參考論文機(jī)車內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的數(shù)控加工

1、摘要?dú)飧咨w是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，在很大程度上決定了產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)周期。加工中心是一種高效的生產(chǎn)設(shè)備，要發(fā)揮其作用，除了要提高管理水平、合理配置人員、做好生產(chǎn)準(zhǔn)備等工作以外，還要做好數(shù)控加工工藝。本文對(duì)氣缸蓋的數(shù)控加工工藝和數(shù)控編程進(jìn)行了深入的研究。本文以內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋為研究對(duì)象，根據(jù)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的總體內(nèi)容，進(jìn)行氣缸蓋的工藝分析，給出氣缸蓋的加工工藝路線、數(shù)控加工工序以及工步的劃分、加工中心的選擇、刀具和夾具的選擇?？紫斗倍嗍菤飧咨w的特點(diǎn)。本文結(jié)合鉆削用量三要素及數(shù)控加工中心的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)不是制約加工中心加工的約束條件。通過建立以鉆頭穩(wěn)定性、扭矩和機(jī)床

2、功率等為約束條件，提出了一種簡(jiǎn)便實(shí)用的鉆削用量計(jì)算方法，此方法可為實(shí)際生產(chǎn)中鉆削用量的確定提供參考。本文主要介紹了氣缸蓋加工的三道主要工序的加工內(nèi)容、夾具及定位方式、工步劃分和加工方法，這三道工序?yàn)殂妭?cè)面和進(jìn)氣道面，加工周邊孔；加工頂面孔，銑排氣道面；加工底面孔。本文最后基于MasterCAM平臺(tái)，對(duì)氣缸蓋數(shù)控編程進(jìn)行研究。針對(duì)氣缸蓋加工工藝的特點(diǎn)，主要采用鉆削的方法對(duì)氣缸蓋的外表面進(jìn)行加工。通過基準(zhǔn)的制定、軌跡的創(chuàng)建、加工參數(shù)的確定等，編制出了數(shù)控加工程序，得到了走刀軌跡和加工仿真過程。最后通過后置處理生成了數(shù)控加工代碼。關(guān)鍵詞：氣缸蓋；數(shù)控加工工藝；鉆削用量；數(shù)控編程目錄第一章緒論課題研究

3、的背景及意義國(guó)內(nèi)外數(shù)控加工工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀課題研究的內(nèi)容第二章氣缸蓋數(shù)控加工工藝的總體設(shè)計(jì)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)控加工的適應(yīng)性氣缸蓋采用數(shù)控加工的特點(diǎn)氣缸蓋數(shù)控加工工藝的總體設(shè)計(jì)數(shù)控加工內(nèi)容的分析及確定分析零件圖以及確定加工內(nèi)容氣缸蓋總體加工工序的劃分鉆削用量的研究計(jì)算鉆削用量和刀具耐用度的關(guān)系鉆削用量三要素約束條件加工中心上鉆削用量的計(jì)算舉例本章小結(jié)第三章氣缸蓋主要加工工序設(shè)計(jì)加工設(shè)備及刀具和夾具選擇加工設(shè)備的選擇刀具的選擇夾具的選擇3.2側(cè)面和進(jìn)氣道面及其孔的加工工序本工序的主要加工內(nèi)容定位基準(zhǔn)的選擇和定位誤差的分析本工序加工方法的選擇以及工步劃分的原則頂面和排氣道面及

4、其孔的加工工序加工頂面孔，銑排氣道面的主要加工內(nèi)容定位基準(zhǔn)的選擇和定位誤差的分析主要工步的加工方法選擇本章小結(jié)第四章氣缸蓋關(guān)鍵加工工序設(shè)計(jì)及其加工精度分析底面孔的加工工序底面孔的加工內(nèi)容定位方案的確定及夾緊力的計(jì)算加工方法的選擇氣門座底孔和導(dǎo)管底孔的加工精度分析氣門座底孔和導(dǎo)管底孔加工工藝氣門座底孔和導(dǎo)管底孔的精度要求影響工序質(zhì)量的因素氣門座底孔切削用量的選擇和計(jì)算確定切削用量的選擇方法切削用量的計(jì)算復(fù)合鏜刀的受力分析和變形計(jì)算復(fù)合刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合刀具的受力分析復(fù)合刀具變形的有限元分析本章小結(jié)第五章氣缸蓋數(shù)控加工程序編制MasterCAM的工藝過程數(shù)控編程實(shí)例使用數(shù)控加工過程加工仿真后置處理

5、本章小結(jié)結(jié)論參考文獻(xiàn)附錄A銑側(cè)面和進(jìn)氣道面，加工周邊孔的詳細(xì)工步附錄B加工頂面孔的詳細(xì)工步附錄C加工底面孔的詳細(xì)工步附錄D加工頂面孔，銑排氣道面數(shù)控程序代碼致謝第一章緒論第一章緒論課題研究的背景及意義由于鐵路機(jī)車運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鐵路機(jī)車的性能也提出了更高要求。氣缸蓋處在內(nèi)燃機(jī)的心臟是內(nèi)燃機(jī)的核心部件，它在氣缸體上部封閉燃燒室并和活塞頂部一起形成燃燒室。氣缸蓋是內(nèi)燃機(jī)零件中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱體零件，也是關(guān)鍵件，其精度要求高，加工工藝復(fù)雜，且加工質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔系繁多是氣缸蓋加工的特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來都是國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)制造行業(yè)研究的重點(diǎn)難點(diǎn)。隨著機(jī)車內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代氣

6、缸蓋的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，而且先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)越來越多地傾向于采用多氣門機(jī)構(gòu)這使得氣缸蓋加工變得越來越困難鑒于數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代制造業(yè)中起著越來越重要的作用，隨著自動(dòng)編程系統(tǒng)的發(fā)展，如Pro/E，UG，MasterCAM等軟件的普及使用，數(shù)控機(jī)床編程工作越來越簡(jiǎn)化。為保證零件加工質(zhì)量，除了數(shù)控機(jī)床自身的精度外，還和數(shù)控加工中的工藝措施密切相關(guān)。在使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí),如何結(jié)合機(jī)床特性和零件特點(diǎn)充分考慮加工工藝問題,并巧妙使用編程方法、技巧,優(yōu)化數(shù)控加工的工藝和編程,對(duì)保證和提高數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量有著重要的意義。因此，在用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí)，要充分考慮工藝問題對(duì)零件加工質(zhì)量的影響。本課題

7、針對(duì)大連機(jī)車車輛有限公司16V265型內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋，在急需國(guó)產(chǎn)化的情況下對(duì)其進(jìn)行數(shù)控加工工藝的研究及數(shù)控編程。從國(guó)外進(jìn)口氣缸蓋，一是價(jià)格較高，耗費(fèi)大量財(cái)力；二是供應(yīng)不及時(shí)，周期太長(zhǎng)，影響機(jī)車的正常裝配。故使該型號(hào)的氣缸蓋國(guó)產(chǎn)化有著十分重要的意義，不僅可以節(jié)約資金，而且還可以消化吸收國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)生產(chǎn)出性能更好的氣缸蓋打下牢固的基礎(chǔ)，同時(shí)也對(duì)民族工業(yè)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。綜上所述，對(duì)機(jī)車內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的數(shù)控加工工藝研究的意義如下：隨著計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC機(jī)床，特別是加工中心的發(fā)展，為工序集中創(chuàng)造了條件。在加工中心上，一次裝夾可以加工以前要多臺(tái)設(shè)備、多道工序才能加工完成的內(nèi)容，有時(shí)甚至一次CNC

