【正文】 ...... 23 4 數(shù)控車床坐標系的確定 ..................................................... 27 規(guī)定原則 .............................................................. 27 坐標軸確定的方法及步驟 ................................................ 28 數(shù) 控機床的兩種坐標系 .................................................. 28 5 典型零件編程與加工實例 .................................................... 31 總 結(jié) ................................................................... 41 致 謝 ................................................................... 42 參考文獻 ................................................................... 43 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 1 1 數(shù)控車床的簡介 數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（ Numerical Control）。用數(shù)控技術(shù)實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控 (NC)機床。要實現(xiàn)對機床 的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運動以及用工藝信息來描述機床加工必須具備的一些工藝參數(shù)。這些信息按一定的格式形成加工文件 (即正常說的數(shù)控加工程序 )存放在信息載體上 (如磁盤、穿孔紙帶、磁帶等 )，然后由機床上的數(shù)控系統(tǒng)讀入 (或直接通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤輸入，或通過通信方式輸入 )，通過對其譯碼，從而使機床動作和加工零件 .現(xiàn)代數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品 ,是新一代生產(chǎn)技術(shù)、計算機集成制造系統(tǒng)等的技術(shù)基礎(chǔ)。主要發(fā)展動向是研制開發(fā)軟、硬件都具有開放式結(jié)構(gòu)的智能化全功能通用數(shù)控裝置。數(shù)控加工中心是一種帶有刀庫并能自動更換刀具，對工件能夠在一定的范圍內(nèi)進行多種加工操作的數(shù)控機床。由于加工中心能集中地、自動地完成多種工序，避免了人為的操作誤差、減少了工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間及工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的經(jīng)濟效益。 隨著數(shù)控車床制造技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了產(chǎn)品繁多、規(guī)格不一的局面。 按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類 ⑴ 全功能型數(shù)控車床。 ⑵ 經(jīng)濟型數(shù)控車床。 按主軸的配置形式分類 ⑴ 臥式數(shù)控車床。 ⑵ 立式數(shù)控車床。 還有具有兩根主軸的車床，稱為雙軸臥式數(shù)控車床或雙軸立式數(shù)控車床。機床上只有一個回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)兩坐標軸控制。機床上有兩個獨立的回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)四軸控制。目前，我國使用較多的是中小規(guī)格的兩坐標連續(xù)控制的數(shù)控車床。當控制介質(zhì)為穿孔帶時，用光電讀帶機輸入；若控制介質(zhì)為磁帶或光盤時，可用驅(qū)動器輸入，或用計算機和數(shù)控機床的接口直接進行通信。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 3 2 數(shù)控車床的常見結(jié)構(gòu)與發(fā)展方向 床身 機床的床身是整個機床的基礎(chǔ)支承件， 是機床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置，床身有圖 1所示的 5種布局形式。平床身工藝性好，易于加工制造。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點，床身 寬度也不會太大。 例如，寶雞機床廠設(shè)計生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡式數(shù)控車床采用的是平床身平滑板結(jié)構(gòu)； CK75 系列全功能數(shù)控車床采用的是后斜床身斜滑板結(jié)構(gòu)。該機床采用大功率內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，主軸可沿 X和 Z 軸移動，以實現(xiàn)自動上下料功能。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 4 a)后斜床身 斜滑板 b)直立床身 直立滑板 c)平床身 平滑板 d)前斜床身 平滑板 e)平床身 斜滑板 圖 床身布局 導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。車床滑動導(dǎo)軌的橫截面形狀常采用山形截面和矩形截面。下導(dǎo)軌用凸形有利于排污物，但不易保存油液。 寶雞機床廠生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡式數(shù)控車床床身采用的是山形貼塑導(dǎo)軌，CK75 系列全功能數(shù)控車床采用的是矩形貼塑導(dǎo)軌。數(shù)控車床導(dǎo)軌的行程一般較長，因此滾動體必須循環(huán)。后者的承載能力和剛度都比前者高，但摩擦系數(shù)略大。 主軸變速系統(tǒng) 經(jīng)濟型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪 (以獲得更大的轉(zhuǎn)矩 )帶動主軸旋轉(zhuǎn)。主軸電機在額定轉(zhuǎn)速時可輸出全部功率 和最大轉(zhuǎn)矩。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和切削效率。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀具結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 6 按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。它的結(jié)構(gòu)形式為，夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機床的 X坐標軸方向排列在橫向滑板上。這種刀架在刀具布置和機床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿 X軸移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第 二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。寶雞機床廠生產(chǎn)的 CK7620P 全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個步驟?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 7 圖 臥式回轉(zhuǎn)刀架 (3) 帶刀庫的自動換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個特殊部分。