【毕业设计论文】Z90型电动阀门装置及数控加工工艺的设计-设计说明书【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计（论文） 设计（论文）题目：Z 9 0型电动阀门装置及数控 加工工艺的设计 I ? ? 本毕业设计主要是设计 Z 9 0型电动阀门装置的主要零部件以及关键零部件的 数控加工工艺。Z 9 0型电动阀门装置具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体 积小、重量轻、使用维护方便等特点。广泛用于电力、冶金、石油、化工造纸、 污水处理等部门。用以控制阀门的开启、关闭和调节，可远距离控制，也可现场 操作。 Z 9 0 型电动阀门装置广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、 供水、环保等众多行业。 是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的 驱动装置。 II 目 录 第一章 课题简介.1 1.1 Z 9 0 型电动阀门概述 1 1.2 本文的设计思路 1 第二章 Z 9 0型电动阀门的结构及工作原理概述2 2.1 Z 9 0 型电动阀门的结构 2 2.2 Z 9 0 型电动阀门的工作原理. 2 2.3 Z 9 0 型电动阀门装置的原始性能参数. 2 第三章 Z 9 0型电动阀门装置主要零部件的设计3 3.1 齿轮的设计. 3 3.1.1 选择齿轮材料及热处理方法. 3 3.1.2 计算齿轮的许用应力. 3 3.1.3 齿轮的几何尺寸计算. 3 3.1.4 齿轮弯曲疲劳强度的计算 4 3.1.5 校核齿轮齿面接触疲劳强度. 5 3.1.6 齿轮的实际圆周速度. 6 3.1.7 计算啮合力 . 6 3.1.8 电动机的选择 6 3.2 轴的设计 7 3.2.1 选用轴的材料和初步估算轴径. 7 3.2.2 轴上受力分析 7 3.2.3 确定危险截面并计算安全系数. 7 3.3 轴承的寿命计算.10 3.3.1 计算内部轴向力 S .11 3.3.2 计算实际轴向力.11 3.3.3 取系数 X 、Y 值.11 3.3.4 计算当量载荷 P 11 3.3.5 计算轴承额定寿命 L h 12 3.4 选用键并校核强度 .12 3.4.1 输出轴上安装齿轮处选用键的内型.12 3.4.2 电机齿轮固定键的内型.13 III 3.5 箱体的设计13 3.6 齿轮和轴的润滑油的选择.13 3.7 工件压机构紧及夹具14 3.8 电器元件及控制机构15 第四章 关键零部件的数控加工工艺设计.18 4.1 概述.18 4.1.1 数控加工工艺的概念19 4.1.2 数控加工工艺特点20 4.1.3 数控加工的工艺适应性.20 4.1.4 数控加工零件的工艺性分析21 4 . 2 数控加工工艺 .22 4.2.1 零件图样工艺分析22 4.2.2 制定工艺过程.23 4 . 2 . 3 选择刀具23 4.2.4 确定切削用量.23 4.3 三维造型及 CAM模拟加工.23 第五章 本文小结.25 参考文献.26 致 谢.27 1 第一章 课题简介 阀门电动装置是阀门的驱动装置，用以驱动和控制阀门的开启和关闭。Z90 型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的，是二级齿轮传动，即先由 电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档,再由蜗 杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由大伞齿 轮带动小伞齿轮（即中转齿轮） ，再带动电器部分的行程开关上的小齿轮，经电器 部分来完成工作。 广泛应用于电力、冶金、石油、化工、造纸、造船、消防、供水、环保等众 多行业。 是阀门实行远程控制、集中控制和自动控制必不可少的驱动装置。 1.1 Z 9 0 型电动阀门概述 Z 9 0型电动阀门装置，通称为多回转阀门电动装置，适用于阀瓣做直线运动 的阀门，如闸阀、截止阀、隔膜阀、水闸阀等。它用于阀门的开启、关闭或调节， 是对阀门实现远控、集控和自控必不可少的驱动装置。他们具有功能全、性能可 靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点，广泛用于电力、冶 金、石油、化工造纸、污水处理等部门。 