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軸承端蓋數(shù)控車削加工工藝及編程設(shè)計(jì)
摘要
本篇介紹當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國(guó)數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在新的環(huán)境下，發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)，提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性。
針對(duì)此課題，本文介紹了軸承端蓋的加工工藝及數(shù)控編程，將軸承端蓋零件作為案例，進(jìn)行數(shù)控車的加工工藝編制和數(shù)控編程的設(shè)計(jì)，運(yùn)用CAXA數(shù)控車軟件對(duì)軸承端蓋進(jìn)行車削加工，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬仿真。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車，軸承端蓋零件，數(shù)控編程，仿真
Stepped shaft part of NC turning machining process and programming design
Abstract
This article introduces the present situation of today's world numerical control technology and equipment development and the trend of China's NC equipment and technology development and industrialization, in the new environment, the development of CNC technology in China, raises the importance of China's manufacturing industry informatization level and international competition ability.
Aiming at this problem, this paper introduces the processing technology and NC programming of stepped shaft, the shaft parts as an example, the design process of NC lathe and NC programming, use CAXA NC software turning of a stepped shaft, and motion simulation.
Key words：NC, Ellipsoidal head shaft parts, CNC programming, simulation
目 錄
摘要...........................................................................................I
Abstract......................................................................................II
目錄...........................................................................................III
第一章 緒論......................................................................................4
1.1數(shù)控機(jī)床的介紹..................................................................4
1.2數(shù)控編程的介紹................................................................14
第二章 軸承端蓋零件加工工藝設(shè)計(jì)..........................................15
2.1零件的分析.........................................................................15
2.2 零件尺寸標(biāo)注分析............................................................16
2.3 零件尺寸要素分析……………………………………….16
2.4 零件技術(shù)要求分析..........................................................17
2.5 毛坯及夾具確定.............................................................17
2.6 刀具選擇........................................................................18
2.7 該零件加工用的刀具......................................................21
2.8 工藝路線及工藝卡片.......................................................22
2.9 工藝卡片制定..................................................................25
第三部分 工件的自動(dòng)編程與仿真加工.....................................27 3.1 CAXA制造工程師的介紹.............................................27
3.2 零件造型與加工...........................................................30
3.3 手工編程與自動(dòng)編程比較............................................40
3.1 數(shù)控編程定義及分類..............................................................28
3.2 編程原點(diǎn)確定......................................................................28
3.3 加工程序清單......................................................................28