8、機(jī)床上加工CNC機(jī)床上加工刀具路徑、切削可以直接從零件三維裝夾就可以完成全部加工內(nèi)容，加工出合格的產(chǎn)品。數(shù)控加工工藝是指在零件的工藝，它和普通機(jī)床的零件加工工藝最大不同之處，在于加工順序、參數(shù)等規(guī)定的特別詳細(xì)。因?yàn)楦咨w上的加工孔很多，使用軟件編程不需要計(jì)算孔位的坐標(biāo)，模型上得到坐標(biāo)數(shù)據(jù)，更重要的是采用軟件編程可實(shí)現(xiàn)加工過程的仿真，能夠保證所編制的加工程序準(zhǔn)確無誤，一次試切成功。使用軟件編程代替手工編程是加工技術(shù)的發(fā)展方向，它不僅能夠減輕編程人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高編程質(zhì)量，而且應(yīng)該考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)在不斷更新，以后會(huì)遇到手工編程無法解決的復(fù)雜零件編程問題，只能用軟件編程解決，所以說使用軟件編程是數(shù)控加工

9、的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外數(shù)控加工工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀數(shù)控加工技術(shù)是20世紀(jì)40年代后為適應(yīng)加工復(fù)雜外形零件而發(fā)展起來的一種自動(dòng)化加工技術(shù)，其研究起源于飛機(jī)制造業(yè)。1952年世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床三坐標(biāo)立式銑床問世，它可控制銑刀進(jìn)行連續(xù)空間曲面的加工，揭開了數(shù)控加工技術(shù)的序幕，國(guó)外十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究。日本自70年代起便把許多精力投入到數(shù)控加工技術(shù)的開發(fā)和使用上，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近年來由于國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，并取得了豐碩的研究成果。我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)方面的研究工作自“七五”以來取得了一大批研究成果。在數(shù)控加工自動(dòng)化工藝設(shè)計(jì)方面，我國(guó)研究人員從零件特征

10、信息的獲取、表達(dá)、輸入到多工藝方案的設(shè)計(jì)和決策等各方面開展了大量的研究工作。目前，主要在曲面造型、刀位規(guī)劃、刀位仿真、干涉檢查等方面取得了較多的成果。自主開發(fā)了一批軟件系統(tǒng)，其中有些系統(tǒng)已接近國(guó)際先進(jìn)水平，投入市場(chǎng)并在生產(chǎn)中發(fā)揮了重大作用。雖然我國(guó)的數(shù)控加工技術(shù)有了較大的發(fā)展，但和世界先進(jìn)水平相比仍有很大差別。一方面國(guó)內(nèi)還沒有比較成熟、功能全、適應(yīng)性強(qiáng)的數(shù)控加工系統(tǒng)。另一方面表現(xiàn)在使用水平落后，不僅絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家主要依靠國(guó)外引進(jìn)軟件進(jìn)行復(fù)雜曲面的多坐標(biāo)數(shù)控加工，而且還表現(xiàn)在數(shù)控加工的效率低，加工表面質(zhì)量差等方面。近年來，數(shù)控技術(shù)涉及到各個(gè)領(lǐng)域，其中使用最廣泛，效率最高的地方在一些大型企業(yè)，如

11、汽車，航空航天，國(guó)防軍工的重要部門領(lǐng)域。例如葉輪制造就使用了數(shù)控加工最前沿部分。國(guó)外許多家公司已開始采用四軸側(cè)銑來加工非可展直紋面葉片的整體葉輪。其中世界上最著名的美國(guó)NREC公司提供的資料上就介紹了該公司生產(chǎn)的軟件MAX5就能夠完成為葉輪的四軸側(cè)銑數(shù)控加工而生成數(shù)控代碼的工作。在該軟件中采用了三項(xiàng)美國(guó)專利來解決用側(cè)銑加工非可展直紋面的誤差問題。用數(shù)控編程進(jìn)行的處理工作可避免理論切削誤差。同時(shí)，軟件中針對(duì)各種不同的葉輪形式還設(shè)計(jì)了切削路徑的模板，可以直接生成刀具軌跡，然后根據(jù)具體情況再進(jìn)行調(diào)整，這樣可以大大的節(jié)約編程時(shí)間提高效率目前，我國(guó)已有越來越多的廠家開始采用鍛造毛坯后多坐標(biāo)NC加工成型的

12、方法加工葉輪，尤其是國(guó)防工業(yè)中所用的關(guān)鍵葉輪，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、風(fēng)扇、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪等。目前都已采用多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工。國(guó)內(nèi)所用的機(jī)床大多是引進(jìn)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的四、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。氣缸蓋屬于鉆、鏜、鉸、攻螺紋及銑削加工聯(lián)合進(jìn)行的典型箱體零件，且其孔系相互位置度要求較高，從提高效率保證質(zhì)量上考慮，國(guó)內(nèi)外氣缸蓋先進(jìn)制造企業(yè)在加工設(shè)備上均采用了功能較為齊全的數(shù)控加工中心，氣缸蓋加工中最大的難點(diǎn)是氣門座底孔和導(dǎo)管底孔的加工。如何保證氣門座底孔和導(dǎo)管底孔的高精度要求是國(guó)內(nèi)外在氣缸蓋先進(jìn)制造上的主要研究方向。一般國(guó)外公司例如美國(guó)GE公司、德國(guó)Housberg公司和日本日野公司均采用了加工中心先加

13、工氣門座底孔和導(dǎo)管底孔，最后用專用機(jī)床對(duì)氣門座底孔和導(dǎo)管底孔進(jìn)行復(fù)合加工，這樣保證了氣門座底孔和導(dǎo)管底孔很高的同軸度精度要求。在國(guó)內(nèi)一些工廠中，加工工序和國(guó)外的公司基本一致，也逐步采用了國(guó)外的加工方法和設(shè)備，這樣在氣門座底孔和導(dǎo)管底孔的同軸度精度上和國(guó)外的產(chǎn)品基本上是一致的。如前所述，鐵路運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展對(duì)鐵路機(jī)車的性能要求越來越高，對(duì)氣缸蓋的制造精度也提出了更高要求，但由于國(guó)內(nèi)目前鐵路機(jī)車產(chǎn)品的多元化及新產(chǎn)品開發(fā)力度的不斷加大，鐵路內(nèi)燃機(jī)車事實(shí)上無法像汽車行業(yè)一樣組織有效的大批量生產(chǎn)模式。所以，目前鐵路內(nèi)燃機(jī)車氣缸蓋氣門座底孔和導(dǎo)管底孔加工存在以下主要問題12：加工振動(dòng)影響表面質(zhì)量和刀具壽命以

14、及較高同軸度和跳動(dòng)精度要求難以保證等，嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)氣缸蓋制造水平的提高，同時(shí)在用加工中心對(duì)如氣缸蓋這類復(fù)雜零件進(jìn)行加工時(shí)，普遍對(duì)數(shù)控加工切削參數(shù)的選擇研究不足，隨意性較大，存在著加工效率低、制造成本高等問題。因此，如何結(jié)合實(shí)際情況，使用現(xiàn)有裝備對(duì)機(jī)車內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的數(shù)控加工工藝及數(shù)控編程進(jìn)行分析研究來提升氣缸蓋制造水平，提高加工效率以及降低生產(chǎn)成本。對(duì)國(guó)內(nèi)鐵路機(jī)車制造行業(yè)而言是一個(gè)非常迫切需要研究的課題。課題研究的內(nèi)容本課題重點(diǎn)研究如何利用機(jī)車廠現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)氣缸蓋進(jìn)行數(shù)控加工工藝規(guī)劃及在加工中心上編制數(shù)控程序，以便提高氣缸蓋的加工質(zhì)量和效率，主要研究?jī)?nèi)容如下：根據(jù)零件圖紙的技術(shù)和精度要求，按照