1.2 本文的设计思路 由于 Z 9 0型电动阀门装置的内部结构大部分都采用齿轮传动来完成，所以本 文设计上先应从齿轮着手，再确定电动机的型号，再确定轴，轴承，键，以及工 件机构和夹具的设计。最后对关键零部件的数控加工工艺进行了设计。 2 第二章 Z 9 0 型电动阀门的结构及工作原理概述 2.1 Z 9 0型电动阀门的结构 Z90型电动阀门装置由六个部分组成，即电机、减速箱、控制机构、手一电 动切换机构、手轮部件及电器部分。 2.2 Z 9 0 型电动阀门的工作原理 Z90 型电动阀门装置的工作原理是通过齿轮传动来实现的， 是二级齿轮传动， 即先由电机齿轮带动蜗杆齿轮，带动蜗杆，经过手柄带动拨环,使支杆销直立上档, 再由蜗杆带动蜗轮，带动输出轴，而输出轴的转动带动了轴上的大伞齿轮，再由 大伞齿轮带动小伞齿轮（即中转齿轮） ，再带动电器部分的行程开关上的小齿轮， 经电器部分来完成工作。 2.3 Z 9 0型电动阀门装置的原始性能参数 1 电动阀门装置公称转矩为 9 0 0 N m 。 2 最大控制转矩为 1 3 5 0 N m 。 3 最小控制转矩为4 5 0 N m 。 4 允许通过的阀杆直径为 6 0 m m 5 输出转速为 2 4 r m i n 。 6 电机功率为 2 . 2 K W 。 7 电动阀门装置的重量为 1 2 8 k g 。 3 第三章 Z 9 0 型电动阀门装置主要零部件的设计 3.1 齿轮的设计 3.1.1 选择齿轮材料及热处理方法 根据工作要求，选用多齿轮传动。 在箱体内，没有特殊要求，从降低成本、减小结构尺寸和易于选材的原则出 发，决定蜗杆齿轮选用 4 5 钢调质，齿面硬度为 2 1 7 2 5 5 H B S 。 3.1.2 计算齿轮的许用应力 1 ）计算许用接触应力 查教材，得齿轮的接触疲劳极限别为： 齿轮（2 1 7 2 5 5 ） limH 1 = 5 8 0 M P a H 1= Zn 1 limH 1/ S H= 5 8 0 / 1 . 1 = 5 2 7 . 3 M p a 2 ）计算许用弯曲应力 F 由教材查得：齿轮（2 1 7 2 5 5 H B S ） F l i m 1 = 4 4 0 M p a 齿轮弯曲许用应力为： F 1 = Yn 1 F l i m 1 SF= 1 4 4 0 1 . 4 = 3 1 4 . 3 M p a 。 3.1.3 齿轮的几何尺寸计算 齿轮的设计计算 求出齿轮的模数 m 3 1 1 11 2 Fd FS Z YYKT 4 = 2 207 . 0 6898. 002. 01023082. 12 = 1 . 3 5 5 将齿轮模数为标准值，所以，取 m = 2 3.1.4 齿轮弯曲疲劳强度的计算 计算齿轮的模数 m 3 Fd FS z YYKT 2 1 1 2 式中： m - - - - - - - - 齿轮的模数 K - - - - - - - - 齿轮的载荷系数 T 1- - - - - - - - 小齿轮传递的名义转矩 N d- - - - - - - 圆柱齿轮的齿宽系数 Z 1- - - - - - - - 齿轮系数 Y FS- - - - - - - 齿轮的复合齿形系数 Y - - - - - - - 齿轮的重合度系数 F - - - - - 齿轮的许用弯曲应力 确定公式内的各计算数据值 、选定齿轮的参数 Z 1= 2 0 ， Z2= i Z1= 4 . 3 3 2 0 = 8 6 . 6 取 Z2= 8 8 查机械设计实用手册 ，可得 d= 0 . 7 、计算齿轮的名义转矩 T 1= 9 5 5 0 P / n1= 9 5 5 0 1 . 5 / 1 4 0 0 = 1 0 . 2 3 （N m ）= 1 0 2 3 0 （N m m ） 计算齿轮的载荷系数 K 查机械设计实用手册 ，因电机为短时工作制，额定持续工作时间为 1 0分 钟。载荷平稳，所以取 K A= 1 . 0 。所以，初步估计转速 V = 2 4 m / s 5 查机械设计实用手册可得，K V= 1 . 4 ，K= 1 . 1 5 ，K= 1 . 1 3 则 a = 1 . 8 8 3 . 2 （1 / Z 1+ 1 / Z2） c o s = 1 . 8 8 3 . 2 （1 / 2 0 1 / 8 8 ） 1 = 1 . 7 0 5 5 式中： - - - - - - 齿轮的端面重 c o s- - - 齿轮的螺旋角系数 K - - - - - - 齿轮间的载荷分配系数 K - - - - - - 齿轮齿向载荷分配系数 则 K = K A KV KK = 1 . 