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1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 花鍵軸數(shù)控加工 摘 要 數(shù)控技術(shù)（數(shù)字控制技術(shù)）在制造業(yè)的廣泛運(yùn)用，使當(dāng)今的制造業(yè)生產(chǎn)面貌煥然一新，通過畢業(yè)設(shè)計能使我們熟練掌握數(shù)控加工零件的編程技術(shù)，掌握設(shè)計機(jī)床用夾具的基本原理和方法，能根據(jù)加工要求設(shè)計出相應(yīng)的產(chǎn)品，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。 花鍵軸零件在現(xiàn)代生活中占據(jù)十分重要和不可忽視的地位，它的數(shù)控生產(chǎn)加工工藝對于我們熟練掌握運(yùn)用數(shù)控編程等相關(guān)技術(shù)有很大的幫助。為此我在所學(xué)數(shù)控基礎(chǔ)知識和原有的加工工藝設(shè)計基礎(chǔ)上對花鍵軸零件的數(shù)控加工等工藝作出闡述，希望通過對此設(shè)計能使我們在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品的加工方面得到一定的經(jīng)驗(yàn)。 本文詳細(xì)的論述了數(shù)控加工技術(shù)

2、在加工花鍵軸零件中的加工工藝，通過對被加工零件的工藝分析，道具選擇，車削的工裝，工藝卡片的制訂，數(shù)控編程時應(yīng)注意的問題等運(yùn)用數(shù)控技術(shù)加工花鍵軸零件，使自己在數(shù)控技術(shù)運(yùn)用方面得到一次較為全面、系統(tǒng)的訓(xùn)練，基本上達(dá)到了靈活運(yùn)用數(shù)控技術(shù)加工各種零件，掌握數(shù)控編程和數(shù)控機(jī)床操作的目的。 關(guān)鍵詞：機(jī)械制造，加工工藝，花鍵軸，數(shù)控編程 Axis NC Machining Spline Graduation ABSTRACT CNC technology (digital control technology) widely used in the

3、 manufacturing sector, the new look of todays manufacturing output, through the graduate design enables us to master the programming of CNC machining parts, machine tools designed fixture to master the basic principles and methods that can according to the processing requirements of the appropriate

4、product design, improve design capabilities. Spline shaft part in modern life is very important and occupy the position can not be ignored, and its production and processing of CNC master the use of our CNC programming and other related technologies have great help. I learned this basic knowledge

5、of CNC machining process design and the original based on the spline shaft and other parts of the CNC machining process to elaborate the hope that through this design enables us to CNC technology and products in the processing of a certain experience. This article discusses in detail CNC machining

6、 technology in the processing part of the spline process, by processing parts of the process analysis, prop selection, turning tooling, process card development, CNC programming problems should pay attention to the use of CNC machining technology spline shaft part, makes the use of numerical control

7、 technology in terms of their own get a more comprehensive, systematic training, basically meeting the flexible use of CNC technology and processing of various parts, master CNC programming and CNC machine operation purposes. KEY WORDS: Machine manufacture, Processing craft, Crankshaft, working p

8、rocedure 目　錄 前　言 1 第1章數(shù)控加工的概述 3 1.1 數(shù)控加工 3 1.2 數(shù)控加工工藝內(nèi)容 3 第2章數(shù)控機(jī)床特點(diǎn) 5 2.1 具有高度柔性 5 2.2 加工精度高 5 2.3 加工生產(chǎn)率高 6 2.4 減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件 6 2.5 有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的現(xiàn)代化管理 6 第3章數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢及對策 7 3.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 7 3.1.1 數(shù)控（NC）階段[3]（1952～1970年） 8 3.1.2 計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 8 3.2當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的基本情況 8 3.2.1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化

9、 8 3.2.2 軟件伺服驅(qū)動技術(shù) 8 3.2.3 CNC系統(tǒng)的連網(wǎng)技術(shù) 8 3.2.4 功能的擴(kuò)大 9 3.3 未來數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 9 3.3.1 高速化、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 10 3.3.2 資源豐富，產(chǎn)品開發(fā)容易 11 3.3.3 系統(tǒng)柔性大，控制形式多樣化 11 3.3.4 高精度化 11 3.3.5 高可靠性 11 3.3.6 5軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 12 3.3.7 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 12 3.4 數(shù)控加工技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 13 3.4.1數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 14 3.4.2數(shù)控化

10、改造在國外的應(yīng)用現(xiàn)狀 15 第4章花鍵軸零件分析 17 4.1 圖例 17 4.2 花鍵軸零件加工工藝分析 17 4.2.1 技術(shù)要求 18 4.2.2毛坯選擇 18 4.2.3花鍵軸加工時切削用量的選擇 18 4.2.4走刀路線和對刀點(diǎn)選擇 22 4.2.5花鍵軸加工工藝卡 22 第5章工藝規(guī)程設(shè)計 25 5.1 選擇裝備 25 5.2確定零件定位基準(zhǔn)和裝夾方式 25 5.3 夾具的選擇 26 5.4刀具及刀位號 27 5.5 量具的選擇 28 5.6 冷卻液的選擇 28 5.7 制定加工路線方案 29 5.8 編寫程序 30 結(jié)　論 34 謝 辭 35