3.4 仿真加工..............................................................................32
總結(jié).......................................................................................38
參考文獻(xiàn)...................................................................................39
致謝...........................................................................................40
第一章 緒論
1.1數(shù)控機(jī)床的介紹
數(shù)字控制（Numerical Control,簡(jiǎn)稱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，還包括其他各類機(jī)床，如線切割機(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)床稱為數(shù)控機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床（NC Machine Tools）又稱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，冷卻電動(dòng)機(jī)的開關(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)代替專用硬接線裝置
——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
1.1.3.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）
計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令道相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元，驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作所要求的工作。所有這些都是在CNC裝置的協(xié)調(diào)控制及合理組織下，使整個(gè)系統(tǒng)都有條不紊的工作。它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，位置控制板，PLC接口板，通信接口板，擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等組成。
1.1.3.2 伺服單元，驅(qū)動(dòng)裝置和監(jiān)測(cè)裝置
伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置，主軸電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它實(shí)現(xiàn)主軸控制，進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)的作用實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng) 其控制量為速度，特點(diǎn)是能靈敏，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)CNC裝置的位置和速度指令。
1.1.3.3 控制面板
控制面板又稱為操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交換的工具。操作人員可以通過它對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行操作，編程，調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過它了解或查詢數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按鈕站，狀態(tài)燈，案件陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器等部分組成。
1.1.3.4 控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備
控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入輸出設(shè)備是磁盤和磁盤驅(qū)動(dòng)器等
此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可以利用通信方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）的集成，F(xiàn)MS(柔性制造系統(tǒng)),CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通信方式有：
（1） 串行通信
（2） 自動(dòng)控制專用接口
（3） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
1.1.3.5 PLC（可編程序控制器），機(jī)床I/O（輸入/輸出）電路和裝置
PLC用于進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成。機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)：
（1） 接受CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床的開關(guān)動(dòng)作；
（2） 接受操作面板和機(jī)床傳送來(lái)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)處理后，輸出給指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。
1.1.3.6 機(jī)床本體
機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主傳動(dòng)部件（主軸、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、托板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換（APC）系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換（ATC）系統(tǒng)和輔助裝置（如冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。
1.1.4 數(shù)控加工的介紹
1.1.4.1 數(shù)控加工過程
