【文章內(nèi)容簡介】 數(shù) 控加工技術(shù)的發(fā)展 高速化 數(shù)控系統(tǒng)采用高速的 32位以上的微處理器，使其輸人、譯碼、計(jì)算、輸出等環(huán)節(jié)都在高速下完成，并可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實(shí)現(xiàn)連續(xù)小程序段 7 的高速加工。 目前采用 64位微處理器的新型數(shù)控系統(tǒng)，更增強(qiáng)了插補(bǔ)運(yùn)算功能、快速進(jìn)給功能，可進(jìn)行更高速的加工，并實(shí)現(xiàn)了多軸控制功能，一般控制軸數(shù)為 3～ 15軸，最多 24軸，同時(shí)控制軸數(shù)可達(dá) 3～ 6軸。 高精度化 以加工中心為例．其主要精度指標(biāo) —— 直線坐標(biāo)的定位精度和重復(fù)定位精度都有了明顯的提高：定位精度由土 5um／ m提高到土 (～ 3)um／ m，重復(fù)定位精度由土 2um提高到土 1um。為了提高加工精度，對(duì)數(shù)控機(jī)床本身除了在結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)、主軸箱、進(jìn)給系統(tǒng)中采用低熱脹系數(shù)材料、通人恒溫油等措施外，還在控制方面采取了一系列措施。 多功能 新型數(shù)控機(jī)床具有多種監(jiān)控、檢測及補(bǔ)償功能，具有更強(qiáng)的通信功能、圖像編程和顯示功能，比如刀具磨損的檢測、系統(tǒng)的精度及熱變形的檢測等，還具有刀具壽命管理、刀具長度偏置、刀具半徑補(bǔ)償、刀尖補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償?shù)裙δ?。更先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床有自動(dòng)編程能力，通過鍵盤和圖像顯示可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，可根據(jù)圖樣自動(dòng)編程并通過遠(yuǎn)距離串行接口輸入給機(jī) 床，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。 智能化 在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進(jìn)了自適應(yīng)控制這種智能化技術(shù)。自適應(yīng)控制 (Adaptive Control簡稱 AC)技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過程中所測得的工作狀態(tài)特征，且能使切削加工過程達(dá)到并維持最佳狀態(tài)的技術(shù)。在工藝系統(tǒng)中，大約有 30余種變量直接或間接影響加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形、切削液的粘度、刀具與工件材料化學(xué)親和力的大小等因素。這些變量一般事先難以預(yù)知，編制加工程序時(shí)常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)際加工中，很難選擇最佳參數(shù)進(jìn)行切削。而自適應(yīng) 控制技術(shù)則能根據(jù)切削條件的實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)整并保持最佳工作狀態(tài)，從而得到高的加工精度、較小的表面粗糙度值，并提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。 高可靠性 為了提高數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的可靠性，人們采取了以下一些措施： (1)提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量 選用高質(zhì)量的集成電路芯片、印制電路板和其它元器件，建立并實(shí)施從元器件篩選、穩(wěn)定產(chǎn)品的制造和裝配工藝到性能測試等一系列完整的質(zhì)量保證體系。 (2)實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化 性能越來越完善，功能愈來愈豐富的現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)有利地促進(jìn)了其硬件、軟件實(shí)現(xiàn)“三化”： 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，包括數(shù)控機(jī)床的主軸部件，變速箱立柱、工作臺(tái)、刀架、刀庫等都可模塊化生產(chǎn)?！叭钡膶?shí)現(xiàn)，不僅便于組織開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，而且也提高了機(jī)床的質(zhì)量和運(yùn)行的可靠性，并便于用戶的維修和保養(yǎng)。 8 (3)配備先進(jìn)的檢測、監(jiān)控裝置、紅外線、聲發(fā)射、溫度測量、功率測量、激光檢測等 數(shù)控加工工藝 所謂數(shù)控加工工藝，就是用數(shù)控機(jī)床加工零件的一種方法。在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)，將記錄在控制介質(zhì)上、描述加工過程所需的全部工藝信息，即原先在通用機(jī)床上加工時(shí)需要操作者考慮和決定的內(nèi)容及動(dòng)作的數(shù)碼信息輸人數(shù) 控機(jī)床的數(shù)控裝置，對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和控制，并不斷向伺服機(jī)構(gòu) —— 使機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工運(yùn)動(dòng)的機(jī)電功能轉(zhuǎn)換部件發(fā)送脈沖信號(hào)，伺服機(jī)構(gòu)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床按所編程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，便可加工出我們所需要的零件。可見，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，編程是關(guān)鍵。但必須有編程前的數(shù)控工藝做必要準(zhǔn)備工作和編程后的善后處理工作。嚴(yán)格說來，數(shù)控編程也屬于數(shù)控工藝的范疇。因此，數(shù)控加工工藝主要包括以下幾方面的內(nèi)容： 選擇并確定需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。 進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)。 對(duì)零件圖 形進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理。 編寫加工程序 (自動(dòng)編程時(shí)為源程序，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成目標(biāo)程序 —— 加工程序 )。 按程序單制作控制介質(zhì)。 對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)與修改。 首件試加工與現(xiàn)場問題處理。 數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的編寫與歸檔。 9 CAD／ CAM 技術(shù) 1963 年，美國麻省理工學(xué)院首次提出 CAD(Computer Aided Design— 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )的概念。 MIT 小組初步設(shè)想了采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、分析，并開發(fā)了交互式圖形處理系統(tǒng)、繪制出了工程圖，從 而使 CAD 由試驗(yàn)階段過渡到了實(shí)施階段。 CAM(Computer Aided Manufacturing— 計(jì)算機(jī)輔助制造 )是從 APT 開始的。它是 20 世紀(jì) 50 年代 MIT 設(shè)計(jì)的一種專門用于零件 NC 加工的自動(dòng)編程語言，到 1967年 APT 系統(tǒng)己實(shí)用化。