【正文】 加工序列 ................................................................... 46 5 刀具 路徑的演示與檢測(cè) ................................................................... 50 本章小結(jié) .............................................................................................. 52 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 53 附 錄 .................................................................................................................. 54 ............................................................................................................................ 57 致 謝 .................................................................................................................. 58 1 第一章 數(shù)控加工及發(fā)展 數(shù)字控制機(jī)床（ Numerically Controlled Machine Tool）簡(jiǎn)稱數(shù)控（ NC），是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，使用數(shù)字信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的一種方法。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括控制介質(zhì)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋裝置及機(jī)床本體，見圖 11. 圖 11 數(shù)控機(jī)床組成 2 數(shù)控機(jī)床的工作過程 圖 12 數(shù)控機(jī)床的工作過程 數(shù)控機(jī)床的工作過程如圖 1— 2 所示。從不同的技術(shù)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)，可對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行不同的分類，如按機(jī)床的工藝用途、控制運(yùn)動(dòng)的軌跡、伺服系統(tǒng)的 類型、控制的坐標(biāo)軸數(shù)及機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的性能價(jià)格比等都可進(jìn)行分類。如圖 1— 6 所示。如圖 1—7 所示。 （ 1）數(shù)控機(jī)床具有手動(dòng)與自動(dòng)兩種操作功能。 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) （ 1）加工精度高。 加工零件所需時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間兩部分。 （ 4）能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是。 零件批量 在多品種、小批量零件的生產(chǎn)中優(yōu)先考慮使用數(shù)控機(jī)床。 周期短 對(duì)于需要最小生產(chǎn)周期的急需零件，數(shù)控機(jī)床可以縮短加工時(shí)間。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。 60 年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算 機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 CNC） ,使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。 數(shù)控編程的發(fā)展 為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題， 50 年代， MIT 設(shè)計(jì)了一種專門用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語(yǔ)言，稱為 APT（ Automatically Programmed Tool）。隨后很快出現(xiàn)了象 EUCLID， UGII，INTERGRAPH， Pro/Engineering， MasterCAM 及 NPU/GNCP 等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等問題，推動(dòng)了 CAD 和 CAM向一體化方向發(fā)展。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 性能發(fā)展方面 （ 1）高速化 可通過高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高速化。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機(jī)的推廣應(yīng)用，開發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)床以滿足汽車、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。 提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提 高數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補(bǔ)償技術(shù)和輔助措施來達(dá)到的。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)（ 10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。 （ 3）高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。 （ 4）高柔性化 柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。 