【文章內(nèi)容簡介】 *********************) N320(OFFSET= 5) N330(TOOL5 TTZ RaD= .0150 PIQ=3 ) N340(*********************) N350 G54 G90 T0 N360 G01 X23. Z35. F200 N370 T05005 N380 M42 N390 G92 S1120 N400 G96 S500 M04 N410 N420 M08 N430 G01 N440 F60. N450 G95 N460 G94 F50 N470 G00 N480 G01 N490 G95 N500 G94 F50 第 頁 12 N510 G00 N520 M09 N530 N540 M00 N550(**********************) N560(MESSURE LENGTH TO FLANGE FACE IS 〃 AND DIA 〃 ) N570(**********************) 鏜刀的試切一般僅加工一段內(nèi)孔，用來調(diào)整徑向的刀補值，軸向?qū)Φ恫捎玫姆椒殓M刀進到離對刀基準面一固定距離（如 1 英寸）處，在程序中設置暫停，用塊規(guī)確定刀尖到對刀基準面的距離，如圖 25所示。 圖 25 粗鏜采用分段方式，每刀余量可采用 英寸左右，每段在孔的徑向方向切 12 刀左右，長度方向鏜進 3英寸左右后，鏜刀完全退出，清理鐵屑，檢查刀片。當然，這只是一個典型的例子，實際加工中還受孔的大小、深度，機床冷卻情況等因素的影響。 精鏜留 英寸余量到尺寸。精鏜之前可無切削余量地光一刀內(nèi)孔，確保 英寸的余量準確均勻。精鏜分兩 刀鏜，每刀余量 英寸，可往內(nèi)鏜一刀，再往外拉一刀。與兩刀都往內(nèi)鏜相比較，內(nèi)孔質(zhì)量好一些。究其原因，筆者認為是因為最后往外拉一刀時三角形刀片的另一邊刃參與切削，較為鋒利所至。 圖 26 內(nèi)孔表面粗糙度要求高時，支承方式不同對其的影響也不一樣。一類零件內(nèi)孔大端直徑處的表面粗糙度要求不高，為 Ra125，僅在軸中部軸頸處 用軟爪夾緊就能達到要求。 第 頁 13 另一類零件內(nèi)孔大端直徑處的表面粗糙度要求較高，為 Ra32，須用專用的軟爪在大端法蘭和軸中部直徑處同時夾緊，才能保證內(nèi)孔表面粗糙度要求，如圖 26。實際加工中未夾持法蘭時，采用相同的刀具和切削參數(shù)，內(nèi)孔表面粗糙度只達到了 Ra110 以內(nèi)，如圖27所示。 圖 27 內(nèi)孔有大臺階，刀具受限制時可采用全 刀刃切削法，如圖 28 但采用較小的進給量，如 ～ 英寸 /r，每進千分之三，退千分之二。因退刀量很小，感覺刀具好像在連續(xù)進刀切削，不過比較慢而已。在實際加工中，曾有過三角形刀片一邊刀刃的三分之二以上都參予切削的例子，未出現(xiàn)振動或刀具異常磨損等情況。 圖 28 不同種類鏜刀的優(yōu)缺點。 VDI50彈性夾 式刀柄對減振有很好的效果。最初，我們訂購了一些肯納的鏜桿，包括幾把減振鏜桿，用普通的 VDI50 刀柄即螺栓壓緊方式的刀柄裝夾，使用效果很不好，振動大，崩刀片。想了各種辦法調(diào)整都解決不了振動的問題，只好把這些鏜桿都閑置起來，而另外找鏜桿來替代。后來，我們了解到國外工藝中采用的是彈性夾式刀柄（ Split sleeve），就嘗試著訂購了兩個 試用 ，結(jié)果效果很好，振刀現(xiàn)象完全消除了。因為買的比較貴，我們又通過工裝部門自己仿制了幾個不同內(nèi)徑的彈性夾式刀柄，也很好用，而且把以前閑置的鏜桿都利用起來了。 孔的長徑比大，且有較大臺階時，采用組合的偏心式鏜頭效果很好。減振鏜桿前端用螺栓和燕尾槽與前面的可偏心調(diào)節(jié)的鏜頭連接。這種選擇的結(jié)構(gòu)強度好，加工的內(nèi)孔表面質(zhì)量高，尺寸精確。實際加工中采用 英寸 /r， 800r/min，余量為 英寸時，加工內(nèi)孔的表面粗糙 第 頁 14 度可達 Ra26，且能輕松保證 177。 英寸的尺寸公差。