)控編程、數(shù)控 系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比三軸機(jī)床復(fù)雜得多。以上。 立式主軸頭回轉(zhuǎn)。A軸和C軸如果與X、Y、Z3軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面。回轉(zhuǎn)。工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。三軸立式加工中心最有效 的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，也只能完成工件的四 面加工。干切削或半干切削技術(shù)已經(jīng)得到了較快的發(fā)展，在歐洲已經(jīng)有大概10％～15％的加工采用了干切削或半干切削技術(shù)。（五)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化。隨著CAM系統(tǒng)的發(fā)展，機(jī)床加工精度得到了大幅度的提升，其特有的往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元，能夠超精密微細(xì)加工凹槽。隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，高速機(jī)床主要功能部件高速電主軸單元、高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)、高性能數(shù)控以及伺服系統(tǒng)都得到了突破，高速機(jī)床應(yīng)用范圍越來越廣，目前直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15000～100000r／rain，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件快速移動(dòng)速度60—120m／rai切削進(jìn)給速度60m／min．最高加速度10g。 國(guó)內(nèi)多軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀。至+110176。鋼質(zhì)床身內(nèi)部特別設(shè)計(jì)的筋架結(jié)構(gòu)保證了高速切削的穩(wěn)定性，并根據(jù)需求可選擇雙移動(dòng)梁式結(jié)構(gòu)。的底部切削，經(jīng)過一次裝夾即可完成工件的加工。國(guó)外多軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀。對(duì)刀具和工件的相對(duì)位置來說，多軸數(shù)控加工中心可以設(shè)置六個(gè)軸，即作直線運(yùn)動(dòng)的X、Y、Z軸，還有控制工作臺(tái)傾斜角度的A、B軸和控制主軸回轉(zhuǎn)角度的C軸。由于葉片的型面是復(fù)雜的空間曲面，所以一直是葉片加工中的難點(diǎn)，高性能CAM軟件的出現(xiàn)，使這種復(fù)雜型面的加工變得相對(duì)容易。技能競(jìng)賽也是今后教育廳要求學(xué)生技能和能力培養(yǎng)的一個(gè)重要的方向，增強(qiáng)學(xué)生制定零件機(jī)械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題上的能力。本課題針對(duì)葉輪軸復(fù)雜零件曲面的若干關(guān)鍵技術(shù)（幾何建模技術(shù)、編程技術(shù)、加工技術(shù)）進(jìn)行研究。 課題研究背景數(shù)控加工技術(shù)一直以來都作為一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)水平衡量的標(biāo)志之一。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的進(jìn)一步加強(qiáng)和加入世貿(mào)組織。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，數(shù)控機(jī)床將隨著工業(yè)的發(fā)展而快速發(fā)展成為機(jī)械加工行業(yè)不可缺少的重要組成部分，數(shù)控機(jī)床是一種高精度的自動(dòng)化設(shè)備，是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中使用CAD/CAM技術(shù)軟件、對(duì)零件進(jìn)行造型及加工工藝分析、工藝路線確定、刀具選擇和數(shù)學(xué)處理等一系列的工作。但傳統(tǒng)的三軸數(shù)控加工不能解決某些復(fù)雜零件的加工，因此，需要引入四軸、五軸、車銑復(fù)合等多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工，而現(xiàn)代社會(huì)急需大量掌握現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、多軸聯(lián)動(dòng)加工工藝設(shè)計(jì)分析與操作的專業(yè)技能人才。本課題研究的葉輪軸零件是典型的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工。 本課題在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，深入生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取企業(yè)先進(jìn)技術(shù)，制定出了合理的工藝方案。隨著數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代企業(yè)對(duì)零件加工精度要求的提高，對(duì)數(shù)控技術(shù)人才的需求量也越來越大。我國(guó)經(jīng)濟(jì)全面與國(guó)際接軌，并逐步成為全球制造中心，我國(guó)企業(yè)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。