刀架盒的數控加工【三維PROE】[CAD高清圖紙和文檔]

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河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術 學 院 畢 業(yè) 設 計 河南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 題目：刀架盒的數控加工 班 級： 04143班 姓 名： 李 新 征 專 業(yè)： 數控技術及應用 指導教師： 楊瑞蘭 答辯日期： 2007年6月20日 36 摘 要 數控技術及數控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標志。數控技術及數控機床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的產業(yè)結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。掌握現代數控技術知識是現代機電類專業(yè)學生必不可少的。 　數控機床在機械制造業(yè)中得到日益廣泛的應用（美國的數控機床已占機床總數的80% 以上），是因為它有效地解決了復雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足高質量、高效益和多品種、小批量的柔性生產方式的要求，適應各種機械產品迅速更新換代的需要，經濟效益顯著，代表著當今機械加工技術的趨勢與潮流，也是現代機械制造企業(yè)在市場競爭激烈的條件下生存與發(fā)展的必然要求。 本設計主要介紹了刀具盒的數控加工和編程及一些簡單的刀具和夾具的知識，和他們的選擇方法. 其中著重介紹刀具盒的數控加工工藝分析刀架盒工藝分析毛坯的分析與制作刀架盒加工方案的選擇與加工分析 關鍵詞：數控技術、加工工藝、數控編程、 目 錄 摘 要 （2） 1 緒 論 1.1數控技術實踐的重要性 (4) 1.2數控機床的組成及分類 (5) 1.3數控機床的特點 (6) 1.4本課題研究的主要內容 (7) 2 數控加工與編程分析 2.1 ?數控加工的工藝路線分析 (9) 2.2夾具、刀具的選擇及切削用量的確定 (10) 2.3 數控編程的有關問題 (16) 3 刀架盒工藝分析 3.1毛坯的分析與制作 (21) 4刀架盒加工方案的選擇與加工分析 (24) 5 結論與展望 (31) 致 謝 (32) 參考文獻 (33) 畢業(yè)設計任務書 (63) 1　緒論 1.1 數控技術實踐的重要性 　隨著科學技術的飛速發(fā)展，社會對機械產品的結構、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產品的比重越來越大（目前已占到70%以上），傳統(tǒng)的通用、 專用機床和工藝裝備已經不能很好地適應高質量、高效率、多樣化加工的要求，因而，以微電子技術和計算機技術為基礎的數控技術，將機械技術、現代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網絡通信技術和成組技術等有機地結合在一起，使機器制造行業(yè)的生產方式和機器制造技術發(fā)生了深刻的、革命性的變化。 　　當今機床行業(yè)的計算機數控化已成為技術進步的大趨勢。數控機床是電子信息技術和傳統(tǒng)機械加工技術結合的產物，它集現代精密機械、計算機、通訊、液壓氣動、光電等多學科技術為一體，具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點，是當代機械制造業(yè)的主流裝備。數控機床大大提高了機械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機床無法處理的復雜零件）。有效提高了加工質量和效率，實現了柔性自動化（相對于傳統(tǒng)技術基礎上的大批量生產的剛性自動化），并向智能化、集成化方向發(fā)展。所以，可以毫不夸張地說，（計算機）數控技術，是現代先進制造技術的基礎和核心。 　　數控機床在機械制造業(yè)中得到日益廣泛的應用（美國的數控機床已占機床總數的80% 以上），是因為它有效地解決了復雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足高質量、高效益和多品種、小批量的柔性生產方式的要求，適應各種機械產品迅速更新換代的需要，經濟效益顯著，代表著當今機械加工技術的趨勢與潮流，也是現代機械制造企業(yè)在市場競爭激烈的條件下生存與發(fā)展的必然要求。 1.2 數控機床的組成及分類 1.2.1、數控機床的組成 　　數控機床一般由輸入輸出設備、CNC裝置（或稱CN C單元）、 伺服單元、驅動裝置（或稱執(zhí)行機構）、可編程控制器 PLC 及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。圖 1-1是數控機床的組成框圖。 其中除機床本體之外的部分統(tǒng)稱為計算機數控(CNC)系統(tǒng)。 圖1-1 數控機床的組成框圖 1.2.2、常見的數控機床的類型 數控機床是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的，各種類型的數控機床基本上起源于同類型的普通機床，從應用角度出發(fā)，常見的數控機車有以下幾種： （1）數控車床 數控車床分為立式和臥式兩種。立式數控車床用于回轉直徑較大的盤類零件的車削加工，臥式數控車床用于軸向尺寸較長或小型盤類零件的車削加工。 （2） 數控銑床 數控銑床按機構形式可以分為立式、臥式、龍門銑床，按控制軸數可以分為三軸、四軸和多軸數控銑床。 加工中加工中心可分為車削加工中心和銑削加工中心。 （3）車削加工中心 車削加工中心是在普通臥式數控車床的基礎上，增加了C軸（刀具的旋轉）和動力頭，更高級的車削加工中心還帶有刀庫。除工件旋轉運動外，車削加工中心還可控制刀具的縱向、橫向進給運動和旋轉運動，這使其加工能力大大的增強，除可以進行一般的車削加工外還可以進行徑向和軸向銑削以及中心線不在零件回轉中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。 （4）銑削加工中心 銑削加工中心是在數控銑床的基礎上增加了刀庫和自動換刀裝置刀庫可容納16~100把左右的刀具。由于具有自動換刀功能，工件一次裝夾后，加工中心能自動的完成或接近完成工件各面的所有加工工序。銑削加工中心按結構形式可分為立式加工中心和臥式加工中心。 1.3 數控機床的特點 與普通機床相比，數控機床具有以下特點。 1.3.1、適應性強 　　由于數控機床能實現多個坐標的聯動，所以數控機床能完成復雜型面的加工，特別是對于可用數學方程式和坐標點表示的形狀復雜的零件，加工非常方便。當改變加工零件時，數控機床只需更換零件加工的NC程序，不必用凸輪、靠模、樣板或其它模具等專用工藝裝備，且可采用成組技術的成套夾具。因此，生產準備周期短，有利于機械產品的迅速更新換代。所以，數控機床的適應性非常強。 1.3.2、加工質量穩(wěn)定 　　對于同一批零件，由于使用同一機床和刀具及同一加工程序，刀具的運動軌跡完全相同， 且數控機床是根據數控程序自動進行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件加工的一致性好且質量穩(wěn)定。 1.3.3、生產效率高 　　數控機床上可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了機動工時。還有自動換速、自動換刀和其他輔助操作自動化等功能，使輔助時間大為縮短，而且無需工序間的檢驗與測量，所以，比普通機床的生產率高3～4倍甚至更高。 　　數控機床的主軸轉速及進給范圍都比普通機床大。目前數控機床的最高進給速度可達到100m/min以上，最小分辨率達0.01μm。 一般來說，數控機床的生產能力約為普通機床的三倍，甚至更高。數控機床的時間利用率高達90%，而普通機床僅為30%～50% 。四、加工精度高 　　數控機床有較高的加工精度，一般在0.005～0.1mm之間。數控機床的加工精度不受零件復雜程度的影響，機床傳動鏈的反向齒輪間隙和絲杠的螺距誤差等都可以通過數控裝置自動進行補償，其定位精度比較高，同時還可以利用數控軟件進行精度校正和補償。五、工序集中，一機多用 　　數控機床特別是帶自動換刀的數控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺數控機床可以代替數臺普通機床。這樣可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的運輸、測量和裝夾等輔助時間，還可以節(jié)省車間的占地面積，帶來較高的經濟效益。 　　加工中心的工藝方案更與普通機床的常規(guī)工藝方案不同，常規(guī)工藝以“工序分散”為特點，而加工中心則以工序集中為原則，著眼于減少工件的裝夾次數，提高重復定位精度。 1.4本課題研究的主要內容 1.4.1本課題研究數控機床的加工 數控機床和普通機床不同,整個加工過程中不需要人的操作,而由程序來進行控制.在數控機床上加工零件時,首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數、計算刀具中心運動軌跡及其位置數據：然后把全部工藝過程以及其他輔助功能（主軸的正轉與反轉、切削液的開與關、變速、換刀等）按動動順序，用規(guī)守的指令代碼及程序格式編制成數控加工程序，經過調試后記錄在控制介質（或稱程序載體）上；最后輸入到數控機床的數控裝置中，以此控制數控機床不完成工件的全部加工過程。因此，把從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全過程稱為零件加工程序的編制。 數控編程一般人為手工編程和自動編程兩種。 （1）手工編程。手工編程是指程序編制的整個步驟幾乎全部是由計算機來完成。對于幾何形狀不太復雜的零件，所需要的加工程序不長，計算也比較簡單，出錯機會較少，這時用手工編程既及時性又經濟，因而手工編仍被廣泛地應用于形狀簡單的點位加工及平面輪廊加工中。但是工件輪廊復雜，特別是加工非輪廊曲線、曲面等表面，或工件加工程序較長時，使用手工編程將十分繁瑣、費時，而用容易出錯，常會出現在手工編程工作跟不上數控機床加工的情況，影響數控機床的開動率。此時必須用自動編程方法編制程序。 （2）自動編程。自動編程有兩種：APT軟件編程和CAM軟件編程。APT軟件是利用計算機和相應的處理程序、后置處理程序對零件源程序進行處理，以得到加工程序的編程方法。在具體的編程過程中，除擬定工藝方案仍主要依靠人工進行外（有些自動編程系統(tǒng)能自動確定最佳的加工工藝參數），其余的工作，包括數值計算、編寫程序單、作控制介質、程序檢驗等各項工件均有計算機自動完成。編程人員只需要根據圖樣的要求，使用數控語言編寫出零件加工的源程序，送入計算機，由計算機自動地進行數值計算、后置處理，編寫出零件加工程序單，并在屏幕模擬顯示加工過程，及時修改，直至自動突出數控加工紙帶，或將加工程序通過直接通信的方式送入數控機床，指揮機床工作。 