【正文】 切削進(jìn)給速度 60m／min．最高加速度 10g。 國內(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。國外多軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀。對刀具和工件的相對位置來說，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容易。技能競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)國家機(jī)械制造業(yè)水平衡量的標(biāo)志之一。隨著我國綜合國力的進(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。 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。 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。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。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中使用 CAD/CAM 技術(shù) 軟件、對零件進(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。 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟(jì)制造技術(shù)水平的提高，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了讓我們更清楚地理解怎樣確定四軸聯(lián)動(dòng)零件的造型及數(shù)控加工工藝分析，為我們即將走上工作崗位的畢業(yè)生打基礎(chǔ)。也給傳統(tǒng)的機(jī)械，專業(yè)人才帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。作為一名數(shù)控專業(yè)的學(xué)生，對數(shù)控技術(shù)知識(shí)的運(yùn)用將是一項(xiàng)重要的技能。國外在此已經(jīng)有了成熟的技術(shù)應(yīng)用體系，而國內(nèi)尚處于發(fā)展階段，應(yīng)用方面的缺陷已經(jīng)成為提高復(fù)雜關(guān)鍵零件的一個(gè)重要問題，直接影響復(fù)雜零件的發(fā)展。 本課題來源于 10 年全國數(shù)控技能競賽題目風(fēng)力驅(qū)動(dòng)器。 課題在當(dāng)今國內(nèi)外的現(xiàn)狀 葉輪軸零件是典型的多軸 聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床 加工，葉輪軸葉片的加工和曲面的質(zhì)量則直接影響它的工作效果，進(jìn)而直接影響整個(gè)工作過程。隨著模具制造技術(shù)的迅速發(fā)展，對加工中心的加工能力和加工效率提出了更高的要求，因此多軸數(shù)控加工技術(shù)得到了空前的發(fā)展。 多軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀 （ 1）國外多軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀。數(shù)控回轉(zhuǎn)擺動(dòng)工作臺(tái)可在圍繞工件重心旋轉(zhuǎn)工件的同時(shí)允許進(jìn)行最大擺角達(dá) 18176。高速精密電主軸結(jié)合了 五 軸聯(lián)動(dòng)加工方面的豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)決竅，動(dòng)態(tài)加工特性和精度表現(xiàn)良好。具有高速、龍門架結(jié)構(gòu)、 五 軸聯(lián)動(dòng) 的特點(diǎn)， 主要有 U2 U series 三 個(gè)規(guī)格， U其中 Useries 最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá) 20210 轉(zhuǎn) /min，帶 A 軸和 C 軸兩個(gè)輔助軸， A 軸旋轉(zhuǎn)角度為 95176。該機(jī)床產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列化、多樣性配置，使該機(jī)床適用于航空航天、汽車模具模型制造、造船等行業(yè)。現(xiàn)代加工工業(yè)高效率、低成本、高質(zhì)量的要求使得歐美日等囤熱衷于高速甚至超高速機(jī)床的研究。 （三 )高精度。為了滿足這一要求，機(jī)床廠商需要開發(fā)出復(fù)合程度更高的復(fù)合機(jī)床。 （六）綠色化。 多軸數(shù)控加工的類型 加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心。 根據(jù)回轉(zhuǎn)軸形式，多軸數(shù)控加工中心可分為兩種設(shè)置方式： 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，環(huán)繞 Z 軸回轉(zhuǎn)，定義為 C 軸， C 軸都是 360176。這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對工作臺(tái)帶來很大的承載力矩，立式主軸頭回轉(zhuǎn)。 90176。 課題研究的內(nèi)容和目的 人們早已認(rèn)識(shí)到多軸數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)越性和重要性，但到目前為止，多軸數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用仍然局限于少數(shù)資金雄厚的部門，并且仍然存在尚未解決的難題。這是每一個(gè)傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都深感頭疼的問題。只有反復(fù)實(shí)踐，編程及操作人員才能掌握必備 6 的知識(shí)和 技能。以圓柱銑刀進(jìn)行接觸成形銑削時(shí)，需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。購置機(jī)床需要大量投資。 7 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。好的工藝性會(huì)使零件加工容易，節(jié)省工時(shí)，降低消耗。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。 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。 10 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)工件定位要求來確定定位基準(zhǔn)的個(gè)數(shù)，再按基準(zhǔn)選擇原則來選定每個(gè)定位基準(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。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。多次使用難以保證表面間的位置精度。 11 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。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準(zhǔn)。 （ 4）自為基準(zhǔn)原則。 （ 5）可靠 、方便原則。 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。 