汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)與應(yīng)用及復(fù)雜數(shù)控加工零件加工工藝和程序設(shè)計(jì)

PAGEI汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)與應(yīng)用目錄引言…………………汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的歷史發(fā)展概況……汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理及特點(diǎn)………EPS系統(tǒng)的組成原理及分類……………EPS系統(tǒng)的組成……………………EPS系統(tǒng)的工作原理………………EPS系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)及工作原理……………EPS系統(tǒng)的分類……………………EPS系統(tǒng)的性能及特點(diǎn)……………第4章EPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)……………………

引言近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來(lái)愈多的采用電子器件，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從簡(jiǎn)單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱HPS）、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricHydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱EHPS）和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElecticallControlledHydraulicPowerSteering,簡(jiǎn)稱ECHPS）發(fā)展到如今的更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricalPowerSteering，簡(jiǎn)稱EPS系統(tǒng)）。EHPS和ECHPS系統(tǒng)等助力系統(tǒng)在汽車上的采用，改善了汽車轉(zhuǎn)向力的控制特性，降低了駕駛員的轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)，然而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終處于液壓機(jī)械傳動(dòng)階段，EHPS相比傳統(tǒng)HPS降低了能源損耗。但電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論ECHPS還是EHPS都與傳統(tǒng)的HPS一樣存在液壓油泄漏問(wèn)題。EPS系統(tǒng)是新一代的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其性能特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)是電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能比擬的。如果轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪通過(guò)控制信號(hào)連接，即采用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-WireSystem，簡(jiǎn)稱SBWS），轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和汽車前輪轉(zhuǎn)角之間關(guān)系（汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性）的設(shè)計(jì)可以得到改善，但由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的限制，電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只被安裝在國(guó)際著名汽車生產(chǎn)商所生產(chǎn)的概念車上。本文綜述了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展、原理，并探討了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

第1章汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的歷史發(fā)展概況自1953年通用汽車公司在凱迪拉克和別克轎車上首次批量使用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來(lái)，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給汽車的發(fā)展帶來(lái)了巨大的變化，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力大大降低，轉(zhuǎn)向的靈敏性得到了提高。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、價(jià)格和所消耗的功率等方面都取得了驚人的進(jìn)步。在20世紀(jì)80年代后期，又開(kāi)發(fā)了變減速比、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)革新都是基于液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的，無(wú)法消除液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的缺陷。直到1988年日本鈴木公司首次開(kāi)發(fā)出一種全新的電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，才真正擺脫了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。此后，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國(guó)的Delphi公司，英國(guó)的Lueas公司，德國(guó)的ZF公司，都研制出了各自的EPS系統(tǒng)。如大發(fā)汽車公司在其Mira車上裝備了EPS系統(tǒng)，三菱汽車公司在其Minica車上裝備了EPS系統(tǒng)，本田汽車公司在Accord車上裝備了EPS系統(tǒng)。Delphi公司已經(jīng)為大眾的Polo、菲亞特Punto開(kāi)發(fā)出EPS系統(tǒng)。本田還在其AcuraNXS賽車上裝備了EPS系統(tǒng)。EPS系統(tǒng)的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。日本早期開(kāi)發(fā)的EPS系統(tǒng)僅僅在低速和停車時(shí)提供助力，高速時(shí)EPS系統(tǒng)將停止工作。新一代的EPS系統(tǒng)則不僅在低速和停車時(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。如日本鈴木公司裝備在Wagon車上的EPS系統(tǒng)是一個(gè)負(fù)載-路面-車速感應(yīng)型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[4]。由Delphi公司為Funte車開(kāi)發(fā)的EPS系統(tǒng)為全范圍助力型，并且設(shè)置了兩個(gè)開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)用于郊區(qū)，另一個(gè)用于市區(qū)和停車。當(dāng)車速大于70km/h后，這兩種開(kāi)關(guān)設(shè)置的程序則是一樣的，以保證汽車在高速時(shí)有合適的路感，這樣即使汽車行駛到高速公路時(shí)駕駛員忘記切換開(kāi)關(guān)也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。市區(qū)型開(kāi)關(guān)還與油門有關(guān)，使得在踩油門加速和松油門減速時(shí)，轉(zhuǎn)向更平滑。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EPS系統(tǒng)技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，為此其應(yīng)用范圍將越來(lái)越大。早在20世紀(jì)60年代末，德國(guó)Kasselmann等試圖將轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間通過(guò)導(dǎo)線連接（即電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)），但由于當(dāng)時(shí)電子和控制技術(shù)的制約，電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直無(wú)法在實(shí)車上實(shí)現(xiàn)。奔馳公司于1990年開(kāi)始了前輪電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的深入研發(fā)，并將其開(kāi)發(fā)的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于概念車F400Carving上。世界其他各大汽車廠家、研發(fā)機(jī)構(gòu)（包括Daimler-Chrysler、寶馬、ZF、DELPHI、TRW等）以及日本的光洋（Koyo）精工技術(shù)研究所、日本國(guó)立大學(xué)、本田汽車公司等也先后對(duì)汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做了深入研究。目前許多汽車公司開(kāi)發(fā)了自己的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一些國(guó)際著名汽車生產(chǎn)商已在其概念車上安裝了該系統(tǒng)。日本Koyo技術(shù)研究所根據(jù)他們自己的研究試驗(yàn)結(jié)果，利用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)控制的汽車，在摩擦系數(shù)很小的堅(jiān)實(shí)雪地上進(jìn)行蛇行、移線、側(cè)向風(fēng)試驗(yàn)中基本按照預(yù)定的軌跡行駛，比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在路線跟蹤性能上有較大的提高。在對(duì)開(kāi)路面上進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)也能基本保證汽車的直線行駛，制動(dòng)距離也大大縮短。日本大學(xué)和本田汽車公司在汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面也做了一些理論工作和模擬器試驗(yàn)研究。他們從人—車閉環(huán)系統(tǒng)特性出發(fā)，設(shè)計(jì)了理想的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比，使汽車的穩(wěn)態(tài)增益不隨車速變化，并重點(diǎn)研究了駕駛員角控制特性和力控制特性對(duì)汽車主動(dòng)安全性的影響。寶馬汽車公司的概念車BMWZ22，應(yīng)用了SBWS和BBW（Brake-By-Wire）技術(shù)，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍減少到了160°，使緊急轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員的忙碌程度得到了很大程度的降低。目前由于汽車供電系統(tǒng)的因素，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)難以提供較大功率，現(xiàn)階段電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究以及近期的應(yīng)用對(duì)象主要針對(duì)轎車。