只不過不同零件內(nèi)孔形狀有差異時，可能需要換裝不同的鏜頭以避免干涉。如果選擇采用直徑小一些的鏜桿的話，雖然同樣能避免干涉，且適用范圍廣一些，但過大的長徑比將使鏜刀的穩(wěn)定性不易保證，振動很難消除，而且由于鏜刀強度的 降低，讓刀現(xiàn)象將較明顯，鏜孔尺寸不易控制。 第 頁 15 第 三 章 例子說明 1. 工程機械產(chǎn)品設計分析 和特點 工程機械產(chǎn)品，不同于機床和輕工設備中的零件，結(jié)構(gòu)型式較為簡單固定而易于實現(xiàn)參數(shù)化設計。工程機械，諸如礦山機械、港口機械設備等通常含有大量復雜的鋼結(jié)構(gòu)件，而類似這樣的鋼結(jié)構(gòu)件相比之下較難實現(xiàn)參數(shù)化。 工程機械產(chǎn)品設計過程大致可分為兩個階段：方案設計及詳圖設計。在方案設計階段，設計者根據(jù)用戶對產(chǎn)品的功能要求，確定整機的主要性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式、主要機構(gòu)的傳動方案、結(jié)構(gòu)件的所需幾何尺寸，繪出總體方案圖，提出方案設計說明 書，經(jīng)方案審查完后，確定選擇的方案。在詳細設計階段，須進行詳細的分析計算，以確定各零部件的詳細結(jié)構(gòu)，從而繪出全部裝配圖及零件生產(chǎn)圖紙，整理出設計計算說明書及材料需求清單、標準件清單、機電產(chǎn)品目錄等技術(shù)文檔。表示了工程機械產(chǎn)品設計的一般過程。 2. 實現(xiàn)參數(shù)化設計的必要性和可行性分析 從方案設計及方案的分析、計算、評估等工作起著相當重要的份量和作用。方案設計的效率直接影響著整個設計進程。在計算機輔助設計 CAD(Computer Aided Design)手段不斷發(fā)展和日趨成熟的今天，選擇合適的設計軟件來處 理方案設計中的有限元分析、動力學分析、三維模擬、動力學仿真、數(shù)值優(yōu)化等復雜問題，已經(jīng)成為可能并且非常有必要。 對于工程機械產(chǎn)品中，類似復雜的鋼結(jié)構(gòu)件，一般地說，它是零部件的組合設計。結(jié)構(gòu)件有限元分析是產(chǎn)品設計的基礎性分析。最基本的分析是進行線性應力分析 。對于有些結(jié)構(gòu)件，例如吊臂與塔架，還要進行穩(wěn)定性分析，研究結(jié)構(gòu)件失穩(wěn) (屈曲 )的條件。整體結(jié)構(gòu)設計中，整體分析是工程師面臨的最直接、最重要的問題?；谡w結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，利用三維設計軟件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)化，采用子結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)策略，實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的剖分與結(jié)構(gòu)件分析 ，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的變換與組裝，最終完成整體結(jié)構(gòu)分析。通過建立三維參數(shù)化實體模型，并通過修改參數(shù)實現(xiàn)不同方案的比較、數(shù)值優(yōu)化等，最終找到最佳設計?；谶@個思想，本文將展開說明復雜工程機械產(chǎn)品的參數(shù)化設計方法。 3. Inventor 三維設計軟件 如前言中所述，目前已有很多優(yōu)秀的三維 CAD軟件，諸如： UG、 PRO/E、 CATIA、 Autodesk Inventor、 Solidworks 及國產(chǎn)的 CAXA 軟件。 UG、 PRO/E、 CATIA 主要用于多曲 第 頁 16 線多曲面等較為復雜的汽車、飛機、模具行業(yè)。 