11、 參考文獻(xiàn) 36 35 前　言 機(jī)械制造工藝是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)，是機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)的基本技術(shù)，工藝工作是每一個機(jī)械企業(yè)基本的活動內(nèi)容，加強(qiáng)工藝技術(shù)研究，提高工藝水平，搞好工藝管理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗的根本措施。隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械制造業(yè)也正日新月異地變化著，對機(jī)械產(chǎn)品的要求也日趨嚴(yán)格，特別是在加工精度方面。為了保證產(chǎn)品的精度要求，必須協(xié)調(diào)產(chǎn)品加工中的每一個方面，因?yàn)槿我环矫娴恼`差累積起來，將對產(chǎn)品的精度產(chǎn)生間接的影響。制造業(yè)中尤其是機(jī)械制造業(yè)，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中按照特定工藝，不論其生產(chǎn)規(guī)模如何，都需要種類繁多的工藝裝備，而制造業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率、成本

12、無不與工藝裝備有關(guān)。隨著不規(guī)則形狀零件在現(xiàn)代制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，如何保證這類零件的加工精度就顯得尤為重要。 高效率、高精度加工是數(shù)控機(jī)床加工最主要特點(diǎn)之一。數(shù)控加工取代傳統(tǒng)加工占據(jù)生產(chǎn)制造的主導(dǎo)地位已成為一種趨勢，但由于歷史的原因，傳統(tǒng)的加工設(shè)備與先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床并存，是目前乃至今后很長一段時期內(nèi)大多數(shù)制造企業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀。如何從工藝的角度根據(jù)各企業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀、產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模、零件結(jié)構(gòu)形式與加工精度要求等方面來合理地進(jìn)行產(chǎn)品工藝方案設(shè)計，充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的加工效率，使企業(yè)設(shè)備資源與人力資源得到充分利用，需要從多個方面來探討。其中數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。

13、花鍵軸零件的數(shù)控生產(chǎn)加工工藝對我們熟練掌握運(yùn)用數(shù)控編程等相關(guān)技術(shù)具有很大的幫助。為此我們在原有的加工工藝設(shè)計基礎(chǔ)上對花鍵軸零件的數(shù)控加工等工藝在此作出較為詳細(xì)的闡述，希望通過對此設(shè)計能使我們在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品的加工方面得到一定的經(jīng)驗(yàn)。數(shù)控技術(shù)是一門全新的技術(shù)，它整合了機(jī)械技術(shù)、物理技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多門學(xué)科的知識。它是先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)床制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前，數(shù)控加工技術(shù)成為了機(jī)械制造領(lǐng)域中最具活力、最有前途的先進(jìn)制造技術(shù)之一，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用已滲入到制造業(yè)的各個行業(yè)，無論是傳統(tǒng)的機(jī)械加工和精密加工，還是電子產(chǎn)品的生產(chǎn)都廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)及數(shù)控設(shè)備。區(qū)別于

14、普通機(jī)械加工，數(shù)控加工技術(shù)更適合于多品種、小批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求較高的零件的自動化生產(chǎn)，它具有加工精度高、加工對象適應(yīng)性強(qiáng)、自動化程度高、勞動強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、現(xiàn)代化管理程度高等特點(diǎn)。隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)控專業(yè)人才倍受企業(yè)的青睞。也就是說，數(shù)控技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才有著廣闊的就業(yè)前景和發(fā)展空間。 伴隨著制造業(yè)的發(fā)展，我國的發(fā)動機(jī)曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。花鍵軸在機(jī)器中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，其性能、水平直接影響整機(jī)的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)

15、國家十分重視花鍵軸的生產(chǎn)，不斷改進(jìn)其材質(zhì)及加工手段， 以提高其性能水平，滿足發(fā)動機(jī)行業(yè)的需要。近幾年來， 國內(nèi)花鍵軸加工發(fā)展十分迅速。先進(jìn)的加工工藝加工出的花鍵軸質(zhì)量好、效率高且穩(wěn)定，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國的花鍵軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。 第1章數(shù)控加工的概述 1.1 數(shù)控加工 數(shù)控加工，也稱之為NC（Numerical Control）加工，是以數(shù)值與符號構(gòu)成的信息，控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)控加工經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展已成為應(yīng)用

16、于當(dāng)代各個制造領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)。數(shù)控加工的最大特征有兩點(diǎn)：一是可以極大地提高精度，包括加工質(zhì)量精度及加工時間誤差精度；二是加工質(zhì)量的重復(fù)性，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量的一致。也就是說加工零件的質(zhì)量及加工時間是由數(shù)控程序決定而不是由機(jī)床操作人員決定的。數(shù)控加工具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1．需熟練的機(jī)床操作人員； 2．提高加工精度并且保持加工質(zhì)量； 3．可以減少工裝夾具； 4．可以減少各工序間的周轉(zhuǎn)，原來需要用多道工序完成的工件， 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； 5．容易進(jìn)行加工過程管理； 6．可以減少檢查工作量； 7. 可以降低廢、次品率； 8. 便于設(shè)計

