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河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文
題目：傳動(dòng)器主要部件的數(shù)控加工
II
摘 要
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不僅在宇航、造船、軍工等領(lǐng)域廣泛使用，而且也進(jìn)入了汽車(chē)、機(jī)床等民用機(jī)械制造行業(yè)。目前，在機(jī)械行業(yè)中，單件、小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來(lái)越大，機(jī)械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量也在不斷地提高。所以，普通機(jī)床越來(lái)越難以滿(mǎn)足加工精密零件的需要。同時(shí)，由于生產(chǎn)水平的提高，數(shù)控機(jī)床的價(jià)格在不斷下降，因此，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械行業(yè)中的使用已很普遍。
Pro/Engineer實(shí)體設(shè)計(jì)系統(tǒng),是由美國(guó)PTC公司于1989年開(kāi)發(fā)出來(lái)的，其主要功能有：Pro/Engineer?；救S造型，參數(shù)化功能定義、組裝、三維實(shí)物著色、二維視圖生成、二三維圖形輸出；復(fù)雜部件生成；二三維裝配圖組裝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)干涉檢查；工程圖生成；復(fù)雜造型；系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)接口；有限元網(wǎng)格；復(fù)雜曲面造型；數(shù)控自動(dòng)編程及刀具軌跡仿真；模具設(shè)計(jì)等。
MasterCAM設(shè)計(jì)及制造系統(tǒng)是將設(shè)計(jì)和制造結(jié)合在一起的PC級(jí)套裝軟件，利用MasterCAM可以繪制零件的圖紙，生成零件的數(shù)控加工程序并通過(guò)電纜直接送至數(shù)控機(jī)床上，由數(shù)控機(jī)床完成零件的加工，是一套CAD/CAM一體化軟件。在MasterCAM系統(tǒng)中，可以將用AutoCAD等CAD軟件繪制的圖形調(diào)入至MasterCAM中使用，也可將用MasterCAM繪制的圖形送入到其它CAD軟件中去使用。
關(guān)鍵詞： 數(shù)控機(jī)床 Pro/E MasterCAM
目 錄
摘 要 (1)
1 緒 論
1.1數(shù)控機(jī)床 (1)
1.2數(shù)控加工技術(shù) (5)
1.3數(shù)控加工工藝 (8)
1.4 CAD/CAM技術(shù) (8)
1.5本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 (9)
2 各部分零件的工藝分析
2.1 金屬材料的分析 (10)
2.2 各零部件的材料選擇及工藝分析 (13)
3 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析
3.1 概述 (15)
3.2 軸類(lèi)零件的材料、毛坯及熱處理 (16)
3.3 工藝裝備的選擇 (17)
3.4 切削用量的選擇 (18)
3.5 進(jìn)給路線(xiàn)的確定 (20)
3.6 加工順序的確定 (22)
3.7 加工余量的確定 (22)
3.8 程序的確定 (23)
3.9 軸的加工程序 (24)
4 結(jié)論與展望
4.1 本文總結(jié) (38)
4.2 將來(lái)展望 (39)
致 謝 (40)
參考文獻(xiàn) (41)
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) (42)
III
1 緒 論
1.1 數(shù)控機(jī)床
1.1.1 數(shù)控機(jī)床的概述
數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)是微電子技術(shù)同傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)品和技術(shù)。它是根據(jù)機(jī)械加工工藝的要求，使電子計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)加工過(guò)程進(jìn)行信息處理與控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。較好地解決了復(fù)雜、精密、多品種、中小批量機(jī)械零件加工問(wèn)題，是一種通用、靈活、高效能的自動(dòng)化機(jī)床。同時(shí)，數(shù)控技術(shù)又是柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的技術(shù)基礎(chǔ)之一，是機(jī)電一體化高新科技的重要組成部分。
1.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控技術(shù)可以應(yīng)用于各種加工機(jī)床，例如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控沖床、數(shù)控電火花、線(xiàn)切割、激光加工機(jī)床等等。雖然數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)繁多，但它們的組成部分基本相同，主要包括以下幾個(gè)方面。
(一)機(jī)床的主體
數(shù)控機(jī)床的主體即數(shù)控機(jī)床的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。包括數(shù)控機(jī)床的床身、主軸以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體部局、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)以及操作機(jī)構(gòu)等方面部已發(fā)生了很大的變化，這些變化的目的是為了滿(mǎn)足數(shù)控技術(shù)的要求，從而使數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)得以充分發(fā)揮。
(二)控制裝置
控制裝置是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)，也叫做計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置。CNC裝置實(shí)際上就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)加工程序的運(yùn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)。實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的自動(dòng)控制。
典型CNC裝置的構(gòu)成如圖1-1所示。
由圖可知，CNC裝置包含以下幾個(gè)部分：
1. 微處理器及其總線(xiàn)
微處理器(CPU)及其總線(xiàn)(BUS)是CNC裝置的核心。CPU由運(yùn)算器和控制器組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算以及指令的操作控制．CPU最基本的運(yùn)算處理就是插補(bǔ)運(yùn)算。所謂插補(bǔ)就是求取零件加工路徑的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，用以控制數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)?？偩€(xiàn)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間傳遞信號(hào)的渠道，一般由數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等組成。
2. 輸入裝置
輸入裝置是把加工程序輸人至計(jì)算機(jī)的裝置，通?？梢圆捎靡韵氯N方式：
(1)紙帶輸入 紙帶輸人方式就是在特制的紙帶上穿孔．用孔的不同位置的組合．構(gòu)成不同的數(shù)控代碼，通過(guò)紙帶閱讀機(jī)，把紙帶上的代碼轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和處理的電信號(hào)。
(2)手動(dòng)輸人 手動(dòng)輸入方式就是使用數(shù)控機(jī)床上的鍵盤(pán)輸入加工程序。輸入方法有兩種．一是MDI(手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入)，這種方法適用于比較短的程序，只能使用一次，機(jī)床動(dòng)作后程序就消失；二是在控制裝置的EDIT(編輯)狀態(tài)下輸入加工程序，存放在控制裝置的內(nèi)存中，用這種方法可以對(duì)程序進(jìn)行修改，并且可以重復(fù)使用。
