1、第1章 绪 论科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。他不仅能够提高品质质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件，但是采用这种自动和高效率的设备需要很大的初期投资，以及较长的生产周期，只有在大批量的生产条件下，才会有显著的经济效益。为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的，能够适应产品频繁变化的“柔性”自动化机床。数控机床才得已产生和发展。数控技术是数字控制（Numerical Control）技术的简称。它采用数
2、字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。采用数控技术的控制系统称为数控系统（Numerical Control System）。根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。第2章 数控机床的概念数控机床的概念数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。主要分为立式和卧式两种。立式机床装夹零件
3、方便，但切屑排除较慢；卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。数控铣床分三坐标和多坐标两种。三坐标机床（X、Y、 Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。摆角形式4坐标的主要为A或B；5坐标机床主要为AB，AC，BC，可根据零件要求选用。摆角大小由加工的零件决定。机床本身技术参数（1） 工作台：零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用。（2） T形
4、槽：工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽的槽数、槽宽相互间距，需要根据加工工件的特点进行规定。（3） 主轴：主轴形式，主轴孔形式等。（4） 进给范围：机床X Y Z三个方向的可移动距离（行程）、移动速度的大小、摆角（A B C）的摆动范围、摆动的速度。（5） 主轴的旋转：主轴的转速、主轴的功率、伺服电机的转矩等。 数控系统数控系统是数控机床的核心。现代数控系统通常是一台带有专门系统软件的专用， 微型计算机。它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作
5、。作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性和优越性。（1）分辨率 分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。（2）控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。（3）标准（基本）功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自适应技术模块等先进的检测、监控系统：红外线、温度测量、功率测量、激光检测等先进手段的采用，将在一定程度上大大提高机床的综合性能，保证机床更加可靠精确地自动工作。 数控加工的概念数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化
6、的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分。（2）利用图形软件（PRO/E UG）对需要数控加工的部分造型。（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）。（4）轨迹的仿真检验。（5）生成G代码。（6）传给机床加工。 数控机床的分类 按加工工艺方法分类（1）金属切削类数控机床与
7、传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可
8、以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。（2）特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。（3）板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 按控制运动轨迹分类（1）点位控制数控机床位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的
9、坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。（2）直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一
10、种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。（3）轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系
11、统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 按驱动装置的特点分类（1）开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。（2）闭环控制数控车床接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实
12、际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。（3）半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修
13、正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。（4）混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂
14、。 数控车削加工工艺数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。 合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小
15、。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。（1）合理选择刀具 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。（2）合理选择夹具 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具。 零件定位基准重合，以减少定位误差。（3） 确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 应能保证
16、加工精度和表面粗糙要求。 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。（4）加工路线与加工余量的联系目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。 夹具安装要点目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。 数控车床加工程序编程数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转类零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆
17、锥面、成形表面 、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。（1）数控程序编制的基本方法 分析零件图样和制定工艺方案。 数学处理。 编写零件加工程序。 程序检验。（2）数控程序编制的方法手工编程和计算机自动编程。数控车床的组成和工作原理虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。 车床主体车床主体是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、主轴等）进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等），以及冷却、润滑、
18、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。 数控装置和伺服系统（1）数控装置：它的核心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中起“指挥”作用。数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发现执行命令。在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。（2）伺服系统：它通过驱动电路和执行文件（如伺服电机）。准确地执行数控装置发出的命令，成数控装置所要求的各种位移。数控车床的进给传动系统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。数控车床安全操作规程（1）开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨面、卡爪、尾座、刀
19、架、刀具等，认无误后方可操作。（2）数控机床通电后，检查各开关、按钮和按键、机床有无异常现象。（3）程序输入后，仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真的核对。（4）正确测量和计算工件坐标系。并对所得结果进行检查（5）输入工件坐标系，并对坐标。坐标值、正负号、小数点进行认真的核对。（6）未装工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是否合理，有无“超（7）试切削时快速倍率开关必须打到最低挡位。（8）试切削进刀时，在刀具运行至工件3050处，必须在进给保持下，验证Z轴和X轴坐标剩余值与加工程序是否一致。（9）试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修改刀
20、补值和刀补号。（10）程序修改后，要对修改部分仔细核对。（11）必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量、触摸工件。（12）操作中出现工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等异常情况时要停车处理。（13）紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。数控车床坐标系的确定（1）机床坐标系：数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。（2）机床参考点：参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。（3）工件坐标系：工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。（4）工件坐标系原点：在进行数控
21、编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。我们通常是把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上，尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。（5）对刀：机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机床坐标系中的位置，通过对刀完成。对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机床坐标系中唯一的位置。对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对到的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。（6）换刀：当数控机床加工过程中需要换刀时，在编程时就应考虑选择合适的换刀点。所谓换刀点是指刀
22、架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位换刀时不碰工件及其他部位谓准。运动方向确定（1） Z与主轴轴线重合，即Z轴远离工件像尾座移动的方向为正方向（即增大工件和刀具之间距离），向卡盘移动为负。（2） X轴垂直于Z轴，X坐标的正方向是刀具离开旋转中心线的方向。第3章 套筒类零件的结构特点及工艺分析套筒类零件的加工工艺根据其功用、结构形状、材料和热处理以及尺寸大小的不同而异。就其结构形状来划分，大体可以分为短套筒和长套筒两大类。它们在加工中，其装夹方法和加工方法都有很大的差别，以下分别予以介绍。
23、轴承套加工工艺如图3-1所示的轴承套，材料为ZQSn6-6-3，每批数量为200件。 轴承套技术条件和工程分析该轴承套属于短套筒，材料为锡青图3-1轴承套简图铜。其主要技术要求为：34js7外圆对22H7孔的径向圆跳动公差为；左端面对22H7孔轴线的垂直度公差为。轴承套外圆为IT7级精度，采用精车可以满足要求；内孔精度也为IT7级，采用铰孔可以满足要求。内孔的加工顺序为：钻孔车孔铰孔。由于外圆对内孔的径向圆跳动要求在内，用软卡爪装夹无法保证。因此精车外圆时应以内孔为定位基准，使轴承套在小锥度心轴上定位，用两顶尖装夹。这样可使加工基准和测量基准一致，容易达到图纸要求。车铰内孔时，应与端面在一次装
24、夹中加工出，以保证端面与内孔轴线的垂直度在以内。图3-1 轴承套 轴承套的加工工艺表31为轴承套的加工工艺过程。粗车外圆时，可采取同时加工五件的方法来提高生产率。表31轴承套加工工艺过程序号工序名称工序内容定位与夹紧1备料棒料，按5件合一加工下料2钻中心孔车端面，钻中心孔调头车另一端面，钻中心孔三爪夹外圆3粗车车外圆42长度为，车外圆34Js7为35mm，车空刀槽2，取总长，车分割槽203mm，两端倒角45，5件同加工，尺寸均相同中心孔4钻钻孔22H7至22mm成单件软爪夹42mm外圆5车、铰车端面，取总长40mm至尺寸车内孔22H7为22mm车内槽2416mm至尺寸铰孔22H7至尺寸孔两端倒角6精车车34Js7（mm至尺寸22H7孔心轴7钻径向油孔4mm34mm外圆及端面8检查
