車銑加工中心的工裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),加工,中心,工裝,夾具,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 泉州信息學(xué)院?？粕厴I(yè)論文 2013 摘要 作為機(jī)械系的一名學(xué)生，將來工作學(xué)習(xí)都會以機(jī)械為主，所以必須掌握好各種機(jī)械的專業(yè)知識，從這學(xué)期開始，開始接觸機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課。我會本著認(rèn)真的態(tài)度對待專業(yè)課的學(xué)習(xí)，提高自己的專業(yè)素養(yǎng).接下來我將介紹一下我對數(shù)控機(jī)床發(fā)展史的認(rèn)識。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床,數(shù)控車床，數(shù)控銑床，加工中心，夾具 　　20世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給自動化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制，推動了機(jī)床自動化的發(fā)展。 　 采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實(shí)現(xiàn)的。他們在制造飛機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動機(jī)翼時，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到±0.0381mm（±0.0015in），達(dá)到了當(dāng)時的最高水平。 1952年，麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了同時控制三軸的運(yùn)動。這臺數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。 　 這臺機(jī)床是一臺試驗(yàn)性機(jī)床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎(chǔ)上，第一臺工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產(chǎn)出來。 　 在此以后，從1960年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。 　 數(shù)控機(jī)床中最初出現(xiàn)并獲得使用的是數(shù)控銑床，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床能夠解決普通機(jī)床難于勝任的、需要進(jìn)行輪廓加工的曲線或曲面零件。 然而，由于當(dāng)時的數(shù)控系統(tǒng)采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業(yè)沒有得到推廣使用。 　 到了1960年以后，點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床得到了迅速的發(fā)展。因?yàn)辄c(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡單得多。因此，數(shù)控銑床、沖床、坐標(biāo)鏜床大量發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，到1966年實(shí)際使用的約6000臺數(shù)控機(jī)床中，85%是點(diǎn)位控制的機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)工件一次裝卡而進(jìn)行多工序的加工。這種產(chǎn)品最初是在1959年3月，由美國卡耐·;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機(jī)床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對工件進(jìn)行加工。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。 　 1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)及應(yīng)用。 1974年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床（簡稱為CNC機(jī)床），進(jìn)一步推動了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。 　 80年代，國際上出現(xiàn)了1～4臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨(dú)長時間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統(tǒng)中使用。 目前，F(xiàn)MS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領(lǐng)域擴(kuò)展，從中小批量加工向大批量加工發(fā)展。 　 所以機(jī)床數(shù)控技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代機(jī)械自動化的基礎(chǔ)技術(shù)。 　　那什么是車床呢？據(jù)資料所載，所謂車床，是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床。在車床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。 　　古代的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉(zhuǎn)，并手持刀具而進(jìn)行切削的。1797年，英國機(jī)械發(fā)明家莫茲利創(chuàng)制了用絲杠傳動刀架的現(xiàn)代車床，并于1800年采用交換齒輪，可改變進(jìn)給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機(jī)構(gòu)來改變主軸轉(zhuǎn)速。 為了提高機(jī)械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔車床；1848年，美國又出現(xiàn)回輪車床；1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床；20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動的帶有齒輪變速箱的車床。 第一次世界大戰(zhàn)后，由于軍火、汽車和其他機(jī)械工業(yè)的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發(fā)展。50年代中，發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發(fā)展。 車床依用途和功能區(qū)分為多種類型。 