(3)直接輸入存儲(chǔ)器 直接輸入方式是采用CNC裝置的串行通信接口等，通過(guò)對(duì)有關(guān)參數(shù)的設(shè)定，直接讀入由自動(dòng)編程機(jī)或者其它計(jì)算機(jī)編制的程序。
3. 存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器是用來(lái)存放CNC裝置的數(shù)據(jù)、參數(shù)及程序的。存儲(chǔ)器一般由存放系統(tǒng)程序的只讀存儲(chǔ)器ROM、存放運(yùn)算的中間結(jié)果的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM以及存放加工零件程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)的RAM等組成。
4. 位置控制單元
位置控制單元是把插補(bǔ)運(yùn)算求取的坐標(biāo)給定值與位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際值進(jìn)行比較，然后將結(jié)果送入速度控制單元，對(duì)進(jìn)結(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。
5. 可編程序控制器
可編程序控制器(PLC)是用來(lái)替代傳統(tǒng)的機(jī)床強(qiáng)電控制線(xiàn)路，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的切削液供給、停止、刀具的自動(dòng)交換、工作臺(tái)的自動(dòng)交換等的自動(dòng)控制功能。
6. 通信接口
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床往往都帶有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口，以便與編程機(jī)及上級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)通信功能。隨著柔性制造系統(tǒng)FMS、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS的發(fā)展，CNC裝置的通信功能將發(fā)揮更加重要的作用。CNC與上級(jí)計(jì)算機(jī)等的網(wǎng)絡(luò)通信功能主要是通過(guò)串行數(shù)據(jù)通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
(三)伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)接收來(lái)自CNC裝置的指令信息，嚴(yán)格按照指令信息的要求，拖動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件，完成零件的加工。伺服系統(tǒng)直接決定了刀具與零件的相對(duì)位置，因而伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機(jī)床的加工精度的主要因素。伺服系統(tǒng)主要由伺服控制電路、功率放大電路、檢測(cè)裝置以及伺服電動(dòng)機(jī)等部分組成。
(四)附加裝置
為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、提高加工精度和提高自動(dòng)化程度，數(shù)控機(jī)床還具有許多附加裝置，例如自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)及切屑處理裝置等等。
1.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本工作原理
在數(shù)控機(jī)床上加工一個(gè)零件，一般包含以下幾個(gè)步驟：
1.根據(jù)加工零件的圖紙和工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式來(lái)編寫(xiě)加工程序；
2.將加工程序制作成穿孔帶；
3.通過(guò)紙帶閱讀機(jī)將穿孔帶上的程序輸入CNC裝置。也可以來(lái)用手動(dòng)輸入方式將程序輸入CNC裝置；
4.CNC裝置對(duì)程序代碼進(jìn)行譯碼、寄存和運(yùn)算，然后為伺服系統(tǒng)提供控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制；
5.與此同時(shí)，CNC裝置提供的信號(hào)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床其它各運(yùn)動(dòng)部件的控制與操作，包括主軸變速、工件松夾、刀具轉(zhuǎn)位以及開(kāi)關(guān)冷卻液等。
通過(guò)以上步驟，數(shù)控機(jī)床最終便可以加工出合格的零件了。
1.1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及用途
進(jìn)入 80 年代的機(jī)械制造業(yè)，其產(chǎn)品面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，促使越來(lái)越多的企業(yè)走上小批量、多品種、不斷更新產(chǎn)品的道路。隨著以航天、精密儀器制造業(yè)為主的高技術(shù)產(chǎn)品不斷的出現(xiàn)，復(fù)雜零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)模式難以滿(mǎn)足要求，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)則應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控機(jī)床就是在這種形勢(shì)下產(chǎn)生的自動(dòng)化設(shè)備，它是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)裝備。
與其他類(lèi)型的自動(dòng)化機(jī)床型比較，數(shù)控機(jī)床主要有如下一些優(yōu)點(diǎn):
(1) 具有較大柔性
由前述可知，數(shù)控機(jī)床是按照記錄在穿孔帶等信息載體上的指令信息自動(dòng)加工進(jìn)行加工的。加工對(duì)象改變時(shí)，只需重新編制程序或更換一條穿孔帶、磁帶或其他形式的信息載體，即不需要對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行調(diào)整，也不需要制造凸輪、靠模一類(lèi)的輔助裝置。這樣，便非常迅速地從一種零件的加工過(guò)渡到另一種零件的加工，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。
(2) 能獲得較高的加工精度
機(jī)床加工精度在很大程度上取決于進(jìn)給傳動(dòng)的位置精度。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)為數(shù)字式伺服傳動(dòng)，它能保證運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如位移、速度的準(zhǔn)確性。此外，傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精密、高效，也極大地提高了傳動(dòng)精度。因此，數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度。
(3) 便于加工復(fù)雜形狀的零件
數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制多個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，可加工其他機(jī)床很難加工甚至不可能加工的復(fù)雜曲面。對(duì)于以函數(shù)形式或列表值表示的曲面，加工更為方便。
(4) 機(jī)床的使用、維護(hù)技術(shù)要求高
數(shù)控機(jī)床是多學(xué)科、高新技術(shù)的產(chǎn)物，相應(yīng)地，這就對(duì)機(jī)床的操作和維護(hù)提出了較高的要求。此外，機(jī)床價(jià)格高，設(shè)備一次性投資大，為保證數(shù)控加工的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，同樣要求機(jī)床的使用者和維修人員應(yīng)具有較高的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。
按照以上特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床最適合在單件、小批生產(chǎn)條件下，加工下列類(lèi)型的零件:
①普通機(jī)床難以加工，或雖能加工，但需要復(fù)雜、昂貴的工藝設(shè)備
②材料昂貴、不允許報(bào)廢的零件
③結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要多工序加工的零件