MssterCAM軟件是將加工零件以圖形形式輸入計算機，由計算機自動進行數值計算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時修改，再通過后置處理形成加工程序輸入數控機床進行加工。自動編程的出現使的一些計算繁瑣、手工編程困難、或手工無法編出的程序都能夠實現。 本設計采用MssterCAM自動編程軟件進行數控編程和G代碼的生成相結合的方法對刀架盒的加工。如下： 2　數控加工與編程分析 2.1數控加工的工藝路線分析 通過《數控技術》課程的學習，我們已知道，數控加工是把編好的加工程序輸入數控裝置，數控裝置再將輸入的信息進行運算處理后轉換成驅動伺服機構的指令信號，最后由伺服機構控制機床的各種動作，自動地加工出零件。由此可看出，用數控機床加工零件，程序編制是一項重要的工作，它對有效利用數控機床起主要作用。數控加工的程序編制也稱數控編程，數控編程時，必須對零件進行分析，將加工零件的全部工藝過程、工藝參數、位移數據等以規(guī)定的代碼、程序格式寫出。我們在學習了數控編程的基本知識（坐標系的確定、基本數控指令、指令格式等）后，如何編制出適合某一數控機床的實用加工程序？這在編程前，必須對該數控機床的規(guī)格、性能、切削范圍、CNC系統(tǒng)所具備的功能、編程指令及指令格式等有較全面的了解，并將機床的運動過程、零件的工藝過程、切削用量和走刀路線等都編入程序，最后通過上機床進行加工模擬、試切加工等來驗證程序的正確性、合理性。 　　由此可以看出，數控編程是集工藝于程序中，且其實踐性很強。通過數控編程實驗這一章的學習，要求掌握數控編程的一般步驟、基本方法和常用編程技巧，學會數控機床的調整、參數設置和數控系統(tǒng)的基本操作等。 在數控加工中，刀具（嚴格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數值計算簡單，走刀路線盡量短，效率較高等。 2.2?夾具、刀具的選擇及切削用量的確定 2.2.1、夾具的選擇、工件裝夾方法的確定 （1）．夾具的選擇 　　數控加工對夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度；二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通?？紤]以下幾點： 1）盡量選用可調整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。 2）在成批生產時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。 3）裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。 4）夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 （2）．夾具的類型 　　數控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在帶可調卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉。 　　數控銑床上的夾具，一般安裝在工作臺上，其形式根據被加工工件的特點可多種多樣。如：通用臺虎鉗、數控分度轉臺等。 本設計所選擇的夾具平口虎鉗 （1）．刀具材料的選擇 ?? 當前使用的金屬切削刀具材料主要有五類：高速鋼、硬質合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金剛石。表5.2列出了各種刀具材料的特性和用途。 刀具材料的特性和用途 材料 主要特性 用途 優(yōu)點 高速鋼（HSS） 比工具鋼硬 低速或不連續(xù)切削 刀具壽命較長，加工的表面較平滑 高性能高速鋼 強韌、抗邊緣磨損性強 可粗切或精切幾乎任何材料，包括鐵、鋼、不銹鋼、高溫合金、非鐵和非金屬材料 切削速度可比高速鋼高，強度和韌性較粉末冶金高速鋼好 粉末冶金高速鋼 良好的抗熱性和抗碎片磨損 切削鋼、高溫合金、不銹鋼、鋁、碳鋼及合金鋼和其它不易加工的材料 切削速度可比高性能高速鋼高15％ 硬質合金 耐磨損、耐熱 可鍛鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁合金的精加工 壽命比一般傳統(tǒng)碳鋼高20倍 陶瓷 高硬度、耐熱沖擊性好 高速粗加工，鑄鐵和鋼的精加工也適合加工有色金屬和非金屬材料不適合加工鋁、鎂、鈦及其合金 高速切削速度可達5000m/s 立方氮化硼CBN 超強硬度和耐磨性好 硬度大于450 HBW材料的高速切削 刀具壽命長 聚晶金剛石 超強硬度和耐磨性好 粗切和精切鋁等有色金屬和非金屬材料 刀具壽命長 （2）．刀具的選擇 　　與普通機床加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷屑和排屑性能好；同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數控機床高效率的要求。數控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒度硬質合金）并使用可轉位刀片。 車削用刀具及其選擇，本設計所選擇的刀具為外圓車刀，φ6球頭銑刀. 1）銑刀半徑RD應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD=(0.8～0.9)Rmin 2）零件的加工高度H≤（1/4-1/6）RD，以保證刀具有足夠的剛度。 