15、加工工藝?yán)碚撛瓌t及車間現(xiàn)有設(shè)備條件，制定缸蓋零件的機(jī)械加工工藝過程。編制一套完善的缸蓋加工工藝過程卡和工序卡，其中主要工作內(nèi)容包括：加工中心的工序內(nèi)容較多，需要合理安排數(shù)控加工工序以及工步的劃分。通過確定加工余量，計(jì)算出各工序工步的加工尺寸及公差。提出一種簡(jiǎn)便實(shí)用的鉆削用量計(jì)算方法。對(duì)氣缸蓋主要加工工序，按加工要求提出工藝準(zhǔn)備方案，包括設(shè)計(jì)各工序的定位夾緊方式和定位誤差分析以及加工設(shè)備的選擇、使用的刀具等。首先對(duì)加工底面孔工序進(jìn)行夾緊力的計(jì)算分析，其次對(duì)氣缸蓋氣門座底孔和導(dǎo)管底孔的加工工藝進(jìn)行了分析研究，設(shè)計(jì)了最后精加工時(shí)所選用的復(fù)合鏜刀結(jié)構(gòu)，并對(duì)鏜刀刀桿的受力和變形進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，提出

16、了改進(jìn)方案，保證其加工精度要求。采用軟件編程方法編制數(shù)控加工程序，通過編程和程序調(diào)試，輸出合理的數(shù)控加工程序。數(shù)控加工工藝技術(shù)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)，工藝的好壞直接導(dǎo)致零件加工的質(zhì)量和效率，數(shù)控工藝是NC加工程序編制的依據(jù)。本文通過研究對(duì)比進(jìn)行優(yōu)化處理從而取得較為合理的數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工程序。第二章氣缸蓋數(shù)控加工工藝的總體設(shè)計(jì)2.1數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)自動(dòng)化程度高，可以減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度數(shù)控加工過程是按輸入程序自動(dòng)完成的，一般情況下，操作者只要在機(jī)床旁邊觀察和監(jiān)控機(jī)床的運(yùn)行情況，此外，再做一些裝卸零件、更換刀具和零件尺寸抽檢的工作。當(dāng)然，數(shù)控機(jī)床操

17、作者的腦力勞動(dòng)強(qiáng)度相應(yīng)增高，要處理許多普通機(jī)床很少見的數(shù)學(xué)問題、微電子問題、信息問題、自動(dòng)控制技術(shù)使用問題等。加工零件一致性好、質(zhì)量穩(wěn)定由于數(shù)控機(jī)床本身的定位精度和重復(fù)定位精度都很高，很容易保證零件的一致性，也大大減少了通用機(jī)床加工中人為造成的失誤，故數(shù)控加工不但可以保證零件獲得較高的加工精度，而且質(zhì)量穩(wěn)定，也便于對(duì)加工過程進(jìn)行質(zhì)量控制。一般來說，只要工藝設(shè)計(jì)和程序正確合理，再加上按操作規(guī)程精心操作，就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)。生產(chǎn)效率較高由于數(shù)控加工時(shí)能在一次裝夾中加工出很多待加工的部位，既省去了通用機(jī)床加工時(shí)原有的不少中間工序（如劃線、檢驗(yàn)等），也大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。因?yàn)閿?shù)控加工的零件形狀

18、及尺寸的一致性好，一般只進(jìn)行首件檢驗(yàn)和加工中間抽檢即可。此外，數(shù)控加工出的零件也為后續(xù)工序（如裝配等）帶來了許多方便。便于產(chǎn)品研制由于數(shù)控加工一般不需要很復(fù)雜的工藝裝備，就可以通過編制程序把形狀復(fù)雜和精度要求較高的零件加工出來，故當(dāng)設(shè)計(jì)更改時(shí)，也很容易用更改程序的方法作相應(yīng)更改，一般不需要重新設(shè)計(jì)制造工裝。所以，數(shù)控加工能大大縮短產(chǎn)品研制周期，給新產(chǎn)品的研制開發(fā)、產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造己成為航空航天、汽車、船舶及各種機(jī)械工業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路。而將用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品圖紙及數(shù)據(jù)變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品的最有效途徑，就是采取計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)直接制造出

19、零件。數(shù)控機(jī)床及其加工技術(shù)正是計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。（2）數(shù)控加工的缺點(diǎn)加工成本一般較高主要原因是設(shè)備費(fèi)用高及首次加工準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)。數(shù)控機(jī)床的價(jià)格一般是相同規(guī)格的同類通用機(jī)床的好幾倍。此外，其零配件價(jià)格較高，維修成本也高。再加上和其配套的編程用計(jì)算機(jī)、及其外部配套設(shè)備等，使加工成本大大高于通用機(jī)床。只適宜于占機(jī)械加工總量70%80%的多品種、小批量或中批量生產(chǎn)。由于數(shù)控加工對(duì)象一般為較復(fù)雜零件，又往往采用工序相對(duì)集中的工藝方法，在一次定位安裝中加工出許多待加工面，勢(shì)必將工序時(shí)間拉長(zhǎng)。盡管目前在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造方面做出了很大努力（如：多軸化、自動(dòng)交換工作臺(tái)和柔性加工單元等），但和專用多工位

20、組合機(jī)床或自動(dòng)機(jī)形成的生產(chǎn)線相比，在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率方面仍有很大差距。加工中難以調(diào)整由于數(shù)控機(jī)床是按程序運(yùn)行自動(dòng)加工的，一般很難在加工過程中進(jìn)行適時(shí)的人工調(diào)整，即使可以作局部調(diào)整，其可調(diào)范圍也不大。維修困難數(shù)控機(jī)床是技術(shù)密集型的機(jī)電產(chǎn)品，增加了微電子維修方面的困難，一般均需要配備技術(shù)素質(zhì)較高的維修人員和較好的維修裝備。數(shù)控加工的適應(yīng)性這里所指的適應(yīng)性是廣義的，不是指某個(gè)具體機(jī)床適應(yīng)加工什么零件。根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外大量使用實(shí)踐，一般可按適應(yīng)程度將零件分為下列三類：較適應(yīng)類在通用機(jī)床上加工時(shí)極易受人為因素(如：情緒波動(dòng)、體力強(qiáng)弱、技術(shù)水平高低等)干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控便造成重

21、大經(jīng)濟(jì)損失的零件；在通用機(jī)床上加工必須制造復(fù)雜的專用工裝的零件；需要多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件；在通用機(jī)床上加工需要作長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整的零件；在通用機(jī)床上加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動(dòng)強(qiáng)度很大的零件。這類零件在首先分析其可能性以后，還要在提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效益方面作全面衡量，一般可把它們作為數(shù)控加工的主要選擇對(duì)象。最適應(yīng)類形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用機(jī)床無法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件；用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線和曲面輪廓零件；具有難測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件；必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸或攻絲等多工序的零件。對(duì)于上述零件，可以先不要過多的去考慮生產(chǎn)效

22、率和經(jīng)濟(jì)上是否合理，而應(yīng)首先考慮能不能把它們加工出來，要著重考慮可能性問題。只要有可能，都應(yīng)把對(duì)其進(jìn)行數(shù)控加工作為優(yōu)選方案。不適應(yīng)類生產(chǎn)批量大的零件(當(dāng)然不排除其中個(gè)別工序用數(shù)控機(jī)床加工)；裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件；加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無在線檢測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo)位置的；必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。因?yàn)樯鲜隽慵捎脭?shù)控機(jī)床加工后，在生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性方面一般無明顯改善，更有可能弄巧成拙或得不償失，故此類零件一般不作為數(shù)控加工的選擇對(duì)象。氣缸蓋采用數(shù)控加工的特點(diǎn)氣缸蓋是內(nèi)燃機(jī)零件中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱體零件，也是關(guān)鍵件，其加工精度要求高，加工工藝復(fù)雜，且加工質(zhì)

