数控机床零件加工工艺分析设计

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4、智能化 在现代数控系统中，引进了自适应控制这种智能化技术。自适应控制(Adaptive Control简称AC)技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特征，且能使切削加工过程达到并维持最佳状态的技术。在工艺系统中，大约有30余种变量直接或间接影响加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、机床热变形、切削液的粘度、刀具与工件材料化学亲和力的大小等因素。这些变量一般事先难以预知，编制加工程序时常依据经验数据。实际加工中，很难选择最佳参数进行切削。而自适应控制技术则能根据切削条件的实时变化，自动调整并保持最佳工作状态，从而得到高的加工精度、较小的表面粗糙度值，并提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。

5、高可靠性 为了提高数控系统和数控机床的可靠性，人们采取了以下一些措施：

(1)提高数控系统的硬件质量 选用高质量的集成电路芯片、印制电路板和其它元器件，建立并实施从元器件筛选、稳定产品的制造和装配工艺到性能测试等一系列完整的质量保证体系。

(2)实现模块化、标准化和通用化 性能越来越完善，功能愈来愈丰富的现代数控系统有利地促进了其硬件、软件实现“三化”：模块化、标准化和通用化，包括数控机床的主轴部件，变速箱立柱、工作台、刀架、刀库等都可模块化生产。“三化”的实现，不仅便于组织开发、生产和应用，而且也提高了机床的质量和运行的可靠性，并便于用户的维修和保养。

(3)配备先进的检测、监控装置、红外线、声发射、温度测量、功率测量、激光检测等

2.3 数控加工工艺

所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输人数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构——使机床实现加工运动的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。可见，实现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的善后处理工作。严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。因此，数控加工工艺主要包括几方面内容：

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1、选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。 2、进行数控加工工艺设计。

3、对零件图形进行必要的数学处理。

4、编写加工程序(自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序——加工程序)。

5、按程序单制作控制介质。 6、对程序进行校验与修改。 7、首件试加工与现场问题处理。

8、数控加工工艺技术文件的编写与归档。 2.4 CAD／CAM技术

1963年，美国麻省理工学院首次提出CAD(Computer Aided Design—计算机辅助设计)的概念。MIT小组初步设想了采用计算机设计、分析，并开发了交互式图形处

理系统、绘制出了工程图，从而使CAD由试验阶段过渡到了实施阶段。

CAM(Computer Aided Manufacturing—计算机辅助制造)是从APT开始的。它是20世纪50年代MIT设计的一种专门用于零件NC加工的自动编程语言，到1967年APT系统己实用化。从l974年开始，人们把CAD系统和生产计划管理及力学计算相结合，发展成为CAD／CAM综合系统。70年代后期，CAD／CAM进人初期实用阶段。

CAD／CAM技术推动了几乎一切领域的设计革命，CAD技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。CAD／CAM技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图样组织整个生产过程的技术管理方式，将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。

3 各部分零件的工艺分析

3.1 金属材料的分析 3.1.1 材料

机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

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金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。

1、铸铁

常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸

铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。

2、钢

钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。

钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在0.3%~0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于2%或合金元素总量低于5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为2%~5%或合金元素总含量为5%~10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于5%或合金元素总含量高于10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提

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高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。

用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于10ｍｍ，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。 表3-1是常用的金属材料的机械性能。

表3-1常用钢铁材料的机械性能

材料 名称 牌号 Q215 Q235 Q255 Q275 20 35 45 18Cr2Ni4W 35SiMn 40Cr 40CrNiMo 20CrMnTi 65Mn ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 HT150 HT200 HT250 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 抗拉强度 ?b(N/mm2) 335~410 375~460 410~510 490~610 410 530 600 118 785 981 980 1079 735 450 550 570 145 195 240 450 500 600 700 机械性能 屈服强度 ?s(N/mm2) 215 235 255 275 245 315 355 835 510 785 835 834 430 230 270 310 — — — 310 320 370 420 硬度 (HBS) 156 197 220 260 229 247 269 ?217 285 ?130 ?143 ?153 150~200 170~220 190~240 160~210 170~230 190~270 225~305 普通碳素结构钢 优质碳素结构钢 合金结构钢 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 3.1.2 材料选用的原则

从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：

（1） 载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况

对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。

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