3）粗加工內輪廓時，銑刀最大直徑D可按下式計算（參見圖2-10）： 式中 D1——輪廓的最小凹圓角半徑； Δ——圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量； Δ1——精加工余量； j——圓角兩鄰邊的最小夾角。 4）用平底立銑刀銑削內槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r,如圖2-11 所示，即直徑為d=2 Re=2（R-r）,編程時取刀具半徑為Re=0.95（R-r）。 　　對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。如圖2-12所示。標準化刀具 目前，數控機床上大多使用系列化、標準化刀具，對可轉位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號；對于加工中心及有自動換刀裝置的機床，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規(guī)定，如錐柄刀具系統(tǒng)的標準代號為TSG—JT，直柄刀具系統(tǒng)的標準代號為DSG—JZ。 　　此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數據，并由操作者將這些數據輸入數據系統(tǒng)，經程序調用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。 （3）對刀點、換刀點的設置 　　工件裝夾方式在機床確定后，通過確定工件原點來確定了工件坐標系，加工程序中的各運動軸代碼控制刀具作相對位移。例如：某程序開始第一個程序段為N0010 G90 G00 X100 Z20 ，是指刀具快速移動到工件坐標下 X=100mm Z=20mm處。究竟刀具從什么位置開始移動到上述位置呢？所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。 　　在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是： 1）便于數值處理和簡化程序編制。 2）易于找正并在加工過程中便于檢查。 3）引起的加工誤差小。 　　對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上。例：以外圓或孔定位零件，可以取外圓或孔的中心與端面的交點作為對刀點。 　　實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。 　　加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。 2.2.3 切削用量的確定 　　數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。 （1）．主軸轉速的確定 　　主軸轉速應根據允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。其計算公式為： n=1000v/πD 式中 v----切削速度，單位為m/min，由刀具的耐用度決定； n-- -主軸轉速，單位為 r/min； D----工件直徑或刀具直徑，單位為mm。 　　計算的主軸轉速n最后要根據機床說明書選取機床有的或較接近的轉速。 （2）．進給速度的確定 　　進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。 　　確定進給速度的原則： 1）當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100～200mm/min范圍內選取。 2）在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50mm/min范圍內選取。 3）當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。 4）刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數控系統(tǒng)設定的最高進給速度。 （3）．背吃刀量確定 　　背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.2～0.5mm。 　　總之，切削用量的具體數值應根據機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。 2.3 數控編程的有關問題 數控機床各坐標軸按標準JB3051-82 <數控機床及其數控機械的坐標系和運動方向的命名方法> 確定后，還要確定坐標系原點的位置，這樣坐標系才能確定下來。依原點的不同，數控機床的坐標系統(tǒng)分為機床坐標系和工件坐標系。數控機床和普通機床不同,整個加工過程中不需要人的操作,而由程序來進行控制.在數控機床上加工零件時,首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數、計算刀具中心運動軌跡及其位置數據：然后把全部工藝過程以及其他輔助功能（主軸的正轉與反轉、切削液的開與關、變速、換刀等）按動動順序，用規(guī)守的指令代碼及程序格式編制成數控加工程序，經過調試后記錄在控制介質（或稱程序載體）上；最后輸入到數控機床的數控裝置中，以此控制數控機床不完成工件的全部加工過程。因此，把從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全過程稱為零件加工程序的編制。 