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數(shù)控的發(fā)展
題目：數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與趨勢
姓 名：
所在學(xué)院：
專業(yè)班級：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
日 期： 2007-5-25
引言
從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡要分析了數(shù)控機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢，并提出了我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展中存在的一些問題。
一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢
1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。
6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。
1.1、數(shù)控（NC）階段
（1952～1970年）
早期計算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代－－電子管；1959年的第二代－－晶體管；1965年的第三代－－小規(guī)模集成電路。
1.2、計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）
到1970年，通用小型計算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計算機(jī)前面應(yīng)有的“通用”兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機(jī)的兩個最核心的部件－－運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。
到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀嬎銠C(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機(jī)的核心部件，故仍稱為計算機(jī)數(shù)控。
到了1990年，PC機(jī)（個人計算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。
總之，計算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代－－小型計算機(jī)；1974年的第五代－－微處理器和1990年的第六代－－基于PC（國外稱為PC-BASED）。
還
要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控”，實(shí)質(zhì)上已是指“計算機(jī)數(shù)控”了。
1.3、數(shù)控未來發(fā)展的趨勢
1.3.1 繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。
1.3.2 向高速化和高精度化發(fā)展
這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。
1.3.3 向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。
?。?）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工
將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。
?。?）引入故障診斷專家系統(tǒng)
?。?）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置
可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。
二、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性
2.1、微觀看改造的必要性
從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力。
2.1.1 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。
由于計算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。
2.1.2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。
由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動化”。
2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。
2.1.4 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。
2.1.5 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。
2.1.6 由以上五條派生的好處。
如：降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。
以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。
2.2、宏觀看改造的必要性
從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達(dá)20.8%，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。
三、機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場
(以下具體的發(fā)展趨勢)
數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
一、數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向基于PC的全數(shù)字化開放體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展
基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)已得到廣泛認(rèn)可，具有強(qiáng)大的生命力?
從兩次機(jī)床展上可以看到，著名廠商的高檔數(shù)控系統(tǒng)都以基于PC的開放數(shù)控系統(tǒng)為主流。?
SINUMERIK?840Di?sl是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，其軟件系統(tǒng)[MMC(人機(jī)通信)軟件系統(tǒng)、NC(數(shù)字控制)軟件系統(tǒng)、PLC(可編程邏輯控制)軟件系統(tǒng)和通信及驅(qū)動接口軟件]中的MMC軟件系統(tǒng)采用Windows?NT或XP操作系統(tǒng)。機(jī)床制造商可以按照自己的特殊操作方式和理念，利用Windows技術(shù)改變?nèi)藱C(jī)界面(HMI)。其開放式系統(tǒng)理念的一個重要特點(diǎn)是，可以在數(shù)控核心部分，使用標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具對用戶指定的系統(tǒng)循環(huán)和功能宏進(jìn)行調(diào)整。?
FANUC?16i/18i/21i/30i系列是具有網(wǎng)絡(luò)功能的超小型、超薄型高檔CNC系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)采用CNC內(nèi)建PC型式，NC卡完成高實(shí)時性要求的數(shù)控運(yùn)算和PLC控制功能，PC完成操作界面、編程、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)等相對弱實(shí)時性要求功能。操作系統(tǒng)采用Windows?2000/XP或Windows?CE。備有C語言執(zhí)行程序、嵌入式宏執(zhí)行程序等各類功能。CNC系統(tǒng)與主計算機(jī)的連接接口采用高速串行總線(HSSB)。FANUC?300i/310i/320i系列采用Windows?CE作為操作系統(tǒng)，并提供動態(tài)鏈接庫函數(shù)供用戶二次開發(fā)。
圖1 基于PC的iTNC 530系統(tǒng)
圖2 FANUC CNC單元與伺服單元和I/O的連接
圖3 Heidenhain以EnDae2.2協(xié)議連接編碼器和伺服
1. 高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高。
圖1 HRV4可獲取更高的轉(zhuǎn)速和更小的電流
圖4 HRV4更小的溫升
圖 5反向間隙加速功能
( 反向間隙加速功能?
由于存在反向間隙，在高速加工時會導(dǎo)致響應(yīng)滯后，引起象限尖峰，并影響加工精度。采用反向間隙加速功能后將顯著改善象限尖峰，提高加工精度。?
圖9 MPC功能
?
MPC(Machining?Point?Control－加工點(diǎn)控制)?
采用MPC功能，可在加工點(diǎn)處抑止振顫，獲得更高的加工精度。)
a. 主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機(jī))，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；
b. 進(jìn)給率：在分辨率為0.01μm時，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工；
c. 運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進(jìn)給速度；
d. 換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。
2. 高精度化
數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。
a. 提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度(日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機(jī)，其位置檢測精度可達(dá)到0.01μm/脈沖)，位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；
b. 采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；
c. 采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機(jī)床的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。
3. 功能復(fù)合化
復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。 [Page]
加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。
在2005年中國國際機(jī)床展覽會(CIMT2005)上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機(jī)床(包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等)以及可實(shí)現(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。
4. 控制智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機(jī)床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
a. 加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度)和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性；
b. 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的；
c. 智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位；
d. 智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；
e. 智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行；
f. 智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工 (Manufacturing)、機(jī)器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。
5. 體系開放化
a. 向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；