普通車床的加工對象廣，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的調(diào)整范圍大，能加工工件的內(nèi)外表面、端面和內(nèi)外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產(chǎn)效率低，適用于單件、小批生產(chǎn)和修配車間。 轉(zhuǎn)塔車床和回轉(zhuǎn)車床具有能裝多把刀具的轉(zhuǎn)塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用于成批生產(chǎn)。自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重復(fù)加工一批同樣的工件，適用于大批、大量生產(chǎn)。 多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下，用于加工盤、環(huán)和軸類工件，其生產(chǎn)率比普通車床提高3～5倍。 仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環(huán)，適用于形狀較復(fù)雜的工件的小批和成批生產(chǎn)，生產(chǎn)率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型 　　立式車床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺上，刀架在橫粱或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。 鏟齒車床在車削的同時，刀架周期地作徑向往復(fù)運(yùn)動，用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動的小砂輪鏟磨齒面。 專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯(lián)合車床主要用于車削加工，但附加一些特殊部件和附件后，還可進(jìn)行鏜、銑、鉆、插、磨等加工，具有“一機(jī)多能”的特點(diǎn)，適用于工程車、船舶或移動修理站　　看機(jī)床的水平主要看金屬切削機(jī)床，其他機(jī)床技術(shù)和復(fù)雜性不高，就是近幾年很流行的電加工機(jī)床，也只是方法的改變，沒什么復(fù)雜性和科技含量。 我國的數(shù)控磨床水平不錯，每年都有大量出口，因?yàn)樗唵?，基本屬于勞動密集型。金屬加工主要是去除材料，得到想得到的金屬形狀。去除材料，主要靠車和銑，車床發(fā)展為數(shù)控車床，銑床發(fā)展為加工中心。高精度多軸機(jī)床，可以讓復(fù)雜零件在精度和形狀上一次到位，例如，飛機(jī)上的一個復(fù)雜零件，以前由很多種工人：車工、銑工、磨床工、畫線工、熱處理工用好幾個月干，其中還有報(bào)廢的，最新的復(fù)合數(shù)控機(jī)床幾天甚至幾個小時就全干好了，而且精度比你設(shè)計(jì)的還高。零件精度高就意味著壽命長，可靠性好。 由普通發(fā)展到數(shù)控，一個人頂原來的十個，在精度上，更是沒法說，適應(yīng)性上，零件變了，換個程序就行。把人的因素也降為最低，以前在工廠，誰要時會車渦輪、蝸桿，沒個10年8年的不行，要是誰掌握了，那牛得很?，F(xiàn)在用數(shù)控設(shè)備，只要你會編程，把參數(shù)輸進(jìn)去就可以了，很簡單，剛畢業(yè)的技校學(xué)生都會，而且批量的產(chǎn)品質(zhì)量也有保證。 自美國在50年代末搞出世界一臺數(shù)控車床后，機(jī)床制造業(yè)就進(jìn)入了數(shù)控時代，中國在六十年代也搞出了第一代數(shù)控機(jī)床，但后來中國進(jìn)入了什么年代，大家都知道。等80年代我們再去看世界的數(shù)控機(jī)床水平，差距就是20年了，其實(shí)奮起直追還有希望，但國營工廠不思進(jìn)取，到了90年代，我們再去看世界水平，已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯(lián)的路子，什么叫蘇聯(lián)的路子，舉個例子來講：比如，生產(chǎn)一根軸，蘇聯(lián)的方式是建一個專用生產(chǎn)線，用多臺專用機(jī)床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數(shù)發(fā)生了變化，這條線就報(bào)廢了，生產(chǎn)人員也就沒事做了。在1960－1980年代，國營工廠一個產(chǎn)品生產(chǎn)幾十年不變樣。到了1980年代后，當(dāng)時搞商品經(jīng)濟(jì)，這些廠不能迅速適應(yīng)市場，經(jīng)營就困難了，到了90年代就大量破產(chǎn)，大量職工下崗?，F(xiàn)代的生產(chǎn)也有大批量生產(chǎn)，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設(shè)備是數(shù)控的，適應(yīng)起來就快。 專業(yè)機(jī)床的路子已經(jīng)到頭了，西方走的路和前蘇聯(lián)不一樣，當(dāng)年的“東芝”事件，就是日本東芝賣給蘇聯(lián)了幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，讓蘇聯(lián)在潛艇的推進(jìn)螺旋槳上的制造，上了一個檔次，讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國要懲處東芝公司。 由此也可見，前蘇聯(lián)的機(jī)床制造業(yè)也落后了，他們落后，我們就更不用說了。雖然，美國搞出了世界第一臺數(shù)控機(jī)床，但數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還是要數(shù)德國。德國本來在機(jī)械方面就是世界第一，數(shù)控機(jī)床無非就是搞機(jī)電一體化，機(jī)械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統(tǒng)方面，德國的電子系統(tǒng)工業(yè)本來就強(qiáng)大，所以在上世紀(jì)六、七十年代，德國就執(zhí)機(jī)床界的牛耳了。 但日本人的強(qiáng)項(xiàng)就是仿造，從上世紀(jì)70年代起，日本大量從德國引進(jìn)技術(shù)，消化后大量仿造，經(jīng)過努力，日本在90年代起，就超越了德國，成為世界第一大數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國，直到現(xiàn)在還是。他們在機(jī)床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在機(jī)床復(fù)合（一機(jī)多種功能）化方面，是世界第一。數(shù)控機(jī)床的核心就在數(shù)控系統(tǒng)方面，日本目前在系統(tǒng)方面也排世界第一，主要是它的發(fā)拿科公司。第一代的系統(tǒng)用步進(jìn)電機(jī)，我們現(xiàn)在也能造，第二代用交流伺服電機(jī)。現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)的核心就是交流伺服電機(jī)和系統(tǒng)內(nèi)的邏輯控制軟件，交流伺服電機(jī)我們國家目前還沒有誰能制造，這是一個光學(xué)、機(jī)械、電子的綜合體。