【文章內容簡介】 能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進步?，F代制造業(yè)正在迎來一場新的技術革命。 數控編程的發(fā)展 為了解決數控加工中的程序編制問題， 50 年代， MIT 設計了一種專門用于機械零件數控加工程序編制的語言，稱為 APT（ Automatically Programmed Tool）。其后， APT 幾經發(fā)展，形成了諸如 APTII、 APTIII（立體切削用）、 APT（算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、 APTAC（ Advanced contouring） (增加切削數據庫管理系統 )和 APT/SS（ Sculptured Surface） (增加雕塑曲面加工編程功能 )等先進版。 采用 APT 語言編制數控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數控加工編程從面向機床指令的 “ 匯編語言 ” 級，上升到面向幾何元素 ，但 APT 仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復雜的幾何形狀，缺乏幾 １２ 何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難 以和 CAD 數據庫和 CAPP 系統有效連接；不容易做到高度的自動化，集成化。 針對 APT 語 言的缺點， 1978 年，法國達索飛機公司開始開發(fā)集三維設計、分析、 NC 加工一體化的系統，稱為為 CATIA。隨后很快出現了象 EUCLID， UGII，INTERGRAPH， Pro/Engineering， MasterCAM 及 NPU/GNCP 等系統，這些系統都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了 CAD 和 CAM向一體化方向發(fā)展。到了80 年代，在 CAD/CAM 一體化概念的基礎上，逐步形成了計算機集成制造系統（ CIMS）及并行工程（ CE）的概念。 20 世紀 90年代中期以后，數控自動編程系統更是向著集成化、智能化、網絡化、并行化和虛擬化方向迅速發(fā)展，標志著更新的自動編程系統的發(fā)展潮流和方向。 我國的自動編程系統發(fā)展較晚，但進步很快，目前主要有用于航空零件加工的 SKC 系統以及 ZCK、 ZBC系統和用于線切割加工的 SKG 系統等。 １３ 第二章數控加工工藝分析 所需加工零件圖如圖 1— 圖 6所示 2． 1毛坯的選擇 軸類零件的毛坯 軸類零件可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于 外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。 根據生產規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產多采用自由鍛，大批大量生產時采用模鍛。 軸類零件的材料 軸類零件應根據不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處 理規(guī)范（如調質、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性 .。 45 鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經過調質（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的 強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達 45~52HRC。 40Cr 等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸類零件，這類鋼經調質和淬火后，具有較好的綜合機械性能。 軸承鋼 GCr15 和彈簧鋼 65Mn，經調質和表面高頻淬火后，表面硬度可達50~58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用 38CrMoAIA 氮化鋼。