机床零件范文
机床零件范文（精选9篇）
机床零件 第1篇
轴流转桨式水轮机的转轮由转动叶片和转轮体两部分构成, 一般情况下转动叶片的数量在4~6片之间, 叶片形状多为扇形, 而外缘型线为曲面。根据规定的尺寸和形状对叶片外圆进行加工, 保证加工过的叶片能满足转轮体的曲面及间隙要求。由于加工的零件部位为叶片的外圆, 而叶片外缘呈球形或者半球形等有弧度的曲面, 因此加工刀具行走的轨迹需贴合叶片外圆。
首先我们从传统加工弧形线的方法着手, 普通机床加工弧形线零件都是依靠靠模完成的, 具体示意图如图1所示, 它是由两个刀架、弧形靠模、弹簧刀杆完成加工的, 弹簧刀杆带动刀具沿靠模运动, 而刀具的运动轨迹就是加工零件的弧形轨迹, 用这样一种原理完成普通机床对曲面零件的加工。如图1为加工弧形线的传统方法:
2 设备要求
由于普通机床加工的零件造型都较为简单, 因此加工曲面零件必需具备的工具有:刀架2个、靠模、弹簧刀杆和大的加工尺寸范围。加工尺寸范围的计算方法是2倍的弹簧刀杆、加工转轮直径和靠模长度尺寸三者之和就是设备的加工尺寸范围。当弹簧刀杆长0.6m、加工转轮直径为2.5m、靠模尺寸长度为0.3m时, 加工的立车尺寸应在5m左右。大部分转桨水轮机的转轮直径都在3m左右, 所以常用的立车尺寸也在5m之上。5m大的立车对生产上来说, 生产安排和设备方面都有些困难, 大尺寸的立车和靠模装置都需要大成本的投入, 因此我们需对立车尺寸进行缩小, 尽量省去靠模装置, 将立车尺寸缩小至3.4m, 同时还要保证水轮机转轮叶片的外圆加工。
水轮机转轮叶片的转轮直径在2.5m, 要利用3.4m的立车完成加工, 靠模装置的尺寸是根本不符合的, 在不使用靠模装置的前提下利用普通机床完成曲面加工得从刀具方面入手, 在刨床加工刀具中, 有一种用来加工弧形部件的样板刀, 而加工出来的精度基本符合加工要求, 然而样板刀有一个缺点, 它在加工过程中与工件会有大面积的接触, 因此不仅是工件, 刀具也需要承受较大的切削力, 立车和刨床首先在结构组成上就不同, 自然切削方式上也不一样, 切削方式就决定了切削的受力方向, 因此, 不同的加工方式对刀具的要求也不相同, 因此在立车上使用的样板刀需特别制作, 而找正、装夹和对刀等环节和刨床也不相同, 为了防止加工过程中出现工件挤动和刀具松动等现象, 装夹和对到过程都需要特别注意, 以免影响加工进度。如加工过程使用了靠模装置, 加工位置应选在叶片全关闭处, 当转轮直径在2~3m左右时, 一般走刀的实际长度在70~100mm左右, 这样可以为样板刀创造更多的有利条件, 如图2所示为样板刀的加工图示:
立车使用的样板刀与刨床基本相近, 当加工的叶片外圆弧线较长时, 将样板刀做成两块进行加工, 反之一块就可完成曲面加工。
3 操作注意事项
(1) 用样板刀加工叶片弧面前需标注出叶片旋转的垂直线和中心线, 以保证加工的精确度。首先将道具的位置固定下来, 固定位置必须满足牢固、稳定和准确等要求。而刀具的中心线与转轮叶片的旋转中心需重合。
(2) 在加工过程中样板刀与工件接触面积过大会造成工件松动和刀具磨损等现象, 需对切削方式进行改进, 以减小精加工过程中切削力和进刀量。而粗加工过程中的走刀轨迹是由球形轨迹长度和转轮叶片外圆直径决定的, 通过计算可以获得。
(3) 在精加工过程中, 由于立车和刨床的走刀方式不一样, 所以不能使用自动走刀, 为了准确的控制进刀量只能利用手动进刀的方式来控制。进刀过程中需要密切观察刀具的变化情况, 尤其是刀具与工件的接触面积, 当面积过大、刀台抖动剧烈、发出怪声等现象时, 应立即停止加工。
(4) 检查加工精度的方法是将样板装在刀架上, 让工件处于旋转状态, 用塞尺衡量工件与样板间的差距。
4 总结
样板刀在立车中的应用既缓解了设备能力不足又将现有机床发挥到了极致, 同时还减少了工装模具的成本, 挖掘了立车加工弧形曲面的潜能。
摘要：普通的机床通常是用来加工式样较为简单的零件, 当使用它来加工一些精密度较高的曲面零件时, 需具备一定的条件, 如何在现有普通机床的条件下加工弧形曲面工件是生厂商特别关注的问题, 本文将刨床中的样板刀经改造后制成特制样板刀, 以轴流转桨式水轮机的转轮加工为例, 探析曲面零件用普通机床加工中的工艺, 以提高加工零件的精度和加工效率。
关键词：普通机床,曲面加工,工艺研究
参考文献
[1]张基仁.车削薄壁套外圆的简易工装[J].现代制造工程, 1995 (5) .[1]张基仁.车削薄壁套外圆的简易工装[J].现代制造工程, 1995 (5) .
机床零件 第2篇
说 明 书
姓名：张淞
学号：201212145
班级：机电
112033
第一章 设计概述
设计题目： 数控机床轴类零件加工工艺分析
设计意义： 本次毕业综合实训实践项目为轴类零件的加工及工艺分析，用所学理论知识和实际操作知识，在工作中分析问题、解决实际问题的能力同时达到对我们基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。加强对在加工机械零件时的零件工艺分析、加工精度、刀具机床的选用、刀具补偿，工件的定位与装夹的分析等。同时提高我们编写技术文件、编写数控程序、仿真数控机床操作的独立工作能力。
设计概述（观点）：数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不但发展和应用领域的扩大，对归计民生的一些重要行业(IT、汽车、医疗、轻工等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势.发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性保证.数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。
选这个题目的目的是它能体现出对所学知识的掌握程度和灵活 规范的运用所学知识，用所学的知识来完成一份成功的毕业设计是必不可少的。
此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。
第二章 零件图车削加工工艺分析
零件材料处理为：45钢，调制处理HRC26～36，下面对该零件进行数控车削工艺分析。零件如下图所示：
图
1.1零件图
技术要求：
1.以小批量生产条件编程。2.不准用砂布及锉刀等修饰表面。3.未注倒角0.5×45°。4.未注公差尺寸按 GB1804-M。
（说明：零件图中英文字母可根据实际情况定数据，为方便设计。A取19mm.B取29mm.）
mm.C取17mm.D取21mm.E取232.1数控加工工艺基本特点
数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因而有如下特点：①数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂，加工的精度高，加工的表面质量高，加工的内容较丰富。②数控机床加工程序的编制比普通机床工艺编制要复杂些。这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序内容，正是由于这个特点，促使对加工程序正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错。否则加工不出合格的零件。
在编程前一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图1.1要对该零件进行精度分析，选择加工方法、拟定加工方案、选 4 择合理的刀具、确定切削用量。该零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成，其中较严格直径尺寸精度要求的如Φ28±0.02mm,ф
mm,轴线长度的精度如5±0.04mm，mm。可控制球面形状27.5±0.04mm，粗糙度3.2μｍ，球面Sф精度30°的锥度等要求。
经分析，可以采用以下几点工艺措施：
（1）零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱ф28±0.02mm、фmm，轴向长度5±0.04mm、27.5±0.04mm，球Sф
mm，在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为ф28mm、ф23.005mm长度5mm，27.5mm，球Sф29.015mm即可。[注：上述坐标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）]（2）在轮廓曲线上，有四处圆弧依次相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。为了保证其轮廓曲线的准确性，通过计算到端部R5mm的圆弧与直线的切点坐标为（2.922，0），与R17mm的圆弧切点坐标为（7.791，-6.136），R17与Sф29（11.210，-20.791），Sф29-37.739），R5mm与ф2
3mm的切点坐标为
mm与R5mm的切点为（12.271，mm的切点坐标为（11.5，-40.406）。[注：上述坐标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）。]（3）为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件的左端是螺纹，中段最大的直径的圆柱 5 ф28mm。右端是依次相连的圆弧，显然右端都是圆弧相连不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端螺纹及圆柱ф28mm。调头装夹ф28mm的圆柱加工右端圆弧，毛坯选ф30×120mm。
