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UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目： 軸類零件的加工工藝分析與編程設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
年 級：
指導(dǎo)教師： =========== 職 稱： 講師
二○一二 年 五 月
摘要
本文主要針對軸類零件的數(shù)控加工進(jìn)行工藝分析。軸類零件的主要作用是支承傳動零件、傳動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉(zhuǎn)精度。并在數(shù)控加工部分進(jìn)行了數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工刀具卡片及數(shù)控走刀路線圖等工藝文件的編制。
數(shù)控加工的作用在當(dāng)今制造業(yè)的作用正日趨明顯，在零件加工前，對零件進(jìn)行工藝分析、編程設(shè)計(jì)具有相當(dāng)大的作用。本文對典型軸類零件加工工藝進(jìn)行分析，并利用Pro/E 進(jìn)行數(shù)控加工，最后增設(shè)一道銑槽工序，設(shè)計(jì)夾具并建模，具有一定的代表性，對一般軸類零件的加工具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞: 軸；加工工藝；編程；夾具
Abstract
This paper aims to the CNC machine of shaft parts for process analysis, shaft parts are mainly composed by the outer cylinder,internal and external conical surface, end ,step surface,thread,arc,etc. And to ensure that the workpiece or tool mounted on the spindle has a certain rotary accuracy. Besides, at the CNC machine part, the process documentation ,like the CNC machine process card 、CNC machine tool cards and CNC tool path roadmap.
The roal of CNC machining in today’s manufaturing industry is becoming more obvious. Before processing, making process analysis and programme design for the part has a considerable role. This paper aim to analyse the process of typical shaft parts, and use Pro/E to process shaft by CNC machining, which has a certain significance in general shaft processing. Finally add a slot milling process and make a fixture and model for this process,which has a certain representation. This article has a guiding significance on the processing of general shafts.
Keywords : shaft; processing ; programming; fixture
目錄
摘要 2
Abstract 3
目錄 4
軸類零件的加工工藝分析及編程設(shè)計(jì) 6
1 緒論 6
1.1 選題背景及依據(jù) 6
1.1.1 選題背景 6
1.1.2 選題依據(jù) 6
1.2國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 7
1.3 軸類零件的數(shù)控加工有待解決的問題 8
1.4本課題的解決方案 9
2 軸類零件概述 11
2.1 軸的功用及分類 11
2.1.1 軸的功用： 11
2.1.2 軸的分類： 11
2.2 主要技術(shù)要求 12
2.3 軸類零件的材料和毛坯 13
3 數(shù)控技術(shù) 14
3.1 數(shù)控加工原理 14
3.2 數(shù)控機(jī)床的基本工作過程與組成 15
3.2.1 數(shù)控機(jī)床加工零件的過程 15
3.3 數(shù)控機(jī)床的分類 16
3.4 數(shù)控編程 17
3.4.1 數(shù)控編程方法 17
3.4.2 常用G代碼、M代碼 17
4數(shù)控加工工藝過程 20
4.1 引言 20
4.2 零件圖 20
4.3 分析零件圖 21
4.3.1 零件幾何要素分析 21
4.3.2 零件尺寸精度分析 21
4.3.3 形位精度分析 21
4.3.4 表面粗糙度分析 21
4.4 制定加工工藝 21
4.4.1 確定裝夾方法和定位基準(zhǔn) 21
4.4.2 確定加工順序及進(jìn)給路線 22
4.4.3 選擇機(jī)床設(shè)備 27
4.3.4 確定刀具并對刀 27
4.4.4 選擇切削用量 27
4.4.5 確定對刀點(diǎn)及換刀點(diǎn)位置 29
5 數(shù)控編程及仿真 30
5.1 選擇數(shù)控加工軟件 30
5.2 NC程序 30
5.3 數(shù)控加工截圖 48
5.3.1 粗車輪廓截圖 49
5.3.2 精車輪廓截圖 49
5.3.3 粗車螺紋截圖 50
5.3.4 精車螺紋截圖 50
6 銑操夾具任務(wù)書 51
參考文獻(xiàn) 52
致謝 53
軸類零件的加工工藝分析及編程設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 選題背景及依據(jù)
1.1.1 選題背景
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、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動化、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)時動態(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。
1.1.2 選題依據(jù)
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)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(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)時動態(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，對數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢在必行。
1.2國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢
2０世紀(jì)人類社會最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從１９５２年美國第１臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了５０個年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有１０～２０萬臺，產(chǎn)值上百億美元。?世界制造業(yè)在２０世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。９０年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從９０年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機(jī)床行業(yè)從２０００年至今已接受３個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。?