23、量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。氣缸蓋屬于鉆、鏜、鉸、攻螺紋及銑削加工聯(lián)合進(jìn)行的典型箱體零件，且其孔系相互位置度要求較高，而且具有難測(cè)量的特點(diǎn)，必須在一次裝夾中合并完成鉆、鏜、鉸或攻絲等多工序的零件。從提高效率保證質(zhì)量上考慮，國(guó)內(nèi)外氣缸蓋先進(jìn)制造企業(yè)在加工設(shè)備上均采用了功能較為齊全的數(shù)控加工中心。因?yàn)橹挥羞x擇數(shù)控加工的方法才能保證氣缸蓋基本的位置精度要求、同軸度要求，同時(shí)在數(shù)控加工中數(shù)控機(jī)床本身具有很高的定位精度和重復(fù)定位精度的能力，很容易保證零件的一致性。故氣缸蓋采用數(shù)控加工不但可以保證零件獲得較高的加工精度，而且質(zhì)量穩(wěn)定，也便于對(duì)加工過程實(shí)行質(zhì)量控制。2.2氣缸蓋數(shù)控加工工藝的總體設(shè)計(jì)數(shù)控加工內(nèi)

24、容的分析及確定當(dāng)選擇并決定某個(gè)零件進(jìn)行數(shù)控加工后，并不等于要完成所有的加工內(nèi)容，可能只是其中的一部分進(jìn)行數(shù)控加工，因此必須對(duì)零件圖紙進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，選擇那些最合適、最需要數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在選擇并做出決定時(shí)，應(yīng)結(jié)合本單位的實(shí)際，立足于解決關(guān)鍵難題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)，防止把數(shù)控機(jī)床降格為通用機(jī)床使用。選擇時(shí)，一般可按下列順序考慮：通用機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。通用機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容。通用機(jī)床加工效率低，人工手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚存在富裕能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。一般來說，上述這些加工內(nèi)容采用數(shù)控加工后，在產(chǎn)品質(zhì)

25、量、生產(chǎn)效率和綜合經(jīng)濟(jì)效益等方面都會(huì)得到明顯提高。相比之下，下列一些加工內(nèi)容不宜采用數(shù)控加工：需要通過較長(zhǎng)時(shí)間占機(jī)調(diào)整的加工內(nèi)容，如：以毛坯的粗基準(zhǔn)定位來加工第一精基準(zhǔn)的工序等。必須按專用工裝協(xié)調(diào)的孔及其它加工內(nèi)容。主要原因是采集編程用的數(shù)據(jù)有困難，協(xié)調(diào)效果不一定理想。按某些特定的制造依據(jù)(如：樣板、樣件等)加工的型面輪廓。主要原因是取數(shù)據(jù)難，易和檢驗(yàn)依據(jù)產(chǎn)生矛盾，增加編程難度。不能在一次安裝中加工完成的其它零星部位，采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯，可安排通用機(jī)床補(bǔ)加工。此外，在選擇和決定加工內(nèi)容時(shí)，也要考慮生產(chǎn)批量，生產(chǎn)周期，工序間周轉(zhuǎn)情況等等。本課題所研究的氣缸蓋屬于多孔系、多加工面的典型

26、箱體類零件。通過以上分析可知，在氣缸蓋加工中，有三道工序必須采用數(shù)控加工，這三道工序組成了氣缸蓋加工的基本內(nèi)容，即：銃側(cè)面和進(jìn)氣道面，加工周邊孔；加工頂面孔，銃排氣道面以及加工底面孔。因此保證各孔的位置精度和同軸度以及孔的高加工精度顯得特別重要，同時(shí)在側(cè)面加工及頂面加工中有幾個(gè)和平面成一定角度的孔，這也需要才用數(shù)控加工才能保證孔的加工要求，以及簡(jiǎn)化夾具的設(shè)計(jì)問題。在側(cè)面加工中，由于是四個(gè)面在同一個(gè)工序中依次進(jìn)行加工，保證定位精度顯得尤其重要。只有這樣才能保證氣缸蓋的加工精度要求和提高氣缸蓋的生產(chǎn)效率。分析零件圖以及確定加工內(nèi)容隨著內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代氣缸蓋的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，而且先

27、進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)越來越多地傾向于采用多氣門機(jī)構(gòu)這使得氣缸蓋加工變得越來越困難。氣缸蓋是內(nèi)燃機(jī)零件中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱體零件，也是關(guān)鍵件，其精度要求高，加工工藝復(fù)雜，且加工質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。本文所研究的氣缸蓋具體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1氣缸蓋結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)一個(gè)氣缸蓋的毛坯鑄造完成之后，除劃線確定加工余量之外，首先的加工內(nèi)容是加工氣缸蓋的頂?shù)酌?，來確定加工基準(zhǔn)，平面加工完成之后才能加工各個(gè)孔。從氣缸蓋結(jié)構(gòu)圖中可以看到，面和孔加工是該氣缸蓋加工的主要內(nèi)容，其中孔的加工占據(jù)了該氣缸蓋加工的大部分內(nèi)容。如圖2.1左側(cè)圖看到的是氣缸蓋的頂面，頂面孔中加工的難點(diǎn)是處于氣缸蓋中心的中心孔，它是一個(gè)階梯孔，

28、而且加工精度要求也很高，其次是在頂面上加工精度要求較高的就是氣門導(dǎo)管底孔，最后是處在和頂面成82的斜孔。這三類孔構(gòu)成了氣缸蓋頂面的主要內(nèi)容；如圖2.1右側(cè)圖所示為氣缸蓋的底面，在底面上孔的類型比較單一，最主要的就是進(jìn)氣門孔和排氣門孔的加工，該孔的加工不僅是底面加工的難點(diǎn)，也是整個(gè)氣缸蓋加工的重點(diǎn)之一。除此之外，氣缸蓋加工就剩下缸體的四個(gè)側(cè)面了，在側(cè)面加工的孔中首先要先加工各個(gè)平面，在側(cè)面中有進(jìn)氣道面和排氣道面，以及和進(jìn)氣道面成30角的小斜面，該斜面上有一個(gè)階梯孔，其余的孔都是一些比較簡(jiǎn)單的孔，在此不做過多的說明。氣缸蓋總體加工工序的劃分氣缸蓋是典型的箱體類零件，其要求加工的內(nèi)容很多，特別是孔加

29、工很多，零件加工表面形狀也是多種多樣。氣缸蓋同時(shí)也是內(nèi)燃機(jī)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求較高的關(guān)鍵零部件，現(xiàn)代的加工工藝和方法大都集中在加工中心上進(jìn)行加工。由于數(shù)控加工工序一般均穿插于零件加工的整個(gè)工藝過程中間，因此在工藝路線設(shè)計(jì)中一定要全面考慮，瞻前顧后，使之和整個(gè)工藝過程協(xié)調(diào)吻合。在數(shù)控工藝路線設(shè)計(jì)中主要應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：(1)數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是進(jìn)一步把本工序的加工內(nèi)容、加工用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運(yùn)動(dòng)軌跡都具體確定下來，為編制加工程序做好充分準(zhǔn)備。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進(jìn)行：以一次安裝加工作為一道工序。這種方法適合于加工內(nèi)

30、容不多的工件，加工完成后就能達(dá)到待檢狀態(tài)。以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。有些零件雖然能在一次安裝中加工出很多待加工面，但考慮到程序太長(zhǎng)，會(huì)受到某些限制，如：控制系統(tǒng)的限制(主要是內(nèi)存容量)，機(jī)床連續(xù)工作時(shí)間的限制(如一道工序在一個(gè)工作日內(nèi)結(jié)束)等。此外，程序太長(zhǎng)會(huì)增加出錯(cuò)率，并給檢索帶來困難。因此程序不能太長(zhǎng)，一道工序的內(nèi)容不能太多。以加工部位劃分工序。對(duì)于加工內(nèi)容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾個(gè)部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。綜上所述在分工序時(shí)，一定要視零件的結(jié)構(gòu)和工藝性，機(jī)床的功能，零件數(shù)控加工內(nèi)容的多少，安裝次數(shù)及本單位生產(chǎn)組織狀況靈活掌握。什么零件宜采用工序集中的原則還