2.2设备选择
根据该零件的外形是轴类零件，比较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。选择数控机床HNC-CK6140加工该零件。数控机床HNC-CK6140实物图见附录一。
2.3确定零件的定位基准和装夹方式
2.3.1粗基准选择原则
（1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。
（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。（3）粗基准应避免重复使用。
（4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。
2.3.2精基准选择原则
（1）基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准；（2）基准统一原则；（3）自为基准原则；（4）互为基准原则。
2.3.3定位基准
综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯ф35mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。
2.3.4装夹方式
数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，应先装夹毛坯ф30mm的棒料的一端，夹紧其40mm的长度加工螺纹。一直加工到零件右端的ф23mm，然后将棒料卸下。装夹ф28mm的圆柱表面，加工另一 7 端的圆弧。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。装夹图如下：
图2.3.1 加工螺纹的装夹图
图2.3.2 加工圆弧的装夹图
2.4加工方法的选择和加工方案的确定 2.4.1加工方法的选择
加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。如ф28±0.02mm，ф29
mm，ф2
3mm等，在普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在数控车床上加工。
2.4.2加工方案的确定
零件上精度比较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。该零件有两种加工方案：①直接用三抓卡盘装夹、调头加工。②用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。
2.5工序与工歩的划分 2.5.1按工序划分
工序划分有三种方法： ①按零件的装夹定位方式划分工序 ；②按粗、精加工划分工序 ；③按所用的刀具划分工序。由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。
2.5.2工歩的划分
因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩；这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易：
①车削螺纹端的工歩为:90°外圆车刀平端面─→右端面外圆车刀车削1.5×45°的倒角，ф21×25mm─→端面ф28mm─→圆柱ф28mm─→30°的锥台面─→ф2
3×10mm─→切槽刀切槽5×1.5mm─→外螺纹车刀车削MD×1.5mm。
②车削圆弧端的工歩为：90°外圆车刀平端面─→右端面外圆车刀圆弧R5mm─→圆弧R17mm─→球ф29→ф23×5mm─→切槽刀切槽5×1.5mm
mm─→圆弧R5mm─ 2.6确定加工顺序及进给路线
2.6.1零件加工必须遵守的安排原则
（1）基面先行
先加工基准面，为后面的加工提供精基准面，所以应先选平右端面作为基准面。
（2）先主后次
由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左依次加工MD×1.5mm，ф28mm，ф23后一次加工R5mm，ф29
mm，ф23
mm等。
mm螺纹调头（3）先粗后精 先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺寸要求和质量要求。
（4）先面后孔 由于该零件没有孔，所以在该处不做考虑。
2.6.2进给路线
在数控加工中，刀具对好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：
（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；
（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，确定该零件的进给路线有两步。如下图所示：
图2.6.1 零件轮廓
第一步: 车削带有的螺纹的一端，从右到左先粗车外形ф21mmm、ф28mm、ф2
3mm到槽5±0.04mm的左端面处后，精车外形路线同粗车一样，再换刀切削5×1.5mm的槽，最后再换刀切削螺纹。如图2.6.2螺纹加工路线。
图2.6.2 螺纹加工路线 第二步: 车削带有圆弧的一端，从右到左先粗车外形R5mm、R17mm、ф29mm到ф2
3mm后2mm后精车外形路线同粗车一样。最后切削5±0.04mm的槽。如图2.6.3螺纹加工路线。
图2.6.3 圆弧加工路线
2.7刀具的选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、硬度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应，结合零件轮廓相对还是较复杂。所以具体选刀如下：
1、平端面可选用90°WC-Co的硬质合金外圆车刀，粗车、精车时在这里选择一把硬质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削 13 时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉，副偏角应选择Kr′大一点的，取Kr′=40°右端面外圆车刀。
2、切槽时由于零件中槽宽5±0.04mm，一般都选刀宽4mm,刀杆25×25mm，材料为高速钢W18CrV4R的切断刀，切槽时选用4mm 刀宽即可。
3、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用W18CrV4R高速金60°外螺纹车刀，为了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径Rε，Rε=0.15～0.2mm。
使用刀具如表7-1所示：
表2.7.1 数控车加工刀具卡片
刀具规
序号 刀具号
格名称 1 2 3 4 T01 T02 T03 T04
数量 加工表面 备注
90°硬质合金外圆车刀
右端面外圆车刀 1 高速钢切槽刀 1 60°高速钢外螺纹车刀
平端面、粗车轮廓 精车轮廓 切槽 车削螺纹
右偏刀 右偏刀
2.8切削用量选择
切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是：粗加工是一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工是应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
2.8.1背吃刀量的选择
零件轮廓粗车循环时选ap=2mm，精加工时选ap=0.2mm，螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐刀减少粗车4次后，精车时选ap=0.1mm。
2.8.2主轴转速的选择
粗车直线和圆弧时n=800r/min，精车时n=1500r/min，切槽时n=600r/min，切螺纹时n=300r/min，精车时选n=300r/min。粗车和精车的主轴转速的选取应具体问题具体分析。
2.8.3进给速度的选择
粗车直线、圆弧时选F=150mm/min，精车时选F=50mm/min，切槽时选F=8mm/min，粗车螺纹时选F=100mm/min，精车时选F=50mm/min。
综上所述，零件的数控车削工艺分析的内容，并将其填入在表 8-1 所示的数控工艺卡上。工艺卡片上其主要内容有：工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。
表2.8.1 数控车削加工工艺卡片（1）
工序号 001 工步号 程序编号
工步内容
夹具名称 三抓卡盘
刀具规
刀具号
使用设备 华中数控CK6140
零件图号 GDSKC020114
主轴转速/进给速度/背吃刀量
备注 对刀、平端面及试切外圆 T01 从右至左
T02 粗车轮廓 从右至左 T02 精车轮廓 4 切槽 T03 5 粗车螺纹 T04 6 精车螺纹
T04 工步号 工步内容 加工面 对刀平端面及试切ф30mmr外圆 毛坯表面 粗车倒角1.5×45°mm 倒角面 粗车фMD×25mm Ф21的圆柱面 3 粗车ф28mm的端面 ф28的端面 4 粗车ф28×13.169mm的圆柱表面 ф28的圆柱表面 粗车ф30°的锥面 °30锥面 6 粗车ф23×10mm ф23的外圆柱表面 精车倒角1.5×45°mm 倒角面 精车фMD×25mm Ф21的圆柱面 9 精车ф28mm的端面 ф28的端面 10 精车ф28×13.169mmф28的圆柱表面