Inventor、 Solidworks 相比易學易用，其中 Inventor 是 Autodesk 公司解決三維機械設計的拳頭產(chǎn)品，憑借其業(yè)界領先的 DWG兼容性和大型裝配性能， Inventor 可將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)從二維轉(zhuǎn)換到三維，因此歷年的設計數(shù)據(jù)可得到有效的利用，進而可以減少設計時間。 鑒于上述原因，本文下述部分將提出一個工程設計實例，借用 Inventor 軟件平臺，重點論述三維參數(shù)化設計在工程領域的應用。 4. 參數(shù)化設計應用實例 該例子取自福建華電儲運有限公司 SR4000/ 型斗輪堆取料機項目。斗輪堆取料機是電廠，港口，礦山等領域常用的 連續(xù)高效率的散料輸送設備，如圖 31 所示。該設備能夠通過斗輪將堆場的散料 (常見如煤、礦石等 )挖取，通過皮帶機輸送至設置在回轉(zhuǎn)中心的中心料斗，通過中心料斗輸送至系統(tǒng)皮帶機再運走 。相對的，系統(tǒng)皮帶機的料流通過尾車皮帶機將物料送至懸臂皮帶機，懸臂皮帶機可將物料送至料場，完成堆料作業(yè)。 例子中的斗輪堆取料機屬于整體液壓俯仰式機型，即整個上部鋼結(jié)構(gòu)和配重通過液壓油缸伸縮實現(xiàn)俯仰動作，以滿足不同高度料堆的堆取工作。整個上部俯仰結(jié)構(gòu)是通過兩個俯仰主鉸點和兩個油缸動鉸點支承的，油缸鉸點的移動實現(xiàn)俯仰動作。從圖中可以看出，斗 輪機構(gòu)、懸臂膠帶機、懸臂架、配重架、拉桿、附屬結(jié)構(gòu)等零部件的重量和載荷都直接或者間接的作用在塔架上，因此，塔架在整個設備中受力復雜，需要合理設計和準確計算。 塔架的最終優(yōu)化后的模型圖，該塔架的結(jié)構(gòu)型式是在參考和借鑒大量國內(nèi)外不同機型設備之后確定的。由于型式做了很大變動，以及考慮國內(nèi)外生產(chǎn)制造工藝質(zhì)量的區(qū)別等因素，在最終確定使用該結(jié)構(gòu)型式之前，需要通過有限元計算，合理更改梁高，板厚等參數(shù)，并經(jīng)過再次計算驗證。 Inventor 設計軟件提供了從建模，計算，參數(shù)更改，再驗算等完整功能。 (1) 建立參數(shù)化模型 在參 數(shù)化設計中，最重要的工作之一是如何將復雜的實際結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為參數(shù)化的計算模型。 由于工程機械產(chǎn)品 (如圖 32 塔架 )的鋼結(jié)構(gòu)件，包含大量形狀各異的板件、型材等。為了避免生成大額數(shù)量的零件以及免去復雜的零件裝配工作，通常根據(jù)需要將部分鋼結(jié) 第 頁 17 構(gòu)設計為一個多特征疊加的實體模型 一個零件，通過定義用戶參數(shù)和尺寸約束確定板材厚度、外形、位置等。 要建立參數(shù)化模型，最好先建立坐標系和找出關(guān)鍵點 節(jié)點。節(jié)點的位置將決定模型的主體形狀，繼而影響結(jié)構(gòu)件的承載能力。圖 33 從模型中抽取出來的節(jié)點圖。 Inventor 軟件提供了和 Excel 表鏈接的功能。該功能可以大大減少設置參數(shù)和更新模型的時間，而且 Excel 表內(nèi)可以設置不同的工作表，如圖 34 中有工作表 “45 米懸臂 ” ， “38米懸臂 ”?? 不同的參數(shù)表擁有相同的參數(shù)名和不同的參數(shù)值，相當于設置了不同的方案，只要激活需要的工作表，就可以生成相應的方案。在零件造型、分析設置或后處理過程中，可以隨時定義和編輯參數(shù)。得出方案之后，如果更改了與載荷或約束關(guān)聯(lián)的參數(shù)，系統(tǒng)將啟用 “ 更新 ” 命令，即可以運行得到新的方案。 要得到參數(shù)化模型，在建模中需要注意的是，新的特征要盡可能利用已有的參數(shù)，必要的時候甚 至可以引用參數(shù)方程式。