b. 向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求；
c. 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649(STEP-NC)，以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。
6. 驅(qū)動并聯(lián)化
并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動性不夠等固有缺陷，在機(jī)床主軸(一般為動平臺)與機(jī)座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。
并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個重要研究方向，受到了國際機(jī)床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。[Page]
7. 極端化(大型化和微型化)
國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車、銑、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。
8. 信息交互網(wǎng)絡(luò)化
對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備，包括計算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。
圖 FANUC 16i/18i/21i/30i系列CNC的網(wǎng)絡(luò)接口
圖 FANUC CNC的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、維護(hù)與管理
9. 新型功能部件
為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：
a. 高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；
b. 直線電動機(jī)：近年來，直線電動機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機(jī)床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動態(tài)性能和運(yùn)動精度要求高的機(jī)床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機(jī)；
c. 電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。
10. 高可靠性
數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機(jī)平均無故障工作時間達(dá)800小時以上，而國內(nèi)最高只有300小時。
11. 加工過程綠色化
隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。
12. 多媒體技術(shù)的應(yīng)用
多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。
3 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及思考
我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國產(chǎn)機(jī)床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占 27.7%。1999年機(jī)床進(jìn)口額為8.78億美元(7624臺)，2003年達(dá)27.1億美元(23320臺)，相當(dāng)于同年國內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的2.7 倍。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 [Page]
我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。
a. 不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床水平的關(guān)鍵
國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床缺乏核心技術(shù)，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進(jìn)口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對機(jī)床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可。
b. 制造水平與管理手段依然落后
一些國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機(jī)床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機(jī)床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進(jìn)技術(shù)的同時應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。
c. 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占有率的一個重要因素
由于數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠(yuǎn)利益，對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數(shù)控機(jī)床，更不能指導(dǎo)用戶使用好機(jī)床；有的對先進(jìn)高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進(jìn)行設(shè)備選型，推薦先進(jìn)工藝與工輔具，配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機(jī)床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同，提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場占有率。
d. 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度
從我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術(shù)人才：第一種是熟悉數(shù)控機(jī)床的操作及加工工藝、懂得簡單的機(jī)床維護(hù)、能夠進(jìn)行手工或自動編程的車間技術(shù)操作人員；第二種是熟悉數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才，要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計和制造知識，能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD/CAM軟件，同時有扎實(shí)的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；第三種是精通數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計、能夠進(jìn)行數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的數(shù)控技術(shù)高級人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大的技術(shù)人才支撐。
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畢業(yè)設(shè)計說明書
課題名稱 渦輪數(shù)控工藝及加工
系 別 現(xiàn)代制造工程系
專 業(yè) 數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用
班 級 數(shù)控0571
姓 名
學(xué) 號 0505027124
指導(dǎo)教師 --------------------
目 錄
摘要 ------------------------------------------------------------2
一、設(shè)計課題分析 --------------------------------------------5
二、工藝規(guī)程分析設(shè)計 ----------------------------------------7
三、夾具設(shè)計 ---------------------------------------------------8
四 毛坯的選擇----------------------------------------------------10
五 工藝規(guī)程的設(shè)計---------------------------------------------16
六 填寫工藝過程卡和工序卡---------------------------------16
七、零件設(shè)計及加工步驟 -----------------------------------17
（一）零件的造型設(shè)計 ------------------------------------18
（二）零件的Mastercam后外理加工 ----------------------21
（三）零件宏程序編制 --------------------------------------25
八、仿具系統(tǒng)加工驗(yàn)證 ---------------------------------------27
九、其它方面說明 --------------------------------------------29
參考文獻(xiàn) -------------------------------------------------30
設(shè)計小結(jié) -------------------------------------------------31
摘要：本課題設(shè)計的是漸開線渦輪數(shù)控工藝及加工,是葉片油泵的重要零件之一 ，我們要通過數(shù)控加工來實(shí)現(xiàn)加工要求。對于數(shù)控專業(yè)來說,本課題的畢業(yè)設(shè)計是具有很大意義的.根據(jù)漸開線渦輪零件圖制定加工工藝方案及數(shù)控加工工序卡，利用Pro/E繪制三維造型。本設(shè)計側(cè)重于數(shù)控加工工藝,數(shù)控編程及工裝設(shè)計。數(shù)控加工具有柔性程度高、自動化程度高、加工精度高且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)管理現(xiàn)代化等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控加工作為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的重要標(biāo)志，隨著個性化產(chǎn)品日益為消費(fèi)者鐘愛，數(shù)控加工技術(shù)顯得日益重要。隨著CAD/CAM軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，幾乎所有的個性化產(chǎn)品設(shè)計都在CAD軟件中設(shè)計完成.并與CAM軟件結(jié)合使三維造型出來的產(chǎn)品可以直接生成ＮＣ代碼。這樣使產(chǎn)品開發(fā)到產(chǎn)品出貨的周期大大縮短，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
關(guān)鍵詞：三維造型 工藝 夾具設(shè)計 模擬
前言：
隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控加工的需求也在增加，它總的發(fā)展趨勢是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工藝適用性和經(jīng)濟(jì)性。而漸開線渦輪加工充分的適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要.