格/mm
（r·min-1）（mm·min-1）/mm 25×25 500 50 手动 25×25
800
150
自动
25×25 1000 50 0．2 自动
25×25 800 8 1.5 min/
r 自动
25×25 300
自动 25×25
300
主轴转进给速
刀具刀具规格速度/
号 /mm /(r/min（mm/
背吃刀量/mm 备注）min)T01 25×25 500
手动
25×25
800
2 自动 T02 25×25 800 150 2 自动 T02 25×25 800 150 2 自动 T02 25×25 800 150 2 自动 T02 25×25 800 150 2 自动 T02 25×25 800 150 2 自动 T02 25×25 1000 50 0.2 自动 T02 25×25 1000 50 0.2 自动 T02 25×25 1000 50 0.2 自动 T02
25×25
1000
0.2
自动 11 12 13 14 15 002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 的圆柱表面 精车30°的锥面 精车ф2330°锥面 的外圆柱表面
T02 25×25 T02 25×25 T03 T04 T04 T01 T02 T02
25×25 25×25 25×25
25×25 25×25 25×25
1000 50 1000 50 800 300 300 800 800 800 800 800 800 50 50 50 150 150 150 150 150
0.2 0.2 2 2 2 2 2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
自动 自动 自动 自动 自动
手动 自动 自动 自动 自动 自动 自动 自动 自动 自动 自动 自动 ×10mm ф23切槽5×1.5mm 粗车фMD×1.5mm 精车фMD×1.5mm ф18的外圆柱表面 фMD×1.5螺纹面 фMD×1.5螺纹面
平右端面 右端面 粗车R5mm的圆弧 R5的曲面 粗车R17mm 的圆弧 R17 的曲面 粗车Sф29mm的车Sф29R5的曲面 ф23的圆柱面 的球面
T02 25×25 T02 25×25 T02 25×25 T02 25×25 T02 25×25 T02 25×25 T02 25×25 T02 25×25 T03 25×25 球面
粗车R5mm的圆弧 粗车ф×23×4.406mm 精车R5mm的圆弧 R5的曲面 精车R17mm 的圆弧 R17 的曲面 精车Sф29mm的Sф29的球面
1000 50 1000 50 1000 50 1000 50 1000 50 800 球面
精车R5mm的圆弧 精车ф23×4.406mm 切槽5±0.04mm R5的曲面 ф23的圆柱面
Ф19.5的圆柱表面
表2.8.2 数控车削加工工序卡片（2）
2.9编程误差及其控制 2.9.1编程误差
编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。因为这是经过笔算的数值，存在着较大的误差。2.9.2误差控制
为了尽可能的减少笔算误差，采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” ─→“查询” ─→“点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.1～0.2）倍的零件公差值内。
第三章.编程中工艺指令的处理
3.1常用G指令代码功能表
3.1.1 数控车床G功能指令（HNC-22T）
代码 *G00 G01 G02 G03 G33 G04 G07 *G11 G12 *G17 G18 G19 G20 组 意义 代码
快速点定位 G28 直线插补 G29 01 顺圆插补 *G40 逆圆插补 G41 螺纹切削 G42 00 暂停延时 G43 16 虚轴设定 G44 单段允许 *G49 07 单段禁止 *G50 XY加工平G51 面
ZX加工平G24 02 面
YZ加工平*G25 面
08 英制单位 G68
组 00 09
意义 回参考点 参考点返回 刀径补偿取消 刀径左补偿 刀径右补偿 刀长正补偿
03
05
代码
组
意义
局部坐标系设定 机床坐标系编程 工件坐标系1～6选择 工件坐标系设定 宏指令调用
G52
00
G53 *G54～G59 G92 G65 00
04 注：①表内00组为非模态代码；只在本程序内有效。其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。②标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。
3.2常用M指令代码功能表
表3.1.2 常用M指令代码
代码 作用时作用时作用时组别 意义 代码 组别 意义 代码 组别 意义 间 间 间
程序暂主轴准★ ★ M00 00 M06 00 自动换刀 M19
停 停
程序结条件暂★ 开切削液 M30 ★ M01 00 M07 # 00 束并返
停
回
程序结更换工b 开切削液 M60 ★ ★ M02 M08 # 00 束 件 M03 M04 M05 # # ★ 主轴正
M09 转 a 主轴反M10
转 主轴停
M11 转
★
c
松开
关切削液 M98 夹紧
M99
00 00
子程序调用 子程序返回
注：①表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。
②作用时间为“★”号者,表示该指令功能在程序段指令运动完成后开始作用；为“# ”号者，则表示该指令功能与程序段指令运动同时开始。
第四章 程序编制及模拟运行、零件加工或程序段号 001 N01 N02 N03 N04 N05 N06 N07 N08 N09 N10 N11 N12 N13 N14 N15 N16 N17 N18 N20 N21 N22 N23 N24 N25 N26 N27 N28 N29 N30 N31 N32 N33
精度自检
程序内容 程序注释
%0001
；程序起始行 T0101
；右端面外圆车刀 M03S800
；主轴正转 G00X35Z3
；循环起点 M08
；开切削液 G71U1R2P06Q13X0.2Z0.2F150
；粗车轮廓 G00X18Z3S1000
；快速定位 G01Z0F50
；精车起点 X21Z-1.5
；精车倒角 Z-25
；精车ф21的外圆 X28
；精车ф28的端面 Z-38.169
；ф28的外圆表 X23.05Z-47.5
；30°的锥面 G01W-10
；фE的外圆面 G00X100
；退刀快速定位 Z100
；退刀快速定位 T0202
；换切槽刀 G00X32Z-25
；快速定位 G01X18F10
；切槽至ф18 G04P3
；暂停修光 G00X25
；快速定位 W1.5
；快速定位 G01X21
；倒角起点 X18W-1.5
；倒角1.5 G04P3
；暂停修光 G00X100
；退刀快速定位 Z100
；退刀快速定位 T0303
；换外螺纹车刀 G00X30Z3S300
；车螺纹循环起点 G76C2R2E3A60X19.04Z-22K0.974U0.32V0.16Q0.5F1.5
；车螺纹
G00X100Z100
；退刀快速定位 M09
；关切削液 M05
；主轴停转 20 N34 002 N01 N02 N03 N04 N05 N06 N07 N08 N09 N10 N11 N12 N13 N14 N15 N16 N17 N18 N19 N20 N21 N22 N23 N24 N25 N26 N27 M30 %0001 T0101 M03S800 G00X30Z3 M08 G71UI1R2P06Q12E0.2F200 G00X5.844Z3S1000 G01Z0F80 G03X15.582Z-6.136R5 G02X22.420Z-20791R17 G03X24.542Z-37.739R14.508 G02X23.05Z-40.406R5 G01Z-44 G000X100 Z100 T0202 G00X35Z-46.5 G01X19F10 G04P3 G00X35 Z-47.5 G01X19 G04P3 G00X100 Z100 M09 M05 M30
；程序结束并返回
；右端面外圆车刀 ；主轴正转 ；循环起点 ；开切削液 ；粗车轮廓 ；快速定位 ；精车起点
；精车R5的圆弧 ；精车R17的圆弧 ；精车ф29的圆弧 ；精车R5的圆弧 ；фE的外圆面 ；退刀快速定 ；退刀快速定位 ；换切槽刀 ；快速定位 ；切槽至ф19 ；暂停修光 ；退刀 ；快速定位 ；切槽至ф19 ；暂停修光 ；退刀 ；退刀 ；关切削液 ；主轴停转
；程序结束并返回
4.1程序编制
注:程序编制中有关数值单位一律采用毫米(mm)制
4.2模拟运行
数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改后保存，再次 调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。
（注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。）
