刀芯軸數(shù)控車(chē)削加工工藝及編程設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)題目： 刀芯軸數(shù)控加工工藝及編程 專(zhuān) 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 起訖日期 年 月 日～ 年 月 日 摘要 刀芯軸部件由主軸、軸承、傳動(dòng)件（如齒輪、帶輪）和固定件（如螺母）等組成，是機(jī)床的重要組成部分。機(jī)床工作時(shí)由刀芯軸夾持工件（車(chē)床）或刀具（鉆床、鏜床、銑床、磨床等）直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)，所以，刀芯軸軸部件的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和機(jī)床生產(chǎn)率有重要影響。 本文針對(duì)提供的刀芯軸零件，并對(duì)刀芯軸進(jìn)行加工工藝的規(guī)程設(shè)計(jì)，包括了刀芯軸軸的數(shù)控車(chē)削加工，介紹了數(shù)控車(chē)的加工工藝及數(shù)控編程，以此刀芯軸軸進(jìn)行數(shù)控車(chē)的加工工藝編制和數(shù)控編程的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：刀芯軸，數(shù)控車(chē)削，數(shù)控編程，加工工藝 目 錄 摘要...........................................................I 1章 緒論.......................................................5 1.1數(shù)控機(jī)床的介紹....................................................7 1.2數(shù)控編程的介紹...................................................10 2主軸零件加工工藝設(shè)計(jì).........................................16 2.1芯軸零件的工藝分析...............................................16 2.2刀芯軸零件的工藝安排.............................................16 2.3編制加工工藝.....................................................16 2.4手動(dòng)編制程序.....................................................19 3刀芯軸零件的數(shù)控編程加工.....................................21 3.1數(shù)控編程的定義...................................................21 3.2數(shù)控編程的分類(lèi)...................................................22 3.2.1編程方法的選擇...............................................24 3.3數(shù)控編程原點(diǎn)的確定...............................................26 3.4數(shù)控加工程序清單.................................................27 致謝..........................................................28 參考文獻(xiàn)......................................................29 附錄..........................................................30 1緒論 1.1數(shù)控機(jī)床的介紹 數(shù)字控制（Numerical Control,簡(jiǎn)稱(chēng)NC）技術(shù)是近代發(fā)展起來(lái)的一種用數(shù)字化信息進(jìn)行控制的自動(dòng)控制技術(shù)，在機(jī)床領(lǐng)域具體指的是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。定義中的“機(jī)床”不僅指金屬切削機(jī)床，還包括其他各類(lèi)機(jī)床，如線(xiàn)切割機(jī)床，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。 數(shù)控系統(tǒng)（NC System）是指采用數(shù)字控制技術(shù)的控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)，能自動(dòng)閱讀輸入載體上預(yù)先給定的數(shù)字值和指令，并將其譯碼，處理，從而自動(dòng)的控制機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行零件加工。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床（NC Machine Tools）又稱(chēng)CNC機(jī)床，數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它能利用數(shù)字化信息（指令，代碼）對(duì)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程進(jìn)行控制，即把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，刀具的選擇，工件的夾緊松開(kāi)，冷卻電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字信息送入數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件。 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 （1）產(chǎn)生 ①機(jī)械產(chǎn)品的自身要求 ②單件、多品種小批量零件約占80%以上 （2）發(fā)展 1952年 美國(guó)Parsons公司和MIT 三坐標(biāo)數(shù)控立銑床 1955年 數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化階段-復(fù)雜曲面加工 數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件-電子管時(shí)代 1959年 采用晶體管和印制板電路-第二代數(shù)控系統(tǒng) 1965年 出現(xiàn)小規(guī)模集成電路-第三代數(shù)控系統(tǒng) 1970年 出現(xiàn)小型計(jì)算機(jī)代替專(zhuān)用硬接線(xiàn)裝置 ——第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)） 1974年 以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng) ——第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC系統(tǒng)） （3）我國(guó) 1958年 起步 20世紀(jì) 60年代末70年代初 — 研制出一些晶體管式數(shù)控系統(tǒng) 20世紀(jì)80年代初 1985年 進(jìn)入實(shí)用階段 1986—1990年 數(shù)控機(jī)床大發(fā)展時(shí)期 1991年 300多種 1.1.2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 1）高可靠性 ①提高元器件和系統(tǒng)的可靠性 ②采用抗干擾技術(shù)，提高數(shù)控系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力 ③使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 ④提高自診斷及保護(hù)功能 2）高柔性化 柔性：指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力 3）高精度化 ①利用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能 ②采用高分辨率，高響應(yīng)性的絕對(duì)位置傳感技術(shù) ③提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械本體中基礎(chǔ)大件的結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定性 4）高速度化 ①機(jī)械方面：提高切削速度和減少輔助時(shí)間 ②數(shù)控系統(tǒng)：CPU 5）復(fù)合化 ①工序復(fù)合化 ②功能復(fù)合化 6）制造系統(tǒng)自動(dòng)化 1.1.3數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。