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第一章 緒論
在新的世紀(jì)里,科學(xué)技術(shù)必將以更快的速度發(fā)展，更快更緊密得融合到各個(gè)領(lǐng)域中,而這一切都將大大拓寬機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。其發(fā)展趨勢可以歸結(jié)為“四個(gè)化”：柔性化、靈捷化、智能化、信息化。既要使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要,使其與環(huán)境協(xié)調(diào)的柔性，使生產(chǎn)推向市場的時(shí)間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化，還要使制造過程物耗，人耗大大降低,高自動(dòng)化生產(chǎn),追求人的智能與機(jī)器智能高度結(jié)合的智能化以及主要使信息借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價(jià)值的信息化。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、零件的形狀也在不斷改進(jìn)，人們對零件加工質(zhì)量和加工精度的要求也越來越高。由于產(chǎn)品改型頻繁，而且對精度要求高，為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，要求產(chǎn)品不僅有較好的通用性和靈活性，而且應(yīng)實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化。采用組合機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床、仿形機(jī)床和自動(dòng)線，其設(shè)備的第一次投資費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長，而且不能滿足零件形狀復(fù)雜和改型頻繁的要求。于是一種新型的機(jī)械加工設(shè)備—數(shù)控加工機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。
當(dāng)前，在機(jī)械加工領(lǐng)域數(shù)控機(jī)床的使用已經(jīng)非常普及，各個(gè)工廠企業(yè)都有不少數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)使工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生了本質(zhì)的變革。在機(jī)械加工生產(chǎn)中，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和精度。
1.1 汽車工業(yè)[1]
汽車自上個(gè)世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。從卡爾.本茨造出的第一輛三輪汽車以每小時(shí)18公里的速度，跑到現(xiàn)在，竟然誕生了從速度為零到加速到100公里/小時(shí)只需要三秒鐘多一點(diǎn)的超級跑車。這一百年，汽車發(fā)展的速度是如此驚人！同時(shí)，汽車工業(yè)也造就了多位巨人，他們一手創(chuàng)建了通用、福特、豐田、本田這樣一些在各國經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名公司。
1.1.1 國內(nèi)外動(dòng)態(tài)
中國汽車工業(yè)發(fā)展大致可以分成三個(gè)階段：第一個(gè)階段：中國汽車工業(yè)1953誕生到1978年改革開放前。初步奠定了汽車工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。汽車產(chǎn)品從無到有。第二個(gè)階段，1978年到20世紀(jì)末。中國汽車工業(yè)獲得了長足的發(fā)展，形成了完整的汽車工業(yè)體系。從載重汽車到轎車，開始全面發(fā)展。這一階段是我國汽車工業(yè)由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制向市場經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)型期。這一時(shí)期的特點(diǎn)是：商用汽車發(fā)展迅速，商用汽車產(chǎn)品系列逐步完整，生產(chǎn)能力逐步提高。具有了一定的自主開發(fā)能力。重型汽車、輕型汽車的不足得到改變。轎車生產(chǎn)奠定了基本格局和基礎(chǔ)。我國汽車工業(yè)生產(chǎn)體系進(jìn)一步得到完善。隨著市場經(jīng)濟(jì)體制的建立，政府經(jīng)濟(jì)管理體制的改革，企業(yè)自主發(fā)展、自主經(jīng)營，大企業(yè)集團(tuán)對汽車工業(yè)發(fā)展的影響越來越大。汽車工業(yè)企業(yè)逐步擺脫了計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下存在的嚴(yán)重的行政管理的束縛。政府通過產(chǎn)業(yè)政策對汽車工業(yè)進(jìn)行宏觀管理。通過引進(jìn)技術(shù)、合資經(jīng)營，使中國汽車工業(yè)產(chǎn)品水平有了較大提高。摸索了對外合作、合資的經(jīng)驗(yàn)。第三個(gè)階段，進(jìn)入21世紀(jì)以后。中國汽車工業(yè)在中國加入WTO后，進(jìn)入了一個(gè)市場規(guī)模、生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大；全面融入世界汽車工業(yè)體。
如今國外已有許多公司把各種先進(jìn)技術(shù)和裝備，如微型電子計(jì)算機(jī)、無線電通訊、衛(wèi)星導(dǎo)航等等新技術(shù)、新設(shè)備和新方法、新材料廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)中，汽車正在走向自動(dòng)化和電子化。汽車的能耗，排放廢氣、噪聲和污染等公害也日將減少，安全性、使用方便性將日益提高，即使再次發(fā)生石油危機(jī)，汽車工業(yè)也不會受到很大的影響。專家們認(rèn)為，汽車是當(dāng)前世界最主要的交通工具，在將來它仍然是世界上的主要交通工具，別的任何開工交通工具都不可能完全把汽車取代。
1.1.2 未來發(fā)展趨勢
美國《汽車新聞》雜志對目前每年生產(chǎn)5000萬輛汽車的統(tǒng)計(jì)，預(yù)測國際市場汽車結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)以下八大特點(diǎn)。
1．柴油機(jī)被更多的轎車所采用，歐洲裝備柴油機(jī)的轎車已越來越多。
2．汽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一是電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)將取代化油器發(fā)動(dòng)機(jī)。歐共體已明確規(guī)定：今后生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車必須裝備電控燃油噴射系統(tǒng)。
3．電動(dòng)汽車將進(jìn)入實(shí)用階段。隨著低價(jià)格、高能量和長壽命新型電池的研究發(fā)展，以及人們對環(huán)保的強(qiáng)烈呼聲，電動(dòng)汽車將逐漸在各大城市成為一種代步工具。
4．汽車安全標(biāo)準(zhǔn)將會更加嚴(yán)格。為保證汽車可靠性和穩(wěn)定性，ABS也將逐漸成為一些車型的標(biāo)準(zhǔn)裝置；安裝保障乘客的氣囊裝置的數(shù)量將逐漸增加，一些車型甚至裝備側(cè)面氣囊；三點(diǎn)自動(dòng)上肩式安全帶、防側(cè)撞桿及鋼制鏈都將裝備到各種類型的汽車上。
5．使用更多替代鋼的輕型材料，以降低車重。鋁合金、鎂合金及碳素纖維等輕質(zhì)材料在汽車制造上的應(yīng)用將增多。
6．各種電子裝置將在汽車上更多地應(yīng)用，如電子發(fā)動(dòng)機(jī)鎖，它使偷車賊無法下手；全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)使駕駛?cè)藛T無論身處何處，都不會迷路。
7．載貨汽車將改進(jìn)現(xiàn)有的動(dòng)力裝置。使用一種更加有效的動(dòng)力裝置，可以使目前的載貨汽車?yán)酶?、跑得更快?