4.3零件加工
装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。
4.4精度自检
将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达到零件的技术要求即可。
总结
=大学生活即将结束，但在这段时间里面觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻所学专业的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。
在设计中得到了老师和小组同学的指导与帮忙，非常感谢！同学都是那么认真投入，相互支持和鼓励的奋进，想像我们以后在工作中也会有这种拼搏的精神。
附 录
主要仪器设备： 数控车床
机床零件自动分拣配送控制系统研究 第3篇
机械零件自动分拣配送系统是重型机床制造厂现代化水平的重要标志，其自动化程度的高低会影响机床厂的生产效率和管理水平。过去一直沿用的人工手推加天吊才能将零件从库中运到机床附近，这种做法工作效率低，劳动强度大，存在安全隐患。机床零件自动分拣配送系统的分拣、配送主要由人工来完成，工作效率较低，尚存在安全隐患。针对机床制造厂存在的上述问题，我们提出了机床零件自动分拣配送控制系统，该自动分拣配送控制系统能够实现零件从仓库与机床间快速、准确的分拣与配送全过程。该系统由可编程序控制器PLCS7-200/300、CMF400-CLV420激光条码及ProfiBUS-DP现场总线控制系统组成，并对该控制系统进行了实验研究，同时取得了阶段性成果。
一、系统构成与工作原理
（一）、自动化系统组成
自动分拣配送控制系统包括仓储单元、传送单元、分拣单元、出库单元、分拣单元以及控制装置，自动分拣配送控制系统组成如图1所示[1]。
（二）、控制系统
控制系统由可编程程序控制器S7-200/300、SICK通讯卡CMF400、激光条码CLV420及计算机组成，通过硬件组态设置EM277、CMF400属性，将各参数正确调整后下载到S7-300中[2]，其中CMF地址为3，S7-200地址分别为35和45，Profibus-DP通讯控制系统如图2所示。
控制系统工作原理。该系统通过S7-300接受SICK-CLV420激光条码扫描信息，并对该信息进行分析判断处理后，发送至S7-200，由S7-200执行相应的控制程序，并发出控制指令，控制相应的传送带与分拣机构按照要求进行运转。
非零库存运行过程。零件经光电传感器检测后，由主令开关向S7-200发出指令，S7-200执行程序驱动入库滚针轨道，由SICK-CLV420条码对商品进行入库检测，通过分拣装置，将零件送入不同的螺旋存储单元；当某台机床需要零件时，工作人员就地发出指令，螺旋仓库可自动将零件出库；经过分拣控制，不同的零件再经过SICK-CLV420条码机进行出库检测，SICK条码机识别后，反馈给S7-300；S7-300判断后将信息发送至分拣单元，再由S7-200执行分拣程序即可完成分拣动作。
零库存运行过程。當机床需要零件量较大时，系统会选择快速传送通道，即零库存传送方式。该方式零件的运行将不需要通过仓储单元，直接传送到分拣轨道进行出库检测，这样就可以快速的为车间提供所需零件，如图3所示。
二、软件设计
该系统的控制程序由S7-300主站程序，S7-200和SICK-CMF400从站程序组成。SICK-CLV420激光条码作为检测识别装置，在ProfiBUS-DP通讯网络中，S7-300完成整个系统的控制。
（一）自动出库控制程序
在仓储单元S7-200程序中，I0.1、I0.2为主令按钮，用于对系统发出中断请求指令；I0.3、I0.4、I0.5、I0.6为光电传感器；Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3为传送带电机；Q0.4、Q0.5为指示灯；I0.0为急停按钮。当系统运行时，指示灯被点亮，工作人员发出对某零件的中断请求指令，该指令发送至S7-200后[3]，出库电机开始运转，将零件传送至检测轨道，位于检测轨道上方的SICK-CLV420条码被触发，完成零件条码识别，并将该信息传递至S7-300，出库控制梯形图程序如图4所示，S7-300信息控制程序如图5所示。
（二）自动分拣控制程序
在分拣单元S7-200程序中，I0.3、I0.4为光电传感器；Q0.0、Q0.1为传送电机；I0.2为急停按钮。程序中通过计数器与定时器，S7-300以及SICK-CLV420条码，可以实现对不同零件的准确分拣。当系统运行时，SICK激光条码对零件的条码进行识别后将信息发送至S7-300，S7-300通过程序判断零件的类别后，再将指令发送给S7-200，S7-200接收到S7-300的指令后，按程序运行即可自动将零件按要求分拣，分拣控制部分程序如图5所示[4]。
（三）ProfiBUS-DP通信程序
在SICK系统中进行CMF400-CLV420属性设置[5]，对标准13位条码进行参数设置，选定32位数据传送格式；在S7-300中激活SFC14、SFC15功能块，编写如图6所示通信程序，并将此程序下载S7-300中。
该实验研究对ProfiBUS-DP现场总线通信技术进行了研究开发，并成功的将该技术应用于重型机床厂机床零件自动分拣配送控制。该系统利用可编程控制器与激光条码相结合，实现了零件自动入库、自动出库和自动分拣。重力螺旋立体仓库改变了传统的设计理念，巧妙地利用了商品自身重力，实现了无动力出库过程；分拣装置很好的完成了商品的分拣过程，将复杂的动作过程变得简单、快捷。由以上实验研究结果表明：ProfiBUS-DP现场总线通信技术与SICK-CMF400-CLV420激光条码技术相结合，该项技术可以推广到机械制造、商品包装、物流生产线等领域。
（作者单位：1.齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司中件事业部；2.东北石油大学机械科学与工程学院）
[1]李绍炎.自动机与自动线[M]，北京：清华大学出版社，2006
[2]胡仁喜，张红松，刘昌丽.SolidWorks机械设计工程实践[M]，北京：科学出版社，2007
[3]崔 坚，李 佳.西门子工业网络通讯指南[M]，北京：机械工业出版社，2004
[4]高鸿斌，孔美静，赫孟合.西门子PLC与工业控制网络应用[M]，北京：电子工业出版社，2006
线切割机床零件加工工艺分析 第4篇
关键词：线切割,工艺技术,加工技巧,加工质量
一、线切割机床零件加工工艺分析
影响线切割加工零件表面质量的认为因素的控制与改善
深入分析影响电火花切割加工零件表面质量的各种相关因素, 专家们提出了改善并提高线切割加工工件精度和表面质量的措施和方法。
电火花线切割机按切割速度可分为快走丝和慢走丝两种, 由于快走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度一般在Ra=1.25~2.5μm范围内, 而慢走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度通常可达到Ra=0.16μm, 且慢走丝线切割机的圆度误差、直线误差和尺寸误差都较快走丝线切割机好很多, 所以在加工高精度零件时, 慢走丝线切割机得到了广泛应用。
由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式, 即线电极在运动过程中完成加工, 因此即使线电极发生损耗, 也能连续地予以补充, 故能提高零件加工精度。但电火花线切割机工作时影响其加工工作表面质量的因素很多, 特别是慢走丝线切割机更需要对其有关加工工艺参数进行合理选配, 才能保证所加工工件的表面质量。
人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择, 这可以通过以下几点来实现:
1、加工前的准备
(1) 加工工件必须是可导电材料。
(2) 工件加工前应进行热处理, 消除工件内部的残余应力。另外, 工件需要磨削加工时, 还应进行去磁处理。
(3) 工件在工作台上应合理装夹, 避免电极丝切割时割到工作台或超程, 损坏机床。工件装夹时, 还应对工件进行找正, 可以用百分表或规块进行校正。
(4) 穿丝孔位置需合理选择, 一般放在可容易修磨凸尖的部位上。穿丝孔的大小以3~10mm为宜。
2、实施少量多次加工
对于这个量, 一般由机床的加工参数决定, 根据使用DK77线割机的经验, 除第1次加工外, 加工量一般是由几十微米逐渐递减到几个微米, 特别是加工次数较多的最后一次, 加工量应较小, 即几个微米, 以至加工次数越多工件的表面质量越好。由于减少线切割加工时材料的变形可以有效提高加工工件表面质量, 因而应采用少量、多次切割方式。在粗加工或半精加工时可留一定余量, 以补偿材料因原应力平衡状态被破坏所产生的变形和最后一次精加工时所需的加工余量, 这样当最后精加工时即可获得较为满意的加工效果。
3、合理电规准的选择
大多数的线切割加工采用一个固定的电规准自始至终进行加工。若工件尺寸精度和表面粗糙度要求较高, 则必须采用小的脉冲能量的电规准进行加工, 以提高加工精度和改善加工表面粗糙度, 但是加工速度将会降低。
当切割对象是尺寸精度和表面粗糙度要求不高的零件, 或者对理化性能特殊的材料实行切割加工时, 应采用大的脉冲的能量。
采用相同的电规准加工部同厚度的工件材料时, 工艺效果不同, 因此电规准必须视工件厚度的变化而变化。厚度薄时, 可采用小的电规准, 而厚度大时, 应采用大的电规准。
