《加热炉自动上料》doc版.doc

西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题 目 加热炉自动上料 专业班级 08级机械3班 学 号 08102080323 学生姓名 贺治才 指导教师 任顺英 设计所在单位 西安文理学院 2012年 5 月加热炉自动上料摘要：本文系统介绍了加热炉自动上料控制系统，考虑到生产实际情况，以工业生产中常见的加热炉为主体，分析并设计它的自动上料控制系统。控制运料小车在生产轨道上的动作，生产轨道上设有行程开关，可以让小车自动发出信号，控制炉门的开关，同时小车的前进与后退也可以自动实现。这次设计完成了主电路、辅助电路和保护电路的设计。关键词：自动上料 行程开关 主电路 加热炉Automatic control of reheating fumaceAbstract：The paper systematically introduces the typical parts as thin thin air cylinder of nc machining process. Through the discussion in thin-walled cylinder parts CNC lathe machining in yi deformation, parts size accuracy, precision and surface roughness easy assurance for processing technical problems, difficulties are analyzed, and the processing route and processing scheme, through the optimization, perfect fixture design and cutting parameters, prevent the machining deformation of thin-walled and guarantee good precision and accuracy, thus effectively solve the position of thin-walled cylinder cylinder parts of a thin-walled difficult machining. On the other hand, this part of the nc processing using macro programs only simplifies the nc program, and can be used in the same parts and components of different specifications.Key Words：Thin-wall Parts；the Computer Numerical Control Lather；Fixture；the Process Analysis目录目 录第1章 绪论11.1 数控车床的发展趋势11.2 选题的目的与意义2第2章 薄壁气缸零件分析42.1零件分析42.2主要加工难点分析4第3章 加工工艺分析与设计63.1加工工艺过程分析63.1.1加工阶段的划分63.1.2定位基面的选择63.1.2加工工艺过程63.2加工工艺方案的设计113.2.1刀具的选择113.2.2切削用量的确定113.2.2冷却与润滑12第4章 夹具设计13第5章 数控加工程序设计165.1数控程序设计流程165.2数控程序的编制165.2.1编程指令简介165.2.2子程序与宏程序185.2.3 数控机床编程21第6章 结论29参考文献30致谢31附录32第23页西安文理学院本科毕业设计（论文）第1章 绪论随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用变频器、人机界面的自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻人工劳动负担，要求整个生产工艺过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统使整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。