8．前輪驅(qū)動(dòng)汽車將有所增加，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，將使汽車更省油、更為經(jīng)濟(jì)；一些大型汽車也將采用前輪驅(qū)動(dòng)方式，如新奧迪A8 等。
1.2 機(jī)械加工
1.2.1 機(jī)械加工生產(chǎn)過程和工藝過程[2]
在制造機(jī)器時(shí)，由原材料到成品之間的所有勞動(dòng)過程就是一個(gè)生產(chǎn)過程。在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，那些與原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P(guān)的過程就是一個(gè)工藝過程。
1.2.2 國內(nèi)外動(dòng)態(tài)[3]
工藝水平低下導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品不受青睞，這是我國機(jī)械產(chǎn)品普遍存在的問題。產(chǎn)品零件精度低、生產(chǎn)效率低、工藝消耗高、環(huán)境污染大等是我國機(jī)械工業(yè)發(fā)展的巨大障礙。
工藝水平總體有所提高。隨著我國裝備制造業(yè)的發(fā)展，特別是結(jié)合國家重大裝備研制與技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)改造，制造業(yè)總體工藝水平和綜合制造能力得到了新的提高。裝備制造業(yè)的機(jī)床數(shù)控化率有了較大的提高，特別是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的應(yīng)用，極大地提升了切削加工精度、效率與柔性化水平，產(chǎn)品裝配工藝有新的突破。但工藝水平與國外仍有差距。我國機(jī)械制造工藝雖然有了長足進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)工藝相比，在技術(shù)方面還存在著很大的差距。
世界經(jīng)濟(jì)在飛速發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程加速，世界產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也在調(diào)整轉(zhuǎn)移，機(jī)械行業(yè)也在發(fā)生翻天覆地是變化，正向更先進(jìn)的方向發(fā)展。
1.2.3 未來發(fā)展趨勢
全球工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢有以下幾個(gè)方面：
1、全球范圍內(nèi)的兼并重組加劇，生產(chǎn)集中度進(jìn)一步提高。世界范圍工程機(jī)械生產(chǎn)集中度很高，而且還在繼續(xù)提高；
2、專業(yè)化生產(chǎn)程度提高。越來越多的企業(yè)成為組裝廠，零部件全部專業(yè)化生產(chǎn)，關(guān)鍵零部件基本上是由專業(yè)廠生產(chǎn)；
3、區(qū)域化和專業(yè)化程度提高，縮短了訂貨和交貨時(shí)間，讓生產(chǎn)接近客戶。北美和歐洲的很多國家將一些企業(yè)搬到亞洲、拉美等第三世界，他們的產(chǎn)地離客戶更近了，這就可以縮短定貨和交貨時(shí)間，就譬如在中國有很多國外企業(yè)；
4、小型設(shè)備的產(chǎn)量大幅增長。歐美大型土石方施工已經(jīng)基本完成，工作量下降，一些維修或私人用、家庭用小型機(jī)產(chǎn)量上升，主要有：反鏟式裝載機(jī)、滑移與轉(zhuǎn)向裝載機(jī)和伸縮臂裝卸機(jī)械。這幾個(gè)機(jī)種我國都有，但應(yīng)用不廣泛，而且產(chǎn)量小。
1.3 數(shù)控加工技術(shù)[4]
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了根本性的變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家對現(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(dòng)檢測和自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，是用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法，具有高精度、高效率及柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化及智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性的變革，正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。在集成化的基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型和超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制和神經(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、高精及高效控制，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。
數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)，由于數(shù)控加工是將數(shù)字化控制技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的加工技術(shù)之中，因此它覆蓋了幾乎所有的加工領(lǐng)域，如車、銑、刨、鏜、鉆、拉和電加工等，它的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的水平和普及程度 已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。
數(shù)控加工是機(jī)械制造中的先進(jìn)加工技術(shù)。它的廣泛使用給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化和集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，為機(jī)械制造行業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了巨大的效益。
1.3.1 數(shù)控加工的特點(diǎn)
數(shù)控加工是在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但數(shù)控加工與傳統(tǒng)的加工方法又有明顯的區(qū)別，數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機(jī)加工的工序內(nèi)容復(fù)雜，加工程序的編制比普通機(jī)床工藝規(guī)程的編制復(fù)雜。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、適應(yīng)性強(qiáng)：數(shù)控加工是根據(jù)零件要求編制的數(shù)控程序來控制設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種動(dòng)作，當(dāng)數(shù)控工作要求改變時(shí)，只要改變數(shù)控程序軟件，而不需改變機(jī)械部分和控制部分的硬件，就能適應(yīng)新的工作要求；
2、精度高，質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控加工本身的加工精度較高，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償；數(shù)控機(jī)床加工零件是按數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行，可以避免人為的誤差；
3、生產(chǎn)率高：數(shù)控設(shè)備上可以采用較大的運(yùn)動(dòng)用量，有效地節(jié)省了運(yùn)動(dòng)工時(shí)；
4、能完成復(fù)雜型面的加工：許多復(fù)雜曲線和曲面的加工，普通機(jī)床無法實(shí)現(xiàn)，而數(shù)控加工完全可以完成；
5、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件：因數(shù)控加工是自動(dòng)完成，許多動(dòng)作不需操作者進(jìn)行，故勞動(dòng)條件和勞動(dòng)強(qiáng)度大為改善；
6、有利于生產(chǎn)管理：采用數(shù)控加工，有利于向計(jì)算機(jī)控制和管理生產(chǎn)方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)制造和生產(chǎn)管理自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。
數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
1、選擇適合在數(shù)控上加工的零件，確定工序內(nèi)容；
2、分析加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，確定加工方案，制定數(shù)控加工路線，如工序的劃分、加工順序的安排、非數(shù)控加工工序的銜接等。設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序，如工序的劃分、刀具的選擇、夾具的定位與安裝、切削用量的確定、走刀路線的確定等；
3、調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。如對刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的選擇、刀具的補(bǔ)償；
4、分配數(shù)控加工中的容差；
5、處理數(shù)控機(jī)床上部分工藝指令。
1.3.2 國內(nèi)外動(dòng)態(tài)
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、步長和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。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，很有必要對數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢。
近年來，國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展迅速，全球制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移的趨勢十分明顯，代表著先進(jìn)制造技術(shù)的數(shù)控加工在我國的制造業(yè)中日益普及。數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展、常規(guī)加工工藝的條件的變更和工藝參數(shù)的優(yōu)化為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈和靈活的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
目前，數(shù)控開放系統(tǒng)有兩種基本結(jié)構(gòu)：(1)CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中，PC板主要運(yùn)行實(shí)時(shí)控制，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制；(2)PC+運(yùn)動(dòng)控制板：把運(yùn)動(dòng)控制板插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而PC機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制。
1.3.3 未來發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
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芯片和多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對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：柔性化包含兩方面，一方面的數(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；另一方面是群控系統(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，正朝著多軸和多系列控制功能方向發(fā)展；
(4)實(shí)時(shí)智能化：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使實(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)控制和前饋控制等。
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)與使用者之間的對話接口。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、圖像和動(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，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(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)龋?