脉冲宽度与放电量成正比, 脉冲宽度大, 每一周期内放电时间所占比例就大, 切割效率高, 加工稳定。脉冲宽度小, 放电间隙又较大时, 虽然工件切割表面质量很高, 但是切割效率会很低。
脉冲宽度与放电量成反比, 脉冲间隔越大, 单个脉冲的放电时间就越少, 虽然加工稳定, 但是切割效率低, 不过对屑有利。加工电流与放电量成正比, 加工电流大, 切割效率高, 但工件切割表面粗糙度将会增大。
4、切割路线的确定
在整块坯料切割加工时, 坯料的边角处变形较大, 尤其是淬火钢和硬质合金, 因此, 确定切割路线时, 应尽量避开坯料的边角处。一般情况, 合理的切割路线应将工件与其夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端, 尽量采用穿孔加工以提高加工精度。这样可保持工件具有一定的刚度, 防止加工过程中产生较大的变形。
二、影响线切割加工工件表面质量的材料因素的控制与改善
为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品, 必须对所用工件材料进行细致考虑, 工作液的选择, 这主要应从以下几方面着手:
1、化学因素
由于工件材料不同, 熔点、气化点、导热系数等都不一样, 因而即使按同样方式加工, 所获得的工件表面质量也不相同, 因此必须根据实际需要的表面质量对工件材料作相应的选择。
2、物理因素
由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大, 在对热处理后的材料进行加工时, 由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏, 从而可能影响零件的加工精度和表面质量为了避免这些情况, 应选择锻造性好、淬透性好、热外理变形小的材料。
3、工作液的合理配置
慢走丝机床工作液是去离子水, 基本上无需考虑工作液的配置。但是快走丝机床的工作液是乳化液, 因而必须根据工件的厚度变化来进行合理的配置。工件较厚时, 工作液的浓度应降低, 增加工作液的流动性, 工件较薄时, 工作液的浓度应适度提高。
总结
影响电火花线切割加工工件表面质量的因素很多, 但只要对其进行系统的分析和科学的分类, 就可以对这类复杂而且零乱的因素进行控制与调配, 从而改善提高工件的精度和表面质量。
参考文献
[1]数控线切割加工基础知识, 中国数控网。
[2]程仲文:《线切割机床加工零件时的误差分析及补偿措施》, 学术期刊。
典型薄壁零件在数控机床的车削加工 第5篇
一、产品形状与材料分析
2014年3月我校校企合作生产车间接到了一批薄壁类零件。该零件孔壁较薄、直径较大, 加工精度要求高, 给我们的实际生产带来了一定的难度。本产品的外形是由直径为98mm, 长度为13mm的外圆和直径为93mm, 长度为7mm的外圆组成, 内轮廓包括有两个不同尺寸的内孔, 其中一个直径为95mm, 长度为12mm的内孔, 另一个直径为89mm, 长度为8mm的内孔, 产品的形状如图1所示。经过分析, 该零件材料是AL6082-T6。该材料属于热处理可强化铝合金, 具有良好的可成型性、可焊接性、可机械加工性能, 同时具有中等强度。主要用于机械结构方面, 包括棒材、板材、管材和型材。其抗拉强度σb (MPa) :≥245, 条件屈服强度σ0.2 (MPa) :≥140, 属于易加工金属材料。该零件的壁厚分别为1.5mm和2mm。加工时很容易发生塑形变形, 为了克服此问题我们制定出合适的加工工艺, 在加工时分为粗加工、时效处理、精加工和半精加工, 以达到我们的生产目的, 见图1, 图2。
二、产品加工工艺制定
1加工路线安排
由于零件左边外圆Φ93±0.03处对零件右端Φ98±0.03有较高的同轴度要求, 为了保证同轴度我们在精加工时采用一次装夹完成所有加工。具体加工工艺路线安排如下。
①粗车内轮廓Φ88.5、Φ94.5至尺寸精度要求。
②粗车外轮廓Φ93.5、Φ98.5至尺寸精度要求加工出来如图2所示的粗加工产品图。
③切断, 保证总长20.1。
④时效处理, 消除内应力。
⑤重新装夹, 半精车、精车内轮廓Φ95±0.03、Φ89±0.06至尺寸精度要求。
⑥半精车、精车外轮廓Φ98±0.03、Φ93±0.03至尺寸精度要求。
⑦零件切断。
⑧手动刮出锐边为0.5×45°的倒角。
⑨检测, 合格交货。
2毛坯选择
根据工艺安排, 为了节省工件材料, 我们选用外圆为100mm, 内孔为80mm, 长度为80mm的定制管料 (一次装夹粗车三件半成品) 。
(1) 刀具选择
为了保证工件的精度, 需要选择合适的刀具, 具体见表1。
三、产品加工过程
1装夹
如何能够保证零件与基准A处的同轴度呢?要求它在一次性装夹中完成零件全部表面的加工, 如何才能减少装夹对工件变形的影响, 这两个问题成为了精加工部分的问题关键。经过多次实验, 提出了一种大胆的设想。制作一专用夹具, 然后采用502胶水使零件在夹具上进行固定, 全方位的减少了在装夹时, 对工件产生的任何附加外力。如图3所示, 在零件粗加工轮廓增加一处用于粘胶水固定的装夹位。
2粗、精加工内、外轮廓
粗加工时采用先内后外的原则, 选用G71指令进行加工, 在加工完成后保留0.5的精加工余量, 内孔精加工余量保留时U为负值。精加工时, 由于要保证一次装夹完成整体工件地加工, 装夹时采用了胶水的直径粘贴法, 因此加工时受力不能太大, 因此精加工选择的切削用量为0.2mm, 进给为0.1mm/min。外形的精加工我们采用左偏尖刀从左到右直接加工到相应尺寸, 内孔加工直接采用普通的内孔车刀加工就行, 两把刀具的刀尖圆弧半径选择为0.4mm。最终加工到合格尺寸。
3切断
切断时容易使零件产生径向变形, 如何减少切断时对工件的变形影响, 主要从刀具方面入手。在保持刀具刚性的前提下, 缩短切断刀的刀头宽度, 从而减少刀具与零件的接触面积, 直接降低切削过程中的径向切削力。因此选用切断刀刀头宽度为1mm。切断时, 直接保证薄壁零件的长度公差, 并且做好0.5×45°的倒角。
四、产品质量检测
通过改进工艺后, 加工出的产品已经能够保证图纸的精度要求。但是在实际检测中发现, 产品质量依旧存在着一定的波动。经过多次检查、分析发现, 关键的波动来源于使用内、外径千分尺或游标卡尺测量工件尺寸时的径向力所引起的。因此, 我们对测量的工艺也做出了改进。
1外径的检测 (如图4所示) , 制作一专用校正棒, 长度尺寸为工件外圆最大直径尺寸98mm。测出该校正棒准确的尺寸数值, 然后, 将其放在一平口板上, 用千分表校正, 对应读数调整为0。采用此种方法测量工件, 既可减少径向力产生变形, 也能检测出工件的尺寸精度及圆度。
2内孔的检测, 采用通规和止规的办法来检测, 在产品加工前制作一个合适的通规和止规检测该产品, 防止采用内径千分尺或内径百分表测量时产生径向压力, 使产品发生变形。
结语
经过生产加工得出, 通过这种工艺地改进和检测方法地改进, 不仅能够保证产品的加工质量要求, 也能按时按量完成生产任务, 取得良好的经济效益。在生产的装夹中采用了502胶水粘住工件的办法, 有效地解决了半精加工和精加工时薄壁工件安装变形的问题, 为加工薄壁零件增加了多种方法和途径。在今后的生产实践中, 我会继续努力发挥自己的思维, 不断的开拓、创新, 争取在数控车削加工方面取得更大的进步, 为数控加工贡献自己的一份力量。
摘要：薄壁零件广泛应用于各个领域, 因此对薄壁零件的加工有着非常强烈的需求。本文针对薄壁零件在数控机床上的车削加工, 从产品分析、工艺制定、加工过程、产品检测等方面进行分析和阐述, 解决加工中出现的问题, 完成该产品的加工, 取得了良好的经济效益。
关键词：薄壁零件,数控车床,加工工艺
参考文献
[1]上海市金属切削技术协会.金属切削手册[M].上海科学技术出版社, 2006.
[2]李建功.机械设计[M].北京:机械工业出版社, 1999.
机床零件 第6篇
伺服系统是CNC机床数控装置和机床本体的中间环节,是数控机床工作非常重要的一部分,对于企业的机床伺服计算法则而言,其零件加工与传输系统的效率是最重要的,这关系到企业的产量与生产成本。
1 CNC机床利用率需要考虑的参数因素
机床利用率很大程度上依赖于零件传输装置(如起吊系统,悬垂传输机,AGVS,机器人系统或它们的组合)的数量和技术特性[2],依赖于机床操作工艺过程及采用的机床伺服规则。对此,相应的零件加工和传输设备的规格要考虑以下参数:每一机床的零件堆放缓冲能力;所有的夹具;不同种类零件的尺寸、形状及重量;每一机床的纯加工时间;零件的批量大小;除了考虑机床本身投资成本外,车间面积、空间的需求,人员及设备安装的安全要求也构成了附加的约束条件,并成为投资成本提高的因素[6]。
2 机床伺服计算法则需要考虑的参数函数
零件加工和传输系统设计的重要技术特性制约于可预见的生产流程中零件在机床、生产线、或装、卸等部件之间的传输速度[5]。零件传输速度以及传输装置的数量及能力,通常主要取决于机床的伺服法则,除此之外,传输速度还是以下参数的函数:加工、检查、安装各部件的数量,工厂的储藏能力等;每一部件的纯生产时间加上相应的零件装、卸时间;机床的零件堆放缓冲能力;拓扑结构及机床规划的规模。
3 机床伺服计算法则需要考虑的优先权问题
传输速度依赖于机床加工工艺流程(工艺流程根据以上同样的参数制定)以及最大的机床利用率要求。因此,批量生产的一组机床的操作工艺流程可以根据各种法则来处理[1]。如,给出最大机床利用率的统计最佳方法,在此方法中假定传输系统的响应能力足够大,且认为所有机床的伺服时间相同[1]。又如,提出与机床伺服时间的类似假定用于FMS控制系统,该系统基于下一决策步的延迟时间期望值计算。通常考虑到的两种机床伺服规则是:(ⅰ)最先需要伺服的机床或位置的优先权;(ⅱ)最昂贵的机床的优先权[4]。两种规则对零件传输系统要求不同,而在所有的参数中,机床或位置之间的距离最重要。