2.3.1數控編程一般人為手工編程和自動編程兩種。 （1）手工編程。手工編程是指程序編制的整個步驟幾乎全部是由計算機來完成。對于幾何形狀不太復雜的零件，所需要的加工程序不長，計算也比較簡單，出錯機會較少，這時用手工編程既及時性又經濟，因而手工編仍被廣泛地應用于形狀簡單的點位加工及平面輪廊加工中。但是工件輪廊復雜，特別是加工非輪廊曲線、曲面等表面，或工件加工程序較長時，使用手工編程將十分繁瑣、費時，而用容易出錯，常會出現在手工編程工作跟不上數控機床加工的情況，影響數控機床的開動率。此時必須用自動編程方法編制程序。 （2）自動編程。自動編程有兩種：APT軟件編程和CAM軟件編程。APT軟件是利用計算機和相應的處理程序、后置處理程序對零件源程序進行處理，以得到加工程序的編程方法。在具體的編程過程中，除擬定工藝方案仍主要依靠人工進行外（有些自動編程系統(tǒng)能自動確定最佳的加工工藝參數），其余的工作，包括數值計算、編寫程序單、作控制介質、程序檢驗等各項工件均有計算機自動完成。編程人員只需要根據圖樣的要求，使用數控語言編寫出零件加工的源程序，送入計算機，由計算機自動地進行數值計算、后置處理，編寫出零件加工程序單，并在屏幕模擬顯示加工過程，及時修改，直至自動突出數控加工紙帶，或將加工程序通過直接通信的方式送入數控機床，指揮機床工作。 MssterCAM軟件是將加工零件以圖形形式輸入計算機，由計算機自動進行數值計算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時修改，再通過后置處理形成加工程序輸入數控機床進行加工。自動編程的出現使的一些計算繁瑣、手工編程困難、或手工無法編出的程序都能夠實現。 本設計采用MssterCAM自動編程軟件進行數控編程和G代碼的生成相結合的方法對刀架盒的加工。 2.3.2機床坐標系 　　以機床原點為坐標原點建立起來的X、Y、Z軸直角坐標系，稱為機床坐標系。機床原點為機床上的一個固定點，也稱機床零點。機床零點是通過機床參考點間接確定的，機床參考點也是機床上的一個固定點，其與機床零點間有一確定的相對位置，一般設置在刀具運動的X、Y、Z正向最大極限位置。在機床每次通電之后，工作之前，必須進行回機床零點操作，使刀具運動到機床參考點，其位置由機械檔塊確定。這樣，通過機床回零操作，確定了機床零點，從而準確地建立機床坐標系，即相當于數控系統(tǒng)內部建立一個以機床零點為坐標原點的機床坐標系。機床坐標系是機床固有的坐標系，一般情況下，機床坐標系在機床出廠前已經調整好，不允許用戶隨意變動。 　　工件坐標系 工件圖樣給出以后，首先應找出圖樣上的設計基準點。其他各項尺寸均是以此點為基準進行標注。該基準點稱為工件原點。以工件原點為坐標原點建立的X、Y、Z軸直角坐標系，稱為工件坐標系。 　　工件坐標系是用來確定工件幾何形體上各要素的位置而設置的坐標系，工件原點的位置是人為設定的，它是由編程人員在編制程序時根據工件的特點選定的，所以也稱編程原點。 　　數控車床加工零件的工件原點一般選擇在工件右端面、左端面或卡爪的前端面與Z軸的交點上。圖2-13所示，是以工件右端面與Z軸的交點作為工件原點的工件坐標系。 　　數控銑床加工零件的工件原點選擇時應該注意：工件原點應選在零件圖的尺寸基準上，對于對稱零件，工件原點應設在對稱中心上；對于一般零件，工件原點設在工件外輪廓的某一角上，這樣便于坐標值的計算。對于Z軸方向的原點，一般設在工件表面，并盡量選在精度較高的工件表面。 　　同一工件，由于工件原點變了，程序段中的坐標尺寸也隨之改變。因此，數控編程時，應該首先確定編程原點，確定工件坐標系。編程原點的確定是在工件裝夾完畢后，通過對刀確定。 2.3.3對刀　　在數控加工中，工件坐標系確定后，還要確定刀具的刀位點在工件坐標系中的位置。即常說的對刀問題。數控機床上，目前，常用的對刀方法為手動試切對刀。數控車床的對刀 　　數控車床對刀方法基本相同，首先，將工件在三爪卡盤上裝夾好之后，用手動方法操作機床，具體步驟如下： 1）回參考點操作 采用ZERO（回參考點）方式進行回參考點的操作，建立機床坐標系。此時CRT上將顯示刀架中心（對刀參考點）在機床坐標系中的當前位置的坐標值。 2）試切對刀 先用已選好的刀具將工件外圓表面車一刀，保持X向尺寸不變，Z向退刀，按設置編程零點鍵，CRT屏幕上顯示X、Z坐標值都清成零（即X0，Z0）；然后，停止主軸，測量工件外圓直徑D。如圖2-14所示。再將工件端面車一刀，當CRT上顯示的X坐標值為-（D/2）時，按設置編程零點鍵，CRT屏幕上顯示X、Z坐標值都清成零（即X0，Z0），系統(tǒng)內部完成了編程零點的設置功能。 3）建立工件坐標系 刀尖（車刀的刀位點）當前位置就在編程零點（即工件原點）上。 數控銑床的對刀 　　假設零件為對稱零件，并且毛坯已測量好長為L1、寬為L2，平底立銑刀的直徑也已測量好。如圖2-15所示，將工件在銑床工作臺上裝夾好后，在手動方式操縱機床，具體步驟如下： 1）回參考點操作 　　采用ZERO（回參考點）方式進行回參考點的操作，建立機床坐標系。此時CRT上將顯示銑刀中心（對刀參考點）在機床坐標系中的當前位置的坐標值。 2）手工對刀 　　先使刀具靠攏工件的左側面（采用點動操作，以開始有微量切削為準），刀具如圖A位置，按設置編程零點鍵，CRT上顯示X0、Y0、Z0，則完成X方向的編程零點設置。再使刀具靠攏工件的前側面，刀具如圖B位置，保持刀具Y方向不動，使刀具X向退回，當CRT上X坐標值0時，按編程零點設置鍵，就完成X、Y兩個方向的編程零點設置。最后抬高Z軸，移動刀具，考慮到存在銑刀半徑，當CRT上顯示X坐標值為（L1/2+銑刀半徑），Y的坐標值為（L2/2+銑刀半徑）時，使銑刀底部靠攏工件上表面，按編程零點設置鍵，CRT屏幕上顯示X、Y、Z坐標值都清成零（即X0，Y0，Z0），系統(tǒng)內部完成了編程零點的設置功能。