下面分別對(duì)各組成部分的基本工作原理進(jìn)行概要說(shuō)明。 加工程序載體數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要工人直接去操作機(jī)床，要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機(jī)床上刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、工藝參數(shù)（進(jìn)給量主軸轉(zhuǎn)速等）和輔助運(yùn)動(dòng)等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲(chǔ)在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤(pán)等，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心?，F(xiàn)代數(shù)控裝置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，這種CNC裝置一般使用多個(gè)微處理器，以程序化的軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，因此又稱(chēng)軟件數(shù)控（Software NC）。CNC系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補(bǔ)出理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件。因此，數(shù)控裝置主要由輸入、處理和輸出三個(gè)基本部分構(gòu)成。而所有這些工作都由計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序進(jìn)行合理地組織，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。 1）輸入裝置：將數(shù)控指令輸入給數(shù)控裝置，根據(jù)程序載體的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。主要有鍵盤(pán)輸入、磁盤(pán)輸入、CAD/CAM系統(tǒng)直接通信方式輸入和連接上級(jí)計(jì)算機(jī)的DNC（直接數(shù)控）輸入，現(xiàn)仍有不少系統(tǒng)還保留有光電閱讀機(jī)的紙帶輸入形式。 （1）紙帶輸入方式?？捎眉垘Ч怆婇喿x機(jī)讀入零件程序，直接控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，也可以將紙帶內(nèi)容讀入存儲(chǔ)器，用存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的零件程序控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。 （2）MDI手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤(pán)輸入加工程序的指令，它適用于比較短的程序。在控制裝置編輯狀態(tài)（EDIT）下，用軟件輸入加工程序，并存入控制裝置的存儲(chǔ)器中，這種輸入方法可重復(fù)使用程序。一般手工編程均采用這種方法。 在具有會(huì)話(huà)編程功能的數(shù)控裝置上，可按照顯示器上提示的問(wèn)題，選擇不同的菜單，用人機(jī)對(duì)話(huà)的方法，輸入有關(guān)的尺寸數(shù)字，就可自動(dòng)生成加工程序。 （3）采用DNC直接數(shù)控輸入方式。把零件程序保存在上級(jí)計(jì)算機(jī)中，CNC系統(tǒng)一邊加工一邊接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的后續(xù)程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜工件并直接生成零件程序的情況。2）信息處理：輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信 不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床(13張)息，由信息處理部分按照控制程序的規(guī)定，逐步存儲(chǔ)并進(jìn)行處理后，通過(guò)輸出單元發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運(yùn)動(dòng)控制部分。CNC系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)包括：零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線(xiàn)、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（如換刀、變速、冷卻液開(kāi)關(guān)等），數(shù)據(jù)處理的目的是完成插補(bǔ)運(yùn)算前的準(zhǔn)備工作。數(shù)據(jù)處理程序還包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算及輔助功能的處理等。 3） 輸出裝置：輸出裝置與伺服機(jī)構(gòu)相聯(lián)。輸出裝置根據(jù)控制器的命令接受運(yùn)算器的輸出脈沖，并把它送到各坐標(biāo)的伺服控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)功率放大，驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，從而控制機(jī)床按規(guī)定要求運(yùn)動(dòng)。伺服與測(cè)量反饋系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的直線(xiàn)位移或角位移運(yùn)動(dòng)。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)，因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)裝置，要求具有良好的快速反應(yīng)性能，準(zhǔn)確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號(hào)，并能忠實(shí)地執(zhí)行來(lái)自數(shù)控裝置的指令，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。驅(qū)動(dòng)裝置由主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元和主軸伺服電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)是常用的驅(qū)動(dòng)裝置。測(cè)量元件將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移值檢測(cè)出來(lái)并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對(duì)反饋回來(lái)的實(shí)際位移值與指令值進(jìn)行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達(dá)到設(shè)定值所需的位移量指令。機(jī)床主體機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺(tái)、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架及自動(dòng)換刀裝置等機(jī)械部件。它是在數(shù)控機(jī)床上自動(dòng)地完成各種切削加工的機(jī)械部分。與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床主體具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1）采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機(jī)床新結(jié)構(gòu)。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來(lái)提高機(jī)床主機(jī)的剛度和抗震性，使機(jī)床主體能適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)自動(dòng)地進(jìn)行切削加工的需要。采取改善機(jī)床結(jié)構(gòu)布局、減少發(fā)熱、控制溫升及采用熱位移補(bǔ)償?shù)却胧?，可減少熱變形對(duì)機(jī)床主機(jī)的影響。 