4 用于机床组成FMS的第三种比机床伺服法则
本文提出并建立了用于机床组成FMS的第三种比机床伺服法则及更有效的自控方法[1]。该法则把所需的零件传输速度用来作为计算标准,除了前面提到的所有参数外,还考虑了每一决策步传输装置的位置,移动速度及达到不同位置需移动的距离,并考虑了下一步加工零件的利用率及机床缓冲区的空间利用率。
下面给出此新伺服法则的实例,以用于最佳、最大的机床利用率的批量生产工艺流程。
4.1 法则分析
为了便于比较,最先需要伺服机床优先权法则与新法则同时考虑,那么对于这两种方法,需要应用两种条件:
(ⅰ)至少有一个零件可以用来传输到下一工艺流程(机床或位置等);
(ⅱ)在特定的机床存储缓冲区至少有一个零件的空位置。零件的装、卸与零件传输主系统相独立。
假定N台机床用来加工一给定的批量加工系列(n批,每批r1件,r1,,rn),并给定零件堆放缓冲区及每台机床加工每个零件的时间。整个加工过程仅一套零件传输装置,则对于t时刻的第m台(m=1、2、3、、n)机床,令:
U(m,t)=0, 如无零件传输到下一位置; (1)
U(m,t)=1, 至少有一个零件可传;
V(m,t)=0, 在m台机床缓冲区
一个零件位置也没有; (2)
V(m,t)=1 在m台机床缓冲区至少有一个零件位置。
设g(m,i)是第m台机床开始加工零件i的时间与时间原点(t=0)之间 的间隔,D是机床m与t 时刻传输装置位置之间的距离,V是其移动速度,则:
式(3)中R (m,t,i)表示剩余时间,即机床开始加工零件i的时刻与t时刻之间的间隔再减去t时刻开始传输装置移动到机床m处所需的时间。
由(3)式可得出新的机床伺服优先权法则(scop),只要令(3)式趋于极小,即:
并且
同时,在式(5)不为真的情况下,传输装置将取代该位置,从而使传输到下一机床位置的时间最短。
保护时间间隔△t为机床已伺服后的剩余时间,它可用来衡量或比较两种机床优先法则的有效性。假定t时刻伺服机床m与n,并有
且
当使用优先法则(ⅰ)时,机床n(由式(6))应首先伺服,则机床m必须满足:
若使用scop法则,由式(7),机床m将首先伺服,相应的安全时间间隔为:
由式(6)、式(8)、式(9)可得:
式(10)表明在任何情况下,按scop法则执行生产工艺流程的保护时间间隔更大,因此,对零件传输速度的要求也就更低。
4.2 模块化伺服方案
图1为一模块化的机床伺服方案。它主要由三个模块组成:(1)机床操作工艺流程模块;(2)机床优先权模块,即法则(ⅰ)和法则(ⅱ)或称scop法则;(3)传输系统速度模块。对于后者,原则上可以使算法最佳化。Scop模块流程图见图2所示,任何给定的零件传输系统的可行性可通过图1与不同的机床伺服法则和操作流程一起进行研究和检验。另一方面,对于给定的机床工艺流程(最佳化或不是),通过运用机床伺服scop法则,可获得最小零件传输速度。此最小零件传输速度则可作为进一步建立零件传输系统的标准,例如,两个而不是一个传输系统装置等等。这种情况在下面应用例子中加以说明。
4.3 法则的可行性
设N=6的一组机床加工与批零件r1=12, r2=8, r3=r4=20, r5=30。所有零件的加工顺序为123456,加工时间(s)(包括零件装、卸时间),机床零件堆放缓冲区能力及机床(m)之间的距离见表1。运用上述技术使机床利用率达到最高所得到的机床操作工艺流程见图3所示。将法则(ⅰ)用于图1后所得到的零件最小传输速度为v=42.6 mmin11,若用scop则此速度下降约18﹪,为v=34.8 mmin1。对此特例,牛顿-拉卜逊[3]最佳化算法(见式(4))被用来对函数R (m,t,i)进行最小化。实例表明了法则的可行性。
5 应用实例
如图4,卧式CNC机床的组成是:CNC控制器、伺服驱动及电机、电器柜和CNC机床机架四部分。
工作流程:卧式CNC机床通过CNC内置专用编程软件,将加工零件轨迹用坐标方式表示出来,再把加工信息转化成驱动伺服电机带功率的脉冲信号控制伺服电机带动相应轴实现运动轨迹,同时通过刀架上按加工材质配置的相应数控刀具,将固定于主轴上的加工材料切削加工出相应的工件。
伺服说明:CNC系统主要执行其存储器中的程序来实现数控功能,它配有接口电路、伺服驱动装置专用计算机系统,即时将系统计算的信息转化成驱动伺服电机带功率脉冲信号, 控制数控机床各轴生成X、Y、Z三轴走刀路径,自动按给定加工程序加工工件。如,设置伺服参数:PA4=0(控制方式选择、0位置控制);PA9=16(电机型号选择、不同电机此参数不同);PA11=3 500(位置环增益、范围5008 000);PA27=0/1(脉冲输入逻辑取反,0与1可用来改变电机转向)。如果电子齿轮比PA31/PA32=Ppulse / P,PA31为输入指令脉冲倍频分子、PA32为输入指令脉冲倍频分母,Ppulse为电机旋转一圈电机反馈元件反馈的的脉冲数,P为使电机旋转1圈伺服所需接收上位机指令脉冲数,若增量式编码器为2 500线,则反馈到驱动器的脉冲数为2 5004=10 000,电机调速范围则可达(0.01～250) Hz 的换档无级变速,额定转速可达4极1 500 rpm。与普通机床相比,用伺服不但速度大大提高,而且定位精度也大大提高,电机声音也变得更小,客户的满意度达到最大。
6 结论
在企业的机床规划中,各加工位置之间的零件传输速度是决定系统传输装置数量和能力的主要标准[6]。除了另外的一些参数(如加工位置数目、加工能力时间、缓冲区等)外,传输速度主要取决于用于特定系统设计的机床伺服法则。本文提出的scop法则与通常的机床伺服法则相比,所需的零件传输速度大大下降。应提出来的是,该法则还考虑了每一决策步零件传输装置的位置,进一步加工的零件可利用率及机床缓冲区的空间利用率。更值一提的是伺服控制在大重型数控铣镗床控制系统中能充分发挥低速大扭矩、速度控制平稳特性,使大重型设备零速平稳启动、超低速进给性能显著提高,应用前景十分广阔。
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机床零件 第7篇
1 箱体类零件的特点
(1) 箱体多为铸造件, 结构复杂, 壁薄且不均匀, 其内部呈腔形, 零件的整体刚性较差, 难以装夹。
(2) 一般都需要进行多工位孔系及平面加工, 形位公差及空间位置度要求较严, 要保证其位置精度要求, 必须在一次装夹中完成铣面、镗孔、钻、铰孔等多工序。
(3) 精度要求较高, 一般箱体类零件都有很高的轴承孔和表面的形位公差要求及轴承孔尺寸公差要求。
(4) 加工内容多, 通常要经过铣面、销孔钻镗加工、镗削轴承孔、深孔镗削、深槽铣削、攻螺纹等加工, 需频繁更换刀具。
2 箱体的主要加工表面
箱体的主要加工表面可归纳为以下四类:
(1) 平面的加工:主要是箱体上的装配基准面, 其直接影响箱体加工时的定位精度, 影响箱体在装配时的接触刚度和相互位置精度。
(2) 孔的加工:主要是轴承孔、孔内环槽及定位销孔、工艺销孔、拨叉轴孔。定位销孔的精度与孔距精度要求较严, 箱体的主要相配件在装配时, 大多靠销孔与箱体定位。轴承孔本身的尺寸精度、形状精度要求很高。否则, 将影响轴承与箱体孔的配合精度, 使轴的回转精度下降。
(3) 孔系的加工:主要是有位置度要求的各轴承孔的总和, 其主要包括有平行度要求的轴承孔系和有同轴度要求的孔系两类。平行孔系主要是各平行轴承孔中心线之间以及轴承孔中心线与定位面之间的精度。同轴孔系主要是要求各孔的同轴度。否则, 不仅装配有困难, 而且使轴的运转情况恶化, 温度升高, 轴承磨损加剧, 齿轮啮合精度下降, 引起振动和噪声, 影响齿轮寿命。
(4) 其它加工部分联接孔、螺孔、销孔、斜油标孔以及孔的凸台面等。
3 箱体类零件在加工中心上加工方法的选择
3.1 平面的加工方法
平面在加工中心上的加工方法一般为铣削。
3.2 孔加工方法
孔加工方法比较多, 有钻、扩、铰、镗等。孔的具体加工方案可按下述方法制定:
(1) 对于轴承孔的加工, 其加工工艺为:粗镗半精镗孔端倒角精镗。其中粗镗半精镗孔端倒角可安排在普通机床上先完成, 留给加工中心的余量为4~6mm (直径) , 然后在加工中心上精镗;在轴承孔系的加工中, 一般先加工直径大的轴承孔, 再加工直径小的轴承孔, 特别是在两轴承孔系相距较近的情况下, 必须采取这一措施。
(2) 轴承孔内的密封槽的加工可用锯片铣刀在轴承孔半精镗之后、精镗之前用圆弧插补方式完成。大直径孔的加工主要受刀库中刀具直径和机械手抓刀重量的限制, 无法使用镗刀加工, 因此其加工工艺一般为:立铣刀圆弧插补粗铣精铣。
(3) 对于直径小于30mm的孔, 由于毛坯不需铸出毛坯孔, 因此其全部加工内容都在加工中心上完成, 其加工工艺为:锪平面打中心孔钻扩孔端倒角铰。有位置度要求的小孔, 其加工工艺为:锪平面打中心孔钻半精镗孔端倒角精镗。为提高孔的位置度精度, 在钻孔工步前安排锪平端面和打中心孔工步。孔端倒角安排在半精加工之后、精加工之前, 以防孔内产生毛刺。
(4) 在内腔两层隔板处有同轴度要求的孔, 由于在内腔隔板处平面无法先行铣削加工, 受铸件拔模斜度以及粗糙毛坯面的影响, 在加工时会使钻头引偏, 因此在第二层隔板孔加工时, 必须用中心钻 (或用硬质合金钻) 钻出定心孔后, 扩孔镗孔至要求的尺寸。其加工工艺为:在第一层隔板处打中心孔钻孔扩孔在第二层隔板处打中心孔钻孔扩孔通铰孔。
