【文章內(nèi)容簡介】 MasterCAM 等，這些系統(tǒng)的數(shù)控編程都比較強，各有特色。國內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)等開發(fā)的圖形編程系統(tǒng)如 NPU/GNCP 和 InterCAM 也具有 零件加工和雕塑曲面多軸加工等功能，達(dá)到了實用化程度 [11]。 1946 年在美 國誕生了世界上第一臺電子計算機。 1952 年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在麻省理工學(xué)院（ M IT）誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，到今天已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段和六代： 19521970 年為數(shù)控（ NC）階段，這階段劃分為三代，即第一代電子管（ 1965 年） [12]。自 1970 年起，小型計算機用于數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控技術(shù)進(jìn)入計算機數(shù)控（ CNC）階段，這是第四代數(shù)控； 1974 年進(jìn)入第五代數(shù)控，其特征為微處理器用于數(shù)控。 前五代雖然解決了許多制度問題，但均屬于封閉式結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對數(shù) 控系統(tǒng)提出了越來越高的要求。新型的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能運用于各種計算機軟硬件平臺上，并提出統(tǒng)一風(fēng)格的用戶交互環(huán)境，以便用戶的操作、維護和更新?lián)Q代[13]。還應(yīng)能在普及型個人計算機的操作系統(tǒng)上，簡便地應(yīng)用系統(tǒng)所配置的軟件模塊和硬件運動控制插件卡；機床制造商和用戶能夠方便的進(jìn)行軟件開發(fā)，追加功能和實現(xiàn)功能的個性化，使 CNC 系統(tǒng)具有 PC 的高手分析能力，大容量存儲功能，各種軟件的支撐，圖文顯示的優(yōu)勢以及聯(lián)網(wǎng)的靈活性，顯然，封閉式結(jié)構(gòu)的 CNC 系統(tǒng)根本無法滿足這些要求 [14]。在這種情況下，基于 PC 的第六代數(shù)控系統(tǒng) —開放式數(shù)控 系統(tǒng)便應(yīng)運而生。 本文主要研究內(nèi)容 盤型零件是機械加工中常見的典型零件之一，它的應(yīng)用范圍很廣。通過對盤型零件的數(shù)控編程研究可以基本掌握數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)知識，盤型零件加工編制的過程、編程語言和典型零件加工程序的一般編寫方法。數(shù)控加工編程功能模塊功能包括圖形幾何造型、刀具軌跡設(shè)計、刀具軌跡編輯、加工仿真等。 仿真系統(tǒng)具備對數(shù)控機床操作全過程和加工運行環(huán)境仿真的功能，通過仿真軟件的模擬可以明確的分析出加工方案的錯誤和不足之處以避免在實際生產(chǎn)中由于錯誤方案導(dǎo)致成本的提高和材料的浪費 [15]。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 論文的主 要研究內(nèi)容 本文共分為六章，各章的安排及內(nèi)容如下： 第一章 緒論 本章從四個方面介紹了與課題有關(guān)的內(nèi)容。第一節(jié)說明了論文的背景和意義。第二節(jié)闡述了數(shù)控編程技術(shù)的國內(nèi)外技術(shù)狀況及發(fā)展前景。第三節(jié)介紹了課題研究的主要內(nèi)容及開展的工作。第四節(jié)提出論文的主要內(nèi)容。 第二章 盤形零件的工藝分析 分析所加工的復(fù)雜盤形零件的外形特點， 分析零件的機械加工工藝，研究出零件最適合的一種機械加工工藝方案，然后確定出盤形 零件的工藝和工裝夾具的確定。 第三章 盤形零件加工方案和加工余量的確定 選擇合適的加工方法、刀具等，在普通機床上 對零件外形的和尺寸精度進(jìn)行的粗加工，為實現(xiàn)盤形零件各個表面對粗糙度的要求，與尺寸精度要求在數(shù)控機床上實現(xiàn)對零件的最終精加工。 第四章 切削用量與基本工時的確定 通過查閱機床切削手冊與切削用量手冊確定個加工工步的切削用量，切削所需的基本工時以及機床主軸轉(zhuǎn)速等 。 第五章 盤形零件精加工部分的數(shù)控編程 針對盤形零件精加工部分的數(shù)控技術(shù)要求，選擇合適的數(shù)控機床、刀具以及數(shù)控指令對盤形零件進(jìn)行數(shù)控編程。 第六章 車床專用夾具體設(shè)計 設(shè)計夾具體的裝配圖，針對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)計算。 2 盤形零件的工藝分析 5 2 盤形零件的工藝分析 題目所給 定的盤形零件是機械加工中常見的典型零件之一，它的應(yīng)用范圍很廣。