近幾年來，作為機(jī)械加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，四軸、五軸等多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用得到了科研院所、高校和企業(yè)的極大關(guān)注?；谒妮S聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工復(fù)雜形狀零件在制造加工過程中的各個(gè)關(guān)鍵要素得到了研究。同時(shí)也增加我們對(duì)于解決工藝問題和加工技術(shù)難點(diǎn)的能力也大大的提升。多軸數(shù)控加工是四軸以上的數(shù)控加工，其中具有代表性的是五軸數(shù)控加工。使用回轉(zhuǎn)刀具時(shí)，由Z 軸控制回轉(zhuǎn)的主軸作直線運(yùn)動(dòng)，就成為五軸控制；只有使用非回轉(zhuǎn)刀具時(shí)可作六軸控制。國(guó)外多軸數(shù)控加工技術(shù)研究比較早，德國(guó)、西班牙、瑞士、日本、意大利等國(guó)家以及我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)已經(jīng)形成了自己在國(guó)際上的知名品牌，如德國(guó)DMG、瑞士米克朗、臺(tái)灣匠澤、西班牙PANTERA等等。西班牙PANTERA動(dòng)梁式龍門加工中心?？梢愿鶕?jù)加工需求，配備各種銑頭和配置，適用于航空航天結(jié)構(gòu)件和大型模具的高精密加工。C軸旋轉(zhuǎn)角度為270176。（2）國(guó)內(nèi)多軸數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。（二)高可靠性。（四)復(fù)合化。智能化包含在機(jī)床控制的各個(gè)方面，主要有自適應(yīng)控制技術(shù)、故障診斷裝置，智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置等。VTM11000七軸六聯(lián)動(dòng)螺旋槳加工機(jī)床，采用國(guó)際先進(jìn)的三維立體造型、CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析等設(shè)計(jì)制造技術(shù)，使機(jī)床獲得最佳動(dòng)靜態(tài)剛度，具有合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、可靠的精度穩(wěn)定性及精度保持性，設(shè)計(jì)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單、維修方便，保證VTM11000七軸六聯(lián)動(dòng)螺旋槳機(jī)床成為高精度、高可靠性、高效率的數(shù)字化高科技產(chǎn)品。多軸數(shù)控加工中心具有高效率、高精度的特點(diǎn)，工件在一次裝夾后能完 成五個(gè)面的加工。工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸的一般工作范圍是0176。通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸刀具進(jìn)行加工。這種設(shè)置方式的多軸數(shù)控加工機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是：主軸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞Z軸360176。這種設(shè)置方式的多軸數(shù)控加工機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是：主軸加工非常靈活，工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)得非常大。目前，多軸數(shù)控加工技術(shù)存在以下幾個(gè)問題：（1）多軸數(shù)控編程抽象、操作困難。數(shù)控編程除了直線運(yùn)動(dòng)之外，還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)計(jì)算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗(yàn)、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算等，處理的信息量很大，數(shù)控編程極其抽象。（2）刀具半徑補(bǔ)償困難。用戶在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)需要頻繁換刀或調(diào)整刀具的確切尺寸，按照正常的處理程序，刀具軌跡應(yīng)送回CAM系統(tǒng)重新進(jìn)行計(jì)算，從而導(dǎo)致整個(gè)加工過程效率不高。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。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。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很大方便。,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。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。 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。以求壁厚均勻、外形對(duì)稱、少裝夾等。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。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。（1）基準(zhǔn)重合原則。在工件的加工過程中應(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。（3）互為基準(zhǔn)的原則。例如：磨削機(jī)床導(dǎo)軌面時(shí)，是以導(dǎo)軌面找正定位的。