軸類零件數(shù)控車削工藝分析及數(shù)控加工編程.doc

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長 江 大 學(xué) YANGTZE UEIVERSITY 專 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） （2012屆） 題 目 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 學(xué)生姓名 李飛 指導(dǎo)教師 管志強(qiáng)（數(shù)控指導(dǎo)老師） 院校站點(diǎn) 長江大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 2012年04月 軸類零件數(shù)控車削工藝分析及數(shù)控加工編程 摘 要 隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，數(shù)控加工技術(shù)對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)樾省①|(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主題。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。而對(duì)于數(shù)控加工，無論是手工編程還是自動(dòng)編程，在編程前都要對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對(duì)一些工藝問題（如對(duì)刀點(diǎn)、加工路線等）也需要一些處理。并在加工過程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的產(chǎn)品。 本文根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，針對(duì)具體的零件，進(jìn)行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇，確定加工順序和加工路線。 關(guān)鍵詞 工藝分析 加工方案 進(jìn)給路線 控制尺寸 目錄 摘 要.............................................................1 目 錄............................................................2 第一章 概 述.....................................................4 1.1國內(nèi)外數(shù)控發(fā)展概況..........................................4 1.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).............................................5 1.2.1性能發(fā)展方向..........................................5 1.2.2功能的方向.............................................6 1.2.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展........................................6 1.3智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng).....................................7 1.4數(shù)控車床的分類...............................................8 1.4.1按主軸配置形式分類.....................................9 1.4.2按功能分類.............................................9 1.4.3按加工工藝分類........................................10 1.4.4按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類....................................10 1.4.5按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類..................................12 1.5數(shù)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成及工作原理................................13 1.5.1數(shù)控設(shè)備的組成........................................13 1.5.2數(shù)控設(shè)備的分類方法....................................14 1.6數(shù)控機(jī)床組成................................................15 1.6.1組成..................................................15 1.6.2特點(diǎn)..................................................15 第二章 工藝方案分析..............................................16 2.1 零件圖.....................................................16 2.2零件圖分析..................................................16 2.3確定加工方法................................................16 2.4確定加工方案................................................17 第三章 工件的裝夾.................................................18 3.1定位基準(zhǔn)的選擇..............................................18 3.2定位基準(zhǔn)選擇的原則..........................................18 3.3確定零件的定位基準(zhǔn)..........................................18 3.4裝夾方式的選擇..............................................18 3.5數(shù)控車床常用裝夾方式........................................18 