31、是采用工序分散的原則，也要根據(jù)實(shí)際情況來確定，但一定要力求合理。(2)順序的安排順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位安裝和夾緊的需要來考慮，重點(diǎn)是工件的剛性不被破壞。順序安排一般應(yīng)按下列原則進(jìn)行：上道工序的加工內(nèi)容不能影響下道工序的定位和夾緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也要綜合考慮。先進(jìn)行內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外形加工工序。以相同定位、加緊方式或同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)進(jìn)行，以減少重復(fù)定位次數(shù)，換刀次數(shù)和挪動(dòng)壓板的次數(shù)。在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工序。工序劃分的要點(diǎn)粗精分開對(duì)于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進(jìn)行校形，故一般

32、來說凡要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開。若零件的全部表面均由數(shù)控機(jī)床加工，工序的劃分一般按先粗加工，后半精加工，最后精加工，依次分開進(jìn)行；即粗加工全部完成之后再進(jìn)行半精加工、精加工。粗加工時(shí)可快速切除大部分余量，再依次精加工各個(gè)表面，這樣可提高生產(chǎn)效率，又可保證零件的加工精度和表面粗糙度。而對(duì)于某一加工表面，則應(yīng)按粗加工T半精加工T精加工順序完成。對(duì)于一些位置精度要求較高加工表面，可采用前者；而對(duì)于一些尺寸精度要求較高者，考慮到零件的剛度、變形及尺寸精度等因素，建議采用后者。尤其是對(duì)于精度要求較高的加工表面，在粗、精加工工序之間，零件最好擱置一段時(shí)間，使粗加工后零件的變形得到較為充分的恢復(fù)，再

33、進(jìn)行精加工，這樣有利于提高加工精度。一般情況下，精加工余量以留0.20.6mm為宜。精銑時(shí)應(yīng)盡量采用順銑方式，以保證零件表面質(zhì)量。此外，在可能條件下，盡量在普通機(jī)床或其他機(jī)床上對(duì)零件進(jìn)行粗加工，以減輕數(shù)控機(jī)床的負(fù)荷和保證加工精度。一次定位對(duì)于一些在加工中易因重復(fù)定位而產(chǎn)生誤差的零件，應(yīng)采用一次定位的方式按順序進(jìn)行換刀作業(yè)。例如：加工箱體類零件的各軸線孔系，可依次連續(xù)加工完成同一軸線上的各孔，以提高孔系的同軸度及位置公差，然后再加工其他坐標(biāo)位置的孔，確保孔系的位置精度。根據(jù)零件特征，盡可能減少裝夾次數(shù)。在一次裝夾中，盡可能完成較多的加工表面，減少輔助時(shí)間，提高數(shù)控加工的生產(chǎn)效率。先面后孔通常，可

34、按零件加工部位劃分工序，一般先加工簡(jiǎn)單的幾何形狀，后加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，后加工精度要求較高的部位；先加工平面，后加工孔。例如：銑平面鏜孔復(fù)合加工，可按先銑平面后鏜孔順序進(jìn)行。因?yàn)殂娤鲿r(shí)切削力較大,零件易變形，待其恢復(fù)變形后再鏜孔，有利于保證孔的加工精度。其次，先鏜孔再銑平面，孔口就會(huì)產(chǎn)生毛刺、飛邊，影響孔的裝配。減少換刀在數(shù)控加工中，應(yīng)盡可能按刀具進(jìn)入加工位置的順序集中刀具，即在不影響加工精度的前提下，減少換刀次數(shù)，減少空行程，節(jié)省輔助時(shí)間。零件在一次裝夾中，盡可能使用同一把刀具完成較多的加工表面。當(dāng)一把刀具完成加工的所有部位后，盡可能為下道工序作些預(yù)加工。例如：使用小鉆

35、頭為大孔預(yù)鉆位置孔或劃位置痕，或用前道工序的刀具為后道工序先進(jìn)行粗加工,然后換刀后完成精加工或加工其他部位。對(duì)于一些不重要的部位，盡可能使用同一把刀具完成同一個(gè)工位的多道工序加工。數(shù)控加工工序和普通工序的銜接數(shù)控工序前后一般都穿插有其它普通工序，若銜接的不好就容易產(chǎn)生矛盾，最好的辦法是相互建立狀態(tài)要求，如：要不要留加工余量，留多少；定位面和孔的精度要求及形位公差；對(duì)校形工序的技術(shù)要求；對(duì)毛坯的熱處理狀態(tài)等。目的是達(dá)到相互滿足需要，且質(zhì)量目標(biāo)及技術(shù)要求明確，交接驗(yàn)收有依據(jù)。要對(duì)本課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，先要清楚整個(gè)氣缸蓋的加工工藝路線，搞清本課題的工序位置，從而得到相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)。本文通過數(shù)控加工工藝分析

36、，根據(jù)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及工序劃分原則，以及考慮到加工效率、機(jī)床選用、夾具設(shè)計(jì)、走刀路線等因素現(xiàn)將氣缸蓋總體加工內(nèi)容分為以下加工工序，具體加工工藝過程如圖2.2是氣缸蓋加工工藝的全過程。圖2.2氣缸蓋加工工藝路線2.3鉆削用量的研究計(jì)算由于氣缸蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是孔隙繁多，在加工中，鉆削加工占據(jù)了加工過程中的大部分加工內(nèi)容。在切削加工中，切削用量選用得合理和否，直接影響到加工質(zhì)量、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率。切削用量選用合理，能夠充分發(fā)揮機(jī)床和刀具的性能，選擇不當(dāng)則會(huì)造成大量的浪費(fèi)。切削用量的選擇原則是：在能夠達(dá)到零件的加工精度要求的前題下，并在工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛性允許條件下，充分利用機(jī)床功率和發(fā)揮刀具切削性

37、能，選取一組最大的切削用量，以獲得較高生產(chǎn)率和降低加工成本，這組最大的削用量稱之為“合理切削用量”。在現(xiàn)代的機(jī)械加工中，加工中心的使用范圍越來越廣，它相對(duì)和傳統(tǒng)機(jī)床有著非常大的優(yōu)勢(shì)，大功率、大范圍切削速度、高進(jìn)給量等等機(jī)床性能是普通機(jī)床無法比擬的。加工中心具有工藝范圍廣，加工內(nèi)容多等特點(diǎn)。因此在加工中心上選擇和計(jì)算切削用量時(shí)，已不能再按原來的傳統(tǒng)機(jī)床的切削用量選取，原有切削用量已不能滿足加工中心高效的使用范圍。目前，合理的切削用量方法有經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、分析計(jì)算法、查表確定法，這些方法雖然簡(jiǎn)便易行，但精度和效率不高。本文采取分析、查表和計(jì)算相結(jié)合的確定方法。提出了一種簡(jiǎn)潔實(shí)用的鉆削計(jì)算方法，此方法可

38、為生產(chǎn)實(shí)際中大量的鉆削用量計(jì)算提供簡(jiǎn)便計(jì)算參考。鉆削用量和刀具耐用度的關(guān)系刀具耐用度T和切削用量之間的關(guān)系主要和工件、刀具材料的性質(zhì)有關(guān)。在目前的研究水平上還無法得到關(guān)于刀具耐用度和切削速度、進(jìn)給量之間關(guān)系的精確數(shù)學(xué)描述，一般通過試驗(yàn)建立刀具耐用度的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)某一零件的加工，當(dāng)?shù)毒卟牧?、幾何參?shù)已定，則對(duì)刀CTb=CTb=具耐用度發(fā)生影響的就是切削用量了。它們之間的關(guān)系可通過實(shí)驗(yàn)方法得到。對(duì)鉆削0.637GPa鋼料，進(jìn)給量fw0.2mm/r，使用切削液時(shí)，以實(shí)驗(yàn)方法建立的鉆削用量和鉆頭耐用度的關(guān)系為：表明鉆削用量中v、f、ap(鉆頭直徑do之半)對(duì)鉆頭耐用度的影響并不相同。其規(guī)律v最大，f次