(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)嵗脩艨稍跇?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。
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)?？删幊碳呻娐稦PGA、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；
(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)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(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，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。
第二章 機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)題目
傳動(dòng)箱側(cè)蓋機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)及其數(shù)控加工編程
2.2機(jī)械加工工藝[5][6][7]
機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)是機(jī)械零件加工中的關(guān)鍵步驟，工藝過程由若干個(gè)按一定順序排列的工序組成。工序的工藝過程的基本單元，也是生產(chǎn)組織和計(jì)劃的基本單元。工序又可細(xì)分為若干個(gè)安裝、工位、工步及走刀等。工藝過程的組成如下圖所示：
圖2—1 工藝過程的組成
2.2.1機(jī)械加工工藝路線
制訂零件機(jī)械加工工藝最主要的工作是擬定工藝路線。工藝路線的主要內(nèi)容是：加工方法的選擇、加工階段的劃分和工序的安排等。
1、加工方法的選擇
在對零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，即可對各個(gè)加工表面選擇相應(yīng)的加工方法，加工方法的選擇有以下幾個(gè)基本的方面：
(1)首先要根據(jù)零件各個(gè)加工表面的技術(shù)要求，選擇相應(yīng)的加工方法，確定各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度和光潔度；
(2)選擇加工方法時(shí)．應(yīng)注意零件材料的機(jī)械性能和熱處理情況；
(3)選擇加工方法時(shí)，應(yīng)考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)或生產(chǎn)類型，根據(jù)生產(chǎn)批量大小合理地解決生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾。如在單件或小批生產(chǎn)中，為了降低成本，一般采用通用機(jī)床和工藝裝備進(jìn)行加工；而在大批大量生產(chǎn)中，則采用高效率的專用機(jī)床和組合機(jī)床。
2、加工階段的劃分
工藝路線劃分加工階段的目的在于：一是保證加工質(zhì)量。粗加工時(shí)，切除較厚的金屬層，使工件發(fā)熱而產(chǎn)生熱變形，以及因較大的切削力、夾緊力而產(chǎn)生工件的彈性變形等原因，使加工精度和光潔度不高，因此必須增加半精加工和精加工工序；二是合理使用設(shè)備。在各種加工過程中，根據(jù)加工階段的特性，選擇不同功率和特點(diǎn)的機(jī)床進(jìn)行加工，有利于合理使用設(shè)備；三是粗加工階段便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，以確定后續(xù)工序能否進(jìn)行，避免浪費(fèi)工時(shí)，減少費(fèi)用。
對零件的各表面加工是一個(gè)由粗到精的過程，通過若干工序的加工逐步達(dá)到質(zhì)量要求。對加工精度要求較高的零件，按工序性質(zhì)和內(nèi)容的不同，將工藝路線劃分為粗加工、半精加工和精加工等階段。各加工階段的基本要求如下：
(1)粗加工階段：切除毛坯黑皮和大部分加工余量，為以后加工提供精準(zhǔn)基面，并留均勻而合適的余量；
(2)半精加工階段：提高精加工需要定位基準(zhǔn)的精確性和控制精加工余量，為主要表面的精加工創(chuàng)造條件；
(3)精加工階段：主要為精度和光潔度要求較高的表面的進(jìn)一步改善，使零件加工表面達(dá)到技術(shù)要求。
2.2.2定位基準(zhǔn)的選擇原則
1．粗基準(zhǔn)的選擇
在起始工序中，工件定位只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面，這種采用未經(jīng)加工的鑄造、鍛造或軋制得到的表面作為定位基準(zhǔn)面稱為粗基準(zhǔn)。
(1)對于具有不加工表面的工件，為保證不加工表面與加工表面之間的相對位置要求，一般應(yīng)選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)；
(2)對于具有較多加工表面的工件，粗基準(zhǔn)的選擇，應(yīng)合理分配各加工表面的加工余量；
(3)作為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡量平整，沒有澆口、冒口或飛邊等其它表面缺陷，以便使工件定位可靠，夾緊方便；
(4)如果毛坯表面比較粗糙且精度較低，一般情況下，同一尺寸方向上的粗基準(zhǔn)表面只能使用一次。
2．精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)是采用已加工的表面作為定位基準(zhǔn)面。
(1)為了較容易地獲得加工表面，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的相對位置精度應(yīng)選擇已加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)；