邏輯控制軟件就是控制機(jī)床的各軸運(yùn)動，而這些軸是用伺服電機(jī)驅(qū)動的，一般的系統(tǒng)能同時控制3軸，高級系統(tǒng)能控制五軸，能控5軸的，五軸以上也沒問題。我們國家也由有5軸系統(tǒng)，但“做秀”的成份多，還沒實(shí)用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機(jī)床，100％進(jìn)口。 機(jī)床是一個國家制造業(yè)水平高低的象征，其核心就是數(shù)控系統(tǒng)。我們目前不要說系統(tǒng)，就是國內(nèi)造的質(zhì)量稍微好一點(diǎn)的數(shù)控機(jī)床，所用的高精度滾珠絲杠，軸承都是進(jìn)口的，主要是買日本的，我們自產(chǎn)的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問題。目前國內(nèi)的各大機(jī)床廠，數(shù)控系統(tǒng)100％外購，各廠家一般都買日本發(fā)那科、三菱的系統(tǒng)，占80％以上，也有德國西門子的系統(tǒng)，但比較少。德國西門子系統(tǒng)為什么用的少呢？早期，德國系統(tǒng)不太能適合我們的電網(wǎng)，我們的電網(wǎng)穩(wěn)定性不夠，西門子系統(tǒng)的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了，他們的系統(tǒng)就燒不壞。近來西門子系統(tǒng)改進(jìn)了不少，價格方面還是略高。德國人很不重視中國，所以他們的系統(tǒng)漢語化最近才有，不像日本，老早就有漢語化版的。 　　就國產(chǎn)高級數(shù)控機(jī)床而言，其利潤的主體是被外國人拿走了，中國只是掙了一個辛苦錢。 美國為什么沒有能成為數(shù)控機(jī)床制造大國呢？這個和他們當(dāng)時制定產(chǎn)業(yè)政策的人有關(guān)，再加上當(dāng)時美國的勞動力貴，買比制造劃算。機(jī)床屬于投資大，見效慢，回報(bào)率底的產(chǎn)業(yè)，而且需要技術(shù)積累。不太附和美國情況。但后來美國發(fā)現(xiàn)，機(jī)床屬于戰(zhàn)略物資，沒有它，飛機(jī)、大炮、坦克、軍艦的制造都有問題，所以他們重新制定政策，扶植了一些機(jī)床廠，規(guī)定了一些單位只能買國產(chǎn)設(shè)備，就是貴也得買，這就為美國保留了一些數(shù)控機(jī)床行業(yè)。美國機(jī)床在世界上沒有什么競爭力。 歐洲的機(jī)床，除德國外，瑞士的也很好，要說超高精密機(jī)床，瑞士的相當(dāng)好，但價格也是天價。一般用戶用不起。意大利、英國、法國屬于二流，中國很少買他們的機(jī)床。西班牙為了讓中國進(jìn)口他們的機(jī)床，不惜貸款給中國，但買的人也很少??借錢總是要還的。 韓國、臺灣的數(shù)控機(jī)床制造能力比大陸地區(qū)略強(qiáng)，不過水平差不多。他們也是在上世紀(jì)90年代引進(jìn)日本技術(shù)發(fā)展的。韓國應(yīng)該好一點(diǎn)，它有自己制造的、已經(jīng)商業(yè)化了的數(shù)控系統(tǒng)，但進(jìn)口到中國的機(jī)床，應(yīng)我們的要求，也換成了日本系統(tǒng)。我們對他們的系統(tǒng)信不過。韓國數(shù)控機(jī)床主要有兩家：大宇和現(xiàn)代。 大宇目前在我國設(shè)有合資企業(yè)。臺灣機(jī)床和我們大體一樣，自己造機(jī)械部分，系統(tǒng)采購日本的。但他們的機(jī)床質(zhì)量差，壽命短，目前在大陸影響很壞。其實(shí)他們比我們國產(chǎn)的要好一點(diǎn)。但我們自己的差，我們還能容忍，臺灣的機(jī)床是用美金買來的，用的不好，那火就大了。臺灣最主要的幾家機(jī)床廠已打算把工廠遷往大陸，大部分都在上海。這些廠目前在國內(nèi)的競爭中，也打著“國產(chǎn)”的旗號。 　　近來隨著中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也引起了世界一些主要機(jī)床廠商的注意，2000年，日本最大的機(jī)床制造商“馬扎克”在中國銀川設(shè)立了一家數(shù)控機(jī)床合資廠，據(jù)說制造水平相當(dāng)高，號稱“智能化、網(wǎng)絡(luò)化”工廠，和世界同步。今年日本另外一家大機(jī)床廠大隈公司在北京設(shè)立了一家能年產(chǎn)1000臺數(shù)控機(jī)床的控股公司，德國的一家很有名的企業(yè)也在上海設(shè)立了工廠。 目前，國家制定了一些政策，鼓勵國民使用國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，各廠家也在努力追趕。國內(nèi)買機(jī)床最多的是軍工企業(yè)，一個購買計(jì)劃里，80％是進(jìn)口，國產(chǎn)機(jī)床滿足不了需要。今后五年內(nèi)，這個趨勢不會改變。不過就目前國內(nèi)的需要來講，我國的數(shù)控機(jī)床目前能滿足中低檔產(chǎn)品的訂貨。 美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國家。因其社會條件不同，各有特點(diǎn)。 　　1.美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機(jī)床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重於基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì)80代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超過，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。 　　2.德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，德國特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。 德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 　　3.日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，大量出口，占去世界廣大市場。 在上世紀(jì)80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷售額在世界市場上占50%，在國內(nèi)約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。 4.我國的現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代， 中國于1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。 通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。 由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之問的差距。 在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過利用國外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。 