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)車床，仿形車床和仿形銑床加工，雖然也能達(dá)到對(duì)加工過程的自動(dòng)控制目的，但其控制是通過預(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、加工過程中主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開關(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)換過程
CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如圖所示
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)給路線編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過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，它將由各種線性（直線、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“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器、等開關(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，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程中進(jìn)行測(cè)量檢查，就能連續(xù)的完成整個(gè)加工過程，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
1.1.6.1 按工藝用途分類
（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、銑、鉆、磨及鏜床等，而且每一類都有好多品種。這類機(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
（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)的過程中不能進(jìn)行任何加工。 通過采用分級(jí)或連續(xù)降速，低速趨近目標(biāo)點(diǎn)，來(lái)減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性過沖而引起的定位誤差。
（2）直線控制數(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)行直線或斜線移動(dòng)和切削加工的機(jī)床。這類數(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)類型分類
由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號(hào)，通過伺服系統(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)控制方式分類有三種形式：開環(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)，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(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
將機(jī)床分為高、中、低擋（經(jīng)濟(jì)型）數(shù)控機(jī)床 見下表
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程以及其他輔助功能（主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、切削液的開關(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)過調(diào)試后記錄在控制介質(zhì)（或稱程序載體）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程。因此，把從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全部過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、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，編寫出零件加工程序單，并在屏幕模擬顯示加工過程，及時(shí)修改，將加工程序通過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)。
第二章 軸承端蓋零件加工工藝設(shè)計(jì)
2.1零件的分析
如圖1.1所示為軸承端蓋的零件圖，（圖中有不清晰之處請(qǐng)參加CAD圖），試制定出該零件的加工工藝方案，編制其數(shù)控加工程序，并對(duì)程序進(jìn)行仿真加工。
圖2.1 軸承端蓋零件二維圖
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、內(nèi)孔、外槽等特征組成，這些特征在普通車床上難以完成，需要在數(shù)控車上加工。
2.4零件的技術(shù)要求分析
軸承端蓋的尺寸精度要求有：尺寸、、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。
軸承端蓋各軸段的位置精度有：各加工等級(jí)按IT12等級(jí)進(jìn)行控制。
表面粗糙度要求有：軸承端蓋零件中的和孔、這些外圓面以及內(nèi)孔表面粗糙度為1.6，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常見的毛坯種類
(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。
(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，確定軸承端蓋的毛坯為棒料，其尺寸分別為Ф60×130mm材料為45鋼。
2.6.刀具的選擇
數(shù)控車床一般采用機(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，即K、P、M分別相當(dāng)與我國(guó)國(guó)標(biāo)中的YG、YT YW類。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類主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料；P類主要用于加工普通鋼；M類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，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，線速度小于300m/min以下宜采用涂層硬質(zhì)合金，線速度300?500m/min以內(nèi)可采用陶瓷刀具。