我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在８０年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在９０年代初期面臨國家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到５０％，庫存超過４個月。從１９９５年“九五”以后國家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動機(jī)床市場，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在１９９９年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從２０００年８月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會和２００１年４月北京國際機(jī)床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：?
（１）?低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價促銷；?
（２）?高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口；?
（３）?配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口；?
（４）?應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；?
（５）?自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合 資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。?
當(dāng)今世界工業(yè)國家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個國家的經(jīng)濟(jì)能力和國防實(shí)力。目前國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展動向是串行總線數(shù)控和基于PC數(shù)控。串行總線數(shù)控系統(tǒng)具有連接簡單、成本較低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，國外正處于發(fā)展階段，國外未見報(bào)道?；赑C的數(shù)控系統(tǒng)對用戶的開放性好、擴(kuò)展功能容易、并且允許使用第三方軟件?；赑C的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，其一是利用PC或DSP作為數(shù)控軸的運(yùn)動控制部件，采用雙端口存儲技術(shù)或串/并行通信與主機(jī)（PC）交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CNC控制；其二是利用PC高速運(yùn)算能力，將硬件功能軟化，用于CNC控制的硬件只是簡單的接口；其三是利用EPCD、FPGA等大規(guī)模器件，作為基于IPC的專用數(shù)字─脈沖伺服接口卡，控制執(zhí)行電機(jī)的運(yùn)動。
1.3 軸類零件的數(shù)控加工有待解決的問題
在數(shù)控機(jī)床上加工零件，首先遇到的問題就是零件的工藝處理。數(shù)控機(jī)床的加工工藝與普通機(jī)床的加工工藝有許多相同之處，也有許多不同，在數(shù)控機(jī)床上加工零件通常要比在普通機(jī)床上加工的零件復(fù)雜的多。在數(shù)控機(jī)床加工前，要將機(jī)床的運(yùn)動過程、零件的工藝過程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線都輸入程序。制定出細(xì)致優(yōu)化的加工工藝，是數(shù)控加工工藝編制人員數(shù)控加工操作人員常需要分析的問題，必須在編程之前確定正確的加工方案，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，再考慮編程。此外，定位夾緊方式的選擇，刀具的選用、裝夾與對刀，切削變形、切削力、刀具的變形、排屑、系統(tǒng)剛性及精度問題都是有待優(yōu)化解決的
1.4本課題的解決方案
主要采用數(shù)控加工工藝分析，具體組織安排如下：
（1） 零件圖工藝分析
零件圖的工藝性分析包括零件圖分析與結(jié)構(gòu)工藝性分析兩部分內(nèi)容。
首先應(yīng)熟悉零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，搞清楚各項(xiàng)技術(shù)要求對零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要和關(guān)鍵的技術(shù)要求，然后對零件圖樣進(jìn)行分析。零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性，良好的結(jié)構(gòu)工藝性可以使零件加工容易，節(jié)省工時和材料。而較差的結(jié)構(gòu)工藝性會使加工困難，浪費(fèi)工時和材料，有時甚至無法加工。因此，零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝行應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。
（2） 確定裝夾方案
正確、合理地選擇工件的定位與夾緊方式，是保證加工精度必要條件。
（3） 確定加工順序及走刀路線
走刀路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運(yùn)動軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，而且也反映了工步的順序。走刀路線是編寫依據(jù)之一。因此，在確立走刀路線時最好畫一張工序簡圖，將已經(jīng)擬定的走刀路線畫上去（包括進(jìn)、退刀路線）工步順序是指一道工序中，各個表面加工的先后次序。它對零件的加工性質(zhì)、加工性質(zhì)和加工中的走刀路線有直接影響，應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工序的加工要求等合理安排。工序的劃分與安排可隨走刀路線來進(jìn)行。
（4） 刀具的選擇及切削用量的選擇
在金屬切削加工中，刀具材料的切削性能直接影響著工件的加工精度、已知加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本等。正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一，特別是對某些難加工材料的切削，刀具材料的選擇顯得尤為重要。
