【正文】 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50~58HRC，并具有較高的耐疲憊性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 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度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達 45~52HRC。中小批生 產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。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。對于數(shù)控機床的發(fā)展趨勢相信以后會朝著高環(huán)保、高效性、高節(jié)能等方面發(fā)展。因為，汽車行業(yè)消費的數(shù)控設(shè)備最多，占 30％以上，所以在汽車行業(yè)提高數(shù)控設(shè)備應(yīng)用技術(shù)水平，提高應(yīng)用效率可以帶動某些制造業(yè)應(yīng)用數(shù)控技術(shù)水平的提高，推進綠色制造的意義更加重大。目前，這些設(shè)備 70％依靠進口。 (4)要特 別重視數(shù)控設(shè)備大用戶 —— 汽車行業(yè)的需求。因此，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)單位在不斷提高生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備的使用性能、功能、技術(shù)水平的同時，在生產(chǎn)和銷售數(shù)控設(shè)備的同時，也應(yīng)該開發(fā)先進的使用技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)資源集成制造系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)、開發(fā)工藝數(shù)據(jù)庫等等，可隨數(shù)控設(shè)備一起提供給用戶，以增加技術(shù)附加價值。 (3)隨著 技術(shù)不斷進步和數(shù)控技術(shù)的 快速發(fā)展，數(shù)控機床的使用會越來越多，越來越普及。 (2)在 制造產(chǎn)業(yè)中要盡量多采用數(shù)控設(shè)備。 4 推進綠色制造應(yīng)注意以下方向 (1)繼續(xù)擴大數(shù)控設(shè)備增效成果。對于充分利用 13 資源、節(jié)能、節(jié)材、減排、增效，其作用不可低估。每年約進口數(shù)控機床 70億美元 )；而這兩年國產(chǎn)數(shù)控機床約 70億美元左右?？梢姡岣邤?shù)控機床應(yīng)用效率不僅僅使用戶增效、節(jié)能、減排、實現(xiàn) 綠色制造；同樣，也促使整個產(chǎn)業(yè)鏈大量節(jié)材、節(jié)能、減排和發(fā)展綠色制造。 在數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈中，如果下游用 戶所有數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用效率都能提高 1倍，產(chǎn)能就可以增加 1 倍。目前，已在航天、航空、兵器、電子等 20家企業(yè)的 74 臺機床數(shù)百項典型零件加工中實現(xiàn)了單臺增效，加工效率平均 提高 1 倍以上。開發(fā)了一整套工藝參數(shù)力學(xué)動態(tài)優(yōu)化仿真、預(yù)測和計算數(shù)字化軟硬件系統(tǒng)，建立了優(yōu)化工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，形成了第一部優(yōu)化高速切削工藝參數(shù)手冊，從根本上實現(xiàn)了工藝參數(shù)的選擇由試切摸索到仿真計算的跨越，提高了加工效率和質(zhì)量。通過對生產(chǎn)管理的合理安排和制造資源的合理配置，實現(xiàn)了 數(shù)控設(shè)備群的協(xié)同生產(chǎn)，提高了效率和應(yīng)變能力。 (1)高效數(shù)控集成制造技術(shù)攻關(guān)。 2 研究提高數(shù)控設(shè)備應(yīng)用效率推進綠色制造 針對我國數(shù)控設(shè)備應(yīng)用技術(shù)落后和應(yīng)用效率低的問題，我國軍工行業(yè)正在實施“數(shù)控機床專項增效計劃”。主要原因是我國數(shù)控設(shè)備使用技術(shù)落后。我國也提出了綠色設(shè)計理論和方 法，建立了綠色產(chǎn)品設(shè)計指標評價體系，提出了綠色設(shè)計工具，并與 CAD、 CAM、 CAE、 CAPP 等集成，形成集成環(huán)境；建立綠色制造示范點，貫徹 IS014000 環(huán)境管理體系標準等。因此，許多國家已經(jīng)開展以保護環(huán)境為主題的“綠色計 劃”，如日本的“綠色行業(yè)計劃”、加拿大的“綠色計劃”等。如果現(xiàn)在對制造業(yè)資源不加以充分利用，對制造過程和制造生產(chǎn)的產(chǎn)品使用過程造成的環(huán)境污染不加以控制和改善，這對人類來說將是一場災(zāi)難。 1 綠色制造的重要意義和國內(nèi)外簡況 隨著世界 人口的日益膨脹，對自然資源的開采利用達到了無以復(fù)加的地步。 在綠色制造的產(chǎn)業(yè)鏈中，充分利用數(shù)控設(shè)備資源對于推進綠色制造具有重要意義，受到發(fā)達國家的重視；雖然我國的數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)比發(fā)達國家落后，但近幾年有了長足的發(fā)展，目前數(shù)控設(shè)備的用量約有 100 萬臺，也很可觀。而這些技術(shù) 又集中體現(xiàn)在充分利用數(shù)控設(shè)備資源方面。在這個過程中，要使資源利用率最高，消耗最低，環(huán)境污染最小。 （ 2）模塊化 實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化，將 CPU、存儲器、位 置伺服、 PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。