這種鋼經調質和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處 理變形很小，硬度更高的特性。 １４ 毛坯的確定 經過對常用對上述內容以及圖紙要求的分析與比較，現確定 本零件 的 毛坯選用 45 鋼，以 45鋼的特性完全可以滿足零件的要求，另外 45 鋼價格便宜，又滿足了經濟性的要求。 毛坯規(guī)格 ?60 62mm, ?60 122mm。 的 加工工藝分析 加工工藝路線的確定原則 加工工藝路線合理與否，關系到零件的加工質量與生產效率。在確定加工工藝路線時，應綜合考慮在保證加工精度的前提下，應最大限度地縮短加工工藝路線。所以數控加工工藝路線應遵循以下原則 : (1)保證產品 質量，應將保證零件的加工精度和表面粗糙度要求放在首位。 (2)提高勞動生產率和降低生產成本。在保證零件加工質量的前提下，應力求加工路線最短，并盡量減少空行程時間，提高加工效率。 (3)在滿足零件加工質量、生產效率等條件下，盡量簡化數學處理的數值計算工作量，以簡化編程工作。 加工工藝的選擇要點 在數控加工編程中，應強化工藝規(guī)程，選擇合理的加工路線，優(yōu)化程序編制。在制定加工工藝路線中應關注以下事項 : (1)在確定加工路線時，為縮短行程，應考慮盡量縮短刀具的空行程。通常通過合理選擇起刀點， 合理安排回空路線都能使空行程縮短，提高生產效率。 (2)在安排加工工藝路線時，同時也要兼顧工序集中的原則。零件在一次裝夾中，盡可能使用同一把刀具完成較多的加工表面，以減少換刀次數，簡化加工路線，縮短輔助時間。有條件者可采用復合刀具，當一把刀具完成加工的所有部位后，盡可能為下道工序作些預加工，如使用小鉆頭預鉆定位孔或劃位置痕 .或者進行粗加工，然后再換刀進行精加工。 (3)要選擇工件在加工后變形小的加工路線。如對于橫截面積小的細長零件或薄板零件應采用分數次走刀至最終尺寸或應用對稱去除余量法安排加工 。 １５ ( a ) 件1 零件圖（b )件2 零件圖技術要求：1 . 未注倒角為C 1 ；2 . 未注圓角為R 1 ；3 . 圓弧過渡光滑；4 . 銳邊去毛刺；5 . 工件組合時，接觸精度用涂色法檢驗，接觸面積大于6 0 % ，螺紋配合松緊適中。圖 1 件 1 工程圖 圖 2 件 1 造型圖 １６ ( a ) 件1 零件圖（b )件2 零件圖技術要求：1 . 未注倒角為C 1 ；2 . 未注圓角為R 1 ；3 . 圓弧過渡光滑；4 . 銳邊去毛刺；5 . 工件組合時，接觸精度用涂色法檢驗，接觸面積大于6 0 % ，螺紋配合松緊適中。 圖 3 件 2 造型圖 圖 4 件 2 三維立體圖 １７ （c)組合零件圖 圖 5 組合件工程圖 圖 6 組合件造型圖 技術要求： 未注倒角 C1； 未注圓角 R1； 圓弧過渡光滑； 銳邊去毛刺； 工件組合時，接 觸精度用涂色法檢驗，接觸面積大于 60%，螺紋配合松緊適中。 圖 工藝分析 該零件為套件組合型工件 ，件 1 表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧、非圓曲線 等表面組成 ；件 2 由 內外 圓柱 、 順圓弧、逆圓弧、通孔、內螺紋、 內 圓錐等 １８ 表面組成 ；二者結構均較復雜 。件 件 2 多個直徑尺寸有較嚴的尺寸精度和表面粗糙度 等 要求 ， 銳邊去毛刺，配合是有嚴格要求，接觸面積大于 60%，加工難度較大，因此特別適合數控車削加工 。 該零件尺寸標注完整，輪廓描述清楚， 無熱處理和硬度要求，通過上述分析，采取以下幾點工藝措施。 （ 1） 對圖樣上給定 的幾個精度要求較高的尺寸，因其公差數值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 （ 2） 該零件比較復雜，加工部位較多，可采用多把刀具來完成加工。 加工工藝方案分析 零件加工工藝方案分析 1. 加工件 2右端內輪廓，保證尺寸 ?32+ 0 、 R2 60?177。 2180。，同時車削通孔?28（為后續(xù)內輪 廓加工準備的工藝孔），以保證下一工步的校正表面。 2. 掉頭裝夾件 2，以 ?28 內孔表面校正工作，加工件 2 左端內輪廓，保證尺寸 ?31+ 0 、 M30 ，同時還保證了螺紋與內孔的同軸度。 3. 