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摘 要
隨著社會的進步，製造業的發展越來越迅速，數控技術和數控裝備是製造工業回現代化的重要基礎。這個基礎是答否牢固直接影響到一個國家的經濟發展和綜合國力，關繫到一個國家的戰略地位。因此，世界上各工業發達國家均採取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。數控機床發展很快，作為數控機床的重要部分，主軸箱的設計更新也越來越快。
我設計的是SSCK20A數控機床主軸和主軸箱箱體加工工藝以及數控編程，其中涉及了主軸和箱體加工中刀具、量具、毛坯、定位基準等的選擇。設計圖為兩張零號圖紙，一張一號圖紙,兩張二號圖紙。
關鍵詞：數控加工工藝 、數控編程、定位基準、主軸箱、工藝編程。
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第一部分：數控機床應用調查
一、 品正數控深孔鑽床外型及簡介
品正數控深孔鑽床外型如圖1-1
圖1-1
品正數控深孔鑽床簡介：
深孔鑽 : 自1982年生產以來， 一直占據生產的重要位置。 現市場對模具生產交期需求迫切， 深孔加工機快捷，便利， 不需要鉸孔， 一步到位， 成了不可或缺的工具。更兼投資回收成本快速， 是搶占市場的利器。
二、深孔鑽在設計上的優點
合運水道，熱流道，頂針孔，油泵深孔，軋輥孔等深孔加工。 敝司深孔鑽在設計上有以下的優點 :
1. 工作台， 底座機身， 立柱， 升降台， 全部 FC30鑄鐵成型， 加工時達至最佳的吸震效果。
2. 床身工作台底座一體成型， 結構一致， 筋骨強壯， 沒有立柱與工作台分開的設計。
3. 滑軌， 工作台導軌， 採用V型導軌， 保證准確的導向性， 無方軌之側間隙。滑動時無蛇行現象， 亦能維持滑動之順暢。在強壓下承載座與滑動座更緊密結合。兩者接觸而能平均受力。長時間運動能維持穩定之動靜態精度， 而能達到增長機件壽命及提高加工品質。
4. 滑軌經熱處理研磨， 更能保證耐用與剛性。
5. 採用良好的油壓泵設計， 控制流量與壓力， 確保使用壽命。
6. 另外更採用CNC 換刀系統裝置， 只用輕輕按下控制鍵， 氣動鎖刀系統。 更換刀具方便。
7. 紙帶與磁鐵過濾裝置， 能將鋼材加工中鐵屑與切削油廢棄的微量元素過濾， 循環再用。
三、品正深孔鑽規格表
深孔鑽規格表
型號 MGD-813 MGD-1015 MGD-1520 MGD-1525
Table (單位 mm)
工作台尺寸 400x1500 600x2000 800x2300 800x2800
作業面積 1300x600x800(z1)x400(z2) 1500x600x1000 2000x1000x1500 2500x1000x1500
T型槽 18mmx63mmx5 22x34x5 22x34x7 22x34x7
主軸
主軸進給行程 800 1000 1250 1500
主軸進給速度 (mm/min) 20-5000mm
主軸直徑 Φ120
主軸端至檯面距離 70 mm
電動機
主軸(kw) 7.5kw
磁力分離器(W) 25W
紙帶過濾器 25W
鐵削排除機 (W) 0.375
油壓泵 10HPx6P
潤滑油泵 150Wx2
加工能力
加工深度 800 1000 1250 1500
鑽孔能力 Φ3-25mm(32)
油壓系統
切削油桶 (L) 1800LT
高壓泵壓力 (kg/cm2 ) 0-120
高壓泵吐出量 (L/min) 5-70
最大載重 (kg) 1000 3000 5000 7000
機械凈重 (kg) App.9000 App.10500 App.14500 App.16500
佔地面積 App.3125x2046 App.5000x5000 App.5500x5500 App.6000x6000
第二部分：數控加工工藝分析
要求：能夠根據圖紙的幾何特徵和技術要求，運用數控加工工藝知識，選擇加工方法、裝夾定位方式、合理地選擇加工所用的刀具及幾何參數，劃分加工工序和工步，安排加工路線，確定切削參數。在此基礎上，能夠完成中等復雜零件數控加工工藝文件的編制（至少兩個零件的工藝分析）。
