【正文】 ................ (42) 1 1 緒 論 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的概述 數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)是微電子技術(shù)同傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)品和技術(shù)。 Pro/Engineer 實(shí)體設(shè)計(jì)系統(tǒng) ,是由美國(guó) PTC 公司于 1989 年開(kāi)發(fā)出來(lái)的，其主要功能有： Pro/Engineer。 I 題目 ： 傳動(dòng)器主要部件的數(shù)控加工 摘 要 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不僅在宇航、造船、軍工等領(lǐng)域廣泛使用，而且也進(jìn)入了汽車(chē)、機(jī)床等民用機(jī)械制造行業(yè)。同時(shí)，由于生產(chǎn)水平的提高，數(shù)控機(jī)床的價(jià)格在不斷下降，因此，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械行業(yè)中的使用已很普遍。在 MasterCAM系統(tǒng)中，可以將 用 AutoCAD 等 CAD 軟件繪制的圖形調(diào)入至 MasterCAM 中使用，也可將用 MasterCAM 繪制的圖形送入到其它 CAD 軟件中去使用。同時(shí)，數(shù)控技術(shù)又是柔性制造系統(tǒng) (FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）的技術(shù)基礎(chǔ)之一，是機(jī)電一體化高新科技的重要組成 部分。包括數(shù)控機(jī)床的床身、主軸以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的自動(dòng)控制。所謂插補(bǔ)就是求取零件加工路徑的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，用以控制數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)。輸入方法有兩種．一是 MDI(手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入 )，這種方法適用于比較短的程序，只能使用一次，機(jī)床動(dòng)作后程序就消失；二是在控制裝置的 EDIT(編輯 )狀態(tài)下輸入加工程序，存放在控制裝置的內(nèi)存中，用這種方法可以對(duì)程序進(jìn)行修改，并且可以重復(fù)使用。 4. 位置控制單元 位置控制單元是把插補(bǔ)運(yùn)算求取的坐標(biāo)給定值與位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際值進(jìn)行比較，然后將結(jié)果送入速度控制單元 ，對(duì)進(jìn)結(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。 CNC與上級(jí)計(jì)算機(jī)等的網(wǎng)絡(luò)通信功能主要是通過(guò)串行數(shù)據(jù)通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 (四 )附加裝置 4 為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、提高加工精度和提高自動(dòng)化程度，數(shù)控機(jī)床還具有許多附加裝置，例如自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)及切屑處理裝置等等。 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及用途 進(jìn)入 80 年代的機(jī)械制造業(yè) ，其產(chǎn)品面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，促使越來(lái)越多的企業(yè) 走上小批量、多品種、不斷更新產(chǎn)品的道路。加工對(duì)象改變時(shí)，只需重新編制程序 或更換一條穿孔帶、磁帶或其他形式的信息載體，即不需要對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行調(diào)整，也不需要制造凸輪、靠模一類的輔助裝置。此外，傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精密、高效，也極大地提高了傳動(dòng)精度。 (4) 機(jī)床的使用、維護(hù)技術(shù)要求高 數(shù)控機(jī)床是多學(xué)科、高新技術(shù)的產(chǎn)物，相應(yīng)地，這就對(duì)機(jī)床的操作和維護(hù)提出了較高的要求。數(shù)控裝置體積越來(lái)越小，精度越來(lái)越高，在工業(yè)生產(chǎn) 中日益發(fā)揮著重要作用。當(dāng)加工對(duì)象 改變時(shí)，除了相應(yīng)更換刀具和解決工件裝夾方式外，只要重新編寫(xiě)并輸入該零件的加工程 序，便可自動(dòng)加工出新的零件，不必對(duì)機(jī)床作任何復(fù)雜的調(diào)整，這樣縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，給新產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)采用高速的 32位以上的微處理器，使其輸人、譯碼、計(jì)算、輸出等環(huán)節(jié)都在高速下完成，并可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實(shí)現(xiàn)連續(xù)小程序段的高速加工。 新型數(shù)控機(jī)床具有多種監(jiān)控、檢測(cè)及補(bǔ)償功能，具有更強(qiáng)的通信功能、圖像編程和顯示功能，比如刀具磨損的檢測(cè)、系統(tǒng)的精度及熱變形的檢測(cè)等，還具有刀具壽命管理、刀具長(zhǎng)度偏置、刀具半徑補(bǔ)償、刀尖補(bǔ)償、螺距補(bǔ) 償?shù)裙δ?。