④生產(chǎn)周期要求短的急缺零件
1.2 數(shù)控加工技術(shù)
1.2.1數(shù)控加工技術(shù)簡(jiǎn)介
數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門(mén)新型的發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)，它將制造技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、微電子技術(shù)、監(jiān)控檢測(cè)技術(shù)等多種高新建設(shè)傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái)，成為制造自動(dòng)化領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展十分迅速，從第一代的電子管元件數(shù)控裝置，經(jīng)歷了晶體管電路、小中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路控制系統(tǒng)，發(fā)展到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。數(shù)控裝置體積越來(lái)越小，精度越來(lái)越高，在工業(yè)生產(chǎn)中日益發(fā)揮著重要作用。
1.2.2 數(shù)控加工的特點(diǎn)
1) 自動(dòng)化程度高 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，除了手工裝卸工件外，全部加工過(guò)程都有機(jī)床自動(dòng)完成.在柔性制造系統(tǒng)上，上下料、檢測(cè)、診斷對(duì)到、傳輸、調(diào)度、管理等也都有機(jī)床自動(dòng)完成，這樣減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。
2) 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定 數(shù)控加工的尺寸精度通常在0.005 ～0.lm 之間，日前最高的尺寸精度可達(dá)士0.0015mm，不受零件形狀復(fù)雜程度的影響，加工中消除了操作者的人為誤差，提高了同批零件尺寸的一致性，是產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。
3) 加工對(duì)象適應(yīng)性強(qiáng) 數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的控制信息是加工程序。當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)，除了相應(yīng)更換刀具和解決工件裝夾方式外，只要重新編寫(xiě)并輸入該零件的加工程序，便可自動(dòng)加工出新的零件，不必對(duì)機(jī)床作任何復(fù)雜的調(diào)整，這樣縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，給新產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。
4) 生產(chǎn)效率高 數(shù)控機(jī)床的加工效率高，一方面是自動(dòng)化程度高，在一次裝夾中能完成較多表面的加工，省去了劃線(xiàn)、多次裝夾、檢測(cè)等工序;另一方面是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度高，空行程時(shí)間短。
5) 易于建立計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò) 由于數(shù)控機(jī)床是使用數(shù)字信息，易于與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)系統(tǒng)連接，形成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造與數(shù)控機(jī)床緊密結(jié)合的一體化系統(tǒng)。
1.2.3 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展
1.高速化 數(shù)控系統(tǒng)采用高速的32位以上的微處理器，使其輸人、譯碼、計(jì)算、輸出等環(huán)節(jié)都在高速下完成，并可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實(shí)現(xiàn)連續(xù)小程序段的高速加工。
目前采用64位微處理器的新型數(shù)控系統(tǒng)，更增強(qiáng)了插補(bǔ)運(yùn)算功能、快速進(jìn)給功能，可進(jìn)行更高速的加工，并實(shí)現(xiàn)了多軸控制功能，一般控制軸數(shù)為3～15軸，最多24軸，同時(shí)控制軸數(shù)可達(dá)3～6軸。
2.高精度化 以加工中心為例．其主要精度指標(biāo)——直線(xiàn)坐標(biāo)的定位精度和重復(fù)定位精度都有了明顯的提高：定位精度由土5um／m提高到土(0.15～3)um／m，重復(fù)定位精度由土2um提高到土1um。為了提高加工精度，對(duì)數(shù)控機(jī)床本身除了在結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)、主軸箱、進(jìn)給系統(tǒng)中采用低熱脹系數(shù)材料、通人恒溫油等措施外，還在控制方面采取了一系列措施。
3.多功能 新型數(shù)控機(jī)床具有多種監(jiān)控、檢測(cè)及補(bǔ)償功能，具有更強(qiáng)的通信功能、圖像編程和顯示功能，比如刀具磨損的檢測(cè)、系統(tǒng)的精度及熱變形的檢測(cè)等，還具有刀具壽命管理、刀具長(zhǎng)度偏置、刀具半徑補(bǔ)償、刀尖補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償?shù)裙δ?。更先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床有自動(dòng)編程能力，通過(guò)鍵盤(pán)和圖像顯示可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)，可根據(jù)圖樣自動(dòng)編程并通過(guò)遠(yuǎn)距離串行接口輸入給機(jī)床，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。
4.智能化 在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進(jìn)了自適應(yīng)控制這種智能化技術(shù)。自適應(yīng)控制(Adaptive Control簡(jiǎn)稱(chēng)AC)技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過(guò)程中所測(cè)得的工作狀態(tài)特征，且能使切削加工過(guò)程達(dá)到并維持最佳狀態(tài)的技術(shù)。在工藝系統(tǒng)中，大約有30余種變量直接或間接影響加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形、切削液的粘度、刀具與工件材料化學(xué)親和力的大小等因素。這些變量一般事先難以預(yù)知，編制加工程序時(shí)常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)際加工中，很難選擇最佳參數(shù)進(jìn)行切削。而自適應(yīng)控制技術(shù)則能根據(jù)切削條件的實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)整并保持最佳工作狀態(tài)，從而得到高的加工精度、較小的表面粗糙度值，并提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。
5.高可靠性 為了提高數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的可靠性，人們采取了以下一些措施：
(1)提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量 選用高質(zhì)量的集成電路芯片、印制電路板和其它元器件，建立并實(shí)施從元器件篩選、穩(wěn)定產(chǎn)品的制造和裝配工藝到性能測(cè)試等一系列完整的質(zhì)量保證體系。
(2)實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化 性能越來(lái)越完善，功能愈來(lái)愈豐富的現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)有利地促進(jìn)了其硬件、軟件實(shí)現(xiàn)“三化”：模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，包括數(shù)控機(jī)床的主軸部件，變速箱立柱、工作臺(tái)、刀架、刀庫(kù)等都可模塊化生產(chǎn)?！叭钡膶?shí)現(xiàn)，不僅便于組織開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，而且也提高了機(jī)床的質(zhì)量和運(yùn)行的可靠性，并便于用戶(hù)的維修和保養(yǎng)。