要在重型載貨汽車上應(yīng)用，還必須采用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著蓄電池技術(shù)的發(fā)展和42V電子設(shè)備在汽車上的應(yīng)用，全電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將應(yīng)用到中型和重型車上。目前，42V電源已經(jīng)在一些概念車上得到應(yīng)用，通用的“自主魔力”和Bertone的“FILO”都采用了42V電源。國(guó)內(nèi)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器目前還處于機(jī)械—液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向階段，對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校開(kāi)展了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)建模及動(dòng)力分析等研究，但目前還沒(méi)有實(shí)用的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第2章汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理及特點(diǎn)一.傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實(shí)現(xiàn)的。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí))。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是我們最常見(jiàn)的，目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)HPS(hydraulicpowersteering)，它是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個(gè)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無(wú)法避免的缺陷：①汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；②轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；③液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車每行駛一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問(wèn)題，對(duì)環(huán)境造成污染，在環(huán)保性能被日益強(qiáng)調(diào)的今天，無(wú)疑是一個(gè)明顯的劣勢(shì)。二.電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中越來(lái)越多的采用電子器件。相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS(electro-hydraulicpowersteering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS(electronicallycontrolledhydraulicpowersteering)。EHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其特點(diǎn)是原來(lái)有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等參數(shù)設(shè)計(jì)為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車?，F(xiàn)代電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過(guò)車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時(shí)能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，在高速行駛時(shí)能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達(dá)到最合適的平衡狀態(tài)。為了保證轉(zhuǎn)向輕便性，要求增大轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比。但是，增大角傳動(dòng)比雖然可以減小轉(zhuǎn)向盤上的手力，但同時(shí)也造成汽車對(duì)操縱的反應(yīng)減慢，甚至有可能導(dǎo)致駕駛員沒(méi)有能力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行緊急避障等轉(zhuǎn)向操作，即不夠“靈”。機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證汽車在各種行駛條件下將轉(zhuǎn)向盤上的手力保持在駕駛員能接受的合理范圍內(nèi)，同時(shí)保證適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向靈敏度。但是機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)注定“輕”與“靈”矛盾的存在(包括變傳動(dòng)比機(jī)械轉(zhuǎn)向器)，而電液助力轉(zhuǎn)向系在一定程度上解決了這一矛盾。EHPS相比傳統(tǒng)HPS降低了能源損耗。但電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論ECHPS還是EHPS都與傳統(tǒng)的HPS一樣存在液壓油泄漏問(wèn)題。三.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS(ElectricPowerSteering)把一個(gè)機(jī)械的系統(tǒng)和一個(gè)電控的電動(dòng)馬達(dá)結(jié)合在一起形成的一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)不同的是，助力改由電機(jī)提供，因此，要有一個(gè)力矩傳感器來(lái)測(cè)量作用在方向盤上的力矩，由電子控制單元來(lái)計(jì)算所需要的力矩。作用在方向盤上的力矩曲線由一個(gè)電動(dòng)助力機(jī)來(lái)分配。通過(guò)電動(dòng)助力提供轉(zhuǎn)向所必須要的力，它通過(guò)一個(gè)減速器作用在轉(zhuǎn)向柱上，根據(jù)助力位置不同分為三種形式。由于EPS改由電機(jī)提供助力，助力大小由電控單元ECU實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以較好解決汽車操縱時(shí)輕與靈的矛盾。第3章EPS系統(tǒng)的組成原理及分類3.1EPS系統(tǒng)的組成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同車上的結(jié)構(gòu)部件盡管不盡一樣，但其基本原理是一致的。系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)向（轉(zhuǎn)矩）傳感器、電子控制單元、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器和減速機(jī)構(gòu)等組成。汽車電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成如圖1所示。3.2EPS系統(tǒng)的工作原理電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用電動(dòng)機(jī)作為助力源，根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速等，由微機(jī)完成助力工作的，其控制框圖如圖2所示。不轉(zhuǎn)向時(shí)，電動(dòng)機(jī)不工作，EP系統(tǒng)處于STANDY狀態(tài)；當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷檢測(cè)轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩，并由此產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)與車速信號(hào)同時(shí)輸入電子控制器，由控制器中的微機(jī)根據(jù)這些輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向的輔助動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。電子控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的核心是一個(gè)4kBROM和256kBRAM的8位微機(jī)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入接口送入微機(jī)，隨著車速的提高，通過(guò)微機(jī)控制相應(yīng)地降低助力電動(dòng)機(jī)電流，以減少助力轉(zhuǎn)矩。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)也被送入微機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速時(shí)，由于供電不足，助力電動(dòng)機(jī)和離合器不工作。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的通斷（on/off）信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接口送入微機(jī)，當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)和離合器不能工作。微機(jī)控制指令經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送入電動(dòng)機(jī)和離合器的驅(qū)動(dòng)放大電路中，控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和離合器的結(jié)合。電動(dòng)機(jī)的電流經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大回路、電流表A、A/D轉(zhuǎn)換接口反饋給微機(jī)，將電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流與按微機(jī)指令應(yīng)給的電流相比較，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流，使兩者接近一致。3.3EPS系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)及工作原理EPS系統(tǒng)主要部件包括扭矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)車和電子控制單元等，其各自的工作原理如下：3.3.1扭矩傳感器EPS系統(tǒng)的傳感器信號(hào)包括轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)、汽車車速信號(hào)、汽車軸重信號(hào)和電機(jī)電流信號(hào)，前三者用于確定助力電機(jī)的助力大小和方向，后者用于電機(jī)的閉環(huán)控制。這些信號(hào)用來(lái)作為EPS系統(tǒng)的輸入信號(hào)，共同決定助力信號(hào)的輸出。因此傳感器信息融合是EPS系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。EPS系統(tǒng)扭矩傳感器主要有：電阻式轉(zhuǎn)向傳感器、非接觸式電感扭矩傳感器和其他類型傳感器，也有在轉(zhuǎn)向軸位置加一扭桿，通過(guò)測(cè)量扭桿的變型得到扭矩的大小和方向。電阻式轉(zhuǎn)向傳感器實(shí)際上是一個(gè)滑動(dòng)可變電阻器，當(dāng)操縱方向盤時(shí)，其電阻變化最終經(jīng)電路處理以電流的形式將轉(zhuǎn)矩信號(hào)送至BCUTM。