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。 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”。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。這種保證加工精度和安全生產(chǎn)的裝置稱為夾緊裝置。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。按專門化程度可分為以下幾種類型的夾具。（2）專用夾具。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)。（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。 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。對(duì)工人的技術(shù)要求水平不高。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。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。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。（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。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。一般粗加工的公差等級(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。一般不能糾正各表面相互位置誤差，其精度等級(jí)一般為IT5～I(xiàn)T6。在實(shí)際生活中，對(duì)于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運(yùn)輸裝夾費(fèi)事的重型零件往往不嚴(yán)格劃分階段，在滿足加工質(zhì)量要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個(gè)階段，甚至不把粗精加工分開。因此，在擬定工藝路線時(shí)，工藝人員要全面的把切削加工、熱處理和輔助工序三者一起加以考慮。當(dāng)零件需要?jiǎng)澐旨庸るA段時(shí)，先安排各表面的粗加工，中間安排半精加工，最后安排主要表面的精加工和光整加工。④ 先面后孔。⑤ 進(jìn)給路線短。⑦ 工件剛性好。一般可分為：① 預(yù)備熱處理。主要用于提高零件的表面硬度和耐磨性以及防腐、美觀等。除各工序操作者自檢外，在關(guān)鍵工序之后、送往車間加工前后、零件全部加工結(jié)束之后，一般均應(yīng)安排檢驗(yàn)工序。（2）尋求最短的進(jìn)給路線，以提高加工效率?？傊?，確定進(jìn)給路線的原則是在保證零件加工精度和表面粗糙度的條件下，盡量縮短進(jìn)給路線，以提高生產(chǎn)率。一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。因此，刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性。高溫硬度是耐熱性的重要指標(biāo)，常用耐熱溫度來表示，如高速鋼的溫度，減輕刀具磨損。同時(shí)，還應(yīng)注意多采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的刀具材料。②盡量使用不重磨刀片，少用焊接式刀片。外圓粗車刀25251車端面、粗車外輪廓2T0293176。車削外圓柱面的背吃刀量為該次切除余量的一半： 式中：dw為工件待加工表面直徑（mm）；dm為工件已加工表面直徑（mm）。（2）當(dāng)沖擊載荷較大（如斷續(xù)表面）或工藝系統(tǒng)剛度較差（如細(xì)長(zhǎng)軸、鏜刀桿、較差陳舊）時(shí)，可適當(dāng)降低ap，使切削力減小。車削和鏜削加工時(shí)，～，銑削時(shí)，～。Vc主要根據(jù)工件材料、刀具材料和機(jī)床功率來選擇。（4）工藝系統(tǒng)剛性差的，Vc應(yīng)減小。公式為： 式中：D為工件待較高表面或刀具的最大直徑（mm）；n為主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（rpm或r/min）。 進(jìn)給速度的確定進(jìn)給速度（F）是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。②切斷、精加工（如順銑）、深孔加工或用高速鋼刀具切削時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，有時(shí)可能還要選擇極小的進(jìn)給速度。進(jìn)給速度Vc的計(jì)算式為：式中：n為轉(zhuǎn)速(r/min)；f進(jìn)給量每轉(zhuǎn)進(jìn)給速度的換算。工藝系統(tǒng)剛度好時(shí)，可用大些的f，反之，適當(dāng)降低f。經(jīng)綜合分析：葉輪軸零件的進(jìn)給速度按照零件加工精度的要求，在遵循以上原則的基礎(chǔ)上，用公式進(jìn)行計(jì)算。但行切法將在兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下殘留高度，而達(dá)不到要求的表面粗糙度。 軸外輪廓部分走刀路線 葉輪軸外輪廓的走刀路線如圖33所示 圖33 外輪廓的走刀路線 軸內(nèi)輪廓部分走刀路線葉輪軸內(nèi)輪廓部分的走刀路線如圖34所示 圖34 內(nèi)輪廓的走刀路線 葉片部分走刀路線分粗、精加工兩道工序，粗加工采用五軸限制線加工法快速去除余量，留1mm精加工余量。大量的切削熱被工件吸收9%～30%、切屑吸收50%～80%、刀具吸收4%～10%，其余由周圍介質(zhì)傳出，而在鉆削時(shí)切削熱有52%傳入麻花鉆。通過查詢資料知道常用的冷卻液主要有以下三種，見表37。若要使用切削液，則必須大量連續(xù)注射，以免硬質(zhì)合金刀片因冷熱不均產(chǎn)生裂紋。表39 葉輪軸數(shù)控加工工序卡1數(shù)控加工工序卡產(chǎn)品型號(hào)零件圖號(hào)總1頁(yè)第1頁(yè)產(chǎn)品名稱