0 1 . 4 1 . 1 5 1 . 1 3 = 1 . 8 2 、查取齿轮的复合系数 Y FS 根据机械设计实用手册查得，Y 1FS = 4 . 2 ，Y 2FS = 3 . 5 5 式中：Y FS- - - - - - - 齿轮的复合齿形系数 、计算齿轮的 Y FS/ F Y 1FS / F 1= 4 . 2 / 2 1 0 = 0 . 0 2 Y 2FS / F 2= 3 . 1 5 / 2 1 0 = 0 . 0 1 5 所以 Y 1FS / F 1Y2FS / F 2 、计算齿轮的重合系数 Y = 0 . 2 5 0 . 7 5 / a = 0 . 2 5 0 . 7 5 / 1 . 7 0 5 5 = 0 . 6 8 9 8 3.1.5 校核齿轮齿面接触疲劳强度 H = Z EZHZ () ubd uKT 2 1 1 12+ 式中：ZE= 1 8 9 . 8Mpa ，Z H= 2 . 5 ，Z= 0 . 7 6 3 4 a = 3 7055. 14 6 H - - - - - - - - 齿轮齿面接触疲劳强度 Z E- - - - - - - - - 材料的弹性系数 Z H- - - - - - - - - 齿轮节点区域系数 Z - - - - - - - - - 齿轮重合度系数 K - - - - - - - - - - 齿轮的载荷系数 U - - - - - - - - - - 两齿轮的齿数比 则， H = Z EZHZ () ubd uKT 2 1 1 12+ = 1 8 9 . 8 33. 4 133. 4 4028 1023082. 12 76. 05 . 2 2 + = 1 0 2 3 . 1 5 ( M p a ) 所以，接触疲劳强度足够。 3.1.6 齿轮的实际圆周速度 V = d1n1/ 6 0 1 0 0 0 = 3 . 1 4 1 4 6 0 2 5 1 . 7 2 / 6 0 1 0 0 0 = 1 . 0 2 （m / s ） 3.1.7 计算啮合力 圆周力 Ft= 2 T 1 / d 1 = 3 7 3 3 ( N ) 径向力 F r = Ftt a n n/ c o s = 1 3 7 2 ( N ) 轴向力 F = Frt a n = 5 3 2 ( N ) 3.1.8 电动机的选择 （1 ）电动机的型号 初选电动机型号：采用Y D F 2 - W 户外型三相异步电动机 7 该电机为短时工作制，额定持续工作时间为1 0 分钟。载荷平稳，对启动无 特殊要求，启动性能较好，所以选用Y D F 2 - W 户外型三相异步电动机，电压为 3 8 0 V 。 电机为外购，所选电动机额定功率为2 . 2 k w 。 （2 ）确定电动机的转速 电动机的额定转速是根据生产要求而选定。在确定电动机额定转 速时，要考虑装置的传动比，两者相互配合，经过技术，经济方面全面 考虑才能确定。所以选用的电动机转速要求不低2 4 r / m i n 。 3.2 轴的设计 3.2.1 选用轴的材料和初步估算轴径 输出轴的设计（如图 1 所示） 轴的材料选用 4 5 . 粗加工后进行调质处理便能满足使用要求。 4 5 经调处理后， 硬度为 2 1 7 2 1 5 H B S ，由机械设计基础查表得： B =6 5 0 M P a ，S= 3 6 0 M P a ，- 1= 3 0 0 M P a ， - 1= 6 0 M P a 。 3.2.2 轴上受力分析 齿轮分度圆上的切向力 F t = 2 0 0 0 T / d1= 2 0 0 0 6 1 4 . 6 7 / （8 7 2 / c o s ）= 6 9 7 0 . 5 （N ） 齿轮的径向力 F r = F t = t a n n/ c o s = 6 9 7 0 . 5 0 . 3 6 4 / 0 . 9 8 6 = 2 5 5 0 （N ） 齿轮的轴向力 F x = F t t a n = 6 9 7 0 . 5 t a n 1 0 = 1 1 3 9 . 4 （N ） 3.2.3 确定危险截面并计算安全系数 根据轴的结构尺寸, 可知道截面处弯矩最大, 且受转矩, 又有过盈联接的应力集 中, 键槽的应力集中。 