17、變更，加工設(shè)定柔性； 9. 容易實(shí)現(xiàn)操作過程的自動化，一個人可以操作多臺機(jī)床； 10. 操作容易，極大減輕體力勞動強(qiáng)度。 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)鍵在于計算機(jī)輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）系統(tǒng)的質(zhì)量。 1.2 數(shù)控加工工藝內(nèi)容 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，如工藝的劃分、加工順序的安排，非數(shù)控加工工序的銜接等。設(shè)計數(shù)控加

18、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。 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. 進(jìn)行數(shù)控編程。 5. 自動運(yùn)動使至程序結(jié)束。 第2章數(shù)控機(jī)床特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型代表，與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下主要特點(diǎn)。 2.1 具有高度柔性 數(shù)控機(jī)床是按照被加工零件的數(shù)控程序來進(jìn)行自動加工的，當(dāng)改變加工零件時，只要改變數(shù)控程序軟件，不需要更換工具、夾具，也不需改變數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分

19、和控制部分的硬件，就能適應(yīng)加工。大大縮短了生產(chǎn)、技術(shù)準(zhǔn)備時間，節(jié)省了大量工藝裝備的費(fèi)用，因此，應(yīng)變能力很強(qiáng)，適合于多品種、單件小批零件的加工。 2.2 加工精度高 由于數(shù)控機(jī)床的主傳動和進(jìn)給傳動采用直流或交流伺服電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。大大簡化了主傳動和進(jìn)給傳動系統(tǒng)，傳動鏈短。進(jìn)給傳動鏈中有消除間隙的裝置。絲桿螺距誤差、傳動誤差等造成的位置誤差，可由測量裝置和數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償．因此，數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度。對于中、小型數(shù)控機(jī)床，定位精度普遍可達(dá)到0 . 02mm，重復(fù)定位精度可達(dá)到0 . 01--0 . 005mm。數(shù)控機(jī)床的自動加工方式避免了人工干預(yù)造成的操作誤差。同一批加工零

20、件的一致性很好，加工質(zhì)量十分穩(wěn)定．?dāng)?shù)控機(jī)床一般都具有刀具半徑補(bǔ)償和位置補(bǔ)償功能?？梢苑奖愕叵捎诘毒吣p、刀具調(diào)整誤差所造成的工件尺寸誤差，提高了工件加工精度。數(shù)控機(jī)床可以對結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行手工編程或自動編程。機(jī)床可進(jìn)行多軸聯(lián)動或多維插補(bǔ)。因此，數(shù)控機(jī)床適于高精度、形狀復(fù)雜零件的加工。 2.3 加工生產(chǎn)率高 工機(jī)床加工生產(chǎn)率主要是指加工一個零件所需的時間。加工時間包括機(jī)動時間和輔助時間。數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度范圍大，并可無級調(diào)速。加工時可選用最佳的切削速度和進(jìn)給速度，可進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速或恒切削速度的切削。在保證工件加工質(zhì)量和刀具一定使用壽命的前提下，可盡量加大切削用量。良好

21、的結(jié)構(gòu)剛度允許數(shù)控機(jī)床進(jìn)行強(qiáng)力切削、高速切削。數(shù)控機(jī)床移動部件的快速移動和定位采用加速與減速措施，選用了很高的空行程運(yùn)動速度．消耗在空行程和定位的時間比普通機(jī)床少得多，有效地節(jié)省了輔助時間。由于數(shù)控機(jī)床具有側(cè)量系統(tǒng)，減少零件裝卡到機(jī)床上的調(diào)整時間和零件加工過程中的檢驗(yàn)時間。另外，配合加工中心的刀庫使用，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾下進(jìn)行多工序的連續(xù)加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)率。 2.4 減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件 數(shù)控機(jī)床加工前經(jīng)調(diào)整好后，輸人程序并啟動，機(jī)床就能自動連續(xù)進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。零件一次裝卡可完成多道工序。特別是加工中心可進(jìn)行多工位、多工序的自動加工。操作者主

22、要是程序的輸入、編輯，裝卸零件，刀具準(zhǔn)備，加工狀態(tài)的觀測，零件的檢驗(yàn)等工作，勞動強(qiáng)度極大降低。數(shù)控機(jī)床一般是封閉式加工，既清潔，又安全。 2.5 有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的現(xiàn)代化管理 數(shù)控機(jī)床加工能準(zhǔn)確地計算出或自動記錄單件加工工時和總的加工工時，實(shí)現(xiàn)對半成品、成品的統(tǒng)計與管理；對所使用的刀具、夾具可進(jìn)行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理；能實(shí)現(xiàn)一臺中央計算機(jī)對幾臺、十幾臺數(shù)控機(jī)床的集中控制和管理（DNC）。實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計( CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助質(zhì)量監(jiān)督（CAQ）等的有機(jī)結(jié)合，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 第3章數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢及對策 裝備工業(yè)的技術(shù)水平

23、和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精

24、尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域，如機(jī)械制造技術(shù)、信息處理、加工、傳輸技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)等。 3.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，它為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)

25、應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段，六代的發(fā)展。 3.1.1 數(shù)控（NC）階段[3]（1952～1970年） 采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。這個階段歷經(jīng)了三代：第一代——電子管；第二代——晶體管；第三代——小規(guī)模集成電路。 3.1.2 計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 通用小型計算機(jī)移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件， 1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機(jī)數(shù)控。到了1990年，PC機(jī)（個人計算機(jī)或稱微機(jī)）可以滿足作為數(shù)