這種傳感器體積大，易于磨損，在早期EPS系統(tǒng)中應(yīng)用較多。隨著非接觸式扭矩傳感器成本的降低，越來(lái)越多的廠商轉(zhuǎn)而采用這種精度高、體積小且壽命長(zhǎng)的新型傳感器。圖3所示KOYO公司研制的非接觸式EPS系統(tǒng)扭矩傳感器原理圖，該裝置由安裝在輸入軸上的探測(cè)環(huán)1和探測(cè)環(huán)2，安裝在輸入軸上的另一個(gè)探測(cè)環(huán)1、探測(cè)線圈和補(bǔ)償線圈組成。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭桿受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)，由于線圈產(chǎn)生扭矩且線圈固定不動(dòng)，探測(cè)線圈與探測(cè)環(huán)之間的位置發(fā)生變化導(dǎo)致線圈磁阻變化，并最終反映扭矩的變化。3.3.2電動(dòng)機(jī)助力電動(dòng)機(jī)是EPS系統(tǒng)的動(dòng)力源，它根據(jù)ECU輸出的控制指令在不同的工況下輸出不同的助力轉(zhuǎn)矩，對(duì)整個(gè)EPS系統(tǒng)性能影響很大。因此需要有良好的動(dòng)態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動(dòng)特性并易于控制，還要求輸出波動(dòng)小、低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小質(zhì)量輕等，因此，常采用無(wú)刷式永磁直流電動(dòng)機(jī)。為改善操縱感、降低噪音和減少震動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外表面開(kāi)出斜槽或螺旋槽，改變定子磁鐵中心處或端部厚度，將定子磁鐵設(shè)計(jì)成不等厚度。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車各部件越來(lái)越多的采用42V直流電源，因而，面向42V直流電的EPS系統(tǒng)也逐漸成為汽車技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。采用42V直流電的EPS系統(tǒng)能在較低的輸出電流同時(shí)保證有足夠的輸出功率，既降低系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱，又能改善系統(tǒng)的控制。3.3.3電磁離合器EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向助力一般都是在一個(gè)設(shè)定的范圍。當(dāng)車速低于某一特定值時(shí)，系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，保證轉(zhuǎn)向的輕便性；當(dāng)車速處于兩個(gè)設(shè)定植之間時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止工作，系統(tǒng)處于STANDY（休眠）狀態(tài)，離合器分離，以切斷輔助動(dòng)力。另外，當(dāng)EPS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，離合器應(yīng)自動(dòng)分離，此時(shí)仍可利用手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向，保障系統(tǒng)的安全性，EPS系統(tǒng)中電磁離合器應(yīng)用較多的為單片干式電磁離合器，其工作原理如圖4所示。3.3.4減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)是EPS系統(tǒng)不可缺少的組件，它把電動(dòng)機(jī)的輸出減速放大后再傳遞給執(zhí)行部件。目前實(shí)用的減速機(jī)構(gòu)有多種組合方式，采用較多的為蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)組合式，如圖5所示，也有的采用兩級(jí)行星齒輪與傳動(dòng)齒輪組合式。裝配有離合器的EPS系統(tǒng)多采用蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，裝配在減速機(jī)的一側(cè)。3.3.5電子控制單元電子控制單元ECU是整個(gè)EPS系統(tǒng)的控制的核心。它根據(jù)扭矩傳感器、車速傳感器、軸重傳感器以及電動(dòng)機(jī)電流傳感器等輸入信號(hào)，一旦系統(tǒng)某部件工作出現(xiàn)異常，ECU將控制電磁離合器分離，同時(shí)進(jìn)行故障診斷分析并輸出顯示故障信號(hào)。3.4EPS系統(tǒng)的分類根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部位的不同，將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為3類：轉(zhuǎn)向軸助力式、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式和齒條助力式。1.轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合器和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)組成一體，安裝在轉(zhuǎn)向柱上。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所測(cè)取的轉(zhuǎn)矩信號(hào)與控制直流電動(dòng)機(jī)助力的響應(yīng)性較好。這種類型一般在轎車上使用。2.小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合器和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)仍為一體，只是整體安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪處，直接給小齒輪助力，可獲得較大的轉(zhuǎn)向力。該形式可使各部件布置更方便，但當(dāng)轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器之間裝有萬(wàn)向傳動(dòng)裝置時(shí)，轉(zhuǎn)矩信號(hào)的取得與助力車輪部分不在同一直線上，其助力控制特性難以保證準(zhǔn)確。3.圖1為齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其轉(zhuǎn)矩傳感器單獨(dú)地安裝在小齒輪處，電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)一起安裝在小齒輪另一端的齒條處，用以給齒條助力。該類型又根據(jù)減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同可分為兩種:一種是電動(dòng)機(jī)做成中空的。齒條從中穿過(guò)，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)一對(duì)斜齒輪和螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副以及與螺母制成一體的鉸接塊傳給齒條。這種結(jié)構(gòu)是第一代電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于電動(dòng)機(jī)位于齒條殼體內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維修也困難。另一種是電動(dòng)機(jī)與齒條的殼體相互獨(dú)立。電動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)另一小齒輪傳給齒條，由于易于制造和維修，成本低，已取代了第一代產(chǎn)品。因?yàn)辇X條由一個(gè)獨(dú)立的齒輪驅(qū)動(dòng)，可給系統(tǒng)較大的助力，主要用于重型汽車。3.5EPS系統(tǒng)的性能及特點(diǎn)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已發(fā)展了半個(gè)多世紀(jì)，其技術(shù)已相當(dāng)成熟。但隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車節(jié)能性和環(huán)保性要求不斷提高，該系統(tǒng)存在的耗能、對(duì)環(huán)境可能造成的污染等固有不足已越來(lái)越明顯，不能完全滿足時(shí)代發(fā)展的要求。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能顯著改善汽車動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境的污染等。因此，該系統(tǒng)一經(jīng)提出，就受到許多大汽車公司的重視，并進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究，未來(lái)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)⒊蔀檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)主流，與其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)突出的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：a.降低了燃油消耗。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，浪費(fèi)了部分能量。相反電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS系統(tǒng)）僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要電機(jī)提供的能量，該能量可以來(lái)自蓄電池，也可來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)。而且,能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作，需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制模塊的作用下開(kāi)始工作,輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩，而且，該系統(tǒng)在汽車原地轉(zhuǎn)向時(shí)輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，隨著汽車速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了"按需供能"，是真正的"按需供能型"（on-demand）系統(tǒng)。汽車在較冷的冬季起動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，直至液壓油預(yù)熱后才能正常工作。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)而且沒(méi)有液壓油管，對(duì)冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在-40℃時(shí)也能工作，所以提供了快速的冷起動(dòng)。由于該系統(tǒng)沒(méi)有起動(dòng)時(shí)的預(yù)熱，節(jié)省了能量。不使用液壓泵，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了5.5%。b.增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動(dòng)助力機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減小。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機(jī)，沒(méi)有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。c.改善了轉(zhuǎn)向回正特性。