以下将逐个校核之： （1 ） 、校核截面的安全系数（如图 2 所示） 8 由公式（2 4 - 9 ）及（2 4 - 1 0 ）, 可知, n = ma k + 1 n = ma k + 1 式中：1 、, 1- - - - - - 对称循环下材料试件的扭剪疲劳极限 k ，k- - - - - 弯曲，扭剪时的有效应力集中系数 - - - - - - - - - - - 表面品质系数 ， 弯曲，扭剪的绝对尺寸影响系数 ，- - 材料拉伸，扭剪的平均应力计算系数 m，m- - - 正应力，扭剪应力的平均应力 式中： 1 由机械设计使用手册表 2 4 - 1查得， 1 = 2 3 8 N m m 2 . 1 = 1 3 8 N / m m 2 k 、，k 由表 2 4 - 1 6 可以知道，过盈配合的应力集中系数远大于键 槽的，故只按过盈配合考虑即可。查得，k = 2 . 6 ，k= 1 . 8 8 。 查表 2 4 - 1 9 ，取= 0 . 9 2 查表 2 4 - 1 3 ，得 = 0 . 8 4 ， = 0 . 7 8 ，查表 2 4 - 2 4 ，得= 0 . 3 4 ，= 0 . 2 1 则 a = max = M D / w = 3 2 0 / 8 . 1 8 = 3 9 ( N / m m2) W 由表 2 4 - 2 7 可以知道，单键槽 d = 4 6 m m 时，W = 8 . 1 8 c m 2 , W p = 1 7 . 1 c m 2 . m = F x / A = 0 因为 ，F x 为 D 截面以左的轴向应力，D 截面以右（即，受转矩的一段）不受 轴向力。 a =m = T / W 9 = 1 .172 67.614 = 1 7 . 9 （N / m m 2 ） 将上列诸值代入公式， n = 034. 0 84. 092. 0 276 . 2 238 + = 2 . 6 n = 9 .1721. 0 78. 092. 0 9 .1788. 1 138 + = 2 . 9 代入式中 n = 22 nn nn + = 22 9 . 26 . 2 9 . 26 . 2 + = 1 . 9 4 图 1 输出轴 10 垂直受力图 图 2 危险截面系数 3.3 轴承的寿命计算 以输出轴轴承为例，轴承已初选型号为 6 4 0 4 的单列向心推力球轴承 查机械设计实用手册表 2 5 - 2 4 ，得如下数据： 额定动载荷 C = 2 9 . 2 K N , e = 0 . 2 5 , Y = 2 . 5 载荷系数 f p= 1 . 1 温度系数 由前面的计算可知： R AY = 1 9 9 4 N , R BY= 5 5 6 N 即轴承的径向力： F rA= RAY = 1 9 9 4 N , F rB= RBY= 5 5 6 11 3.3.1 计算内部轴向力 S S A= FrA/ 2 Y = 5 . 22 194 = 3 9 8 . 8 （N ） S B= FrB/ 2 Y = 5 . 22 556 = 1 1 1 . 2 （N ） 3.3.2 计算实际轴向力 F aA= m a x SASBF2a = m a x 3 9 8 . 8 , 1 1 . 2 1 1 3 9 = 3 9 8 . 8 （N ） F aB= m a x SB, SAF2a = m a x 1 1 . 2 , 3 9 8 . 8 1 1 3 9 = 1 5 3 7 （N ） 3.3.3 取系数 X 、Y 值 F aA/ FrA= 3 9 8 . 8 / 1 5 3 7 = 0 . 2 6 e F aB/ FrB= 1 5 7 3 / 5 5 6 = 2 . 8 e 由机械设计实用手册查表得 X A= XB= 0 . 6 5 , Y A= YB= 2 . 6 3.3.4 计算当量载荷 P P A= fP（XAFrAYAFaA） = 1 . 1 （0 . 6 5 1 5 3 7 2 . 6 3 9 8 . 8 ） 12 = 2 2 3 9 . 5 （N ） P B= fp（XBFrBYBFaB） = 1 . 1 （0 . 6 5 5 5 6 2 . 6 1 5 7 3 ） = 4 8 9 6 . 3 （N ） 3.3.5 计算轴承额定寿命 L h 因为 P BPA，所以轴承的额定寿面为 L h： L h= 3 6 60 10 B t P cf n = 1 8 4 7 5 7 （h ） 若该电动阀门使用期限为 1 0 年，若每年以 3 0 0 工作日计，则，轴承的预期寿 命为： L = 8 2 3 0 0 5 = 2 4 0 0 0 （h ） 由于 LhL ，所以该轴承合乎要求。 