26、控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。計算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。第四代——小型計算機(jī)；第五代——微處理器和第六代——基于PC（國外稱為PC-BASED）。 3.2當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的基本情況 3.2.1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化 數(shù)控體系結(jié)構(gòu)從以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到以計算機(jī)硬件及軟件組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)，伺服及控制的方式逐步從步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)變化為伺服電機(jī)驅(qū)動的閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)。 3.2.2 軟件伺服驅(qū)動技術(shù) 伺服技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。采用計算機(jī)控制，控制算法采用軟件的伺服裝置稱為“軟件伺服”。它有無溫漂、穩(wěn)定性好、基于數(shù)值計算、精度高、

27、通過參數(shù)設(shè)定、減少調(diào)整工作等優(yōu)點(diǎn)。交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)，目前應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置上最為適合。 3.2.3 CNC系統(tǒng)的連網(wǎng)技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)從控制單臺機(jī)床到控制多臺機(jī)床的分級式控制需要網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；一般稱為DNC功能。通過DNC功能形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對零件加工程序的上傳或下傳，讀、寫CNC的數(shù)據(jù)，PLC數(shù)據(jù)的傳送，存貯器操作控制，系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等。還可以對CAD/CAM/CAPP以及CNC的程序進(jìn)行傳送和分級管理，傳遞維修數(shù)據(jù)，使用戶與NC生產(chǎn)廠直接通信。進(jìn)而把制造廠家連系一起，構(gòu)成虛擬制造網(wǎng)絡(luò)。 3.2.4 功能的擴(kuò)大 現(xiàn)代NC系統(tǒng)具備的功能如：系統(tǒng)可通過光纖與P

28、C機(jī)連接，采用WindowS兼容軟件和開發(fā)環(huán)境；高速加工能力；具有高精插補(bǔ)運(yùn)算功能；具有高速高精加工的智能控制功能，預(yù)計算出多程序段刀具軌跡，并進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)智能控制機(jī)床的性能；高級復(fù)雜的功能，包括各種軌跡的插補(bǔ)，也可以進(jìn)行NURBS插補(bǔ)；強(qiáng)力的聯(lián)網(wǎng)通信功能，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)及DNC的連接，適應(yīng)工廠自動化需要；具有高速內(nèi)裝的PLC（有的廠商稱為PMC），以減少加工的循環(huán)的時間，梯形圖和順序程序由專用的PLC處理器控制，可進(jìn)行快速大規(guī)模順序控制；先進(jìn)的操作性和維修性，具有觸摸面板，容易操作，可采用存儲卡改變輸入輸出。 3.3 未來數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近50

29、年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模IC數(shù)控，小型計算機(jī)數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機(jī)硬件及軟件組成的CNC（Computericel Numericel Control）數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機(jī)驅(qū)動的閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)裝備的機(jī)床大大提高了加工精度、速度和效率。經(jīng)過幾十年數(shù)控技術(shù)的不斷革新，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能放進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，同時也希望系統(tǒng)具有圖形

30、交互、診斷功能等。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和開發(fā)平臺，通過這個界面和平臺開放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路。這就產(chǎn)生了開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)。 3.3.1 高速化、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備

31、必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國CIN

32、CINNATI公司的 HyperMach 機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60 000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0.01μm)。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值

33、達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 3.3.2 資源豐富，產(chǎn)品開發(fā)容易 在PC機(jī)上開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)可以充分利用PC機(jī)的豐富的軟件資源，如Windows操作系統(tǒng)、各種高級編程語言等，方便地生成友好的人機(jī)界面、編輯等軟件，這樣系統(tǒng)開發(fā)商可以集中精力從事關(guān)鍵部分的開發(fā)工作，簡化了系統(tǒng)開發(fā)過程，使得數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)周期大大的縮短。如美國Ormec System公司僅僅用了兩年的時間就開發(fā)了以IBM-結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的控制器，可同時控制14個軸運(yùn)動。 3.3.3 系統(tǒng)柔性大，控制形式多樣

34、化 由于系統(tǒng)對硬件的依賴程度大大降低，系統(tǒng)的很多功能都是依靠軟件得以實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的柔性增大。系統(tǒng)制造商可以方便地利用PC機(jī)的一些新技術(shù)，如觸摸屏輸入技術(shù)、聲控技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，可以使得數(shù)控系統(tǒng)使用更加方便。 3.3.4 高精度化 精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（<10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工

35、（三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。 3.3.5 高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)槭巧唐?，受性能價格比的約束。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)＝99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時間MTBF就必須大于3000小時。 綜上所述，由于數(shù)控機(jī)

36、床不斷采納科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來越重要，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 3.3.6 5軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺5軸聯(lián)動機(jī)床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。

37、 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。 在EMO2001展會上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。 3.3.7 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢

38、 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next Generation Work-Station/Ma

39、chine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品

40、種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日

41、本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。 3.4 數(shù)控加工技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機(jī)械所代替。目前國外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到85%以上，而我國的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率不足20%，隨著我國機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，我國世界制造業(yè)加工中心地位形