數(shù)控加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工制造業(yè)中，如數(shù)控銑削、鏜削、車削、線切割、電火花加工等，其中數(shù)控銑削是復(fù)雜多變零件的主要加工方法。數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達(dá)到預(yù)期的加工效果，編制高質(zhì)量的數(shù)控程序是必不可少的，這是因?yàn)閿?shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對于簡單的模具零件，通常采用手工編程的方法，對于復(fù)雜的模具零件，往往需要借助于CAM軟件編制加工程度，如Pro/E、UG、Master CAM等。無論是手工編程或計算機(jī)輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的工藝參數(shù)，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。在本課題所采用的加工軟件是Mastercam，該技術(shù)是近年來工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速，最引人注目的一項(xiàng)高級技術(shù)，它已成為工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。它對加速工程和產(chǎn)品的開發(fā)、縮短產(chǎn)品設(shè)計制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、增強(qiáng)企業(yè)市場競爭能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。在畢業(yè)設(shè)計中我、Mastercam加工，充分的學(xué)習(xí)他們的優(yōu)點(diǎn)，用于漸開線渦輪的加工。
一、設(shè)計課題分析：
本課題是工業(yè)高壓變量葉片油泵的關(guān)鍵零件之一，葉片由X—Y平面的漸開線參數(shù)方程投影曲線與錐形回轉(zhuǎn)面合成，反面有橢圓槽、四個螺紋孔。零件圖結(jié)構(gòu)很清晰，難點(diǎn)重點(diǎn)就是渦輪正面的加工。
以往這種零件的加工多半是通過靠模來完成，這種加工方法的缺點(diǎn)是工作量大，精度差。很難適應(yīng)現(xiàn)在的社會發(fā)展，但現(xiàn)在有數(shù)控加工技術(shù)，減少了手工的步驟，既能保證精度，又能節(jié)省時間，更重要的是很大程度上緩解了勞動者工作量。
數(shù)控加工是根據(jù)零件的材料、幾何形狀編寫相應(yīng)的工序工藝；設(shè)計相應(yīng)的夾具；用軟件造型再獲得相應(yīng)的加工程序；導(dǎo)入仿真軟件進(jìn)行模擬加工；最后到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。
數(shù)控加工有許多方法，這里指的是我們在做畢業(yè)設(shè)計時加工漸開線渦輪所需的步驟。而此次設(shè)計的漸開線渦輪正是油泵的一個重要零件。對其進(jìn)行工藝工裝設(shè)計有著實(shí)際性的作用和意義。另外對于數(shù)控專業(yè)來說,本課題的設(shè)計可以讓我們能全面的運(yùn)用所學(xué)知識，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力，培養(yǎng)我們搞工藝工裝設(shè)計的思維能力，培養(yǎng)我們今后發(fā)展的能力。
在這里需要指出的是，加工所需要的程序可以通過手工編程，自動編程等等一系列方法來實(shí)現(xiàn)，在對漸開線渦輪的加工中，我選擇自動編程來完成。
至于漸開線渦輪的應(yīng)用，目前用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械比較多。用于泵也比較廣泛，泵是一種面廣量大的通用機(jī)械，應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，如農(nóng)田水利、石油化工、電力、建筑、環(huán)保、輕工食品等各行業(yè)，需要量很大。隨著產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節(jié)約能源的要求，泵的應(yīng)用范圍正在迅速擴(kuò)大。
二、工藝規(guī)程分析設(shè)計：
1、零件分析：
漸開線渦輪是按一定規(guī)律環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽。該零件按中小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)綱領(lǐng)為月產(chǎn)1000件。渦輪材料為不銹鋼。(1Gr18Ni9Ti)，具有良好的耐蝕性和冷塑性變形性能;鋼因塑性和韌性很高,切削性較差; 為此在切削過程中需使用水性切削冷卻液，以減少切削熱變形。
該零件的尺寸精度要求不是很高，但是在普通機(jī)床上是無法加工的，因此選用帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的立式數(shù)控銑床進(jìn)行加工。漸開線渦輪正面上的每一個截面在高度上都是不相等的，一般選用立銑刀進(jìn)行加工。漸開線渦輪加工前通常是一個實(shí)心的圓柱體，要經(jīng)過車削、開槽、粗加工、精加工等工序。
2、工藝分析及安排：
（1）工序順序安排原則
（a）原則：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。
（b）機(jī)械加工工藝路線按工序的性質(zhì)不同一般可分為粗加工，半精加工和精加工三個階段。表面質(zhì)量要求特別高時，還應(yīng)增加光整加工階段。
（c）零件的機(jī)械加工路線中，第一道工序往往都是加工精基準(zhǔn)，然后使用精基準(zhǔn)定位，進(jìn)行后續(xù)加工，如軸類零件先鉆中心孔，箱體類零件先加工平面、定位銷孔等。
（2）工藝安排原則和方法
制定工藝規(guī)程定的原則是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，最大限度的提高生產(chǎn)率和降低制造成本。
工件是工藝系的核心。各種加方法都是根據(jù)工件的被加表面類型、材料和技術(shù)要求等來確定的。
夾具是一種工藝裝備。它的作用一是保證工件相對于機(jī)床和刀具具有正確的位置，這一過程稱為“定位”；二是要保證工件在外力的作用下仍能保持 正確位置，這一過程稱為“夾緊”。
要保證工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)之間正確的幾何位置，應(yīng)保證工件在夾具中有正確的定位、夾具對機(jī)床具有正確的相互位置關(guān)系和夾具的正確調(diào)整。
由于所加工漸開線渦輪的材料為不銹鋼，外形尺寸且精度要求不高，我對該零件工件進(jìn)行了以下的工藝安排：
下料（車出零件的外形尺寸82.2*31.8）——粗、精銑反面橢圓形槽——鉆、攻M8深8螺紋孔——粗、精銑渦輪正面——去毛刺——檢驗(yàn)——入庫。
3、刀具材料的選擇：
刀具材料通常是指切削部分的材料。在切削過程中，刀具切削部分直接承擔(dān)切削工作。刀具切削性能的好壞對于切削加工效率、刀具壽命、刀具消耗、加工成本、加工精度和表面質(zhì)量都有著密切的關(guān)系。
目前廣泛用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。還有改善化學(xué)成分和組織的各種高效率、高性能刀具材料。如超硬高速鋼、碳化鈦基硬質(zhì)合金、表面涂層硬質(zhì)合金、立方氮化硼、陶瓷和人造金剛石等。
正確選用刀具材料是保證高效率加工不銹鋼的決定因素。根據(jù)不銹鋼的切削特點(diǎn)刀具材料應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、韌性、高硬度和耐磨性且與不銹鋼的粘附性要小。常用的刀具材料有硬質(zhì)合金和高速鋼兩大類，形狀復(fù)雜的刀具主要采用高速鋼材料。由于高速鋼切削不銹鋼的切削速度不能太高，因此影響生產(chǎn)效率的提高。對于較簡單的車刀類刀具，刀具材料應(yīng)選項(xiàng)用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好的硬質(zhì)合金，因其硬度、耐磨性等性能優(yōu)于高速鋼。常用的硬質(zhì)合金材料有：鎢鈷類 （YG3、YG6、YG8、），鎢鈷鈦類 （YT15、YT14、YT5）， 添加稀有金屬碳化物類（YW1、YW2）。鎢鈷類硬質(zhì)合金的韌性和導(dǎo)熱性較好，不易和切屑粘結(jié)，因此適用于不銹鋼粗車加工；而YW類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化性能以及韌性都較好，適合于不銹鋼的精車加工。
由于零件材料為不銹鋼（2Gr13），屬于難加工類零件，根據(jù)刀具的選擇原則，在車削是選用復(fù)合涂層車刀（FNUM150404-A3），銑削加工所用刀具如下所列：
φ4立銑刀、φ6立銑刀、φ6.8麻花鉆、M8的機(jī)用絲錐、中心鉆。
4、刀具幾何角度的選擇：
刀具切削部分的幾何角度，對于不銹鋼切削加工的生產(chǎn)率、刀具耐久度、被加工表面摩擦度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影響，合理選擇和改進(jìn)刀具幾何參數(shù)是保證加工質(zhì)量、提高效率、降低成本的有效途徑。刀具前角γo的選擇：車削不銹鋼時，在不降低刀具強(qiáng)度的條件下，應(yīng)把前角適當(dāng)取大一些，在刀具前角大時其塑性變形小，切削力和切削熱降低，減輕加工感化趨勢，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12°~20°左右。車刀后角αo的選擇車削不銹鋼時的車刀后角要比車削普通碳鋼時稍大一些，但后角過大又會降低刀刃強(qiáng)度，直接影響車刀的耐用度，因此，一般情況下車刀后角宜取6°~10°左右。車刀主偏角Kr的選擇：車削不銹鋼時的硬化傾向性強(qiáng)，易產(chǎn)生振動，振動又會使加工硬化嚴(yán)重。因此，主偏角一般宜取45°~90°左右。
5、切削用量的選擇：
正確地確定切削用量,對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，都有著重要的意義。在確定切削用量時，應(yīng)綜合考慮零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、加工精度、和表面粗糙度、材料、刀具的材料及耐用度等方面因素。
粗加工時，由于要求的加工精度較低、表面粗糙度較大，切削用量的確定應(yīng)該盡可能保證較高的金屬切除北和必要的刀具耐用度，以達(dá)到較高的生產(chǎn)率。提高切削速度、增大進(jìn)給量和切削深度，都能提高金屬切除率，但在這三個要素中，切削速度對刀具耐用度影響最大，其次是進(jìn)給量，影響最小的是切削深度。所以在確定粗加工切削用量時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用大的切削深度，其次考慮采用較大的進(jìn)給量，最后根據(jù)刀具的耐用度要求，確定合理的切削速度。具體數(shù)據(jù)的確定可參閱有關(guān)手冊。
半精加工、精加工時，確定切削用量首先要考慮的問題是保證加工精度和表面質(zhì)量同時也要兼顧必要的刀具耐用度和生產(chǎn)率。半精加工、精加工時的切削深度一般根據(jù)粗加工后留下的加工余量來確定，而進(jìn)給量主要根據(jù)表面粗糙度來確定。為了減少工藝系統(tǒng)的彈性變形和已加工表面的殘留面積高度，半精加工和精加工時一般多采用較小的切削深度和進(jìn)給量。在切削深度和進(jìn)給量確定之后，再確定合理的切削速度。
6、機(jī)床的選擇：
從工藝上分析：由于橢圓槽，漸開線螺旋槽形狀復(fù)雜普通銑床根本無法加工，所以選擇數(shù)控銑床XK5032。
XK5032數(shù)控銑床主要技術(shù)參數(shù)：
1、 機(jī)床外形尺寸（長X寬X高）
1830mm X 1880mm X 2050mm
2、 工作臺面積
320mm X 1200mm
3、 工作臺最大行程
X軸 750mm
Y軸 350mm
Z軸 400mm
4、工作臺T形槽
寬 17.46mm
間距 80mm
數(shù)量 2條
5、主軸轉(zhuǎn)速范圍
45~4500r/min
6、進(jìn)給速度范圍
5~2500mm/min
7、快速移動速度
5000mm/min
8、定位精度
X軸 0.05mm
Y軸 0.04mm
Z軸 0.04mm
9、重復(fù)定位精度 0.025mm
三、夾具設(shè)計：
1.夾具設(shè)計方案分析:
對夾具主要有兩大要求：一是夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度；二是夾具應(yīng)有可靠的定位基準(zhǔn)。選用夾具時，通?？紤]以下幾點(diǎn)：
（1）盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。
（2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，最好結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造容易。
（3）裝卸零件要迅速方便，以減少機(jī)床的停機(jī)時間。
（4）夾具在機(jī)床上安裝要準(zhǔn)確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。
由于該零件的漸開線螺旋槽和底面的橢圓槽有一定的位置要求，基本的三抓卡盤夾具不怎么理想。所以要重新設(shè)計一個專用夾具。
根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則,我采用設(shè)計基準(zhǔn)來作為我們的定位基準(zhǔn),即采取一面二銷的形式進(jìn)行定位.