1.1 加热炉自动上料的发展趋势在国内，加热炉自动上料已使用很多年了，加热炉自动控制是对其的出口温度、燃烧过程、保护系统等进行的自动控制。自动化学科有着光荣的历史和重要的地位，我国从20世纪50年代就十分重视自动化学科的发展和其专业人才的培训。现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以后，自动上料开始向复杂的电气自动化系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化。加热炉自动上料是当代产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一，其特征是智能、高效、低耗所以应用到机械、电子、建材、材料、化工等各领域。然而国际形式日益复杂、科学技术日益进步，自动化技术不断革新，中国只能不断进步，向国外高水平智能自主控制技术发展。在国外，自动化已经进入基于信息技术的自动化，特别是计算机技术、通讯技术以及以太网技术引入加快了自动化的发展，因此加热炉自动上料在国外已经实现智能化和经济化。随着科技的发展，加热炉的种类也是越来越多，其中最常见的就是管式加热炉和蓄热式加热炉。加热炉的工作原理是，以相变换热方式工作，在一个无不凝结气体的密闭容器中，通过燃料燃烧产生的热量对中介的物质进行加热，比如将水变成水汽，然后水汽会进入气相空间，然后到达出口处将其拥有的热量传递给冷凝换热器盘管内的工质。然后水蒸气就冷凝成液体回落到液相空间，再次被燃料燃烧加热蒸发，然后不断的为工质带去热量的一个过程。随着自动化的不断发展，加热炉众所周知， 由于加热炉有着推钢式加热炉无法比拟的优点， 诸如，不拱钢，不粘钢， 氧化烧损小，脱碳少， 加热时间短，加热操作灵活，易于和轧制节奏相匹配，加热过程中不划伤， 炉子长度不受限制(从理论上讲)， 自动化程度高，易于采用计算机控制等优点。因此尽管步进炉一次投资费用高， 但自从1967年4月由美国米德兰公司设计的二面供热的步进梁式炉首先在美国格兰那特城钢铁公司问世，接着同年5月由日本中外炉公司为名古屋钢铁厂设计的世界上第二座步进梁式炉又相继投产。以后，加热炉在世界上获得了长足的发展，尤其近十多年来， 随着轧钢技术向着连续化， 大型化、自动化， 多品种、高精度的发展，步进式加热炉为适应工艺的要求，也朝着大型化，多功能， 优质， 高产，低消耗， 无公害和操作自动化的方向迈进。随着数控系统集成度的增强，数控车床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工，极大地提高了效率。1.2加热炉的工作原理液体（气体）燃料在加热炉辐射室（炉膛）中燃烧，产生高温烟气并以它作为热载体，流向对流室，从烟囱排出。待加热的原油首先进入加热炉对流室炉管，原油温度一般为29。炉管主要以对流方式从流过对流室的烟气（9）中获得热量，这些热量又以传热方式由炉管外表面传导到炉管内表面，同时又以对流方式传递给管内流动的原油。原油由对流室炉管进入辐射室炉管，在辐射室内，燃烧器喷出的火焰主要以辐射方式将热量的一部分辐射到炉管外表面，另一部分辐射到敷设炉管的炉墙上，炉墙再次以辐射方式将热辐射到背火面一侧的炉管外表面上。这两部分辐射热共同作用，使炉管外表面升温并与管壁内表面形成了温差，热以传导方式流向管内壁，管内流动的原油又以对流方式不断从管内壁获得热量，实现了加热原油的工艺要求。 加热炉加热能力的大小取决于火焰的强弱程度（炉膛温度）、炉管表面积和总传热系数的大小。火焰愈强，则炉膛温度愈高，炉膛与油流之间的温差越大，传热量越大；火焰与烟气接触的炉管面积越大，则传热量越多；炉管的导热性能越好，炉膛结构越合理，传热量也愈多。火焰的强弱可用控制火嘴的方法调节。但对一定结构的炉子来说，在正常操作条件下炉膛温度达到某一值后就不再上升。炉管表面的总传热系数对一台炉子来说是一定的，所以每台炉子的加热能力有一定的范围。在实际使用中，火焰燃烧不好和炉管结焦等都会影响加热炉的加热能力，所以要注意控制燃烧器使之完全燃烧，并要防止局部炉管温度过高而结焦。1.3 选题的目的与意义随着我国经济的迅速发展，能源短缺已成为制约我国工业发展的重要阻碍，社会各界都对此积极关注。