2）廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)鏈縮短，簡(jiǎn)化了機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 3）采用高傳動(dòng)效率、高精度、無(wú)間隙的傳動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)部件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等。數(shù)控機(jī)床輔助裝置輔助裝置是保證充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動(dòng)、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤(rùn)滑裝置，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控分度頭，防護(hù)，照明等各種輔助裝置。 1.1.4 數(shù)控加工的介紹 1.1.4.1 數(shù)控加工過(guò)程 與傳統(tǒng)加工比較，數(shù)控加工與普通機(jī)床加工方法與內(nèi)容上有許多相似之處，不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在控制方式上。以機(jī)械加工為例，用普通機(jī)床加工零件時(shí)，工序的安排、機(jī)床運(yùn)動(dòng)的先后次序、走刀線(xiàn)路及有關(guān)切削參數(shù)的選擇等，都是由操作者自行考慮和確定的，而且是用手工操作方式來(lái)進(jìn)行控制的。操作者總是根據(jù)零件和工序卡的要求，在加工過(guò)程中不斷改變刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和加工參數(shù)（位置、速度等），使刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，從而得到所需要的合格零件。如果采用自動(dòng)車(chē)床，仿形車(chē)床和仿形銑床加工，雖然也能達(dá)到對(duì)加工過(guò)程的自動(dòng)控制目的，但其控制是通過(guò)預(yù)先配置的凸輪、擋塊及靠模來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在CNC機(jī)床上，傳統(tǒng)的人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制所取代。其工作過(guò)程是：首先要將被加工的零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過(guò)程中主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開(kāi)關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。 1.1.4.2 數(shù)控加工中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程 CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖所示 成形運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 插補(bǔ)處理 刀補(bǔ)處理 譯碼 加工程序 切削運(yùn)動(dòng)、機(jī)床I/O裝置 PLC控制 （1） 譯碼 譯碼程序的主要功能就是將用文本格式（通常用ASCII碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式），該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值，進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速， G代碼，M代碼，刀具號(hào)，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。 （2） 刀補(bǔ)處理（計(jì)算刀具中心軌跡） 為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設(shè)計(jì)的進(jìn)給路線(xiàn)編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是刀具中心（準(zhǔn)確地說(shuō)是刀位點(diǎn)）軌跡因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的處理程序 （3） 插補(bǔ)計(jì)算 數(shù)控編程提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來(lái)控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線(xiàn)性（直線(xiàn)、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在內(nèi)的位移指令（），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。 （4） PLC控制 CNC系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的控制分為對(duì)各坐標(biāo)軸的速度和位置的“軌跡控制”和對(duì)機(jī)床動(dòng)作的“順序控制”或稱(chēng)“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器、等開(kāi)關(guān)信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯關(guān)系對(duì)諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開(kāi)，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行控制，PLC控制就是實(shí)現(xiàn)上述功能的模塊 通過(guò)所述，數(shù)控機(jī)床加工原理就是講預(yù)先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)譯碼、刀補(bǔ)處理、插補(bǔ)計(jì)算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)化加工。 1.1.5 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 與通用機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下主要特點(diǎn)： 1) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)在一般的數(shù)控機(jī)床的精度都能達(dá)到0.001mm 2) 能完成普通機(jī)床難以完成的加工或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工。 3) 生產(chǎn)效率高，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度和快速定位速度高，通過(guò)合理選擇切削參數(shù)，可充分發(fā)揮刀具的切削性能，減少切削時(shí)間，不僅加工過(guò)程穩(wěn)定，而且能保證加工效果的高精度。而且不需要在加工過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量檢查，就能連續(xù)的完成整個(gè)加工過(guò)程，減少輔助動(dòng)作時(shí)間和停機(jī)時(shí)間 4) 柔性高，通用性強(qiáng) 5) 有利于制造技術(shù)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)備之一，當(dāng)今以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)建立起來(lái)的FMC,FMS,CIMS等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)使機(jī)械制造的集成化，自動(dòng)化和智能化得以逐步實(shí)現(xiàn)。 6) 功能豐富。CNC系統(tǒng)不僅能控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，而且還對(duì)機(jī)床進(jìn)行全面的監(jiān)控，自診斷報(bào)警，通信管理等。 7) 減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作 8) 不足：初期投資大，維修維護(hù)難度大，同時(shí)對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高。 