42、成，數(shù)控機(jī)床的使用、維修、維護(hù)人員在全國各工業(yè)城市都非常緊缺，再加上數(shù)控加工人員從業(yè)面非常廣，可在現(xiàn)代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè)、中小制造業(yè)、從事相應(yīng)公司企業(yè)的電腦繪圖、數(shù)控編程設(shè)計、加工中心操作、模具設(shè)計與制造、 電火花及線切割工作，所以目前現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)人才無法滿足制造業(yè)的需求，而且人才市場上的這類人才儲備并不大，企業(yè)要在人才市場上尋覓合適的人才顯得比較困難，以至于導(dǎo)致模具設(shè)計、CAD/CAM工程師、數(shù)控編程、數(shù)控加工等已成為我國各人才市場招聘頻率最高的職位之一。在各種招聘會上，數(shù)控專業(yè)人才更是企業(yè)熱衷于標(biāo)注“急聘”、“高薪誠聘”等字樣的少數(shù)職位之一，以致出現(xiàn)了“月薪6000元難聘數(shù)控

43、技工”，“年薪16萬元招不到數(shù)控技工”的現(xiàn)象。據(jù)報載，我國高級技工正面臨著“青黃不接”的嚴(yán)重局面，原有技工年齡已大，中年技工為數(shù)不多，青年技工尚未成熟。在制造業(yè)，能夠熟練操作現(xiàn)代化機(jī)床的人才已成稀缺， 據(jù)統(tǒng)計，目前，我國技術(shù)工人中，高級技工占3.5%，中級工占35%，初級工占60%。而發(fā)達(dá)國家技術(shù)工人中，高級工占35%、中級工占50%、初級工占15%。這表明，我們的高級技工在未來5—10年內(nèi)仍會有大量的人才缺口。 隨著產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，就業(yè)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化。企業(yè)對較高層次的第一線應(yīng)用型人才的需求將明顯增加。 而借助國外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整時期，與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高度

44、化匹配、培養(yǎng)相當(dāng)數(shù)量的具有高等文化水平的職業(yè)人才，成為迫切要求。而對于數(shù)控加工專業(yè)，不僅要求從業(yè)人員有過硬的實(shí)踐能力，更要掌握系統(tǒng)而扎實(shí)的機(jī)加理論知識。因此，既有學(xué)歷又有很強(qiáng)操作能力的數(shù)控加工人才更是成為社會較緊缺、 企業(yè)最急需的人才 。 3.4.1數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，我國數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展迅速，國產(chǎn)數(shù)控車床已完全能滿足國內(nèi)市場需要。高性能的臥式車削中心和車銑復(fù)合中心，通過合資、引進(jìn)技術(shù)和自主開發(fā)，某些產(chǎn)品已能滿足部分國內(nèi)高端用戶要求。但是，臥式車銑復(fù)合加工中心、帶Y軸或C軸的臥式車削中心、雙主軸臥式車削中心和高精度臥式車削中心仍然主要依靠進(jìn)口。國產(chǎn)立式加工中心在技術(shù)

45、上比較成熟，技術(shù)性能與國際水平接近，生產(chǎn)廠家較多并具有一定批量，得到了國內(nèi)用戶認(rèn)可。由于在性價比上具有優(yōu)勢，保質(zhì)期過后維修服務(wù)費(fèi)用較低，基本可以滿足國內(nèi)市場的需要。當(dāng)前的關(guān)鍵是大力提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，加強(qiáng)售前和售后服務(wù)。國產(chǎn)臥式加工中心雖能滿足市場部分需要，但在精度和性能上與國外同類產(chǎn)品相比還有一定差距。國外臥式加工中心大多都裝有溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，定位精度較高，而且精度保持性好。因此，近年臥式加工中心進(jìn)口較多。在高速加工中心、五軸加工中心方面，國內(nèi)各企業(yè)都開發(fā)出不少新產(chǎn)品。但是多數(shù)產(chǎn)品還沒有經(jīng)過嚴(yán)格的生產(chǎn)考驗(yàn)，難以取得用戶的普遍認(rèn)可，僅個別品種進(jìn)入企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。關(guān)鍵在于需要經(jīng)過不同類型用戶的生

46、產(chǎn)考核，并加以不斷改進(jìn)和完善。高精度（亞微米級和納米級）加工中心我國基本上處于空白狀態(tài)，絕大部分依賴國外進(jìn)口。 中國目前機(jī)床數(shù)控化率不到3％,機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。中國機(jī)床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)?？梢姶蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。機(jī)床的數(shù)控化可通過兩條途徑完成，一是購買新裝備替代舊的，二是對舊裝備進(jìn)行數(shù)控化改造；根據(jù)中國國情，采取“兩條腿走路”是穩(wěn)妥、經(jīng)濟(jì)的選擇。使用數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床進(jìn)行改造，數(shù)字

47、化電氣控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計問題成為關(guān)系改造成敗的關(guān)鍵，直接影響機(jī)床的工作特性。 3.4.2數(shù)控化改造在國外的應(yīng)用現(xiàn)狀 在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床數(shù)控改造和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)[4]。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。 國外數(shù)控化改造主要做法有： 1. 恢復(fù)原功能。對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷與維修； 2. NC化。在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成

