【正文】 ，如何保證這類零件的加工精度就顯得尤為重要。數(shù)控加工取代傳統(tǒng)加工占據(jù)生產制造的主導地位已成為一種趨勢，但由于歷史的原因，傳統(tǒng)的加工設備與先進的數(shù)控機床并存，是目前乃至今后很長一段時期內大多數(shù)制造企業(yè)的設備現(xiàn)狀。其中 數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化 ，網(wǎng)絡化 和智能化方向發(fā)展 。為此我們在原有的加工工藝設計基礎上對花鍵軸零件的數(shù)控加工等工藝在此作出較為詳細的闡述，希望通過對此設計能使我們在數(shù)控技術應用和產品的加工方面得到一定的經驗。它是先進的數(shù)字控制技術與傳統(tǒng)的機床制造技術相結合的產物 。區(qū)別于普通機械加工，數(shù)控加工技術更適合于多品洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 種、小批量、結構復雜、精度要求較高的零件的自動化生產，它具有加工精度高、加工對象適應性強、自動化程度高、勞動強度低、生產效率高、經濟效益好、現(xiàn)代化管理程度高等特點。也就是說，數(shù)控技術專業(yè)應用 型人才有著廣闊的就業(yè)前景和發(fā)展空間 ?；ㄦI 軸在 機器 中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，其性能、水 平直接影響整機的性能水平及可靠性。近幾年來， 國內花鍵 軸加工發(fā)展十分迅速。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 第 1 章數(shù)控加工的概述 數(shù)控加工 數(shù)控加工，也稱之為 NC（ Numerical Control）加工，是以數(shù)值與符號構成的信息，控制機床實現(xiàn)自動運轉。數(shù)控加工的最大特征有兩點：一是可以極大地提高精度，包括加工質量精度及加工時間誤差精度；二是加工質量的重復性，可以穩(wěn)定加工質量，保持加工零件質量 的一致。數(shù)控加工具有如下優(yōu)點： 1． 需熟練的機床操作人員； 2． 提高加工精度并且保持加工質量； 3． 可以減少工裝夾具； 4． 可以減少各工序間的周轉，原來需要用多道工序完成的工件， 數(shù)控加工一次裝夾完成加工，縮短加工周期，提高生產效率； 5． 容易進行加工過程管理； 6． 可以減少 檢查工作量； 7. 可以降低廢、次品率； 8. 便于設計變更，加工設定柔性； 9. 容易實現(xiàn)操作過程的自動化，一個人可以操作多臺機床； 10. 操作容易，極大減 輕體力勞動強度 。數(shù)控加工技術應用的關鍵在于計算機輔助設計和制造（ CAD/CAM）系統(tǒng)的質量。 2. 分析加工零件的圖紙，明確加工內容及技術要求、確定加工方案、制定數(shù)控加工路線，如工藝的劃分、加工順序的安排，非數(shù)控加工工序的銜接等。 3. 調整數(shù)控加工工序的程序。 4. 進行數(shù)控編程。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 第 2 章 數(shù)控機床特點 數(shù)控機床是機電一體化的典型代表，與通用機床和專用機床相比，數(shù)控機床具有以下主要特點。大大縮短了生產、技術準備時間，節(jié)省了大量工藝裝備的費用，因此，應變能力很強，適合于多品種、單件小批零件的加工。大大簡化了主傳動和進給傳動系統(tǒng)，傳動鏈短。絲桿螺距誤差、傳動誤差等造成的位置誤差，可由測量裝置和數(shù)控裝 置進 行補償．因此，數(shù)控機床具有較高的加工精度。數(shù)控機床的自動加工方式避免了人工干預造成的操作誤差?？梢苑奖愕叵捎诘毒吣p、刀具調整誤差所造成的工件尺寸誤差，提高了工件加工精度。機床可進行多軸聯(lián)動或多維插補。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 加工生產率 高 工 機床加工生產率主要是指加工一個零件所需的時間。數(shù)控機床的主軸轉速和進給速度范圍大，并可無級調速。在保證工件加工質量和刀具一定使用壽命的前提下，可盡量加大切削用量。數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位采用加速與減速措施，選用了很高的空行程運動速度．消耗在空行程和定位的時間比普通機床少得多，有效地節(jié)省了輔助時間。另外，配合加工中心 的刀庫使用，可實現(xiàn)一次裝夾下進行多工序的連續(xù)加工，減少了半成品的工序間周轉時間，提高了生產率。零件一次裝卡可完成多道工序。操作者主要是程序的輸入、編輯，裝卸零件，刀具準備，加工狀態(tài)的觀測，零件的檢驗等工作，勞動強度極大降低。 有利于實現(xiàn)機械加工的現(xiàn)代化管理 數(shù)控機床加工能準確地計算出或自 動記錄單件加工工時和總的加工工時，實現(xiàn)對半成品、成品的統(tǒng)計與管理；對所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理；能實現(xiàn)一臺中央計算機對幾臺、十幾臺數(shù)控機床的集中控制和管理（ DNC）。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 第 3 章數(shù)控技術和裝備發(fā)展趨勢及對策 裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、 航天等國防工業(yè)產業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè)，而且在 “高精尖 ”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機 電一體化產品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域 ，如 機械制造技術 、 信息處理、加工、傳輸技術 、 自動控制技術 、 伺服驅動技術 、 傳感器技術 、 軟件技術等。 6 年后，即 在 1952 年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 數(shù)控（ NC）階段 [3]（ 1952～ 1970 年） 采用數(shù)字邏輯電路 “ 搭 ” 成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（ HARDWIRED NC），簡稱為數(shù)控（ NC）。 計算機數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在） 通用小型計算機移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件， 1974 年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段。第四代 —— 小型計算機；第五代 —— 微處理器和第六代 —— 基于 PC（國外稱為 PCBASED）。 軟件伺服驅動技術 伺服技術是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。它有無溫漂 、 穩(wěn)定性好 、 基于數(shù)值計算 、 精度高 、 通過參數(shù)設定 、 減少調整 工作等 優(yōu)點。 CNC 系統(tǒng)的連網(wǎng) 技術 數(shù)控系統(tǒng)從控制單臺機床到控制多臺機床的分級式控制需要網(wǎng)絡進行通信；一般 稱為 DNC 功能。還可以對 CAD/CAM/CAPP 以及 CNC的程序進行傳送和分級管理 ， 傳遞維修數(shù)據(jù)，使用戶與 NC 生產廠直接通信 。 