(2)定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)便于工件的安裝與加工，并使夾具的結(jié)構(gòu)簡單；
(3)當(dāng)工件以某組精基準(zhǔn)定位，可以比較方便地加工其它各表面時(shí)，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用此同一組精基準(zhǔn)定位；
(4)某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，可選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。
2.3計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型
本課題設(shè)計(jì)的零件是，其生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。
2.4零件的分析
2.4.1零件的作用
給定的設(shè)計(jì)零件是汽車傳動(dòng)箱側(cè)蓋，汽車傳動(dòng)箱是汽車的一個(gè)重要組成部件，是傳遞動(dòng)力的主機(jī)構(gòu)。
2.4.2零件的工藝分析
設(shè)計(jì)零件的二維圖如圖2—2所示：
圖2—2 零件二維圖
零件的三維圖如圖2—3和圖2—4所示：
圖2—3 零件三維圖
圖2—4 零件三維圖
該零件需加工的有平面、外圓、孔、螺紋和倒角等，它們之間都有一定的位置要求?，F(xiàn)對零件進(jìn)行工藝分析如下：
1、 平面的加工
這些平面包括104d3(-0.035)mm孔上端面、104d3(-0.035)mm外圓面、104d3(-0.035)mm外圓和mm內(nèi)孔的倒角，M平面，M10螺紋孔的端面。主要加工的是104d3(-0.035)mm外圓面和M平面，104d3中心線對M平面的垂直度允差0.04mm，M平面的平面度允差0.1mm。
2、 孔的加工
需要加工的孔有mm孔，3-9mm通孔及其18沉孔、3-11mm通孔及其22.5沉孔，還有3-M10螺紋底孔。與104d3的同軸度允差為0.03mm。中心線對M平面的垂直度允差0.04mm，孔的圓度允差為其公差的一半，3-9mm、3-11mm在其名義位置的偏移允差為0.3mm，螺紋底孔孔的尺寸為8.5。
3、 螺紋的加工
首先要鉆好螺紋底孔，锪螺紋倒角，然后開始加工螺紋。
2.4.3平面與孔的位置關(guān)系
平面與孔的軸線之間、孔和外圓之間都有一定的形位要求：
1、104d3以及中心線對M平面的垂直度允差0.04mm；
2、與104d3的同軸度允差為0.03mm；
由上可知，可以先加工104d3外圓上端面后以其為精基準(zhǔn)，使104d3以及中心線對M平面的垂直度公差值在允許的公差范圍內(nèi)，然后以孔的中心軸線作為基準(zhǔn)，再加工104d3使它的中心線與孔中心線的同軸度在其公差范圍內(nèi)。
2.5確定毛坯的制造方法，初步確定毛坯形狀[8][9]
零件材料為灰鑄鐵，毛坯采用鑄件。由于毛坯的形狀比較復(fù)雜，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，查《工藝手冊》表1.3—1，選擇的毛坯制造方法為金屬模機(jī)械砂型，其精度等級為CT8～10，取CT10，其加工余量等級為G。采用這種毛坯制造方法可使生產(chǎn)率提高。
毛坯的大部分平面和曲面都是不需要加工的，故在鑄造過程中就已將其大致形狀鑄出來?；境叽缭?0mm以下的孔在鑄造過程中是不鑄出來的，其毛坯是實(shí)心的，毛坯尺寸是通過后面查相關(guān)資料才確定的機(jī)械加工余量確定的。
2.6工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
2.6.1定位基準(zhǔn)的選擇
1、粗基準(zhǔn)的選擇
用104d3外圓的被面作為粗基準(zhǔn)。因?yàn)榱慵闹饕庸け砻娑继幱?04d3外圓這端，無法找到合適的定位基準(zhǔn)面，而且用104d3外圓的被面作為粗基準(zhǔn)可以承受更大的切削力。因此，選擇A—A剖視圖的左端面作為粗基準(zhǔn)更合適。
2、精基準(zhǔn)的選擇
利用粗基準(zhǔn)進(jìn)行定位時(shí)，就可以將104d3外圓這端需要加工的平面、外圓和孔達(dá)到圖紙要求的尺寸與精度，此時(shí)加工104d3外圓背面時(shí)就可以用已加工表面和孔作為定位精基準(zhǔn)，以一面二孔作為定位精基準(zhǔn)。
2.6.2零件表面加工方法的選擇
本零件的加工面有平面、外圓、內(nèi)孔、螺紋及倒角等。材料是灰鑄鐵，選擇鑄件。參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表1.4—7、表1.4—8、表1.4—14、表1.4—17和表1.4--24等，選擇加工方法如下：
1、104d3(-0.035)mm上端面，其表面粗糙度為Ra6.3m。查《工藝手冊》表1.4—8，采用的加工方法為：粗銑→半精銑。
2、M平面，其公差等級為IT9，其表面粗糙度為Ra3.2m。查《工藝手冊》表1.4—8，選擇的加工方法為：粗銑→半精銑。
3、104d3外圓，其公差等級為IT9，其表面粗糙度為Ra1.6m。查《工藝手冊》表1.4—8，采用的加工方法為：粗銑→半精銑→精銑。
4、mm內(nèi)孔，其公差等級為IT7，表面粗糙度為Ra1.6m。查《工藝手冊》表1.4—8，選擇的加工方法為：粗銑→半精銑→精銑。
5、外圓和內(nèi)孔兩端的倒角：各孔兩端的倒角均為，表面粗糙度均為Ra12.5m，只需進(jìn)行粗加工即可達(dá)到要求。（表1.4—8）
6、3-9mm，毛坯為實(shí)心，未沖出孔，其公差等級為IT12，表面粗糙度為Ra12.5m。查《工藝手冊》表1.4—7，選擇的加工方法為：鉆孔。
7、3-11mm，毛坯為實(shí)心，未沖出孔，其公差等級為IT12，表面粗糙度為Ra12.5m。查《工藝手冊》表1.4—7，選擇的加工方法為：鉆孔。
8、3-M10螺紋孔，其公差等級為自由公差，表面粗糙度為Ra3.2m，毛坯為實(shí)心，未沖出孔。查《工藝手冊》表1.4—7、表1.4—17，選擇的加工方法為：鉆底孔→攻螺紋。