推钢式加热炉是冶金工业的主要耗能设备。如何保证被加热后的金属能够在有效轧制前提下，降低加热炉的能耗，一直是冶金工业控制技术研究的主要方向。近年来由于各企业重视节源效益，对加热炉生产工艺的不断完善和优化，加热炉生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。目前面向节能降耗、提高轧制产品质量和产量设计的加热炉工程控制计算机系统已广泛的应用于现代冶金企业的加热炉生产控制中。设计一套完善可行的加热炉炉温控制系统有其巨大的经济价值、环保意义。 加热炉生产过程主要是个燃烧与热交换的物理化学过程，燃烧方面有一个如何使其在各种工况下特别是在热负荷变化的动态过程中保持最佳节能燃烧的问题。另外从整个轧制生产线来看，加热炉是局部环节，其主要任务是加热钢坯，使钢坯在出炉时达到轧制所要求的温度分布。评价加热炉性能优劣的主要指标是加热炉的单位燃烧消耗、产量、钢坯的加热质量、钢坯的氧化烧损等。影响这些指标的因素较多，在众多因素中加热炉温度制度起着决定性的作用。 我国的加热炉大部分是六、七十年代的产品，其控制系统非常落后。相当一部分还处于基地式仪表控制，表盘显示的水平，软件操作不易为普通工人所掌握。为改变这种落后状况，有效途径之一就是进行加热炉监测和控制系统的技术改造。加热炉的工作目标是在最短的时间内采取最经济的方式把炉内的钢坯加热到所要求的状态。特别是一些目前小的钢铁企业，对这种投资少、见效快的技术改造更感兴趣。第2章 电动机2.1电动机工作原理电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。2.2.1电动机的分类1.按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。2按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。3按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。4按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机，本次设计用到三相异步交流电动机。2.2.2三相异步交流电动机的工作原理三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。转子铜条是短路的，有感应电流产生。转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三：转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。2.2.3三相异步电动机的正反转图2-2-3三相异步电动机正反转原理图双重联锁的电动机正反转控制线路如图2-2-3所示：QS总电源开关。KM1正转交流接触器。KM2反转交流接触器。FR热继电器。（过载保护）M电动机。SB1停止按钮。SB2正转按钮。SB3反转按钮。图里左半部分L1L2L3到电动机，这段线路称为主电路。KM1主触头（符号KM1旁边有虚线的）闭合时正转，KM2主触头（符号KM2旁边有虚线的）闭合反转。图里右半部分称为控制电路。按下SB2（其常开触头闭合接通KM1线圈回路，常闭触头断开切断KM2线圈回路），KM1线圈(符号KM1为长方形的)吸合，SB2右边的KM1常开辅助触头吸合自锁，KM2线圈(符号KM2为长方形的)上边的KM1常闭辅助触头互锁（切断KM2线圈回路），KM1主触头吸合，电动机正转。按下SB1 电动机停止。 按下SB2反转. 原理同上。2.2.4三相异步电动机型号说明电动机型号按GB4831的规定由产品代号、规格代号二部分依次排列组成。产品代号由电机系列代号表示，含义如下 Y-鼠笼型异步电动机 YR-绕线型异步电动机 YKS-带空-水冷却器封闭式鼠笼型异步电动机 YQF-气候防护式鼠笼型异步电动机 YKK-带空-空冷却器封闭式鼠笼型异步电动机 YRKS-带空-水冷却器封闭式绕线型异步电动机 YRQF-气候防护式鼠笼型异步电动机 YRKK-带空-空冷却器封闭式绕线型异步电动机规格代号由中心高、铁芯长度序与、极数组成。