其目的是盡可能減少參數(shù)的數(shù)量以及保證模型特征能夠與參數(shù)相關(guān)聯(lián)。 (2) 有限元分析和數(shù)值優(yōu)化 ?? Inventor 中的應力分析，為機械產(chǎn)品的設計過程提供了一個便捷實用的工具。設計者可以在設計過程中隨時對零件進行靜力學基本分析和動力學的模態(tài)分析。 Inventor具備 ANSYS 為內(nèi)核的分析模塊，又提供了很好的人機交互界面，因此非常實用。通過固定約束，施加載荷，設置應力分析環(huán)境等工作，就能得到分析結(jié)果。根據(jù)結(jié)果變更重要參數(shù)值就能得到最佳設計。 對于該文章中的塔架模型，我們僅以變動 E和 E 的位置 參數(shù)為例，通過多次更改和分析，得到了優(yōu)化后的設計。 工程機械中的鋼結(jié)構(gòu)件在目前尚無法實現(xiàn) CAM制造，因此在絕大多數(shù)情況下還需要出工程圖。 Inventor 三維設計軟件具有從三維模型到二維工程圖的直接轉(zhuǎn)換的功能。而且生成的工程圖與三維模型尺寸關(guān)聯(lián)，當三維模型參數(shù)變更之后，工程圖也能自動得到更新。 第 頁 18 結(jié) 論 隨著數(shù)控機床在生產(chǎn)實際中的廣泛應用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定 原則，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)水平。 1. 尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類：一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為 IT 5~IT7；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為 IT6~IT9。 2. 幾何形狀精度主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。 3. 相互位置精度包 括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 4. 表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟性來確定。支承軸頸常為 ~ m，傳動件配合軸頸為 ~ m。 5. 其他熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。 要提高產(chǎn)品制造的效率，實現(xiàn)快速制造還要涉及高技能人才培養(yǎng)、實行科學化的管理等方方面面，限于篇幅這里不再展開。本文只是從技術(shù)的角度，對這一問題進行了相關(guān)的探討，希望能對大家有所幫 助。 第 頁 19 致 謝 首先要向我的 指導 老師 郭聰 致以誠摯的謝意。 郭 老師學識淵博、治學嚴謹，待人平易近人，在 郭 老師的 精 心指導 下 ，我不僅學到了扎實的專業(yè)知識，也在怎樣處人處事等方面收益很多；同時他對工作的積極熱情、認真負責、有條不紊、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，使我受益非淺。在此我謹向 他 表示衷心的感謝和深深的敬意。 同時，我要感謝學院給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識，并從他們身上學到了如何求知治學、如何為人處事。我也要感謝西南科技 大學網(wǎng)絡教育學院及重慶學習中心，是它提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，豐富 了 我的大學生活。 另外， 我的同窗同學們，在我畢業(yè)論文寫作中 ，他們也給了我很多無私的幫助和支持 ，對此， 我深表謝意。