夾緊方式的確定,我考慮了各種各樣的方案,都覺得不理想.最后我選用了在V形塊板上打螺紋孔采用螺紋桿旋轉(zhuǎn)夾緊的方法。.
2.夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計計算:
夾具機(jī)構(gòu)既要可靠，又要和生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，這樣才能符合多，快、好、省的原則。大批生產(chǎn)中使用的夾具和中小批生產(chǎn)中使用的夾具，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)有所區(qū)別。
在大批量生產(chǎn)中，既要解決工件的質(zhì)量問題，又要解決工件的產(chǎn)量問題。因此，在設(shè)計夾具時，應(yīng)采用高效、省力的夾具結(jié)構(gòu)。例如：采用各中動力源（如氣動、液動、電動等）實(shí)現(xiàn)夾具夾緊，減輕勞動強(qiáng)度；采用聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)和多件夾緊機(jī)構(gòu)，減少輔助時間；采用多工位分度裝置，使加工時間和輔助時間重合
大批生產(chǎn)中使用的夾具比較復(fù)雜，造價較高。為了便于設(shè)計的夾緊部件等，應(yīng)廣泛采用各種形式的通用動力部件，如標(biāo)準(zhǔn)汽缸。標(biāo)準(zhǔn)油缸、各種增壓器、通用的夾緊部件等，組成專用夾具。這是目前夾具設(shè)計中的一種新趨向。
在中小批生產(chǎn)中，采用夾具的主要目的是保證加工質(zhì)量和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能，以及便于多品種生產(chǎn)等。因此，對夾具機(jī)構(gòu)的主要，主要是精度和通用性，效率問題比較次要。所以應(yīng)盡量采用各種形式的通用夾具、可調(diào)夾具和組合夾具等配以適當(dāng)?shù)膶Ｓ酶郊?，以滿足生產(chǎn)要求。在設(shè)計專用夾具時，要充分采用部件及標(biāo)準(zhǔn)元件，以提高夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
夾具的結(jié)構(gòu)簡圖如下:
3.夾具使用說明:
先用螺栓把壓板固定夾具體上,這壓板下面有方槽可以讓V形塊通過，再把螺桿放到壓板的槽里，最后把活動V形塊用螺桿旋進(jìn)去通過方槽,這V形塊是由無軸向移動的螺桿并鎖緊（利用臺虎鉗原理）.再把整個夾具放到機(jī)床工作臺上,用夾具體上的U形槽對準(zhǔn)機(jī)床的T形槽.用螺栓和壓板把夾具體固定在機(jī)床上. 當(dāng)加工零件時,把零件放到夾具體上,用一面二銷的方法把零件固定在夾具上,.再通過旋轉(zhuǎn)螺紋桿調(diào)節(jié)V形滑塊移動。夾緊零件.夾緊力的大小通過手工來調(diào)節(jié)。當(dāng)零件在機(jī)床上加工完成后,再通過旋轉(zhuǎn)螺紋桿使其與V形滑塊分開,再用手去輕輕松動滑塊,使零件能從夾具體上拿下來,在用同樣的方法加工下一個零件.
四 毛坯的選擇
一、該零件材料為40Cr,齒輪的內(nèi)孔Φ195和外圓直徑Φ750.14,都是直徑比較大的圓,又由題目的生產(chǎn)綱領(lǐng)為3000件/年,由參考文獻(xiàn)表5.6(劃分生產(chǎn)類型的參考數(shù)據(jù))可知該零件批量生產(chǎn)為大批量生產(chǎn),毛坯應(yīng)選用鍛造。毛坯的鍛造方法用模鍛。
二、模鍛鍛件機(jī)械性能較好,有較高的強(qiáng)度和沖擊韌性,但是毛坯的形狀不宜復(fù)雜,如軸類和齒輪類零件的毛坯常用鍛造。
三、鍛造毛坯的工藝特點(diǎn)
參考文獻(xiàn)[1]表9-1,常用毛坯的制造方法與工藝特點(diǎn)：
精度等級(IT)
毛坯尺寸公差
/mm
表面粗糙度
Ra/um
生產(chǎn)率
其他
12-14
0.2-2
12.5
高
鍛件力學(xué)性能好,強(qiáng)度高
四、參考機(jī)械制造加工工藝手冊表1-26各主要加工表面的加工余量如下：
加工表面
基本尺寸
(mm)
加工余量
(mm)
說明
齒輪外圓
Φ750
4
車床加工
齒輪內(nèi)孔
Φ195
4
車床加工
齒輪小端面
185
2
車床加工
齒輪大端面
142
3
車床加工
五、主要毛坯尺寸及公差：
主要面尺寸
零件尺寸
總余量
毛坯尺寸
齒坯外圓
Φ750
4
Φ754
齒坯內(nèi)圓
Φ195
4
Φ191
齒坯小端面
185
4
189
齒坯大端面
142
3
145
五 工藝規(guī)程的設(shè)計
一、定位基準(zhǔn)的選擇
在零件的加工過程中,合理的選擇定位基準(zhǔn)對保證零件的尺寸精度和位置度有著決定性的作用。
1. 粗基準(zhǔn)的選擇原則：
（1）盡量選擇不要求加工的表面作為粗基準(zhǔn).這樣可使加工表面與不加工表面之間的位置誤差量最小,同時還可以在一次裝夾中加工出更多的表面。
（2）若零件的所有表面都要加工,應(yīng)選擇加工余量和公差最小的表面作為粗基準(zhǔn).這樣可保證作為粗基準(zhǔn)的表面在加工時,余量均勻。
（3）選擇光潔 、平整、面積足夠大、裝夾穩(wěn)定的表面作為粗基準(zhǔn)。
（4）粗基準(zhǔn)一般只在第一到工序中用,以后應(yīng)避免重復(fù)使用。
2．精基準(zhǔn)的選擇原則:
① 基準(zhǔn)重合的選擇原則。盡可能的用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),這樣可避免因定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差,以保證加工表面與設(shè)計基準(zhǔn)間的位置精度。
② 基準(zhǔn)同一原則.一盡可能多的表面加工都用同一個定位基準(zhǔn),這樣有利于保證各加工面之間的位置精度。
③ 選擇面積大、精度較高、安裝穩(wěn)定的表面作為精基準(zhǔn),而且所選的基準(zhǔn)使夾具結(jié)構(gòu)簡單,裝夾和加工方便。
綜合上面的粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇原則,為使基準(zhǔn)同一和基準(zhǔn)重合,齒輪加工時常選內(nèi)孔和端面作為精基準(zhǔn)加工外圓和齒輪,用作精基準(zhǔn)的端面和內(nèi)孔要在一次裝夾中加工出來以保證兩者之間的垂直度,但是在加工大型齒輪時可用外圓作找正基準(zhǔn),但此時應(yīng)保證內(nèi)孔與外圓同軸。所以加工本設(shè)計齒輪用齒輪外圓和端面作為粗基準(zhǔn),用內(nèi)孔和端面作為精基準(zhǔn)。