示例：Y-鼠笼型异步电动机500-中心高500mm1-1号铁芯长4-4极2.3电动机的结构及说明一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。 定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。电动机运行时，因内部损耗而发生的热量通过铁心传给机座，再由机座表面散发到周围空气中。为了增加散热面积，一般电动机在机座外表面设计为散热片状。 电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是支撑转子的重量，传递转矩，输出机械功率的主要部件。 Y及YR为基本系列，防护等级为IP23，冷却方法为IC01。将其机座顶部防护罩拆去，并安装不同的防护罩（或冷却器）即可派生各种不同防护等级及冷却方法的电机，如YKS（空-水冷却）、YQF（气候防护）、YKK（空-空冷却）、YRKS、YRQF、YRKK等系列电机。 电动机采用国际上流行的箱式结构，机座和端盖均由钢板焊接制成，刚度好、重量轻。折下防护罩（或冷却器）后可以观察及触及电机内部，便于电动机的安装、维修。 定子采用外压装结构。定子绕组采用F级绝缘材料和防晕材料，绕组端部固定采用特殊绑扎工艺、牢固可靠，整个定子采用真空压力浸渍F级无溶剂漆（VPI）处理。由此，电动机具有优良可靠的绝缘性能和防潮、抗冲击能力。 本系列电动机鼠笼转子大部分采用铸铝转子，无铜条转子断条现象，运行可靠；鼠笼铜条转子采用先进可靠的焊接工艺，并经槽内紧固处理。绕线转子采用F级绝缘材料，进行真空压力浸渍F级无溶剂漆（VPI）处理。 轴承有滚动轴承和滑动轴承两种型式，依电机功率大小及转速而定，其基本型式的防护等级为IP44。如电机具有较高的防护等级时，轴承的防护等级也随之提高。 采用滚动轴承结构的电机均有不停机加油和排油装置，并配备专用加油工具。 主出线盒为密封结构，防护等级为IP54。一般装于电机右侧（从轴伸端看），根据用户需要也能装于左侧。出线盒的进线孔可朝上、下、左、右四周转换。盒内有单独的接地端子。第3章 加热炉自动上料控制系统设计3.1设计的具体过程3.1.1设计任务首先，将整个生产过程先大致勾勒出来，加热炉自动上料控制系统生产线示意图如图3-1所示。运料小车加热炉卸料生产轨道炉门关闭炉门打开炉门炉门截面炉开绿灯亮炉闭红灯亮进料加热SQ0SQ1SQ3SQ4SQ2图3-1加热炉自动上料控制系统生产线示意图其次，明确设计任务如下：一、 画出主电路图、相应辅助电路图；二、 明确其具体运作过程；3.1.2设计流程图加热炉自动上料控制系统生产过程流程图如图3-2所示。开始运料小车前进碰到行程开关SQ1炉门开，指示绿灯运料小车进入加热炉碰到行程开关SQ2卸料完毕，小车返回再次碰到SQ1炉门关闭，绿灯灭，红灯亮即使加热状态小车碰到原点处限位开关SQ0加热完毕后红灯熄灭启动按钮SB1按下运料小车停止前进，开始卸料结束加热为下次循环准备图3-2加热炉自动上料控制系统生产过程流程图任务过程:1.回原位：每次断电再次上电时，若小车中物料满，则送至加热炉（应在炉门打开情况下，否则报警）；若无物料，则回到装料点。若有料但不满，也会装料点。2.自动/手动模式切换。手动模式下，可调整各个部件。3.自动运行过程：装料阀打开往小车中装料（开闸阀应关闭）-料满装料阀关闭-小车向右运行炉门前行程开关SQ1被压（定时nS还未撞击则报警）炉门打开打开到位小车到达卸料点打开开闸阀进行卸料倾卸完毕（物料传感）开闸阀关闭小车返回撞击SQ2（nS后还未撞击则报警）回到原点。应有的保护：1.行程开关失效（即位置保护）：SQ1 装料点 SQ2炉门 SQ3卸料点。2.过载保护（小车电机因过载而发热）。小车装料部分流程图如下图3-3所示。开始按下SQ1开始装料装满停止装料结束图3-3小车装料部分流程图小车卸料部分流程图如下图3-4所示。开始按下SQ3开始卸料卸完停止卸料结束图3-4小车卸料部分流程图3.2绘制电路图3.2.1绘制主电路图本次设计的加热炉自动上料控制系统主电路图如图3-5所示。图3-5加热炉自动上料控制系统主电路电气接线图3.2.2绘制辅助电路接线图设计出对应的辅助电路接线图如图3-6所示图3-6加热炉自动上料控制系统的辅助电路接线图3.3明确电路具体运作过程和未知精度的要求。