3.4 选用键并校核强度 3.4.1 输出轴上安装齿轮处选用键的内型 A 型键1 4 7 5 G B / T 1 0 9 6 1 9 7 0 。由机械设计实用手册表2 7 - 2 3 ，查得，键 的宽度b = 1 4 m m ，键的高度为h = 9 m m , 键的长度L = 4 5 m m , 键槽深t = 3 . 5 m m 则键的工作长度为L 2= L b = 4 5 1 4 = 3 1 m m . 由前面的计算可以知道,T?=667.4mm,d1=46mm。 因为对于按标准选择的平键连接，具有足够的剪切强度，鼓按挤压强度进行 强度校核。 则 P = 4 T / d h L = 5 . 39946 10 4 . 6674 3 = 1 4 3 . 2 （M p a ） 13 由教材查表得，键的许用挤压应力 P = （1 2 5 1 5 0 ）M p a 。显然P P ， 故，连接强度达到，能够满足要求，安全。 3.4.2 电机齿轮固定键的内型 A 型键 1 0 5 2 G B / T 1 0 9 6 1 9 7 9 。由机械设计实用手册表 2 7 - 2 3 ，得 b = 1 0 m m , h = 8 m m , L = 6 3 m m , t = 5 . 0 m m 则键的工作长度 L 3= L b / 2 = 6 3 5 / 2 = 6 0 . 5 m m 由前面的计算可以知道， T ? = 6 6 7 . 4 N m d 2= 3 6 m m 则P= 4 T / d h L = 5 . 60836 104 4 . 667 3 = 1 4 3 . 2 （M p a ） 同样，故，连接强度达到，能够满足要求，安全。 3.5 箱体的设计 根据工作的要求以及从降低成本、减小结构尺寸和易于选材的原则出发，决 定箱体选用 4 5 钢调质， （1 ）木模铸造、清砂 （2 ）热处理，人工时效 （3 ）清除浇冒口及毛刺 （4 ）非加工面打底漆 3.6 齿轮和轴的润滑油的选择 由于齿轮圆周速度 V 1 2 m / s ， 因而采用浸油润滑。 电动阀门选用润滑油牌号： N 4 6 机械润滑油。 电动阀门传动所需用油量：按每传递 1 K W的功率时，需要的用油量为 V = 0 . 3 5 0 . 7 5 L 计算。 V = （0 . 3 5 0 . 7 5 ）4 = 1 . 4 2 . 8 故，实际用油量为 V 1 = 2 . 5 L 14 3.7 工件压机构紧及夹具 在工厂从事技术工作时，时常碰到要设计工装夹具。工装夹具有两个功 能： 一是定位， 应按被加工零件的精度和定位基准设计， 技术人员比较好掌握； 二是夹紧或压紧，由于零件和工况的不同，选取何种机构常是技术人员要仔细 斟酌的问题。 （如图3，4所示） 第一种： 1、连杆 2、油缸活塞杆 3、油缸 4、固定支架 5、压杆 图3 工件夹具（一） 15 第二种： 1、油缸 2、油缸活塞杆 3、连杆 4、压杆 5、固定支架 6、被压工件 图4 工件夹具（二） 3.8 电器元件及控制机构（如表 3.1 所示） 电器元件表 代号 名称 型号规格 数量 K O , K C 交流接触器 C J X 8 - 9 2 F R 热继电器 J R 1 6 B 1 L S F 闪光开关 V - 1 5 7 1 L S O , L S C 行程开关 H W K 1 1 4 T S O , T S C 转矩开关 W K 1 - 1 2 16 S O , S C , S S 按钮 L A 1 1 - A 1 1 D 3 T H 热敏开关 T 1 1 1 F U 熔断器 B L X - 1 1 C B 开度表 1 - 1 0 m A 1 W 1 电位器 W X 1 0 - 3 3 0 1 M 电机 Y D F 1 B 变压器 2 2 0 V 1 表3.1 电器元件表 控制机构： 由转矩控制机构，行程控制机构及可调式开度指示器组成。 （1 ）转矩控制机构：由曲矩，碰块，凸轮，分度盘，支板和微动开关组成。 当输出轴受到一定的阻转矩后，蜗杆除旋转外，还产生轴向位移，带动曲矩旋转， 同时 使碰块也产生一角位移，从而压迫凸轮，使支板上抬。当输出轴上的转矩增 大到预定值时，则支板上抬直至微动开关动作，切断电源，电机停转，以实现对 电动装置输出转矩的控制。 （2 ）行程控制机构：由十进位齿轮组，顶杆，凸轮和微动开关组成，简称 计数器。其工作原理是由减速箱内的一主动小齿轮带动计数器工作。