一、加工平面凸輪零件上的槽與孔，外部輪廓已加工完，零件材料為HT200。
圖2.1
1、零件圖工藝分析
凸輪槽形內、外輪廓由直線和圓弧組成，幾何元素之間關系描述清楚完整，凸輪槽側面與 、 兩個內孔表面粗糙度要求較高，為Ra1.6。凸輪槽內外輪廓面和 孔與底面有垂直度要求。零件材料為HT200，切削加工性能較好。
根據上述分析，凸輪槽內、外輪廓及 、 兩個孔的加工應分粗、精加工兩個階段進行，以保證表面粗糙度要求。同時以底面A定位，提高裝夾剛度以滿足垂直度要求。
2、確定裝夾方案
根據零件的結構特點，加工 、 兩個孔時，以底面A定位（必要時可設工藝孔），採用螺旋壓板機構夾緊。加工凸輪槽內外輪廓時，採用「一面兩孔」方式定位，既以底面A和 、 兩個孔為定位基準。
3、確定加工順序及走刀路線
加工順序的擬定按照基面先行、先粗後精的原則確定。因此應先加工用做定位基準的 、 兩個孔，然後再加工凸輪槽內外輪廓表面。為保證加工精度，粗、精加工分開，其中 、 兩個孔的加工採用鑽孔—粗鉸—精鉸方案。走刀路線包括平面進給和深度進給兩部分。平面進給時，外凸輪廓從切線方向切入，內凹輪廓從過渡圓弧切入。為使凸輪槽表面具有較好的表面質量，採用順銑方式銑削。深度進給有兩種方法：一種是在XOY平面（或YOX平面）來回銑削逐漸進刀到既定深度；另一種方法是先打一個工藝孔，然後從工藝孔進刀到既定深度。
4、刀具選擇
根據零件特點選用8把刀具，如下表：
序號 刀具號 刀具 加工表面 備注
規格名稱 數量 刀長/mm
1 T01 ¢5中心鑽 1 鑽¢5mm中心孔
2 T02 ¢19.6鑽頭 1 45 ¢20孔粗加工
3 T03 ¢11.6鑽頭 1 30 ¢12孔粗加工
4 T04 ¢20鉸刀 1 45 ¢20孔精加工
5 T05 ¢12鉸刀 1 30 ¢12孔精加工
6 T06 90°倒角銑刀 1 ¢20孔倒角1.5×45°
7 T07 ¢6高速鋼立銑刀 1 20 粗加工凸輪槽內外輪廓 底圓角R0.5
8 T08 ¢6硬質合金立銑刀 1 20 精加工凸輪槽內外輪廓
5、切削用量選擇
凸輪槽內、外輪廓精加工時留0.1㎜銑削餘量，精鉸 、 兩個孔時留0.1㎜鉸削餘量。主軸轉數是1000r/min。
二、軸類零件的加工工藝分析與實例
一滲碳主軸（如圖2-2），每批40件，材料20Cr，除內外螺紋外S0.9～C59。滲碳件工藝比較復雜，必須對粗加工工藝繪制工藝草圖（如圖）。
主軸加工工藝過程
工 序 工種 工步 工序內容及要求 機床設備（略） 夾具 刀具 量具
1 車 按工藝草圖車全部至尺寸
工藝要求：（1）一端鑽中心孔φ2。（2）1：5錐度及莫氏3＃內錐塗色檢驗，接觸面＞60%。（3）各需磨削的外圓對中心孔徑向跳動不得大於0.1
CA6140 莫氏3號鉸刀 莫氏3號塞規1：5環規
檢查
2 淬 熱處理S0.9－C59
3 車 去碳。一端夾牢，一端搭中心架
<1> 車端面，保證φ36右端面台階到軸端長度為40
<2> 修鑽中心孔φ5B型
<3> 調頭
車端面，取總長340至尺寸，繼續鑽深至85，60°倒角
檢查
4 車 一夾一頂 CA6140
<1> 車M30×1.5–6g左螺紋大徑及ф30JS5處至
Φ30
<2> 車φ25至φ25 、長43
<3> 車φ35至φ35
<4> 車砂輪越程槽
5 車 調頭，一夾一頂
<1> 車M30×1.5–6g螺紋大徑及φ30JS5處至φ30
<2> 車φ40至φ40
<3> 車砂輪越程槽
6 銑 銑19 二平面至尺寸
7 熱 熱處理HRC59
8 研 研磨二端中心孔
9 外磨 二頂尖，（另一端用錐堵） M1430A
<1> 粗磨φ40外圓，留0.1～0.15餘量
<2> 粗磨φ30js外圓至φ30t （二處）台階磨出即可
<3> 粗磨1:5錐度，留磨餘量
10 內磨 用V型夾具（ф30js5二外圓處定位） M1432A
磨莫氏3＃內錐（重配莫氏3＃錐堵）精磨餘量
0.2～0.25
11 熱 低溫時效處理（烘），消除內應力