二、裝夾方法
在加工齒輪時在滾齒機(jī)上一般用心軸裝夾,滾齒心軸夾具見下圖:
三、加工工藝問題
(1)、基準(zhǔn)修正
齒形表面淬火后,內(nèi)孔會受到影響而變形:一般的孔直徑會縮小0.01-0.05mm,因此淬火后應(yīng)安排精基準(zhǔn)修正工序.修正的方法有推孔和磨孔,也可以用鏜孔。推孔是用推刀進(jìn)行的,用壓力機(jī)將推刀強(qiáng)行從孔中間推過既可。此法生產(chǎn)率較高,一般不要留推孔余量。對精度要求較高的或是淬硬后的孔、直徑大而短的孔則應(yīng)采用,磨孔工藝,磨孔必須留有磨削余量。
(2)、齒輪加工方案
保證齒輪精度是齒輪加工的主要工藝問題,輪齒的加工方案主要取決于加工精度和熱處理要求。
根據(jù)各個加工精度等級的加工方案如下:
① 8級以下精度的齒輪多采用:滾(插)齒→齒端加工→熱處理→修正內(nèi)孔。因熱處理后的齒面不再加工,為彌補(bǔ)熱處理變形,熱處理前的齒形加工精度應(yīng)比設(shè)計圖紙上的精度要求要提高一級。
② 6-7級精度的齒輪有兩個方案。剃-珩方案:滾(插) →齒端加工→剃齒→表面淬火→修正基準(zhǔn)→珩齒。此方案生產(chǎn)率高、設(shè)備簡單、成本較低,一般用于6級精度或熱處理變形較大時。
③ 5級以上精度的齒輪采用的方案為粗滾(插)齒→精滾(插)齒→齒端加工→淬火→修正基準(zhǔn)→粗磨齒→精磨齒。此方案精度最高,但成本高,生產(chǎn)率最低。
參考文獻(xiàn)<<金屬工藝學(xué)>>表2.3.2齒形加工方案,得出各方案所達(dá)到的齒面加工質(zhì)量如下表:
加工方案
精度等級
齒面的表面粗糙度Ra/mm
適用范圍
成形法銑齒
9級以下
6.3～3.2
單件小批生產(chǎn)中加工直齒和螺旋齒輪及齒條
展
成
法
滾齒
8～7
3.2～1.6
各種批量生產(chǎn)中加工直齒、斜外嚙合圓柱輪和蝸輪
插齒
8～7
1.6
各種批量生產(chǎn)中加工內(nèi)外圓柱齒輪、雙聯(lián)齒輪等
剃齒
7～6
0.8～0.4
大批量生產(chǎn)中滾齒或插齒后未經(jīng)淬火的齒輪精加工
珩齒
7～6
1.6～0.4
大批量生產(chǎn)中高頻淬火硬齒形的精加工
磨齒
6～3
0.8～0.2
單件小批生產(chǎn)中淬硬或不淬硬的精加工
研齒
0.4～0.2
淬硬齒輪的齒形精加工,可有效地減小齒面的Ra 值
由設(shè)計圖紙給出的加工精度和熱處理要求確定齒輪的加工方案如下:
滾齒→熱處理→修正基準(zhǔn)→剃齒
(3)、熱處理的安排
由設(shè)計圖紙上的技術(shù)要求,熱處理工序在工藝過程中的安排如下：
正火 調(diào)質(zhì) 表面滲碳淬火及低溫回火
↓ ↓ ↓
毛坯 → 粗加工 → 半精加 → 精加工
①正火。大多數(shù)鍛件都要經(jīng)過正火處理,一般安排在毛坯制造和粗加工之間,以改善金屬的機(jī)械切削性能。
②調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)可獲得良好是機(jī)械性能,調(diào)質(zhì)后仍可用刀具進(jìn)行加工,因而一般安排在粗精加工與半精加工之間,這樣有助于消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
③滲碳。經(jīng)滲碳后表層與心部含碳量相差明顯,表現(xiàn)出表面硬、耐磨和心部韌性和朔性好的特點(diǎn)。滲碳后的工件一般要經(jīng)過淬火和低溫回火處理,使表面層有回火馬氏體結(jié)構(gòu)和消除滲碳過程中形成的粗晶粒結(jié)構(gòu)。
④淬火。這種方法是快速加熱使工件表層奧氏體化,不等心部組織發(fā)生變化,立即快速冷卻,表層起到淬火作用,其結(jié)果是表層獲得馬氏體組織,而心部仍然保持朔性,韌性均勻的組織,工件各部都能滿足使用要求。
⑤低溫回火。經(jīng)過低溫回火的工件的硬度沒有發(fā)生大的變化(HRC60左右),但是應(yīng)力減少了很多。
(4)、制定工藝路線
根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，確定各表面的加工方法如下：
齒坯外圓：粗車－精車；
齒坯端面：由設(shè)計圖紙上的要求，齒坯的小端面的表面粗糙度要求是1.6，而大端面的表面要求較低，但是在加工齒輪的整個過程中都要用到端面作為精基準(zhǔn)，所以端面的加工方法為：先粗車后精車，同時也可以保證尺寸21.5；
內(nèi)孔：由于毛坯采用的是鍛造的，所以內(nèi)孔先經(jīng)過粗車，精車后再用鏜孔的方法加工以保證它的精度等級表面質(zhì)量1.6和跳動精度控制在0.056；
齒行的加工：先滾齒，精度等級還不能達(dá)到，而且熱處理后內(nèi)孔回縮小，所以要基準(zhǔn)修配，然后在經(jīng)過精加工用鏜孔的方法來保證齒形的精度等級。
綜合上面的分析，工藝路線確定如下：
序號
工 序 內(nèi) 容
1
鍛造毛坯
2
熱處理－正火
3
粗車各外形
4
調(diào)質(zhì)
5
精車各部分
6
滾齒
7
齒端加工－倒角
8
鉗工－去毛刺
9
熱處理－齒面滲碳淬火及低溫回火處理
10
鉗工－劃鍵槽加工線
11
插鍵槽
12
鉆通孔
13
攻絲
14
磨端面
15
鏜孔
16
剃齒
17
檢驗(yàn)
（5）、選擇加工設(shè)備及刀具
由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜以通用機(jī)床為主，輔以少量專用機(jī)床。其生產(chǎn)方式為以通用機(jī)床加工專用夾具為主，輔以少量專用機(jī)床的流水生產(chǎn)線。工件在各機(jī)床上的裝卸及各機(jī)床之間的傳送均由人工完成。
車床的選擇：
根據(jù)設(shè)計圖紙上的設(shè)計尺寸，最大外徑為Φ750.14加上加工余量，其直徑比較大．查＜＜機(jī)械加工工藝設(shè)計手冊＞＞一般的車床難以加工，由手冊表４-２立式車床，選擇立式車床Ｃ512-1A，其技術(shù)規(guī)格如下表：
技術(shù)指標(biāo)
C512
垂直度刀架加工最大直徑
1250
倒刀架加工最大直徑
1120
工件最大高度
900
工件最大質(zhì)量（Ｔ）
2
工作臺直徑
1030
工作臺轉(zhuǎn)速
7.5-150
刀架數(shù)量：水平
垂直
1
1
垂直刀架最大行程：水平
垂直
630
690
垂直刀架最大回轉(zhuǎn)角
40
滾齒機(jī)的選擇:
