【文章內(nèi)容簡介】 余量、切削用量等，在很大程度上由操作人員根據(jù)實際經(jīng)驗和習(xí)慣自行考慮和決定，一般無須工藝人員在設(shè)計工藝規(guī)程時進(jìn)行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。而采用數(shù)控加工時，所有工藝問題必須事先設(shè)計和安排好，并編入加工程序中。數(shù)控工藝不僅包括詳細(xì)的切削加工步驟，還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內(nèi)容，以及標(biāo)有數(shù)控加工坐標(biāo)位置的工序圖等。在自動編程中更需要確定詳細(xì)的各種工藝參數(shù)，也正由于這個特點，促使對加工程序的正確性和合理性要求極高，不能有絲毫的差錯，否則不僅加工不出合格的零件，而且可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。 數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容根據(jù)數(shù)控加工的實踐，數(shù)控加工工藝主要包括以下方面：1）選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的零件和確定工序內(nèi)容；2）零件圖紙的數(shù)控工藝性分析；3）制訂數(shù)控工藝路線，如工序劃分、加工順序的安排、基準(zhǔn)選擇、與非數(shù)控加工工藝的銜接等；4）數(shù)控工序的設(shè)計，如工步、刀具選擇、夾具定位與安裝、走刀路線確定、測量、切削用量的確定等；5）調(diào)整數(shù)控加工工藝程序，如對刀、刀具補(bǔ)償?shù)龋?）分配數(shù)控加工中的容差；7）處理數(shù)控機(jī)床上部分工藝指令。 數(shù)控加工零件的合理選擇程序編制前對零件進(jìn)行工藝分析時，要有機(jī)床說明書、編程手冊、切削用量表、標(biāo)準(zhǔn)工具、夾具手冊等資料，方能進(jìn)行如下一些問題的研究。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機(jī)床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合在該機(jī)床上加工的零件。無論哪種情況，考慮的主要因素主要有，毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概括起來有三點，即零件技術(shù)要求能否保證，對提高生產(chǎn)率是否有利，經(jīng)濟(jì)上雖否合算。根據(jù)國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)應(yīng)用實踐，數(shù)控機(jī)床通常最適合加工具有以下特點的零件：（1）多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件；（2）輪廓形狀復(fù)雜，對加工精度要求較高的零件；（3）用普通機(jī)床加工時，需要有昂貴的工藝裝備（工具、夾具和模具）的零件；（4）需要多次改型的零件；（5）價值昂貴，加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件；（6）需要最短生產(chǎn)周期的急零件。 加工方法的選擇與加工方案的確定1）加工方法的選擇加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。2）加工方案確定的原則零件上比較精確表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。 工序與工步的劃分一般工序劃分有以下幾種方式1）按零件裝卡定位方式劃分工序由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。2）按粗、精加工劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素杰劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先作粗加工再精加工。此時可用不同的機(jī)床或不同的刀具進(jìn)行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件的某一部分表面加工完畢后，再加工零件的其它表面。3）按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其它部位。工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同表面進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細(xì)分為工步?？傊?，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。 加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：1）加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；2）使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。4）此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀來完成加工以及在銑削加工中是采用順銑還是采用逆銑等。 程編誤差及其控制數(shù)控機(jī)床突出特點之一是：零件的加工精度不僅在加工過程中形成，而且在加工前程編階段就已形成，程編階段的誤差是不可避免的，這是由于程序控制的原理本身決定的。在程編階段，圖紙上的信息轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)可以接受的形式，會產(chǎn)生如下三種誤差：近似計算誤差、插補(bǔ)誤差、尺寸圓整誤差。在點位控制加工中，程編誤差包含尺寸圓整誤差一項，并且直接影響孔位置尺寸精度。