如果计数器 按阀门开或关的位置已调整好，当计数器随输出轴转到预先调整好的位置时，则 凸轮将被转动 9 0 度，压迫微动开关动作，切断电源，电机停转，以实现对电动装 置行程的控制。为了控制较多转圈数的阀门，可调整凸轮转 1 8 0度或 2 7 0度再压 迫微动开关动作。 （3 ）可调式开度指示器：由减速齿轮组，调节齿轮，阀门开度表盘，凸轮， 微动开关及电位器组成。在现场调试时可根据所配阀门开关的圈树，将调节齿轮 调整到所需位置，并与减速齿轮组吻合。当阀门在开启或关闭的过程中，开度盘 17 经减速后转动，指示阀门的开关量，指示角度与阀门开关量同步，供远传指示阀 门位置用。根据用户的需要，可增设中途开关。 18 第四章 关键零部件的数控加工工艺设计 4.1 概述 数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算 加工走刀中的刀位点（c u t t e r l o c a t i o n p o i n t简称 C L点） 。刀位点一般取为刀 具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。数控编程是目前 C A D / C A P P / C A M 系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、 提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。数控编程 技术涉及制造工艺、计算机技术、数学、计算几何、微分几何、人工智能等众多 学科领域知识，它所追求的目标是如何更有效地获得满足各种零件加工要求的高 质量数控加工程序，以便更充分地发挥数控机床的性能、获得更高的加工效率与 加工质量。数控编程是实现数控加工的重要环节，特别是对于复杂零件加工，编 程工作的重要性甚至超过数控机床本身。在现代生产中，由于产品形状及质量信 息往往需要通过坐标测量机或直接在数控机床上测量来得到，测量运动指令也有 赖于数控编程来产生，因此数控编程对于产品质量控制也有着重要的作用。 数控编程是从零件图纸到获得合格的数控加工程序的全过程，其主要任务是 计算加工走刀中的刀位点（C u t t e r L o c a t i o n P o i n t ，简称 C L 点） 。刀位点一般取 为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。一般来说，数控 编程的主要内容包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数学处理、编写零件 加工程序、输入数控系统、程序检验及首件试切。 根据问题复杂程度的不同，数控加工程序可通过手工编程或计算机自动编程 来获得。目前计算机自动编程采用图形交互式自动编程，即计算机辅助编程。这 种自动编程系统是 C A D （计算机辅助设计）与 C A M （计算机辅助制造）高度结合的 自动编程系统，通常称为 C A D / C A M 系统。 为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工、高精度加工和高效率加 工的要求，数控编程技术向集成化、只能化、自动化、易用化和面向车间编程等 方向发展。在开发 C A D / C A M 系统时面临的关键技术有： （1 ） 复杂形状零件的几何建模 对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控程序，其首要环 节是建立被加工零件的几何模型。复杂形状零件几何建模的主要技术内容包括： 19 曲线曲面生成、编辑、裁剪、拼接、过渡、偏置等。 （2 ） 加工方案与加工参数的合理选择 数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、 刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的自动优化选择与自适应控制是近年来重点 研究的问题。其目标是在满足加工要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提 下具有尽可能高的加工效率。 （3 ） 刀具轨迹生成 刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要同时也是研究最为广泛的内 容，能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。