特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。 由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之問的差距。2003年開始，中國就成了全球最大的機(jī)床消費(fèi)國，也是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國。目前正在提高機(jī)械加工設(shè)備的數(shù)控化率，1999年，我們國家機(jī)械加工設(shè)備數(shù)控華率是5－8％，目前預(yù)計(jì)是15－20％之間。 什么是數(shù)控機(jī)床車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機(jī)械加工方法，所謂機(jī)械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設(shè)備都稱為機(jī)床，數(shù)控機(jī)床就是在普通機(jī)床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。給機(jī)床裝上數(shù)控系統(tǒng)后，機(jī)床就成了數(shù)控機(jī)床。當(dāng)然，普通機(jī)床發(fā)展到數(shù)控機(jī)床不只是加裝系統(tǒng)這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控車床和加工中心。 我國目前各種門類的數(shù)控機(jī)床都能生產(chǎn)，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國外落后10－15年，但如果國家支持，追趕起來也不是什么問題，例如：去年，沈陽機(jī)床集團(tuán)收購了德國西思機(jī)床公司，意義很大，如果大力消化技術(shù)，可以縮短不少差距。大連機(jī)床公司也從德國引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)。上海一家企業(yè)購買日本著名的機(jī)床制造商池貝。，近幾年隨著中國制造的崛起，歐洲不少企業(yè)倒閉或者被兼并，如馬毫、斯濱納等。日本經(jīng)濟(jì)不景氣，有不少在80年代很出名的機(jī)床制造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。 數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向六個方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國的機(jī)床業(yè)一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前4名 數(shù)控系統(tǒng) 由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國內(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。我們國家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。 機(jī)床精度1、機(jī)械加工機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。2、機(jī)床精度體系：目前我們國家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國VDI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3、看一臺機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是一臺高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。4、加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。 目前世界著名機(jī)床廠商在我國的投資情況1、2000年，世界最大的專業(yè)機(jī)床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯，目前效益良好，年產(chǎn)600臺，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺。 2、2003年，德國著名的機(jī)床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心120臺左右。3、2002年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。4、韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。5、臺灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺。5、民營企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況1、浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺。2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開始，起點(diǎn)比較高。3．2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)老板是中國人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當(dāng)不錯。 軍工企業(yè)技改情況軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來臺灣阿扁上臺后，大規(guī)模技改開始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業(yè)開始停止購買普通設(shè)備。尤其是近3年來，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國內(nèi)機(jī)床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機(jī)床，國內(nèi)機(jī)床廠商為了迎接這次大技改，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭取軍工企業(yè)的高端訂單。聽在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂”三年，我們的整體水平會上一個臺階。 其實(shí)，胡錦濤總書記掌權(quán)以來，已經(jīng)把國防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國防能力，相信再過10年，隨著我國國防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國家會誕生世界水平的機(jī)床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國。 第1章 概述 1.1數(shù)控加工中心的特點(diǎn) 隨著制造設(shè)備的數(shù)控化率不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)在我國得到日益廣泛的使用，在模具行業(yè)，掌握數(shù)控技術(shù)與否及加工過程中的數(shù)控化率的高低已成為企業(yè)是否具有競爭力的象征。