在輪廓控制加工中，影響輪廓加工精度的主要是插補(bǔ)誤差，而尺寸圓整誤差的影響則居次要地位，所以，一般所就的程編誤差系指插補(bǔ)誤差而言。因為還有控制系統(tǒng)與拖動系統(tǒng)的誤差，零件定位誤差，對刀誤差，刀具磨損誤差，工件變形誤差等等，所以，零件圖紙上給出的公差，只有一小部分允許分配給程編過程中產(chǎn)生的誤差?！?。 程編中工藝指令的處理在數(shù)控機(jī)床上加工零件的動作都必須在程序中用指令方式事先予以規(guī)定，在加工中由機(jī)床自動實現(xiàn)。我們稱這類指令為工藝指令。這類指令有國際標(biāo)準(zhǔn)，即準(zhǔn)備功能指令G輔助功能指令M兩大類。在編制加工程序時，必須按程編手冊正確選用和處理。 零件的毛坯選擇材料的成形過程是機(jī)械制造的重要工藝過程。機(jī)器制造中，大部分零件是先通過鑄造成形、鍛壓成形、焊接成形或非金屬材料成形方法制得毛坯，再經(jīng)過切削加工制成的。毛坯的選擇，對機(jī)械制造質(zhì)量、成本、使用性能和產(chǎn)品形象有重要的影響，是機(jī)械設(shè)計和制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。通常，零件的材料一旦確定，其毛坯成形方法也大致確定了。毛坯選擇的原則，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡可能降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品在市場上具有競爭能力。通常應(yīng)根據(jù)以下幾個原則選擇毛坯：a) 工藝性原則：零件的使用要求決定了毛坯形狀特點，各種不同的使用要求和形狀特點，形成了相應(yīng)的毛坯成形工藝要求。零件的使用要求具體體現(xiàn)在對其形狀、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部質(zhì)量，和對其化學(xué)成分、金屬組織、力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等內(nèi)部質(zhì)量的要求上。對于不同零件的使用要求，必須考慮零件材料的工藝特性（如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能等）來確定采用何種毛坯成形方法。b) 適應(yīng)性原則：在毛坯成形方案的選擇中，還要考慮適應(yīng)性原則。既根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀、外形尺寸和工作條件要求，選擇適應(yīng)的毛坯方案。 形狀復(fù)雜和薄壁的毛坯，一般不應(yīng)采用金屬型鑄造；尺寸較大的毛坯，通常不采用模鍛、壓力鑄造和熔模鑄造，多數(shù)用自由鍛、砂型鑄造和焊接等方法制坯。零件的工作條件不同，選擇的毛坯類型也不同。如機(jī)床主軸和手柄都是軸類零件，但主軸是機(jī)床的關(guān)鍵零件，尺寸形狀和加工精度要求很高，受力復(fù)雜且在長期使用過程中只允許發(fā)生很微小的變形，因此要選用具有良好綜合力學(xué)性能的45鋼或40Cr，經(jīng)鍛造制坯及嚴(yán)格切削加工和熱處理制成。而內(nèi)燃機(jī)曲軸在工作過程中承受很大的拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能，故高速大功率內(nèi)燃機(jī)曲軸一般采用強(qiáng)度和韌性較好的合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造成形，功率較小時可采用球墨鑄鐵鑄造成形或用中碳鋼鍛造成形。c) 生產(chǎn)條件兼顧原則：毛坯的成形方案要根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)條件選擇?，F(xiàn)場生產(chǎn)條件主要包括現(xiàn)場毛坯制造的實際工藝水平、設(shè)備狀況以及外協(xié)的可能性和經(jīng)濟(jì)性，但同時也要考慮因生產(chǎn)發(fā)展而采用較先進(jìn)的毛坯制造方法。為此，毛坯選擇時，應(yīng)分析本企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，如設(shè)備能力和員工技術(shù)水平，盡量利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件完成毛坯制造任務(wù)。若現(xiàn)有生產(chǎn)條件難以滿足要求時，則應(yīng)考慮改變零件材料或毛坯成形方法，也可通過外協(xié)加工或外購解決。 曲軸用材料的選擇目前，車用發(fā)動機(jī)曲軸材質(zhì)有球墨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵的切削性能良好 ，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可以進(jìn)行各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1／3 左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計資料表明，車用發(fā)動機(jī)曲軸采用球墨鑄鐵材料的比例：美國為9 0％、英國為8 5％、日本為6 0 ％，此外德國、比利時等國家也已經(jīng)大批量采用球墨鑄鐵材料。國內(nèi)采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢則更加明顯，8 5％以上的中、小型功率的發(fā)動機(jī)曲軸均采用球墨鑄鐵材料。就大功率車用柴油機(jī)曲軸而言，鍛鋼曲軸具有較高的綜合機(jī)械性能。許多高強(qiáng)化的中高速大功率四沖程柴油機(jī)都無一例外地采用鍛鋼曲軸。 L以上的發(fā)動機(jī)也都采用鋼質(zhì)模鍛曲軸。 借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗，并結(jié)合本次曲軸設(shè)計的實際（小型曲軸），曲軸材質(zhì)采用球墨鑄鐵，毛坯采用鑄造成型。 