在工藝系統(tǒng)中，大約有 30余種變量直接或間接影響加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形、切削液的粘度、刀具與工件材料化 學(xué)親和力的大小等因素。 為了提高數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的可靠性，人們采取了以下一些措施： (1)提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量 選用高質(zhì)量的集成電路芯片、印制電路板和其它元器件，建立并實(shí)施從元器件篩選、穩(wěn)定產(chǎn)品的制造和裝配工藝到性能測(cè)試等一系列完整的質(zhì)量保證 體系。在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí) ，將記錄在控制介質(zhì)上、描述加工過(guò)程所需的全部工藝信息，即原先在通用機(jī)床上加工時(shí)需要操作者考慮和決定的內(nèi)容及動(dòng)作的數(shù)碼信息輸人數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置，對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和控制，并不斷向伺服機(jī)構(gòu) —— 使機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工運(yùn)動(dòng)的機(jī)電功能轉(zhuǎn)換部件發(fā)送脈沖信號(hào)，伺服機(jī)構(gòu)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床按所編程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，便可加工出我們所需要的零件。因此，數(shù)控加工工藝主要包括以下 幾方面的內(nèi)容： 1)選擇并確定需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。 5)按程序單制作控制介質(zhì)。 CAD／ CAM 技術(shù) 1963 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首次提出 CAD(Computer Aided Design— 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )的概念。從 l974 年開(kāi)始，人們 把 CAD 系統(tǒng)和生產(chǎn)計(jì)劃管理及力學(xué)計(jì)算相結(jié)合，發(fā)展成為 CAD／ CAM綜合系統(tǒng)。 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 傳動(dòng)器是一種常見(jiàn)的中間傳遞機(jī)構(gòu) ,其構(gòu)成的主要零部件 ,如圖所示： 由圖可知，該傳動(dòng)器主要有以下幾部分組成：中間是箱體 ,內(nèi)部是軸 ,其左側(cè)是端蓋 ,右側(cè)分別是端蓋、調(diào)整環(huán)和齒輪。 2 各部分零件的工藝分析 金屬材料的分析 一、材料 機(jī)械制造中最常用的材料是鋼 和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也得到廣泛的應(yīng)用 。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當(dāng)?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動(dòng)性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的零件。 2 鋼 鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可通過(guò)軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機(jī)械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q21 Q235）一般只保證機(jī)械強(qiáng)度而不保證化學(xué)成分，不宜進(jìn)行熱處理，通常用于 11 不太重要的零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)中。中碳鋼的含碳量在 %~%之間，它的綜合力學(xué)性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。每一種合金元素含量為 2%~5%或合金元素總含量為 5%~10%的稱為中合金鋼。但合金鋼零件一般都需經(jīng)過(guò)熱處理才能提高其機(jī)械性能；此外，合金鋼較碳素鋼價(jià)格高，對(duì)應(yīng)力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時(shí)才考慮采用。脆 13 性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時(shí)應(yīng)選擇塑性材料。 （ 3） 零件的尺寸及質(zhì)量 零件尺寸的大小及質(zhì)量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)，對(duì)外形復(fù)雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應(yīng)選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應(yīng)選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡(jiǎn)單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應(yīng)具有較好的塑性。 各零部件的材料選擇及工藝分析 14 齒輪的材料及熱處理對(duì)齒輪的使用性能和壽命有很大的影響。加工工藝路線：車(chē)削其外形 — 銑削內(nèi)形 — 鉆孔。