數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM)系統(tǒng)的質(zhì)量。 數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)密集及自動化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備，是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密加工精度高，質(zhì)量容易保證，發(fā)展前景十分廣闊。因此掌握數(shù)控車床的加工編程技術(shù)尤為重要。 當(dāng)前數(shù)控加工的重點(diǎn)發(fā)展方向是無圖化生產(chǎn)、單件高度精度并行加工、少人化無人化加工，這就要求數(shù)控機(jī)床能滿足高速、高動態(tài)精度、高剛性、高穩(wěn)定性、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化以及與之配套的控制系統(tǒng)，最重要的是模具三維型面加工特別注重機(jī)床的動態(tài)性能國內(nèi)已有一些公司引進(jìn)了高速車床，并開始應(yīng)用。國內(nèi)機(jī)床廠陸續(xù)開發(fā)出一些高速的車床，并正開發(fā)高速加工機(jī)床。 不需要熟練的機(jī)床操作人員； 提高加工精度并且保持加工質(zhì)量； 可以減少工裝卡具； 可以減少各個工序間的周轉(zhuǎn)，原來需要用多到工序完成的工件，數(shù)控加工一次裝夾完成加工，縮短加工周期，提高生產(chǎn)效率； 1.2數(shù)控機(jī)床 20世紀(jì)40年代末，美國開始研究數(shù)控機(jī)床，1952年，美國麻省理工學(xué)院（MIT)伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室成功研制出第一臺數(shù)控機(jī)床，并與1957年投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個重要突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)到國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究的發(fā)展。我國于是1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，成功試制出配有電子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。 數(shù)控機(jī)床種類繁多，模具制造常用數(shù)控加工機(jī)床有:數(shù)控銑床、數(shù)控電火花成形機(jī)床、數(shù)控電火花切割機(jī)床、數(shù)控磨床和數(shù)控車床。數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)組成。 控制系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動機(jī)床，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件（工作臺、轉(zhuǎn)臺、滑板等）的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動；機(jī)床傳動系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：（能進(jìn)行重復(fù)加工）、自動換刀（可交換指定的刀具）、 傳動間隙補(bǔ)償（補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差）等等。 1.機(jī)床夾具是由定位元件,夾緊裝置,對刀元件,夾具體部分組成,機(jī)床夾具設(shè)計(jì)也就是針對夾具組成的各個部分進(jìn)行設(shè)計(jì),其中定位與夾緊量個環(huán)節(jié)是夾具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 2.定位就是確定工件在夾具種的正確位置,是通過在夾具上設(shè)置正確的定位元件與工件定位面的接觸來實(shí)現(xiàn)的.工件的定位有完全定位和不完全定位,要根據(jù)其具體加工要求而定,欠定位在夾具設(shè)計(jì)種是不容許的,而過定位則有條件地采用。 3. 通常，由于定位副制造不準(zhǔn)確或采用了基準(zhǔn)不重合定位等原因,定位過程中會引入定位誤差,定位誤差的計(jì)算要根據(jù)具體情況分析計(jì)算。 4.夾緊是為了克服切削力等外力干擾而使工件在空間中保持正確的定位位置的一種段.夾緊一般在定位步驟之后,有時定位與夾緊是同時進(jìn)行的,入膨脹式定心夾緊機(jī)構(gòu)。 5.車,銑,鉆,磨等不同的機(jī)床其夾具設(shè)計(jì)具有各自典型特點(diǎn),應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)任務(wù),遵循夾具設(shè)計(jì)的基本要求和步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.3數(shù)控加工 數(shù)控加工是將帶加工零件進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，數(shù)控機(jī)床按數(shù)字量控制刀具和零件的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)零件加工的過程。 被加工零件采用線架、曲面、實(shí)體等幾何體來表示，CAD系統(tǒng)在零件集合體基礎(chǔ)上生成軌跡，經(jīng)過后處理生成加工代碼，將加工代碼通過傳輸給數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床按數(shù)字量控制刀具運(yùn)動，完成零件加工。其過程如下圖所示：【零件信息】→【CAD系統(tǒng)造型】→【CAD系統(tǒng)生成加工代碼】→【數(shù)控機(jī)床】→【零件】 （1）零件數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：系統(tǒng)自設(shè)計(jì)和造型功能或通過數(shù)據(jù)連接口傳入CAD數(shù)據(jù)，如STEP,IGES,SAT,DXF,X-T等；在實(shí)際的數(shù)控加工中，零件數(shù)據(jù)不僅僅來自圖紙，特別在廣泛采用Internet網(wǎng) 的今天，零件數(shù)據(jù)往往通過測量或通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)确绞降玫健? （2）確定粗加工、半精加工和精加工方案。 （3）生成各加工步驟的刀具軌跡。 （4）刀具軌跡仿真。 （5）后期處理輸出加工代碼。 （6）輸出數(shù)控加工工藝技術(shù)文件。 （7）傳給機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工。 數(shù)控車床加工的工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應(yīng)注意以下幾個方面。 