功能 的 擴大 現(xiàn)代 NC 系統(tǒng)具備的功能如： 系統(tǒng)可通過光纖與 PC 機連接，采用WindowS 兼容軟件和開發(fā)環(huán)境 ； 高速 加工能力； 具有高精插補 運算 功能 ；具有高速高精加工的智能控制功能 ， 預計算出多程序段刀具軌跡，并進行預處理 ，實現(xiàn) 智能控制機床的性能 ； 高級復雜的功能 ，包括 各種 軌跡 的插補，也可以進行 NURBS 插補 ； 強力的聯(lián)網(wǎng)通信功能 ， 支 持標準 FA 網(wǎng)絡及DNC 的連接 ， 適應工廠自動化需要 ； 具有高速內裝的 PLC（ 有的廠商稱為PMC） ，以減少加工的循環(huán)的時間 ， 梯形圖和順序程序由專用的 PLC 處理器控制，可進行快速大規(guī)模順序控制 ； 先進的操作性和維修性 ， 具有觸摸面板，容易操作 ， 可采用存儲卡改變輸入輸 出。按照電子器件的發(fā)展可分為五個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模 IC 數(shù)控，小型計算機數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結構的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機硬件 及軟件組成的 CNC（ Computericel Numericel Control）數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進電機驅動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機驅動的閉環(huán)系統(tǒng)。經過幾十年數(shù)控技術的不斷革新，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機床設計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經驗和操作技能放進數(shù)控系統(tǒng)，同時也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等。這就產生了開放結構的數(shù)控系統(tǒng)。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 高速化 、高精加工技術及裝備的新趨勢 效率、質量是先進制造技術的主體。為此日本先端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產工程學會（ CIRP）將其確定為 21 世紀的中心研究方向之一。近來采用大型整體鋁合金坯料 “掏空 ”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。 從EMO2021 展會情況來看，高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min 左右。美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為 100m/min，加速度達 2g，主軸轉速已達 60 000r/min。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm提高到 5μm，精密級加工中心則從 3～ 5μm，提 高到 1～ ，并且超精密加工精度已開始進入納米級 ()。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。如美國 Ormec System 公司僅僅用了兩年的時間就開發(fā)了以 IBM結構為基礎的控制器，可同時控制 14 個軸運動。系統(tǒng)制造商可以方便地利用 PC 機的一些新技術，如觸摸屏輸入技術、聲控技術、聯(lián)網(wǎng)技術等，可以使得數(shù)控系統(tǒng)使用更加方便。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復合加工等）。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加 工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術，以適應現(xiàn)代科技的發(fā)展。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在 16 小時內連續(xù)正常工洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 12 作，無故障率 P(t)＝ 99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于 3000 小時。 5 軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因，其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。因此促進了復合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含 5 面加工機床）的發(fā)展。德國 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加工，可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD/CAM 直接或間接控制。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題 。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經成為數(shù)控系統(tǒng)的未 來之路。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產線、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)、全球制造的基礎單元。 數(shù)控加工技術國內外發(fā)展狀況 近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。在各種招聘會上，數(shù)控專業(yè)人才更是企業(yè)熱衷于標注 “急聘 ”、 “高薪誠聘 ”等字樣的少數(shù)職位之一，以致出現(xiàn)了 “月薪 6000 元難聘數(shù)控技工 ”， “年薪 16 萬元招不到數(shù)控技工 ”的現(xiàn)象。在制造業(yè)，能夠熟練操作現(xiàn)代化機床的人才已成稀缺， 據(jù)統(tǒng)計，目前，我國技術工人中，高級技工占 %，中級工 占 35%，初級工占 60%。這表明，我們的高級技工在未來 5—10 年內仍會有大量的人才缺口。企業(yè)對較高層次的第一線應用型人才的需求將明顯增加。而對于數(shù)控加工專業(yè)，不僅要求從業(yè)人員有過硬的實踐能力，更要掌握系統(tǒng)而扎實的機加理論知識。 數(shù)控技術和數(shù)控設備國內發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，我國數(shù)控加工技術發(fā)展迅速，國產數(shù)控車床已完全能滿足國內市場需要。但是，臥式車銑復合加工中心、帶 Y 軸或 C 軸的臥式車削中心、雙主軸臥式車削中心和高精度臥式車削中心仍然主要依靠進口。由于 在性價比上具有優(yōu)勢，保質期過后維修服務費用較低，基本可以滿足國內市場的需要。國產臥式加工中心雖能滿足市場部分需要，但在精度和性能上與國外同類產品相比還有一定差距。因此，近年臥式加工中心進口較多。但是多數(shù)產品還沒有經過嚴格的生產考驗，難以取得用戶的普遍認可，僅個別品種進入企業(yè)生產現(xiàn)場。高精度（亞微米級和納米級）加工中心我國基本上處于空白狀態(tài)，絕大部分依賴國外進口。 中 國機床役齡 10 年以上的占 60％以上； 10