就把銑刀的刀位點設置在工件對稱中心上，即工件坐標系的工件原點上。 3）建立工件坐標系 規(guī)定原則 （1）右手笛卡兒坐標系 標準的機床系是一個右手笛卡兒坐標系，用右手螺旋法則判定，如下圖所示 （1）右手的拇指、食指、中指相互垂直，并分別代表+X、+Y、+Z軸。圍繞+X、+Y、+Z軸的回轉運動分別用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定則確定。與+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用帶“′”的+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示。運動坐標系與工件運動坐標系 數控機床的坐標系是機床運動部件進給運動的坐標系。數控銑床進給運動可是工件相對刀具的運動，運動的正方向 3刀架盒的加工分析 3.1 毛坯的分析與制作 1、查表對刀架盒零件進行選材，表格如下： ZG310-570 0.50 0.60 310 570 15 21 15 強度和切削性良好，塑性、韌性較低。用于載荷較高的零件，如大齒輪，缸體、制動輪、輥子等 ZG340-640 0.60 340 640 10 18 10 有高的強度、硬度和耐磨性、切削性良好，焊接性較差，流動性好。用作起重運輸機齒輪、棘輪、聯軸器等重要零件 表3-2具鋼的牌號、成分、性能和用途 牌號 化學成分ωMe/％ 硬度 用途舉例 C Mn Si 退火狀態(tài) 試樣淬火 HBS不大于 淬火溫度/℃和冷卻劑 HRC不小于 T7、T7A 0.65～0.74 ≤0.40 ≤0.35 187 800～820水 62 淬火、回火后，常用于制造能承受震動、沖擊，并且在硬度適中情況下有較好韌性的工具，如鑿子、沖頭、木工工具、大錘等 T8、T8A 0.75～0.84 ≤0.40 ≤0.35 187 780～800水 62 淬火、回火后，常用于制造要求有較高硬度和耐磨性的工具、如沖頭、木工工具、剪切金屬用剪刀等。 T8Mn、T8MnA 0.80～0.90 0.40～0.60 ≤0.35 187 780～800水 62 性能和用途和T8相似，但加入了錳提高淬透性，故可以制作橫截面較大的工具。 T9、T9A 0.85～0.94 ≤0.40 ≤0.35 192 760～780水 62 用于制造一定韌性的工具，如沖模、沖頭、鑿巖石用鑿子等。 HT300 孕育鑄鐵 10～20 290 承受彎曲應力（小于500MPa）及抗拉應力的重要零件，如齒輪、凸輪、車床卡盤、剪床和壓力機的機身、床身、高壓油壓缸、滑閥殼體等 20～30 250 30～50 230 HT350 10～20 340 20～30 290 30～50 260 如圖，刀架盒需用鑄造，由上表格灰鑄鐵的牌號、力學性能及用途（摘自GB9439—88）可選用牌號為HT150的鑄鐵進行鑄造。 如圖，刀架盒結構簡單，需有較高的耐磨性和韌性，由上表（碳素工具鋼的牌號、成分、性能和用途）可，由于精度要求較高，采用南京大地系統(tǒng)數控車進行加工。 如圖，刀架盒，依其結構需先在進行車削加工，再用西門子802D數控銑床進行加工，銑削時其夾具選用分度頭即可。 如圖，刀架盒壓蓋其內表面粗糙度要求較高，采用鑄鐵鋼即可達到要求。依結構選用西門子802D數控銑床進行加工，其夾具用三爪卡盤平放在工作臺上進行裝夾即可。 如圖，刀架盒其內表面粗糙度要求也較高，即選用鑄鐵鋼對其主體進行車削加工。 如圖，刀架盒，依其結構和用途，對其先進行車削，再進行銑削。 4 刀架盒的加工方案的選擇與加工分析 由于該零件毛坯去除量較大，加工方案應為：粗加工——半精加工——精加工。為了提高加工效率，所以應選用不同直徑的刀具，大量去除多余的毛坯，進行粗加工，再選用合適的刀具進行半精加工，最后選用能夠保證零件精度和粗糙度的刀具進行精加工。 （1）粗加工和半精加工刀具的選擇： 由于毛坯去除量較大，所以選用不同直徑的刀具進行曲面粗加工，以便提高加工效率。 刀具分別為：直徑為20mm、15mm、10mm、的平底立銑刀和直徑為15mm、8mm、5mm的球刀進行粗加工。 （2）粗加工和半精加工方案的選擇； 由于該零件的形狀較復雜，有平面和曲面，所以選擇曲面挖槽進行粗加工和半精加工。 粗加工程序 O1430 N100G54G90 N102M03S3000 N106G0X-82.Y-84.998 N108Z5. N110G1G64Z-1.F100. N112X72.F1000. N114Y-70.832 N116X-72. N118Y-56.665 N120X72. N122Y-42.499 N124X-72. N126Y-28.333 N128X72. N130Y-14.166 N132X-72. N134Y0. N136X72. N138Y14.166 N140X-72. N142Y28.333 N144X72. N146Y42.499 N148X-72. N150Y56.665 N152X72. N154Y70.832 N156X-72. N158Y84.998 N160X82. N162G0Z5. N164X-60.Y-85.Z6.8 N166G1Z-.2F100. N168X-50.F1000. N170X-51.12Y-84.937 N172G3X-51.205Y-84.927CR=.401 N174X-52.225Y-84.749CR=39.983 N176X-52.393Y-84.709CR=.871 N178X-53.303Y-84.439CR=21.993 