加工材料及刀具、夾具的準(zhǔn)備 程序準(zhǔn)備僅僅是第一步，程序校驗通過以后，接下來就是加工材料及刀具和夾具的準(zhǔn)備。這一步工作做得如何，將直接影響到數(shù)控操作的最終效果。在加工時由于零件的形狀和技術(shù)要求不同，要選擇不同類型的刀具來加工，例如加工三角形螺紋要選擇三角螺紋車刀，加工圓弧則要選擇圓弧到或者是尖刀來進(jìn)行加工等，合理的選擇加工刀具是加工好零件的基本保證。夾具的選擇比較簡單，如在數(shù)控車床上加工鋁棒和石蠟棒，鋁棒和石蠟棒直接由三爪自定心卡盤夾緊即可；而在銑床上加工時，只要按普通銑床的要求，用壓板將鋁或石蠟板固定在工作臺上或機(jī)用平口鉗夾緊就可以了，夾緊力的控制以在加工過程中工件不發(fā)生移動為宜。同時要綜合考慮數(shù)控機(jī)床的技術(shù)要求、夾具的特點、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關(guān)因素來正確選用刀具和夾具，在加工過程中合理分配加工余量，將粗加工和精加工進(jìn)行區(qū)分。通過以上做法，加工出的工件符合圖紙要求，效果良好，達(dá)到了數(shù)控機(jī)床操作的目的。. 數(shù)控編程的原則步驟 編程方法 數(shù)控編程方法有手工編程和自動編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟主要有人工完成的編程過程。它適用于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件的加工，以及計算較簡單，程序段不多，編程易于實現(xiàn)的場合等。但對于幾何形狀復(fù)雜的零件（尤其是空間曲面組成的零件），以及幾何元素不復(fù)雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時計算數(shù)值的工作相當(dāng)繁瑣，工作量大，容易出錯，程序校驗也較困難，用手工編程難以完成，因此要采用自動編程。所謂自動編程即程序編制工作的大部分或全部有計算機(jī)完成，可以有效解決復(fù)雜零件的加工問題，也是數(shù)控編程未來的發(fā)展趨勢。同時，也要看到手工編程是自動編程的基礎(chǔ)，自動編程中許多核心經(jīng)驗都來源于手工編程。 編程步驟 拿到一張零件圖紙后，首先應(yīng)對零件圖紙分析，確定加工工藝過程，也即確定零件的加工方法（如采用的工夾具，裝夾定位方法等），加工路線（如進(jìn)給路線、對刀點、換刀點等）及工藝參數(shù)（如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和切削深度等）。其次應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計算。絕大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)都帶有刀補(bǔ)功能，只需計算輪廓相鄰幾何元素的交點（或切點）的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點終點和圓弧的圓心坐標(biāo)值即可。最后，根據(jù)計算出的刀具運動軌跡坐標(biāo)值和已確定的加工參數(shù)及輔助動作，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標(biāo)指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單，并輸入CNC裝置的存儲器中。 零件的加工程序編寫及校驗 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，不管數(shù)控機(jī)床使用的是何種操作系統(tǒng)，必須要有與數(shù)控機(jī)床相適應(yīng)的數(shù)控加工程序。在編寫加工程序的時候先分析零件圖，根據(jù)零件圖的技術(shù)要求來分析加工工藝路線，確定加工步驟，合理選擇加工中每一道工序中要使用的刀具以及加工中的切削用量參數(shù)，并進(jìn)行與數(shù)控加工程序相關(guān)的數(shù)學(xué)處理。通過工藝分析與數(shù)學(xué)計算，再根據(jù)所確定的工藝路線與零件加工步驟來編寫程序。在編寫完數(shù)控加工程序之后，利用數(shù)控機(jī)床制造商提供的配套數(shù)控仿真軟件在計算機(jī)上進(jìn)行反復(fù)校驗和仿真模擬，以檢查程序的正確性，同時，對坐標(biāo)數(shù)值、進(jìn)給量、刀補(bǔ)值等參數(shù)進(jìn)一步處理，以適應(yīng)實際加工需要。 曲軸數(shù)控加工要求：曲軸和偏心軸、偏心套等都屬于偏心回轉(zhuǎn)類零件，其主要的型面，包括主軸頸和兩端支撐軸頸都是在車床上加工的，并且它們在加工工藝上的共同特點是：加工偏心軸頸時，必須調(diào)整其軸線和車床主軸旋轉(zhuǎn)中心重合，因此在批量生產(chǎn)中最重要的工藝要求，一是必須用合理的夾具和裝夾方式來保證偏心距的準(zhǔn)確性；二是加工的基準(zhǔn)都采用兩端的中心孔和偏心中心孔。目前，根據(jù)曲軸自身的精度要求、批量大小和現(xiàn)有加工設(shè)備水平等具體情況，可以選擇多種加工手段和工藝方法，比如主軸頸既可以采用傳統(tǒng)的車削工藝，還可以采用先進(jìn)的加工工藝，比如車?yán)透咚巽娤鞯确椒?，來提高加工效率和加工質(zhì)量。本文主要考慮在一個工序內(nèi)，采用一次裝夾來完成外圓軸頸、溝槽和螺紋部分等多個更不的車削加工，因此需要采用合理的自動編程操作，來獲得曲軸加工的數(shù)控代碼。 總體設(shè)計思路在曲軸的三維造型中采用參數(shù)化設(shè)計，隨時調(diào)整曲軸局部結(jié)構(gòu)和尺寸，同事利用UG提供的“實例特征”中的幅值、陣列、等特征編輯功能，可以實現(xiàn)曲軸基于特征的參數(shù)化設(shè)計。這樣，在實際應(yīng)用過程中，設(shè)計人員根據(jù)曲軸的功能要求，先