在數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)用多媒體技術(shù)對各種信息可進行綜合化，智能化處理。 （ 4）高性能的內(nèi)置 PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能的 PLC，可直接用梯形圖或高級語言編程，可在線調(diào)試和在線編輯修改，建立自己的應(yīng)用程序。 （ 3）插補和補償多樣化 插補方式有直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、多項式插補等?？梢暬夹g(shù)可用于 CAD／ CAM、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償、顯示及加工過程的可視化仿真等。 功能發(fā)展方面 （ 1）用戶界面圖形化 10 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口，圖形用戶界面要適合各種用戶包括非專業(yè)用戶的使用，通過窗口和萊單進行操作，可實現(xiàn)圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤、仿真和快速編程等功能。馬扎克公司在中國的企業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)控機床用以太網(wǎng)并與智能生產(chǎn)中心相連。智能生產(chǎn)中心通過機床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡(luò)管理 Pc 機、立體倉庫的計算機進行管理。日本 MAZAK 株式會社的日本工廠是世界上為數(shù)不多的智能管理的代表。 （ 7）智能化 21 世紀的 CNC 系統(tǒng)將是一個高度智能化的系統(tǒng)，具體指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實現(xiàn)加工過程自適應(yīng)、自診斷、自調(diào)整；多媒體人機接口使用戶操作簡單，智能編程使編程更加直觀，不僅可以使用多種高級語言編程，還可用類自然語言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫；智能監(jiān)控等。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。 9 （ 5）高一體化 CNC 系統(tǒng)與加工過程作為一個整體，實現(xiàn)機電光聲綜合控制；測量造型、加工一體化；加工、實時檢測與修正一體化；機床主機設(shè)計與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計一體化。 作為數(shù)控機床的大腦 —— 數(shù)控系統(tǒng)，在 21 世紀將具有最大限度的柔性，能實現(xiàn)多種用途，具體指具有開放性體系結(jié)構(gòu)。 （ 4）高柔性化 柔性是指機床適應(yīng)加工對象變化的能力。提高數(shù)控系統(tǒng)可靠性通?？刹捎萌哂嗉夹g(shù)，故障診斷技術(shù)，自動檢錯、糾錯技術(shù)，系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)，軟件可靠性技術(shù)等技術(shù)。 （ 3）高可靠性 數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關(guān)鍵性指標。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（ 10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。在采用補償技術(shù)方面，采用齒縫補償、絲杠螺母誤差補償、刀具補償、熱變形誤差補償和空間誤差綜合補償?shù)取? 提高數(shù)控機床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提 高數(shù)控機床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補償技術(shù)和輔助措施來達到的。 （ 2）高精度化 高精度化一直是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展追求的目標。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機的推廣應(yīng)用，開發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機床以滿足汽車、農(nóng)機等行業(yè)的需求。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展，其主要研究熱點有以下幾個方面： 性能發(fā)展方面 （ 1）高速化 可通過高速運算技術(shù)、快速插補運算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來實現(xiàn)高速化。 20 世紀 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，標志著更新的自動編程系統(tǒng)的發(fā)展潮流和方向。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。 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 7 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。 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械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為 APT（ Automatically Programmed Tool）。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的 1/20，價格降低了 3/4，可靠性也得到極大的提高。 