12 車 一端夾住，一端搭中心架
<1> 鑽φ10.5孔，用導向套定位，螺紋不攻 Z–2027
<2> 調頭，鑽孔φ5攻M6–6H內螺紋
<3> 鍃孔口60°中心孔
<4> 調頭套鑽套鑽孔ф10.5×25（螺紋不改）
<5> 鍃60°中心孔，表面精糙度0.8 60°鍃鑽
檢查
13 鉗 <1> 錐孔內塞入攻絲套
<2> 攻M12–6H內螺紋至尺寸
14 研 研中心孔Ra0.8
15 外磨 工件裝夾於二頂尖間
<1> 精磨φ40及φ35φ25外圓至尺寸
<2> 磨M30×1.5 M30×1.5左螺紋大徑至30
<3> 半精磨ф30js5二處至ф30
<4> 精磨1:5錐度至尺寸,用塗色法檢查按觸面大於85% 1:5環規
16 磨 工件裝夾二頂尖間，磨螺紋
<1> 磨M30×1.5–6g左螺紋至尺寸 M33×1.5左環規
<2> 磨M30×1.5–6g螺紋至尺寸 M33×1.5環規
17 研 精研中心孔Ra0.4
18 外磨 精磨、工件裝夾於二頂尖間 M1432A
精磨2-φ30 至尺寸,注意形位公差
19 內磨 工件裝在V型夾具中，以1–ф30外圓為基準，精磨莫氏3號內錐孔（卸堵，以2–ф30js5外圓定位），塗色檢查接觸面大於80%,注意技術要求「1」「2」 MG1432A
檢查
20 普 清洗塗防銹油，入庫工件垂直吊掛
該軸類零件加工過程中幾點說明：
1．採用了二中心孔為定位基準，符合前述的基準重合及基準統一原則。
2．該零件先以外圓作為粗基準，車端面和鑽中心孔，再以二中心孔為定位基準粗車外圓，又以粗車外圓為定位基準加工錐孔，此即為互為基準原則，使加工有一次比一次精度更高的定位基準面。3號莫氏圓錐精度要求很高。因此，需用V型夾具以2－ф30js5外圓為定位基準達到形位公差要求。車內錐時，一端用卡爪夾住，一端搭中心架，亦是以外圓作為精基準。
3．半精加工、精加工外圓時，採用了錐堵，以錐堵中心孔作為精加工該軸外圓面的定位基準。
對錐堵要求：
① 錐堵具有較高精度，保證錐堵的錐面與其頂尖孔有較高同軸度。
② 錐堵安裝後不宜更換，以減少重復安裝引起的安裝誤差。
③ 錐堵外徑靠近軸端處須制有外螺紋，以方便取卸錐堵。
4．主軸用20Cr低碳合金鋼滲碳淬硬，對工件不需要淬硬部分發（M30×1.5－6g左、M30×1.5－6g、M12－6H、M6－6H）表面留2.5－3mm去碳層。
5.螺紋因淬火後，在車床上無法加工，如先車好螺紋後再淬火，會使螺紋產生變形。因此，螺紋一般不允許淬硬，所以在工件中的螺紋部分的直徑和長度上必需留去碳層。對於內螺紋，在孔口也應留出3mm去碳層。
6.為保證中心孔精度，工件中心孔也不允許淬硬，為此，毛坯總長放長6mm。
7.為保證工件外圓的磨削精度，熱處理後須安排研磨中心孔的工序，並要求達到較細的表面粗糙度。外圓磨削時，影響工件的圓度主要是由於二頂尖孔的同軸度，及頂尖孔的圓度誤差。
8.為消除磨削應力，粗磨後安排低溫時效工序（烘）。
9.要獲高精度外圓，磨削時應分粗磨、半精磨、精磨工序。精磨安排在高精度磨床上加工。
第三部分：編制數控加工程序
要求：能夠根據圖紙的技術要求和數控機床規定的指令格式與編程方法，正確地編制中等復雜典型零件的加工程序，或應用CAD/CAM自動編程軟體編制較復雜零件的加工程序。（至少兩個零件）。
一、 編制軸類零件（1）數控加工程序
如圖3.1所示的零件。
毛坯為 42㎜的棒料，從右端至左端軸向走刀切削;粗加工每次進給深度1.5㎜，進給量為0.15㎜/r;精加工餘量X向0.5㎜，Z向0.1㎜，切斷刀刃寬4㎜。工件程序原點如圖 圖3.1所示。
該零件結構較為簡單，屬典型軸類零件，軸向尺寸80㎜，採用三爪卡盤裝夾即可，選工件回轉軸線及右側面的交點為加工坐標系原點。
1． 選擇刀具編號並確定換刀點
根據加工要求選用3包刀具：1號為外圓左邊偏粗車刀，2號為外圓左偏精車刀，3號刀為外圓切斷刀，換刀點與對刀點重合
2．確定加工路線
1）粗車外圓。從右至左切削外輪廓，採用粗車循環。
2）精車外圓。左端倒角→ 20㎜外圓→倒角→ 30㎜外圓→倒角→ 40㎜外圓。
（3）切斷
3選擇切削用量
選擇切削用量參數見表3.1.