(5) 对于跨距较大箱体的同轴孔加工, 尽量采取调头加工的方法, 以缩短刀辅具的长径比, 增加刀具刚性, 提高加工质量。
(6) 箱体内的一些孔离内壁近, 主轴无法接近, 只能靠接长刀具悬伸加工, 易发生振动, 需采用减振的接长刀杆加工;
(7) 对螺纹加工, 要根据孔径大小采取不同的处理方式。一般情况下, 直径在M6~M22之间的螺纹, 通常采取攻螺纹方法加工;M6以下、M22以上的螺纹只在加工中心上完成底孔加工, 攻丝可通过其他手段进行。
4 箱体零件在编制工艺的原则
(1) “先面后孔”的原则。由于铣削时, 切削力较大, 工件易变形, 先铣面, 可使其有一段时间的恢复, 减少由变形引起的对孔精度的影响。同时提供稳定可靠的定位基准, 从而减少后续钻头钻孔的引偏、崩刃和折断等现象, 对于后序保证孔加工精度有利。
(2) “先粗后精”的原则, 箱体上所有相关孔系和平面都先完成全部孔的粗加工和铣面的粗加工后, 再进行孔和平面的精加工。主要是减少或消除粗加工时产生的切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响。
(3) 相同工位集中加工, 应尽量按就近位置加工, 以缩短刀具移动距离, 减少空运行时间。
(4) 在不影响精度的前提下, 若机床工作台回转时间较换刀时间短, 为了减少换刀次数, 减少空移时间, 可以用同一把刀把壳体上相同的部位都加工完, 再换第二把刀。
(5) 对于同轴度要求很高的孔系, 考虑加工中存在重复定位误差, 采用连续换刀, 连续加工完该同轴孔系的全部孔后, 再加工其它孔, 以提高孔系同轴度。
5 加工中心刀具选择
数控机床的刀具材料一般尽量选用硬质合金, 如果精度要求更高, 可选用性能更好、更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具。
(1) 箱体定位销孔加工一般采用整体硬质合金钻头钻孔, 如果位置度要求较高, 则采用小孔镗刀镗削加工;随着新技术新刀具的不断发展, 可采用高精度复合钻头, 双刃带设计, 钻铰复合, 刀柄与钻头柄部采用液压夹紧配合, 使其安装配合精度能够达到7级, 一次走刀即可保证箱体上定位销孔的位置和尺寸精度要求, 从而可有效提高加工效率。
(2) 箱体轴承孔加工一般采用镗刀、复合镗刀, 或采用可调三刃 (两刃) 错层粗、半精镗刀, 其镗削精度高, 一刀即可完成孔的粗、半精加工, 并在镗削不同规格孔时, 仅需更换可调滑块即可将加工直径范围增大约40mm。在加工时可根据所加工孔的余量, 计算后通过径向调整滑块, 将余量分到每个刀片上;通过在每个滑块底部安装不同的刀垫, 调整每个刀尖切削的先后顺序, 一刀即可完成轴承孔的粗镗、半精镗加工, 从而减少加工时换刀次数, 节约了辅助时间, 提高了生产效率。
(3) 箱体深轴承孔镗削, 可采用重金属减振刀杆或阻尼减振刀杆, 以达到减振效果, 提高孔加工精度;
(4) 对于深槽铣削, 用普通三面刃铣刀易发生振动, 采用了错齿三面刃铣刀, 并配以减振刀杆可有效地减少了切削振动;
(5) 对于两排以上孔的加工, 一般采用整体硬质合金钻头钻孔扩孔铰孔, 但其效率低, 适合精度要求低的孔加工;对于精度要求高的孔加工可采用新型平头带尖直槽钻钻孔铰孔, 并配以高精度液压刀柄, 从而保证孔的尺寸精度和位置精度。
(6) 箱体上直径为20~35mm的孔加工可采用U钻, 通过钻孔铰孔就可保证孔位置及尺寸精度, 同时大大提高了加工效率。
(7) 箱体上的小平面及半圆类沉窝等加工可采用新型钻铣刀, 一次完成加工, 且磨损后仅更换刀片, 多功能使用达到方便、可靠。
(8) 对于深孔的加工, 一般采用枪钻并配以高精度液压刀柄。
6 加工中心夹具设计及使用中的问题
夹具是加工零件时定位和夹紧可靠的重要保证。夹具设计的合理, 才能保证零件的顺利加工和满足加工要求。在设计加中心夹具时需考虑以下几方面因素。
(1) 满足定位基准和夹紧要求。加工中心为工序集中加工, 箱体在一次装夹中要完成铣、钻、镗等多工序加工, 为了防止夹紧变形, 满足精加工定位精度要求, 通常采用辅助支撑减少变形量, 其夹紧力应力求靠近主要支撑点, 或在支撑点所组成的三角形内, 并靠近切削部位及刚性好的地方, 尽量不要在被加工孔的上方。
(2) 夹具与工作台面的连接方式。一般加工中心设备根据自身的加工特点, 其工作台都有适合自身的便于夹具定位的结构, 对于箱体来说, 为保持其安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性, 夹具应能根据机床的定位结构实现定向安装。
(3) 在夹具设计时, 人为地在夹具上设计出找正基面和找正基准孔, 同时给出其相对与夹具上零件定位面及定位孔的实际加工尺寸, 便于夹具找正后, 可直接确定零件各加工部位尺寸。
(4) 夹具设计时应给刀具运动轨迹留有空间, 并尽量减少刀具加工时的空行程, 提高加工效率。
(5) 箱体类零件在加工中易产生夹紧变形、切削变形。在粗加工时采用较大的夹紧力以承受大切削力, 在精铣面、精镗孔时, 编一个任选停止指令, 人为将压板放松后, 使工件消除变形后重新用较小的夹紧力以满足精加工精度要求。
以上箱体零件在加工中心机床上加工的工艺, 是根据多种箱体加工特点总结出来的, 实践证明能有效地提高加工精度和加工效率。
摘要：针对汽车、拖拉机、工程机械等产品的箱体主要加工表面, 提出了高速加工中心上的加工工艺方案和编制原则, 并介绍了刀具、夹具的选择技巧。
关键词：箱体加工,高速加工中心,加工中心刀具
参考文献
机床零件 第8篇
机床行业面临着激烈的竞争, 实现机床产品开发效率与开发质量的统一, 是企业追求的目标。因此, 根据待加工零件的工艺需求, 为用户量体裁衣, 开发既无太多冗余功能又具有一定柔性的机床产品, 成了当务之急。机床结构构型综合属于概念设计阶段, 机床的构型配置大体上决定了它的刚度、精度和动态特性[1]。目前对于机床结构构型的描述方法有有向结构图法[2], 它的节点和有向边分别代表机床的结构模块和作用力的流向。基于上述成果, 有研究者又提出了一种产生机床所有可能构型配置的方法, 并给出了机床的基本模块以及约束条件和基本特征[3]。工艺规划是连接工件和机床运动结构配置的桥梁, 文献[4]根据待加工零件的尺寸、形状、加工精度、工作效率以及工艺特征之间的交叉关系、逻辑关系, 确定机床所需的最少运动轴数、工作台所需要的最小旋转角度。文献[5]提出在工序需求的变化驱动下, 从对给定零件族所有加工工序的划分以及识别同一可重构机床需完成的工序族入手, 利用旋量方法将工序族的加工信息转换为机床所需执行的一系列运动, 并确定为完成这一系列运动机床必须具备的基本功能, 利用图论确定一系列可选择的机床结构配置。Moon等提出了一种基于螺旋理论的方法[6], 从刀位数据文件中抽取加工任务来完成机床运动配置, 包括其运动轴数目和运动范围。这种方法非常复杂, 需要以大量的矩阵运算为基础。
目前, 机床结构的构型综合一般只关注于运动的可行性[2], 而缺乏根据零件工艺的针对性设计, 因此本文针对多零件工序族进行工艺分析, 包括单一零件和多零件的工艺聚类和排序, 机床构型综合针对工序族进行, 使机床具有一定范围内的定制柔性。
1 基于工艺的机床结构构型综合设计原理
工艺规划是零件特征和机床结构设计连接的桥梁, 这三者间的互相联系如图1所示。可以看出, 面向机床结构设计的工艺规划需要完成以下几个任务:①为加工特征选择加工方法, 形成工步, 根据特征的逻辑关系对工步排序;②将相邻或相近的工步聚合为工序;③对工序进行排序, 为下一步机床运动链的设计奠定基础;④计算工作节拍, 确定其是否与生产纲领相符。
经过工艺聚类和机床结构映射, 在机床的功能和结构之间建立映射关系, 得到机床的运动功能需求, 获得能够满足加工需求的机床结构。确定机床结构时主要考虑所加工工件的大小、形状、加工精度以及工作效率等。构型综合包括运动轴数目、运动范围和主轴方向的确定。在机床运动方式确定以后, 可以建立其相对应的运动图谱, 每一种运动图谱对应一种机床结构布局方案, 最后综合考虑成本、工件规格确定结构布局的最终方案, 总体思路如图2所示。
2 基于工艺元的多零件工序族工艺规划
工序族的划分和识别决定了构成生产线的每一机床需完成的一系列工序, 从而决定了机床的功能结构和配置, 而每个工序族的需求变化范围和相似程度决定了相应机床的工艺能力。本文提出以工艺元为基本单位的工序组合方法, 得到一系列可选择的工序组合合并方案, 并对合并方案中的工序组合及工序组内的工艺元进行排序。工艺过程的设计可以概括为分解、匹配、合并3个步骤。
(1) 分解, 指将零件分解为一系列基于特征的工艺信息, 将每一个零件特征对应的工艺链拆分, 转化为功能独立的以工步为核心的工艺元, 如表1所示, 并计算各工艺元的距离, 建立数据矩阵, 计算相异度矩阵, 确定聚类粒度, 最终得出工艺路线聚类分组的结果, 结果形式如表2所示。表1中pe1~pen表示工艺元集合的序号, 每行代表一条完整的特征工艺链, peij为对应于特征i的第j个工艺元, 表2中, OPij代表第i个工件Parti的第j道工序, 由特征工艺链集合pek组成。
(2) 匹配。根据加工约束和设计要求, 为零件的每个特征寻求相应的加工方法、工装和切削参数, 具体表现在特征与工艺链的一一对应。
(3) 合成。综合零件各特征的加工操作, 将之排序、合成为工步序列, 最终得到零件的工艺规程。合成包含聚类分析, 包括相似加工特征和相似加工方法的聚类, 以及相似工作单元状态模型的聚类[7]。
在单零件工序合成的基础上, 将多零件工序聚类成工序族[5], 如表3所示, MOCi表示多零件相应工序聚类成工序族, OPij表示第i个零件的第j个工序。