3.6確定合理的裝夾方式..........................................19 第四章 刀具及切削用量.............................................20 4.1選擇數(shù)控刀具的原則..........................................20 4.2選擇數(shù)控車削用刀具..........................................20 4.3設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)............................................21 4.4確定切削用量................................................21 第五章 典型軸類零件加工........................................23 5.1 軸類零件加工的工藝分析.....................................23 5.2 典型軸類零件加工工藝.......................................25 5.3 手工編程...................................................28 第六章 數(shù)控車自動(dòng)編程軟件CAXA介紹...............................32 6.1 CXXA數(shù)控車界面.............................................32 6.2 CAXA數(shù)控車進(jìn)行造型設(shè)計(jì).....................................32 6.3 CAXA數(shù)控車加工-CAM.........................................33 6.4 CAXA數(shù)控車加工類型.........................................33 第七章 結(jié)束語.....................................................34 第八章 致謝詞.....................................................35 參考文獻(xiàn)...........................................................36 第一章 概 述 1.1國內(nèi)外數(shù)控發(fā)展概況 從１９５２年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世后，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計(jì)算機(jī)、微處理器和基于工控ＰＣ機(jī)的通用CNC系統(tǒng)。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接數(shù)控，簡稱ＮＣ系統(tǒng)；后三代為第二階段，乘坐計(jì)算機(jī)軟件數(shù)控，簡稱ＣＮＣ系統(tǒng)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過程中CNC只是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。 1.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1　性能發(fā)展方向 （1）高速高精高效化　速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。 （2）柔性化　包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 （3）工藝復(fù)合性和多軸化　以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。 （4）實(shí)時(shí)智能化　早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 1.2.2　功能發(fā)展方向 （1）用戶界面圖形化　用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形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(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)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)。 （2）科學(xué)計(jì)算可視化　科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 （3）插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化　多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)（非均勻有理B樣條插補(bǔ)）、樣條插補(bǔ)（A、B、C樣條）、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取? （4）內(nèi)裝高性能PLC　數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。 （5）多媒體技術(shù)應(yīng)用　多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。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，在實(shí)時(shí)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)測等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。 1.2.3　體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 （1）集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 （2）模塊化　硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 （3）網(wǎng)絡(luò)化　機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。 （4）通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。 1.3智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。 