由它將機(jī)器和部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件集合成一個(gè)整體，使它們之間保持 正確的相互位置關(guān)系，并按一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)的傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。為了減少殘余應(yīng)力，箱體鑄造后應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。 3. 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析 概述 軸是機(jī)械加工中常見(jiàn)的典型零件之一。 ⑵ 幾何形狀精度 主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。支承軸頸常為 ～ m，傳動(dòng)件配合軸頸為 ～ m。毛坯經(jīng)過(guò)加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度。 精度要求高的 軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理。應(yīng)根據(jù)地生產(chǎn)類型、具體加工條件、工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求等選擇工藝裝備。若采用機(jī)械集中，則可采用各種高效的專用刀具、復(fù)合刀具和多刃刀具等。當(dāng)連續(xù)切削時(shí)，粗銑刀直徑要小一些，精銑刀直徑要大一些，最好能包容待加工面的整個(gè)寬度。 4）鑲硬質(zhì)合金的立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺(tái)面和毛坯表面。鉆孔前最好先用中心鉆鉆一個(gè)中心孔或用 19 一個(gè)剛性好的短鉆頭锪窩引正。 因本零件屬于 小批量生產(chǎn)，因此，選用通用量具即可。 在確定每道工序的切削用量時(shí)，應(yīng)根據(jù)刀具的耐用度和機(jī)床說(shuō)明書(shū)中的規(guī)定去選擇。對(duì)于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數(shù)控加工的精加工余量可比通用機(jī)床加工的余量小一些。本課題所加工的為 45 鋼，由表可知：切削速 度應(yīng)在70～ 220mm/min,根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ,我們選擇 Vc=120mm/ n=1000v/∏ dw (dw未加工工件的直徑 )可以計(jì)算出 ,粗車(chē)時(shí) n=500r/min。 1）數(shù)控車(chē)削進(jìn)給路線的確定 確定數(shù)控車(chē)削進(jìn)給路線的工作重點(diǎn) ，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線，精加工切削過(guò)程的進(jìn)給路線基本上都是沿其零件設(shè)計(jì)圖確定的輪廓順序進(jìn)行的。 ② 力求切削進(jìn)給路線最短。 仿形進(jìn)給路線，用于鑄、鍛件毛坯時(shí)進(jìn)給路線較短。 在圖中，左圖和中圖分別為用行切法加工和環(huán)切法加工凹槽的走刀路線，而右 22 圖是先用行切法，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。 當(dāng)主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。 對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、 鍵槽等，都應(yīng)安排在淬火前加工。 1）應(yīng)有足夠的加工余量，特別是最后的工序，加工余量應(yīng)能保證達(dá)到圖樣上所規(guī)定的精度和表面粗糙度值要求。 4）應(yīng)考慮工件的大小。數(shù)控程序中的地址代碼意義如表 11所示。 ：編程人員只要根據(jù)零件圖紙的要求，按照某個(gè)自動(dòng)編程系統(tǒng)的規(guī)定， 將零件的加工信息用較簡(jiǎn)便的方式送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行程序的編制，編程系統(tǒng)能自動(dòng)打印出程序單和制備控制介質(zhì)。 2. 選用直徑為 5mm的絲錐進(jìn)行攻絲。 機(jī)床的發(fā)展趨向是高 速化、高精度化、高可靠性、多功能、復(fù)合化、智能化和 開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。在加工中心上加工零件的特點(diǎn)是：被加工零件經(jīng)過(guò)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同的工序自動(dòng)選擇和更換刀具； 自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其它輔助功能，連續(xù)地對(duì)工件各加工面自動(dòng)地進(jìn)行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工。在各種招聘會(huì)上，數(shù)控專業(yè)人才更是企業(yè)熱衷于標(biāo)注“急聘”、“高薪誠(chéng)聘”等字樣的少數(shù)職位之一，以致出現(xiàn)了“月薪 6000 元難聘數(shù)控技工”，“年薪 16 萬(wàn)元招不到數(shù)控技工”的現(xiàn)象。這表明，我們的高級(jí)技工在未來(lái) 5— 10 44 年內(nèi)仍會(huì)有大量的人才缺口。對(duì)此，我表示深深的感謝！ 謹(jǐn)向 所有在本文的完成中給予過(guò)我關(guān)懷和幫助而在此無(wú)法一一提及的老師、同學(xué)和朋友致以誠(chéng)摯的謝意！ 李燕 于 2021年 5月 45 參考文獻(xiàn) [1] 余光國(guó)，馬俊，張興發(fā)等 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) . 重慶 :重慶大學(xué)出版社， 1994. 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