在數(shù)控加工中，切削用量的大小對切削力、切削功率、刀具磨損、加工質(zhì)量和加工成本均有顯著影響。合理選擇切削用量可參考切削用量手冊。
（5） 數(shù)控加工工藝卡片及刀具卡的擬定
數(shù)控加工工藝卡片是編制加工程序的主要依據(jù)和操作人員配合數(shù)控程序加工的指導(dǎo)性文件，主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量。
（6） 編制加工程序
采用Pro/E 數(shù)控加工，自動生成NC程序。
(7) 為滿足圖紙量的要求，特增加一道銑槽工序，并制作夾具及建模。
2 軸類零件概述
2.1 軸的功用及分類
2.1.1 軸的功用：
為支承傳動零件（齒輪、皮帶輪等）、傳動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉(zhuǎn)精度。
2.1.2 軸的分類：
1) 按受載
2)按軸線形狀
3)直軸
各類軸的特點(diǎn)及應(yīng)用：
1)光軸
特點(diǎn)：光軸形狀簡單，加工容易，應(yīng)力集中源少，軸上零件不易裝配及定位。
應(yīng)用：主要用作傳動軸，比如機(jī)床主軸。
2)階梯軸
特點(diǎn)：加工復(fù)雜，應(yīng)力集中源多，容易實(shí)現(xiàn)軸上零件的裝配及定位。
應(yīng)用：階梯軸常用作轉(zhuǎn)軸，比如減速器上的軸。
3)曲軸
應(yīng)用：主要用于各種發(fā)動機(jī)中。
4)鋼絲軟軸
特點(diǎn)：可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳遞到任何位置。
應(yīng)用：用于受連續(xù)振動的場合，具有緩和沖擊的作用。
5)轉(zhuǎn)軸
特點(diǎn): 同時承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。
應(yīng)用：這類軸應(yīng)用最廣泛，如減速器和變速箱中的軸。
6)轉(zhuǎn)動心軸
特點(diǎn)：軸只受彎矩，不受轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動的心軸受變應(yīng)力。
應(yīng)用：如機(jī)車輪軸。
7)固定心軸
特點(diǎn)：軸只彎矩，不受轉(zhuǎn)矩，固定的心軸受靜變力。
8)傳動軸
特點(diǎn)：軸只轉(zhuǎn)矩，不受彎矩或彎矩很小。
選取若按軸的長度和直徑的比例來分，又可分為剛性軸（L/d＜12＝和撓性軸（L/d＞12）兩類。
本論文的研究對象為典型的螺紋異形軸。
2.2 主要技術(shù)要求
1、尺寸精度
軸頸是軸類零件的主要表面，它影響軸的回轉(zhuǎn)精度及工作狀態(tài)。軸頸的直徑精度根據(jù)其使用要求通常為IT6～9，精密軸頸可達(dá)IT5。
2、幾何形狀精度
軸頸的幾何形狀精度（圓度、圓柱度），一般應(yīng)限制在直徑公差點(diǎn)范圍內(nèi)。對幾何形狀精度要求較高時，可在零件圖上另行規(guī)定其允許的公差。
3、位置精度
主要是指裝配傳動件的配合軸頸相對于裝配軸承的支承軸頸的同軸度，通常是用配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動來表示的；根據(jù)使用要求，規(guī)定高精度軸為0.001～0.005mm，而一般精度軸為0.01～0.03mm。
此外還有內(nèi)外圓柱面的同軸度和軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。
4．表面粗糙度
根據(jù)零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通機(jī)床主軸支承軸頸的表面粗糙度為Ra0.16～0.63um，配合軸頸的表面粗糙度為Ra0.63～2.5um，隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大和精密程度的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。
2.3 軸類零件的材料和毛坯
合理選用材料和規(guī)定熱處理的技術(shù)要求，對提高軸類零件的強(qiáng)度和使用壽命有重要意義，同時，對軸的加工過程有極大的影響。
1、軸類零件的材料
一般軸類零件常用45鋼，根據(jù)不同的工作條件采用不同的熱處理規(guī)范（如正火、調(diào)質(zhì)、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。
對中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，可選用40Cr等合金鋼。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，具有較高的綜合力學(xué)件能。精度較高的軸，有時還用軸承鋼GCrls和彈簧鋼65Mn等材料，它們通過調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，具有更高耐磨性和耐疲勞性能。
對于高轉(zhuǎn)速、重載荷等條件下工作的軸，可選用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金鋼或38CrMoAIA氮化鋼。低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火處理后，具有很高的表面硬度、抗沖擊韌性和心部強(qiáng)度，熱處理變形卻很小。
本實(shí)例中的軸類零件材料為典型的45鋼。
2、軸類零件的毛坯
軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)械性能。
根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。
3 數(shù)控技術(shù)
3.1 數(shù)控加工原理
當(dāng)我們使用機(jī)床加工零件時，通常都需要對機(jī)床的各種動作進(jìn)行控制，一是控制動作的先后次序，二是控制機(jī)床各運(yùn)動部件的位移量。采用普通機(jī)床加工時，這種開車、停車、走刀、換向、主軸變速和開關(guān)切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自動機(jī)床和仿形機(jī)床加工時，上述操作和運(yùn)動參數(shù)則是通過設(shè)計(jì)好的凸輪、靠模和擋塊等裝置以模擬量的形式來控制的，它們雖能加工比較復(fù)雜的零件，且有一定的靈活性和通用性，但是零件的加工精度受凸輪、靠模制造精度的影響，而且工序準(zhǔn)備時間也很長。采用數(shù)控機(jī)床加工零件時，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機(jī)床控制系統(tǒng)中，再由其進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)的指令信號，從而控制機(jī)床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當(dāng)更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機(jī)床，即可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加工的全過程，制造出任意復(fù)雜的零件。數(shù)控加工的原理如圖3-1所示。