9、锪螺紋孔端面，未標(biāo)注公差尺寸，其公差等級為IT12，表面粗糙度為Ra12.5m，采用的加工方法為：锪。（表1.4--8）
10、3-18mm沉孔，未標(biāo)注公差尺寸，其公差等級為IT12，表面粗糙度為Ra12.5m，采用的加工方法為：锪。（表1.4--7）
11、3-22.5mm沉孔，未標(biāo)注公差尺寸，其公差等級為IT12，表面粗糙度為Ra12.5m，采用的加工方法為：锪。（表1.4--7）
2.6.3制訂工藝路線
方案一：
工序Ⅰ：粗銑104d3(-0.035)mm上端面，半精銑104d3(-0.035)mm上端面，粗銑M平面至mm、外圓至105.5d3mm，半精銑M平面至mm、外圓至104.5d3mm，銑外圓倒角，精銑外圓至104d3(-0.035)mm，粗銑內(nèi)孔至mm，半精銑內(nèi)孔至mm，锪內(nèi)孔倒角，精銑內(nèi)孔至mm，鉆3-9mm通孔，鉆3-11mm通孔，鉆2-M10螺紋底孔。選擇YCM-V85A立式銑削加工中心。
工序Ⅱ：锪3-18mm、3-22.5mm沉孔，锪2-M10螺紋孔上端面，锪螺紋孔倒角，攻螺紋。選擇立式鉆床Z525。
工序Ⅲ：加工側(cè)螺紋孔。選擇立式鉆床Z525
工序Ⅶ：終檢。
方案二：
工序Ⅰ：粗車104d3(-0.035)mm上端面，半精車104d3(-0.035)mm上端面，粗車M平面至mm、外圓至105.5d3mm，半精車M平面至mm、外圓至104.5d3mm，車外圓倒角，精車外圓至104d3(-0.035)mm，粗車內(nèi)孔至mm，半精銑內(nèi)孔至mm，車內(nèi)孔倒角，精車內(nèi)孔至mm。選擇
2.6.4確定機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸
2.6.4.1確定毛坯余量（機(jī)械加工余量）、毛坯尺寸及其公差
1、104d3(-0.035)mm孔上端面的毛坯余量：端面的加工為單側(cè)加工，前面已根據(jù)相關(guān)資料查得毛坯的精度等級為CT10，加工余量等級為G。查《工藝手冊》表2.2—4可知，端面的單側(cè)毛坯余量為Z=3.5mm。查表2.2—1知，104d3(-0.035)mm孔上端面的公差值為3.6mm，故其毛坯尺寸為mm。
2、M平面的毛坯余量：平面的加工為單側(cè)加工，前面已根據(jù)相關(guān)資料查得毛坯的精度等級為CT10，加工余量等級為G。查《工藝手冊》表2.2—4可知，平面的單側(cè)毛坯余量為Z=2.5mm。查表2.2—1知，M平面的公差值為3.6mm，故其毛坯尺寸為mm。
3、104d3(-0.035)mm外圓面的毛坯余量：外圓面的加工為雙側(cè)加工，前面已根據(jù)相關(guān)資料查得毛坯的精度等級為CT10，加工余量等級為G。查《工藝手冊》表2.2—4可知，各孔端面的單側(cè)毛坯余量為Z=4mm。查表2.2—1知，104d3(-0.035)mm外圓面的公差值為3.6mm，故其毛坯尺寸為mm。
4、mm內(nèi)孔的毛坯余量：孔的加工為雙側(cè)加工，前面已根據(jù)相關(guān)資料查得毛坯的精度等級為CT10，加工余量等級為G。查《工藝手冊》表2.2—4可知，各孔端面的單側(cè)毛坯余量為Z=3.5mm。查表2.2—1知，mm內(nèi)孔的公差值為3.6mm，故其毛坯尺寸為mm。
5、3-9mm、3-11mm通孔的毛坯余量：通孔的毛坯為實(shí)心，未沖出孔。
6、M10螺紋孔的毛坯余量：螺紋孔的毛坯為實(shí)心，未沖出孔。
7、螺紋孔端面的毛坯余量：由于加工精度要求不高，故取Z=1mm，公差值為0.21mm，故其毛坯尺寸為22。
8、3-18mm、3-22.5mm沉孔的毛坯余量：沉孔的毛坯為實(shí)心，未沖出孔。
2.6.4.2確定工序余量、工序尺寸及公差
確定工序（或工步）尺寸的一般方法是由加工表面的最后工序（或工步）往前推算，最后的工序（或工步）的工序（或工步）尺寸按照零件圖紙的要求標(biāo)注。當(dāng)沒有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，同一表面多次加工的工序（或工步）尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關(guān)。當(dāng)基準(zhǔn)不重合時(shí)，工序（或工步）尺寸應(yīng)用工藝尺寸鏈解算。
零件的加工總余量已在前面根據(jù)相關(guān)資料查出，應(yīng)將機(jī)械加工總余量分配給各個(gè)工序（或工步）加工余量，然后由后面往前面計(jì)算工序（或工步）尺寸。
零件加工表面的加工方法即加工工藝路線在前面已經(jīng)根據(jù)有關(guān)資料確定，零件的加工余量除了粗加工余量外，其余加工工序（或工步）余量要根據(jù)《工藝手冊》表1.4—24、表2.3—8等查出，半精加工時(shí)可以參考《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》，選取半精加工時(shí)工序余量為Z=1mm，粗加工的工序（或工步）加工余量不是經(jīng)過查表確定，而是機(jī)械加工總余量減去其余各加工余量之和。
零件各加工表面的工序（或工步）的經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度除了最后的那道工序（或工步）是按照零件的圖紙要求外，其余工序（或工步）的經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度主要是根據(jù)《工藝手冊》表1.4—7、表1.4—8等確定的，再查表《工藝手冊》表1.4—24確定公差值，最后按照入體原則標(biāo)注上下偏差。零件各加工表面的工藝路線及工序（或工步）余量、（參考《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》，選擇半精加工時(shí)的工序余量為Z=1mm）工序（或工步）尺寸及公差和表面粗糙度如表2-1：
加工表面
工序(或工步)名稱
工序(或工步)余量
工序(或工步)基本尺寸
工序(或工步)經(jīng)濟(jì)精度
工序(或工步)尺寸及其公差
表面粗糙度(μm)
公差等級