1. 合理選擇切削用量 對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，刀尖溫度會上升，會產(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。它比切削速度對刀具的影響小。切深對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，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 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，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。對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。 2. 合理選擇刀具 1) 粗車時，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求。 2) 精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 3) 為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。 3. 合理選擇夾具 1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具； 2) 零件定位基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。 4. 確定加工路線 加工路線是指數(shù)控機(jī)床加工過程中，刀具相對零件的運(yùn)動軌跡和方向。 1) 應(yīng)能保證加工精度和表面粗糙要求； 2) 應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。 5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系 目前，在數(shù)控車床還未達(dá)到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。 6. 夾具安裝要點(diǎn) 目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實(shí)現(xiàn)的，如圖1。液壓卡盤夾緊要點(diǎn)如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。 1.4數(shù)控編程系統(tǒng) 數(shù)控加工機(jī)床與編程技術(shù)兩者的發(fā)展是精密相關(guān)的。數(shù)控加工機(jī)床的性能提升推動了編程技術(shù)的發(fā)展，而編程手段的提高也促進(jìn)了數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展，二者相互依賴?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)下向高精度、高效率、高柔性和智能化方向發(fā)展，而編程方式也越來越豐富。 一個好的編程系統(tǒng)，已經(jīng)不是一種僅僅是繪圖，做軌跡，出加工代碼，他還是一種先進(jìn)的加工工藝的綜合，先進(jìn)加工經(jīng)驗(yàn)的記錄，繼承和發(fā)展。 北航海爾軟件公司經(jīng)過多年來的不懈努力，推出了CAXA制造工程師數(shù)控編程系統(tǒng)。這套系統(tǒng)集CAS、CAM與一體，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、工藝性好、代碼質(zhì)量高，現(xiàn)在已經(jīng)在全國上千家企業(yè)的使用，并受到好評，不但降低了投入成本，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。 CAXA制造工程師數(shù)控編程系統(tǒng)，現(xiàn)正在一個更高的起點(diǎn)上騰飛。 第2章數(shù)控加工工藝技術(shù) 2.1數(shù)控加工工藝分析 程序編制人員在進(jìn)行工藝分析時，要有機(jī)床說明書、編程手冊、切削用量表、標(biāo)準(zhǔn)工具、夾具手冊等資料，確定零件的加工順序，各工序所用的刀具，夾具和切削用量等。此外，編程人員應(yīng)不斷總結(jié)、積累工藝分析方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，編寫出高質(zhì)量的數(shù)控加工程序。 2.1.1數(shù)控合理選用 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機(jī)床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合在該機(jī)床上加工的零件。無論哪種情況，考慮的因素重要有，毛坯的材料和類零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。 概括起來有三點(diǎn)：①要保證加工零件的技術(shù)要求，加工出合格的產(chǎn)品。?有利于提高生產(chǎn)率。?盡可能降低生產(chǎn)成本（加工費(fèi)用）。 有效節(jié)省加工時間 Index公司的G200車削中心集成化加工單元具有模塊化、大功率雙主軸、四軸聯(lián)動的功能，從而使加工時間進(jìn)一步縮短。與其他借助于工作軸進(jìn)行裝夾的概念相反，該產(chǎn)品運(yùn)用集成智能加工單元可以使工件自動裝夾到位并進(jìn)行加工。換言之，自動裝夾時，不會影響另一主軸的加工，這一特點(diǎn)可以縮短大約10％的加工時間。 此外，四軸加工非常迅速，可以同時有兩把刀具進(jìn)行加工。當(dāng)機(jī)床是成對投入使用的時候，效率的提高更為明顯。也就是說，常規(guī)車削和硬車可以并行設(shè)置兩臺機(jī)床。 常規(guī)車削和硬車之間的不同點(diǎn)僅僅在于刀架和集中恒溫冷卻液系統(tǒng)。但與常規(guī)加工不同的是：常規(guī)加工可用兩個刀架和一個尾架進(jìn)行加工；而硬車時只能使用一個刀架。在兩種類型的機(jī)床上都可進(jìn)行干式硬加工，只是工藝方案的制造者需要精心設(shè)計(jì)平衡的節(jié)拍時間，而Index機(jī)床提供的模塊結(jié)構(gòu)使其具有更強(qiáng)的靈活性。 隨著生產(chǎn)效率的不斷提高，用戶對于精度也提出了很高的要求。采用G200車削中心進(jìn)行加工時，冷啟動后最多需要加工4個工件，就可以達(dá)到±6mm的公差。加工過程中，精度通常保持在2mm。所以Index公司提供給客戶的是高精度、高效率的完整方案，而提供這種高精度的方案，需要精心選擇主軸、軸承等功能部件。 G200車削中心在德國寶馬Landshut公司汽車制造廠的應(yīng)用中取得了良好的效果。該廠不僅生產(chǎn)發(fā)動機(jī)，而且還生產(chǎn)由輕金屬鑄造而成的零部件、車內(nèi)塑料裝飾件和轉(zhuǎn)向軸。質(zhì)量監(jiān)督人員認(rèn)為，其加工精度非常精確：連續(xù)公差帶為±15mm，軸承座公差為±6.5mm。 此外，加工的萬向節(jié)使用了Index公司全自動智能加工單元。首批的兩臺車削中心用來進(jìn)行工件打號之前的預(yù)加工，加工后進(jìn)行在線測量，然后通過傳送帶送出進(jìn)行滾齒、清洗和淬火處理。