由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊>>表4-25滾齒機(jī),選擇Y31125型滾齒機(jī),其技術(shù)規(guī)格如下:
技術(shù)規(guī)格
Y31125
加工齒輪最大直徑:
用外支架時
不用支架時
-
1250
加工斜齒輪最大直徑:
當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為30°時
當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為60°時
-
-
加工齒輪最大寬度:
550
加工齒輪最大模數(shù):
12
加工齒輪最大螺旋角:
-
滾刀最大直徑:
200
滾刀心軸最大直徑:
27、32、40
剃齒機(jī)的選擇:
由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊>>選擇剃齒機(jī)Y42125,其技術(shù)要求如下表:
技術(shù)規(guī)格
Y42125
加工齒輪直徑:外嚙合
內(nèi)嚙合
200-1250
600
加工齒輪模數(shù)
2-8
加工齒輪寬度
200
剃齒刀直徑
300
剃齒刀寬度
-
刀架最大回轉(zhuǎn)軸
20°
工件與剃齒刀的中心距
140-770
鏜床的選擇:
由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊>>選擇鏜床T616,最大加工直徑為240mm。
(6)、加工工序設(shè)計
①、工序3粗車毛坯外圓與工序5精車外圓
查參考文獻(xiàn)<<金屬實(shí)習(xí)>>表9-5機(jī)械加工的工序余量,粗車的工序余量為1.5～4mm,取余量為2mm,精車的加工余量為0.2～2.5mm,取精加工精度Z=2,已經(jīng)知道毛坯外圓的加工余量為4,故粗加工余量Z=4-2=2mm由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造加工設(shè)計手冊>>立式車床的進(jìn)給量f=1.5～2.0mm取f=2.0(mm/r),粗車走刀一次a=2.0mm.由設(shè)計手冊得粗車加工的公差等級為IT13～I(xiàn)T11,取IT11,T=0.4mm;精加工的公差等級為IT8～I(xiàn)T7,取IT=0.063;所以X=7540.2,精加工后的尺寸為752
校核加工余量Z:
Z=X-X
=(754-0.4)-752
=1.6<2
故余量足夠.
機(jī)床的校核:
粗車工序3:由參考文獻(xiàn)取粗車進(jìn)給量為0.2m/r,粗車走刀一次a=2mm,由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊>>取270r/mm,故切削速度為:V==3.14*
754*270/1000=206
查<<機(jī)械制造技術(shù)>>表2.1得
單位切削力P=1962N/mm
F=P*A=1962*0.3*2=1177.2
P==1172*206*10/60=4.02KW
由參考文獻(xiàn)得C512-1A的功率為28KW,取機(jī)床的效率為0.85則28*0.85=23.8>4.02
所以機(jī)床的功率滿足。
②、車端面
精車的加工余量為0.5～2.5,取Z=2mm,已經(jīng)知道總的加工余量為4,故粗加工余量為Z=4-2=2mm,精加工端面以內(nèi)孔外圓定位。
X=1420.12 故
X=1440.2
校核加工余量:
Z=143.8-142.12=1.68mm<2mm
故加工余量足夠。
③、鏜內(nèi)孔
由設(shè)計手冊得精鏜的加工余量為0.5～1.32,由設(shè)計圖紙得鏜孔后的尺寸既為設(shè)計尺寸,Φ189H7()精車后的內(nèi)孔尺寸為Φ195H8()
校核加工余量:
Z=195-194.903=0.097(mm)<1.32故加工余量足夠。
④、插鍵槽
由設(shè)計圖紙得,內(nèi)孔直徑為Φ195H8(),鍵槽到孔底的尺寸為204.4-,建立尺寸鏈如圖,設(shè)鍵槽加工余量為A,
A=204.4為增量;
A=195
所以 A=204.4.4-195=9.4
上偏差: ES=0.3-0=+0.3
下偏差: EI=0-0.046=-0.046
所以加工工序尺寸A=9.4。
⑤、鉆孔、攻絲
由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計>>手冊表9-7普通螺紋基本尺寸(摘自GB/T146-1981):
公稱直徑
螺距
中徑
小徑
16
1.5
15.026
14.376
查<<機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊>>表5-8鑲硬金屬刀片鉆頭,選擇型號為:d=13～13.8 L=170 l=115 的鉆頭。
查<<機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊>>表5-30公制細(xì)牙機(jī)用絲錐選擇如下:
d×t
L
l
d
M16×1.5
80
28
12.5
六 填寫機(jī)械加工工藝過程卡和機(jī)械加工工序卡
(機(jī)械加工工藝過程卡和工序卡見附圖)
四. 零件的設(shè)計及加工步驟:
(一)零件的造型設(shè)計:
該零件的造型采用Pro/E軟件. 該軟件包括三維實(shí)體造型.零件裝配.加工仿真.NC自動編程.有限元分析.模具設(shè)計.鈑金設(shè)計.電路布線.管路裝配設(shè)計等模塊. 主要特點(diǎn)是參數(shù)化特征造型,使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫,即設(shè)計參數(shù)有一處修改,別的模塊中相應(yīng)的圖形和數(shù)據(jù)都會自動更新.因此很適合本課題設(shè)計的零件造型。
1.曲線的生成: 該零件的參數(shù)方程為: X=2.5*(cos(t)+t*sin(t))
Y=2.5*(sin(t)-t*cos(t)) Z=18.874311-t*t/15.70795
不過根據(jù)該零件的實(shí)際形狀此曲線方程需要轉(zhuǎn)換. 轉(zhuǎn)換后的曲線方程為:
X=2.5*(cos(t*900)+t*6*pi*sin(t*900))
Y=2.5*(sin(t*900)-t*6*pi*cos(t*900))
Z=18.874311-t*6*pi*t*6*pi/15.70795
打開Pro/E2001軟件, 繪制該三維曲線. 點(diǎn)擊插入一個基準(zhǔn)曲線——從方程——完成——選取坐標(biāo)系——笛卡兒——輸入曲線方程——保存——確定，生成曲線如圖1所示：