48、NC機(jī)床、CNC機(jī)床； 3. 翻新。為提高精度、效率和自動化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新； (4) 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 第4章花鍵軸零件分析 4.1 圖例 下圖（4-1）所示即為待加工的花鍵軸零件圖。 圖4-1花鍵軸零件 4.2 花鍵軸零件加工工藝分析

49、 零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指在滿足使用要求的前提下制造、維修的可行性和經(jīng)濟(jì)性。即所設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性分析，找出技術(shù)關(guān)鍵，以便在擬定工藝規(guī)程時采用適當(dāng)?shù)募庸ご胧┘右员ＷC。 該零件的視圖符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，位置準(zhǔn)確，表達(dá)清楚，幾何元素之間的關(guān)系準(zhǔn)確，尺寸標(biāo)注完整、清晰。 4.2.1 技術(shù)要求 (1) 尺寸精度 軸是軸類零件的主要表面，它影響軸的回轉(zhuǎn)精度及工作狀態(tài)。圖1為花鍵軸安裝滾動軸承，直徑公差等級IT7，兩外圓同軸度要求較高；軸向右端1.3mm28.6mm溝槽用于安裝卡簧，必須保證軸向尺寸公差在0.12mm。

50、 (2) 表面粗糙度的要求 根據(jù)零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通機(jī)床主軸支承軸頸的表面粗糙度為Ra1.6～6.3μm。隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大和精密度 的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。該零件表面粗糙度均為0.8μm。 4.2.2毛坯選擇 毛坯材料為45#，強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能好，沒有經(jīng)過熱處理、切削性能，等加工工藝性能好，加工放便，能夠滿足使用性能?；ㄦI軸直徑相差不大，采用直徑為36mm熱軋圓棒料，在鋸床上按250mm長度下料。 零件圖上的重要尺寸直接標(biāo)注，在加工時使用工藝基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，并符合尺寸鏈最短的原則。 4.2.3花鍵

51、軸加工時切削用量的選擇 A 切削用量的選擇原則 數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量、進(jìn)給速度等，并以數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的格式輸入到程序中。切削用量對于不同的加工方法，需選用不同的切削用量。合理的選擇切削用量，對零件的表面質(zhì)量、精度、加工效率影響很大。這在實(shí)際中也很難把握，要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能夠確定合適的切削用量。在數(shù)控編程時只能憑借編程者的經(jīng)驗(yàn)和刀具的切削用量推薦值初步確定，而最終的切削用量將根據(jù)零件數(shù)控程序的調(diào)試結(jié)果和實(shí)際加工情況來確定。 切削用量的選擇原則是：粗加工時以提高生產(chǎn)率為主，同時兼顧經(jīng)濟(jì)性和加工成本的考慮；半精加工和精加工時，應(yīng)同時兼顧切削效

52、率和加工成本的前提下，保證零件的加工質(zhì)量。值得注重的是，切削用量（主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給量）是一個有機(jī)的整體，只有三者相互適應(yīng)，達(dá)到最合理的匹配值，才能獲得最佳的切削用量。 確定切削用量時應(yīng)根據(jù)加工性質(zhì)、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具體要求，通過查閱切削手冊并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)加以確定，確定切削用量時除了遵循一般的原則和方法外，還應(yīng)考慮以下因素的影響： 1、 刀具差異的影響——不同的刀具廠家生產(chǎn)的刀具質(zhì)量差異很大，所以切削用量需根據(jù)實(shí)際用刀具和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)加以修正。 2、 機(jī)床特性的影響——切削性能受數(shù)控機(jī)床的功率和機(jī)床的剛性限制，必須在機(jī)床說明書規(guī)定的范圍內(nèi)選擇。避免因機(jī)床功率

53、不夠發(fā)生悶車現(xiàn)象，或剛性不足產(chǎn)生大的機(jī)床振動現(xiàn)象，影響零件的加工質(zhì)量、精度和表面粗糙度。 3、 數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)率的影響——數(shù)控機(jī)床的工時費(fèi)用較高，相對而言，刀具的損耗成本所占的比重較低，應(yīng)盡量采用高的切削用量，通過適當(dāng)降低刀具壽命來提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率。 B 確定背吃刀量 背吃刀量的大小主要依據(jù)機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛度來決定，在系統(tǒng)剛度允許的情況下，為保證以最少的進(jìn)給次數(shù)去除毛坯的加工余量，根據(jù)被加工零件的余量確定分層切削深度，選擇較大的背吃刀量，以提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控加工中，為保證零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般留少量的余量（0.2～0.5mm），在最后的精加工中沿

54、輪廓走一刀。粗加工時，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工藝系統(tǒng)剛性允許的條件下，應(yīng)以最少的次數(shù)完成粗加工。留給精加工的余量應(yīng)大于零件的變形量和確保零件表面完整性。 綜合考慮得到：粗加工時選取3.0mm的背吃刀量。精加工余量取0.4mm。 (3)確定主軸轉(zhuǎn)速 主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。外圓車削及其計算公式為： n=1000v/πD (4-1) 式中 v----切削速度，單位為m/min，由刀具的耐用度決定； n----主軸轉(zhuǎn)速，單位為 r/min