1.1.6 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與分類(lèi) 1.1.6.1 按工藝用途分類(lèi) （1） 普通數(shù)控機(jī)床 為了不同的工藝需要，與傳統(tǒng)的通用機(jī)床一樣，有數(shù)控車(chē)、銑、鉆、磨及鏜床等，而且每一類(lèi)都有好多品種。這類(lèi)機(jī)床的工藝性能與通用機(jī)床相似，所不同的是它們能自動(dòng)的加工精度較高、形狀更復(fù)雜的零件。 （2）數(shù)控加工中心 數(shù)控加工中心是帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。典型的機(jī)床有鏜銑加工中心和車(chē)削加工中心。 （3）多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 有些復(fù)雜形狀的零件，用三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床無(wú)法完成加工，需要三個(gè)以上的坐標(biāo)的合成運(yùn)動(dòng)才能加工出來(lái)所需要的曲面形狀，于是出現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是數(shù)控裝置同時(shí)控制多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，現(xiàn)在常用的有4、5、6坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。 （4）數(shù)控特種加工機(jī)床 包括數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床。 1.1.6.2 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類(lèi) （1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：它是指能控制刀具相對(duì)于工件的精確定位控制系統(tǒng),而在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不能進(jìn)行任何加工。 通過(guò)采用分級(jí)或連續(xù)降速，低速趨近目標(biāo)點(diǎn)，來(lái)減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性過(guò)沖而引起的定位誤差。 （2）直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床:它是指控制機(jī)床工作臺(tái)或刀具以要求的進(jìn)給速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸或兩軸的方向進(jìn)行直線(xiàn)或斜線(xiàn)移動(dòng)和切削加工的機(jī)床。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床要要求具有準(zhǔn)確的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半徑和長(zhǎng)度的補(bǔ)償功能以及主軸轉(zhuǎn)速控制的功能?，F(xiàn)代組合機(jī)床也算是一種直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制數(shù)控機(jī)床。 （3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床:它是指能實(shí)現(xiàn)兩軸或兩軸以上的聯(lián)動(dòng)加工，而且對(duì)各坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制，具有這種控制功能的數(shù)控機(jī)床?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床大多數(shù)有兩坐標(biāo)或以上聯(lián)動(dòng)控制、刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)鹊裙δ?。按?lián)動(dòng)軸數(shù)也可分兩軸聯(lián)動(dòng)、兩軸半、三軸、四軸、五軸聯(lián)動(dòng)等。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制也越來(lái)普遍。 1.1.6.3 按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類(lèi)型分類(lèi) 由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號(hào)，通過(guò)伺服系統(tǒng)控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類(lèi)有三種形式：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （1）開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床 這種控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)，無(wú)位置測(cè)量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算，輸出指令脈沖控制步進(jìn)電機(jī)工作，如圖1-1所示，這種控制方式對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不檢測(cè)，無(wú)反饋控制信號(hào)，因此稱(chēng)之為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單，但控制精度低，工作速度受到步進(jìn)電機(jī)的限制。 圖1-1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) （2）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機(jī)，有位置測(cè)量元件和位置比較電路。如圖1-2所示，測(cè)量元件安裝在工作臺(tái)上，測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位移值反饋給數(shù)控裝置。位置比較電路將測(cè)量元件反饋的工作臺(tái)實(shí)際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作，直至到達(dá)實(shí)際位置，誤差值消除，此稱(chēng)之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機(jī)床的剛性好，對(duì)機(jī)床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復(fù)雜，而且設(shè)備的成本高。 圖1-2 閉環(huán)控制系統(tǒng) （3）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床(圖1-3) 這種控制系統(tǒng)的位置測(cè)量元件不是測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位置，而是測(cè)量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過(guò)推算得出工作臺(tái)位移值，反饋至位置比較電路,與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作。這種用推算方法間接測(cè)量工作臺(tái)位移，不能補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)鏈零件的誤差，因此稱(chēng)之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。 圖1-3 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 1.1.6.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類(lèi) 將機(jī)床分為高、中、低擋（經(jīng)濟(jì)型）數(shù)控機(jī)床 見(jiàn)下表 功能 抵擋 中檔 高檔 分辨率 10 1 0.1 進(jìn)給速度 815 1524 15100 驅(qū)動(dòng)軸數(shù)（軸） 開(kāi)環(huán) 半閉環(huán)或閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng) 通信功能 23 24 35 顯示功能 一般無(wú) RS-232或DNC接口 可有MAP通信接口，有聯(lián)網(wǎng)能力 內(nèi)裝PLC 無(wú) 有 有較強(qiáng)的PLC 主CPU 8位、16位 32位或32位以上的多CPU 1.2. 