(3)配備先進(jìn)的檢測(cè)、監(jiān)控裝置、紅外線(xiàn)、聲發(fā)射、溫度測(cè)量、功率測(cè)量、激光檢測(cè)等
1.3 數(shù)控加工工藝
所謂數(shù)控加工工藝，就是用數(shù)控機(jī)床加工零件的一種方法。在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)，將記錄在控制介質(zhì)上、描述加工過(guò)程所需的全部工藝信息，即原先在通用機(jī)床上加工時(shí)需要操作者考慮和決定的內(nèi)容及動(dòng)作的數(shù)碼信息輸人數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置，對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和控制，并不斷向伺服機(jī)構(gòu)——使機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工運(yùn)動(dòng)的機(jī)電功能轉(zhuǎn)換部件發(fā)送脈沖信號(hào)，伺服機(jī)構(gòu)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床按所編程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，便可加工出我們所需要的零件?？梢?jiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，編程是關(guān)鍵。但必須有編程前的數(shù)控工藝做必要準(zhǔn)備工作和編程后的善后處理工作。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，數(shù)控編程也屬于數(shù)控工藝的范疇。因此，數(shù)控加工工藝主要包括以下幾方面的內(nèi)容：
1)選擇并確定需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。
2)進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)。
3)對(duì)零件圖形進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理。
4)編寫(xiě)加工程序(自動(dòng)編程時(shí)為源程序，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成目標(biāo)程序——加工程序)。
5)按程序單制作控制介質(zhì)。
6)對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)與修改。
7)首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題處理。
8)數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的編寫(xiě)與歸檔。
1.4 CAD／CAM技術(shù)
1963年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首次提出CAD(Computer Aided Design—計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))的概念。MIT小組初步設(shè)想了采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、分析，并開(kāi)發(fā)了交互式圖形處理系統(tǒng)、繪制出了工程圖，從而使CAD由試驗(yàn)階段過(guò)渡到了實(shí)施階段。 CAM(Computer Aided Manufacturing—計(jì)算機(jī)輔助制造)是從APT開(kāi)始的。它是20世紀(jì)50年代MIT設(shè)計(jì)的一種專(zhuān)門(mén)用于零件NC加工的自動(dòng)編程語(yǔ)言，到1967年APT系統(tǒng)己實(shí)用化。從l974年開(kāi)始，人們把CAD系統(tǒng)和生產(chǎn)計(jì)劃管理及力學(xué)計(jì)算相結(jié)合，發(fā)展成為CAD／CAM綜合系統(tǒng)。70年代后期，CAD／CAM進(jìn)人初期實(shí)用階段。
CAD／CAM技術(shù)推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。CAD／CAM技術(shù)從根本上改變了過(guò)去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖樣組織整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)管理方式，將它變?yōu)樵趫D形工作站上交互設(shè)計(jì)、用數(shù)據(jù)文件發(fā)送產(chǎn)品定義、在統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型下進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)打樣、分析計(jì)算、工藝計(jì)劃、工藝裝備設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、質(zhì)量控制、編印產(chǎn)品維護(hù)手冊(cè)、組織備件訂貨供應(yīng)等等。
1.5本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
傳動(dòng)器是一種常見(jiàn)的中間傳遞機(jī)構(gòu),其構(gòu)成的主要零部件,如圖所示：
由圖可知，該傳動(dòng)器主要有以下幾部分組成：中間是箱體,內(nèi)部是軸,其左側(cè)是端蓋,右側(cè)分別是端蓋、調(diào)整環(huán)和齒輪。
傳動(dòng)器是動(dòng)力的中間傳遞機(jī)構(gòu)。當(dāng)動(dòng)力通過(guò)齒輪輸入時(shí)，通過(guò)鍵聯(lián)接，帶動(dòng)軸傳動(dòng)，只要在軸的左端安上齒輪、帶輪等零件，就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。
下面就對(duì)本課題所設(shè)計(jì)的主要零部件的加工工藝進(jìn)行分析。
2 各部分零件的工藝分析
2.1 金屬材料的分析
一、材料
機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也得到廣泛的應(yīng)用。
金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱(chēng)為鋼，含碳量大于2%的稱(chēng)為鐵。
1鑄鐵
常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當(dāng)?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動(dòng)性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的零件?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、減振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，價(jià)格便宜，但其抗拉強(qiáng)度較鋼差?；诣T鐵常用作機(jī)架或殼座。球墨鑄鐵強(qiáng)度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼用來(lái)制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。
2鋼
鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可通過(guò)軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機(jī)械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。
