【文章內(nèi)容簡介】 能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進(jìn)步?，F(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場新的技術(shù)革命。 數(shù)控編程的發(fā)展 為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題， 50 年代， MIT 設(shè)計了一種專門用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為 APT（ Automatically Programmed Tool）。其后， APT 幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如 APTII、 APTIII（立體切削用）、 APT（算法改進(jìn)，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、 APTAC（ Advanced contouring） (增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) )和 APT/SS（ Sculptured Surface） (增加雕塑曲面加工編程功能 )等先進(jìn)版。 采用 APT 語言編制數(shù)控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機(jī)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(fù)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(shù)據(jù)庫和 CAPP 系統(tǒng)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(dá)索飛機(jī)公司開始開發(fā)集三維設(shè)計、分析、 NC 加工一體化的系統(tǒng)，稱為為 CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象 EUCLID， UGII，INTERGRAPH， Pro/Engineering， MasterCAM 及 NPU/GNCP 等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)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(chǔ)上，逐步形成了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）及并行工程（ CE）的概念。 20 世紀(jì) 90年代中期以后，數(shù)控自動編程系統(tǒng)更是向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化和虛擬化方向迅速發(fā)展，標(biāo)志著更新的自動編程系統(tǒng)的發(fā)展潮流和方向。 我國的自動編程系統(tǒng)發(fā)展較晚，但進(jìn)步很快，目前主要有用于航空零件加工的 SKC 系統(tǒng)以及 ZCK、 ZBC系統(tǒng)和用于線切割加工的 SKG 系統(tǒng)等。 １３ 第二章數(shù)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(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，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(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)械性能。 根據(jù)生產(chǎn)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(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。 軸類零件的材料 軸類零件應(yīng)根據(jù)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(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)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(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的 強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá) 45~52HRC。 40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機(jī)械性能。 軸承鋼 GCr15 和彈簧鋼 65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)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(jī)床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主軸）可選用 38CrMoAIA 氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)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(jīng)過對常用對上述內(nèi)容以及圖紙要求的分析與比較，現(xiàn)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(jīng)濟(jì)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(guān)系到零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。在確定加工工藝路線時，應(yīng)綜合考慮在保證加工精度的前提下，應(yīng)最大限度地縮短加工工藝路線。所以數(shù)控加工工藝路線應(yīng)遵循以下原則 : (1)保證產(chǎn)品 質(zhì)量，應(yīng)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(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。在保證零件加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)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(zhì)量、生產(chǎn)效率等條件下，盡量簡化數(shù)學(xué)處理的數(shù)值計算工作量，以簡化編程工作。 加工工藝的選擇要點 在數(shù)控加工編程中，應(yīng)強(qiáng)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(yīng)關(guān)注以下事項 : (1)在確定加工路線時，為縮短行程，應(yīng)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(chǎn)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(shù)，簡化加工路線，縮短輔助時間。有條件者可采用復(fù)合刀具，當(dāng)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(yù)加工，如使用小鉆頭預(yù)鉆定位孔或劃位置痕 .或者進(jìn)行粗加工，然后再換刀進(jìn)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(xì)長零件或薄板零件應(yīng)采用分?jǐn)?shù)次走刀至最終尺寸或應(yīng)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(shù)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(shù)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(shù)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(nèi)外 圓柱 、 順圓弧、逆圓弧、通孔、內(nèi)螺紋、 內(nèi) 圓錐等 １８ 表面組成 ；二者結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜 。件 件 2 多個直徑尺寸有較嚴(yán)的尺寸精度和表面粗糙度 等 要求 ， 銳邊去毛刺，配合是有嚴(yán)格要求，接觸面積大于 60%，加工難度較大，因此特別適合數(shù)控車削加工 。 該零件尺寸標(biāo)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(shù)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(fù)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(nèi)輪廓，保證尺寸 ?32+ 0 、 R2 60?177。 2180。，同時車削通孔?28（為后續(xù)內(nèi)輪 廓加工準(zhǔn)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(nèi)孔表面校正工作，加工件 2 左端內(nèi)輪廓，保證尺寸 ?31+ 0 、 M30 ，同時還保證了螺紋與內(nèi)孔的同軸度。 3. 采用一夾一頂?shù)难b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(jìn)行試配。 4. 掉頭裝夾件 1，采用一夾一頂?shù)难b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?shù)难b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(jìn)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(nèi)輪廓后，外輪廓采用螺紋組合的加工方法進(jìn)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(yīng)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(nèi)。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(biāo)，得出局部輪廓的基點坐標(biāo)如圖 3～ 6所示。 基點 X坐標(biāo) Z 坐標(biāo) A1 57 A2 A3 A4 A5 40 60 圖 8 件 2外輪廓 局部基點坐標(biāo) ２０ 基點 X坐標(biāo) Z坐標(biāo) A1 0 A2 圖 9 件 2內(nèi)輪廓 局部基點坐標(biāo) 基點 X坐標(biāo) Z坐標(biāo) A1 ? 圖 10 件 1 外輪廓 左端 局部基點坐標(biāo) ２１ 基點 X坐標(biāo) Z坐標(biāo) A1 ? 圖 11 件 1 外輪廓右端局部基點坐標(biāo) 關(guān)于基點坐標(biāo)，除采用 CAD 軟件進(jìn)行查詢計算外，還可以采用 CAD 造型軟件進(jìn)行基點坐標(biāo)查詢，常用與基點坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)作為自變量， X 坐標(biāo)作為因變量。 Z坐標(biāo)的增量值為 ，根據(jù)橢圓公式得出 X坐標(biāo)。采用公式編程時，應(yīng)注意曲線公式中的坐標(biāo)值與工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值之間的轉(zhuǎn)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(biāo)，初始值為 15； R2 非圓曲線公式中的 X值坐標(biāo)（半徑量）初始值為 ； R3 非圓曲線在工件坐標(biāo)系中的 Z坐標(biāo)值，其值為 ； R4 非圓曲線在工件坐標(biāo)系中的 X坐標(biāo)值 (直徑值 )，初始值為 102 2。 確定裝夾方案 （ 1） 加工件 2 內(nèi)輪廓時采用三角自定卡盤定心夾緊； （ 2） 采用一夾一頂?shù)姆绞郊庸ぜ蠖送廨喞ＷC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(shù)控加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容主要之一。刀具選擇合理與否不僅影響機(jī)床的加工效率，而且還直接影響加工質(zhì)量。選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。 刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)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(tǒng)的車削方法相比，數(shù)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(diào)試方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制作數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。 粗車時，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求；精車時 ，要選進(jìn)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(yīng)盡可能采用機(jī)夾刀和機(jī)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(zhì)合金刀片。 刀片的選擇是根據(jù)零件的材