數(shù)控編程 數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床不同，整個(gè)加工過(guò)程中不需要人的操作，而由程序來(lái)進(jìn)行控制。在數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線(xiàn)及工藝參數(shù)、計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡及其位置數(shù)據(jù)；然后然后把全部工藝過(guò)程以及其他輔助功能（主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、切削液的開(kāi)關(guān)、變速。換刀等）按運(yùn)動(dòng)順序，用規(guī)定的指令代碼及程序格式編制成數(shù)控加工程序，經(jīng)過(guò)調(diào)試后記錄在控制介質(zhì)（或稱(chēng)程序載體）上；最后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，以此控制數(shù)控機(jī)床完成工件的全部加工過(guò)程。因此，把從分析零件圖樣開(kāi)始到獲得正確的程序載體為止的全部過(guò)程為零件加工程序的編制。 數(shù)控編程一般分為手工編程和自動(dòng)編程兩種 1.2.1手工編程 手工編程是指程序編制的整個(gè)步驟幾乎全部是由人工完成的。對(duì)于幾何形狀不太復(fù)雜的零件，所需要的加工程序不長(zhǎng)，計(jì)算也比較簡(jiǎn)單，出錯(cuò)機(jī)會(huì)較少，這時(shí)用手工編程即及時(shí)又經(jīng)濟(jì)，因而手工編程仍被廣泛的應(yīng)用于形狀簡(jiǎn)單的點(diǎn)位加工及平面輪廓加工中。但是工件輪廓復(fù)雜，特別是加工非圓弧曲線(xiàn)、曲面等平面，或工件加工程序較長(zhǎng)時(shí)，使用手工編程將十分繁瑣、費(fèi)時(shí)，而且容易出錯(cuò)，常會(huì)出現(xiàn)手工編程工作跟不上數(shù)控機(jī)床的加工情況，影響數(shù)控機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率。此時(shí)必須用自動(dòng)編程的方法編制程序。 1.2.2自動(dòng)編程 自動(dòng)編程有兩種：APT軟件編程和CAM軟件編程 APT軟件是利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的處理程序、后置處理程序?qū)α慵闯绦蜻M(jìn)行處理，以得到加工程序的編程方法。在具體的編程過(guò)程中，除擬定工藝方案仍主要依靠人工進(jìn)行外（有些自動(dòng)編程系統(tǒng)能確定最佳的加工工藝參數(shù)），其余的工作，包括數(shù)值計(jì)算、編寫(xiě)程序單、制作數(shù)控介質(zhì)、程序檢驗(yàn)等各項(xiàng)工作均有計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。編程人員只需要根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語(yǔ)言編寫(xiě)出零件加工的源程序，送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、后置處理，編寫(xiě)出零件加工程序單，并在屏幕模擬顯示加工過(guò)程，及時(shí)修改，將加工程序通過(guò)直接通信的方式送入數(shù)控機(jī)床，指揮機(jī)床工作。 CAM軟件是將加工零件以圖形的形式輸入計(jì)算機(jī)，有計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時(shí)修改，再通過(guò)后置處理形成加工程序輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。自動(dòng)編程的出現(xiàn)使得一些計(jì)算繁瑣、手工編程困難、或手工無(wú)法編出的程序都能夠?qū)崿F(xiàn)。 2主軸零件加工工藝設(shè)計(jì) 2.1刀芯軸零件的分析 如圖所示的是刀芯軸零件的圖紙，零件圖紙是二維零件圖，試制定出刀芯軸的加工工藝方案，編制其數(shù)控加工程序，并列出部分關(guān)鍵加工部位程序清單。 圖1.1 刀芯軸的零件圖 2.2零件的尺寸標(biāo)注分析 零件圖上的尺寸是制造、檢驗(yàn)零件的重要依據(jù)，生產(chǎn)中要求零件圖中的尺寸不允許有任何差錯(cuò)。在零件圖上標(biāo)注尺寸，除要求正確、完整和清晰外，還應(yīng)考慮合理性，既要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，又要便于加工、測(cè)量。 關(guān)于尺寸標(biāo)注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公稱(chēng)尺寸、基本尺寸、參考尺寸、重復(fù)尺寸等等。 該零件圖說(shuō)標(biāo)注的尺寸均完整，符合國(guó)家要求，位置準(zhǔn)確，表達(dá)清楚。 2.3零件的幾何要素分析 從圖分析得知，該零件的結(jié)構(gòu)主要由圓柱面、圓錐面、螺紋孔、內(nèi)孔等特征組成，這些特征在普通車(chē)床上難以完成，需要在數(shù)控車(chē)上加工。 2.4零件的技術(shù)要求分析 該零件的尺寸精度要求有：尺寸的尺寸精度等級(jí)為IT7級(jí)、尺寸Ф25的尺寸精度等級(jí)為IT12級(jí)、外圓尺寸Ф68的尺寸精度等級(jí)為IT12級(jí)、內(nèi)螺紋尺寸M32X2的尺寸精度等級(jí)為IT9級(jí)、尺寸φ34的尺寸精度等級(jí)為IT7級(jí)，其余未注尺寸精度公差按IT12進(jìn)行控制。 各軸段的位置精度有：161的精度為IT6級(jí)、96+0.2的精度等級(jí)為IT7級(jí)、其余等級(jí)按IT12等級(jí)進(jìn)行控制。 表面粗糙度要求有：外圓、34內(nèi)孔、17φ69圓錐面表面粗糙度為1.6、內(nèi)孔尺寸φ34內(nèi)孔的表面粗糙度為Ra1.6um，其余未注表面粗糙度為Ra6.3um。 綜上所述，該零件的加工精度較高，應(yīng)設(shè)計(jì)比較合理的加工方案，選擇合適的刀具，合適的切削參數(shù)等等。 2.5毛坯及夾具的確定 2.5.1毛坯的確定 2.5.1.1常見(jiàn)的毛坯種類(lèi) (1) 鑄件 鑄件適用于形狀較復(fù)雜的零件毛坯。其鑄造方法有砂型鑄造、精密鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造等。 (2) 鍛件 鍛件適用于強(qiáng)度要求高、形狀比較簡(jiǎn)單的零件毛坯。其鍛造方法有自由鍛和模鍛兩種。 (3) 型材 型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋適用于尺寸較大、精度較低的毛坯；冷拉適用于尺寸較小、精度較高的毛坯。 (4) 焊接件 焊接件是根據(jù)需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯件。 (5) 冷沖壓件 冷沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機(jī)械、儀表、輕工電子產(chǎn)品方面應(yīng)用廣泛。 2.5.1.2毛坯選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素 (1) 零件的材料及機(jī)械性能要求 零件材料的工藝特性和力學(xué)性能大致決定了毛坯的種類(lèi)。 (2) 零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸 (3) 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小 (4) 現(xiàn)有生產(chǎn)條件 (5) 充分利用新工藝、新材料 為節(jié)約材料和能源，提高機(jī)械加工生產(chǎn)率，應(yīng)充分考慮精密鑄造、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金、異型鋼材及工程塑料等在機(jī)械中的應(yīng)用。 2.5.1.3毛坯的確定 綜合考慮，根據(jù)以上因素及零件的技術(shù)要求，確定該零件的毛坯為棒料，其尺寸為Ф120290mm，材料為40Cr鋼。 2.6.刀具的選擇 數(shù)控車(chē)床一般采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，所用的刀具，要求有可靠的斷屑性能，足夠的耐用，刀片轉(zhuǎn)位后有精確的重復(fù)定位精度，刀片要有足夠的夾緊可靠性，此外，由于數(shù)控車(chē)床功率比較大，剛性強(qiáng)，要求刀具壽命較長(zhǎng)，質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，因此，對(duì)刀片材料的要求高，以保證刀具壽命，一般情況下大多使用涂層刀片。 