公差值
104d3(-0.035)mm上端面
半精銑
Z=1
19
IT11
0.22
Ra6.3
粗銑
Z=3
20
IT12
0.35
Ra12.5
毛坯
Z=4
23
CT10
3.6
———
M平面
半精銑
Z=1
23
IT9
0.10
Ra3.2
粗銑
Z=1.5
24
IT12
0.40
Ra6.3
毛坯
Z=2.5
25.5
CT10
3.6
———
104d3(-0.035)mm外圓
精銑
2Z=0.5
104
IT7
0.035
104d3(-0.035)
Ra1.6
半精銑
2Z=1
104.5
IT8
0.054
104.5d3
Ra3.2
粗銑
2Z=2.5
105.5
IT9
0.087
105.5d3
Ra6.3
毛坯
2Z=4
108
CT10
3.6
———
mm內(nèi)孔
精銑
2Z=0.5
52
IT7
0.030
Ra1.6
半精銑
2Z=1
51.5
IT8
0.046
Ra3.2
粗銑
2Z=2
50.5
IT8
0.046
Ra6.3
毛坯
2Z=3.5
48.5
CT10
3.6
———
3-9mm通孔
鉆孔
2Z=9
9
IT12
0.15
9
Ra12.5
毛坯
實(shí)心
——
——
——
————
———
3-11mm通孔
鉆孔
2Z=11
11
IT12
0.18
11
Ra12.5
毛坯
實(shí)心
——
——
——
————
———
3-M10螺紋孔
攻螺紋
——
M10
自由公差
自由公差
M10
Ra3.2
鉆底孔
2Z=8.5
8.5
IT12
0.15
8.5
Ra12.5
毛坯
實(shí)心
——
——
——
————
———
锪螺紋孔端面
锪端面
Z=1
22
IT12
0.21
22
Ra12.5
3-18mm沉孔
锪孔
2Z=9
18
IT12
0.18
18
Ra12.5
毛坯
2Z=9
9
——
——
9
Ra12.5
3-22.5mm沉孔
锪孔
2Z=11.5
22.5
IT12
0.21
22.5
Ra12.5
毛坯
2Z=11
11
——
——
11
Ra12.5
表2—1 各加工表面的工藝路線、工序（或工步）、工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度 （未注單位：mm）
2.7確定切削用量基本工時(shí)（機(jī)動(dòng)時(shí)間）
切削用量包括背吃刀量asp（即切削深度ap）、進(jìn)給量f和切削速度vc。在工藝文件中需要確定切削用量，首先由工序或工步余量確定切削深度，精加工和半精加工的全部余量在一次走刀中去除，而粗加工的全部余量也最好在一走刀中去除；然后按照本工序或工步加工表面粗糙度確定進(jìn)給量；最后用查表法或計(jì)算法求出切削速度，應(yīng)用相關(guān)公式換算出查表法或計(jì)算法所得的轉(zhuǎn)速nc查或計(jì)，再根據(jù)nc查或計(jì)在選擇的機(jī)床實(shí)有的主軸轉(zhuǎn)速中選擇接近的主軸轉(zhuǎn)速n機(jī)作為實(shí)際的轉(zhuǎn)速，最后再用相關(guān)公式換算出實(shí)際的切削速度vc機(jī)填入工序文件中。需要注意的是，在粗加工時(shí)，選擇實(shí)際的切削速度vc機(jī)、實(shí)際進(jìn)給量f機(jī)和背吃刀量asp之后，還要校驗(yàn)機(jī)床的功率等是否足夠，才能作為最后的切削用量填入工序文件。
2.7.1工序Ⅰ切削用量及基本工時(shí)的確定
1、 加工條件[12]
工件材料：查《金屬切削手冊》表3.16，得到HT15—32（灰鑄鐵），抗拉強(qiáng)度b =200MPa，抗彎強(qiáng)度bb=400MPa，硬度為170—241HBS。
加工要求：粗銑104d3(-0.035)mm上端面，半精銑104d3(-0.035)mm上端面，粗銑M平面至mm、外圓至105.5d3mm，半精銑M平面至mm、外圓至104.5d3mm，銑外圓倒角，精銑外圓至104d3(-0.035)mm，粗銑內(nèi)孔至mm，半精銑內(nèi)孔至mm，锪內(nèi)孔倒角，精銑內(nèi)孔至mm，鉆3-9mm通孔，鉆3-11mm通孔，鉆2-M10螺紋底孔。選擇加工中心對零件件進(jìn)行加工，并將工件裝夾在專用夾具上。
加工中心參數(shù)：YCM-V85A立式銑削加工中心，由我國臺灣?。ㄅ_灣永進(jìn)機(jī)床工業(yè)有限公司）生產(chǎn)。機(jī)床采用日本富士通公司FAUNC SERIES 18-M數(shù)控系統(tǒng)。
主軸電機(jī)： 5.5KW
主軸刀頭： BT40
主軸轉(zhuǎn)速： 45~8000 RPM
工作臺： L×M=950×400
T型槽： （寬×數(shù)量×距離）=18×3×125
最大承載： 500KG
工作臺行程： 沿X軸向 860
沿Y軸向 440
沿Z軸向 630
軸向進(jìn)給： 快速（XYZ三個(gè)方向）12m/min
切削進(jìn)給： 1~5000mm/min
刀 庫： 20把
2、 確定切削用量及基本工時(shí)
確定切削用量采用查法，確定基本工時(shí)要經(jīng)過相關(guān)的計(jì)算才能得出。
（1）104d3(-0.035)mm端面的加工
選擇刀具：查《工藝手冊》表3.1—27，選擇硬質(zhì)合金端銑刀，選擇刀具外徑為d0=160mm，齒數(shù)=14。
確定切削深度ap：前面已根據(jù)相關(guān)資料查得孔端面的單側(cè)毛坯余量均為Z=4m，需要粗銑和半精銑，粗銑的全部余量可在一次走刀中去除，取粗銑時(shí)的切削深度ap =3mm，剩下的1mm就是半精加工時(shí)的切削深度即ap =1mm。
1）粗銑孔端面
A、確定每齒進(jìn)給量fz
查《切削手冊》表3.5，fz =0.24mm/z。
B、選擇銑刀平均壽命
查《切削手冊》表3.8，T=180min。
C、確定切削速度Vc
切削速度Vc采用查表法得出。查《切削手冊》表3.16，選擇每齒進(jìn)給量為fz=0.18mm/z，刀具外徑=160mm，齒數(shù)Z=14，選擇切削速度為Vt =77m/min，n t =153r/min，Vf t =470mm/min。
各修正系數(shù)為：kMv =kMn= kMvf=1
ksv=ksn= ksvf=0.8