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。檢測元件與反饋電路組成檢測系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端兩種類型。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝 置安裝在工作臺上，機械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比較高，且造價也較昂貴。 數(shù)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。交流伺服電機由于具有可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用。當前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。隨著科學技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，機電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。另一方面，電主軸和直線電機的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機床功能部件的面市，也為機床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了 條件。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達到 10000r/min 以上。用直線電機作伺服驅(qū)動，省去了滾珠絲杠這一中間傳動環(huán)節(jié)，消除了傳動間隙 (包括反向間隙 )，運動慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 通過直線電機和直線滾動導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機床的快速移動速度由目前的10～ 20m/mim 提高到 60～ 80m/min，甚至高達 120m/min。數(shù)控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行設(shè)計方案選擇和大件整機的靜、動態(tài)特性分析、計算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計，可以對整機各工作部件進行動態(tài)模擬仿真。采用 CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力。 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效 率，使用于非加工輔助時間減至最少。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機床同時具有 X、 Z軸以及 C軸和 Y軸。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。工藝制定的合理與否、對程序的編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。主要內(nèi)容包括產(chǎn)品的零件圖樣分析，零件結(jié)構(gòu)工藝性分析與零件毛坯的工藝性分析等內(nèi)容。 1. 尺寸 標住方法分析。這種標注方法即便于編程、又有利于設(shè)計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統(tǒng)一。 在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標；在自動編程時，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進行定義、因此在分析零件圖時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。精度及技術(shù)要求分析的主要內(nèi)容如下： （ 1） 析精度及各項技術(shù)是否齊全，是否合理。 （ 3） 找出圖樣上有位置精度要求的表面，這些表面應(yīng)在一次安裝下完成。 結(jié)構(gòu)工藝分析 零件的結(jié)構(gòu)工藝性實質(zhì)零件對加工方法的適應(yīng)性，即此零件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 11 工成型。 數(shù)控加工工藝設(shè)計 工藝設(shè)計是機械加工的基礎(chǔ)。 零件工藝設(shè)計包含從毛坯選擇到通過機械加工的手段使零件達到圖紙設(shè)計要求的加工設(shè)備、刀具、量具、夾具及輔具的選擇，以及安排整個零件加工工藝路線的全過程。 （ 2） 工藝準確 —— 計算每一個坐標尺寸。 在審查零件的設(shè)計圖紙并進行零件的工藝性 分析、制定出零件的加工方案之后，就可以進行零件的工藝設(shè)計。 . 合理選擇切削用量 對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升 ，會產(chǎn)生機械的、化學的、熱的磨損。 進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。它比切削速度對刀具的影響小。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 12 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情況進行研究。 合理選擇刀具 (1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。 (3) 為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡量采用機夾刀和機夾刀片。 確定加工路線 加工路線是指數(shù)控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 加工路線與加工余量的聯(lián)系 目前，在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。 夾具安裝要點 目前 液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。隨著生產(chǎn)加工過程數(shù)控化和 自動化 的需要，對金屬切削 刀具 提出了高可靠度、高精度、長壽命、快速轉(zhuǎn)位更換、斷屑良好等更高要求。同時，刀片型號的增加也給刀片采購和 銷售 帶來不便，為用戶快速、高效及正確選擇刀具增加困難。根據(jù)不同加工特征，自動選擇所需刀具對實現(xiàn)高度自動化切削加工或無人加工具有十分重要的意義。它的幾何參數(shù)完全由刀片和刀槽來保證，不受工人技術(shù)水平的影響，因此切削性能穩(wěn)定，適合現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)使用。 1號位表示車刀刀片的夾緊方式（ P 表示杠桿偏心式夾緊）； 2 號位表示車刀刀片形狀（ T表示正三角形刀片）；3 號位表示車刀頭部形狀（ G 表示 90176。 ）； 5 號位表示車刀的切削方向（ R表示右切）； 6號位表示車刀的刀尖高度（ 20 表示車刀刀尖高度為 20mm）； 7 號位表示車刀的刀桿寬度（ 20表示車刀刀桿寬度為 20mm）； 8號位表示車刀的長度（ K表示車刀長度為 125mm）； 9號位表示車刀刀片的邊長（ 16 表示車刀刀片邊長為 ） ； 10 號位表示不同測量基準的精密級車刀（ Q表示以車刀的外側(cè)面和后端面為測量基準的精密級車刀）。如外圓 車削 特征可包括起始直徑（加工前的零件直徑）、最小完成直徑（零件加工后允許的最小直徑）、最大完成直徑（零件加工完后允許的最大直徑）、加工長度、刀尖圓弧半徑及工件剛度等特征參數(shù)，如圖 所示。由于每種加工特征都需輸入多個特征參數(shù)，為使刀具選擇變得簡捷方便，這里只對各種加工特征進行定性描述。綜合上述要求，將外圓車削加工分為以下四種加工特征： ① 車削外圓（粗切或半精切，剛度高）； ② 車削外圓（粗切或半精切，剛度低）； ③ 車削外圓（精切或半精切，剛度高）； ④ 車削外圓（精切或半精切，剛度低）。 例如，加工特征為車削外圓（粗切或半精切，剛度高）時，因粗加工或半精加工主要是切除多余金屬，切削力較大，故應(yīng)選擇穩(wěn)固的刀片夾緊方式，刀尖角盡可