2.6.2常用的車刀選用
2.6.2.1外圓、端面車刀的選用
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)階軸類零件宜采用裝有80°菱形刀片的95°車刀，這種車刀的特點(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，為提高切削過程的刀具剛度，在能夠滿足加工需要，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°車刀或采用裝有60°三角形刀片的91°車刀。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，要滿足加工質(zhì)量，確保剛性，降低車削振動(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，刀桿按照螺紋旋線方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)型反向型，一定要根據(jù)零件螺紋旋線方向合理選用。
除以上刀具外，在一些特殊的形狀車削時(shí)，還引用到成型車刀。
2.7該零件加工所用的刀具
根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性以及刀具的類型，確定兩個(gè)零件所需的刀具如表2-1所示。
表2-1 數(shù)控車削加工刀具卡
產(chǎn)品名稱
軸承端蓋
零件名稱
軸承端蓋
零件圖號(hào)
序號(hào)
刀具號(hào)
刀具規(guī)格名稱
數(shù)量
加工表面
刀尖半徑
/mm
備注
1
T01
90°外圓車刀
2
外圓面及端面
2
T02
84°外圓車刀
1
外圓面及凸臺(tái)面
3
T03
內(nèi)孔車刀
2
內(nèi)孔φ32
4
T04
φ15鉆頭
2
φ16底孔
5
T05
φ16鉸刀
1
φ16內(nèi)孔
6
T06
φ6鉆頭
2
φ6.6內(nèi)孔
7
T07
φ11鉆頭
1
φ11沉頭孔
2.8.工藝路線及其工藝卡片
2.8.1工藝路線的確定
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→精車。
（2）內(nèi)孔輪廓的加工方法 鉆→粗鏜→精鏜。
（3）外槽的加工方法 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足不了精加工要求時(shí)，則可安排半精加工作為過渡性工序，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工藝路線的確定
根據(jù)其表面加工方法及加工順序的原則，確定軸承端蓋的工藝路線如下：
軸承端蓋零件的工藝路線：
工序1：粗車端面、外圓、打中心孔。
工步1 夾毛坯外圓粗車一頭端面及外圓，打中心孔。
工步2 夾上步粗車后的外圓，粗車另一頭端面及外圓，打中心孔。
工序2：鉆孔φ15孔，零件的內(nèi)孔進(jìn)行車削加工，包括鉆底孔、粗鏜內(nèi)孔、精鏜內(nèi)孔。
工步1 粗車外圓。
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 精車外圓。
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，其填寫過程包括以下幾個(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2-2 機(jī)械加工工藝過程卡
機(jī)械加工工藝過程卡
零件名稱
軸承端蓋零件
材料
HT150
毛坯尺寸
Ф100×45mm
序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
設(shè)備
工裝
下料
裁剪毛坯
1
普車
粗車端面、外圓、打中心孔。
金工
CA6140普車
三爪自定心卡盤
2
數(shù)車
鉆底孔φ15
金工
GS980TD
三爪卡盤、尾座頂尖
3
數(shù)車
鉸內(nèi)孔φ16
金工
GS980TD
三爪卡盤、尾座頂尖
4
數(shù)車
粗車內(nèi)孔φ32
金工
GS980TD
三爪卡盤、尾座頂尖
5
數(shù)車
精車內(nèi)孔φ32
金工
GS980TD
三爪卡盤、尾座頂尖
6
數(shù)車
精車外圓及φ55凸臺(tái)
金工
GS980TD
三爪卡盤、尾座頂尖
7
鉆
鉆6-φ6.6孔和沉孔φ11
金工
Z3050
三爪
8
鉆
鉆攻3-M5孔
金工
Z3050
三爪
9
鉆
鉆攻M12孔
金工
Z3050
通用夾具
終檢
檢驗(yàn)各尺寸是否合格
檢驗(yàn)室
表2-3軸承端蓋的數(shù)控加工工序卡
數(shù)控加工工序卡
零件名稱
夾具名稱
使用設(shè)備
程序編號(hào)
O0001
軸承端蓋
三爪定心卡盤
數(shù)控車床
工序內(nèi)容
刀具號(hào)
刀具名稱
背吃刀量
mm
主軸轉(zhuǎn)速r/mm
進(jìn)給速度mm/r
備注
粗車端面和外圓
T01
90°外圓車刀
1.2
650
150
自動(dòng)
精車外圓
T02
84°外圓車刀
0.2
1000
100
自動(dòng)
鉆底孔φ15
T03
φ15鉆頭
3.0
1200
130
自動(dòng)
粗車內(nèi)孔φ32
T04
內(nèi)孔車刀
1.2
600
120
自動(dòng)
精車內(nèi)孔φ32
T05
內(nèi)孔車刀
0.2
1000
100
自動(dòng)
鉸孔φ16
T06
φ16鉸刀
0.1
100
20
自動(dòng)
3.1數(shù)控編程的定義及分類
3.1.1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)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號(hào)組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。
3.1.2數(shù)控編程的分類
數(shù)控編程又可分為手工編程和自動(dòng)編程兩類。
手工編程時(shí)，整個(gè)程序的編制過程是由人工完成的。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)。
3.1.3編程方法的選擇
該零件的刀具軌跡路徑主要由直線、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。
3.2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5.1所示。
圖5.1 坐標(biāo)原點(diǎn)
3.3加工程序清單
3.3.1加工程序清單
程序
解釋說(shuō)明
O0003
程序號(hào)
T0202（60°鏜刀）
換2號(hào)刀
M03 S400
主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速400
M08
切削液開
G00 X19.8 Z2
快速運(yùn)動(dòng)切削起點(diǎn)
G01 Z-30.5 F100
粗鏜內(nèi)孔
G00 X16
退刀
Z2
退刀