1.4數(shù)控車床的分類 數(shù)控車床的品種和規(guī)格繁多，常用的數(shù)控車床有如下幾種： 1.4a）主軸平行于水平面 1.4b)主軸垂直于水平面 1.4c) 1.4d） 1.4a) 臥式數(shù)控車床 1.4b) 立式數(shù)控車床 1.4c) 全功能數(shù)控車床 1.4d) 數(shù)控車削中心 1. 4.1按主軸配置形式分類： 圖1.4a所示的數(shù)控車床，其主軸平行于水平面，適用于軸向尺寸較大或小型盤類零件的車削加工。這類數(shù)控車床被稱為臥式數(shù)控車床。 圖1.4b所示的數(shù)控車床，其主軸垂直于水平面，并有一個(gè)很大的圓形工作臺(tái)，供裝夾工件使用，適用于回轉(zhuǎn)直徑較大的盤類零件加工。這類數(shù)控車被稱為立式數(shù)控車床。 1.4.2按功能分類 圖1.4a、b所示的臥式、立式數(shù)控車床結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，功能簡化，加工針對(duì)性強(qiáng)，加工精度適中，價(jià)格較低。這類車床主軸較多變頻調(diào)速，結(jié)構(gòu)與普通車床相似。它們被稱為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 圖1.4c所示的全功能數(shù)控車床，其主軸為伺服驅(qū)動(dòng)；一般采用后置轉(zhuǎn)塔式刀架，可裝刀具數(shù)量較多；采用傾斜車床結(jié)構(gòu)，以利于排屑；數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大，穩(wěn)定性、可靠性較好，適用于加工精度較高的零件。 圖1.4d所示的數(shù)控車削中心在全功能數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動(dòng)力頭；部分高級(jí)的數(shù)控車削中心還配有刀庫和自動(dòng)換刀裝置，可實(shí)現(xiàn)三軸中任意兩軸的聯(lián)動(dòng)控制。因此，除可進(jìn)行車削外，還可以徑向和軸向銑削、曲面銑削。 1.4.3按加工工藝方法分類 ①金屬切削類數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。 在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 ②特種加工類數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 ③板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。 近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。 1.4.4 按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類 ①點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。 這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 ②直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工。現(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。 ③輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會(huì)帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 1.4.5按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類 ①開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 ②閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測，將測量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，若工作臺(tái)沒有移動(dòng)，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過C將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時(shí)為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 ③半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 ④混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： （1）開環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 （2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)上的直線位移測量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機(jī)），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。 1.5數(shù)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成及工作原理 1.5.1數(shù)控設(shè)備的組成 圖1.5.1a數(shù)控設(shè)備基本組成 1.5.2數(shù)控設(shè)備的分類方法： ①按伺服系統(tǒng)類型分類： ⑴開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控設(shè)備 ⑵閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 ⑶半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 ②按工藝名稱分類： ⑴普通數(shù)控機(jī)床 ⑵數(shù)控加工中心 ⑶金屬成形類數(shù)控機(jī)床 ⑷數(shù)控特殊加工機(jī)床 ⑸其他類型數(shù)控設(shè)備 ③按聯(lián)動(dòng)軸名稱分類： ⑴兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控設(shè)備 ⑵兩軸半聯(lián)動(dòng)數(shù)控設(shè)備 ⑶三軸聯(lián)動(dòng) ⑷四軸聯(lián)動(dòng) ⑸五軸聯(lián)動(dòng) ④按設(shè)備性能分類： ⑴高檔 ⑵低檔 ⑶中檔 1.6數(shù)控車床的組成及特點(diǎn) 1.6.1組成: 數(shù)控車床主要由車床本體和數(shù)控系統(tǒng)兩大部分組成。車床主體由床身、主軸、導(dǎo)軌、刀架、冷卻裝置等組成。 1．床身—用于連接數(shù)控車床上的主要部件。 2．床鞍—支撐刀架在導(dǎo)軌上移動(dòng)。 3．防護(hù)罩門—防止切削及工件飛出。 4．尾座—用于安裝頂尖或鉆頭等。 