【正文】 定了刀具與零件的相對位置，因而伺服系統(tǒng) 的性能是決定數(shù)控機床的加工精度的主要因素。 (四 )附加裝置 為了進一步提高生產率、提高加工精度和提高自動化程度，數(shù)控機床還具有許多附加裝置，例如自動換刀裝置、自動交換工作臺及切屑處理裝置等等。也 可以來用手動輸入方式將程序輸入 CNC裝置； CNC裝置對程序代碼進行譯碼、寄存和運算，然后為伺服系統(tǒng)提供控制信號，實現(xiàn)對刀具與零件相對運動的控制； 與此同時， CNC裝置提供的信號，還可以實現(xiàn)對機床其它各運動部件的控制 5 與操作，包括主軸變速、工件松夾、刀具轉位以及開關冷卻液等。 數(shù)控機床的特點及用途 進入 80 年代的機械制造業(yè)，其產品面臨市場競爭帶來的挑戰(zhàn)，促使越來越多的企業(yè) 走上小批量、多品種、不斷更新產品的道路。數(shù)控機床就是在這種形勢下產生的自動化設備，它是發(fā)展柔性生產的基礎裝備。加工對象改變時，只需重新編制程序或更換一條穿孔帶、磁帶或其他形式的信息載體，即不需要對機床結構重新進行調整，也不需要制造凸輪、靠模一類的輔助裝置。 能獲得較高的加工精度 機床加工精度在很大程度上取決于進給傳動的位置精度。此外，傳動鏈短、傳動機構精密、高效，也極大地提高了傳動精度。 便于加工復雜形狀的零件 數(shù)控機床能同時控制多個坐標聯(lián)動，可加工其他機床很難加工甚至不可能加工的復雜曲面。 機床的使用、維護技術要 求高 數(shù)控機床是多學科、高新技術的產物，相應地，這就對機床的操作和維護提出了較高的要求。 按照以上特點，數(shù)控機床最適合在單件、小批生產條件下，加工下列類型的零件 : （ 1）普通機床難以加工，或雖能加工，但需要復雜、昂貴的工藝設備 （ 2）材料昂貴、不允許報廢的零件 （ 3）結構復雜、需要多工序加工的零件 （ 4）生產周期要求短的急缺零件 6 數(shù)控加工技術 數(shù)控加工技術簡介 數(shù)控加工 技術是現(xiàn)代化工業(yè)生產中的一門新型的發(fā)展十分迅速的高新技術，它將制造 技術、數(shù)字化技術、微電子技術、監(jiān)控檢測技術等多種高新建設傳統(tǒng)的機械加工技術有效 地結合起來，成為制造自動化領域最重要的基礎技術。數(shù)控裝置體積越來越小，精度越來越高，在工業(yè)生產 中日益發(fā)揮著重要作用。 加工精度高，加工質量穩(wěn)定 數(shù)控加工的尺寸精度通常在 ～ 之間，日 前最高的尺寸精度可達士 ，不受零件形狀復雜程度的影響，加工中消除了操作者 的人為誤差，提高了同批零件尺寸的一致性，是產品質量保持穩(wěn)定。當加工對象 改變時，除了相應更換刀具和解決工件裝夾方式外，只要重新編寫并 輸入該零件的加工程 序，便可自動加工出新的零件，不必對機床作任何復雜的調整，這樣縮短了生產準備周期，給新產品的研制開發(fā)以及產品的改進、改型提供了捷徑。另一方面是數(shù)控機床的運動速度 高，空行程時間短。 數(shù) 控加工技術的發(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)的分辨率及實現(xiàn)連續(xù)小程序段 7 的高速加工。 高精度化 以加工中心為例．其主要精度指標 —— 直線坐標的定位精度和重復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，重復定位精度由土 2um提高到土 1um。 多功能 新型數(shù)控機床具有多種監(jiān)控、檢測及補償功能，具有更強的通信功能、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、刀具半徑補償、刀尖補償、螺距補償?shù)裙δ堋? 智能化 在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進了自適應控制這種智能化技術。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、機床熱變形、切削液的粘度、刀具與工件材料化學親和力的大小等因素。實際加工中，很難選擇最佳參數(shù)進行切削。 高可靠性 為了提高數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床的可靠性，人們采取了以下一些措施： (1)提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質量 選用高質量的集成電路芯片、印制電路板和其它元器件，建立并實施從元器件篩選、穩(wěn)定產品的制造和裝配工藝到性能測試等一系列完整的質量保證體系?！叭钡膶崿F(xiàn)，不僅便于組織開發(fā)、生產和應用，而且也提高了機床的質量和運行的可靠性，并便于用戶的維修和保養(yǎng)。在數(shù)控機床上加工時，將記錄在控制介質上、描述加工過程所需的全部工藝信息，即原先在通用機床上加工時需要操作者考慮和決定的內容及動作的數(shù)碼信息輸人數(shù) 控機床的數(shù)控裝置，對輸入信息進行運算和控制，并不斷向伺服機構 —— 使機床實現(xiàn)加工運動的機電功能轉換部件發(fā)送脈沖信號，伺服機構對脈沖信號進行轉換與放大處理，然后由傳動機構驅動機床按所編程序進行運動，便可加工出我們所需要的零件。但必須有編程前的數(shù)控工藝做必要準備工作和編程后的善后處理工作。因此，數(shù)控加工工藝主要包括以下幾方面的內容： 選擇并確定需要進行數(shù)控加工的零件及內容。 對零件圖 形進行必要的數(shù)學處理。 按程序單制作控制介質。 首件試加工與現(xiàn)場問題處理。 9 CAD／ CAM 技術 1963 年，美國麻省理工學院首次提出 CAD(Computer Aided Design— 計算機輔助設計 )的概念。 CAM(Computer Aided Manufacturing— 計算機輔助制造 )是從 APT 開始的。從 l974 年開始，人們把 CAD 系統(tǒng)和生產計劃管理及力學計算相結合，發(fā)展成為 CAD／ CAM 綜合系統(tǒng)。 CAD／ CAM 技術推動了幾乎一切領域的設計革命， CAD 技術的發(fā)展和應用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。 