55、； D----工件直徑或刀具直徑，單位為mm。 而車螺紋時的主軸轉(zhuǎn)速如下： (4-2) 式中：P—工件螺紋的螺距或?qū)С蹋╩m）； k—保險系數(shù)，一般取75-85之間的值。 計算的主軸轉(zhuǎn)速n最后要根據(jù)機(jī)床說明書選取機(jī)床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。 切削速度VC與刀具耐用度關(guān)系比較密切，隨著VC的加大，刀具耐用度將急劇下降，故VC的選擇主要取決于刀具耐用度。 主軸轉(zhuǎn)速n確定后，必須按照數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)所規(guī)定的格式寫入數(shù)控程序中。在實(shí)際操作中，操作者可以根據(jù)實(shí)際加工情況，通過適當(dāng)調(diào)整數(shù)控機(jī)床控制面板上的主軸轉(zhuǎn)速倍率開關(guān)，來控制主軸轉(zhuǎn)速的大小，以確定最

56、佳的主軸轉(zhuǎn)速。 綜上所述：切削零件外圓時主軸轉(zhuǎn)速粗加工轉(zhuǎn)速為300mm/r，精加工轉(zhuǎn)速為460 mm/r。螺紋轉(zhuǎn)速為300 mm/r。 (4)確定進(jìn)給量或進(jìn)給速度 進(jìn)給速度F是切削時單位時間內(nèi)零件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r或mm/min。 進(jìn)給量或進(jìn)給速度在數(shù)控機(jī)床上使用進(jìn)給功能字F表示的，F(xiàn)是數(shù)控機(jī)床切削用量中的一個重要參數(shù)，主要依據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料來確定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低時，選擇的進(jìn)給量數(shù)值就越小。實(shí)際中，應(yīng)綜合考慮機(jī)床、刀具、夾具和被加工零件精度、材料的機(jī)械性能、曲率變化、結(jié)構(gòu)剛性、工藝系統(tǒng)的剛

57、性及斷屑情況，選擇合適的進(jìn)給速度。 進(jìn)給率數(shù)是一個非凡的進(jìn)給量表示方法，即進(jìn)給率的時間倒數(shù)——FRN（Feed Rate Number的縮寫），對于直線插補(bǔ)的進(jìn)給率數(shù)為： (4-1) 式中F——進(jìn)給量（m/min）。 L——程序段的加工長度，是刀具沿工件所走的有效距離（mm）。 程序段中編入了進(jìn)給率數(shù)FRN，實(shí)際上就規(guī)定了執(zhí)行該程序段的時間T，它們之間的關(guān)系是： 程序編制時選定進(jìn)給量F后，刀具中心的運(yùn)動速度就一定了。在直線切削時，切削點(diǎn)（刀具與加工表面的切點(diǎn)）的運(yùn)動速度就是程序編制時給定的進(jìn)給量。但是在做圓弧切削時，切削點(diǎn)實(shí)際進(jìn)給量并不等于程序編制時選定的

58、刀具中心的進(jìn)給量。 在輪廓加工中選擇進(jìn)給量F時，應(yīng)注重在輪廓拐角處的“超程”問題，非凡是在拐角較大而且進(jìn)給量也較大時，應(yīng)用在接近拐角處適當(dāng)降低速度，而在拐角過后再逐漸提速的方法來保證加工精度。 數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。為了獲得最高的生產(chǎn)率和單位時間的最高切除率，在保證零件加工質(zhì)量和刀具耐用度前提下，應(yīng)合理地確定切削參數(shù)。 所以，此處我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和粗精加工而定,粗加工選取F0.4左右。精加工時選取較少的加工余量F0.1—F0.15。 切屑用量如表（

59、4-1）所示。 表4-1切削用量選擇 主軸轉(zhuǎn)速s/(r/min) 進(jìn)給量f/(mm/r) 背吃刀量ap/mm 粗車外圓 300 0.4 3.0 半精車外圓 460 0.15 0.4 車螺紋 300 切槽 460 0.1 螺紋M161.5車削時大徑去直徑為Φ15.8mm，總背吃刀量去0.65P=（0.651.5）mm=0.95mm,分三次循環(huán)切削，第一次被吃刀量取0.475mm，第二次取0.3mm，第三次取0.2mm。 4.2.4走刀路線和對刀點(diǎn)選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運(yùn)動到切削起始點(diǎn)、刀具切入、切出并返回

60、切削起始點(diǎn)或?qū)Φ饵c(diǎn)等非切削空行程軌跡。由于半精加工和精加工的走刀路線是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的，所以確定走刀路線主要在于規(guī)劃好粗加工及空行程的走刀路線。合理確定對刀點(diǎn),對刀點(diǎn)可以設(shè)在被加工零件上，但注意對刀點(diǎn)必須是基準(zhǔn)位或已精加工過的部位，有時在第一道工序后對刀點(diǎn)被加工毀壞，會導(dǎo)致第二道工序和之后的對刀點(diǎn)無從查找，因此在第一道工序?qū)Φ稌r注意要在與定位基準(zhǔn)有相對固定尺寸關(guān)系的地方設(shè)立一個相對對刀位置，這樣可以根據(jù)它們之間的相對位置關(guān)系找回原對刀點(diǎn)。這個相對對刀位置通常設(shè)在機(jī)床工作臺或夾具上。 4.2.5花鍵軸加工工藝卡 表4-2工藝卡片 工序 號 工 序 名 稱 工 序