通過對盤形零件的數(shù)控編程方法的研究可以基本掌握數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)知識和盤形零件工藝路線的制定、編程語言和典型零件加工程序的一般編寫方法 [16]。下面分節(jié)說明盤形零件的工藝特點。 盤形零件的外形分析 端蓋零件帶有回轉(zhuǎn)面和內(nèi)孔，外部有環(huán)形結(jié)構(gòu)、圓弧和倒角，其中內(nèi)孔的表面精度要求較高為 其余各處表面精度均為 。為了更好的分析復(fù)雜腔槽零件的外形特點，該零件的各個方位三維實體圖如下給出： （ a） 盤形零件主視圖 （ b） 盤形零件左視圖 圖 盤形零件三維結(jié)構(gòu)視圖 圖 盤形零件二維機構(gòu)視圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 盤形零件的工藝分析 復(fù)雜盤形零件毛胚的選擇 確定毛坯的制造形式 零件材料為 HT150，考慮到零件在工作過程中的受力情況，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有一定的強度、剛度、抗振性及良好的切削加工性，因此采用鑄件 [17]。鑄件毛坯內(nèi)殘余較大的內(nèi)應(yīng)力，所以加工前均應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，由于該零件采用大批量生產(chǎn)而且輪廓尺寸不大因此采用金屬型機器鑄造。這對于提高生產(chǎn)率保證加工質(zhì)量也是有利的?；诣T鐵（ HT150）， 由《實用機械加工工藝手冊》表 471，可得力學(xué)性能見表 ： 表 鑄件的力學(xué)性能 牌號 鑄件壁厚 最小抗拉強度 硬度 鑄件硬度范 圍 金相組織 HT150 1020 2030 3050 175 145 130 120 H175 150200 鐵素體 +珠光體 灰鑄鐵的一般工作條件： 承受中等載 荷的零件， 摩擦面間的單位面積壓力不大于 490KPa。 毛坯的熱處理 灰鑄鐵（ HT150）中的碳全部或大部分以片狀石墨方式存在鑄鐵中，由于片狀石墨對基本的割裂作用大，引起應(yīng)力集中也大；因此，使石墨片得到細(xì)化，并改善石墨片的分布，可提高鑄鐵的性能?？刹捎檬嘶?，來消除鑄鐵表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織（有大量 的滲碳體出現(xiàn)），以便于切削加工。毛坯圖樣如下： （ a） 毛坯零件 主視圖 （ b） 毛坯零件 左視圖 圖 毛坯零件三維結(jié)構(gòu)視圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 毛坯零件二維結(jié)構(gòu)視圖 盤形零件加工方法的選擇 該盤形零件，從它的外形特征和加工精度考慮，應(yīng)分為粗加工和精加工兩個階段來加工。零件的中間部分是腔槽類零件的主要體現(xiàn)，應(yīng)粗加工加工出外形，再用精加工來達(dá)到其表面粗糙度的要求 [18]。 中間部分是內(nèi)槽與通孔，從經(jīng) 濟效益方面和加工難易程度方面考慮，選擇在普通銑床上加工，左右兩側(cè)部分，有不規(guī)則圓弧與倒角此次設(shè)計的主要內(nèi)容是對盤形零件的精加工部分進(jìn)行數(shù)控編程設(shè)計，以達(dá)到零件的精度要求?；娴倪x擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；孢x擇得正確、合理可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，否則就會使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會造成零件的大批量報廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行 [19]。 粗基準(zhǔn)的選擇 。 對于本零件來說可以毛坯零件的內(nèi)孔軸線作基準(zhǔn)，用三爪自定心卡盤對工件進(jìn)行定位加緊，限制工件的六個自由度達(dá)到完全定位。 精基準(zhǔn)的選擇 。 精基準(zhǔn)的選擇主要 應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時 ， 應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。對于此零件采取基準(zhǔn)重合的原則進(jìn)行加工，所以不存在基準(zhǔn)不重合出現(xiàn)的誤差。 制定工藝路線 。 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的為大批量生產(chǎn)的條件下，可以采用萬能機床配以專用工件夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率 [20]。除此以外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。加工階段按照加工性質(zhì)和作用的不同，工藝過程分為兩個階段： 粗加工階段 。 粗加工的目的是切去絕大部分多余的金 屬，為以后及精加工創(chuàng)造較好的條件，粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，時得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 度低，粗糙度大。