其次，采用半精车加工在精加工之前达到必要的精度和加工余量，从而为气缸外圆的精加工做准备。（3）精加工阶段。为保证薄壁气缸零件外圆表面质量达到图纸的技术要求，采用精车零件外圆最后达到所需的精度和粗糙度。3.1.2定位基面的选择薄壁气缸是一典型薄壁零件，在外力作用下很容易产生变形，薄壁气缸内孔与台阶孔表面的尺寸精度和位置精度的要求比较高，因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求较高的表面。实际加工中我们选择外圆表面和端面C作为加工定位基面。采用外圆表面和端面C作为基面有以下优点：（1）用这种定位方法可以加工外圆表面、端面、内孔及台阶面。且在一次装夹中完成精度要求较高的表面的加工，既提高了生产效率，又能保证各表面的尺寸精度和位置精度。（2）以外圆作为定位基面一次装夹同时完成外圆和内孔的加工，可以减小薄壁气缸的壁厚差，从而保证其壁厚均匀。（3）所选定位基面与设计基准重合，可以避免因基准不重合而引起的定位误差，更好的保证精度。3.1.2加工工艺过程薄壁气缸的尺寸精度、加工形位精度的要求比较高。但薄壁气缸壁薄、刚性差，容易产生变形，这就给薄壁气缸零件机械加工带来了很多困难，必须予以充分重视。薄壁气缸需要加工的表面有：外圆、内腔台阶孔及左右端面等。各主要表面的工序安排如下：（1）外圆面：粗车、半精车、精车；（2）两端面；粗车、半精车、精车；（3）台阶孔：粗镗、半精镗、精镗；考虑薄壁气缸零件需要加工的内容不多，加工完成后就能达到待检状态，因此以一次安装加工作为一道工序。该薄壁零件的数控加工工艺过程如表3-1所示。表3-1 薄壁气缸机械加工工艺过程数控加工工艺过程综合卡片产品名称零件名称零件图号材料薄壁气缸锻铝管程序编号夹具名称使用设备车间O0001扇形软三爪卡盘数控车床数控中心序号工序名称工序内容、技术要求及工序简图备注1粗车外圆及端面C粗车端面C，且粗车外圆加工到144mm长度尺寸130mm工序一简图2粗车外圆、内孔及端面D工件调头粗车端面D，保证薄壁气缸总长度为269mm，粗车外圆到144mm长度尺寸140mm，138mm长度尺寸15mm内孔加工成台阶孔并保留2mm的双边余量，120mm台阶孔加工深度9mm，126mm台阶孔加工深度11mm工序二简图3自然时效处理按薄壁气缸时效工艺进行，时间为一个月4半精车外圆以及端面D，半精镗内孔半精车端面D,且半精车外圆面至142.2mm长度尺寸140mm，外圆136.2mm长度尺寸15.9mm两外圆以45锥面连接内孔加工到129.8mm台阶孔保留0.4的双边余量，半精镗台阶孔分别到121.8mm深度8.1mm，127.8mm加工深度尺寸10.1mm工序四简图5半精车外圆及端面C平端面C，半精车外圆表面到142.2mm加工长度尺寸保证零件总长268.1mm工序五简图6精镗各内孔，端面D倒角及外圆采用专用夹具装夹，加工到下列尺寸及技术条件：（1）精镗内孔及各台阶孔分别至mm其深度为80.2mm、mm其加工深度为mm与内孔mm，各孔表面的粗糙度Ra6.3（2）A面与台阶面的垂直度公差为0.05mm（3）A面与mm台阶孔表面的同轴度公差为0.04mm（4）平端面D保证薄壁气缸长度尺寸mm且倒角145（5）精车外圆尺寸到mm，台阶外圆至mm保证长度mm，各外圆表面粗糙度Ra1.6（6）两外圆以45锥面联接工序六简图7精车外圆及端面平端面D保证薄壁气缸长度尺寸140mm，外圆面精车至mm长度尺寸，外圆表面粗糙度Ra1.6，端面D粗糙度Ra6.3工序七简图8检验按图纸上要求的尺寸及技术要求对已加工零件进行检查3.2加工工艺方案的设计3.2.1刀具的选择数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容，其不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量，以及其他相关因素。刀具选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性好、耐用度高，又要求尺寸稳定，安装调整方便。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具的刚性。