61、 內(nèi) 容 工 藝 設(shè) 備 工 序 程 序 花鍵外圓倒角C2.15 半精車花鍵外徑至Φ30.25mm,長69.3mm 半精車外圓Φ30.5mm至尺寸 車右端Φ20 js7處退刀槽2mmΦ19mm 車花鍵外圓處卡簧槽1.3mmΦ28.6mm,保證尺寸85.26mm 工件調(diào)頭，用兩頂尖裝夾 M00 螺紋處倒角C1 半精車螺紋大徑Φ15.8 mm,長20mm 左端Φ20h7處倒角C1.15 半精車Φ20h7外圓至Φ20.25mm,長32.9mm

62、 半精車Φ25js外圓至Φ20.25mm,長48.1mm 車螺紋處退刀槽2mmΦ14mm 車左端Φ20h7處退刀槽2mmΦ19mm 車Φ25js7處退刀槽2mmΦ24mm 車螺紋M161.5 M00 7 銑 工件用頂尖裝夾 滾床、花鍵滾刀 按零件圖要求滾銑花鍵 8 銑 工件用兩頂尖裝夾,加輔助支承 X52K銑床、兩頂尖、輔助支承、鍵槽銑刀 按零件圖要求銑鍵槽 9 磨 工件兩頂尖裝夾 M1420磨床、兩頂尖、GB砂輪 磨花鍵外圓

63、 磨左端Φ20h7外圓和臺階面 磨Φ25js7外圓 工件調(diào)頭用兩頂尖裝夾 磨右端Φ20h7外圓和臺階面 第5章工藝規(guī)程設(shè)計 5.1 選擇裝備 1、要保證加工零件的技術(shù)要求，能加工出合格的產(chǎn)品。 2、有利于提高生產(chǎn)率。 3、盡可能降低生產(chǎn)成本即生產(chǎn)費(fèi)用。 根據(jù)毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、工件數(shù)量、現(xiàn)有的生產(chǎn)條件要求。選用CAK6140數(shù)控車床、X52K銑床、M1420磨床。如圖5-1所示。 圖5-1機(jī)床 5.2確定零件定位基準(zhǔn)和裝

64、夾方式 為保證花鍵軸各圓柱面的同軸度和其他位置精度，半精車、精車和磨削時應(yīng)該選擇基準(zhǔn)軸線為定位基準(zhǔn)，軸兩端鉆中心孔，用兩頂尖裝夾。兩端中心孔相關(guān)尺寸和位置精度以及粗糙度是影響加工精度的重要因素，因此工件在調(diào)質(zhì)等熱處理后要安排修磨中心孔的工序。粗車時為了保證工件裝夾剛性，常采用一夾一頂?shù)难b夾方法，左端采用三爪自定心卡盤夾緊、右端采用活動頂尖支頂。 數(shù)控車床上零件的安裝方法與普通車床一樣，要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案，主要注意以下兩點(diǎn)： 1、力求設(shè)計、工藝與偏程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一，這樣有利于提高編程時數(shù)值計算的簡便性和精確性。 2、盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。

65、 根據(jù)零件的尺寸、精度要求和生產(chǎn)條件選擇最常用的車床通用的三爪自定心卡盤如圖（5-2）。三爪自定心卡盤可以自定心，夾持范圍大，適用于截面為圓形、三角形、六邊形的軸類和盤類上小型零件。 圖5-2卡盤 5.3 夾具的選擇 夾具用來裝夾被加工工件以完成加工過程，同時要保證被加工工件的定位精度，并使裝卸盡可能方便、快捷。數(shù)控加工時夾具主要有兩大要求：一是夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度；二是夾具應(yīng)有可靠的定位基準(zhǔn)。選用夾具時，通?？紤]以下幾點(diǎn)： 1、盡量選用可調(diào)整夾具，組合夾具及其它適用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。 2、在成批生產(chǎn)時，

66、才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 3、裝卸工件要迅速方便，以減少機(jī)床的停機(jī)時間。 4、 夾具在機(jī)床上安裝要準(zhǔn)確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 數(shù)控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在可調(diào)卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉(zhuǎn)；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾座頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉(zhuǎn)。 綜上所述，三爪卡盤具有自動定心的特點(diǎn)，加工該零件選用三爪卡盤加工。 5.4刀具及刀位號 數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)，能夠正確選擇刀具及切削用量。 在全功能數(shù)控車床上,可預(yù)先安裝8～12把刀具,當(dāng)被加工工件改變后,一般不需要更換刀具就能完成工件的全部車削加工.為了滿足要求,刀具配備時應(yīng)注意以下幾個問題。 1、在可能的范圍內(nèi),使被加工工件的形狀、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化,從而刀具的種類,實(shí)現(xiàn)不換刀或少換刀,以縮短準(zhǔn)備和調(diào)整時間。 2、使刀具規(guī)格化和通用化,以減少刀具的種類,便于刀具管