39、之，ap最小。即先盡量選取大的切削深度ap,其次盡量選大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)合理的鉆頭耐用度T,選用合理的切削速度V。在鉆削加工中，刀具材料是最重要的因素，研制和選用先進(jìn)的刀具材料是提高鉆削加工效率最有效的手段之一。此外改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化切削條件和采用新的切削方法也是提高加工效率的有效途徑。切削條件包括機(jī)床設(shè)備、切削用量和切削液等，隨著研究的不斷深入，加工中心鉆削加工的效率一定會(huì)越來越高。鉆削用量三要素鉆削深度鉆實(shí)心孔時(shí)，即鉆頭直徑的一半，即：F2鉆頭直徑do一般已由設(shè)計(jì)或工藝尺寸所決定，盡可能一次鉆出所要求的孔的尺寸。因?yàn)榇蟮闹睆?，鉆頭刀體大，有利于傳熱和切削液注入，排屑也較容易，從而減小鉆

40、頭磨損。對(duì)較大的孔，當(dāng)機(jī)床動(dòng)力不足，或工件、夾具剛性較差，才選取先鉆孔再擴(kuò)孔的工藝。此時(shí)預(yù)制孔的直徑可取被鉆孔直徑的0.50.7倍。在刀具性能允許的情況下，加工中心最大可鉆80mm孔，通用加工中心可加工直徑3550mm的孔，這主要和機(jī)床的型號(hào)以及機(jī)床參數(shù)的大小有關(guān)。在一般使用條件下，dow35mm以下的孔都是一次鉆成的進(jìn)給量進(jìn)給量f(mm/r)是鉆頭每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離。鉆頭直徑確定后，就應(yīng)在允許的條件下盡量選取大的進(jìn)給量f。為了防止鉆頭因扭矩過大而發(fā)生剪切破壞，最大進(jìn)給量fmax可從鉆頭的臨界破壞扭矩來計(jì)算。鉆削扭矩M不得超過鉆頭的臨界破壞扭矩Me,即：MMMc(N-m)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，

41、切削速度提高10%,耐用度將下降一半。但隨著刀具材料以及刀具制造業(yè)的發(fā)展，刀具耐用度T的壽命和耐磨損時(shí)間越來越長(zhǎng)，因此鉆削速度也變得越來越大。為了實(shí)現(xiàn)加工中心高效高速加工，在加工中心上一般都選用耐用度較高的刀具。例如在加工中心上，用硬質(zhì)合金的錐柄麻花鉆頭加工可鍛鑄鐵，刀具直徑在2040mm時(shí)，鉆速最高可達(dá)到60m/min。本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)要介紹了數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性以及氣缸蓋數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的過程，包括零件圖紙的數(shù)控工藝性分析和數(shù)控加工內(nèi)容的分析及確定。以及介紹了氣缸蓋的加工內(nèi)容和總體加工工序的劃分。最后通過對(duì)鉆削用量三要素及數(shù)控加工中心特點(diǎn)的分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)已不是制約加工中心

42、加工的約束條件。通過建立以鉆頭穩(wěn)定性、扭矩和機(jī)床功率等為約束條件，提出了一種簡(jiǎn)便實(shí)用的鉆削用量計(jì)算方法。最后，給出了鉆削加工實(shí)例的計(jì)算結(jié)果。此方法可為實(shí)際生產(chǎn)中鉆削用量的確定提供參考。第三章氣缸蓋主要加工工序設(shè)計(jì)在上述氣缸蓋的各工序中，有三道工序非常重要，這三道工序組成了氣缸蓋加工的基本內(nèi)容，即：銃側(cè)面和進(jìn)氣道面，加工周邊孔；加工頂面孔，銃排氣道面以及加工底面孔。其中加工底面孔為關(guān)鍵工序，在第四章進(jìn)行詳細(xì)分析，下面對(duì)前兩道工序進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。3.1加工設(shè)備及刀具和夾具選擇加工設(shè)備的選擇加工中心的類型分為以下五類：立式加工中心、臥式加工中心、龍門式加工中心、五軸加工中心和虛軸加工中心。其中，立式

43、加工中心和臥式加工中心是生產(chǎn)中常用的。由于氣缸蓋本身就是多加工面、多孔系的箱體類零件，而且氣缸蓋的外形又有多出不規(guī)則的地方，從工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工內(nèi)容方面考慮，選用數(shù)控銃削加工中心。這樣，在保證了加工連續(xù)性的同時(shí)也很好的提高了加工效率，降低了成本。數(shù)控機(jī)床的類型選好后就要選定機(jī)床的型號(hào)。首先要明確所要加工產(chǎn)品的技術(shù)要求和工藝規(guī)范，根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)節(jié)拍的需要確定數(shù)控機(jī)床的類型。數(shù)控機(jī)床的種類繁多，只有選定正確的類型才能讓數(shù)控機(jī)床發(fā)揮最佳作用，取得最佳性價(jià)比。具體的類型則根據(jù)零件的外形尺寸和具體的加工要求進(jìn)行選取，詳細(xì)過程為：根據(jù)氣缸蓋的長(zhǎng)和寬來估算夾具底座的尺寸，再由夾具底座的大小來選定加工中

44、心工作臺(tái)的尺寸。工作臺(tái)選定后還要看加工中心的各軸行程是否滿足對(duì)工件的加工要求。若是行程小了，就要改換機(jī)床的型號(hào)，反之則可以初步確定機(jī)床型號(hào)了。當(dāng)然還要考慮主軸轉(zhuǎn)速、刀具庫(kù)容量等問題。在以上條件全都滿足的情況下，方可最終選定機(jī)床型號(hào)。在加工側(cè)面和進(jìn)氣道面這一工序中，氣缸蓋所需要加工的各側(cè)面平面和平面類零件的特點(diǎn)相吻合，并且第四加工面里的55斜面的連接曲面又有曲面類零件的特點(diǎn)。在加工頂面孔和排氣道面這一工序中，通過對(duì)零件圖的分析得知，本工序加工內(nèi)容有10類孔和一個(gè)斜面，其中包括一類（2個(gè)）斜孔。他們分別需要鏜削、銑削、鉆削加工。若選用立式加工中心，從工件擺放原則來說較合理，定位精度容易保證。但夾具

45、設(shè)計(jì)很麻煩，需設(shè)計(jì)直孔加工，斜孔加工，斜面加工三種狀態(tài)的夾具，且中間需要停車，編寫三段數(shù)控程序。如此一來和三個(gè)工序相比無太大區(qū)別。由于在加工側(cè)面和進(jìn)氣道面以及頂面孔和排氣道面這兩道工序中，都涉及到轉(zhuǎn)位面的加工。綜合以上分析，考慮到夾具和定位設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便性，選用臥式加工中心更適合加工此類零件?？梢岳霉ぷ髋_(tái)的轉(zhuǎn)度將斜孔、斜面轉(zhuǎn)換成“直孔”、“垂直面”，實(shí)現(xiàn)一次裝夾，加工完成所有工序內(nèi)容。所以最終選定機(jī)床的類型為：臥式數(shù)控銑削加工中心，其優(yōu)點(diǎn)在于：它不但可以加工各種具有平面輪廓和立體曲面的零件，還可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔和攻螺紋等加工。在滿足了加工要求的同時(shí)，也很好的保證了氣缸蓋的成品質(zhì)量?？紤]到氣缸