12 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，有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，對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。 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。三爪卡盤如圖 32 所示。 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（長寬） 405 1307(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） 516 60(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 (長寬高 ) 2540mm 2520mm2710mm 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。通用夾具 是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用來裝夾不同工件的夾具，如三爪卡盤、四爪卡盤、平口虎鉗和萬能分度頭等。 （ 3）組合夾具。 可調(diào)夾具包括通用可調(diào)夾具和成組夾具，它們都可以通過調(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)。 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 。簡單的機(jī)床工藝裝備。 （ 2）工序集中原則 15 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。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。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。 （ 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進(jìn)行，主要應(yīng)根據(jù)零件的精度要求考慮。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。 16 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)。 （ 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。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。 此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。必須明確劃分階段是指整個(gè)加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)區(qū)分。 （ 1）機(jī)械加工工序的安排原則 ① 基面先行。 ③ 先主后次。對于箱體、支架和連桿等工件應(yīng)先加工平面后加工孔。數(shù)控加工中，應(yīng)縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。數(shù)控銑削中，先銑加強(qiáng)筋，后銑腹板，有利于提高工件的剛性，防止振動(dòng)。退火與正火安排在粗加工之前，以改善切削加工性能和消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力；調(diào)質(zhì)一般安排在粗加工之后、半精加工之前進(jìn)行，以保證調(diào)質(zhì)層的厚度；時(shí)效處理用以消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。淬火、滲碳淬火等安排在磨削加工之前進(jìn)行。 此外，去毛刺、倒鈍銳邊、去磁、清洗及涂防銹油等都是不可忽視的輔助工序。 （ 3） 切入和切出的路線應(yīng)考慮外延，以保證加工的表面質(zhì)量。 經(jīng)綜合分析：此零件的進(jìn)給路線遵循保證零件加工精度和表面粗糙度的前提下，尋求最短進(jìn)給路線。耐磨性除與硬度有關(guān)外，還與刀具金相組織中碳化物的種類、數(shù)量、大小及分布情況有關(guān)。一般用刀具材料的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性值來反映材料的強(qiáng)度和韌性。 ④ 良好的工藝性。由于碳素工具鋼和合金工具鋼耐熱性很差，適合做手工刀具，陶瓷，金剛石和立方氮化硼由于質(zhì)脆、工藝性差及價(jià)格昂貴等原因，因而僅在較小的范圍內(nèi)使用。 ③ 大力推廣標(biāo)準(zhǔn)的模塊化刀夾（刀柄和刀桿等）。外圓精 車刀 25 25 1 精車外輪廓 3 T03 中心鉆 ￠ 1 鉆￠ 1￠ 20中心孔 4 T04 ￠ 12麻花鉆 ￠ 12 1 鉆￠ 12孔 3 5 T05 ￠ 21麻花鉆 ￠ 21 1 鉆￠ 21孔 6 T06 ￠ 20麻花鉆 ￠ 20 1 鉆￠ 20孔 5 7 T07 90176。 鏜孔時(shí)： 2 dwdmap ?? 鉆削時(shí)： 2dmap? 同時(shí)， ap 主要根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度確定。 （ 3）精加工時(shí)， ap 應(yīng) 根據(jù)粗加工留下的余量確定，采用逐漸降低 ap 的方法，逐步提高加工精度和表面質(zhì)量。 表 35 常用螺紋切削的進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量 公制 螺紋 23 螺距 牙深 背吃刀量及進(jìn)給次數(shù) 1次 2次 3次 4次 5次 6次 主軸轉(zhuǎn)速的確定 確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，主要根據(jù)工件材料、刀具材料機(jī)床功率和加工性質(zhì)（如粗、精加工）等條件確定其允許的切削速度。 （ 1） 刀具材料好， Vc 可選得高些。 常用的切削 速度見表 36 所示。 若用查表法根據(jù)上面的表 36。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。 ③ 刀具或工件的空行程運(yùn)動(dòng)，特別是遠(yuǎn)距離返回程序原點(diǎn)或機(jī)床原點(diǎn)時(shí)，可以設(shè)定盡量高的加工速度，如日本大森Ⅲ型 R2J50 系列深孔系統(tǒng)規(guī)定的快速進(jìn)給速度可達(dá) 30000mm/min。每轉(zhuǎn)進(jìn)給速度 (mm/r)與每分鐘進(jìn)給速度可以相互進(jìn)行換算，其換算式為： nmmrmm m in// ? 確定以上切削用量的各種參數(shù)，均應(yīng)在機(jī)床說明書規(guī)定的允許范圍內(nèi)選取。 26 ② 精加工時(shí)、半精加工時(shí)， f 應(yīng)根據(jù)工件的 Ra 要求選擇。在粗加工時(shí)可選大些的 f；精加工時(shí)，由于 Ra要求較高，所以也選用較高的 f。先用行切法，最后沿周向環(huán)切一刀，光整輪廓表面，能獲得較好的效果。精加工采用五軸掃描線加工法，保證加工精度和表面粗糙度。 由于熱脹冷縮的原理，工件和刀具吸收了一部分的熱量，工件和刀具產(chǎn)生變形最終影響加工精度。 表 37 常用冷卻液 冷卻液名稱 主要成份 主要作用 水溶液 水、防銹添加劑 冷卻 乳化液 水、油、乳化劑 冷卻、潤滑、清洗 切削油 礦物油、動(dòng)植物油、極壓添加劑或油性 潤滑 需要注意的是，加工鑄鐵件一般不用切削液。 綜上所述：因該零件的精度要求都有點(diǎn)高，切削鋁時(shí)不得使用水溶液，考慮到冷卻液作用和價(jià)格，選擇乳化液可以滿足要求，所以粗加工的時(shí)候主要用低濃度的乳化液，精加工的時(shí)候主要用高濃度的乳