2.6.1刀具材料的選擇 刀片材料要根據(jù)零件材料及熱處理后的材料性能合理選用。對(duì)與一般低碳鋼，低碳低合金鋼的加工刀片材料可以選擇普通硬質(zhì)合金或超微粒子硬質(zhì)合金材料，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中（ISO），硬質(zhì)合金通常分為三大類(lèi)，即K、P、M分別相當(dāng)與我國(guó)國(guó)標(biāo)中的YG、YT YW類(lèi)。通常情況下又分別在K、P、M三種代號(hào)后附加上01、05、20、40、50等數(shù)字進(jìn)行更進(jìn)一步細(xì)分。一般來(lái)講數(shù)字越小者硬度更高，但 韌性降低，數(shù)字越大韌性高但硬度降低。一般情況下K類(lèi)主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料；P類(lèi)主要用于加工普通鋼；M類(lèi)主要用于加工難加工鋼，鑄鐵及有色金屬。超微粒子硬質(zhì)合金適合加工不銹鋼、高錳高及耐熱鋼，選用時(shí)可結(jié)合具體加工工藝參數(shù)合理選擇。在數(shù)控車(chē)削中，為提高刀具壽命，實(shí)際應(yīng)用中大多使用涂層刀具材料。涂層刀具是在韌性較好的工具表面涂上一層耐磨損，耐溶著、耐反應(yīng)的物質(zhì)，使刀具在切削中同時(shí)具有硬而不易破損的性能。涂層的方法分為兩大類(lèi)，一為物質(zhì)涂層PVD，另為化學(xué)涂層CVD，一般來(lái)說(shuō)，物理涂層是在550℃以下將金屬和氣體離子化后噴涂在工具表面；而化學(xué)涂層則是將各種化合物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉積在工具上形成表面皮膜，一般普遍采用中溫涂層，溫度控制在800℃左右。用于涂層常見(jiàn)的材料有Tic、TiN、TiCN、AI2O3等陶瓷材料，涂層厚度為5?15um。由于這些陶瓷材料都具有耐磨損（硬度高），耐化學(xué)反應(yīng)等性能。所以涂層刀具是數(shù)控機(jī)床最為廣泛使用的刀具類(lèi)型，從非金屬、鋁合金、到鑄鐵鋼以及高強(qiáng)度鋼、高硬度鋼和耐熱合金、鈦合金等難加工材料的切削中均可使用，比普通較硬質(zhì)合金的性能要好，性能價(jià)格比較高，是數(shù)控機(jī)床用刀具材料的首選。對(duì)于普通鋼材，優(yōu)先選擇涂層刀片，高速連續(xù)切削選用涂層厚度為5—15um多為CVD法制造刀片。沖擊較強(qiáng)的斷續(xù)切削時(shí)，要求涂膜的附著強(qiáng)度以及涂層對(duì)工具的韌性不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，所以選擇涂層厚度為2?3um左右采用PVD涂層的刀片。對(duì)于普通灰鑄鐵加工來(lái)講，線(xiàn)速度小于300m/min以下宜采用涂層硬質(zhì)合金，線(xiàn)速度300?500m/min以?xún)?nèi)可采用陶瓷刀具。 2.6.2常用的車(chē)刀選用 2.6.2.1外圓、端面車(chē)刀的選用 加工外圓及臺(tái)階是刀片的形狀有刀尖角為80菱形刀片，55菱形刀片，圓形刀片，方形刀片，等邊三角形刀片和35菱形刀片，其標(biāo)準(zhǔn)后角通常有0、7、11、25、30等幾種規(guī)格。主偏角主要有45、50、60、75、85、90、93、95等形式。一般情況下加工臺(tái)階軸類(lèi)零件宜采用裝有80菱形刀片的95車(chē)刀，這種車(chē)刀的特點(diǎn)是前角和副偏角較大，摩擦小，消振散熱性好，不易拉毛零件表面，加工外圓或端面都很好用。粗加工外圓或端面則可采用裝80菱形刀片的車(chē)刀，這時(shí)不用80刀尖而是用100刀尖的菱形刀片，這樣不但進(jìn)一步提高刀尖的強(qiáng)度，而且還提高了刀片的利用率有效提高粗加工時(shí)的加工效率。重切削時(shí)應(yīng)考慮選擇圓形刀片，以滿(mǎn)足切削要求，提高加工效率。斷屑槽形式選用應(yīng)結(jié)合粗、精加工，切削用量，切削連續(xù)性等方面合性選用。標(biāo)準(zhǔn)刀桿截面通常為矩形、正方形和圓性三種，從成本和使用方便性上考慮，應(yīng)優(yōu)先采用正方形截面刀桿，刀桿的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度32?500mm，一般情況下，為提高切削過(guò)程的刀具剛度，在能夠滿(mǎn)足加工需要，又不會(huì)與零件其他部位產(chǎn)生干涉的情況下，刀桿長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。刀桿結(jié)構(gòu)還要根據(jù)零件加工時(shí)的走刀方向，選擇左手刀或右手刀。選擇刀片角度和刀桿結(jié)構(gòu)和連接形式時(shí)，要充分考慮零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以避免零件加工時(shí)刀具與零件其他部位產(chǎn)生干涉。刀片主要裝夾形式同前所述，采用正方形刀片的刀具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝好等優(yōu)點(diǎn)。80---84角菱形刀片，刀尖和刀邊抗破損的能力最強(qiáng)。 2.6.2.2孔加工刀具的選用 加工內(nèi)孔時(shí)，最常采用裝有80菱形刀片的95車(chē)刀或采用裝有60三角形刀片的91車(chē)刀。若加工內(nèi)孔徑比外空徑大的臺(tái)階孔時(shí)宜采用裝有55菱形刀片的110車(chē)刀，這樣在加工大內(nèi)徑臺(tái)階孔時(shí)，可避免與零件直徑小的內(nèi)孔發(fā)生干涉（圖3.1）。為了防止切削拉毛零件加工表面，刀片斷屑槽的選擇一定要合理，要求選用槽性較窄有多級(jí)斷屑槽或點(diǎn)式斷屑槽等斷屑性能好的刀片。選擇刀片角度和刀桿結(jié)構(gòu)和連接形式時(shí)，要充分考慮零件內(nèi)孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，避免零件加工時(shí)刀具與零件發(fā)生干涉。一般情況下，只要不影響排屑，應(yīng)盡量選擇剛性較好的車(chē)刀，由于圓形刀桿比方形刀桿截面積大些，刀具剛性好，并且刀尖還能與刀桿軸線(xiàn)在同一平面內(nèi)，所以應(yīng)優(yōu)先選擇圓形刀桿加工內(nèi)孔。對(duì)于一些精度要求高，變形要求小的零件加工，應(yīng)考慮選用帶冷卻孔的刀桿，以降低加工過(guò)程中的切削熱，減少零件變形。 2.6.2.3切槽刀具的選用 標(biāo)準(zhǔn)切槽刀一般分為雙刃單面結(jié)構(gòu)、按工藝方法不同主要分為徑向、軸向、切斷三種類(lèi)型。通常情況下，切槽刀大多為成形刀，刀頭形狀根據(jù)零件上槽的形狀可分為直切槽刀和圓弧切槽刀也可根據(jù)零件需要定做特殊槽型和復(fù)合刀具。在使用切槽刀車(chē)削內(nèi)槽時(shí)，為使排屑方便，防止切屑拉毛零件，應(yīng)充分考慮斷屑槽的形狀。切槽刀的刀桿結(jié)構(gòu)形式較多，刀片夾緊形式主要有兩種，即自?shī)A式夾緊和螺釘上壓式壓緊結(jié)構(gòu)。采用螺釘上壓式方式用與大直徑零件的切斷。刀片深槽，采用螺釘上壓式用于小直徑零件的切斷。刀片主要形式有單頭刀片和雙頭可轉(zhuǎn)位刀片，刀桿形式要避免與零件發(fā)生干涉，降低振動(dòng)的前提下，要滿(mǎn)足加工質(zhì)量，確保剛性，降低車(chē)削振動(dòng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。的原則合理選用。 2.6.2.4螺紋加工刀具的選用 車(chē)螺紋刀片按切削形式可以分為切頂槽型螺紋刀片和非切頂槽螺紋刀片；按螺紋標(biāo)準(zhǔn)分為米制和英制兩種形式，按加工特點(diǎn)可分為內(nèi)、外螺紋刀片、按螺紋線(xiàn)方向分為正、反螺紋。刀片結(jié)構(gòu)主要分為兩刃單面和三刃單面兩種形式。通常情況下應(yīng)盡量選用可重磨底面帶有120V形定位面的切頂型升刃單面式刀片，為減少切削刀和振動(dòng)力，刀片應(yīng)選擇正面前角結(jié)構(gòu)，刀片的其他角度要結(jié)合上述不同情況區(qū)別選用。螺紋刀桿分方形和圓形截面兩種類(lèi)型，前者價(jià)格較低，后者剛性和加工精度較好，刀片與刀桿連接時(shí)需要增加力墊，刀桿按照螺紋旋線(xiàn)方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)型反向型，一定要根據(jù)零件螺紋旋線(xiàn)方向合理選用。 除以上刀具外，在一些特殊的形狀車(chē)削時(shí)，還引用到成型車(chē)刀。 2.7該零件加工所用的刀具 根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性以及刀具的類(lèi)型，確定該零件所需的刀具如表3-1所示。 