一般粗加工登記為 IT11～ IT12，粗糙度為 Ra80～ 100um。 半精加工階段 。 半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，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。半精加工應(yīng)采用高精度的機床小的切削用量，工序變形小，有利于提高加工精度， 半 精加工精度一般為 IT8～ IT9，表面粗糙度為 ～ 。 3 盤形零件加工方案和加工余量的確定 9 3 盤形零件加工方案和加工余量的確定 盤形零件加工方案 盤形零件的加工方案是保證能夠達(dá)到零件所需尺寸精度、位置精度以及形狀精度的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的一項優(yōu)化處理，選擇最適合的一種方案使得在加工中保證零件加工中的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗 [21]。典型的表面加工方案如下表 表 典型表面加工方案 外圓表面加工 經(jīng)濟精度級 表面粗粗糙度 Ra/um 適用范圍 粗車 半精車 IT8IT10 ～ 淬火鋼以外的各種金屬 內(nèi)孔加工 粗鏜 半精鏜 IT8IT9 ～ 淬火鋼以外各種材料 平面加工 粗車 半精車 IT9 ～ 端面 粗銑 精銑 IT8IT9 ～ 一般不淬硬平面 根據(jù)以上參考及零件加工精度的要求及零件的毛坯尺寸與最終尺寸現(xiàn)設(shè)計以下三種方案： 圖 鑄件毛坯圖 圖 零件圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 工藝路線方案一： 表 工藝路線方案一 工序 1 粗車端面 A 工序 2 粗、半精鏜內(nèi)孔 E 工序 3 粗車端面 D 工序 4 以 E 為基準(zhǔn)粗車外輪廓 工序 5 粗銑 F 的內(nèi)槽 工序 6 調(diào)質(zhì) 工序 7 半精車端面 A 工序 8 半精車端面 D 工序 9 精銑內(nèi)槽 F 工序 10 半精車外輪廓 工序 11 檢驗 工藝路線方案二： 表 工藝路線方案二 工序 1 粗鏜內(nèi)孔 E 工序 2 粗車端面 A 工序 3 粗車端面 D 工序 4 粗車外輪廓 工 序 5 粗車內(nèi)槽 F 工序 6 調(diào)質(zhì)處理 工序 7 半精鏜內(nèi)孔 E 工序 8 半精車端面 A 工序 9 半精車端面 D 工序 10 半精車外輪廓 工序 11 精銑 F 內(nèi)槽 工序 12 檢驗 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 工藝路線方案三： 表 工藝路線方案三 工序 1 粗車端面 D 工序 2 粗銑端面 A、內(nèi)槽 F 工序 3 粗、半精鏜內(nèi)孔 E 工序 4 以內(nèi)孔 E 為基準(zhǔn)粗車外輪廓 工序 5 調(diào)質(zhì)處理 工序 6 半精車端面 D 工序 7 精銑端面 A、內(nèi)槽 F 工序 8 半精車外輪廓 工序 9 檢驗 工藝方案優(yōu)劣 點的比較分析： 上述三個方案的特點在于：方案一是先加工端面與內(nèi)孔，然后以此為基準(zhǔn)加工其它部分。方案二是先加工孔，然后以孔為基準(zhǔn)加工外輪廓、以及端面。方案三是以軸線為中心先加工端面，然后以端面定位加工孔，以孔為基準(zhǔn)加工外輪廓。以上三個方案中，前兩道方案無形中增加了加工工序，且經(jīng)常變換加工基準(zhǔn)導(dǎo)致誤差增加、成本增加，加工效率降低而方案三采用互為基準(zhǔn)的原則既降低了加工工時，還提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。因此選用第三種方案進(jìn)行加工 [22]。 以上工藝過程詳見附表機械加工工藝過程卡片和附表機械加工工序卡片。 盤形零件 加工余量的確定 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 表 機械加工余量 外圓表面（ φ100） 2Z=8mm φ84mm外圓 2Z=6mm φ30mm內(nèi)孔 2Z=4mm φ70mm內(nèi)槽 2Z=6mm 外圓長度 30 2Z=3mm “端蓋 ”零件材料 HT150，生產(chǎn)內(nèi)型為大批量生產(chǎn)，可采用金屬型鑄造毛坯，設(shè)計毛坯形狀尺寸還應(yīng)考慮到： a. 各加工面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單 b. 工藝基準(zhǔn)以設(shè)計基準(zhǔn)想一致 c. 便于裝夾、加工和檢查 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 e. 結(jié)構(gòu)要素統(tǒng)一，盡量使用普通設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行加工 根據(jù) 原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下： 查《機械設(shè)計制造工藝簡明手冊》其余量規(guī)定為 ～ 現(xiàn)取已能滿足加工要求 。