9 （ 5）高一體化 CNC 系統(tǒng)與加工過程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)電光聲綜合控制；測(cè)量造型、加工一體化；加工、實(shí)時(shí)檢測(cè)與修正一體化；機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。 （ 7）智能化 21 世紀(jì)的 CNC 系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)，具體指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過程自適應(yīng)、自診斷、自調(diào)整；多媒體人機(jī)接口使用戶操作簡(jiǎn)單，智能編程使編程更加直觀，不僅可以使用多種高級(jí)語(yǔ)言編程，還可用類自然語(yǔ)言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫(kù)；智能監(jiān)控等。智能生產(chǎn)中心通過機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡(luò)管理 Pc 機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。 功能發(fā)展方面 （ 1）用戶界面圖形化 10 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口，圖形用戶界面要適合各種用戶包括非專業(yè)用戶的使用，通過窗口和萊單進(jìn)行操作，可實(shí)現(xiàn)圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤、仿真和快速編程等功能。 （ 3）插補(bǔ)和補(bǔ)償多樣化 插補(bǔ)方式有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。在數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)用多媒體技術(shù)對(duì)各種信息可進(jìn)行綜合化，智能化處理。在這個(gè)過程中，要使資源利用率最高，消耗最低，環(huán)境污染最小。 在綠色制造的產(chǎn)業(yè)鏈中，充分利用數(shù)控設(shè)備資源對(duì)于推進(jìn)綠色制造具有重要意義，受到發(fā)達(dá)國(guó)家的重視；雖然我國(guó)的數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)比發(fā)達(dá)國(guó)家落后，但近幾年有了長(zhǎng)足的發(fā)展，目前數(shù)控設(shè)備的用量約有 100 萬(wàn)臺(tái)，也很可觀。如果現(xiàn)在對(duì)制造業(yè)資源不加以充分利用，對(duì)制造過程和制造生產(chǎn)的產(chǎn)品使用過程造成的環(huán)境污染不加以控制和改善，這對(duì)人類來說將是一場(chǎng)災(zāi)難。我國(guó)也提出了綠色設(shè)計(jì)理論和方 法，建立了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，提出了綠色設(shè)計(jì)工具，并與 CAD、 CAM、 CAE、 CAPP 等集成，形成集成環(huán)境；建立綠色制造示范點(diǎn)，貫徹 IS014000 環(huán)境管理體系標(biāo)準(zhǔn)等。 2 研究提高數(shù)控設(shè)備應(yīng)用效率推進(jìn)綠色制造 針對(duì)我國(guó)數(shù)控設(shè)備應(yīng)用技術(shù)落后和應(yīng)用效率低的問題，我國(guó)軍工行業(yè)正在實(shí)施“數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)增效計(jì)劃”。通過對(duì)生產(chǎn)管理的合理安排和制造資源的合理配置，實(shí)現(xiàn)了 數(shù)控設(shè)備群的協(xié)同生產(chǎn)，提高了效率和應(yīng)變能力。目前，已在航天、航空、兵器、電子等 20家企業(yè)的 74 臺(tái)機(jī)床數(shù)百項(xiàng)典型零件加工中實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)增效，加工效率平均 提高 1 倍以上?？梢姡岣邤?shù)控機(jī)床應(yīng)用效率不僅僅使用戶增效、節(jié)能、減排、實(shí)現(xiàn) 綠色制造；同樣，也促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈大量節(jié)材、節(jié)能、減排和發(fā)展綠色制造。對(duì)于充分利用 13 資源、節(jié)能、節(jié)材、減排、增效，其作用不可低估。 (2)在 制造產(chǎn)業(yè)中要盡量多采用數(shù)控設(shè)備。因此，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)單位在不斷提高生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備的使用性能、功能、技術(shù)水平的同時(shí)，在生產(chǎn)和銷售數(shù)控設(shè)備的同時(shí)，也應(yīng)該開發(fā)先進(jìn)的使用技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)資源集成制造系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)、開發(fā)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)等等，可隨數(shù)控設(shè)備一起提供給用戶，以增加技術(shù)附加價(jià)值。目前，這些設(shè)備 70％依靠進(jìn)口。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)相信以后會(huì)朝著高環(huán)保、高效性、高節(jié)能等方面發(fā)展。中小批生 產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時(shí)采用模鍛。 軸承鋼 GCr15 和彈簧鋼 65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)50~58HRC，并具有較高的耐疲憊性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。一、軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常碰到的典型零件之一。 