表2-1 數(shù)控車(chē)削加工刀具卡 待加工表面 刀具名稱(chēng) 刀具規(guī)格 刀具材料 端面 端面車(chē)刀 95車(chē)刀 硬質(zhì)合金 粗車(chē)外圓 外圓車(chē)刀 90 硬質(zhì)合金 精車(chē)外圓 外圓車(chē)刀 84 硬質(zhì)合金 車(chē)圓錐面 外圓車(chē)刀 75 硬質(zhì)合金 車(chē)外菱角 外槽刀 刀寬1.5mm 硬質(zhì)合金 鉆底孔 麻花鉆 Ф38mm 高速鋼 鏜內(nèi)孔 鏜刀 60 硬質(zhì)合金 車(chē)內(nèi)螺紋 內(nèi)螺紋車(chē)刀 刀寬2mm 硬質(zhì)合金 該零件中還有的的內(nèi)孔，此內(nèi)孔不斷能夠在車(chē)床加工，同時(shí)也可以在鏜床上加工，在這里，我們選擇鏜床，所以選擇的加工刀具為鏜刀TYY810mm。 2.8.工藝路線(xiàn)及其工藝卡片 2.8.1工藝路線(xiàn)的確定 2.8.1.1表面加工方法的選擇 選擇表面加工方法時(shí)，一般先根據(jù)表面的加工精度和表面粗糙度要求，選定最終加工方法，然后再確定精加工前的準(zhǔn)備工序的加工方法，即確定加工方案。由于獲得同一精度和同一粗糙度的方案有好幾種，選擇時(shí)還要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，考慮零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、材料和熱處理要求及工廠的生產(chǎn)條件等。 該零件的表面加工方法如下： （1）外圓的加工方法 粗車(chē)→精車(chē)。 （2）內(nèi)孔輪廓的加工方法 鉆→粗鏜→精鏜。 （3）外菱角槽的加工方法 粗切→精切。 2.8.1.2加工順序的安排 數(shù)控車(chē)削加工順序應(yīng)按照一下原則進(jìn)行。 （1）基面先行原則 用作基準(zhǔn)的表面應(yīng)優(yōu)先加工出來(lái)，因?yàn)槎ㄎ换鶞?zhǔn)的表面越精確，裝夾誤差就越小。故第一道工序一般是進(jìn)行定位面的粗加工和半精加工(有時(shí)包括精加工)，然后再以精基準(zhǔn)加工其他表面。加工順序安排遵循的原則是上道工序的加工能為后面的工序提供精基準(zhǔn)和合適的夾緊表面。 （2）先粗后精 切削加工時(shí)，應(yīng)先安排粗加工工序，在較短的時(shí)間內(nèi)，將精加工前大量的加工余量去掉，同時(shí)盡量滿(mǎn)足精加工的余量均勻性要求。 當(dāng)粗加工后所留余量的均勻性滿(mǎn)足不了精加工要求時(shí)，則可安排半精加工作為過(guò)渡性工序，以便使精加工余量小而均勻。 在安排可以一刀或多刀進(jìn)行的精加工工序時(shí)，其零件的最終輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成。 為充分釋放粗切加工時(shí)殘存在工件內(nèi)的應(yīng)力，在粗、精加工工序之間可適當(dāng)安排一些精度要求不高部位的加工。如切槽、倒角、鉆孔等 （3）先近后遠(yuǎn) 盡可能采用最少的裝夾次數(shù)和最少的刀具數(shù)量，以減少重新定位或換刀所引起的誤差。一次裝夾的加工順序安排是先近后遠(yuǎn)，特別是在粗加工時(shí)，通常安排離起刀點(diǎn)近的部位先加工，離起刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。對(duì)于車(chē)削加工，先近后遠(yuǎn)有利于保持毛坯件或半成品件的剛性，改善其切削條件。 （4）先內(nèi)后外，內(nèi)外交叉 對(duì)既有內(nèi)表面(內(nèi)腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工順序時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)、外表面的粗加工，后進(jìn)行內(nèi)、外表面的精加工。切不可將零件上一部分表面(外表面或內(nèi)表面)加工完畢后，再加工其它表面(內(nèi)表面或外表面)。 2.8.1.3工藝路線(xiàn)的確定 根據(jù)其表面加工方法及加工順序的原則，確定刀芯軸零件的工藝路線(xiàn)如下： 刀芯軸零件的工藝路線(xiàn)： 工序Ⅰ：粗車(chē)端面、外圓、打中心孔。 工步1 夾毛坯外圓粗車(chē)一頭端面及外圓，打中心孔。 工步2 夾上步粗車(chē)后的外圓，粗車(chē)另一頭端面及外圓，打中心孔。 工序Ⅱ：卡盤(pán)加頂尖裝夾，車(chē)右端圓錐面。 工步1 粗車(chē)外圓。 工步2 精車(chē)外圓。 工步3 車(chē)右邊外菱角槽面。 工步4 粗車(chē)右端圓錐面。 工步5 精車(chē)右端圓錐面。 工序Ⅲ：通過(guò)專(zhuān)用夾具進(jìn)行裝夾，夾緊夾具裝置，對(duì)刀芯軸零件的內(nèi)孔進(jìn)行加工，包括鉆底孔、粗鏜內(nèi)孔、精鏜內(nèi)孔。 工步1 粗車(chē)外圓。 工步2 鉆底孔。 工步3 粗鏜內(nèi)孔。 工步4 精鏜內(nèi)孔。 工步5 精車(chē)外圓。 工序Ⅳ：車(chē)刀芯軸右端內(nèi)螺紋。 工步1 粗車(chē)外圓。 工步2 粗車(chē)內(nèi)螺紋。 工步3 精車(chē)內(nèi)螺紋。 工步4 精車(chē)外圓。 工序IVI: 鉗工去除毛刺 工序III: 檢驗(yàn)入庫(kù) 2.9工藝卡片的制定 數(shù)控加工工藝文件一般包括機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片和數(shù)控加工工序卡片，它們指引者加工操作人員進(jìn)行加工，是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中必不可少的部分，其填寫(xiě)過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。 （1）工藝文件的校核； （2）工藝文件的會(huì)簽； （3）工藝文件的批準(zhǔn)； （4）工藝文件的更改。 該零件的工藝卡片如下列表所示。 表2-1 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 零件名稱(chēng) 刀芯軸 材料 40Cr 毛坯尺寸 Ф120285mm 序號(hào) 工序名稱(chēng) 工序內(nèi)容 車(chē)間 設(shè)備 工裝 下料 裁剪毛坯 Ⅰ 普車(chē) 粗車(chē)端面、外圓、打中心孔。 金工 CA6140普車(chē) 三爪自定心卡盤(pán) Ⅱ 數(shù)車(chē) 車(chē)右端圓錐面及菱角槽面。 金工 GS980TD 三爪卡盤(pán)、尾座頂尖 Ⅲ 數(shù)車(chē) 車(chē)內(nèi)孔。 金工 GS980TD 三爪卡盤(pán)、尾座頂尖 Ⅳ 數(shù)車(chē) 車(chē)內(nèi)螺紋 金工 GS980TD 軟爪 終檢 檢驗(yàn)各尺寸是否合格 檢驗(yàn)室 表2-2 刀芯軸零件的數(shù)控加工工序卡Ⅰ、Ⅱ 數(shù)控加工工序卡 零件名稱(chēng) 夾具名稱(chēng) 使用設(shè)備 工序號(hào) Ⅰ、Ⅱ 程序編號(hào) O0001 刀芯軸零件 三爪定心卡盤(pán) 數(shù)控車(chē)床 工步號(hào) 工序內(nèi)容 刀具號(hào) 刀具名稱(chēng) 背吃刀量 mm 主軸轉(zhuǎn)速r/mm 進(jìn)給速度mm/r 備注 1 粗車(chē)端面和外圓 T01 90外圓車(chē)刀 1.2 650 150 自動(dòng) 2 精車(chē)外圓 T02 84外圓車(chē)刀 0.2 1000 100 自動(dòng) 3 車(chē)菱角槽面 T03 2mm外槽刀 1000 80 自動(dòng) 4 粗車(chē)右端圓錐面 T04 75外圓車(chē)刀 600 80 自動(dòng) 5 精車(chē)右端圓錐面 T04 75外圓車(chē)刀 0.2 1200 100 自動(dòng) 6 檢驗(yàn) 表2-3 刀芯軸零件工序Ⅲ的數(shù)控加工工序卡 數(shù)控加工工序卡 零件名稱(chēng) 夾具名稱(chēng) 使用設(shè)備 工序號(hào) Ⅲ 程序編號(hào) O0003 刀芯軸 三爪定心卡盤(pán) 數(shù)控車(chē)床 工步號(hào) 工序內(nèi)容 刀具號(hào) 刀具名稱(chēng) 背吃刀量 mm 主軸轉(zhuǎn)速r/mm 進(jìn)給速度mm/r 備注 1 粗車(chē)外圓 T01 90外圓車(chē)刀 1 650 80 自動(dòng) 2 手動(dòng)鉆底孔 Ф38麻花鉆 350 45 手動(dòng) 3 粗鏜內(nèi)孔 T02 60鏜刀 0.8 500 80 自動(dòng) 4 精鏜內(nèi)孔 T02 60鏜刀 0.1 900 100 自動(dòng) 表2-4 主軸零件工序Ⅳ的數(shù)控加工工序卡 數(shù)控加工工序卡 零件名稱(chēng) 夾具名稱(chēng) 使用設(shè)備 工序號(hào) Ⅳ 程序編號(hào) O0004 刀芯軸 三爪定心卡盤(pán) 數(shù)控車(chē)床 工步號(hào) 工序內(nèi)容 刀具號(hào) 刀具名稱(chēng) 背吃刀量 mm 主軸轉(zhuǎn)速r/mm 進(jìn)給速度mm/r 備注 1 粗車(chē)外圓 T01 90外圓車(chē)刀 1 750 80 自動(dòng) 2 粗車(chē)內(nèi)螺紋 外螺紋車(chē)刀 650 60 自動(dòng) 3 精車(chē)內(nèi)螺紋 T02 外螺紋車(chē)刀 0.8 800 80 自動(dòng) 3刀芯軸零件的數(shù)控編程加工 3.1數(shù)控編程的定義 編程是將加工零件的加工順序、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開(kāi)關(guān)、刀具夾緊松開(kāi)等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號(hào)組成的代碼，按一定格式編寫(xiě)成加工程序。 