數(shù)控的分類(lèi)與軸類(lèi)零件加工工藝

1、目 錄一. 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 41. 1按加工工藝方法分類(lèi)41.1. 1金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床41.1. 2特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床41.1. 3板材加工數(shù)控機(jī)床41. 2按控制控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)51.2. 1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床51.2. 2直線控制數(shù)控機(jī)床51.2. 3輪廓控制數(shù)控機(jī)床51. 3按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類(lèi)61.3. 1開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床61.3. 2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床71.2. 3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床71.4混合控制數(shù)控機(jī)床8二. 典型軸類(lèi)零件的加工82. 1零件圖工藝分析92. 2選擇設(shè)備102.3確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾式102. 4確定加工順序及進(jìn)給路線102.5刀具選擇112.6切削用量選擇12

2、3. 7零件精加工工序14三. 結(jié)束語(yǔ)15四.參考文獻(xiàn)16數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)一、按加工工藝方法分類(lèi) 1金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車(chē)、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。 在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫(kù)和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)

3、箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類(lèi)零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 2特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 3板材加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床 常見(jiàn)的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等。 近年來(lái)，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等

4、。 二、按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi) 1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無(wú)任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。 這類(lèi)數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱(chēng)為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 2直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑

5、床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類(lèi)機(jī)床應(yīng)該稱(chēng)為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。 3輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床

6、就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過(guò)程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會(huì)帶來(lái)成本的增加。因此，除少數(shù)專(zhuān)用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 三、按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類(lèi) 1開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類(lèi)控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒(méi)有位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過(guò)齒輪減速裝

7、置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類(lèi)數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)，所以稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)

8、行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無(wú)關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，若工作臺(tái)沒(méi)有移動(dòng)，則沒(méi)有反饋量，指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過(guò)C將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時(shí)為止。這類(lèi)控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱(chēng)為閉環(huán)控制

9、數(shù)控機(jī)床。 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測(cè)裝置（如光電編碼器等），通過(guò)檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。通過(guò)測(cè)速元件A和光電編碼盤(pán)B可間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒(méi)有包括在控制回路中，因而稱(chēng)為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)

10、構(gòu)更加緊湊。 4混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類(lèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： （1）開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 （2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)上的直線位移測(cè)量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)

11、一。其中A是速度測(cè)量元件（如測(cè)速發(fā)電機(jī)），B是角度測(cè)量元件，C是直線位移測(cè)量元件。典型軸類(lèi)零件的加工典型軸類(lèi)零件如圖1所示，零件材料為45鋼，無(wú)熱處理和硬度要求，試對(duì)該零件進(jìn)行數(shù)控車(chē)削工藝分析。圖1 典型軸類(lèi)零件（1）零件圖工藝分析該零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個(gè)直徑尺寸有較嚴(yán)的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S50的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。零件材料為45鋼，無(wú)熱處理和硬度要求。通過(guò)上述分析，可采用以下幾點(diǎn)工藝措施。對(duì)圖樣上給定的幾個(gè)精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時(shí)不必取平均值，而全部取其基本尺

12、寸即可。在輪廓曲線上，有三處為圓弧，其中兩處為既過(guò)象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，因此在加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。為便于裝夾，坯件左端應(yīng)預(yù)先車(chē)出夾持部分（雙點(diǎn)畫(huà)線部分），右端面也應(yīng)先粗車(chē)出并鉆好中心孔。毛坯選60棒料。（2）選擇設(shè)備 根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選用TND360數(shù)控車(chē)床。（3）確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式 定位基準(zhǔn) 確定坯料軸線和左端大端面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。裝夾方法 左端采用三爪自定心卡盤(pán)定心夾緊，右端采用活動(dòng)頂尖支承的裝夾方式。（4）確定加工順序及進(jìn)給路線 加工順序按由粗到精、由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則確定。即先從右到左進(jìn)行粗車(chē)（留0.25精

13、車(chē)余量），然后從右到左進(jìn)行精車(chē)，最后車(chē)削螺紋。TND360數(shù)控車(chē)床具有粗車(chē)循環(huán)和車(chē)螺紋循環(huán)功能，只要正確使用編程指令，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)確定其進(jìn)給路線，因此，該零件的粗車(chē)循環(huán)和車(chē)螺紋循環(huán)不需要人為確定其進(jìn)給路線（但精車(chē)的進(jìn)給路線需要人為確定）。該零件從右到左沿零件表面輪廓精車(chē)進(jìn)給，如圖2所示。圖2 精車(chē)輪廓進(jìn)給路線（5）刀具選擇 選用5中心鉆鉆削中心孔。粗車(chē)及平端面選用900硬質(zhì)合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉（可用作圖法檢驗(yàn)），副偏角不宜太小，選=350。精車(chē)選用900硬質(zhì)合金右偏刀，車(chē)螺紋選用硬質(zhì)合金600外螺紋車(chē)刀，刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑，取r=0.150.2。將所