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，在機械制造中也得到廣泛的應用 。含碳量小于 2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于 2%的稱為鐵。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?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動性，因而可鑄成形狀復雜的零件?；诣T鐵常用作機架或殼座。 鋼 鋼的強度較高，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械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機械性能，因此其應用極為廣泛。結構鋼可用于加工機械零件和各種工程結構。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。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強度越高，但塑性越低。普通碳素結構鋼（如Q21 Q235）一般只保證機械強度而不保證化學成分，不宜進行熱處理，通常用于不太重要的零件和機械結構中。低碳鋼的含碳量低于 %，其強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。中碳鋼的含碳量在 %~%之間，它的綜合力學性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。合金結構鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素含量為 2%~5%或合金元素總含量為 5%~10%的稱為中合金鋼。加入不同的合金元素可改變鋼的機械性能并具有各種特殊性質。但合金鋼零件一般都需經(jīng)過熱處理才能提高其機械性能；此外，合金鋼較碳素鋼價格高，對應力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時才考慮采用。表 211是常用的金屬材料的機械性能。脆性材料原則上只適用于 制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時應選擇塑性材料。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強耐磨性，應選擇適于進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。 （ 3） 零件的尺寸及質量 零件尺寸的大小及質量的好壞與材料的品種及毛坯制取方 法有關，對外形復雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應具有較好的塑性。此外還應考慮加工成本及維修費用。 13 各零部件的材料選擇及工藝分析 輪 圖 21 齒輪的材料及熱處理對齒輪的使用性能和壽命有很大的影響。因其加工精度并不高，因此采用：滾齒 — 齒端加工 齒面熱處理 修正內孔的加工方案。加工工藝路線：車削其外形 — 銑削內形 — 鉆孔。因其結構簡單，故只需先鉆孔后車削即可。由它將機器和部件中的軸、套、齒輪等有關零件集合成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置關系，并按一定的傳動關系協(xié)調的傳遞運動或動力。本課題所設計的箱體采用鑄鐵 HT200，因為鑄鐵具有較好的耐磨性、鑄造性、切削性和減振性，且成本低廉。為了減少殘余應力，箱體鑄造后應進行時效處理。因此，采用淬火3545HRC。 16 第 3 章 主要零件的參數(shù)設置及加工路徑分析 概述 軸是機械加工中常見的典型零件之一。按結構形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸 、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等，其中階梯傳動軸應用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。 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。 相互位置精度 包括內、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。支承軸頸常為 ～ m，傳動件配合軸頸為 ～ m。 軸類零件的材料、毛坯及熱處理 一 ．軸類零件的材料 軸類零件材料 常用 45 鋼，精度較高的軸可選用 40Cr、軸承鋼 GCr1彈簧鋼 65Mn，也可選用球墨鑄鐵；對高速、重載的軸，選用 20CrMnTi、 20Mn2B、 20Cr等低碳合金鋼或 38CrMoAl 氮化鋼。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。 調質一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。 精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。因此，采用淬火 3545HRC。應根據(jù)地生產類型、具體加工條件、工件結構特點和技術要求等選擇工藝裝備。 因為本課題所要加工的軸形狀較簡單，采用通用夾具即可，因此選用三角卡盤。若采用機械集中，則可采用各種高效的專用刀具、復合刀具和多刃刀具等。 其次在選用刀具時還應注意以下幾點： 在數(shù)控機床上銑削平面時，應采用鑲裝可轉位硬質合金刀片的銑刀。當連續(xù)切削時，粗銑刀直徑要小一些，精銑刀直徑要 大一些，最好能包容待加工面的整個寬度。 高速鋼立銑刀多用于加工凸臺和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因為毛坯面有硬化層和夾砂現(xiàn)象，刀具會很快被磨損。 鑲硬質合金的立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺面和毛坯表面。 精度要求較高的凹槽加工時，可以采用直徑比槽寬小一些的立銑刀，先銑 18 槽的中間部分，然后利