工艺元聚类的目的是:根据用户的约束条件, 将零件特征的非线性结构有序分割成不同工序完成的部分, 进而决定各工序的工作状态和加工内容, 包括各工序加工所需的刀具、切削参数、运动行程及成形运动方式, 作为机床结构设计的依据。
3 机床结构基本功能的确定
在获得工序族的基础上, 为了确定机床的设计参数, 需要根据给定工序族的加工信息, 通过计算刀具相对工件从一个位置到另一个位置的变换, 获得为完成给定工序族的机床所需执行的一系列运动, 从而确定机床的基本功能。这个过程包括两个步骤:①完成工序族机床所需运动的计算;②机床基本功能的运动学建模。
3.1 完成工序族机床所需运动的计算
对于同一机床需完成的工序族, 从工艺规划中可获得该工序族的加工信息, 包括加工方法、参数、时间、装夹定位、刀具位置 (加工每个特征的刀具位置) 、刀具及其运动路径。表4给出了需在同一机床上完成某型号缸体和缸盖加工的工序族信息 (由于篇幅所限, 只列出局部信息) 。
由刚体运动理论, 刚体从一个位置到另一个位置的变换矩阵为
式中, T1、T2分别为从原点到位置矢量r1和r2的齐次变换矩阵。
根据工序族的加工信息, 首先按照式 (1) 计算每道工序中刀具相对工件的所有运动。例如, 根据表4的刀具位置信息, 计算零件A的工步1中刀具相对工件的第一个运动 (定位运动) TA1为
PA0和PA1分别表示刀具的起始位置和首位置, 该运动可用旋量表达[5]为
依此类推可得到各工序所有刀具相对工件的运动, 把具有相同螺旋角和线距的运动进行合并, 从而得到完成工序族各工序加工机床所需执行的运动。以表4的工序族加工信息为例, 合并工序族各工序所有刀具相对工件的运动, 其结果见表5。由于同一工序族的所有工序需在同一机床上完成, 因此需要将上述合并得到的不同零件、不同工序加工所需的运动整合, 以简化机床结构。这里把具有相同螺旋角和线距的运动合并, 得出为完成工序的运动行程。对表5中所有工序的运动进行整合, 其结果见表6, 得到为完成给定的工序族机床最终需要执行的一系列运动的最大范围。
3.2 机床基本功能的运动学建模
机床基本功能的运动学模型由一组运动旋量 (变换) 和初始变换构成, 即T =T1T2TnT0。其中, Ti表示机床所需执行的第i个运动, T0是刀具坐标相对工件坐标的初始变换矩阵。根据表6, 本文中机床基本功能的运动学模型为
式 (2) 表示为完成给定的工序族, 机床需要具备4个运动自由度, 依次是沿X坐标轴的移动、沿Y坐标轴的移动、沿Z坐标轴的移动和绕X坐标轴的转动。假定在该工序族中, 工件的装夹面为B面, 并初步确定机床为带NC转台的三轴联动卧式加工中心, 将工件坐标系转化为机床坐标系, 可知机床应该提供的运动为:刀具相对于工件的X、Y、Z轴移动以及绕机床X轴的转动。
基于工艺的运动轴配置设计求出的是工件和刀具的相对运动, 包括3个直线运动轴和一个旋转轴的组合运动, 所有的运动都是可以添加在工件侧或刀具侧的, 如此会有很多运动功能方案[8]。运动功能方案可用运动功能式表达, 如W/XYZCp/T。其中W、T分别表示工件和刀具, 该方案共有4个运动, 3个直线进给运动 (X, Y, Z) 和一个回转主运动 (Cp) , 从工件至刀具其相对运动的顺序依次为X、Y、Z和Cp。用运动功能分配式来描述运动分析方案, 以机床基础件为“地”, 用“.”表示, 其左侧的运动由工件完成, 右侧的运动由刀具完成。接地的位置不同, 则运动分配方案不同。例如:W/XY.ZCp/T为W/XYZCp/T的运动分配方案之一。对同一种运动功能分配方案而言, 又可以有不同的机床布局方案, 如立式、卧式、斜式、龙门式等。运动功能方案选择的目的, 就是根据工件的大小、复杂度、设计和制造的成本等约束条件选择最合理的方案。
由设计经验知, 切削加工对机床运动的实现方式存在以下约束:①回转运动一般由刀具实现;②如果工件相对于动力头太重, 一般应由动力头带动刀具实现;③刀具的回转运动轴线需与工件的直线运动垂直;④运动链尽量分散。按照以上约束条件对理论上可能的实现方式进行必要的去除后可得到余下的实现方式, 具体运动学图谱见图3[8]。
根据精度、设计制造的方便性、结构布局的紧凑性、方案创新性和成本等要求, 从中选择合适的运动方案。例如, 在本文中, 要求工件质量较轻、加工精度较高、布局紧凑, 因此选择的运动图谱及其结构简图如图4所示。
4 实例研究
某机床企业需要开发用于发动机缸体和缸盖加工的高速高精度加工中心, 用户要求的多样化导致缸体和缸盖在材质、尺寸、形状上面有区别;工艺的多样性和不同的精度指标都导致机床结构配置的不同;分析得到如下所示的工艺路线:OP1OP2OP3OP4, 如表7所示。
同理, 本文对另一待加工的零件某型号的龙门式缸体进行以工艺元为基础的工艺规划, 表8是缸体的工艺过程信息。
按照多零件工序的匹配算法, 以带NC转台的加工中心为设计目标, 可以将缸盖和缸体的工序合并为表9所示的5个工序族。
由此, 得到了需要在同一台机床上完成的多个工序的集合, 后续工作就是在某一工序族工艺能力要求的范围内设计机床结构。以MOC4工序族中各工序的工艺能力要求为例, 完成给定的工序族机床需要具备的功能需求如图5所示。考虑在该工序族中, 工件的装夹面为B面, 并初步确定机床为带转台的三轴联动卧式加工中心, 将工件坐标系转化为机床坐标系, 可知机床应该提供的运动为:刀具相对于工件的X、Y、Z轴移动, 以及绕机床X轴的转动。立足于现有技术基础, 面向设计、制造过程的成本、技术难度和工件的复杂性, 考虑到工件质量较轻、加工精度较高、布局紧凑要求, 选择图6所示的机床结构, 设计参数见表10。
最终设计得到的产品外观和三维模型如图7所示。该加工中心适合于零件的铣、钻、镗、铰、攻丝等工序高精、高速的加工, 广泛应用于汽车、内燃机、航空航天、家电、通用机械等行业。
5 结束语
本文针对目前机床产品开发模式的不足, 分析了面向机床结构设计的零件工艺规划的特点, 以特征工步为基本工艺元, 将单零件的工艺元聚类形成基本工艺序列, 将多零件的基本工艺序列聚类成工序族, 计算完成工序族所需的运动方式和运动能力, 为机床结构设计提供了导向文件。以一台加工中心的开发过程为例进行了说明, 表明基于零件工艺的机床产品设计能够保证设计的定制性。
摘要：针对机床产品的定制问题, 以基本工艺元为基础将多零件工序族进行组合, 建立了工艺和机床结构的映射关系, 建立了机床的运动功能模型并计算完成工序族所需要的运动范围, 制定了机床的运动学图谱并根据约束条件进行选择, 使机床的工艺能力在多零件工序组合的加工需求变化范围内, 从而实现机床的定制柔性。工艺聚类和排序为实现以工艺能力为导向的机床结构设计提供了依据, 保证了设计的定制性, 最后以实例进行了说明。
关键词：工艺元,多零件,工序族,构型综合
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机床零件 第9篇
1 工艺分析
为保证加工的精度, 我们在前期对整个加工的过程进行工艺处理和加工实验, 确定在刀具选用方面采用定制的铣销刀具;在工件装夹方面选用专门设计的夹具体, 做到零件一步装夹精确到位;在工艺流程方面采用先粗后精, 速度选用粗慢精快的方式, 考虑到切削余量大, 故粗加工由两次分层加工组成, 精加工整体加工完成。针对具体的加工路径, 为实现加工工艺精度的要求, 铣刀初始位置在原位, 快速进刀至减速位, 工进至加工1号位, 开始加工, 然后工件开始左右移动, 由工件的Ⅰ号位移动到Ⅱ号位, 工件停止, 铣刀由加工1号位工进至2号位, 工件又开始移动, 由工件的Ⅱ号位移动到Ⅰ号位, 工件加工完成, 铣刀由2号位工退至减速位, 最后由减速位快速退到原位。一个周期的工作过程如下:铣刀原位、工件Ⅰ号铣刀快进铣刀工进工件往前铣刀工进工件往后铣刀工退铣刀快退至原位。
2 机床I/O点分配与系统连接图
在扁销体零件切削机床的控制设计过程中, 其控制系统选用三菱PLC, 型号为FX2N-48M R, 为继电器输出型。根据机床的控制要求, 机床的输入输出点如表1所示, 其系统接线图如图1所示。
3 机床状态转移及控制程序
根据系统的自动控制要求及PLC的I/O分配, 系统的自动控制程序如图2所示。S0为初始状态, 铣刀处于原位;S21为工件初始位置, 工件处于Ⅰ号位;S22为铣刀进刀状态, 铣刀快进;S23还是铣刀进刀状态, 但此时铣刀工进;S24是工件加工状态, 工件往前运动, 铣刀加工工件的第一层;S25为铣刀进刀状态, 此时铣刀工进;S26是工件加工状态, 但此时工件往后运动, 铣刀加工工件的第二层, 工件加工完成;最后铣刀返回原位。
从自动控制程序可看出, 此机床的停止功能没有实现, 故要实现此功能, 因此我们直接在自动控制程序前加上如图3所示的程序, 从而实现了停止功能。
4 结语
使用PLC可以方便的实现扁销孔铣削加工过程的自动控制, 该机床操作分为手动和自动两种方式, 本文主要针对自动控制流程这一方面进行了阐述。扁销孔铣削加工机床已在南昌车辆段、鹰潭车辆段等单位投入使用, 在企业使用中获得了良好的经济效益。PLC步进顺控功能的条理性、方便性, 将为技术人员实现机床动作的控制提供准确、快速、安全的手段, 其应用极具前景。
参考文献
[1]阮有德.电气控制与PLC实训教程[M].北京:人民邮电出版社, 2011.
[2]江西中机.扁销孔铣削加工机床使用说明书[Z].江西中机科技股份有限公司, 2009.
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