在此原则上，综合考虑铝合金材料的加工特点以及加工中振动和切削力引起的变形，薄壁气缸零件的加工刀具均选用机夹可转位车刀，切削刀具参数选择见表3-2。表3-2刀具的参数选择刀具名称刀具半径/mm主偏角前角后角刀片材质外圆粗车刀0.490259YG6外圆半精车刀0.2752511YW1外圆精车刀0.2752511YW1粗镗刀0.490259YG8半精镗刀0.290255YW1精镗刀0.290255YW13.2.2切削用量的确定数控编程中，必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。其选择原则是保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。由于此零件为薄壁零件，加工时，刚性较差，易产生振动，刀具的切削硬度又不足以满足加工需求，为此，在刀具和夹紧力相对固定的情况下，只能通过优化切削参数进行调整，以表面粗糙度计算公式： （式3-1）（进给量，刀尖圆弧半径）为参考，切削用量选择见表3-3。表3-3切削用量的选择刀具名称转速r/min进给量/mm背吃刀量/mm外圆粗车刀6000.43外圆半精车刀12000.150.9外圆精车刀12000.150.1背镗刀（粗）6000.48背镗刀（半精）10000.150.9背镗刀（精）10000.150.13.2.2冷却与润滑用硬质合金车刀粗车铝合金时，一般可不用冷却润滑，但因切削用量较大，可用质量分数5%的乳化液。精加工时由于铝容易和氢起化学作用，使薄壁气缸零件表面产生很细的针孔，不宜采用水剂切削液。为减少摩擦和粘刀，一般采用煤油或煤油加机油的混合。5冷却液对零件冷却时切忌时有时无，以避免刀具出现冷热交变而产生破裂现象，必须连续、充分地浇注，以改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命。同时工件不受切削热的影响而使它的加工尺寸和几何精度发生变化，保证了零件的加工质量表。第4章 夹具设计(1)夹持薄壁气缸零件的软三爪时，应首先根据零件结构及切削参数计算出卡盘的夹紧力范围和切削力，再调整气压卡盘的夹紧力。9 卡爪夹紧力公式： （式5-1）式中：卡爪数；安全系数；摩擦系数；切削扭矩；零件直径。切削力公式： （式5-2）切削扭距公式： （式5-3）式中：系数； 、指数； 吃刀深度；进给量；切削速度； 材料修正系数；前角修正系数；刃倾角修正系数；主偏角修正系数；刀尖圆弧半径修正系数。经查切削手册，该零件加工时的主切削力为： 切削扭距：卡爪夹紧力：根据公式计算结果，留出一定的安全保障系数后，将卡爪夹紧力确定为600N。此外，软三爪的结构可设计成扇形结构，增加软爪夹持接触面积，使夹紧力均匀的分布在零件上，减小零件夹紧变形，扇形软三爪如图4-1 所示。图4-1 扇形软三爪(2)防止在零件内孔加工完时，因加工圆周时由于扇形软三爪对零件的加紧力造成的内孔的圆周处出现局部变形。于是通过增加开槽套筒，来增加零件的有效壁厚，提高刚性，破坏振频，降低振动。开槽套筒尺寸及形状特点见零件图4-2所示图4-2 开槽套筒零件图第5章 数控加工程序设计数控加工是按照已编制的零件加工程序，经机床数控系统处理后获得的数字信息对零件过程进行定义，并控制机床进行自动运行的一种自动化加工方法。因此，零件加工程序的编制（数控编程）是实现数控加工的重要环节，而且有效地获得满足零件加工要求的高质量的数控加工程序，不仅可以充分地发挥数控机床的性能，而其能够获得更高的加工效率和加工质量。5.1数控程序设计流程数控程序设计流程图见图5-1。粗车右端面及外圆粗镗台阶孔半精车端面左及外圆半精车台阶孔精车外圆及倒角粗车左端面及外圆钻孔半精车端面右及外圆精车右端面及外圆图5-1数控程序设计流程图5.2数控程序的编制数控编程就是生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程。数控程序是由一系列程序段组成，把零件的加工过程、切削用量、位移数据以及各种辅助操作，按机床的操作和运动顺序，用机床规定的指令及程序格式排列而成的一个有序指令集。因此，只有先了解程序的结构和编程规则，才能正确编写出数控加工程序。