5.四位電動(dòng)刀架—用于安裝車刀并根據(jù)程序指令換刀. 6.切削液噴嘴—將切削液注入切削區(qū). 7.主軸—帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn). 8.華中系統(tǒng)控制面板—通過面板上的按鍵輸入程序或控制數(shù)控車床各種方式的運(yùn)動(dòng). 9.導(dǎo)軌—支撐床鞍和尾座的運(yùn)動(dòng). 10.滾珠絲杠—將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀架的移動(dòng). 1.6.2特點(diǎn): 1．主軸轉(zhuǎn)速高 工件裝夾安全可靠，數(shù)控車床大都采用了液壓卡盤，夾緊力調(diào)整方便可靠，同時(shí)也降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 2．可自動(dòng)換刀 數(shù)控車床都采用了自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，在加工過程中，可自動(dòng)換刀，連續(xù)完成多道工序的加工。 3．主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離數(shù)控車床的主傳動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用了各自獨(dú)立的伺服電機(jī)，使傳動(dòng)鍵變行簡單，可靠，同時(shí)各電機(jī)既可單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)。 4．采用了全封閉或半封閉防護(hù)裝置，數(shù)控車床采用封閉防護(hù)裝置，可防止切削成切削液飛出，給操作者帶來意外傷害。 5．采用自動(dòng)排屑裝置，數(shù)控車床大都采用斜身結(jié)構(gòu)布展，排屑方便，便于自動(dòng)排 第二章 工藝方案分析 2.1 零件圖 2.2零件圖分析 該零件表面由圓柱、逆圓弧、槽、螺紋、內(nèi)孔、外螺紋等表面組成，尺寸標(biāo)注完整，選用毛坯為45#鋼，Φ65mm125mm，無熱處理和硬度要求。 2.3確定加工方法 加工方法的選擇原則是保證加工表面的精度和表面粗糙度的要求，由于獲得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和形位公差等要求全面考慮。 圖上幾個(gè)精度較高的尺寸，因其公差值較小，所以編程時(shí)有取平均值，而取其基本尺寸。 通過以上數(shù)據(jù)分析，考慮加工的效率和加工的經(jīng)濟(jì)性，最理想的加工方式為車削，考慮該零件為大量加工，股加工設(shè)備采用數(shù)控車床。 根據(jù)加工零件的外形和材料等條件，選用CJK6132數(shù)控機(jī)床。 2.4確定加工方案 零件上比較精密表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對(duì)這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確的確定毛坯到最終成形的加工方案。 毛坯先夾持右端車右端輪廓95mm處，先用中心鉆打中心孔，再用Φ8的鉆頭鉆10mm的孔，再用Φ18的鉆頭擴(kuò)孔，再用鏜刀鏜Φ19的孔，然后再車Φ40mm、R6的圓弧、Φ60mm和R45的圓弧。調(diào)頭加工Φ32mm、R4、R6的圓弧、Φ60mm的外輪廓，再切退刀槽，最后車M320.75的螺紋。 該典型軸加工順序?yàn)椋? 預(yù)備加工---車端面---鉆孔---鏜孔---粗車左端面輪廓---精車左端面輪廓---調(diào)頭---車端面---粗車輪廓---精車輪廓---退刀槽---粗車螺紋---精車螺紋。 第三章 工件的裝夾 3.1定位基準(zhǔn)的選擇 在制定零件加工的工藝規(guī)程時(shí)，正確的選擇工件的定位的基準(zhǔn)有著十分重要的意義。定位基準(zhǔn)選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對(duì)零件個(gè)表面的加工順序也有很大的影響。合理的選擇定位基準(zhǔn)是保證零件加工精度的前提，還能簡化加工工序，提高加工效率。 3.2定位基準(zhǔn)選擇的原則 1）基準(zhǔn)重合原則。為了避免基準(zhǔn)不重合誤差，方便編程，應(yīng)選用工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，盡量使用工序基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)、編程原點(diǎn)三者統(tǒng)一。 2）便于裝夾的原則。所選的定位基準(zhǔn)應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、可靠，定位夾緊簡單、易操作，敞開性好，能夠加工盡可能多的表面。 3）便于對(duì)刀的原則。批量加工時(shí)在工件坐標(biāo)系已經(jīng)確定的情況下，保證對(duì)刀的可能性和方便性。 3.3確定零件的定位基準(zhǔn) 以左右端大端面為定位基準(zhǔn)。 3.4裝夾方式的選擇 為了工件不至于在切削力的作用下發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，需將工件壓緊壓牢。合理的選擇加緊方式十分重要，工件的裝夾不僅影響加工質(zhì)量，而且對(duì)生產(chǎn)率，加工成本及操作安全都有直接影響。 3.5數(shù)控車床常用裝夾方式 1）在三爪自定心卡盤上裝夾。三爪自定心卡盤的三個(gè)爪是同步運(yùn)動(dòng)的，能自動(dòng)定心，一般不需要找正。該卡盤裝夾工件方便、省時(shí)，但夾緊力小，適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件。 2）在兩頂尖之間裝夾。對(duì)于尺寸較大或加工工序較多的軸類工件，為了保證每次裝夾時(shí)的裝夾精度，可用兩頂尖。該裝夾方式適用于多序加工或精加工。 3）用卡盤和頂尖裝夾。當(dāng)車削質(zhì)量較大的工件時(shí)要一端用卡盤夾住，另一端用后頂尖支撐。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位基準(zhǔn)，應(yīng)用較廣泛。 4）用心軸裝夾。當(dāng)裝夾面為螺紋時(shí)再做個(gè)與之配合的螺紋進(jìn)行裝夾，叫心軸裝夾。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位基準(zhǔn)。 3.6確定合理的裝夾方式 裝夾方法：先用三爪自定心卡盤夾住右端，加工左端達(dá)到工件精度要求；再工件調(diào)頭，用三爪自定心卡盤夾住工件右端，在加工到工件精度要求。 第四章 刀具及切削用量 4.1選擇數(shù)控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切的關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。 