N180X-53.546Y-84.35CR=1.43 N182X-54.339Y-84.01CR=14.283 N184X-54.647Y-83.855CR=2.108 N186X-55.32Y-83.467CR=10. N188X-55.681Y-83.23CR=2.944 N190X-56.235Y-82.818CR=7.274 N192X-56.631Y-82.485CR=4.002 N194X-57.071Y-82.071CR=5.387 N196X-57.485Y-81.631CR=5.387 N198X-57.818Y-81.235CR=4.002 N200X-58.23Y-80.681CR=7.274 N202X-58.467Y-80.32CR=2.944 N204X-58.855Y-79.647CR=10. N206X-59.01Y-79.339CR=2.108 N208X-59.35Y-78.546CR=14.283 N210X-59.439Y-78.303CR=1.43 N212X-59.709Y-77.393CR=21.993 N214X-59.749Y-77.225CR=.871 N216X-59.927Y-76.205CR=39.983 N218X-59.937Y-76.12CR=.401 N220G1X-60.Y-75. N222Y-85. N224G0Z6.8 N226Y75. N228G1Z-.2F100. N230X-59.937Y76.12F1000. N232G3X-59.927Y76.205CR=.401 N234X-59.749Y77.225CR=39.983 N236X-59.709Y77.393CR=.871 N238X-59.439Y78.303CR=21.993 N240X-59.35Y78.546CR=1.43 N242X-59.01Y79.339CR=14.283 N244X-58.855Y79.647CR=2.108 N246X-58.467Y80.32CR=10. N248X-58.23Y80.681CR=2.944 N250X-57.818Y81.235CR=7.274 N252X-57.485Y81.631CR=4.002 N254X-57.071Y82.071CR=5.387 N256X-56.631Y82.485CR=5.387 N258X-56.235Y82.818CR=4.002 N260X-55.681Y83.23CR=7.274 N262X-55.32Y83.467CR=2.944 N264X-54.647Y83.855CR=10. N266X-54.339Y84.01CR=2.108 N268X-53.546Y84.35CR=14.283 N270X-53.303Y84.439CR=1.43 N272X-52.393Y84.709CR=21.993 N274X-52.225Y84.749CR=.871 N276X-51.205Y84.927CR=39.983 N278X-51.12Y84.937CR=.401 N280G1X-50.Y85. N282X-60. N284Y75. N286G0Z6.8 N288X-25.Y49.999 N290G1Z-.2F100. N292X-24.999Y-50.F1000. N294X25.Y-49.999 N296X24.999Y50. N298X-25.Y49.999 N300X-21.Y45.999 N302X-20.999Y-46. N304X21.Y-45.999 N306X20.999Y46. N308X-21.Y45.999 N310X-17.Y41.999 N312X-16.999Y-42. N314X17.Y-41.999 N316X16.999Y42 ………. （3）精加工刀具的選擇： 由于精加工是在粗加工和半精加工之后的加工，毛坯去除量也不大，所以應選用能夠保證零件加工要求和表面粗糙度的刀具。 刀具直徑為5mm、3mm、的球刀進行精加工，、 直徑分別為20,15,10,的平底刀直徑分別為15,8,5,的球刀進行粗加工..均為挖槽粗加工. （4）精加工方案的選擇； 下面的是直徑分別為5,3的球刀的精加工路徑 , 上面是精加工路徑圖 精加工程序 O1432 N100G55G90 N106G0X-35.Y-59.008 N108Z5. N250G1G64Z-6.926F1000 N252X-30.616Z-7.504 N254X-30.177Z-8.088 N256X-29.707Z-8.647 N258X-29.206Z-9.179 N260X-28.676Z-9.682 N262X-28.118Z-10.154 N264X-27.535Z-10.594 N266X-26.928Z-11. N268X-26.44Z-11.293 N270X-25.65Z-11.708 N272X-24.984Z-12.007 N274X-24.301Z-12.268 N276X-23.605Z-12.49 N278X-22.898Z-12.673 N280X-22.182Z-12.816 N282X-21.458Z-12.918 N284X-20.73Z-12.979 N286X-20.Z-13. N288X-19.27Z-12.979 N290X-18.542Z-12.918 N292X-17.818Z-12.816 N294X-17.102Z-12.673 N296X-16.395Z-12.49 N298X-15.699Z-12.268 N300X-15.016Z-12.007 N302X-14.35Z-11.708 N304X-13.328Z-11.157 