圖3-1 數(shù)控加工原理框圖
從圖1-1可以看出，數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序編制和機(jī)床加工控制兩大部分。
數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸自動啟停、換向和變速，能自動控制進(jìn)給速度、方向和加工路線，進(jìn)行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔助動作。
3.2 數(shù)控機(jī)床的基本工作過程與組成
3.2.1 數(shù)控機(jī)床加工零件的過程
（1）根據(jù)零件圖樣和加工工藝，用規(guī)定的指令和程序格式進(jìn)行程序編制；
（2）通過鍵盤或其他輸入裝置將加工程序以及加工參數(shù)輸入數(shù)控裝置；
（3）完成工件安裝和刀具調(diào)整；
（4）數(shù)控機(jī)床自動完成零件加工。一方面，通過數(shù)控裝置進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，控制伺服系統(tǒng)驅(qū)動各坐標(biāo)軸運(yùn)動，從而使刀具按照要求相對運(yùn)動，并通過位置檢測反饋裝置保證位移精度。令一方面，按照加工要求，通過PLC控制主軸及其他輔助裝置協(xié)調(diào)工作。
數(shù)控機(jī)床通過程序調(diào)試，進(jìn)入正常批量加工時，操作者只需要進(jìn)行工件裝卸，再按下程序自動循環(huán)按鈕，加床就能自動完成整個加工過程。
3.2.2 數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)組成和機(jī)床本體兩部分組成，而數(shù)控系統(tǒng)又由輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和輔助控制裝置等部分組成，如圖3-2所示。
3.3 數(shù)控機(jī)床的分類
1 按工藝用途可分為：
數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控沖床、數(shù)控液壓機(jī)等各種用途的數(shù)控機(jī)床。
2按運(yùn)動方式分：
1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，而不控制運(yùn)動軌跡，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動是不相關(guān)的，在移動過程中不對工件進(jìn)行加工。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床等。
2）直線控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置外，還要保證兩點(diǎn)間的移動軌跡為一直線，并且對移動速度也要進(jìn)行控制，也稱點(diǎn)位直線控制。這類數(shù)控機(jī)床主要有比較簡單的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。單純用于直線控制的數(shù)控機(jī)床已不多見。
3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床：輪廓控制的特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€或兩個以上的運(yùn)動坐標(biāo)的位移和速度同時進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，它不僅要控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且要控制整個加工過程的每一點(diǎn)的速度、方向和位移量，也稱為連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、加工中心等。
按伺服控制方式分：
1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：這類機(jī)床不帶位置檢測反饋裝置，通常用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，發(fā)出脈沖指令，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個步距角，再通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為工作臺的直線移動，移動部件的移動速度和位移量由輸入脈沖的頻率和脈沖個數(shù)所決定。
2）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：在電機(jī)的端頭或絲杠的端頭安裝檢測元件（如感應(yīng)同步器或光電編碼器等），通過檢測其轉(zhuǎn)角來間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。由于大部分機(jī)械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，但調(diào)試比較方便，因而被廣泛采用。
3）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：這類數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測反饋裝置，其位置檢測反饋裝置采用直線位移檢測元件，直接安裝在機(jī)床的移動部件上，將測量結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，通過反饋可消除從電動機(jī)到機(jī)床移動部件整個機(jī)械傳動鏈中的傳動誤差，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。
本論文中采用的是TND360數(shù)控車床.