最后一道工序中，采用了第二個Index加工系統(tǒng)。由兩臺G200車削中心對轉(zhuǎn)向節(jié)的軸承座進(jìn)行硬車。在機(jī)床內(nèi)完成在線測量，然后送至卸料單元。集成的加工單元完全融合到車間的布局之中，符合人類工程學(xué)要求，占地面積大大減少，并且只需兩名員工看管制造單元即可。 數(shù)控車削加工中妙用G00及保證尺寸精度的技巧 數(shù)控車削加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)，如何高效、合理、按質(zhì)按量完成工件的加工，每個從事該行業(yè)的工程技術(shù)人員或多或少都有自己的經(jīng)驗(yàn)。筆者從事數(shù)控教學(xué)、培訓(xùn)及加工工作多年，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)與技巧，現(xiàn)以廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T系列機(jī)床為例，介紹幾例數(shù)控車削加工技巧。 程序首句妙用G00的技巧 目前我們所接觸到的教科書及數(shù)控車削方面的技術(shù)書籍，程序首句均為建立工件坐標(biāo)系，即以G50 Xα Zβ作為程序首句。根據(jù)該指令，可設(shè)定一個坐標(biāo)系，使刀具的某一點(diǎn)在此坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為(Xα Zβ)(本文工件坐標(biāo)系原點(diǎn)均設(shè)定在工件右端面)。采用這種方法編寫程序，對刀后，必須將刀移動到G50設(shè)定的既定位置方能進(jìn)行加工，找準(zhǔn)該位置的 過程如下。 1. 對刀后，裝夾好工件毛坯； 2. 主軸正轉(zhuǎn)，手輪基準(zhǔn)刀平工件右端面A； 3. Z軸不動，沿X軸釋放刀具至C點(diǎn)，輸入G50 Z0，電腦記憶該點(diǎn)； 4. 程序錄入方式，輸入G01 W-8 F50，將工件車削出一臺階； 5. X軸不動，沿Z軸釋放刀具至C點(diǎn)，停車測量車削出的工件臺階直徑γ，輸入G50 Xγ，電腦記憶該點(diǎn)； 6. 程序錄入方式下，輸入G00 Xα Zβ，刀具運(yùn)行至編程指定的程序原點(diǎn)，再輸入G50 Xα Zβ，電腦記憶該程序原點(diǎn)。 上述步驟中，步驟6即刀具定位在XαZβ處至關(guān)重要，否則，工件坐標(biāo)系就會被修改，無法正常加工工件。有過加工經(jīng)驗(yàn)的人都知道，上述將刀具定位到XαZβ處的過程繁瑣，一旦出現(xiàn)意外，X或Z軸無伺服，跟蹤出錯，斷電等情況發(fā)生，系統(tǒng)只能重啟，重啟后系統(tǒng)失去對G50設(shè)定的工件坐標(biāo)值的記憶，“復(fù)位、回零運(yùn)行”不再起作用，需重新將刀具運(yùn)行至XαZβ位置并重設(shè)G50。 如果是批量生產(chǎn)，加工完一件后，回G50起點(diǎn)繼續(xù)加工下一件，在操作過程中稍有失誤，就可能修改工件坐標(biāo)系。鑒于上述程序首句使用G50建立工件坐標(biāo)系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上，將程序首句G50 XαZβ改為G00 Xα Zβ后，問題迎刃而解。其操作過程只需采用上述找G50過程的前五步，即完成步驟1、2、3、4、5后，將刀具運(yùn)行至安全位置，調(diào)出程序，按自動運(yùn)行即可。即使發(fā)生斷電等意外情況，重啟系統(tǒng)后，在編輯方式下將光標(biāo)移至能安全加工又不影響工件加工進(jìn)程的程序段，按自動運(yùn)行方式繼續(xù)加工即可。 上述程序首句用 G00代替G50的實(shí)質(zhì)是將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原點(diǎn)的限制，不改變工件坐標(biāo)系，操作簡單，可靠性強(qiáng)，收到了意想不到的效果。中國金屬加工在線 控制尺寸精度的技巧 1. 修改刀補(bǔ)值保證尺寸精度 由于第一次對刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時，可通過修改刀補(bǔ)使工件達(dá)到要求尺寸，保證徑向尺寸方法如下： a. 絕對坐標(biāo)輸入法 根據(jù)“大減小，小加大”的原則，在刀補(bǔ)001～004處修改。如用2號切斷刀切槽時工件尺寸大了0.1mm，而002處刀補(bǔ)顯示是X3.8，則可輸入X3.7，減少2號刀補(bǔ)。 b. 相對坐標(biāo)法 如上例，002刀補(bǔ)處輸入U(xiǎn)-0.1，亦可收到同樣的效果。 同理，對于軸向尺寸的控制亦如此類推。如用1號外圓刀加工某處軸段，尺寸長了0.1mm，可在001刀補(bǔ)處輸入W0.1。 2. 半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度 對于大部分?jǐn)?shù)控車床來說，使用較長時間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工件尺寸經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這時，我們可在粗加工之后，進(jìn)行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用1號刀G71粗加工外圓之后，可在001刀補(bǔ)處輸入U(xiǎn)0.3，調(diào)用G70精車一次，停車測量后，再在001刀補(bǔ)處輸入U(xiǎn)-0.3，再次調(diào)用G70精車一次。經(jīng)過此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩(wěn)定。 3. 程序編制保證尺寸精度 a. 絕對編程保證尺寸精度 編程有絕對編程和相對編程。相對編程是指在加工輪廓曲線上，各線段的終點(diǎn)位置以該線段起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)而確定的坐標(biāo)系。也就是說，相對編程的坐標(biāo)原點(diǎn)經(jīng)常在變換，連續(xù)位移時必然產(chǎn)生累積誤差，絕對編程是在加工的全過程中，均有相對統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)，即坐標(biāo)原點(diǎn)，故累積誤差較相對編程小。 數(shù)控車削工件時，工件徑向尺寸的精度一般比軸向尺寸精度高，故在編寫程序時，徑向尺寸最好采用絕對編程，考慮到加工及編寫程序的方便，軸向尺寸常采用相對編程，但對于重要的軸向尺寸，最好采用絕對編程。 b. 數(shù)值換算保證尺寸精度 很多情況下，圖樣上的尺寸基準(zhǔn)與編程所需的尺寸基準(zhǔn)不一致，故應(yīng)先將圖樣上的基準(zhǔn)尺寸換算為編程坐標(biāo)系中的尺寸。如圖2b中，除尺寸13.06mm外，其余均屬直接按圖2a標(biāo)注尺寸經(jīng)換算后而得到的編程尺寸。其中， φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三個尺寸為分別取兩極限尺寸平均值后得到的編程尺寸。 4. 