直到今天，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的發(fā)展已經(jīng)到了極限,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性改變了這一切。當(dāng)駕駛員使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)一角度后松開(kāi)時(shí)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。該系統(tǒng)還可以讓工程師們利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線。通過(guò)靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這種轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能相機(jī)匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定困難。d.提高了操縱穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)汽車在高速行駛時(shí)過(guò)度轉(zhuǎn)向的方法測(cè)試汽車的穩(wěn)定特性。采用該方法，給正在高速行駛（100km/h）的汽車一個(gè)過(guò)度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時(shí)間的自回正過(guò)程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車具有更高的穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺(jué)。e.提供可變的轉(zhuǎn)向助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來(lái)自于電機(jī)。通過(guò)軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個(gè)車速的可變轉(zhuǎn)向力?？勺冝D(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車速。無(wú)論是停車，低速或高速行駛時(shí)，它都能提供可靠的，可控性好的感覺(jué)，而且更易于車場(chǎng)操作。對(duì)于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費(fèi)用很高，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件。但在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可變轉(zhuǎn)向力矩通常寫入控制模塊中，通過(guò)對(duì)軟件的重新編寫就可獲得，并且所需費(fèi)用很小。f.采用"綠色能源"，適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用"最干凈"的電力作為能源，完全取締了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄漏問(wèn)題，可以說(shuō)該系統(tǒng)順應(yīng)了"綠色化"的時(shí)代趨勢(shì)。該系統(tǒng)由于它沒(méi)有液壓油，沒(méi)有軟管、油泵和密封件，避免了污染。而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油管使用的聚合物不能回收，易對(duì)環(huán)境造成污染。g.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，布置方便，性能優(yōu)越。由于該系統(tǒng)具有良好的模塊化設(shè)計(jì)，所以不需要對(duì)不同的系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、加工等,不但節(jié)省了費(fèi)用，也為設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性，而且更易于生產(chǎn)線裝配。由于沒(méi)有油泵、油管和發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，使得工程師們?cè)O(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)有更大的余地，而且該系統(tǒng)的控制模塊可以和齒輪齒條設(shè)計(jì)在一起或單獨(dú)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)部件的空間利用率極高。該系統(tǒng)省去了裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用于安裝其它部件。許多消費(fèi)者在買車時(shí)非常關(guān)心車輛的維護(hù)與保養(yǎng)問(wèn)題。裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車沒(méi)有油泵，沒(méi)有軟管連接，可以減少許多憂慮。實(shí)際上，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓油泵和軟管的事故率占整個(gè)系統(tǒng)故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等。h.生產(chǎn)線裝配性好。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒(méi)有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲(chǔ)油罐等部件，零件數(shù)目大大減少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時(shí)間，提高了裝配效率。第4章EPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最終發(fā)展趨勢(shì)在以下幾個(gè)方面。1.改善控制系統(tǒng)性能、減小控制單元和驅(qū)動(dòng)單元的體積及降低控制系統(tǒng)的制造成本，使之更好地與不同檔次汽車相適應(yīng)。如改進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，消除由于電動(dòng)機(jī)慣性大、摩擦力所帶來(lái)的轉(zhuǎn)向路感不足等缺點(diǎn)，使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能應(yīng)用于重型載貨汽車上。2.實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元與汽車上其他控制單元的通訊聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)整車電子控制系統(tǒng)一體化。3.將根據(jù)車速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度、前軸重力等多種信號(hào)進(jìn)行與汽車特性相吻合的綜合控制，以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。4.提高系統(tǒng)的可靠性。這應(yīng)從提高系統(tǒng)各部件的可靠性入手，如采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器。5.提高系統(tǒng)的安全性。采用取消轉(zhuǎn)向盤的EPS系統(tǒng)后，駕駛室有更大的空間用于布置被動(dòng)安全部件，減少了危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)對(duì)乘員的傷害。電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)由于其技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越，未來(lái)必將取代其他動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)，成為動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的主流。線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，是未來(lái)汽車對(duì)安全性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的更高要求，有著很好的發(fā)展前景。當(dāng)然，在汽車邁向全面線控轉(zhuǎn)向之前，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是“中站”，是第一步，當(dāng)汽車裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，其中的轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)將接受一系列傳感器信號(hào)，例如轉(zhuǎn)向控制、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制等，最后機(jī)械的部分一個(gè)一個(gè)消失，逐漸變成了全面線控轉(zhuǎn)向。EPS系統(tǒng)當(dāng)前已經(jīng)較多應(yīng)用早排量在1.3L~1.6L的各種輕型車上，其性能已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可。隨著直流電機(jī)性能的提高和42V電源在汽車組件上的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬，并逐漸向微型車、輕型車和中型車擴(kuò)展。目前，在全世界汽車行業(yè)中，EPS系統(tǒng)每年正在以9%~10%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，年增長(zhǎng)輛為130萬(wàn)~150萬(wàn)套。據(jù)專業(yè)人士預(yù)測(cè)，到2010年全世界生產(chǎn)的轎車每3輛就有1輛裝配EPS系統(tǒng)；到2010年，全球EPS系統(tǒng)的產(chǎn)量將達(dá)到2500萬(wàn)套。因而EPS系統(tǒng)將有十分廣闊的發(fā)展前景！復(fù)雜數(shù)控加工零件加工工藝和程序設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)是對(duì)一典型平板類零件進(jìn)行數(shù)控加工設(shè)計(jì)，側(cè)重于對(duì)零件的數(shù)控加工工藝分析和編程編寫，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：完成該零件的工藝規(guī)程（包括工藝過(guò)程卡、工序卡和數(shù)控刀具卡）和主要工序的內(nèi)容設(shè)計(jì)，以最優(yōu)的路線完成零件的加工，達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的需要。用G代碼編制該零件的數(shù)控加工程序，并運(yùn)用CAD/CAM相關(guān)軟件繪制零件圖以及三維實(shí)體圖，使人能一目了然的了解到零件的結(jié)構(gòu)特征。學(xué)會(huì)使用圖表資料和手冊(cè)，將與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練應(yīng)用。