3.4 數(shù)控編程
3.4.1 數(shù)控編程方法
數(shù)控編程有手動和自動編程兩種，
手工編程是指編程的各個階段均由人工完成。利用一般的計(jì)算工具，通過各種數(shù)學(xué)方法，人工進(jìn)行刀具軌跡的運(yùn)算，并進(jìn)行指令編制。 這種方式比較簡單，很容易掌握，適應(yīng)性較大。適用于中等復(fù)雜程度程序、計(jì)算量不大的零件編程，對機(jī)床操作人員來講必須掌握。
自動編程是指對于幾何形狀復(fù)雜的零件需借助計(jì)算機(jī)使用規(guī)定的數(shù)控語言編寫零件源程序，經(jīng)過處理后生成加工。常用自動編程軟件有UG、CATIA、Pro/E 、Maztercam等，在本論文中采用的是比較常用的Pro/E數(shù)控加工。
3.4.2 常用G代碼、M代碼
（一）我國HB/T3208-1999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的G功能的含義
代碼
分組
意義
格式
G00
01
快速進(jìn)給、定位
G00X-Z-
G01
直線插補(bǔ)
G01X-Z-
G02
圓弧插補(bǔ)CW（順時針）
G02 /X-Z- / R-
G03 / /I-K-
G03
圓弧插補(bǔ)CCW（逆時針）
G04
00
暫停
G04[X/U/P]X，U單位：秒：P單位：毫秒（整數(shù)）
G20
06
英制輸入
G21
米制輸入
G28
0
回歸參考點(diǎn)
G28X＿Z＿
G29
由參考點(diǎn)回歸
G29X＿Z＿
G32
01
螺紋切削（有參數(shù)指定絕對和增量）
GxxX/U＿Z/W＿F/E＿F指定單位為0.01mm/r的螺距。E指定單位為0.0001mm/r的螺旋
G40
07
刀具補(bǔ)償取消
G40
G41
右半經(jīng)刀補(bǔ)
G41
G42
左半經(jīng)刀補(bǔ)
G42
G50
00
設(shè)定工件坐標(biāo)系：G50X Z
偏移工件坐標(biāo)系：G50U W
G53
機(jī)械坐標(biāo)系選擇
G53X＿Z＿
G54
12
選擇工件坐標(biāo)系1
GXX
G55
選擇工件坐標(biāo)系2
G56
選擇工件坐標(biāo)系3
G57
選擇工件坐標(biāo)系4
G58
選擇工件坐標(biāo)系5
G59
選擇工件坐標(biāo)系6
G70
00
精加工循環(huán)
G70 Pns Qnf
G71
端面粗切削循環(huán)
G71 U△d R（e）
G71 Pns Qnf U△u W△wFf
G72
端面粗切削循環(huán)
G72W（△d）R（e）
G72 P（ns） Q（nf ）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）
G73
封閉切削循環(huán)
G73Ui W△k Rd
G73Pns Qnf U△u W△wFf
G74
端面切斷循環(huán)
G74 R（e）
G74 X（U）＿Z（W）＿P（△ｉ）Q（△ｔ）R（△ｄ）F（ｆ）
G75
內(nèi)經(jīng)/外徑切斷循環(huán)
G75R（e）
G75 X（U）＿Z（W）＿P（△ｉ）Q（△ｔ）R（△ｄ）F（ｆ）
G76
復(fù)合行螺紋切削循環(huán)
G76P（m）（r）（a）Q（△dmin）R（d）
G76X（U）Z（W）R（i）Q（△k）R（△d）F（f）
G90
01
直線車削循環(huán)
G90X（U）＿＿Z（W）＿F＿
G90 X（U）＿Z（W）＿R＿F＿
G92
螺紋車削循環(huán)
G92X（U）＿Z（W）＿F＿
G92X（U）＿Z（W）＿R＿F＿
G94
端面車削循環(huán)
G94X（U）＿Z（W）＿F＿
G94（U）＿Z（W）＿R＿F＿
G98
05
每分鐘進(jìn)給速度
G99
每轉(zhuǎn)進(jìn)給速度
注：①與坐標(biāo)設(shè)定有關(guān)的指令為G53---G59、G17—G19；