2、進(jìn)行可變截面掃描：單擊特征——創(chuàng)建——加材料——高級——可變截面掃描——完成——軸心方向——完成——選FRONT——（原始軌跡）選取軌跡（選曲線）——（軌跡）選取軌跡（選曲線）——完成——開放終點(diǎn)——原始點(diǎn)——確定。畫截面，結(jié)果生成如圖2所示：
3、通過用減切材料對所畫漸開線螺旋槽進(jìn)行修整。再通過加減材料和螺旋掃描等方法繪制其余部分。結(jié)果生成完整的實(shí)體如圖3所示：
由于該軟件存在的缺陷，所以選擇Mastercam來進(jìn)行后處理加工，這樣就需要該實(shí)體文件以igs形式保存
（二）、零件的Mastercam 后處理加工：
打開以igs保存的文件，根據(jù)工藝工序，刀具，零件材料等設(shè)置相關(guān)參數(shù)，選擇合理的曲面加工方式進(jìn)行模擬加工。
這里需要指出的事：之所以沒有采用Pro/E軟件進(jìn)行后處理，而大費(fèi)周章的去選擇Mastercam軟件，不僅僅是因?yàn)镻ro/E軟件本身的缺陷，更加重要的是Mastercam軟件模擬加工功能強(qiáng)大，并且后處理的程序，仿真系統(tǒng)能識別。
1.選擇刀具路徑-----工作設(shè)定來設(shè)置工作的外形尺寸.
2.通過刀具路徑-----曲面加工-----粗加工-----挖槽加工-----設(shè)置參數(shù)
3.通過操作管理中的實(shí)體驗(yàn)證來進(jìn)行模擬加工. 具體模擬驗(yàn)證如下圖:
模擬結(jié)束后通過后處理把程序?qū)С霾⒈４?
漸開線螺旋槽的數(shù)控加工程序如下:
(三).零件宏程序編制:
漸開線渦輪數(shù)控加工程序分析
根據(jù)加工的難易程度，對漸開線螺旋槽我們所學(xué)的知識根本無法編程，再說我們也沒有必要去編寫那種程序，我們可以通過Mastercam軟件，后處理獲得，由于這部分程序是軟件自動生成，沒有可讀性，所以這里暫不作說明。我們選擇橢圓槽的程序進(jìn)行相關(guān)說明。
1、加工方面
加工橢圓槽20*30 深度8mm
2. 編程
根據(jù)現(xiàn)有的程序指令，并沒有專門針對橢圓編程的指令，
而宏程序指令適合拋物線,橢圓,雙曲線等沒有插補(bǔ)指令的曲線編程，以選擇宏程序指令。
此外據(jù)我所知華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)為用戶配備了強(qiáng)有力的類似于高級語言的宏程序功能,用戶可以使用變量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算,邏輯運(yùn)算和函數(shù)的混合運(yùn)算,此外宏程序還提供了循環(huán)語句,分支語句和子程序調(diào)用語句,利于編制各種復(fù)雜的零件加工程序
采用宏指令編寫橢圓槽加工程序，根據(jù)所學(xué)的知識，橢圓的曲線方程為：(X×X)/(a×a)+(Y×Y)/(b×b)=1
令：X=a×COSt Y =b×Sint
由上圖得 a=30 b=20
3、程序及注釋
%0001
#0=3 (定義刀具半徑R值)
#1=15 (定義a值)
#2=10 (定義b值)
#3=0 (定義步距角α的初值,單位:度)
N1 G54 X0 Y0 Z10
N2 G00 X[#0+#1] Y[#0+#2]
N3 G01 Z-3 F200 (分三刀加工深度到8)
N4 G41 G01 X[#1]
N5 WHILE [#3 GE [-360]] D01
N6 G01 X[#1*COS[#3*PI/180]] Y[#2*SIN[#3*PI/180]]
N7 #3=#3-0.5
END1
G01 G91 Y[-#0]
G00 Z10
M30
八、數(shù)控仿真系統(tǒng)的驗(yàn)證：
數(shù)控仿真系統(tǒng)主要驗(yàn)證漸開線螺旋槽數(shù)控加工。
具體操作步驟如下；
1、選擇機(jī)床與控制系統(tǒng)
根據(jù)工藝和仿真軟件的局限性，機(jī)床選擇標(biāo)準(zhǔn)銑床，控制系統(tǒng)選擇華中數(shù)控。
2、機(jī)床回零，裝夾工件
數(shù)控機(jī)床，開機(jī)后 都要回零。在裝夾工件時注意定位，夾緊。
在界面中放開急停按鈕，然后分別對各軸進(jìn)行回零設(shè)置，使回零指示燈亮
定義毛坯、選擇夾具、放置零件—單擊菜單→【零件】進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。
3、對刀和建立工件坐標(biāo)系
X軸和Y軸的校對用基準(zhǔn)工具來進(jìn)行校對。Z軸才用刀具本身配合塞尺來對， 對刀中 分別把X、Y的坐標(biāo)記下，進(jìn)行相應(yīng)的換算，我們把工件坐標(biāo)系設(shè)立在零件上表面的中心。
4、程序的傳送和檢查
把Mastercam后處理出來的NC文件調(diào)進(jìn)來，并進(jìn)行檢驗(yàn)
5、模擬仿真加工
其仿真結(jié)果如下圖：
6、項(xiàng)目保存
保存NC程序、控制箱、機(jī)床參數(shù)。
要注意的是在對零件的加工中，我們不可能只用一把刀加工，而這是數(shù)控銑床，沒有刀庫。也就要我們?nèi)斯Q刀時，并且Z軸要重新對刀。因?yàn)槊恳话训兜拈L度是不一樣的。
九其它方面說明
1、夾具設(shè)計方面：
根據(jù)所學(xué)的知識，查設(shè)計手冊等來設(shè)計夾具。但由于個人能力差異，考慮的不夠全面，存在著不經(jīng)濟(jì)，不合理等。
就從定位方面來說：雖然定位有很多種，但這并不意味著他沒有缺點(diǎn)。我們知道為了達(dá)到加工零件的尺寸要求，必然要提高定位元件的尺寸精度，這對夾具的加工和設(shè)計都帶來了麻煩。甚至要有些時候要清楚的計算出定位誤差，以保證零件加工的合格尺寸。
2、仿真加工方面
數(shù)控模擬仿真是比較常見的一種對加零件工程序進(jìn)行檢驗(yàn)的軟件，但是它也存在缺陷，對工藝參數(shù)，如主軸轉(zhuǎn)速，表面粗糙度，刀具的吃刀深度等都無法驗(yàn)證。我們知道如果在真實(shí)的數(shù)控加工中上面所提到的加工參數(shù)，對加工出來的零件質(zhì)量的好壞是有直接影響的。
參 考 文 獻(xiàn)
1、程叔重 數(shù)控加工工藝 2003年8月 浙江大學(xué)出版社
2 張耀宸 機(jī)械加工工藝設(shè)計手冊 1987年12月 航空工業(yè)出版社
3 楊黎明 機(jī)床夾具設(shè)計手冊 1996年 國防工業(yè)出版社
4 胡家秀主編 簡明機(jī)械零件設(shè)計實(shí)用手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 1999年10月