表3.1 選擇切削用量參數
轉數指令 進給速度（mm/r） 刀具
粗車外圓 M43 0.15 1號
精車外圓 M44 0.1 2號
切斷 M43 0.1 2號
編寫程序
O0001
M03T0101 M43 F0.15
G00 X43.Z0.
G01X0.
G00X42.Z0.
G71 U2.R0.3
G71 P1 Q2 U0.25 W0.1 F0.15
N1 G01 X18.
X20.Z-1.
Z-20.
X28.
X30.Z-21.
Z-50.
X38.
X40.Z-51.
Z-82.
N2 X44.
G00Z0
M00
M03 M44 T0202
G70 P1 Q2
G00Z5.
M00
M03 M43 T0303
G00 Z-44.
G01X0.
X44.
G00Z5.
M30
二、 編制軸類零件（2）數控加工程序
加工如圖3-2所示零件，材料45鋼，坯料 60×122。
1、刀具：T1——硬質合金93°右偏刀；
T2——寬3mm硬質合金割刀，D1——左刀尖。
加工工序 材料 刀具
車外圓 硬質合金 T1
切槽 硬質合金 T2
該零件結構較為簡單，屬典型軸類零件，軸向尺寸120㎜，採用三爪卡盤裝夾即可，選工件回轉軸線及右側面的交點為加工坐標系原點。
2、 選擇刀具編號並確定換刀點
根據加工要求選用2包刀具：1號為外圓左邊偏粗車刀，2號刀為外圓切斷刀和切槽刀，換刀點與對刀點重合
3、程序編寫
程序指令 說明
N10 G56 S300 M3 M7 T1； 選擇刀具，設定工藝數據
N20 G96 S50 LIMS=3000 F0.3； 設定粗車恆線速度
N30 G0 X65 Z0； 快速引刀接近工件，准備車端面
N40 G1 X-2； 車端面
N50 G0 X65 Z10； 退刀
N60 CNAME=「LK2」； 輪廓調用
N70 R105=1 R106=0.2 R108=4 R109=0
R110=2 R111=0.3 R112=0.15； 毛坯循環參數設定
N80 LCYC95； 調用LCYC95循環輪廓粗加工
N90 G96 S80 LIMS=3000 F0.15； 設定精車恆線速度
N100 R105=5； 調整循環參數
N110 LCYC95； 調用LCYC95循環輪廓精加工
N120 G0 X100 Z150； 快速退刀，准備換割刀
N125 G97； 取消恆線速度
N130 T2 F.1 S250； 換T2割刀D1有效，調整工藝數據
N140 G0 X42 Z-33； 快速引刀至槽Z向左側
N150 LCEXP2 P8； 調用子程序8次割8槽
N160 G0 X100 Z150 M9； 快速退刀，關冷卻
N170 M2； 程序結束
LK2
N10 G1 X0 Z0；
N20 G3 X20 Z-10 CR=10；
N30 G1 Z-20；
N40 G2 X30 Z-25 CR=5；
N50 G1 X39.98 CHF=2.818；
N60 Z-100；
N70 X60 Z-105；
N80 M17；
LCEXP2
N10 G91 G1 X-14；
N20 G4 S2；
N30 G1 X14；
N40 G0 Z-8；
N50 G90 M17；
第四部分：繪制CAD零件圖
參考文獻：[1]《機械加工工藝學》范崇洛、謝黎明主編，東南大學出版社發行，02年4月第6次印刷
[2]《數控編程加工技術》張思弟、賀曙新編著，化學工業出版社出版，05年6月北京第1次印刷
[3]《基礎數控技術》韓鴻鸞編著，機械工業出版社出版，00年第2次印刷
[4]《數控機床與編程》劉書華主編，機械工程出版社出版，01年第3次印刷
[5]《機械製造工藝基礎》傅水根主編，清華大學出版社出版，03年第1次印刷
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