關(guān)鍵詞：工藝分析、數(shù)控編程、CAD/CAMAbstractThedesignisatypicaldesignofNCmachiningforflatparts,focusingonanalysisandprogrammingofNCmachiningprocessofpartsprepared,maindesignelements:completethepartoftheprocedurespecification(includingprocesscards,processescardandCNCtoolscards)andprimarycontentdesign,optimalroutestocompletepartsoftheprocessing,toactualproductionneeds.PreparingNCmachiningofthepartswiththegcodeprograms,anddrawthepartsusingCAD/CAMsoftware,aswellasthreedimensionalentity,sothatpeoplegetaclearunderstandingofthestructuralfeaturesofthepart.Learnhowtousechartinformation,andmanuals,andthisname,sourceofinformationrelevanttothedesigning,candoskilledapplication.Keywords:analysisoftechniques,NCprogramming,CAD/CAM目錄摘要 IAbstract II緒論 1第1章西門子802D數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 21.1SINUMERIK802D 21.1.1SINUMERIK802D介紹 21.2G代碼 21.3M代碼 3第2章零件圖紙的分析 42.1零件圖分析 4第3章加工準(zhǔn)備與設(shè)計(jì) 63.1機(jī)床及毛坯材料的選擇 63.1.1機(jī)床的選擇 63.1.2毛坯的選擇 73.1.3加工余量 83.2夾具及刀具的選擇 83.2.1夾具的選擇 83.2.2刀具選擇 83.3基準(zhǔn)的選擇 113.4切削用量 123.4.1吃刀量 123.4.2進(jìn)給速度 123.4.3切削速度 133.5確定工藝路線 153.6數(shù)控加工工序卡 17第4章編程設(shè)計(jì) 21參考文獻(xiàn)： 29總結(jié) 30致謝 31附錄 32緒論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。機(jī)械制造業(yè)正在越來(lái)越多的采用數(shù)控技術(shù)改善其生產(chǎn)加工方式。近幾年來(lái)，機(jī)械加工業(yè)大量采用數(shù)控機(jī)床取代傳統(tǒng)的普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工，普通機(jī)械逐漸被數(shù)控機(jī)械所代替。數(shù)控機(jī)床綜合了微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、電機(jī)與拖動(dòng)，電子和電力、精密測(cè)量、氣液壓及現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是數(shù)控機(jī)床的心臟。具有高精度，高效率，柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)決定了今后發(fā)展數(shù)控機(jī)床是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造的必由之路，是工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床在各個(gè)機(jī)械制造企業(yè)已成為大、中型企業(yè)的主要技術(shù)裝備。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，數(shù)控機(jī)床將獲得高速發(fā)展。根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具協(xié)會(huì)的調(diào)查，航天航空、國(guó)防軍工制造業(yè)需要大型、高速、精密、多軸、高效數(shù)控機(jī)床；汽車、摩托車、家電制造業(yè)需求高效、高可靠性、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床和成套柔性生產(chǎn)線；電站設(shè)備、造船、冶金石化設(shè)備、軌道交通設(shè)備制造業(yè)；IT業(yè)、生物工程等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求納米級(jí)亞微米級(jí)加工數(shù)控機(jī)床；工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，特別是民營(yíng)企業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要大量數(shù)控機(jī)床進(jìn)行著裝備。通過(guò)對(duì)數(shù)控技術(shù)的興起和對(duì)未來(lái)的推測(cè)來(lái)看，隨著數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)零件加工精度的要求提高，社會(huì)對(duì)其相應(yīng)技術(shù)人才的需求也越來(lái)越高。這就需要我們對(duì)數(shù)控機(jī)床有更深刻的認(rèn)識(shí)和了解。本次課程的設(shè)計(jì)正是一次實(shí)踐，運(yùn)用學(xué)過(guò)的數(shù)控的基礎(chǔ)課程、技術(shù)課程和專業(yè)課程，對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合整理與應(yīng)用。這是一次理論與實(shí)際結(jié)合的鍛煉過(guò)程。第1章西門子802D數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1SINUMERIK802D具有免維護(hù)性能的SINUMERIK802D，其核心部件-PCU（面板控制單元）將CNC、PLC、人機(jī)界面和通訊等功能集成于一體。可靠性高、易于安裝。\o"查看圖片"圖1-1操作面板和伺服放大器1.1.1SINUMERIK802D介紹SINUMERIK802D可控制4個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)數(shù)字或模擬主軸。通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS將驅(qū)動(dòng)器、輸入輸出模塊連接起來(lái)。模塊化的驅(qū)動(dòng)裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機(jī)，為機(jī)床提供了全數(shù)字化的動(dòng)力。通過(guò)視窗化的調(diào)試工具軟件，可以便捷地設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。SINUMERIK802D集成了內(nèi)置PLC系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行邏輯控制。采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC的編程語(yǔ)言Micro/WIN進(jìn)行控制邏輯設(shè)計(jì)。并且隨機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的PLC子程序庫(kù)和實(shí)例程序，簡(jiǎn)化了制造廠設(shè)計(jì)過(guò)程，縮短了設(shè)計(jì)周期。 1.2G代碼 表1-1常用G代碼代碼功能格式G00快速定點(diǎn)位G00X-Y-ZF*G01直線插補(bǔ)G01X-Y-ZF*G02順時(shí)針?lè)较驁A弧插補(bǔ)G02X-Y-ZCR=*F*G03逆時(shí)針?lè)较驁A弧插補(bǔ)G03X-Y-ZCR=*F*G17X-Y平面選擇G18X-Z平面選擇G19Y-Z平面選擇G40刀具補(bǔ)償取消G41刀具左補(bǔ)償G41X-YG42刀具右補(bǔ)償G42X-YG90絕對(duì)坐標(biāo)偏差G91相對(duì)坐標(biāo)偏差G94主軸每分鐘進(jìn)給G95主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給1.3M代碼表1-2常用M指令M0暫停M1有條件停止M2程序結(jié)束M3主軸正轉(zhuǎn)M4主軸反轉(zhuǎn)M5主軸停止M6換刀M8冷卻液開(kāi)M9冷卻液關(guān)M17子程序結(jié)束M19主軸定位M25托盤上升M30程序結(jié)束，返回程序開(kāi)始第2章零件圖紙的分析2.1零件圖分析所要加工的零件的零件圖、三維造型圖所示如下：2.1零件圖2.2三維造型圖（1）該零件毛坯尺寸為200mm×150mm×37mm，且除上表面外其他表面均已加工。（2）在零件上有多個(gè)加工特征，包括四個(gè)通孔、鍵槽、型腔、圓弧、曲面凸臺(tái)，尺寸標(biāo)注完整。主要加工項(xiàng)目有：上平面、對(duì)稱腔槽（槽寬50±0.02mm、槽深10mm）、2×12（ES=+0.018EI=0）的孔、24(ES=+0.021EI=0)的孔、40(ES=+0.025mmEI=0)的孔、R10和R20的圓弧倒角、R20、R40和R100的圓弧曲面以及外輪廓的尺寸。（3）該零件表面粗糙度內(nèi)輪廓及通孔R(shí)a1.6um和其余Ra3.2um，參數(shù)合理便于加工。（4）零件材料為45鋼，切削加工性能較好，無(wú)熱處理和硬度要求。該復(fù)雜零件技術(shù)要求有：未注公差±0.1mm；.圓弧曲面誤差不大于±0.05mm；去除毛刺。第3章加工準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)在對(duì)零件進(jìn)行加工前要對(duì)零件進(jìn)行許多分析，如機(jī)床選擇、毛坯選擇及加工余量的確定、刀具選擇、裝夾方式、基準(zhǔn)選擇（確定坐標(biāo)零點(diǎn)）等。3.1機(jī)床及毛坯材料的選擇3.1.1機(jī)床的選擇機(jī)床的選擇首先要考慮其能否滿足零件加工的外形尺寸和質(zhì)量要求，其次考慮機(jī)床的精度是否能滿足加工的設(shè)計(jì)要求，凸臺(tái)的最大圓弧半徑及零件的尺寸應(yīng)在數(shù)控系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，最后從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，要在滿足加工要求的前提下，盡可能的提高效率。考慮以上幾點(diǎn)，普通機(jī)床無(wú)法滿足該零件的加工，可選擇兩軸半以上的數(shù)控銑床。結(jié)合我們學(xué)校車間的實(shí)際情況，本零件選用漢川機(jī)床廠XH714G用SIEMENS802D系統(tǒng)。該系列立式加工中心機(jī)床，是集機(jī)、電、液等先進(jìn)技術(shù)于一體的小型立式加工機(jī)床，具有合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可靠的精度穩(wěn)定性及保持性。主要用于中小型零件、模具等多品種加工，工件一次裝夾后，可自動(dòng)高效、高精度的連續(xù)完成銑、鉆、鏜、鉸等工序。廣泛適用于模具、機(jī)車、造船、機(jī)電、機(jī)床、印刷、輕紡等制造行業(yè)。該銑床的功能參數(shù)如表3-1下。表3-1XH714G型數(shù)控銑床基本參數(shù)機(jī)床重4400Kg最大載重600kg工作臺(tái)900mm長(zhǎng)400mm寬坐標(biāo)范圍X630mmY400mmZ500mm軸承錐孔NO.40(7:24)最大鉆孔直徑φ22最大鏜孔直徑φ100主軸最高轉(zhuǎn)速8000r\min主軸功率7.5/11kwX、Y、Z向切削進(jìn)給速度0-10000mm\min快速進(jìn)給速度X24m\minY24m\minZ20m\min工作電源380V圖3-1立式加工中心XH714G3.1.2毛坯的選擇毛坯是根據(jù)零件所要求的形狀、工藝尺寸等制成的機(jī)械加工對(duì)象。它是制定加工工藝規(guī)程的基礎(chǔ)。毛坯的不同種類及制造方法對(duì)零件工藝過(guò)程影響很大，零件工藝過(guò)程中的工序數(shù)量、材料消耗、機(jī)械加工勞動(dòng)量等在很大程度上取決于所選的毛坯，故正確選擇毛坯具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。1.毛坯的選擇的原則：1)經(jīng)濟(jì)合理性原則4)資源最佳利益原則2)環(huán)境保護(hù)原則5)能量消耗最小原則3)安全宜人原則6)功能適應(yīng)性原則2.