②與坐標(biāo)移動有關(guān)的指令為G00、G01、G02、G03；
③刀具補(bǔ)償指令為G40、G41、G42；
④與指令確定的數(shù)值有關(guān)的指令為G94、G95、G50、G21；
⑤可簡化編程指令表為G71—76。
（二）輔助功能也叫M功能或M代碼
常用的輔助功能M代碼含義及用途
代碼
意義
格式
M00
停止程序運(yùn)行
M01
選擇性停止
M02
結(jié)束程序運(yùn)行
M03
主軸正向轉(zhuǎn)動開始
M04
主軸反響轉(zhuǎn)動開始
M05
主軸停止轉(zhuǎn)動
M06
換刀指令
M06T＿
M08
冷卻液開啟
M09
冷卻液關(guān)閉
M30
結(jié)束程序運(yùn)行切返回程序開頭
M98
子程序調(diào)用
M98 Pxxnnn
調(diào)用程序號為Onnn的程序xx次
M99
子程序結(jié)束
子程序格式：
Onnn
…
…
M99
4數(shù)控加工工藝過程
4.1 引言
確定數(shù)控加工工藝對實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效和經(jīng)濟(jì)的數(shù)控加工具有極為重要的意義。其內(nèi)容包括選擇合適的機(jī)床、刀具、夾具、走刀路線及切削用量等，只有選擇合適的工藝參數(shù)及切削策略才能獲得較理想的加工效果。從加工的角度看，數(shù)控加工技術(shù)主要是圍繞加工方法與工藝參數(shù)的合理確定及其實(shí)現(xiàn)的理論和技術(shù)。數(shù)控加工通過計(jì)算機(jī)控制刀具做精確地切削加工運(yùn)動，是完全建立在復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上的，它能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)加工無法實(shí)現(xiàn)的合理、完整的工藝規(guī)劃。
本章將對給定實(shí)例的數(shù)控加工工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析。
4.2 零件圖
4.3 分析零件圖
4.3.1 零件幾何要素分析
從結(jié)構(gòu)上看，該零件主要由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及雙線螺紋等表面； 其結(jié)構(gòu)形狀適合數(shù)控車床的車削加工。
4.3.2 零件尺寸精度分析
該零件精度要求較高的尺寸有：Φ26、Φ36、Φ34、Φ56的圓柱面和S50的球面，需仔細(xì)對刀和認(rèn)真調(diào)整機(jī)床，并采取合理的加工方案。
4.3.3 形位精度分析
該零件無形位精度要求。
4.3.4 表面粗糙度分析
Φ26的圓柱面、Φ36的圓錐面有Ra 0.3的粗糙度要求，其余表面的粗糙度要求為 Ra 3.2.粗糙度要求較高，要保證零件的粗糙度要求，就要通過制定合適的加工工藝并合理選擇工件的裝夾方式，選用合理的刀具及其幾何參數(shù)，確定正確的粗、精加工路線及合理的切削用量等措施來保證。
采用的選用毛坯為已鍛造成型的鍛件。
4.4 制定加工工藝
4.4.1 確定裝夾方法和定位基準(zhǔn)
1． 裝夾方式
在機(jī)床上加工零時，為保證加工精度，必須先使工件在機(jī)床上占據(jù)一個正確的位置，即定位；然后將其壓緊夾牢,使其在加工中保持這一正確的位置不變，即夾緊，從定位到夾緊的全過程稱為工件的裝夾。
本實(shí)例采用夾具定位法對工件進(jìn)行定位，具體定位方法如下：
右端工件采用三爪自定心卡盤夾緊，使工件伸出卡盤255mm,右端采用活動頂尖支頂?shù)难b夾方式,一次裝夾完成粗精加工（切斷時將活動頂尖退出）
2定位基準(zhǔn)
基準(zhǔn)的概念：基準(zhǔn)是零件 用來確定其他點(diǎn)、線、面的位置所依據(jù)的點(diǎn)、線、面。 ，