選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)道具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選的比單刃刀具高些。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選的低些，一般取15-30min對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選的高些，尤其保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選的低些，當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選的低些。大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具提出了更高的要求，不僅需要?jiǎng)傂院?、精度高，而求要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高和排屑性能好，同時(shí)要求安裝和調(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細(xì)粒質(zhì)硬質(zhì)合金）并使用可轉(zhuǎn)位刀片。 4.2選擇數(shù)控車削用刀具 數(shù)控車削刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中，應(yīng)盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線型主副切削刃構(gòu)成，如90度內(nèi)外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。尖形車刀幾何參數(shù)（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時(shí)基本相同，但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點(diǎn)（如加工路線、加工干涉等）進(jìn)行全面考慮，并應(yīng)兼顧刀尖本身的強(qiáng)度。 4.3設(shè)置對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn) 刀具究竟從什么位置開始移動(dòng)到指定的位置呢？所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動(dòng)的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對(duì)與工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，所以稱程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過對(duì)刀來確定，所以，該點(diǎn)又稱對(duì)刀點(diǎn)。在編制程序時(shí)，要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置原則是：便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對(duì)刀點(diǎn)可設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提高零件的加工精度，對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。實(shí)際操作機(jī)床時(shí)，可以通過手工對(duì)刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對(duì)刀點(diǎn)上，即“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”的重合，所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具定位基準(zhǔn)點(diǎn)，車刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心。用手動(dòng)對(duì)到操作，對(duì)刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對(duì)刀鏡、對(duì)刀儀、自動(dòng)對(duì)刀裝置等，以減少對(duì)刀時(shí)間，提高對(duì)刀精度。加工過程中需要換刀時(shí)，應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”時(shí)指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時(shí)不碰工件及其他部件為準(zhǔn)。 4.4確定切削用量 數(shù)控編程時(shí)，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(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對(duì)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(jī)床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。 對(duì)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。這些決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 切削條件的三要素：切削速度、進(jìn)給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會(huì)上升，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會(huì)減少1/2。 進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進(jìn)給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對(duì)刀具的影響小。切深對(duì)刀具的影響雖然沒有切削速度和進(jìn)給量大，但在微小切深切削時(shí)，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會(huì)影響刀具的壽命。 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選擇使用的切削速度。 最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達(dá)到壽命才是理想的條件。 然而，在實(shí)際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。