5 胡家秀《簡明機(jī)械零件設(shè)計實(shí)用手冊》北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1999年10月
6、孫祖和 《Mastercam設(shè)計和制造范例解析》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2003年1月
7、梁國元 《Pro/E軟件教程》 人民郵電出版社 2005年
畢 業(yè) 設(shè) 計 小 結(jié)
轉(zhuǎn)眼間，為期8周的畢業(yè)設(shè)計也即將結(jié)束了，也意味著大學(xué)生活即將結(jié)束了。
此次畢業(yè)設(shè)計主要是設(shè)計“漸開線渦輪數(shù)控工藝及加工”，設(shè)計的內(nèi)容比較綜合。它主要是利用我們所學(xué)的知識進(jìn)行綜合利用，把這個零件加工起來，也是對我們在學(xué)校里學(xué)的知識的一種考驗(yàn)，雖然這個零件看似簡單，但具體想下也有它的難點(diǎn)，所以要盡心盡力把它做到最好。
回想8周的畢業(yè)設(shè)計，感覺又學(xué)了不少知識，時間雖然不是很緊張，但是凡事都是相對的，太寬裕的時間會帶來思想上的懶惰，會無意之間形成一種惰性，總覺得反正時間還早呢，就放慢了設(shè)計的進(jìn)度，到最終導(dǎo)致的結(jié)果可能就是設(shè)計思路不完善，設(shè)計任務(wù)完成的不徹底。
我們的畢業(yè)設(shè)計按照設(shè)計任務(wù)書上的進(jìn)度來完成，由于前兩個星期只做開題報告，所以時間算是寬裕了，但我們在思想上并沒有重視，還整天在閑逛玩游戲，直到最后最后幾天才趕上開題報告。
從中我懂了一些道理，只要按照任務(wù)書上來，下周完什么，接著完成什么，反而覺得時間不怎么緊。我們不要想著馬上搞出來，而所需面對的是今天是什么任務(wù)，并且按時完成，這樣也比較有明確的思路。
本次畢業(yè)設(shè)計是在要求掌握三維造型、數(shù)控加工及工藝的基本知識的基礎(chǔ)上，借助Pro/E軟件進(jìn)行三維造型采用Master CAM軟件進(jìn)行加工，再導(dǎo)入仿真模擬加工，在這次的畢業(yè)設(shè)計過程中了解使用軟件完成造型設(shè)計和加工的整個過程，掌握對數(shù)控加工工藝及數(shù)控模擬加工，為將來從事數(shù)控工作打下基礎(chǔ)。
學(xué)校里也有多次課程設(shè)計，但現(xiàn)在自己獨(dú)立用起來卻發(fā)現(xiàn)是那么的空虛。針對這次設(shè)計還想不出比較好的方案去加工看似來很簡單的零件圖，估計是人人都能看懂，但加工卻不是怎么方便，主要的是漸開線螺旋槽和橢圓槽。還是照著任務(wù)書上來吧，先把零件三維造型造出來，按照進(jìn)度完成。對于三維實(shí)體造型，，還是用比較熟悉的Pro/E來下畫，所謂的熟悉僅僅是因?yàn)槲翌^腦里還有它的存在。其實(shí)軟件這種東西不用真的會談忘，所謂真真的軟件高手都是自己玩出來的。在什么樣的環(huán)境下，受什么樣的約束，只有慢慢的研究才能繪制出你想要的東西，。我們學(xué)的都是最基本的，而這個零件的難點(diǎn)就是那條曲線，只要認(rèn)真仔細(xì)的研究困難也就解決了。再拿起任務(wù)書來看看三維實(shí)體有了，再想怎么加工。PROE軟件本身是有后處理，的確可以用來加工。但是由于我們用的都是盜版，不支持后處理，或者就算后處理出來的NC程序數(shù)控仿真無法識別，所以Pro/E用igs 格式保存，保存好了后用Master CAM軟件能識別的文件形式保存。然后用它打開。對其進(jìn)行加工設(shè)置、實(shí)體驗(yàn)證，最后導(dǎo)出NC程序。
如今，畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容也已經(jīng)完成的差不多了。再回顧這8周，其實(shí)感想還是有很多的，以往也進(jìn)行過多次課題設(shè)計，但是都沒有此次設(shè)計正式規(guī)范。由于是畢業(yè)設(shè)計，大家心里都多了幾分擔(dān)憂，因?yàn)殛P(guān)系著畢業(yè)，馬上就要告別大學(xué)生活了，進(jìn)入完全陌生的另一個環(huán)境，還不知道以后應(yīng)該以怎樣的態(tài)度面對，更不知道以后的生活會發(fā)生什么變化。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的完成，也就變相意味著大學(xué)生活的結(jié)束。接下來要工作了，一方面心里很期待，但是同時又很留戀大學(xué)的生活，說起來真的很矛盾。
最后一周的內(nèi)容是設(shè)計答辯，不知道是公開答辯還是指導(dǎo)老師提問。但是無論是哪一種，我相信自己都會全力以付，因?yàn)榇舜卧O(shè)計花了我大量的精力和心血，絕對不可以輸在最后。由于想的不完善，水平有限，本次設(shè)計過程存在缺點(diǎn)和不足之處，希望老師能提出寶貴的意見和改進(jìn)方法，不甚感激！最后感謝學(xué)校的老師能提供畢業(yè)后最后一次總和實(shí)踐的機(jī)會，為我們的畢業(yè)走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)！盡管這次設(shè)計的時間是漫長的,過程是曲折的,但還是在老師和同學(xué)的幫助下完成了任務(wù)。對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力。在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn),沒有感性的認(rèn)識,空有理論知識,有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié)?？傮w來說,我覺得做這種類型的設(shè)計對我們的幫助的確是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中留露出自身的不足,以待改進(jìn)。
現(xiàn)在整個畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)搞好了，我也馬上要告別學(xué)校走向社會了。在往后的人生中，我會像在做畢業(yè)設(shè)計時一樣，腳踏實(shí)地，一步一個腳印走過去的，給自己將來的人生留下光輝的一頁。
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