毛坯的種類1）鑄件適用于做形狀復(fù)雜的零件毛坯2）鍛件適用于要求強(qiáng)度較高、形狀比較簡(jiǎn)單的零件3）型材熱軋型材的尺寸較大、精度低，多用于一般零件毛坯4）焊接類對(duì)于大件來(lái)說(shuō)，焊接件簡(jiǎn)單方面，特別是單件小批生產(chǎn)可大大縮短生產(chǎn)周期5)冷沖壓件適用于形狀復(fù)雜的板料零件毛坯應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況設(shè)置，平板類零件對(duì)材料的要求不高，根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理性原則和功能適應(yīng)性原則以及資源最佳利用原則選擇45鋼。45鋼屬于中碳鋼，這類鋼調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，即既具有較高的強(qiáng)度、硬度，又具有較好的塑性、韌性，是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中應(yīng)用最廣泛的一類，且相對(duì)于其他同類達(dá)到要求的材料價(jià)格較便宜，能量消耗較小，它也是工廠中常用的一種加工材料。毛坯屬于型材,零件的加工要求尺寸為200mm×150mm×35mm，毛坯的尺寸為200mm×150mm×37mm，且除上表面外其他表面均已加工。3.1.3加工余量加工余量大小，直接影響零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。加工余量過(guò)大，不僅增加機(jī)械加工勞動(dòng)量，降低生產(chǎn)率，而且增加材料、工具和電力的消耗，增加成本。但若加工余量過(guò)小，又不能消除前工序的各種誤差和表面缺陷，甚至產(chǎn)生廢品。因此，必須合理地確定加工余量。其確定的方法有：經(jīng)驗(yàn)估算法、查表修正法、分析計(jì)算法。首先根據(jù)工藝人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定加工余量。為避免產(chǎn)生廢品，所確定的加工余量一般偏大。要準(zhǔn)確余量則需要根據(jù)有關(guān)手冊(cè)，查得加工余量的數(shù)值，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)修正。在看到這個(gè)零件時(shí),根據(jù)實(shí)訓(xùn)時(shí)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。該零件的加工余量如下：粗加工時(shí)0.5mm，半精加工內(nèi)輪廓單邊留0.3mm余量，半精加工外輪廓單邊留0.3mm余量。3.2夾具及刀具的選擇3.2.1夾具的選擇機(jī)床夾具的種類很多，按使用的機(jī)床類型分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具等。而按專門化程度劃分來(lái)說(shuō)，該零件使用的是立式數(shù)控銑床。零件又屬于平板類零件，應(yīng)使用通用夾具，通用夾具是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用來(lái)裝夾不同工件的夾具。根據(jù)我們學(xué)校車間的實(shí)際設(shè)備的使用情況我們選用機(jī)用平口虎鉗。3.2.2刀具選擇1.刀具應(yīng)具備的性能在金屬加工中根據(jù)被加工工件的特點(diǎn)選擇合適的刀具，能夠充分發(fā)揮機(jī)床的性能，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。將單價(jià)、效率、壽命及縮短的輔助時(shí)間等因素綜合起來(lái)看，選擇正確的刀具將會(huì)事半功倍，在加工中刀具應(yīng)具備以下性能：1)高的硬度和耐磨性：硬度是刀具應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工具上切下切屑，其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃硬度一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來(lái)說(shuō)，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。2)足夠的強(qiáng)度和韌性：要使刀具在承受很大壓力，以及在切削過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動(dòng)條件下工作，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。3)高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。刀具材料還應(yīng)該具有抗氧化的能力以及良好的抗粘結(jié)合和抗擴(kuò)散的能力，即刀具材料用具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。4)良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能：刀具在斷續(xù)切削或使用切削液時(shí)，常常受到很大的熱沖擊因而刀具內(nèi)會(huì)產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致斷裂刀具材料導(dǎo)熱性能越好，切削熱越容易從切削區(qū)散開(kāi)，有利于降低切削溫度。耐熱沖擊性能好的刀具材料，切削加工時(shí)可以使用切削液。5)良好的工藝性能：為了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等。6)經(jīng)濟(jì)性：經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一，優(yōu)質(zhì)刀具材料雖然單件刀具成本很高，但因其使用壽命長(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件成本則不一定高。因此在選用刀具材料時(shí)要綜合考慮。2.常用刀具材料1）高速鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，并且具有一定硬度和耐磨性。在600℃仍能保持較高的硬度，較之其他工具鋼耐高，但壓延性較差，熱加工困難，耐熱沖擊性較弱。磨性好且比硬質(zhì)合金韌性2）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金材料中含有大量金屬碳化物，這些碳化物熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定好、熱穩(wěn)定性好。因此，硬質(zhì)合金材料的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，能在800~1000℃保持較好的加工性能。切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍，在耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4~10倍。3）陶瓷有很高的耐熱性與耐磨性，常溫硬度達(dá)9195HRC，1200℃高溫下硬度為80HRC而且高溫下抗彎強(qiáng)度、韌性降低極少。有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，陶瓷與金屬親和力小，高溫抗氧化性好，在耐熱合金等難加工材料的加工中廣泛的應(yīng)用。4）立方氮化硼熱壓成形后的氮化硼B(yǎng)N制品易于進(jìn)行機(jī)械加工，且加工精度可高達(dá)0.01mm可制成形狀復(fù)雜而精度要求較高的零件。其使用壽命、加工精度、抗裂紋能力、抗磨損能力都要優(yōu)于硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具。5）聚晶金剛石適用于高效地加工有色金屬和非金屬材料，能得到高精度、高光亮的加工表面，使其在高精加工領(lǐng)域中得到了普及。上述五大類刀具材料的硬度、耐磨性，金剛石最高，遞次降低到高速鋼。材料的韌性則是高速鋼最高，金剛石最低。在數(shù)控機(jī)床中，采用最廣泛的是硬質(zhì)合金類。因?yàn)檫@類材料目前從經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、多樣性、工藝性等各方面，綜合效果都優(yōu)于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具的要求更高，不僅要求精度高、剛度高、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。3.刀具分類1)刀具按工件加工表面的形式可分為五類a.加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；b.孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等；c.螺紋加工刀具，包括絲錐、板牙、自動(dòng)開(kāi)合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；d.齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪和拉刀等；f.切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具。2)按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類：a.通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸等；b.成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；c.特殊刀具，加工一些特殊工件，如：齒輪，花鍵等用的刀具。如、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位面銑刀的直徑為16-630mm。粗銑時(shí)，銑刀直徑要小些，因?yàn)榇帚娗邢髁Υ螅x小直徑銑刀可減小切削扭距。精銑時(shí)，銑刀直徑要選大些，盡量包容工件整個(gè)加工寬度，以提高加工精度和效率，并減小相鄰兩次進(jìn)給之間的接刀痕跡。由于數(shù)控機(jī)床要求銑刀能快速自動(dòng)裝卸，而立銑刀刀柄部結(jié)構(gòu)有很大不同。一般由專業(yè)廠家按照一定的規(guī)范制造成統(tǒng)一形式、尺寸的刀柄。直徑大于￠40～160mm立銑刀可做成套式結(jié)構(gòu)。立銑刀的有關(guān)尺寸參數(shù)，推薦用下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。孩俚毒甙霃絉應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑，R一般取R=(0.8~0.9)R。②零件的加工高度H≤(1/4~1/6)R，以保證刀具有足夠的剛度。③對(duì)于深槽，選取l=H+(5~10)mm(l為刀具切削部分長(zhǎng)度)。選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平板零件周邊及輪廓的加工，常采用立銑刀，因此在銑削外輪廓的時(shí)候選用￠16mm的高速鋼立銑刀。銑削平面時(shí)應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀，且要注重切削效率，故面銑的時(shí)候選用￠80mm的面銑刀。將刀具參數(shù)編入卡片：表3-2數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱和代號(hào)復(fù)雜零件的加工零件名稱平面零件加工零件圖號(hào)A4序號(hào)刀具號(hào)刀具加工表面?zhèn)渥⒁?guī)格名稱數(shù)量1T01￠80mm面銑刀1銑平面2T02￠16mm高速鋼立銑刀1粗加工外輪廓3T03￠25mm高速鋼立銑刀1粗加工50mm的凹槽4T04￠8mm鍵槽銑刀1粗加工兩圓弧凹槽5T05￠11.8mm直柄麻花鉆1鉆孔6T06￠8mm立銑刀1精加工兩圓弧凹槽7T07￠12mm立銑刀1精加工外輪廓側(cè)面、凹槽側(cè)面、圓柱形8T08￠3mm中心鉆1鉆孔9T09￠12mm鉸刀1邊上兩孔鉸孔加工10T10￠40mm精鏜刀1精鏜￠40mm孔11T11￠24mm精鏜刀1精鏜￠24mm孔編制夏培元審核批準(zhǔn)2012/11/09共1頁(yè)第1頁(yè)3.3基準(zhǔn)的選擇（1）基準(zhǔn)重合原則以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合誤差，調(diào)整法加工零件時(shí)，如果基準(zhǔn)不重合將出現(xiàn)基準(zhǔn)不重合誤差。