鋼的類(lèi)型很多，按用途分，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼可用于加工機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。按化學(xué)成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強(qiáng)度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q215、Q235）一般只保證機(jī)械強(qiáng)度而不保證化學(xué)成分，不宜進(jìn)行熱處理，通常用于不太重要的零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)中。碳素鋼的性能主要取決于其含碳量。低碳鋼的含碳量低于0.25%，其強(qiáng)度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳鋼零件可通過(guò)滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且耐沖擊的零件。中碳鋼的含碳量在0.3%~0.5%之間，它的綜合力學(xué)性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳鋼具有高的強(qiáng)度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素低于2%或合金元素總量低于5%的稱(chēng)為低合金鋼。每一種合金元素含量為2%~5%或合金元素總含量為5%~10%的稱(chēng)為中合金鋼。每一種合金元素含量高于5%或合金元素總含量高于10%的稱(chēng)為高合金鋼。加入不同的合金元素可改變鋼的機(jī)械性能并具有各種特殊性質(zhì)。例如鉻能提高鋼的硬度，并在高溫時(shí)防銹耐酸；鎳使鋼具有良好的淬透性和耐磨性。但合金鋼零件一般都需經(jīng)過(guò)熱處理才能提高其機(jī)械性能；此外，合金鋼較碳素鋼價(jià)格高，對(duì)應(yīng)力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時(shí)才考慮采用。
用碳素鋼和合金鋼澆鑄而成的鑄件稱(chēng)為鑄鋼，通常用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大的零件，但鑄鋼的液態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差，且其收縮率的鑄鐵件大，故鑄鋼的壁厚常大于10ｍｍ，其圓角和不同壁厚的過(guò)渡部分應(yīng)比鑄鐵件大。表1-1是常用的金屬材料的機(jī)械性能。
表1-1 常用鋼鐵材料的機(jī)械性能
材料
機(jī)械性能
名稱(chēng)
牌號(hào)
抗拉強(qiáng)度
sb(N/mm2)
屈服強(qiáng)度
ss(N/mm2)
硬度
(HBS)
普通碳素結(jié)構(gòu)鋼
Q215
Q235
Q255
Q275
335~410
375~460
410~510
490~610
215
235
255
275
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
20
35
45
410
530
600
245
315
355
156
197
220
合金結(jié)構(gòu)鋼
18Cr2Ni4W
35SiMn
40Cr
40CrNiMo
20CrMnTi
65Mn
118
785
981
980
1079
735
835
510
785
835
834
430
260
229
247
269
￡217
285
鑄鋼
ZG230-450
ZG270-500
ZG310-570
450
550
570
230
270
310
3130
3143
3153
灰鑄鐵
HT150
HT200
HT250
145
195
240
—
—
—
150~200
170~220
190~240
球墨鑄鐵
QT450-10
QT500-7
QT600-3
QT700-2
450
500
600
700
310
320
370
420
160~210
170~230
190~270
225~305
二、材料選用的原則
從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項(xiàng)受到多方面因素制約的工作，通常應(yīng)考慮下面的原則：
（1） 載荷的大小和性質(zhì)，應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布狀況
對(duì)于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應(yīng)選鑄鐵。脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時(shí)應(yīng)選擇塑性材料。
（2） 零件的工作條件
在腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應(yīng)選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應(yīng)選防銹能力好的材料，如不銹鋼、銅合金等。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強(qiáng)耐磨性，應(yīng)選擇適于進(jìn)行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能可通過(guò)熱處理和表面強(qiáng)化（如噴丸、滾壓等）來(lái)提高和改善，因此要充分利用熱處理和表面處理的手段來(lái)發(fā)揮材料的潛力。
（3） 零件的尺寸及質(zhì)量
零件尺寸的大小及質(zhì)量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)，對(duì)外形復(fù)雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應(yīng)選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應(yīng)選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡(jiǎn)單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應(yīng)具有較好的塑性。
（4） 經(jīng)濟(jì)性
選擇零件材料時(shí)，當(dāng)用價(jià)格低廉的材料能滿(mǎn)足使用要求時(shí)，就不應(yīng)選擇價(jià)格高的材料，這對(duì)于大批量制造的零件尤為重要。此外還應(yīng)考慮加工成本及維修費(fèi)用。為了簡(jiǎn)化供應(yīng)和儲(chǔ)存的材料品種，對(duì)于小批制造的零件，應(yīng)盡可能減少同一部設(shè)備上使用材料的品種和規(guī)格，使綜合經(jīng)濟(jì)效益最高。
2.2 各零部件的材料選擇及工藝分析
1.齒輪
齒輪的材料及熱處理對(duì)齒輪的使用性能和壽命有很大的影響?？紤]材料的綜合性能及經(jīng)濟(jì)性，本課題所設(shè)計(jì)的齒輪的材料選用45鋼，齒面硬度220～250HBS。因其加工精度并不高，因此采用：滾齒—齒端加工-齒面熱處理-修正內(nèi)孔的加工方案。
2.端蓋
本課題所設(shè)計(jì)的端蓋采用鑄鐵HT200，因?yàn)殍T鐵具有良好的耐磨性和減振性，而且價(jià)格低廉。加工工藝路線(xiàn)：車(chē)削其外形—銑削內(nèi)形—鉆孔。
3.調(diào)整環(huán)
非合金結(jié)構(gòu)鋼Q235碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，具有良好的塑性和焊接性能，但強(qiáng)度較低，在機(jī)械制造中主要用于制造受力不大的普通機(jī)械零件，因此本課題所設(shè)計(jì)的調(diào)整環(huán)，選用Q235-A。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故只需先鉆孔后車(chē)削即可。
4. 箱體
箱體零件是機(jī)器的基礎(chǔ)零件之一。由它將機(jī)器和部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件集合成一個(gè)整體，使它們之間保持正確的相互位置關(guān)系，并按一定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)的傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。因此，箱體的加工質(zhì)量對(duì)機(jī)器的精度、性能和壽命都有直接的影響。本課題所設(shè)計(jì)的箱體采用鑄鐵HT200，因?yàn)殍T鐵具有較好的耐磨性、鑄造性、切削性和減振性，且成本低廉。加工方法多采用鑄造，毛坯在鑄造時(shí)應(yīng)防止砂眼和氣孔產(chǎn)生。為了減少殘余應(yīng)力，箱體鑄造后應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。
5. 軸
通過(guò)對(duì)材料的綜合性能及經(jīng)濟(jì)性的分析，本課題所設(shè)計(jì)的軸采用45鋼，因其在機(jī)構(gòu)中起傳遞作用，則需要有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。其加工工藝路徑為：車(chē)削其外圓輪廓—銑削鍵槽—攻螺紋—熱處理—精磨。
3. 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析
3.1概述
軸是機(jī)械加工中常見(jiàn)的典型零件之一。它在機(jī)械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件，以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等，其中階梯傳動(dòng)軸應(yīng)用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類(lèi)零件的加工規(guī)律和共性。