從 l974 年開始，人們把 CAD 系統(tǒng)和生產(chǎn)計(jì)劃管理及力學(xué)計(jì)算相結(jié)合，發(fā)展成為 CAD／ CAM 綜合系統(tǒng)。 70 年代后期 ， CAD／ CAM 進(jìn)人初期實(shí)用階段。 CAD／ CAM 技術(shù)推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命， CAD 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。 CAD／ CAM 技術(shù)從根本上改變了過去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖樣組織整個(gè)生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式，將它變?yōu)樵趫D形工作站上交互設(shè)計(jì)、用數(shù)據(jù)文件發(fā)送產(chǎn)品定義、在統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型下進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)打樣、分析計(jì)算、工藝計(jì)劃、工藝裝備設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、質(zhì)量控制、編印產(chǎn)品維護(hù)手冊(cè)、組織備件訂貨供應(yīng)等等。 10 第 2 章 各部分零件的 工藝分析 金屬材料的分析 一、材料 機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也得到廣泛的應(yīng)用 。 金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于 2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于 2%的稱為鐵。 鑄鐵 常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當(dāng)?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動(dòng)性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的零件?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、減振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，價(jià)格便宜，但其抗拉強(qiáng)度較鋼差。灰鑄鐵常用作機(jī)架或殼座。球墨鑄鐵強(qiáng)度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼用來制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。 鋼 鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可通過軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機(jī)械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。 鋼的類型很多，按用途分，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼可用于加工機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要 用于特殊的工況條件下。按化學(xué)成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強(qiáng)度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q21 Q235）一般只保證機(jī)械強(qiáng)度而不保證化學(xué)成分，不宜進(jìn)行熱處理，通常用于不太重要的零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)中。碳素鋼的性能主要取決于其含碳量。低碳鋼的含碳量低于 %，其強(qiáng)度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。含碳量在 %~%的低碳鋼零件可通過滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一 般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且耐沖擊的零件。中碳鋼的含碳量在 %~%之間，它的綜合力學(xué)性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。含碳量在 %~%的高碳鋼具有高的 11 強(qiáng)度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素低于 2%或合金元素總量低于 5%的稱為低 合金鋼。每一種合金元素含量為 2%~5%或合金元素總含量為 5%~10%的稱為中合金鋼。每一種合金元素含量高于 5%或合金元素總含量高于 10%的稱為高合金鋼。加入不同的合金元素可改變鋼的機(jī)械性能并具有各種特殊性質(zhì)。例如鉻能提高鋼的硬度，并在高溫時(shí)防銹耐酸；鎳使鋼具有良好的淬透性和耐磨性。但合金鋼零件一般都需經(jīng)過熱處理才能提高其機(jī)械性能；此外，合金鋼較碳素鋼價(jià)格高，對(duì)應(yīng)力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時(shí)才考慮采用。 用碳素鋼和合金鋼澆鑄而成的鑄件稱為鑄鋼，通常用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大的零件，但鑄鋼的液 態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差，且其收縮率的鑄鐵件大，故鑄鋼的壁厚常大于 10ｍｍ，其圓角和不同壁厚的過渡部分應(yīng)比鑄鐵件大。表 211是常用的金屬材料的機(jī)械性能。 表 21常用鋼鐵材料的機(jī)械性能 材料 機(jī)械性能 名稱 牌號(hào) 抗拉強(qiáng)度 ?b(N/mm2) 屈服強(qiáng)度 ?s(N/mm2) 硬度 (HBS) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215 Q235 Q255 Q275 335~410 375~460 410~510 490~610 215 235 255 275 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 20 35 45 410 530 600 245 315 355 156 197 220 合金結(jié)構(gòu)鋼 18Cr2Ni4W 35SiMn 40Cr 40CrNiMo 20CrMnTi 65Mn 118 785 981 980 1079 735 835 510 785 835 834 430 260 229 247 269 ?217 285 鑄鋼 ZG230450 ZG270500 ZG310570 450 550 570 230 270 310 ?130 ?143 ?153 12 灰鑄鐵 HT150 HT200 HT250 145 195 240 — — — 150~200 170~220 190~240 球墨鑄鐵 QT45010 QT5007 QT6003 QT7002 450 500 600 700 310 320 370 420 160~210 170~230 190~270 225~305 二、 材料選用的原則 從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項(xiàng)受到多方面因素制約的工作，通常應(yīng)考慮下面的原則： （ 1） 載荷的大小和性質(zhì)，應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布狀況 對(duì)于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應(yīng)選鑄鐵。脆性材料原則上只適用于 制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時(shí)應(yīng)選擇塑性材料。 （ 2） 零件的工作條件 在腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應(yīng)選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應(yīng)選防銹能力好的材料，如不銹鋼、銅合