46、蓋所要加工的平面及各孔系均處在三維空間范圍內(nèi)，氣缸蓋外形尺寸為：589X436X240mm。為了在滿足工件的加工內(nèi)容要求的同時(shí)使機(jī)床得到充分的利用，考慮到加工中心選用原則及生產(chǎn)效率的需要，選用帶轉(zhuǎn)臺(tái)的臥式加工中心沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的BW80HS高速臥式加工中心。在底面加工這一工序中，分析零件圖可知，此工序沒有平面加工的內(nèi)容，都是孔加工內(nèi)容，包括鉆、擴(kuò)、鉸及鏜孔加工。都是加工垂直孔，在立式加工中心上加工有利于工件定位，而且立式加工中心的定位精度高于臥式加工中心的。再?gòu)臋C(jī)床成本上考慮，立式加工中心的價(jià)格一般是臥式加工中心的一半。所以本工序的機(jī)床選擇立式加工中心。再根據(jù)零件的外型尺寸，長(zhǎng)為550mm，

47、寬為440mm,選擇加工中心工作臺(tái)的尺寸。所選沈陽(yáng)機(jī)床廠生產(chǎn)的VMC系列立式加工中心。刀具的選擇在金屬切削加工中，刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)效率、工件的加工精度和己加工表面質(zhì)量、刀具消耗和加工成本。金屬切削時(shí)，刀具切削部分直接和工件及切屑相接觸，承受著很大的切削壓力和沖擊，并受到工件及切屑的劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的切削溫度。也就是說，刀具切削部分是在高溫、高壓及劇烈摩擦的條件下工作的。因此，刀具材料應(yīng)具備以下基本性能：硬度和耐磨性刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。強(qiáng)度和韌性刀具材料應(yīng)具備較高的強(qiáng)度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具脆性斷裂和崩刃。

48、耐熱性刀具材料的耐熱性要好，能承受高的切削溫度，具有良好的抗氧化能力。工藝性能和經(jīng)濟(jì)性刀具材料應(yīng)具備好的鍛造性能、熱處理性能、焊接性能、磨削性能等而且要追求高的性能價(jià)格比。為了適應(yīng)數(shù)控加工高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，保證優(yōu)質(zhì)、高效的完成數(shù)控加工任務(wù)，數(shù)控加工對(duì)刀具材料提出了比傳統(tǒng)加工更高的要求，它不僅要求刀具耐磨、壽命長(zhǎng)、可靠性好、精度高、剛性好，而且要求刀具尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便等具體要求如下：刀具材料應(yīng)具有高的可靠性數(shù)控加工要求刀具應(yīng)具有很高的可靠性，并且要求刀具壽命長(zhǎng)、切削性能穩(wěn)定、質(zhì)量一致性好、重復(fù)精度高。如果刀具可靠性差，將會(huì)增加換刀次數(shù)和時(shí)間，降低生產(chǎn)率，這將使數(shù)控加工失去意義

49、，甚至產(chǎn)生廢品、損壞機(jī)床，甚至造成人身傷亡。在選擇數(shù)控加工工具時(shí)，除要考慮刀具材料本身的可靠性外，還要考慮刀具的結(jié)構(gòu)和夾固的可靠性。為了提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床向著高速度、高剛性和大功率發(fā)展。切削速度的增大，往往會(huì)導(dǎo)致切削溫度的急劇升高。因此，要求刀具材料的熔點(diǎn)高、氧化溫度高、耐熱性好、抗熱沖擊強(qiáng)，同時(shí)還要求刀具材料具有很高的高溫力學(xué)性能，如高溫強(qiáng)度、高溫硬度、高溫韌性等。數(shù)控刀具應(yīng)具有高的精度由于在數(shù)控加工中，被加工零件要求在一次裝夾后完成其加工精度，因此，要求刀具借助專用的對(duì)刀裝置或?qū)Φ秲x，調(diào)整到所要求的尺寸精度后，再安裝到機(jī)床上使用。這樣就要求刀具的制造精度要高。尤其在使用可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)

50、的刀具時(shí)，刀片的尺寸公差、刀片轉(zhuǎn)位后刀尖空間尺寸的重復(fù)精度，都有嚴(yán)格的精度要求。數(shù)控刀具應(yīng)能實(shí)現(xiàn)快速更換數(shù)控刀具應(yīng)能和數(shù)控機(jī)床快速、準(zhǔn)確的結(jié)合和脫開，并能適應(yīng)機(jī)械手和機(jī)器人的操作，并且要求刀具互換性好、更換迅速、尺寸調(diào)整方便、安裝可靠，以減少因更換刀具而造成的停頓時(shí)間。刀具的尺寸調(diào)整應(yīng)能借助于對(duì)刀儀在機(jī)外進(jìn)行預(yù)調(diào)，以減少換刀調(diào)整的停機(jī)時(shí)間。數(shù)控刀具應(yīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化數(shù)控刀具應(yīng)能系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，盡量減少刀具規(guī)格，以利于數(shù)控編程和便于刀具管理，降低加工成本，提高生產(chǎn)率。應(yīng)建立刀具準(zhǔn)備單元，進(jìn)行集中管理，負(fù)責(zé)刀具的保管、維護(hù)、預(yù)調(diào)、配置等工作。數(shù)控刀具應(yīng)盡量采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具由于機(jī)夾可

51、轉(zhuǎn)位刀具能滿足耐用、穩(wěn)定、易調(diào)和可換等要求，目前，在數(shù)控機(jī)床以及加工中心等設(shè)備上，廣泛采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具結(jié)構(gòu)。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具在數(shù)量上達(dá)到整個(gè)數(shù)控刀具的30%40%。數(shù)控刀具應(yīng)采用多功能復(fù)合刀具及專用刀具為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高加工效率，對(duì)復(fù)雜零件加工要求在一次裝夾中進(jìn)行多工序的集中加工，并淡化傳統(tǒng)的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限，是提高數(shù)控機(jī)床效率、加快產(chǎn)品開發(fā)的有效途徑。為此，對(duì)數(shù)控刀具提出了多功能（復(fù)合刀具）的新要求，要求一種刀具能完成零件不同工序的加工，減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，減少刀具的數(shù)量和庫(kù)存量，便于刀具管理。如多功能車刀和銑刀、撞銑刀、鉆銑刀、鉆擴(kuò)刀、擴(kuò)鉸

52、刀、擴(kuò)鍵刀等，使原來需要多道工序、幾種刀具才能完成的工序，在一道工序中，由一把刀具完成，以提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，而且明顯減少了刀具數(shù)量。數(shù)控刀具應(yīng)能可靠的斷屑和卷屑為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行，數(shù)控加工對(duì)切屑處理有更高的要求。切削塑性材料時(shí)切屑的折斷和卷曲，常常是決定數(shù)控加工能否順利進(jìn)行的重要因素.因此，數(shù)控刀具必須具有很好的斷屑、卷屑和排屑性能。要求切屑不能纏繞在刀具或工件上、切屑不影響工件的已加工表面、不妨礙冷卻澆注效果。數(shù)控刀具一般都采用了一定的斷屑措施（如可靠的斷屑槽型、斷屑臺(tái)和斷屑器等），以便可靠的斷屑或卷屑。零件的機(jī)械加工是靠刀具和工件相互作用來完成的。刀具材料主要地決定了刀具的性能