對(duì)于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 第五章 典型軸類零件加工 5.1 軸類零件加工的工藝分析 （1）技術(shù)要求 軸類零件的技術(shù)要求主要是支承軸頸的徑向尺寸精度和形位精度，軸向一般要求不高。軸頸的直徑公差的等級(jí)通常為IT6-IT8，幾何形狀精度主要是圓度和圓柱度，一般要求是限制在直徑公差范圍之內(nèi)。相互位置精度主要是同軸度和圓跳動(dòng)；保證配合軸頸對(duì)于支承軸頸的同軸度，是軸類零件位置精度的普遍要求之一。圖為特殊零件，徑向和軸向公差和表面粗糙度要求較高。 （2） 毛坯選擇 軸類零件除光滑軸和直徑相差不大的階梯軸熱軋或冷拉圓棒料外，一般采用鍛件；發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等一類軸件采用球墨鑄鐵鑄件比較多。如圖典型軸類直徑相差不大，采用直徑為65mm，材料為45鋼在鋸床上按130mm長度下料。 （3） 定位基準(zhǔn)的選擇 軸類零件外圓表面、內(nèi)孔、螺紋等表面的同軸度，以及端面對(duì)軸中心線的垂直度是其相互位置精度的主要項(xiàng)目，而這些表面的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般都是軸中心線。用兩中心孔定位符合基準(zhǔn)重合原則，并且能夠最大限度的再一次裝夾中加工出多個(gè)外圓表面和端面，因此常用中心孔作為軸加工的定位基準(zhǔn)。 當(dāng)不能采用中心孔時(shí)或粗加工是為了保證工作裝夾剛性，可采用軸的外圓表面作定位基準(zhǔn)，或是以外圓表面和中心孔共同作為定位基準(zhǔn)，能承受較大的切削力，但重復(fù)定位精度并不太高。 數(shù)控車削時(shí)，為了能用同一程序重復(fù)加工和工件調(diào)頭加工軸向尺寸的精確性，或?yàn)榱硕嗣嬗嗔烤鶆?，工件軸向需要定位。采用中心孔定位時(shí)，中心孔尺寸及兩端中心孔間的距離要保持一致。以外圓定位時(shí)，則應(yīng)采用三爪自定心卡盤反爪裝夾或采用限位支承，以工件端面或臺(tái)階面作為軸向定位基準(zhǔn)。 （4） 軸類零件預(yù)備加工 車削之前常需要根據(jù)情況安排預(yù)備加工，內(nèi)容通常有：毛坯出廠時(shí)或在運(yùn)輸、保管過程中，或熱處理時(shí)常會(huì)發(fā)生彎曲變形。過量彎曲變形會(huì)造成加工余量不足或裝夾不可靠。因此在車削前需增加校直工序。 切斷棒料切得所需長度的坯料，切斷可在弓形鋸床、圓盤鋸床和帶鋸上進(jìn)行，也可以在普通車床上切斷或在沖床上用沖模沖切。 （5） 熱處理工序 鑄、鍛件毛坯在粗車前應(yīng)根據(jù)材質(zhì)和技術(shù)要求正火或退火處理，以消除應(yīng)力，改善組織和切削性能。性能要求較高的毛坯在粗加工后、精加工前應(yīng)安排調(diào)質(zhì)處理，一提高零件的綜合機(jī)械性能；對(duì)于硬度和耐磨性要求不高的零件，調(diào)質(zhì)也常作為最終熱處理。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面需在精加工前或后進(jìn)行表面淬火處理或進(jìn)行化學(xué)熱處理，以提高耐磨性。 （6） 加工工序劃分一般可按下列方法進(jìn)行： ①刀具集中分序法 就是按所用刀具劃分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成部位。再用第二把刀、第三把完成他們可以完成的其他部位。這樣可以減少換刀次數(shù)，壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差。 ②以加工部位分序法 對(duì)于加工內(nèi)容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部分分成幾個(gè)部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工簡單幾何形狀，在加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，再加工精度較高的部位。 ③以粗、精加工分序法 對(duì)于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進(jìn)行校形，故一般來說凡要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開。綜上所述，在劃分工序時(shí)，一定要視零件的結(jié)構(gòu)和工藝性，機(jī)床的功能，零件數(shù)控加工內(nèi)容的多少，安裝次數(shù)及本單位生產(chǎn)組織狀況靈活掌握。另建議采用工序集中的原則還是采用工序分散的原則，要根據(jù)實(shí)際情況來確定，但一定力求合理。 （7）在加工時(shí)，加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位夾緊的需要來考慮，重點(diǎn)是零件的剛性不被破壞。順序一般應(yīng)按下列原則進(jìn)行： ①上道工序的加工不能影響下道工序的定位于加緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也要綜合考慮。 ②先進(jìn)行內(nèi)形、內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外形加工工序。 ③以相同定位、夾緊方式或同一把刀加工的工序最好連接進(jìn)行，以減少重復(fù)定位次數(shù)，換刀次數(shù)與挪動(dòng)壓板次數(shù)。 ④在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞小的工序。 在數(shù)控車床上粗車、半精車分別用一個(gè)加工程序控制。工件調(diào)頭裝夾由程序中的M00或M01指令控制程序暫停，裝夾后按“循環(huán)啟動(dòng)”繼續(xù)加工。 （8）走刀路線和對(duì)刀點(diǎn)的選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運(yùn)動(dòng)切削起始點(diǎn)，刀具切入，切出并返回切削起始點(diǎn)或?qū)Φ饵c(diǎn)等非切削空行程軌跡。由于半精加工和精加工的走刀路線是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的，所以確定走刀路線主要在于規(guī)劃好粗加工及空行程的走刀路線。合理的確定對(duì)刀點(diǎn)，對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)在被加工零件上，但注意對(duì)刀點(diǎn)必須是基準(zhǔn)位或已加工精加工過的部位，有時(shí)在第一道工序后對(duì)刀點(diǎn)被加工損壞，會(huì)導(dǎo)致第二道工序和之后的對(duì)刀點(diǎn)無從查找，因此在第一道工序?qū)Φ稌r(shí)注意要在與定位基準(zhǔn)有相對(duì)固定尺寸關(guān)系的地方設(shè)立一個(gè)相對(duì)對(duì)刀位置，這樣可以根據(jù)他們之間的相對(duì)位置關(guān)系找回原對(duì)刀點(diǎn)。