確定坯件軸線和左端大端面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。
4.4.2 確定加工順序及進(jìn)給路線
加工順序按先粗后精、由近到遠(yuǎn)的原則確定，根據(jù)本工件的結(jié)構(gòu)特征，可按下列步驟進(jìn)行：
(1)先車削工件右端面（對刀前手工完成），并以此端面的中心作為原點(diǎn)建立工件坐標(biāo)系。
(2)采用G73功能對工件外形進(jìn)行粗車。基本采用階梯切削路線，粗車Φ26mm、Φ36mm、Φ34mm、Φ56mm、M30mm各外圓段以及錐圓錐段 長為10mm 的圓錐段，留1mm的余量。
（3）用G70自右向左精車各外圓面：螺紋段右倒角→切削螺紋段外圓Φ30mm→車錐長10mm的圓錐 →車Φ36mm圓柱段→車Φ34mm圓柱段→車Φ56mm圓柱段 。
(4)車5mm×Φ26mm螺紋退刀槽，倒螺紋段左倒角，車錐長10mm的圓錐以及41mm×Φ56mm的槽。
（5 ）車螺紋。
（6）自右向左粗車R15mm、R25mm、SΦ50mm、R16mm各圓弧面及300 的圓錐面。
（7）自右向左精車R15mm、R25mm、SΦ50mm、R16mm各圓弧面及300 的圓錐面。（8）切斷
數(shù)控加工走刀路線卡(1)
數(shù)控加工走刀路線圖
零件圖號
05
工序號
03
工步號
03
程序號
％1000
機(jī)床型號
TND360
程序段號
N5-N1205
加工內(nèi)容
粗車外輪廓
共4頁
第1頁
編程
校對
符號
含義
循環(huán)點(diǎn)
編程原點(diǎn)
換刀點(diǎn)
快速走刀方向
進(jìn)給走刀方向
數(shù)控加工走刀路線卡（2）
數(shù)控加工走刀路線圖
零件圖號
05
工序號
03
工步號
03
程序號
％1000
機(jī)床型號
TND360
程序段號
N1206-1460
加工內(nèi)容
粗車外輪廓
共4頁
第1頁
編程
校對
符號
含義
循環(huán)點(diǎn)
編程原點(diǎn)
換刀點(diǎn)
快速走刀方向
進(jìn)給走刀方向
數(shù)控加工走刀路線卡（3）
數(shù)控加工走刀路線圖
零件圖號
05
工序號
03
工步號
03
程序號
％1000
機(jī)床型號
TND360
程序段號
N1465-N2610
加工內(nèi)容
粗車外輪廓
共4頁
第1頁
編程
校對
符號
含義
循環(huán)點(diǎn)
編程原點(diǎn)
換刀點(diǎn)
快速走刀方向
進(jìn)給走刀方向
數(shù)控加工走刀路線卡（4）
數(shù)控加工走刀路線圖
零件圖號
05
工序號
03
工步號
03
程序號
％1000
機(jī)床型號
TND360
程序段號
N2615-N2670
加工內(nèi)容
粗車外輪廓
共4頁
第1頁
編程
校對
符號
含義
循環(huán)點(diǎn)
編程原點(diǎn)
換刀點(diǎn)
快速走刀方向
進(jìn)給走刀方向
4.4.3 選擇機(jī)床設(shè)備
根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選定TND360數(shù)控車床；根據(jù)加工時所需功能，選定其數(shù)控系統(tǒng)為BKC2-001.
4.3.4 確定刀具并對刀
1.粗、精車刀具
（1） T01：Φ5mm鉆鉆削中心孔。
（2） T02: 粗車及平端面選用硬質(zhì)合金900外圓車刀。因工件SR50的圓球要求過象限切削，為防止刀具與工件輪廓發(fā)生干涉，車刀副偏角不能取太小， 在此取為350，斷屑性能比較好；
（3） T03:為減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)，精車和車螺紋選用硬質(zhì)合金600外螺紋車刀，刀尖角取為59030′，刀尖圓弧半徑取為0.15～0.2mm.