故 Vc = Vt kMv ksv =77*1*0.8=61.6 m/min
n= nt kMn ksn =153*1*0.8=122.4 r/min
Vf = Vf t kMvf ksvf =470*1*0.8=376 mm/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，取整后所以實(shí)際的轉(zhuǎn)速為n機(jī)=123 r/min，
D、校驗(yàn)機(jī)床功率
銑削功率Pc可由查《切削手冊》表3.20查得，當(dāng)Vf≤376mm/min，ae≤120mm，ap≤3.3mm時(shí)，切削功率Pc=2.7KW。由于實(shí)際銑削過程中使用條件的改變，根據(jù)《切削手冊》表3.16，切削功率的修正系數(shù)為kMv =kMn= kMvf =1，故實(shí)際切削功率為
Pc實(shí)=2.7*1=2.7KW
根據(jù)相關(guān)資料可知，當(dāng)n機(jī)=123r/min時(shí)，實(shí)際的切削功率小于允許的功率，故所選的切削用量可以在YCM-V85A立式銑削加工中心上加工。
E、計(jì)算基本工時(shí)
查《工藝手冊》表6.2—7，用端銑刀銑平面時(shí)的基本工時(shí)計(jì)算公式為：
Tj=
其中： =0.5=0.5(=22mm
=1~3，取=1mm
總的銑削寬度為108+22+1=131mm。所以基本工時(shí)為：
Tj==131/376=0.348min
2）半精銑孔端面
選擇刀具：與粗銑端面時(shí)共用一把刀
確定切削深度ap： ap =1mm。
A、確定每齒進(jìn)給量fz
查《切削手冊》表3.5，fz =0.14mm/z。
B、選擇銑刀平均壽命
查《切削手冊》表3.8，T=180min。
C、確定切削速度Vc
切削速度Vc采用查表法得出。查《切削手冊》表3.16，選擇每齒進(jìn)給量為fz=0.14mm/z，刀具外徑=160mm，齒數(shù)Z=14，選擇切削速度為Vt =110m/min，n t =220r/min，Vf t =344mm/min。
各修正系數(shù)為：kMv =kMn= kMvf=1
ksv=ksn= ksvf=0.8
故 Vc = Vt kMv ksv =110*1*0.8=88 m/min
n= nt kMn ksn =220*1*0.8=176 r/min
Vf = Vf t kMvf ksvf =344*1*0.8=275.2 mm/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，取整后所以實(shí)際的轉(zhuǎn)速為n機(jī)=176 r/min，
D、計(jì)算基本工時(shí)
查《工藝手冊》表6.2—7，用端銑刀銑平面時(shí)的基本工時(shí)計(jì)算公式為
Tj=
其中： =0.5=0.5(=22mm
=1~3，取=1mm
總的銑削寬度為108+22+1=131mm。所以基本工時(shí)為：
Tj==131/275.2=0.476min
（2）M平面及外圓104d3mm的加工
1）粗銑
查《工藝手冊》表3.1—27，選擇45mm硬質(zhì)合金立銑刀。
確定切削深度ap：ap =1mm。
A、 確定進(jìn)給量fz
查《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》表1.2—10，得加工材料為灰鑄鐵時(shí)的進(jìn)給量f=0.7～0.18mm/r，現(xiàn)取f機(jī)=0.14mm/r。
B、 確定切削速度Vc
查《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》表1.2—11，當(dāng)加工材料為灰鑄鐵時(shí)的切削速度為Vc查=60～120m/min，現(xiàn)取Vc查=80m/min。所以
nc查=1000Vc查/d0=1000*80/3.14*45=566r/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，所以實(shí)際的轉(zhuǎn)速為n機(jī)=566r/min，實(shí)際切削速度為Vc機(jī)=80m/min。則Vf =fz*Z*n=0.14*4*566=316.96 mm/min
C、 計(jì)算基本工時(shí)
Tj=
其中: ==23.5mm，=1~3，取=1mm
總的銑削寬度為8+23.5+1=32.5mm。所以基本工時(shí)為：
Tj==32.5/316.96=0.102min
2）半精銑
選擇刀具：與粗銑端面時(shí)共用一把刀。
確定切削深度ap：ap =1mm。
A、確定進(jìn)給量
查《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》表1.2—10，得加工材料為灰鑄鐵時(shí)的進(jìn)給量f=0.7～0.18mm/r，現(xiàn)取f機(jī)=0.1mm/r。
B、確定切削速度Vc
查《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》表1.2—11，當(dāng)加工材料為灰鑄鐵時(shí)的切削速度為Vc查=60～120m/min，現(xiàn)取Vc查=90m/min。所以
n機(jī)=1000Vc查/d0=1000*90/3.14*45=637r/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，所以實(shí)際的轉(zhuǎn)速為n機(jī)=637r/min，實(shí)際切削速度為Vc機(jī)=90m/min。則Vf =fz*Z*n=0.1*4*566=254.8 mm/min
C、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==32.5/254.8=0.128min
3）锪外圓倒角
查《工藝手冊》表3.1—12，選擇外徑d0=20mm的硬質(zhì)合金錐面锪鉆。雙邊余量為2Z=1mm，切削深度ap=1mm。
A、確定每齒進(jìn)給量fz
查《切削手冊》表2.18，fz =0.15mm/z。
則Vf =fz*Z*n=0.15*6*637=573.3 mm/min