軸的長(zhǎng)徑比小于 5 的稱為短軸，大于 20 的稱為細(xì)長(zhǎng)軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 （二）幾何外形精度 軸類零件的幾何外形精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。普通精度的軸，其配合軸段對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)一般為 ~，高精度軸（如主軸）通常為 ~。 加工工藝路線的確定原則 加工工藝路線合理與否，關(guān)系到零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。在保證零件加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)力求加工路線最短，并盡量減少空行程時(shí)間，提高加工效率。通常通過合理選擇起刀點(diǎn)，合理安排回空路線都能使空行程縮短，提高生產(chǎn)效率。 (3)要選擇工件在加工 后變形小的加工路線。件 件 2 多個(gè)直徑尺寸有較嚴(yán)的尺寸精度和表面粗糙度等要求，銳邊去毛刺，配合是有嚴(yán)格要求，接觸面積大于 60%，加工難度較大，因此特別適合數(shù)控車削加工。 加工工藝方案分析 零件加工工藝方案分析 20 1. 加工件 1右端內(nèi)輪廓，保證尺寸 ?30+ 0、 ?3 60?177。 3. 采用一夾一頂?shù)难b夾方式加工件 1 左端外輪廓，保證各項(xiàng)精度要求，以保證下一工步的校正表面，加工過 程中可以用件 2進(jìn)行試配。 7. 拆下工件，去毛刺倒棱角，并進(jìn)行檢驗(yàn)。此工件的基點(diǎn)計(jì)算也是加工難點(diǎn)，本工件采用 CAD 繪圖的方法查詢基點(diǎn)坐標(biāo)，得出局部輪廓的基點(diǎn)坐標(biāo)如圖 27 所示 21 圖 27 局部坐標(biāo)分析 基點(diǎn) X坐標(biāo) Z坐標(biāo) 1 12 0 2 3 20 32 件 1 的難度是Φ 36mm 和Φ 34mm 的槽，可以采用切槽刀左右的刀尖進(jìn)行加工；也可以用菱形刀片的機(jī)夾刀加工，要注意切削用量的合理選擇。 Z 坐標(biāo)的增量值為 ，根據(jù)橢圓公式得出 X 坐標(biāo)。刀具選擇合理與否不僅影響機(jī)床的加工效率，而且還直接影響加工質(zhì)量。 與傳統(tǒng)的車削方法相比，數(shù)控車削對(duì)刀具的要求更高。此外，為減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，應(yīng)盡可能采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。內(nèi)螺紋車刀。 切削用量的選擇 數(shù)控車削加工切削用量的選擇原則包括背吃刀量 ap、主 軸轉(zhuǎn)速 S和進(jìn)給速度F（或進(jìn)給量 f） 等，這些參數(shù)均應(yīng)在機(jī)床說明書規(guī)定的允許范圍內(nèi)選取。增大背吃刀量 ap，可使走刀次數(shù)減少，增大進(jìn)給量 f有利于斷削。 數(shù)控車削常用切削用量，由于加工的刀具材料及工件材料不同，切削用量也不同，表 1為數(shù)控車削加工在常用刀具材料及工件材料下切削用 量的選擇。切削速度確定之后，用以下公式計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速： S=1000?c ??d 式中： ?c— 切削速度，單位為 m/min； d— 切削刃選定點(diǎn)處的工件回轉(zhuǎn)直徑，單位為 mm； S— 主軸轉(zhuǎn)速，單位為 r/min. （ 2）恒線速 度切削 由公式 S=1000?c ??d可知，車削加工時(shí)，如果主軸轉(zhuǎn)速固定，由于加工表面 24 直徑的變化，切削速度也隨著變化，有可能導(dǎo)致表面粗糙度不一致等現(xiàn)象，故通常采取橫線速度（工件在切削過程中切削速度保持不變）進(jìn)行車削加工。如大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床推薦車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速按以下公式選定： S= kP?1200 式中： P—— 工件螺紋的螺距或?qū)С蹋瑔挝哗L； k—— 保險(xiǎn)系數(shù)，一般取為 80； S—— 主軸轉(zhuǎn)速，單位 r/min； （ 4） 進(jìn)給速度的確定 進(jìn)給速度的單位一般為 mm/min，有些數(shù)控車床系統(tǒng)也可以選用進(jìn)給量 (單位為 mm/r)來表示進(jìn)給速度，所 以在工藝制定是既可以選定進(jìn)給速度 F，也可以選定進(jìn)給量 f。 ： （ 1） .在工件的質(zhì)量要求能夠得到保證的前提下，為提高生產(chǎn)率，可選擇較高的進(jìn)給速度，一般在 100～ 200mm/min的范圍內(nèi)選?。? （ 2） .在切斷、車削深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在 20～ 50mm/min 的范圍內(nèi)選?。? （ 3） .當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求較高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選小一些，一般在20～ 50mm/min 的范圍內(nèi)選??； （ 4） .對(duì)刀具空行程，特別是需機(jī)床做遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以選用該機(jī)床 25 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度； （ 5） .進(jìn)給速度應(yīng)與主軸轉(zhuǎn)速和背吃刀量相適應(yīng)。 通過對(duì)切削用量選擇的分析，在零件的外輪廓粗加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速 S可以選在600～ 800r/min,精加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速可以選在 800～ 1000m/min；在車削螺紋時(shí)主軸轉(zhuǎn)速 S 可以定在 550～ 700m/min。 本章小結(jié) 在本章中主要對(duì)零件材料、刀具選擇、夾具選擇、裝夾順序等都做了合理的分析和選擇，在加工中車削的三要素的選擇一定要合理。的錐度； 6) 加工Ф 36 的槽； 7) 掉頭裝夾平端面加工Ф 48的部分； 8) 加工 R30 的圓??； 9) 加工Ф 34 的部分； 10) 鉆Ф 28的通孔； 11) 加工Ф 37 的部分