根據(jù)軸類(lèi)零件的功用和工作條件，其技術(shù)要求主要在以下方面：
⑴ 尺寸精度 軸類(lèi)零件的主要表面常為兩類(lèi)：一類(lèi)是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT 5～I(xiàn)T7；另一類(lèi)為與各類(lèi)傳動(dòng)件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為IT6～I(xiàn)T9。
⑵ 幾何形狀精度 主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對(duì)于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。
⑶ 相互位置精度 包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線(xiàn)的垂直度、端面間的平行度等。
⑷ 表面粗糙度 軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定。支承軸頸常為0.2～1.6μm，傳動(dòng)件配合軸頸為0.4～3.2μm。
⑸ 其他 熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。
3.2軸類(lèi)零件的材料、毛坯及熱處理
1．軸類(lèi)零件的材料
⑴ 軸類(lèi)零件材料 常用45鋼，精度較高的軸可選用40Cr、軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，也可選用球墨鑄鐵；對(duì)高速、重載的軸，選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。
⑵ 軸類(lèi)毛坯 常用圓棒料和鍛件；大型軸或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過(guò)加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強(qiáng)度。
2．軸類(lèi)零件的熱處理
鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細(xì)化，消除鍛造應(yīng)力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
調(diào)質(zhì)一般安排在粗車(chē)之后、半精車(chē)之前，以獲得良好的物理力學(xué)性能。
表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。
精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理。
經(jīng)綜合考慮，本課題所設(shè)計(jì)的軸采用45鋼，因其在機(jī)構(gòu)中起傳遞作用，則需要有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。
3.3 工藝裝備的選擇
工藝裝備選擇的合理與否，將直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)根據(jù)地生產(chǎn)類(lèi)型、具體加工條件、工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求等選擇工藝裝備。
一、夾具的選擇
單件、小批生產(chǎn)應(yīng)首先采用各種通用夾具和機(jī)床附件，如卡盤(pán)、機(jī)床用平口虎鉗、分度頭等；對(duì)于大批和大量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率應(yīng)采用專(zhuān)用高效夾具；多品種中、小批量生產(chǎn)可采用可調(diào)夾具或成組夾具。
因?yàn)楸菊n題所要加工的軸形狀較簡(jiǎn)單，采用通用夾具即可，因此選用三角卡盤(pán)。
二、 刀具的選擇
一般優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)刀具。若采用機(jī)械集中，則可采用各種高效的專(zhuān)用刀具、復(fù)合刀具和多刃刀具等。刀具的類(lèi)型、規(guī)格和精度等級(jí)應(yīng)符合加工要求。
其次在選用刀具時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）在數(shù)控機(jī)床上銑削平面時(shí)，應(yīng)采用鑲裝可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的銑刀。一般采用兩次走刀，一次粗銑，一次精銑。當(dāng)連續(xù)切削時(shí)，粗銑刀直徑要小一些，精銑刀直徑要大一些，最好能包容待加工面的整個(gè)寬度。加工余量大，且加工面又不均勻時(shí)，刀具直徑要選得小些，否則當(dāng)粗加工時(shí)會(huì)因接刀刀痕過(guò)深而影響加工質(zhì)量。
2）高速鋼立銑刀多用于加工凸臺(tái)和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因?yàn)槊髅嬗杏不瘜雍蛫A砂現(xiàn)象，刀具會(huì)很快被磨損。
3）加工余量較小，并且要求表面粗糙度值較低時(shí)，應(yīng)采用鑲立方氮化硼刀片的端銑刀或鑲陶瓷刀片的端銑刀。
4）鑲硬質(zhì)合金的立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺(tái)面和毛坯表面。
5）鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀可以進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑削毛坯表面和用于孔的粗加工。
6）精度要求較高的凹槽加工時(shí)，可以采用直徑比槽寬小一些的立銑刀，先銑槽的中間部分，然后利用刀具半徑補(bǔ)償功能銑削槽的兩邊，直到達(dá)到精度要求為止。
7）在數(shù)控銑床上鉆孔，一般不采用鉆模，鉆孔深度為直徑的5倍左右的深孔加工容易折斷鉆頭，應(yīng)注意冷卻和排屑。鉆孔前最好先用中心鉆鉆一個(gè)中心孔或用一個(gè)剛性好的短鉆頭锪窩引正。锪窩除了可以解決毛坯表面鉆孔引正問(wèn)題外，還可以代替孔口倒角。
三、量具的選擇
單件、小批生產(chǎn)應(yīng)廣泛采用通用量具，如游標(biāo)卡尺、百分尺和千分表等；大批、大量生產(chǎn)應(yīng)采用極限量塊和高效的專(zhuān)用檢驗(yàn)夾具和量?jī)x等。量具的精度必須與加工精度相適應(yīng)。
因本零件屬于小批量生產(chǎn)，因此，選用通用量具即可。
3.4 切削用量的選擇
對(duì)于高效率的金屬切削機(jī)床加工來(lái)說(shuō)，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。這些條件決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。
在確定每道工序的切削用量時(shí)，應(yīng)根據(jù)刀具的耐用度和機(jī)床說(shuō)明書(shū)中的規(guī)定去選擇。也可以結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類(lèi)比法確定切削用量。在選擇切削用量時(shí)要充分保證刀具能加工完一個(gè)零件，或保證刀具耐用度不低于一個(gè)工作班，最少不低于半個(gè)工作班的工作時(shí)間。
背吃刀量主要受機(jī)床剛度的限制，在機(jī)床剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工序的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。對(duì)于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數(shù)控加工的精加工余量可比通用機(jī)床加工的余量小一些。
在確定切削用量時(shí)，要根據(jù)被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)、背吃刀量、進(jìn)給量，刀具耐用度，最后選擇合適的切削速度。
表2.1為車(chē)削加工時(shí)的選擇切削條件的參考數(shù)據(jù)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，一般粗車(chē)切削深度為2～3mm,半精車(chē)切削深度為0.5～2mm，精車(chē)切削深度為0.2～0.5mm。本課題所加工的為45鋼，由表可知：切削速度應(yīng)在70～220mm/min,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),我們選擇Vc=120mm/min.由公式n=1000v/∏dw (dw-未加工工件的直徑)可以計(jì)算出,粗車(chē)時(shí)n=500r/min;精車(chē)時(shí)n=1200r/min.