B、確定機(jī)床轉(zhuǎn)速n機(jī)
與上道工序使用相同的n機(jī)，所以有
Vc查= d0n機(jī)/1000=3.14*20*637/1000=40 m/min
C、計(jì)算基本工時(shí)
Tj=
其中：==2*3.14*52=326.56mm，故：
Tj==326.56/573.3=0.569min
4）精銑外圓至104d3(-0.035)mm
選擇刀具：查《工藝手冊》表3.1—27，選擇20mm硬質(zhì)合金立銑刀。
確定切削深度ap：ap =0.5mm。
A、確定進(jìn)給量
查《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》表1.2—10，得加工材料為灰鑄鐵時(shí)的進(jìn)給量f=0.7～0.18mm/r，現(xiàn)取f機(jī)=0.08mm/r。
B、確定切削速度Vc
查《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計(jì)方法》表1.2—11，當(dāng)加工材料為灰鑄鐵時(shí)的切削速度為Vc查=60～120m/min，現(xiàn)取Vc查=100m/min。所以
n機(jī)=1000Vc查/d0=1000*90/3.14*45=1592r/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，所以實(shí)際的轉(zhuǎn)速為n機(jī)=1592r/min，實(shí)際切削速度為Vc機(jī)=100m/min。則Vf =fz*Z*n=0.08*4*1592=509.44mm/min
C、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==32.5/509.44mm=0.055min
（3）內(nèi)孔mm的加工
1）粗銑
選擇刀具：查《工藝手冊》表3.1—27，選擇45mm硬質(zhì)合金立銑刀。
確定切削深度ap：ap =2mm。
由于選用的刀具與粗加工M平面及外圓104d3mm所選用的刀具相同，所以n機(jī)、Vc機(jī)、Vf可以與該工步選取相同的值，即n機(jī)=566r/min，Vc機(jī)=80m/min，Vf=316.96mm/min。
A、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==32.5/316.96=0.102min
2）半精銑
選擇刀具：與上工步相同
確定切削深度ap：ap =1mm。
由于選用的刀具與半精加工M平面及外圓104d3mm所選用的刀具相同，所以n機(jī)、Vc機(jī)、Vf可以與該工步選取相同的值，即n機(jī)=637r/min，Vc機(jī)=90m/min，Vf=254.8mm/min。
A、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==32.5/254.8=0.128min
3）锪內(nèi)孔倒角
查《工藝手冊》表3.1—12，選擇外徑d0=52mm的硬質(zhì)合金錐面锪鉆。雙邊余量為2Z=1mm，切削深度ap=1mm。
A、確定每齒進(jìn)給量fz
fz=（1.2~1.8）fz查，查《工藝手冊》表2.10，取fz查=1.1mm/r，故fz= 1.32~1.98mm/r，取fz = 1.98 mm/r。
B、確定切削速度Vc
Vc =（）Vc查，查《工藝手冊》表2.15，取Vc查=9m/min，故Vc =3~4.5m/min，取Vc = 3m/min。
所以有n機(jī)=1000Vc /d0=1000*3/3.14*52=28r/min
C、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==（1+2）/1.98*28mm=0.054min
4）精銑
選擇刀具：查《工藝手冊》表3.1—27，選擇20mm硬質(zhì)合金立銑刀。
確定切削深度ap： ap =0.5mm。
由于選用的刀具與精加工M平面及外圓104d3mm所選用的刀具相同，所以n機(jī)、Vc機(jī)、Vf可以與該工步選取相同的值，即n機(jī)=1592r/min，Vc機(jī)=100m/min，Vf=509.44mm/min。
A、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==32.5/509.44=0.055min
（4）3-9mm通孔的加工
查《工藝手冊》表3.1—5，選擇9mm高速鋼直柄麻花鉆。
A、確定進(jìn)給量f
查《切削手冊》表2.7，加工材料為灰鑄鐵當(dāng)硬度≤200HBS時(shí)的進(jìn)給量f=0.47～0.57mm/r?，F(xiàn)取f機(jī)=0.47mm/r。
B、確定切削速度Vc
查《切削手冊》表2.15， Vc查=11m/min。所以
nc查=1000Vc查/d0=1000*11/3.14*9=389r/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，不必查相關(guān)資料選擇機(jī)床的轉(zhuǎn)速，加工中心實(shí)際的轉(zhuǎn)速和切削速度就是上述所示。
C、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==（9+9+4）/0.47*389=0.120min
（5）3-11mm通孔的加工
查《工藝手冊》表3.1—5，選擇11mm高速鋼直柄麻花鉆。
A、確定進(jìn)給量f
查《切削手冊》表2.7，加工材料為灰鑄鐵當(dāng)硬度≤20HBS時(shí)的進(jìn)給量f=0.52～0.64mm/r?，F(xiàn)取f機(jī)=0.52mm/r。
B、確定切削速度Vc
查《切削手冊》表2.15， Vc查=11m/min。所以
nc查=1000Vc查/d0=1000*11/3.14*11=319r/min
因?yàn)榧庸ぶ行牡霓D(zhuǎn)速是無級的，不必查相關(guān)資料選擇機(jī)床的轉(zhuǎn)速，加工中心實(shí)際的轉(zhuǎn)速和切削速度就是上述所示。
C、計(jì)算基本工時(shí)
Tj==（9+10.5+4）/0.52*319=0.142min
（6）2-M10螺紋底孔的加工