這個(gè)相對(duì)對(duì)刀位置通常設(shè)在機(jī)床工作臺(tái)或夾具上。 5.2 典型軸類零件加工工藝 （1）確定加工順序及進(jìn)給路線 加工順序按粗到精、由遠(yuǎn)到近（由左到右）的原則確定。工件左端加工：即從左到右進(jìn)行外輪廓粗車（留0.5mm余量精車）,然后左到右進(jìn)行外輪廓精車，然后鉆孔，車削內(nèi)孔和圓弧。工件調(diào)頭，工件右端加工：粗車外輪廓，精車外輪廓，切退刀槽，最后螺紋粗加工，螺紋精加工。 （2）選擇刀具 ①車端面：選用硬質(zhì)合金45度車刀，粗、精車一把刀完成。 ②粗、精車外圓：（因?yàn)槌绦蜻x用G71循環(huán)，所以粗、精選用同一把刀）硬質(zhì)合金90度放型車刀，Kr=90度，Kr’=60度；E=30度，（因?yàn)橛袌A弧輪廓）以防于零件輪廓發(fā)生干涉，如果有必要就用圖形來檢驗(yàn)。 ③鉆孔：選用Ф16的硬質(zhì)合金鉆頭。 ④鏜孔：選用90度硬質(zhì)合金鏜刀。 ⑤車孔刀：選用55度的硬質(zhì)合金刀 （3）選擇切削用量 表3-5切削用量選擇 主軸轉(zhuǎn)速S/(r/min) 進(jìn) 給 量 F/(mm/r) 吃 刀 量 F/(mm/r) 背 吃 刀 量 ap/mm 粗車外圓 600 150 1.0 1.5 精車外圓 600 100 0.05 0.2 鉆孔 350 100 0.1 0 粗鏜孔 800 100 1.0 1.5 精車內(nèi)孔 300 80 1.0 1.0 精鏜孔 900 100 0.05 0.2 外退刀槽 350 25 0.04 0.2 粗車外螺紋 100 0.75 0.1 0.4 精車外螺紋 150 0.75 0.05 0.1 數(shù)控刀具卡片 表3-1左端刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號(hào) 零件名 稱 典型軸 零件圖號(hào) 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 備注 1 T01 硬質(zhì)合金端面90度車刀 1 粗、精車端面 2 T04 內(nèi)孔車刀 1 粗、精車內(nèi)孔 3 尾座 硬質(zhì)合金Ф18鉆頭 1 鉆孔 表3-2右端刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號(hào) 零件名 稱 典型軸 零件圖號(hào) 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 備注 1 T01 硬質(zhì)合金端面90度車刀 1 粗、精車端面 2 T02 硬質(zhì)合金車槽刀 1 切槽 3 T03 60度硬質(zhì)合金外螺紋車刀 1 切槽 4 T04 硬質(zhì)合金55度內(nèi)孔車刀 1 粗、精車內(nèi)孔 用以上數(shù)據(jù)編制工藝卡如下： 表3-3 數(shù)控加工工藝卡 單位名稱 產(chǎn)品名稱或代號(hào) 零件名稱 零件圖號(hào) 典型軸 工序號(hào) 程序編號(hào) 夾具名稱 使用設(shè)備 車間 001 O0529 三爪自定心卡盤 CJK6132 數(shù)控車間 工步號(hào) 工步內(nèi)容 刀具號(hào) 刀具規(guī)格 主軸轉(zhuǎn)速r/min 進(jìn)給速度mm/r 背吃刀量mm 備注 1 車端面 T01 90度車刀 450 80 0 自動(dòng) 2 粗車外輪廓 T01 90度車刀 800 100 0.2 自動(dòng) 3 精車外輪廓 T01 90度車刀 900 80 0.1 自動(dòng) 4 鉆孔 尾座 Ф18鉆頭 300 20 0 自動(dòng) 5 切槽 T02 切槽刀 200 25 0 自動(dòng) 工序號(hào) 程序編號(hào) 夾具名稱 使用設(shè)備 車間 002 O0528 三爪自定心卡盤 CJK6132 數(shù)控車間 工步號(hào) 工步內(nèi)容 刀具號(hào) 刀具規(guī)格 主軸轉(zhuǎn)速r/min 進(jìn)給速度mm/r 背吃刀量mm 備注 1 車端面 T01 90度車刀 450 80 0 手動(dòng) 2 粗車外輪廓 T01 90度車刀 800 100 0.2 自動(dòng) 3 精車外輪廓 T01 90度車刀 900 80 0.1 自動(dòng) 4 切槽 T02 切槽刀 200 25 0 自動(dòng) 5 粗車螺紋 T03 60度螺紋刀 100 0.75 0.2 自動(dòng) 6 精車螺紋 T03 60度螺紋刀 100 0.75 0.1 自動(dòng) 編制 審核 批準(zhǔn) 年 月 日 共頁 第頁 5.3 手工編程 工件左端加工 O1234 %1234 T0101 M03S600 G00X70Z2 G71U2R5P1Q2X0.3Z0.2F150 N1G42G01X40Z0F80 Z-19 G02X26Z-25R6F60 G01X56 X60Z-27 Z-35 G02X60Z-85R45F60 G01X60Z-95 N2G40G00X70 G70P1Q2F80 G00X100 Z100 M05 T0404 M03S300 G00X19Z2 G71U2R1P3Q4F150 N3G41G01X23Z0 X19Z-2 Z-6 G03X11Z-10R4 N4G01X0F80 G70P3Q4F60 G00Z100 X100 M05 M30 第六章 數(shù)控車自動(dòng)編程軟件CAXA介紹 數(shù)控編程分為手工編程和自動(dòng)編程，自動(dòng)編程是根據(jù)工件圖形和加工工藝采用專用軟件自動(dòng)生成加工程序。CAXA數(shù)控車是國產(chǎn)自動(dòng)編程軟件之一。 CAXA數(shù)控車具有全中文Windows界面，形象化的圖標(biāo)菜單，全面的鼠標(biāo)拖動(dòng)功能，靈活方便的立即菜單參數(shù)調(diào)整功能，智能化的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航捕捉功能和多方位的信息提示等。CAXA數(shù)控車具有CAD軟件的強(qiáng)大繪圖功能和完善的外部數(shù)據(jù)接口，可以繪制任意復(fù)雜的二維圖形，通過數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。CAXA數(shù)控車提供了功能強(qiáng)大、使用簡潔的軌跡生成手段，可按加工要求生成各種復(fù)雜圖形的加工軌跡。通用的后置處理模塊使CAXA數(shù)控車可以滿足各種機(jī)床的代碼格式，對(duì)生成的代碼進(jìn)行校驗(yàn)及加工仿真。將CAXA數(shù)控車同其他的專業(yè)制造軟件結(jié)合起來，將會(huì)滿足任何CAD／CAM的需求。 6.1 CAXA數(shù)控車界面 CAXA數(shù)控車基本應(yīng)用界面由標(biāo)題欄、菜單欄、繪圖區(qū)、工具條和狀態(tài)欄組成，如圖5—1所示。各種應(yīng)用功能均通過菜單和工具條驅(qū)動(dòng)，工具條中的每一