3.2數(shù)控編程的分類(lèi) 數(shù)控編程又可分為手工編程和自動(dòng)編程兩類(lèi)。 手工編程時(shí)，整個(gè)程序的編制過(guò)程是由人工完成的。這要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備有機(jī)械加工工藝知識(shí)和數(shù)值計(jì)算能力。對(duì)于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，數(shù)控編程計(jì)算較簡(jiǎn)單，程序段不多，手工編程即可實(shí)現(xiàn)。 自動(dòng)編程是用計(jì)算機(jī)把人們輸入的零件圖紙信息改寫(xiě)成數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說(shuō)數(shù)控編程的大部分工作有計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.2.1編程方法的選擇 該零件的刀具軌跡路徑主要由直線(xiàn)、圓弧組成，坐標(biāo)點(diǎn)尺寸計(jì)算方便，故采用手工編程的方式編制其加工程序。 3.3編程原點(diǎn)的確定 該零件為規(guī)則的回轉(zhuǎn)型零件，其坐標(biāo)原點(diǎn)可設(shè)在軸的兩端面中心上，這樣方便編程坐標(biāo)的計(jì)算。其坐標(biāo)原點(diǎn)如圖3.1所示。 圖3.1 坐標(biāo)原點(diǎn) 致 謝 本課題在選題及研究過(guò)程中得到指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)。老師多次詢(xún)問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無(wú)窮之道。我對(duì)老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們畢業(yè)在大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考驗(yàn)，檢查我們幾年大學(xué)生活的所得和其他各個(gè)方面的綜合能力。它重在讓我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去發(fā)現(xiàn)、提出問(wèn)題，并通過(guò)查找資料、分析、詢(xún)問(wèn)他人解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的努力，我的設(shè)計(jì)已完成，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我對(duì)刀芯軸類(lèi)零件的數(shù)控加工工藝有了更深刻的理解，這對(duì)我以后的工作有極大的幫助。此外，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還培養(yǎng)了我獨(dú)立工作及與別人團(tuán)結(jié)合作的能力，各方面的綜合能力也有所提高，使我明白做任何事都必須有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，須知“差之毫厘，謬以千里”。在以后的日子里，我會(huì)不斷提高自身的素質(zhì)，使自己更適應(yīng)社會(huì)的需求。 我還感謝所有幫過(guò)我和教過(guò)我的老師。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)和做人，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有可敬的師長(zhǎng)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 參考文獻(xiàn) 1. 張超英, 《數(shù)控機(jī)床加工工藝、編程及操作實(shí)訓(xùn)》,高等教育出版社，2003.9 2. 倪森壽，《機(jī)械制造基礎(chǔ)》，高等教育出版社，2005.1 3. 陳立德，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，高等華教育出版社，2004.7 4. 李一民，《數(shù)控機(jī)床》,東南大學(xué)出版社,2005.7 5. 隋秀凜，《現(xiàn)代制造技術(shù)》，高等教育出版社，2002.11 6. 于榮賢等，《機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖》，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3 7．顧京，《數(shù)控加工編程及操作》，顧京主編，高等教育出版社，2003 .7 8．趙長(zhǎng)明 劉萬(wàn)菊 ，《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》，高等教育出版社 2005.9 9．陳洪濤，《數(shù)控加工工藝及編程》，高等教育出版社，2006.10 附 錄 數(shù)控加工程序清單 本次刀芯軸的加工步驟較多，這里不一一列出，只是列出部分重要的加工程序。 1)內(nèi)螺紋車(chē)削加工程序清單 N1 G92 X50 Z120 （設(shè)立坐標(biāo)系，定義對(duì)刀點(diǎn)的位置） N2 M03 S650 （主軸以650r/min 旋轉(zhuǎn)） N3 G00 X29.2 Z101.5 （到螺紋起點(diǎn)，升速段 1.5mm，吃刀深 0.8mm） N4 G32 Z19 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點(diǎn)，降速段 1mm） N5 G00 X40 （X 軸方向快退） N6 Z101.5 （Z 軸方向快退到螺紋起點(diǎn)處） N7 X28.6 （X 軸方向快進(jìn)到螺紋起點(diǎn)處，吃刀深 0.6mm） N8 G32 Z19 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點(diǎn)） N9 G00 X40 （X 軸方向快退） N10 Z101.5 （Z 軸方向快退到螺紋起點(diǎn)處） N11 X28.2 （X 軸方向快進(jìn)到螺紋起點(diǎn)處，吃刀深 0.4mm） N12 G32 Z19 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點(diǎn)） N13 G00 X40 （X 軸方向快退） N14 Z101.5 （Z 軸方向快退到螺紋起點(diǎn)處） N15 U-11.96 （X 軸方向快進(jìn)到螺紋起點(diǎn)處，吃刀深 0.16mm） N16 G32 W-82.5 F1.5 （切削螺紋到螺紋切削終點(diǎn)） N17 G00 X40 （X 軸方向快退） N18 X50 Z120 （回對(duì)刀點(diǎn)） N19 M05 (主軸停) N20 M30 （主程序結(jié)束并復(fù)位） 2)菱角槽車(chē)削加工程序清單 N1 T0101 （換一號(hào)刀，確定其坐標(biāo)系） N2 G00 X80 Z100 （到程序起點(diǎn)或換刀點(diǎn)位置） M03 S400 （主軸以 400r/min 正轉(zhuǎn)） N3 G00 X42 Z3 （到循環(huán)起點(diǎn)位置） N4G71U1R1P8Q19E0.3F100 （有凹槽粗切循環(huán)加工） N5 G00 X80 Z100 （粗加工后，到換刀點(diǎn)位置） N6 T0202 （換二號(hào)刀，確定其坐標(biāo)系） N7 G00 G42 X42 Z3 （二號(hào)刀加入刀尖園弧半徑補(bǔ)償） N8 G00 X10 （精加工輪廓開(kāi)始，到倒角延長(zhǎng)線(xiàn)處） N9 G01 X20 Z-2 F80 (精加工菱角槽) N10 Z-8 （精加工Φ40 外圓） N11 G02 X28 Z-12 R2 （精加工 R2 圓弧） N12 G01 Z-17 （精加工Φ40 外圓） N13 U-10 W-5 （精加工下切錐） N14 W-8 （精加工 外圓槽） N15 U8.66 W-2.5 （精加工上切錐） N16 Z-37.5 （精加工Φ129.4 外圓） N17 G02 X30.66 W-14 R2 （精加工 R2 下切圓?。? N18 G01 W（精加工Φ34 內(nèi)孔） N19 X40 （精加工輪廓結(jié)束） N20 G00 G40 X80 Z100 N21 M30