采用一夾一頂的裝夾方式加工件 1 左端外輪廓，保證各項精度要求，同時保證外圓 ?57 的長度尺寸大于 60mm，以保證下一工步的校正表面，加工過程中可以用件 2 進行試配。 4. 掉頭裝夾件 1，采用一夾一頂的裝夾方式，以 ?57 外圓表面校正工件，車削局部外輪廓及輔助工藝螺紋，保證尺 寸 ?? 、 R10。 5. 不拆除件 1，螺紋配合安裝件 2，加工件 2外輪廓的各項精度要求。 6. 拆下件 2，仍采用一夾一頂的裝夾方式加工件 1右端外輪廓，用件 2 試配。 7. 拆下工件，去毛刺倒棱角，并進行檢驗。 加工難點 分析 1. 件 2 外輪廓加工，加工件 2 外輪廓時，如采用單件方法加工，則工件因無法裝夾而無法正確的加工。為此 ,加工件 2內輪廓后，外輪廓采用螺紋組合的加工方法進行加工，但由于件 1 沒有外螺紋，因此加工件 1 右端輪廓時應先加工出如圖 7 所示的工藝螺紋，待組合加工完成件 2 外輪廓后，再將工藝螺紋車去。 １９ 完成后的輪廓工藝螺紋M 3 0 X 1. 5 圖 7 工藝螺紋示意圖 加工工藝螺紋時由于螺紋的小徑尺寸為 ?，另外，從圖中可以看出，工件 1右 端 輪廓均包含在工藝螺紋輪廓之內。因此，制作工藝螺紋后，件 1 右端外輪廓仍具有足夠的粗、精加工余量。 2. 基點計算。此工件的基點 計算也是加工難點，本工件采用 CAD 繪圖的方法查詢基點坐標，得出局部輪廓的基點坐標如圖 3～ 6所示。 基點 X坐標 Z 坐標 A1 57 A2 A3 A4 A5 40 60 圖 8 件 2外輪廓 局部基點坐標 ２０ 基點 X坐標 Z坐標 A1 0 A2 圖 9 件 2內輪廓 局部基點坐標 基點 X坐標 Z坐標 A1 ? 圖 10 件 1 外輪廓 左端 局部基點坐標 ２１ 基點 X坐標 Z坐標 A1 ? 圖 11 件 1 外輪廓右端局部基點坐標 關于基點坐標，除采用 CAD 軟件進行查詢計算外，還可以采用 CAD 造型軟件進行基點坐標查詢，常用與基點坐標查詢的造型軟件有 CAXA 制造工程師、 UGNX、Pro/E 等，采用這些造型軟件查詢出的基點坐標值 將更加精確。 3. 橢圓輪廓加工。加工本工件橢圓輪廓時，以 Z 坐標作為自變量， X 坐標作為因變量。 Z坐標的增量值為 ，根據橢圓公式得出 X坐標。采用公式編程時，應注意曲線公式中的坐標值與工件坐標系中的坐標值之間的轉換。編程過程中使用的變量如下： R1 非圓曲線公式中的 Z值坐標，初始值為 15； R2 非圓曲線公式中的 X值坐標（半徑量）初始值為 ； R3 非圓曲線在工件坐標系中的 Z坐標值，其值為 ； R4 非圓曲線在工件坐標系中的 X坐標值 (直徑值 )，初始值為 102 2。 確定裝夾方案 （ 1） 加工件 2 內輪廓時采用三角自定卡盤定心夾緊； （ 2） 采用一夾一頂的方式加工件左端外輪廓，保證工件中心線與卡盤軸線重合； （ 3） 加工件 2 外輪廓，需在件 1 車工藝螺紋，配合裝夾 刀具的選擇 刀具的選擇是數控加工工藝設計的主要內容主要之一。刀具選擇合理與否不僅影響機床的加工效率，而且還直接影響加工質量。選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容、工件材料等因素。 刀具選擇總的原則是：安裝調整方便，剛性好，耐用度和精度高 。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工是的剛性。 與 傳統的車削方法相比，數控車削對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調試方便。這就要求采用新型優(yōu)質材料制作數控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數。 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足大背吃刀量、大進給量的要求；精車時 ，要選進度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。此外， ２２ 為減少換刀時間和方便對刀，應盡可能采用機夾刀和機夾刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇圖層硬質合金刀片。 刀片的選擇是根據零件的材