所謂調(diào)整法，是在預(yù)先調(diào)整好刀具與機(jī)床的相對(duì)位置，并在一批零件的加工過(guò)程中保持這種相對(duì)位置的加工方法。與之相對(duì)應(yīng)的是試切法加工，即試切一測(cè)量一調(diào)整一再試切，循環(huán)反復(fù)直到零件達(dá)到尺寸要求為止。試切法適用于單件小批生產(chǎn)下的逐個(gè)零件加工。（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)來(lái)加工工件上的各個(gè)加工表面。以避免基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換帶來(lái)的誤差，利于保證各表面的位置精度,簡(jiǎn)化工藝規(guī)程,夾具設(shè)計(jì)和制造縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。典型的基準(zhǔn)統(tǒng)一原則是軸類零件、盤類零件和箱體類零件。軸的精基準(zhǔn)為軸兩端的中心孔，齒輪是典型的盤類零件，常以中心孔及—個(gè)端面為精加工基準(zhǔn)，而箱體類常以一個(gè)平面及平面上的兩個(gè)定位用工藝孔為精基準(zhǔn)。（3）自為基準(zhǔn)原則當(dāng)某些精加工表面要求加工余量小而均勻時(shí)，可選擇該加工表面本身作為定位基準(zhǔn)，以搞高加工面本身的精度和表面質(zhì)量。（4）互為基準(zhǔn)原則能夠提高重要表面間的相互位置精度，或使加工余量小而均勻。（5）裝夾方便原則所選定位基準(zhǔn)應(yīng)能使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，操作方便，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。以上每項(xiàng)原則只能說(shuō)明一個(gè)方面的問(wèn)題，理想的情況是使基準(zhǔn)既“重合”又“統(tǒng)一”，同時(shí)又能使定位穩(wěn)定、可靠，操作方便，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但實(shí)際運(yùn)用中往往出現(xiàn)相互矛盾的情況，這就要求從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行綜合分析，抓住主要矛盾，進(jìn)行合理選擇。還應(yīng)該指出，工件上的定位精基準(zhǔn)，一般應(yīng)是工件上具有較高精度要求的重要工作表面，但有時(shí)為了使基準(zhǔn)統(tǒng)一或定位可靠，操作方便，人為地制造一種基準(zhǔn)面，這些表面在零件的工件中并不起作用，僅僅在加工中起定位作用，如頂尖孔、工藝搭子等。這類基準(zhǔn)稱為輔助基準(zhǔn)。由于該零件為平板類零件，為方便裝夾，提高加工質(zhì)量，該零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在毛坯料的上表面。結(jié)合上述原則，將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)定在毛坯上表面，對(duì)角線交點(diǎn)位置。為使數(shù)控編程方便，將圖紙轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)。3.4切削用量在一定切削條件下，合理選擇切削用量是提高切削效率、保證刀具耐用度和加工質(zhì)量的主要手段。數(shù)控銑床的切削用量包括切削速度Vc、進(jìn)給速度

、背吃刀量和側(cè)吃刀量。切削用量的選擇方法是考慮刀具的耐用度，先選取背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，最后確定切削速度。3.4.1吃刀量如圖3-2所示，背吃刀量為平行于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為mm，端銑時(shí)為切削層深度，圓周銑削時(shí)為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量為垂直于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為mm，端銑時(shí)為被加工表面寬度，圓周銑削時(shí)為切削層深度。端銑背吃刀量和圓周銑側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對(duì)表面質(zhì)量要求決定。（1）工件表面粗糙度要求為Ra3.2～12.5μm，分粗銑和半精銑兩步銑削加工，粗銑后留半精銑余量0.5

～

1.0mm。圖3-2銑刀銑削用量（2）工件表面粗糙度要求為Ra0.8～3.2μm，可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削加工。半精銑時(shí)端銑背吃刀量或圓周銑削側(cè)吃刀量取1.5～2mm，精銑時(shí)圓周銑側(cè)吃刀量取0.3～0.5mm，端銑背吃刀量取0.5～1mm。該工件的表面粗糙度為Ra3.2，孔及型腔粗糙度為Ra1.6，其余為Ra3.2。應(yīng)采用半精銑、精銑，半精銑吃刀量2mm，精銑吃刀量1mm。3.4.2進(jìn)給速度進(jìn)給速度指單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位為mm/min。它與銑刀轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)Z及每齒進(jìn)給量(單位為mm/z)有關(guān)。進(jìn)給速度的計(jì)算公式：

=Zn（3-1）式中:

每齒進(jìn)給量的選用主要取決于工件材料和刀具材料的機(jī)械性能、工件表面粗糙度等因素。當(dāng)工件材料的強(qiáng)度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件剛性差或刀具強(qiáng)度低，值取小值,每齒進(jìn)給量的選用參考表見(jiàn)表3-2。表3-2銑刀每齒進(jìn)給量參考表工件材料每

齒

進(jìn)

給

量(mm/z)粗銑精銑高速鋼銑刀硬質(zhì)合金銑刀高速鋼銑刀硬質(zhì)合金銑刀鋼0.10～0.150.10～0.250.02～0.050.10～0.15鑄鐵0.12～0.200.15～0.303.4.3切削速度銑削的切削速度與刀具耐用度T、每齒進(jìn)給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量以及銑刀齒數(shù)Z成反比，與銑刀直徑d成正比。其原因是、、、Z增大時(shí)，使同時(shí)工作齒數(shù)增多，刀刃負(fù)荷和切削熱增加，加快刀具磨損，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。表3-3列出了銑削切削速度的參考值。表3-3

銑削時(shí)的切削速度參考表工件材料硬度（HBS）切削速度Vc(m/min)高速鋼銑刀硬質(zhì)合金刀具鋼<22518～4266～150225～32512～3654～120鑄鐵325～4256～2136～75<19021～3666～150190～2609～1845～90160～3204.5～1021～30而具體選用公式為=/1000（3-2）舉例16的立銑刀計(jì)算過(guò)程：16的立銑刀選擇的切削速度=25m/min，每齒進(jìn)給量=0.1mm/z。根據(jù)公式（3-1）、（3-2）可得：主軸轉(zhuǎn)速：n=1000/=1000x25/3.14x16=497.6r/min取500r/min進(jìn)給速度：=Zn=0.1x3x497.6=149.28mm/min取150mm/min選用的參數(shù)如表3-4。3-4零件各工序刀具的切削參數(shù)加工步驟刀具與切削參數(shù)序號(hào)加工內(nèi)容刀具表格主軸轉(zhuǎn)速n/r*min-1進(jìn)給速度V(f)/mm*min-1刀具補(bǔ)償類型材料長(zhǎng)度半徑1粗加工上表面80mm面銑刀硬質(zhì)合金450300T1D12精加工上表面8001603粗加工外輪廓面16mm立銑刀高速鋼500150T2D18.2mm4銑削邊角料5加工50mm凹槽25mm立銑刀30090T3D112.7mm6粗加工兩圓弧凹槽8mm鍵槽銑刀80080T4D14.2mm7鉆中間位置兩孔11.8mm直柄麻花鉆55080T5D18粗加工銑削中間兩孔16mm立銑刀40080T2D19精加工兩圓弧凹槽8mm立銑刀100090T6D13.99mm10精加工外輪廓側(cè)面12mm立銑刀800100T7D15.985mm11精加工凹槽側(cè)面12加工三維面(圓柱形)16013點(diǎn)孔加工（邊上兩孔）3mm中心鉆1200120T8D114鉆孔加工（邊上兩孔）11.8mm直柄麻花鉆55080T5D115鉸孔加工（邊上兩孔）12mm機(jī)用鉸刀30050T9D116精鏜40mm孔40mm精鏜刀硬質(zhì)合金100040T10D117精鏜24mm孔24mm精鏜刀140065T11D13.5確定工藝路線（1）工序的劃分 在數(shù)控機(jī)床上加工零件與普通機(jī)加工相比，工序可以比較集中。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控加工工序的劃分有幾種方法。加工該零件按粗、精加工劃分工序，根據(jù)工件的加工精度要求、剛度和變形等因素，將零件的粗、精加工分開(kāi)，先粗加工，后精加工。（2）工步的劃分劃分工步主要是從加工精度和效率方面考慮。合理的工藝不僅要保證加工出符合圖樣要求的工件，同時(shí)應(yīng)使機(jī)床的功能得到充分發(fā)揮。因此，在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對(duì)工件的不同表面進(jìn)行加工。對(duì)于比較復(fù)雜的工序，為了便于分析和描述，常在工序內(nèi)又細(xì)分工步。就本工件的加工而言，劃分時(shí)應(yīng)注意一下幾點(diǎn)原則：①同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，還是全部加工表面都先粗加工后精加工分開(kāi)進(jìn)行，主要要依據(jù)零件的精度要求考慮。②對(duì)于既要加工平面又要加工孔的地方，可以采用“先面后孔“原則劃分工步。先加工面可提高孔的加工精度，因?yàn)殂娖矫鏁r(shí)切削力較大，工件易發(fā)生變形，而先銑平面后鏜孔，則可使其變形有一段時(shí)間恢復(fù)，減少由于變形引起的對(duì)孔的精度的影響。反之，如先鏜孔后銑面，則銑削平面時(shí)極易在孔口產(chǎn)生飛邊、毛刺，進(jìn)而破壞孔的精度。③按所用刀具劃分工步。某些機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用刀具集中的方法劃分工步，以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時(shí)間，提高加工效率。④在一次裝夾中，盡可能完成所有能加工的表面，有利于保證表面相互位置精度的要求。（3）加工順序的安排加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛皮狀況，結(jié)合定位和夾緊的需要一起考慮，重點(diǎn)應(yīng)保證工件的剛性不被破壞，盡量減少變形。加工順序的安排應(yīng)遵循一些原則：①基準(zhǔn)先行：上道工序的加工能為后面的工序提供精基準(zhǔn)和合適的夾緊表面。②先面后孔，先簡(jiǎn)單后復(fù)雜。③先粗后精，粗、精分開(kāi)。④減少安裝次數(shù)。以相同定位、夾緊方式安裝的工序，最好接連進(jìn)行，以減少重復(fù)定位次數(shù)、換刀和夾緊次數(shù)。該零件的加工路線按照上面的原則，首先我們要保證40孔位置精度。零件的加工步驟如下：(1)銑平面：粗精銑上表面，保證尺寸35mm。