14、選定的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中（見(jiàn)表1），以便編程和操作管理。表1 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱(chēng)或代號(hào)零件名稱(chēng)典型軸零件圖號(hào)序號(hào)刀具號(hào)刀具規(guī)格名稱(chēng)數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T015中心鉆1鉆5 mm中心孔2T02硬質(zhì)合金900外圓車(chē)刀1車(chē)端面及粗車(chē)輪廓右偏刀2T03硬質(zhì)合金900外圓車(chē)刀1精車(chē)輪廓右偏刀3T04硬質(zhì)合金600外螺紋車(chē)刀1車(chē)螺紋編制審核批準(zhǔn)共 頁(yè)第 頁(yè)（6）切削用量選擇 背吃刀量的選擇 輪廓粗車(chē)循環(huán)時(shí)選ap=3 ，精車(chē)ap=0.25；螺紋粗車(chē)時(shí)選ap= 0.4 ，逐刀減少，精車(chē)ap=0.1。主軸轉(zhuǎn)速的選擇 車(chē)直線和圓弧時(shí)，選粗車(chē)切削速度vc=90m/min、精車(chē)切削速度vc=120m

15、/min，然后利用公式vc=dn/1000計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n（粗車(chē)直徑D=60 ，精車(chē)工件直徑取平均值）：粗車(chē)500r/min、精車(chē)1200 r/min。車(chē)螺紋時(shí)，參照式（5-1）計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n =320 r/min.進(jìn)給速度的選擇 選擇粗車(chē)、精車(chē)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，再根據(jù)加工的實(shí)際情況確定粗車(chē)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為0.4/r，精車(chē)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為0.15/r，最后根據(jù)公式vf = nf計(jì)算粗車(chē)、精車(chē)進(jìn)給速度分別為200 /min和180 /min。綜合前面分析的各項(xiàng)內(nèi)容，并將其填入表2所示的數(shù)控加工工藝卡片。此表是編制加工程序的主要依據(jù)和操作人員配合數(shù)控程序進(jìn)行數(shù)控加工的指導(dǎo)性文件。主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、

16、各工步所用的刀具及切削用量等。表2 典型軸類(lèi)零件數(shù)控加工工藝卡片 單位名稱(chēng)產(chǎn)品名稱(chēng)或代號(hào)零件名稱(chēng)零件圖號(hào)典型軸工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱(chēng)使用設(shè)備車(chē)間001三爪卡盤(pán)和活動(dòng)頂尖TND360數(shù)控車(chē)床工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格/ mm主軸轉(zhuǎn)速/r.m1 進(jìn)給速度/mm.m1背吃刀量/ mm備注1平端面T0225 25500手動(dòng)2鉆中心孔T015950手動(dòng)3粗車(chē)輪廓T0225 25500200(7)零件粗精加工程序(FAUNCTD系統(tǒng))N0010 G50 X150.0 Z200.0;N0020 G00 X60.0 Z1.0 S320 T0202 M08 M03;N0030 G71 P0040 Q0050

17、U1.0 W0.5 D4.0 ;N0040 G00 X24.0 S320;G00 X24.0 S320;G01 X29.85 W2.925 F0.15;W16.15;X26.0. W1.925;W5;X36.0 W10.0;W10.0;G02 X30.0 Z9.0 I12.0 K9.0;G02 X40.0 Z69.0 I20.0 K15.0;G03 X40.0 Z99.0 I20.0 K15.0;G02 X34.0 Z108.0 I12.0 K9.0;G01 W5.0;X56.0 W41.0;N0050 W11.0;N0055 G00 X150.0 Z200.0 M05 T0200 M09;N

18、0056 T0303 M08 M03;N0060 G70 P0040 Q0050;N0070 G00 X150.0 Z200.0 M05 T0300 M09;N0080 T0404 S320 M03 M08;N0090 G00 X36.0 Z3.0;N0100 G92 X29.05 Z22.0 F3.0;N0110 X29.05;N0120 X28.75;N0130 X28.45;N0140 X28.25;N0150 X28.05;N0155 X28.05;N0160 G00 X36.0 Z4.5;N0170 G92 X29.45 Z22.0 F3.0;N0180 X29.05;N0190 X28.75;N0200 X28.45;N0210 X28.25;N0210 X28.05;N0220 X28.05;N0230 G00 X150.0 Z200.0 T0400 M05 M09;N0240 M30；結(jié)束語(yǔ)：本論