刀具及切削參數(shù)如下：
3.5 進(jìn)給路線(xiàn)的確定
在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，進(jìn)給路線(xiàn)的確定是非常重要的，它與工件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。所謂進(jìn)給路線(xiàn)就是數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中刀具中心的移動(dòng)路線(xiàn)。確定進(jìn)給路線(xiàn)，就是確定刀具的移動(dòng)路線(xiàn)。
1）數(shù)控車(chē)削進(jìn)給路線(xiàn)的確定 確定數(shù)控車(chē)削進(jìn)給路線(xiàn)的工作重點(diǎn)，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線(xiàn)，精加工切削過(guò)程的進(jìn)給路線(xiàn)基本上都是沿其零件設(shè)計(jì)圖確定的輪廓順序進(jìn)行的。
車(chē)削進(jìn)給路線(xiàn)泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)（或機(jī)床固定原點(diǎn)）開(kāi)始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程。其基本原則是：
① 力求空行程路線(xiàn)最短?？赏ㄟ^(guò)巧用起刀點(diǎn)、將起刀點(diǎn)與其對(duì)刀點(diǎn)重合在一起；巧設(shè)換（轉(zhuǎn)）刀點(diǎn)，如果將第二把刀的換刀點(diǎn)也設(shè)置在合適點(diǎn)位置上，則可縮短空行程距離，在合理安排“回零”路線(xiàn)時(shí)，應(yīng)使其前一刀終點(diǎn)與后一刀起點(diǎn)間的距離盡量減短，或者為零，即可滿(mǎn)足進(jìn)給路線(xiàn)為最短的要求。
② 力求切削進(jìn)給路線(xiàn)最短。切削進(jìn)給路線(xiàn)為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。
25
矩形進(jìn)給路線(xiàn)，適用于棒料毛坯，進(jìn)給路線(xiàn)較短。
三角形進(jìn)給路線(xiàn)，適用于棒料毛坯，進(jìn)給路線(xiàn)較長(zhǎng)。
仿形進(jìn)給路線(xiàn)，用于鑄、鍛件毛坯時(shí)進(jìn)給路線(xiàn)較短。
因毛坯形狀為圓棒料，排除第三種進(jìn)給路線(xiàn)，根據(jù)力求進(jìn)給路線(xiàn)最短原則，第一種走刀路線(xiàn)較適合。
2）數(shù)控銑削進(jìn)給路線(xiàn)的確定 數(shù)控銑削加工中進(jìn)給路線(xiàn)對(duì)零件的加工精度和表面質(zhì)量有直接的影響，因此，確定好進(jìn)給路線(xiàn)是保證銑削加工精度和表面質(zhì)量的工藝措施之一。下面是銑削中幾種常見(jiàn)的走刀路線(xiàn)。
在圖中，左圖和中圖分別為用行切法加工和環(huán)切法加工凹槽的走刀路線(xiàn)，而右圖是先用行切法，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。三種方案中，左圖方案的加工表面質(zhì)量最差，在周邊留有大量的殘余；中圖方案和右圖方案加工后的能保證精度，但中圖方案采用環(huán)切的方案，走刀路線(xiàn)稍長(zhǎng)，而且編程計(jì)算工作量大。
根據(jù)以上分析，本課題所加工的軸上的鍵槽采用右圖所示的走刀方案。
3.6 加工順序的確定
主軸加工順序安排如下：
外圓表面左右兩端的粗加工（以頂尖孔定位）→外圓表面左右兩端的精加工（以頂尖孔定位）→攻螺紋→軸上鍵槽的銑削→淬火→精磨。
當(dāng)主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對(duì)主軸來(lái)說(shuō)非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進(jìn)行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需加工了，這樣可以避免浪費(fèi)工時(shí)。但這些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面過(guò)程中損傷已精加工過(guò)的主要表面。
對(duì)凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應(yīng)安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車(chē)之后，精磨之前進(jìn)行加工。
3.7 加工余量的確定
加工余量的大小等于每個(gè)中間工序加工余量的總和。工序間的加工余量的選擇應(yīng)根據(jù)下列條件進(jìn)行。
1）應(yīng)有足夠的加工余量，特別是最后的工序，加工余量應(yīng)能保證達(dá)到圖樣上所規(guī)定的精度和表面粗糙度值要求。
2）應(yīng)考慮加工方法和設(shè)備的剛性，以及工件可能發(fā)生的變形。過(guò)大的加工余量反而會(huì)由于切削抗力的增加而引起工件變形加大，影響加工精度。
3）應(yīng)考慮到熱處理引起的變形，否則可能產(chǎn)生廢品。
4）應(yīng)考慮工件的大小。工件越大，由切削力、內(nèi)應(yīng)力引起的變形亦會(huì)越大，加工余量也要相應(yīng)地大一些。
5）在保證加工精度的前提下，應(yīng)盡量采用最小的加工余量總和，以求縮短加工時(shí)間，降低加工費(fèi)用。
3.8 程序的確定
一、數(shù)控指令的介紹
數(shù)控程序的指令由一系列的程序字組成，而程序字通常由地址（address）和數(shù)值（number）兩部分組成，地址通常是某個(gè)大寫(xiě)字母。數(shù)控程序中的地址代碼意義如表1-1所示。
表 1-1
功 能
地 址
意 義
程序號(hào)
：(ISO)，O (EIA)
程序序號(hào)
順序號(hào)
N
順序號(hào)
準(zhǔn)備功能
G
動(dòng)作模式（直線(xiàn)、圓弧等）
尺寸字
X、Y、Z
坐標(biāo)移動(dòng)指令
A、B、C、U、V、W
附加軸移動(dòng)指令
R
圓弧半徑
I、J、K
圓弧中心坐標(biāo)
進(jìn)給功能
F
進(jìn)給速率
主軸旋轉(zhuǎn)功能
S
主軸轉(zhuǎn)速
刀具功能
T
刀具號(hào)、刀具補(bǔ)償號(hào)
輔助功能
M
輔助裝置的接通和斷開(kāi)
補(bǔ)償號(hào)
H、D
補(bǔ)償序號(hào)
暫停
P、X
暫停時(shí)間
子程序號(hào)指定
P
子程序序號(hào)
子程序重復(fù)次數(shù)
L
重復(fù)次數(shù)