2. 對刀
（1）將粗車用900外圓車刀安裝在絕對刀號自動轉(zhuǎn)位刀架的1號刀位上，并定為1號刀。
（2）將精車外形（含外螺紋）用600外螺紋車刀安裝在絕對刀號自動轉(zhuǎn)位刀架的2號刀位上。
（3）在對刀過程中，同時測定出2號刀相對于1號刀的刀位偏差。
（4）本實(shí)例假定經(jīng)熟練對刀后，其X、Z兩坐標(biāo)方向的刀位偏差值極小，故取為零。
4.4.4 選擇切削用量
切削用量的選擇要根據(jù)切削用量的選擇原則，結(jié)合數(shù)控機(jī)床和被加工工件的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，并經(jīng)過實(shí)際加工進(jìn)行調(diào)整，在此切削用量的選擇如下：
(1)背吃刀量的選擇： 輪廓粗車循環(huán)時選ap =3mm;精車時，選擇背吃刀量ap =0.25mm.螺紋粗車循環(huán)時選ap =0.4mm, 精車時選ap =0.1mm.
(2) 主軸轉(zhuǎn)速的選擇： 車直線和圓弧輪廓時，查表選粗車切削速度Vc=90mm/min
精車切削速度Vc=120mm/min,然后利用式子計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n(粗車工件直徑D=60mm,精車工件取平均值)：粗車 500r/min、精車 1200r/min. 車螺紋時由式子計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速 n=320r/min.
(3)進(jìn)給速度的選擇: 粗車時，為提高切削效率，可選擇較高的進(jìn)給量，在此選f=0.4mm/r;精車時，為提高工件表面質(zhì)量，兼顧到圓弧插補(bǔ)運(yùn)行，進(jìn)給量應(yīng)選擇的小一些，在此取f=0.15mmm/r;在根據(jù)式計(jì)算粗車、精車進(jìn)給速度分別為200mm/min和180mm/min.車削螺紋時的進(jìn)給量應(yīng)等于螺紋導(dǎo)程，即f=1.5mm/r，短距離控行程的f=0.6mm/r.
4.4.5 確定對刀點(diǎn)及換刀點(diǎn)位置
1.確定對刀點(diǎn)的位置
確定對刀點(diǎn)距離車床主軸軸線30mm,距離坯件右端端面5mm;其對刀點(diǎn)在正X和正Z方向處于消除機(jī)械間隙狀態(tài)。
2.換刀點(diǎn)的位置
為使其各車刀在換刀過程中不致碰撞到尾座上的頂尖，故確定換刀點(diǎn)距離車床主軸軸線60mm，即在正X方向距離對刀點(diǎn)30mm,距離坯件右端面5mm,即在方向與對刀點(diǎn)一致。
5 數(shù)控編程及仿真
5.1 選擇數(shù)控加工軟件
Pro/ENGINEER Wildfire 是中國市場上占有率最高的大型三維CAD/CAM/CAE軟件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、電子、工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè)，具有相當(dāng)多的功能模塊，利用它可以實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、有限元分析和數(shù)據(jù)庫管理等。在本論文的數(shù)控加工中選用Pro/ENGINEER為數(shù)控加工軟件。
5.2 NC程序
N5 G71
N10 ( / ZHOU)
N15 G0 G17 G99
N20 G90 G94
N25 S300 M03
N30 G0 Z279.084
N35 X38.28 Y0.
N40 G1 X31.98 F100.
N45 Z30.
N50 X35.28
N55 G0 Z279.084
N60 G1 X29.96 F100.
N65 Z30.
N70 X33.26
N75 G0 Z279.084
N80 G1 X26.96 F100.
N85 Z87.377
N90 X29.9 Z76.403
N95 X29.927 Z76.288
N100 X29.946 Z76.171
N105 X29.957 Z76.053
N110 X29.96 Z75.95
N115 X33.26
N120 G0 Z279.084
N125 G1 X24.627 F100.
N130 Z186.927
N135 X24.812 Z186.503
N140 X24.99 Z186.076
N145 X25.16 Z185.646
N150 X25.324 Z185.213
N155 X25.479 Z184.777
N160 X25.627 Z184.339
N165 X25.767 Z183.898
N170 X25.9 Z183.455
N175 X26.025 Z183.01
N180 X26.143 Z182.562
N185 X26.252 Z182.113
N190 X26.354 Z181.661
N195 X26.448 Z181.208
N200 X26.534 Z180.754
N205 X26.612 Z180.298
N210 X26.683 Z179.841
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