刀具轨迹 生成的首要目标是使所生成的刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削 负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳 定性好、编程效率高、代码量小等条件。 （4 ） 数控加工仿真 尽管目前在工艺规划和刀具轨迹生成等技术方面已取得很大进展，但由于零 件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何 问题仍十分难，其中最主要的有加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干 涉碰撞等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定 的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。数控加工仿真通过软件模拟加 工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序具有柔性好、成本低、 效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。 （5 ） 后置处理 后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通过前置处理生成的刀 位数据转换成适合于具体机床数据数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建 模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳 性校核修正、进给速度校核修正及代码转换等。因此，有效的后置处理对于保证 加工质量、效率与机床可靠运行具有重要作用。 数控机床按照工艺用途分为数控车床、数控铣床、加工中心、数控磨床等类 型。 4 . 1 . 1 数控加工工艺的概念 数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。 20 数控加工的工艺设计必须在程序编制工作开始以前完成，因为只有工艺方案 确定以后，编程才有依据。工艺方案的好坏不仅会影响机床效率的发挥，而且将 直接影响零件的加工质量。根据大量加工实例分析，工艺设计考虑不周是造成数 控加工差错的主要原因之一。 数控加工工艺主要包括如下内容： 1 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。 2 分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定零件的加工方案， 制定数控加工工艺路线。如划分工序、处理与非数控加工工序的衔接等。 3 加工工序、工步的设计。如选取零件的定位基准，夹具、辅助方案的确定、 确定切削用量等。 4数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路 线。 5 分配数控加工中的加工余量。 6 处理数控机床上的部分工艺指令。 7 首件试加工与现场问题处理。 8 数控加工工艺文件的定型与归档。 4 . 1 . 2 数控加工工艺特点 数控加工工艺和普通机床加工工艺相比较，遵循的基本原则和使用的方法大 致相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因此形成了以下特点： 1数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂。数控机床上通常安排较 复杂的工序，部分工序在普通机床上难以完成。 2数控加工工艺内容要求具体详细。在普通机床上加工时由操作者在加工中 灵活掌握，并可通过适时调整来处理的工艺问题，如工序内工步的安排，刀具尺 寸、加工余量、切削用量、对刀点、换刀点、走到路线的确定问题，在数控加工 时必须事先具体详细地设计和安排。 4 . 1 . 3 数控加工的工艺适应性 根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按工艺适应程度将零 件分为下列 3 例： 一、最适应类 1 . 