參數(shù)
P、Q、R
固定循環(huán)
二、程序編制方法的確定
程序編制分為：手工編程和自動(dòng)編程兩種。
1.手動(dòng)編程：整個(gè)編程過(guò)程由人工完成。對(duì)編程人員的要求高（不僅要熟悉數(shù)控代碼和編程規(guī)則，而且還必須具備機(jī)械加工工藝知識(shí)和數(shù)值計(jì)算能力）手工編程適用于：幾何形狀不太復(fù)雜的零件。
2.自動(dòng)編程：編程人員只要根據(jù)零件圖紙的要求，按照某個(gè)自動(dòng)編程系統(tǒng)的規(guī)定， 將零件的加工信息用較簡(jiǎn)便的方式送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行程序的編制，編程系統(tǒng)能自動(dòng)打印出程序單和制備控制介質(zhì)。自動(dòng)編程適用于：形狀復(fù)雜的零件、雖不復(fù)雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個(gè)孔的零件）、雖不復(fù)雜但計(jì)算工作量大的零件（如輪廓加工時(shí)，非圓曲線(xiàn)的計(jì)算）。
根據(jù)以上各種程序編制的特點(diǎn)，對(duì)軸的加工程序的編制進(jìn)行以下選擇：由于軸的幾何形狀不太復(fù)雜，因此對(duì)其外圓表面的加工，應(yīng)選擇手工編程；其軸上的鍵槽雖不復(fù)雜但計(jì)算工作量大，因此選擇自動(dòng)編程。
3.9 軸的加工程序
軸的加工尺寸如圖所示：
一、軸外圓表面的加工程序如下：
1、粗車(chē)
右端面程序：
O1000
N10 G92 X50 Z100 N20 M03 S500
N30 T0101
N40 G00 X28.4 Z5
N50 G01 X35.2 Z-1.6 F0.5
N60 Z-25.5
N70 X35.8
N80 Z-54
N90 X36
N100 Z-70.5
N110 G00 X45
N120 Z5
N130 G01 X45
N140 Z5
N150 G01 X22.7
N160 X31.2 Z-0.8
N170 Z-25.5
N180 X31.8
N190 Z-45
N200 X32
N210 Z-70.5
N220 X35
N230 Z-131
N240 G00 X45
N250 Z5
N260 01 X27 Z0
N270 Z-24.7
N280 X27.8
N290 Z-54
N300 X28
N310 Z-70.5
N320 G00 X50
N330 Z5
N340 X11.4
N350 X23.2Z-0.8
N360 Z-25.5
N370 X35
N380 G00 Z5
N390 X100 Z100 T0100
N400 M05
N410 M30
左端面程序：
N10 G92 X100 Z200
N20 M03 S500
N30 T0101
N40 G00 X32.4
N50 G01 X38 Z2
N60 Z-38
N70 G00 X42
N80 Z5
N90 X28.1
N100 G01 X35 Z1.6
N110 Z-38
N120 X36.8
N130 Z-79.5
N140 G00 X45
N150 Z5
N160 X23.8
N170 G01 X32 Z0.9
N180 Z-38
N190 X33.8
N200 -63
N210 X34
N220 Z-79.5
N230 X45
N240 G00 Z5
N250 X19.6
N260 G01 X29 Z0.3
N270 Z-38
N280 X30.8
N290 Z-63
N300 X31
N310 Z-79.5
N320 G00 X40
N330 Z5
N340 X100 Z100 T0100
N350 M05
N360 M30
精加工左端面程序：
N10 G92 X100 Z100
N20 M03 S1200
N30 T0202
N40 G00 X8.2 Z5
N50 G01 X21.2 Z-1.5 F0.3
N60 Z-25.5
N70 X25.8
N80 Z-54
N90 Z-71
N100 X33
N110 Z-131
N120 X50
N130 G00 Z5
N140 X100 Z100 T0200
N150 M03 S1000
N160 T0303
N170 G00 X35 Z5
N180 Z-71
N190 G01 X24
N200 X40
N210 Z5
N220 X100 Z100 T0300
N230 M05
N240 M30
27
44
精加工右端面程序：
N10 G92 X100 Z100
N20 M03 S1200
N30 T0202
N40 G00 X8.4 Z5
N50 G01 X20 Z-1.5 F0.3
N60 Z-38
N70 X25.8
N80 Z-63
N90 X26
N100 Z-80
N110 X45
N120 Z5
N130 G00 X100 Z100 T0200
N140 M03 S800
N150 T0303
N160 G00 X36 Z5
N170 Z-80
N180 G01 X24
N190 X30
N200 G00 X40
N210 Z5
N220 X100 Z100 T0300
N230 M05
N240 M30
N240 %
二、螺紋孔的加工
1. 先選用中心鉆，找正中心孔，選擇直徑為5mm的鉆頭鉆孔。
2. 選用直徑為5mm的絲錐進(jìn)行攻絲。
3. 再選用直徑為6mm的絲錐進(jìn)行攻絲。
4. 選擇直徑為6mm的螺釘進(jìn)行匹配。
三、軸上鍵槽的銑削路徑如圖所示：
程序如下：
%
O6668
G54G90
S2000M3
N112G0G90X7.022Y-4.981
N114Z12.8
N116G1G64Z5.8F100.
N118Y5.55F600.
N120X32.363
N122Y-4.981
N124X7.022
N126X8.822Y-2.981
N128Y3.619
N130X30.563
N132Y-2.981
N134X8.822
N136X10.822Y-.981
N138Y1.419
N140X28.563
N142Y-.981
N144X10.822
N146G0Z12.8
N148X7.022Y-4.981
N150G1Z10.838F100.
N152Z3.837
N154Y5.55F600.
N156X32.363
N158Y-4.981
N160X7.022
N162X8.822Y-2.981
N164Y3.619
N166X30.563
N168Y-2.981
N170X8.822
N172X10.822Y-.981
N174Y1.419
N176X28.563
N178Y-.981
N180X10.822
N182G0Z10.838
N184X7.022Y-4.981
N186G1Z8.875F100.
N188Z1.875
N190Y5.55F600.
N192X32.363
N194Y-4.981
N196X7.022
N198X8.822Y-2.981
N200Y3.619
N202X30.563
N204Y-2.981
N206X8.822
N208X10.822Y-.981
N210Y1.419
N212X28.563
N