修改程序和刀補(bǔ)控制尺寸 數(shù)控加工中，我們經(jīng)常碰到這樣一種現(xiàn)象：程序自動運(yùn)行后，停車測量，發(fā)現(xiàn)工件尺寸達(dá)不到要求，尺寸變化無規(guī)律。如用1號外圓刀加工圖3所示工件，經(jīng)粗加工和半精加工后停車測量，各軸段徑向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。對此，筆者采用修改程序和刀補(bǔ)的方法進(jìn)行補(bǔ)救，方法如下： a. 修改程序 原程序中的X30不變，X23改為X23.03，X16改為X16.04，這樣一來，各軸段均有超出名義尺寸的統(tǒng)一公差0.06mm； b. 改刀補(bǔ) 在1號刀刀補(bǔ)001處輸入U(xiǎn)-0.06。 經(jīng)過上述程序和刀補(bǔ)雙管齊下的修改后，再調(diào)用精車程序，工件尺寸一般都能得到有效的保證。 數(shù)控車削加工是基于數(shù)控程序的自動化加工方式，實(shí)際加工中，操作者只有具備較強(qiáng)的程序指令運(yùn)用能力和豐富的實(shí)踐技能，方能編制出高質(zhì)量的加工程序，加工出高質(zhì)量的工件。 數(shù)控機(jī)床故障排除方法及其注意事項(xiàng) 由于經(jīng)常參加維修任務(wù)，有些維修經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)結(jié)合有關(guān)理論方面的闡述，在以下列出，希望拋磚引玉。 2.1.2 生產(chǎn)類型 該課題生產(chǎn)類型為中小批量生產(chǎn)，加工過程中劃分階段，工序適當(dāng)集中，加工設(shè)備以我院現(xiàn)有機(jī)床為主，設(shè)計(jì)工裝夾具，這樣生產(chǎn)準(zhǔn)備工作及投資較少、投產(chǎn)快、生產(chǎn)效率較高，轉(zhuǎn)產(chǎn)容易。 2.1.3 毛坯確定 2.1.4確定毛坯種類及余量 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件。并依其結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和生產(chǎn)類型，毛坯的鑄造方法選用砂型機(jī)器造型及殼型。 根據(jù)[1]表15-5鑄件尺寸公差等級采用CT9級。 根據(jù)[1]表19-8，取加工余量為MA-G級。查表得各表面的鑄件機(jī)械加工余量。如表 基本尺寸 加工余量等級 加工余量 說明 88 G 3 底面，單側(cè)加工 100 H 3.5 頂面，降一級，單側(cè)加工 90 G 2.5 側(cè)面，雙側(cè)加工 119 H 6 孔，降一級，單側(cè)加工 90 H 10 孔，降一級，單側(cè)加工 2.1.5繪制毛坯余量圖 （附AutoCAD毛坯余量圖） 第3章 工藝規(guī)程 3.1 工藝安排原則和方法 首先要保證產(chǎn)品質(zhì)量，在保證質(zhì)量的前提下，最大限度地提高生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)要求，并應(yīng)盡可能節(jié)約耗費(fèi)、減少投資、降低制造成本、保證良好的經(jīng)濟(jì)性。 3.2工序卡片安排原則 機(jī)械加工工藝卡片是在工藝過程卡片的基礎(chǔ)上，按每道工序所編制的一種工序文件。主要內(nèi)容有工序簡圖，該工序中每個工步的加工內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用設(shè)備和工藝裝備等。 工序卡片主要用于大批量生產(chǎn)中所有的零件，中批生產(chǎn)中復(fù)雜產(chǎn)品的關(guān)鍵零件以及單件小批生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序。 3.3加工順序安排原則 零件上需要加工的表面很多，而且每個需要加工的表面往往不是一次加工就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。安排機(jī)械加工工序的任務(wù)，一是為各個表面的加工排先后順序，二是在加工路線中為每個表面的各個加工工序，安排具體的位置。 首先，為零件上各個需要加工的表面選擇合理的加工方案；然后，將次要表面性質(zhì)相同的加工工序，放在與主要表面加工性質(zhì)相同的工序中完成。這樣，大多數(shù)次要表面的終加工一般在主表面的粗、半精加工即可完成。但對于那些與主要表面有密切位置關(guān)系的次要表面的加工，應(yīng)該在主要表面的精加工后進(jìn)行。如前述，大多數(shù)箱體零件上面重要孔周圍的堅(jiān)固螺紋孔，多安排在重要孔精加工后進(jìn)行鉆孔和攻螺紋。 其次，零件的機(jī)械加工路線中，第一道工序往往都是加工精基準(zhǔn)，然后使用精基準(zhǔn)定位，進(jìn)行后續(xù)加工。例如，對軸類零件，應(yīng)先鉆鉆中心孔；箱體類零件先加工平面、定位銷孔等。 3.4滑片泵加工面和加工參數(shù)分析 由于滑片泵的的原料是灰鑄鐵，材料型號為HT150，能承受中等應(yīng)力，材料符合泵殼要求。經(jīng)鑄造后毛坯外型大致如圖。 該工件主要的加工面為：底面、頂面、前面、后面、左面、右面、曲線型腔和Φ119臺階孔。除了曲線型腔、Φ119臺階孔、前面和后面外，其它的加工面的精度要求都不是很高（Ra 為12.5），所以只在普通銑床上進(jìn)行粗加工就能達(dá)到技術(shù)要求。前面和后面的粗糙度要求較高（Ra 為3.2），在普通銑床上進(jìn)行精加工，也可達(dá)到技術(shù)要求。而曲線型腔和臺階孔的精度要求很高(Ra 為3.2)，是這個產(chǎn)品的加工難點(diǎn)，特別是曲線型腔，它是由六段曲線光滑過度連接而成，其中有函數(shù)曲線也有規(guī)則曲線。 如果用普通機(jī)床加工的話，要用靠模法來加工，它先是加工一個凸輪，然后用仿形法加工。這樣的方法既復(fù)雜，生產(chǎn)效率又底，而且精度也不高。加工比較困難，在普通銑床上難以到達(dá)技術(shù)要求。因此，要用軟件自動編程或者是用宏程序在數(shù)控銑床上加工。其余的面都不用進(jìn)行加工，鑄造以后，去毛刺、上漆就可以了。 3.5分析重要工序以及泵體加工方案 滑片泵的重要加工工序是曲線型腔和Φ119 臺階孔。因?yàn)樾颓缓团_階孔的精度要求高，需在數(shù)控機(jī)床上加工，所以把它作為最后加工的工序，這是為了防止在加工其它面時劃傷。臺階孔分前面和后面，其粗糙度要也比較高（R為3.2）為更有較地保證其粗糙度和保證前后面與型腔的垂直度，前后面在普通機(jī)床進(jìn)行粗加工以后，再在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行精加工。加工時可將曲線型腔和其中一面及臺階孔做為一道工序在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工。先銑一個面及臺階孔，再工件反過來，加工另一個面、曲線型腔和臺階孔。 3.6確定工藝過程方案 由于各加工表面加工方法及粗基準(zhǔn)已基本確定，現(xiàn)按照“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基準(zhǔn)先行”的原則，初步擬訂工藝過程方案，如表所示： 工序號 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 010 鑄坯 020 清洗 030 上漆 040 銑底面 頂面+側(cè)面 050 銑頂面 底面+側(cè)面 060 銑左右端面 底面+后面 070