形状复杂，加工精度要求高，用通用加工设备无法加工或虽然能加工但难 21 保证产品质量的零件； 2 . 用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件； 3 . 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件； 4 . 必须在一次装夹中合并完成铣、镗、铰或攻螺纹等多工序的零件。 对于上述零件，可以先不要过多地考虑生产率与经济上是否合理，而首先应 考虑能不能把他们加工出来，要着重考虑可能性的问题。只要有可能，都应把采 用数控加工作为优选方案。 二、较适应类 较适应类数控加工的零件大致有以下几种： 1 . 在通用机床加工时易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控造成 重大经济损失的零件； 2 . 在通用机床上加工必须制造复杂的专用工装的零件； 3 . 需要多次更改设计后才能定型的零件； 4 . 在通用机床上加工需要做很长时间调整的零件； 5 . 用通用机床加工时，生产效率很低或体力劳动强度很大的零件。 这类零件在首先分析其加工性以后，还要在提高生产效率及经济效益方面做 全面衡量，一般可把他们作为数控加工的主要选择对象。 三、不适应类 1 . 生产批量大的零件（当然不能排除其中个别工序用数控机床加工） ； 2 . 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件； 3 . 加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位 置的零件； 4 . 必须用特定的工艺装备协调加工的零件。 以上零件采用数控加工后，在生产效率与经济性方面 一般无明显改善，更有 可能弄巧成拙得不偿失，故一般不应作为数控加工的选择对象。 4 . 1 . 4 数控加工零件的工艺性分析 数控加工工艺性分析涉及内容很多，从数控加工的可能性和方便性分析，应 主要考虑： 1 零件图纸上尺寸数据标注的原则 （1 ）零件图纸上尺寸标注应符合编程方便的特点 22 在数控加工图上，宜采用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种方 法，既便于编程，也便于协调设计基准、工艺基准、检测基准与编程零点的设置 和计算。 （2 ）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分 自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。在分析零件图时， 要分析几何元素的给定条件是否充分，如果不充分，则无法对被加工零件进行造 型，也就无法编程。 2 零件各加工部位的结构 （1 ）零件所要求的加工精度、尺寸公差应能得到保证。 （2 ）零件呢内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，尽可能减少刀具规 格和换刀次数。 4 . 2 数控加工工艺 4 . 2 . 1 零件图样工艺分析 （1 ）结构分析。 由图 5可知，该零件的加工轮廓由圆形曲线、直线构成，直线部分宜在数控 车床上车削，而曲线部分则选用数控铣床加工更加合适。 图 5 离合套 （2 ）精度分析 该零件的曲线制造公差为 0 . 2 m m ，其余尺寸公差都为 I T 1 2级，表面粗糙 均为 R a 3 . 2 , 比较容易加工。 23 （3 ）毛坯、余量分析 该材料为工具钢 T 1 0 A ，毛坯为铸件，其外圆尺寸为2 0 0 ，粗加工单边均 有足够的加工余量，精加工单边留 0 . 2 5 m m 的加工余量, 以保证加工的精度。 （4 ）定位基准分析 由于毛坯形状简单，因此可选择棒料的加工端面作为定位基准面 4 . 2 . 2 制定工艺过程 （1 ）数控车床：粗车外圆表面和端面至 F1 6 2 3 5 。 （2 ）数控车床：粗车两段外圆面达 F1 6 0 . 5 3 5 和 F1 4 5 . 5 3 5 。 （3 ）数控车床：精车 F1 4 5 . 5 和1 6 0 . 5 两段外圆面。 （4 ）数控车床：倒角 2 m m 。 4 . 2 . 3 选择刀具 根据工件的材料采用硬质合金刀具，其切削工具钢时宜采用切削钢时较低的 切削速度。切削用量选用的规律是：工件材料的硬度愈高经济切削速度愈低；粗 加工时背吃刀量和进给量大，切削速度低；精加