（80面銑刀）(2)粗加工外輪廓：（16立銑刀）(3)銑削邊角料（16立銑刀）(4)粗加工50mm凹槽（25立銑刀）(5)粗加工量圓弧凹槽（8鍵槽銑刀）(6)鉆中間位置兩孔（11.8直柄麻花鉆）(7)粗加工銑削中間兩孔（16立銑刀）(8)精加工兩圓弧凹槽（8立銑刀）(9)精加工外輪廓（12立銑刀）(10)精加工50mm凹槽側(cè)面（12立銑刀）(11)加工圓柱形三維面（12立銑刀）(12)中心孔加工（3中心鉆）(13)鉆孔加工（11.8直柄麻花鉆）(14)鉸孔加工（12機(jī)用鉸刀）（15）精鏜40mm孔（40mm精鏜刀）（16）精鏜24mm孔（24mm精鏜刀）3.6數(shù)控加工工序卡表3-5數(shù)控加工工序卡片1工廠名稱產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)Mill-01工序號(hào)夾具名稱夾具編號(hào)使用設(shè)備車間001機(jī)用平口虎鉗1XH714GB06-105工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格/mm主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進(jìn)給速度/（mm/min）切削深度/mm備注1粗加工上表面T01￠80mm面銑刀4503001.7自動(dòng)2精加工上邊面T01￠80mm面銑刀8001600.3自動(dòng)編制夏培元審核批準(zhǔn)2012/11/09共4頁(yè)第1頁(yè)表3-6數(shù)控加工工序卡片2工廠名稱產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)Mill-01工序號(hào)夾具名稱夾具編號(hào)使用設(shè)備車間002機(jī)用平口虎鉗1XH714GB06-105工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格/mm主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進(jìn)給速度/（mm/min）切削深度/mm備注1粗加工外輪廓T02￠16m高速鋼立銑刀50015020自動(dòng)2銑削邊角料T02￠16m高速鋼立銑刀3009020自動(dòng)3粗加工50mm凹槽T03￠25mm立銑刀3009010自動(dòng)4粗加工兩圓弧凹槽T04￠8mm鍵槽銑刀800808自動(dòng)編制夏培元審核批準(zhǔn)2012/11/09共4頁(yè)第2頁(yè)表3-7數(shù)控加工工序卡片3工廠名稱產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)Mill-01工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱夾具編號(hào)使用設(shè)備車間003機(jī)用平口虎鉗1XH714GB06-105工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格/mm主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進(jìn)給速度/（mm/min）切削深度/mm備注1精加工兩圓弧凹槽T06￠8mm立銑刀1000908自動(dòng)2精加工外輪廓側(cè)面T07￠12mm立銑刀80010020自動(dòng)3精加工凹槽側(cè)面T07￠12mm立銑刀80010010自動(dòng)4精加工R12.5的圓柱形T07￠12mm立銑刀80016015自動(dòng)編制夏培元審核批準(zhǔn)2012/11/09共4頁(yè)第3頁(yè)表3-8數(shù)控加工工序卡片4工廠名稱產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)Mill-01工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱夾具編號(hào)使用設(shè)備車間004機(jī)用平口虎鉗1XH714GB06-105工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格/mm主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進(jìn)給速度/（mm/min）切削深度/mm備注1鉆中心孔T08￠3mm中心鉆12001205手動(dòng)2鉆￠11.8mm的孔T05￠11.8mm麻花鉆5508035自動(dòng)4鉸￠12孔（邊上兩孔）T09￠12mm機(jī)用鉸刀3005035自動(dòng)5粗加工銑削中間兩孔T02￠16mm高速鋼立銑刀4008035自動(dòng)6鏜￠40mm的孔T10￠40mm精鏜刀10004035自動(dòng)7鏜￠24mm的孔T11￠24mm精鏜刀14006535自動(dòng)編制夏培元審核批準(zhǔn)2012/11/09共4頁(yè)第4頁(yè)第4章編程設(shè)計(jì)表4-1加工程序序號(hào)X0001.MPF備注N1G54G90G17G71G94G40;80mm面銑刀粗加工N2M3S450;N3G0Z150T1D1;調(diào)用1號(hào)刀具的1號(hào)長(zhǎng)度補(bǔ)償N4X145Y-38;N5Z0.3;N6G1X-145F300;N7G0Y38;N8G1X145;N9G0Z150;N10M5;主軸停止N11M0;程序暫停N12M3S800;80mm面銑刀精加工N13G0X145Y-38M7;切削液開(kāi)N14Z0;N15G1X-145F160;N18G0Z150M9;N19M5;N20M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換16mm立銑刀)N21M3S500;N22G0Z150T2D1;N23X120Y-90M7;N24Z-10;N25G41G1X102Y-77.04D1F120;X.Y向進(jìn)給，引入刀具1號(hào)半徑補(bǔ)償值，進(jìn)給速度為120mm/minN26L1;調(diào)用子程序L1N27G0Z-20;N28G41G1X102Y-77.04D1F120;N29L1;N30G0Z-10;N31X100Y0;N32G41X88.41Y-10D1;N33G1X63.59Y-53F120;N34G2X61.29Y-56.21CR=20;R20圓弧銑削N35G40G1X86Y-55;X.Y向退刀，并取消刀具半徑補(bǔ)償值N36Y-45;N37X94;N38Y-66;N39G0Z10;N40X-100Y0;N41Z-10;N42G41X-88.41Y10D1;N43G1X-63.59Y53F120;N44G2X-61.29Y56.21CR=20;R20圓弧銑削N45G40G1X-86Y55;X.Y向退刀，并取消刀具半徑補(bǔ)償值N46Y45;N47X-94;N48Y66;N49G0X-88Y73;N50Z-20;N51G1X-68;N52G0Z10;N53X62Y70;N54Z-20;N55G1X95;N56Y-25;N57G0Z10;N58X88Y-73;N59Z-20;N60G1X-85;N61Y-68;N62X-100;N63Y22;N64G0Z150M9;切削液關(guān)N65M5;N66M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換25mm立銑刀)N67M3S300;N68G0Z150T3D1;N69X0Y-90M7;N70Z-10;N71G41G1X25Y-65D1F60;N72L2;N73G0Z150M9;N74M5;N75M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換8mm鍵槽銑刀)N76M3S800;N77G0Z150T4D1;N78X-54Y20M7;N79Z1;N80G1Z-8F30;N81G41G1X-42.44Y24.5D1F80;N82L3;N83G0Z10;N84X56Y-22;N85Z1;N86G1Z-8F30;N87G41G1X62.79Y-16.82D1F80;N88L4;N89G0Z150M9;N90M5;N91M0;N92M3S550F80;N93G0Z150T2D1N94MCALLCYCLE83(10,-10,-8,-40,32,-5,5,0,0,1,1,1)模態(tài)調(diào)用鉆孔固定程序N95X0Y30;N96X0Y-25;N97MCALLN98G0Z150M9;N99M5;N100M0;N101M3S400;N102G0Z150T3D1;N103X0Y-25M7;N104Z-8;N105G1Z-19F60;N106X3.7F80;N107G3I-3.7;整圓銑削加工N108G1X0;N109Z-28F60;N110X3.7F80;N111G3I-3.7;N112G1X0;N113Z-35.5F60;N114X3.7F80;N115G3I-3.7;N116G1X0;N117G0Z-8;N118Y30;N119G1Z-19F60;N120X11.7F80;N121G3I-11.7;N122G1X0;N123Z-28F60;N124X11.7F80;N125G3I-11.7;N126G1X0;N127Z-35.5F60;N128X11.7F80;N129G3I-11.7;N130G1X0;N131G0Z150M9;N132M5;N133M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換8mm立銑刀)N134M3S1000;主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速1000r/minN135G0Z150T6D1;N136X-54Y20M7;N137Z1;N138G1Z-8F30;N139G41G1X42.44Y24.5D1F90;N140L3N141G0Z10;N142X56Y-22;N143Z1;N144G1Z-8F30;N145G41G1X62.79Y-16.82D1F90;N146L4N147G0Z150M9;N148M5;N149M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換12mm立銑刀)N150M3S800;N151G0Z150T7D1;N152X120Y-90M7;N153Z-20;N154G41G1X102Y-77.04D1F100;N155L1;N156G0Z-10;N157X100Y0;N158G41X88.41Y-10D1;N159G1X63.59Y-53F120;N160G2X61.29Y-56.21CR=20;N161G40G1X86Y-80;N162G0Z10;N163X-100Y0M7;N164Z-10;N165G41X-88.41Y10D1;N166G1X-63.59Y53F120;N167G2X-61.29Y56.21CR=20;N168G40G1X-86Y80;N169G0Z10;N170X0Y-90M7;N171Z-10;N172G41G1X25Y-65D1F100;N173L2;N174G0Z10;N175TRANSX0Y0;可編程的偏置N176AROTRPL=150;建立旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度150°N177L5;N178AROTRPL=180;建立旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度180°N179L5;N180TRANS刪除偏移和旋轉(zhuǎn)N181G0Z150M9;N182M5;N183M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換3mm中心鉆)N184M3S1200F120;N185G0Z150T8D1;N186MCALLCYCLE81(10,-20,-18,-22,2)模態(tài)調(diào)用點(diǎn)孔固定循環(huán)N187X88.5Y62;點(diǎn)孔加工（右上）N188X-88.5Y-62;點(diǎn)孔加工（左下）N189MCALL取消點(diǎn)孔固定循環(huán)N190G0Z150;N191M5;N192M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換11.8mm麻花鉆)N193M3S550F80;N194G0Z100T5D1M7;N195MCALLCYCLE83(10,-20,-18,-42,22,-5,5,0,0,1,1,1)模態(tài)調(diào)用鉆孔固定循環(huán)N196X88.5Y62;鉆孔加工（右上）N197X-88.5Y-62;鉆孔加工（左下）N198MCALL;取消鉆孔固定循環(huán)N199G0Z150M9;N200M5;N201M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換12mm機(jī)用鉸刀)N202M3S300F50;N203G0Z100T9D1M7;N204MCALLCYCLE85(10,-20,-18,-42,22,0,50,50)模態(tài)調(diào)用鉆孔固定循環(huán)N205X88.5Y62;鉸孔加工（右上）N206X-88.5Y-62;鉸孔加工（左下）N207MCALL;取消鉸空固定循環(huán)N208G0Z150M9;N209M5;N210M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換40mm精鏜刀)N211M03S1000F40;N212G0Z100T10D1M7;N213X0Y30;N214CYCLE85(10，-10,-8，-36,26，0，40，40)精鏜中間位置孔N215G0Z100M9;取消固定循環(huán)N216M5;N217M0;程序暫停(手動(dòng)換刀，更換24mm精鏜刀)N218M3S1400F65;N219G0Z100T11D1M7;