X20.01
進(jìn)刀至精鏜位置
M03 S750
主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速750
G01 Z-30.5 F50
精鏜內(nèi)孔
G00 X16
退刀
Z2
X21.4
快速進(jìn)刀至螺紋小徑位置
G01 Z-20 F100
鏜螺紋孔底徑
G00 X16
退刀
Z100
X100
快速運(yùn)動(dòng)至換刀位置
T0303（4mm內(nèi)槽刀）
換3號(hào)刀
M03 S300
主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速300
G00 X0
Z-20
快速運(yùn)動(dòng)至下刀點(diǎn)
G01 X24 F30
切內(nèi)槽
X0
退刀
G00 Z100
X100
快速運(yùn)動(dòng)至換刀點(diǎn)
T0404（60°內(nèi)螺紋車刀）
換4號(hào)刀
M03 S400
主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速400
G00 X19 Z2
快速運(yùn)動(dòng)至循環(huán)起點(diǎn)
G76 P010060 Q100 R100
建立G76螺紋車削循環(huán)
G76 X23.4 Z-18 P1200 Q500 F2
設(shè)定參數(shù)
G00 X100 Z100
快速運(yùn)動(dòng)至換刀位置
T0505（84°外圓車刀）
換5號(hào)刀
M03 S800
主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速800
G00 X54 Z2
快速運(yùn)動(dòng)至循環(huán)起點(diǎn)
G70 P100 Q200
精車外輪廓
G00 X100 Z100
快速運(yùn)動(dòng)至換刀位置
M05
主軸停止
M09
切削液關(guān)
M30
程序結(jié)束
第四章 CAXA數(shù)控車編程與仿真
4.1 CAXA數(shù)控車的介紹
依托北京航空航天大學(xué)的科研實(shí)力，北航海爾開發(fā)出了中國(guó)第一款完全自主研發(fā)的CAD產(chǎn)品——CAXA。
北京數(shù)碼大方科技有限公司（即CAXA）是中國(guó)領(lǐng)先的CAD和PLM（產(chǎn)品生命周期管理）供應(yīng)商，是我國(guó)制造業(yè)信息化的優(yōu)秀代表和知名品牌，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列化CAD、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、DNC（分布式數(shù)控）、EDM（Email營(yíng)銷、電子郵件營(yíng)銷）、PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、MPM（制造過程管理）等PLM軟件產(chǎn)品和解決方案，覆蓋了制造業(yè)信息化設(shè)計(jì)、工藝、制造和管理四大領(lǐng)域，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于裝備制造、電子電器、汽車、國(guó)防軍工、航空航天、工程建設(shè)、教育等各個(gè)行業(yè)。
CAXA總部位于北京中關(guān)村，在上海、廣州、天津、沈陽(yáng)、成都、重慶、武漢、西安等地建立了35個(gè)營(yíng)銷服務(wù)中心，設(shè)立了臺(tái)灣和美國(guó)分公司。截至2008年，CAXA累計(jì)銷售正版軟件超過280,000套，擁有46個(gè)產(chǎn)品著作權(quán)和45個(gè)技術(shù)專利，600多個(gè)教育培訓(xùn)中心，300多家代理經(jīng)銷商，超過2000多所院校 CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2009使用CAXA軟件進(jìn)行教學(xué)或培訓(xùn)，各大出版機(jī)構(gòu)出版CAXA教材超過500多種，是我國(guó)CAD/CAM/PLM業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者和主要供應(yīng)商。
CAXA四個(gè)字母，讀作“卡薩”，是由C--Computer（計(jì)算機(jī)），A-- Aided（輔助的），X（任意的），A--Alliance、Ahead（聯(lián)盟、領(lǐng)先）四個(gè)字母組成的，其涵義是"領(lǐng)先一步的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和服務(wù)"（Computer Aided X Alliance - Always a step Ahead）。
4.2 CAXA數(shù)控車基本功能
數(shù)控車加工一般包括以下幾個(gè)內(nèi)容：
（1） 對(duì)圖紙進(jìn)行分析，確定需要數(shù)控加工的部分。
（2） 利用圖形軟件需要數(shù)控加工的部分造型。
（3） 根據(jù)加工條件，選合適加工參數(shù)生成加工軌跡（包括粗加工，半精加工，精加工軌跡）。
（4） 軌跡的仿真檢驗(yàn)。
（5） 配置好機(jī)床，生成G代碼傳給機(jī)床加工。
（6） 兩軸加工：在CAXA數(shù)控車加工中，機(jī)床坐標(biāo)系的Z軸既是絕對(duì)坐標(biāo)系的X 軸，
X軸既是絕對(duì)坐標(biāo)系的Y軸。
（7） 輪廓：輪廓是一系列首尾相接曲線的集合。
輪廓用來(lái)界定被加工的表面或被加工的毛坯本身。
輪廓拾取方式為：鏈?zhǔn)叭。鹤詣?dòng)搜索連接的曲線
限制鏈?zhǔn)叭。簩⑵鹗级魏妥詈笠欢问叭?，中間自動(dòng)連接。
單個(gè)拾?。阂粋€(gè)一個(gè)拾取。
（8） 機(jī)床參數(shù)：數(shù)控車床的參數(shù)有主軸轉(zhuǎn)速，接近速度，進(jìn)給速度和退刀速度
（9） 刀具軌跡和刀位點(diǎn)
（10） 加工余量
（11） 加工誤差
4.3.零件加工步驟
本次加工采用CAXA數(shù)控車的軟件，先對(duì)軸承端蓋零件在CAXA數(shù)控車軟件中繪制好，繪制好的圖形如下：
4-1軸承端蓋零件繪制圖
4.3.1粗車加工
接著進(jìn)行粗車削加工，選擇加工的輪廓和毛坯輪廓后進(jìn)行粗車削的參數(shù)設(shè)置，主要包括加工參數(shù)、進(jìn)退刀方式、切削用量、輪廓車刀的設(shè)置。具體設(shè)置的情況如下列圖所示，詳細(xì)步驟參見圖示所示即可，本文篇幅有限以下均以圖片的形式介紹。
進(jìn)行好各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置后，軸承端蓋粗車加工的外輪廓刀具路徑就顯示出來(lái)如下：
4.3.2精車加工
本零件的精車步驟如同粗車加工類似，設(shè)置參數(shù)的方法如同粗車相同，加工的輪廓主要包括外圓、外圓錐面、橢圓弧面等。
精車的