N306X-13.047Z-10.983 N308X-12.161Z-10.37 N310X-11.859Z-10.134 N312X-11.086Z-9.463 N314X-10.774Z-9.157 N316X-9.944Z-8.237 N318X-9.805Z-8.064 N320X-9.112Z-7.103 N322X-8.98Z-6.896 N324X-8.529Z-6.118 N326X-8.464Z-6. N328X-8.064Z-5.429 N330X-7.571Z-4.936 N332X-7.Z-4.536 N334X-6.368Z-4.241 N336X-5.695Z-4.061 N338X-5.Z-4. N340X-2.889 N342Z-3.999 N344X-2.883Z-3.926 N346X-2.879Z-3.771 N348X-2.837Z-3.41 N350X-2.827Z-3.305 N352X-2.823Z-3.299 N354X-2.794Z-3.047 N356X-2.67Z-2.59 N358X-2.602Z-2.35 N360X-2.307Z-1.695 N362X-1.921Z-1.09 N364X-1.453Z-.547 N366X-.91Z-.079 N368X-.305Z.307 N370X.35Z.602 N372X.59Z.67 N374X1.047Z.794 N376X1.299Z.823 N378X1.304Z.825 N380Z.827 N382X1.409Z.836 N384X1.771Z.879 N386X1.916Z.882 N388X1.999Z.889 N390X2.181Z.873 N392X29.854 N394X30.Z.89 N396X30.422Z.871 N398X30.997Z.782 N400X31.078Z.759 N402X31.241Z1.368 N404X31.536Z2. N406X31.936Z2.571 N408X32.429Z3.064 N410X33.Z3.464 N412X33.632Z3.759 N414X34.305Z3.939 N416X35.Z4. N418Y-54.05 N420X34.305Z3.939 N422X33.632Z3.759 N424X33.Z3.464 N426X32.429Z3.064 N428X31.936Z2.571 N430X31.536Z2. N432X31.241Z1.368 ……………… 5 結論與展望 我國數控機床產業(yè)戰(zhàn)略機遇與發(fā)展重點我國數控機床產業(yè)度過了激情燃燒的歲月，將迎來理性發(fā)展的時代。第十個五年計劃是我國數控機床高速發(fā)展時期，那么第十一個五年計劃將是數控機床發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期。戰(zhàn)略機遇主要表現在：“十一五”我國國民經濟在科學發(fā)展觀指引下，將更加穩(wěn)定有序發(fā)展；國務院關于振興裝備制造業(yè)的決定，將大大加快我國裝備制造業(yè)的發(fā)展進程，特別是國家重點支持的一批重大裝備的發(fā)展，如大型發(fā)電、輸變電設備、大型石油化工和煤化工裝置、礦山采掘設備、成套軋鋼設備、大型海洋船舶、高速列車、大端面巖石掘進機為代表的工程機械、民用航空飛機及發(fā)動機等，需要提供大批重型、精密、多坐標、高效、專用數控機床進行加工制造。國家重大裝備的發(fā)展需求，給數控機床產業(yè)的發(fā)展指明了方向。? “十一五”規(guī)劃的經濟發(fā)展重點在于實現經濟增長方式的轉變，先進制造業(yè)是傳統(tǒng)制造業(yè)的改造方向，傳統(tǒng)工業(yè)如汽車、機械、家電、紡織、農機、環(huán)保等行業(yè)的技術改造，對數控機床的需求繼續(xù)攀升；電子信息、生物工程、新能源新材料等高新技術產業(yè)的發(fā)展又為精密、高效、專用數控機床開辟了新的需求；從地域發(fā)展分析，我國東部產業(yè)的升級、東北等老工業(yè)基地的振興和中西部的開發(fā)加快步伐，為數控機床產業(yè)發(fā)展提供國內市場；經濟全球化，國際資本和產業(yè)向中國的轉移、國際技術和人才的交流、中國國際貿易的強勁發(fā)展等，為我國數控機床產業(yè)的發(fā)展提供了外部環(huán)境，使我們處于難得的戰(zhàn)略發(fā)展期。所謂戰(zhàn)略機遇是指在一個相對較長的時間、相對廣闊的空間，對整個產業(yè)發(fā)展有重大影響的特殊時期。戰(zhàn)略機遇不可多得，抓住戰(zhàn)略機遇，加快發(fā)展，是我國數控機床產業(yè)取勝之大略。? 致 謝 本文是在尊敬的老師楊瑞蘭的精心指導下完成的，老師高尚的品德，淵博的學識，嚴謹的學風和高度的責任心深深地影響著學生。導師三年的教誨是學生寶貴的精神財富，并將使學生受益終生。在此，謹向尊敬的導師表示真誠的感謝和崇高的敬意！ 在課題的研究過程中，我的同學史團樂等均給予了很大的幫助。在課題的調研過程中，各老師均給了很大的幫助，作者表示深深的感謝！ 最后，作者還要深深地感謝默默支持本人完成學業(yè)的父母及親友，感謝他們?yōu)槲宜龀龅臒o私奉獻和巨大支持！ 謹向所有在本文的完成中給予作者關懷和幫助而在此無法一一提及的老師、同學和朋友致以誠摯的謝意！ 作者于2007年6月 參考文獻 [1] 李正峰主編.高保真主審的數控加工工藝. 上海：上海交通大學出版社, 2004. 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