60 年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算 機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱 DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱 CNC） ,使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。我國于 1958 年開始研制數(shù)控機床，成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床， 1965 年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標數(shù)控銑床。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個重大突破，標志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代的開始。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計算機控制機床的設(shè)想。 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，主要依賴于在加工中執(zhí)行加工任務(wù)并保證加工精度的數(shù)控機床及其負責指揮、監(jiān)督并控制加工準確進行的數(shù)控系統(tǒng)的共同發(fā)展，它在一定程度上反映出一個國家自動化水平的高低。 周期短 對于需要最小生產(chǎn)周期的急需零件，數(shù)控機床可以縮短加工時間。 試制階段 在產(chǎn)品需要頻繁改型或試制階段，數(shù)控機床可以隨時適應(yīng)產(chǎn)品的變化。 零件批量 在多品種、小批量零件的生產(chǎn)中優(yōu)先考慮使用數(shù)控機床。因此，應(yīng)合理地選擇及使用數(shù)控機床，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭力。但是。 （ 5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 （ 4）能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。在數(shù)控加工中心上加工時，一臺機床能實現(xiàn)多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率的提高更加明顯。 加工零件所需時間包括機動時間和輔助時間兩部分。目前數(shù)控機床的刀具或工作臺最小移動量（脈沖當量）普遍達到了 ㎜，中、小型數(shù)控機床定位精度普遍可達 ㎜，重復(fù)定位精度可達 ㎜。 數(shù)控機床的特點 （ 1）加工精度高。 （ 3）數(shù)控機床主傳動和進給傳動采用直流或交流無極調(diào)速伺服電動機。 （ 1）數(shù)控機床具有手動與自動兩種操作功能。如圖 1— 8 所示。如圖 1—7 所示。由于大部分機械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。如圖 1— 6 所示。 開環(huán)控制數(shù)控機床 這類機床不帶位置檢測反饋裝置，通常用步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)。從不同的技術(shù)或經(jīng)濟指標出發(fā)，可對數(shù)控機床進行不同的分類，如按機床的工藝用途、控制運動的軌跡、伺服系統(tǒng)的 類型、控制的坐標軸數(shù)及機床數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比等都可進行分類。數(shù)控裝置就依照輸入的數(shù)控指令進行一系列的處理和運算，變成脈沖信號，并將其輸入驅(qū)動裝置，帶動機床傳動機構(gòu)，機床工作部件有次序地按要求的程序自動進行工作，加工出圖樣要求的零件。數(shù)控機床的基本組成包括控制介質(zhì)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋裝置及機床本體，見圖 11. 圖 11 數(shù)控機床組成 2 數(shù)控機床的工作過程 圖 12 數(shù)控機床的工作過程 數(shù)控機床的工作過程如圖 1— 2 所示。定義 中的控制系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)。 第五章 Pre/ENGINEER 數(shù)控加工仿真 ............................................................. 40 區(qū)域車削加工仿真 ................................................................................ 40 區(qū)域車削加工簡介 ..................................................................... 40 區(qū)域車削加工 ............................................................................. 41 1 建 NC 加工文件 ............................................................................... 41 2 建制造模型 ....................................................................................... 43 3 域車削加工操作設(shè)置 ....................................................................... 45 4 區(qū)域車削 NC 加工序列 .....................................................