53、和壽命。刀具材料隨加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，由碳素工具鋼到金剛石，陶瓷，立方氮化硼等，但在工廠中考慮到生產(chǎn)的成本，用得最多的還是高速鋼和硬質(zhì)合金。高速鋼是和碳素工具鋼切削速度可以相對(duì)較高，而硬質(zhì)合金具有良好的熱硬性，在很高轉(zhuǎn)速、很熱的切削條件下，仍能保持很高的硬度。高速機(jī)床上多采用硬質(zhì)合金刀具。所以在本文中，除了在某些工步中采用特殊的復(fù)合刀具外，其它工序均優(yōu)先采用硬質(zhì)合金刀具。夾具的選擇數(shù)控編程前，一定要根據(jù)加工零件的形狀特點(diǎn)和精度要求，考慮零件的裝夾方法。在選取定位夾緊方案時(shí)，應(yīng)考慮如何提高數(shù)控機(jī)床的工作效率和降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也便于加工程序的編制。設(shè)計(jì)的工裝夾具應(yīng)力求以最少的裝夾次數(shù)完

54、成所有表面的加工，以減少裝夾誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。一般情況下，盡可能選用組合夾具，通用化和標(biāo)準(zhǔn)化夾具。特別是在數(shù)控銑床、加工中心等機(jī)床上加工批量不大、形狀復(fù)雜的零件時(shí)，使用的工裝夾具更應(yīng)具有通用性，以縮短零件加工的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，減少制造費(fèi)用，設(shè)計(jì)出的夾具應(yīng)裝夾方便、快速、定位準(zhǔn)確、可靠。數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向和機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定。二是要能協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸。除此之外，主要考慮以下幾點(diǎn)：當(dāng)零件的批量小時(shí)，盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具。當(dāng)小批或成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專用夾具，但應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。夾具定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加

55、工中的走刀。裝卸零件要方便可靠，以縮短準(zhǔn)備時(shí)間，有條件時(shí)，批量較大的零件應(yīng)采用氣動(dòng)或液壓夾具，多工位夾具。3.2側(cè)面和進(jìn)氣道面及其孔的加工工序本工序的主要加工內(nèi)容本道工序是氣缸蓋側(cè)面及周邊孔的加工，首先要清楚氣缸蓋結(jié)構(gòu)和加工的特點(diǎn)，從而深入的了解氣缸蓋側(cè)面及周邊孔的加工工藝要求。圖3.1氣缸蓋側(cè)面的加工內(nèi)容sside圖3.1是氣缸蓋的平面圖及四個(gè)側(cè)面的加工內(nèi)容，從圖中可看出氣缸蓋屬于多孔系、多加工面的典型箱體類零件。各側(cè)面中的平面的加工等級(jí)為Ra6.3，粗銃后即可滿足要求，加工精度容易保證。但由于是四個(gè)面在同一個(gè)工序中依次進(jìn)行加工，保證定位精度顯得尤其重要。在圖示的30斜面上要進(jìn)行孔的加工，保

56、證其轉(zhuǎn)動(dòng)后和中心孔的位置精度是本工序的一個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)。第四加工面上有一個(gè)和加工面垂直且和定位面成55角的一斜面，和之相連的還有一個(gè)R25.4的圓弧面。在每一個(gè)側(cè)面上都有孔的加工要求，尤其是在第一和第三加工面上分別有兩個(gè)36、加工精度為IT7的工藝孔，如何對(duì)其進(jìn)行加工，保證它們的精度要求和加工質(zhì)量是工序的又一重點(diǎn)難點(diǎn)。另外，第二加工面上的直徑為11.11、深136mm的孔也是工序中值得注意的一點(diǎn)。除了以上在加工時(shí)應(yīng)特別注意的面和孔外，從第一加工面到第四加工面要加工的孔還有以下的加工內(nèi)容：2個(gè)21.3深12mm孔和21深10mm的階梯孔，6個(gè)45的倒角，11個(gè)10.2的孔，4個(gè)R2.00的圓角，1個(gè)

57、4的中心孔，1個(gè)22.5的孔，1個(gè)20的孔，1個(gè)27的孔，1個(gè)36.03的孔以及1個(gè)40的孔。322定位基準(zhǔn)的選擇和定位誤差的分析（1）定位基準(zhǔn)的選擇由于噴油氣孔在上道工序中已加工，可作為本工序的定位基準(zhǔn)，噴油氣孔是氣缸蓋的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（亦是裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)），為避免基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的誤差，選擇噴油氣孔為定位基準(zhǔn)，即遵循“基準(zhǔn)重合”的原則。由于噴油氣孔在后面的加工工藝?yán)镞€有較高的精度要求，所以在留出加工余量的前提下，由前面工序粗車得到的噴油氣孔孔徑為56。通過和固定定位銷的配合可以限制兩個(gè)自由度。定位面則選擇噴油氣孔所在平面一一頂面。此時(shí)的頂面經(jīng)過精車后，已經(jīng)能達(dá)到定位精度要求，定位面可限制三個(gè)

58、自由度。具體而言，即選則56噴油氣孔及頂面作為氣缸蓋側(cè)面及周邊孔加工工藝的工藝基準(zhǔn)，如圖3.2所示。170170圖3.2定位方式為了使氣缸蓋的裝夾實(shí)現(xiàn)完全定位，達(dá)到加工工藝的要求，需要以底面上的一條基準(zhǔn)線（在前面劃線工序中已畫出）進(jìn)行找正。因此選擇在工件的第三加工面（圖3.1所示）的兩側(cè)下方各安裝一個(gè)可調(diào)支承裝置，如圖3.3所示，來調(diào)整氣缸蓋的位置，達(dá)到了完全定位。圖3.3可調(diào)裝置示意圖(2)定位誤差的分析工件定位后還要對(duì)其定位精度進(jìn)行相應(yīng)的分析，在確定工件的工藝基準(zhǔn)進(jìn)行選取時(shí)已經(jīng)對(duì)頂面的定位精度進(jìn)行了說明。通過兩可調(diào)支承對(duì)工件的調(diào)節(jié)也能保證沿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的誤差，達(dá)到精度要求。要保證噴油氣孔的定位

59、精度，重點(diǎn)則是如何選擇定位銷和噴油氣孔的配合公差。定位銷和噴油氣孔之間的配合采用基孔制，由于加工時(shí)工件和定位銷要經(jīng)常的裝卸，定位銷和噴油氣孔采取間隙配合。考慮到定位精度的問題，所以在配合公差方面選擇H7g6的配合，此配合使孔和軸的配合在滿足裝配要求的同時(shí)達(dá)到間隙的最小值，從而使因配合引起的尺寸誤差達(dá)到最小。由于噴油氣孔的位置精度只影響和它直接關(guān)聯(lián)的尺寸精度，而和噴油氣孔有直接關(guān)聯(lián)的尺寸大部分是標(biāo)注到各個(gè)側(cè)面的?？紤]到各側(cè)面的加工精度沒有特別要求，且各面的加工余量都相對(duì)較大，由配合引起的尺寸誤差可以忽略不計(jì)。所以，當(dāng)定位銷和噴油氣孔的配合公差為56H7/g6時(shí)即可滿足定位精度要求。本工序加工方法

60、的選擇以及工步劃分的原則通過對(duì)氣缸蓋側(cè)面及周邊孔的分析，對(duì)本課題的具體實(shí)施手段，可采取兩種加工方案：第一種，考慮到各加工面的加工精度要求一致，且每個(gè)面都有10.2孔的加工要求，且占到要加工孔的一半以上。可以先對(duì)各側(cè)面進(jìn)行加工，再統(tǒng)一加工10.2孔，之后再對(duì)各面的其它孔進(jìn)行分別加工，這樣可以減少換刀次數(shù)，但工件的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)相對(duì)較多。第二種，從第一加工面開始，依據(jù)先粗后精、先面后孔的原則進(jìn)行加工。之后按照順時(shí)針方向?qū)Φ诙庸っ妗?0斜面、第三加工面、第四加工面以相同的原則進(jìn)行加工，此種方案雖然換刀次數(shù)比較多，但工件不需要多次的轉(zhuǎn)動(dòng)。本工序的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于多個(gè)面在同一道工序下進(jìn)行加工。如何減少因工件轉(zhuǎn)動(dòng)