5.2.1编程指令简介数控编程中，程序段的构成格式为：NGX(U)Z(W)FMST；其中，N：程序段顺序号； G：准备； X(U)：x轴移动指令； Z(W)：z轴移动； F：进给功能； M：辅助功能； S：主轴功能； T：工具功能。各功能具体功能及格式如下：1进给功能字F功能指令由地址符F和若干位数字组成，用于控制切削进给量。具体的进给速度由F后跟的数字给出。其单位为 mm/min和mm/r两种，可通过相关G指令设定。在程序中，编程格式为G94 F_ 2主轴转速功能字S功能指令由地址符S和若干位数字组成，用于控制主轴转速(r/min)或恒线速度（m/min），具体转速由S后跟的数字给出。其单位的转换可由相关G指令设定。在程序中，编程格式如下：(1)最高转速限制中，编程格式为 G50 S_ (2)恒线速控制中，编程格式为 G96 S_ 3刀具功能字T功能指令由地址符T和若干位数字组成，用于指定加工所用刀具和刀具补偿号。刀具功能通常用两位或四位数表示，前两位数字表示刀具号，后两位数字表示刀具补偿值组别号。若刀补号为0，则表示取消刀具补偿。在程序中，编程格式T_ 4辅助功能字M功能指令由地址符M和其后二位数字组成，有M00M99共100种。M指令是控制机床在加工时做一些辅助动作的指令，数控车床常用M指令有：M00程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01选择暂停，与M00作用相同，但M01必须要在预先按下机床数控操作面板上的“选择停止”按钮的情况才有效；M02程序结束，在程序结束后，用该指令来切断机床所有动作，并使机床复位，光标停留在程序结束处。该指令只出现在程序的最后一个程序段中；M03主轴顺时针旋转；M04主轴逆时针旋转；M05主轴旋转停止；M08冷却液开；M09冷却液关；M30程序结束，在全部程序结束后，该指令用来切断机床所有动作，并使机床和数控系统复位，光标自动返回程序开头，为下一零件加工准备；M98子程序调出；M99返回主程序。5准备功能字G功能指令是数控机床准备好某种运动方式的指令。一般由地址符G加两位数字（0099）表示。G功能指令常位于程序段中的坐标尺寸字之前。在程序中，编程格式G_X_Y_ 不同的系统都对G指令的功能做了不同规定，FANUC 0i系统常用G指令主要有：G00快速点定位G01直线插补G17XY面选择G18ZX面选择G19YZ面选择G20英制输入G21公制输入G40刀具半径补偿注销G41刀具补偿左G42刀具补偿右G50转速限制G53机床坐标系选择G54选择工件坐标系1G55选择工件坐标系2G56选择工件坐标系3G57选择工件坐标系4G58选择工件坐标系5G59选择工件坐标系6G65宏程序调用G66宏程序模态调用G90绝对值编程G91增量值编程G92工件坐标系设定G94每分钟进给5.2.2子程序与宏程序一子程序在编写数控加工程序过程中，如果一个程序中包含有固定顺序或频繁重复出现相同加工轮廓的图形，可以将这组程序编写成独立的一个程序并存储， 这组独立的程序段就称为子程序。应用时，主程序可以通过相关指令调用子程序。格式如下：子程序的结构O_ M99子程序的调用O_ M98 P_M02/M30参数说明：O后跟4位数字，表示主程序和子程序名；M99子程序结构指令，M99不必单独用一个程序段；M98子程序调用指令；P后跟7为数字，前三位数字表示调用次数（前置零可以省略），省略时表示只调用一次，后4位数字表示主程序号。二宏程序尽管子程序对重复性的相同操作很有用，（但仍不能和宏程序相提并论）。用户宏程序功能允许使用变量、算术和逻辑运算、以及条件分支控制，这便于普通加工程序的发展，如发展成打包好的自定义的固定循环。加工程序可利用一简单的指令来调用宏程序，就像使用子程序一样。1)宏语句和NC语句下列程序段被认为是宏语句：（1）包含算术和逻辑运算及赋值操作的程序段；（2）包含控制语句（如：GOTO,DO,END）的程序段；（3）包含宏调用命令（如：G65,G66,G67或其它调用宏的G、M代码）。不是宏语句的程序段称NC(或CNC)语句。宏语句与NC语句的区别：即使在程序单段运行模式下执行宏语句，机床也不停止。但当机床参数011的第五位设成1时，执行宏语句，机床用单段运行模式停止。在刀具补偿状态下，宏语句程序段不作不含运动程序段处理。2)宏变量普通加工程序中指定G代码和移动距离时，直接使用数字值。而在用户宏程序中，数字值可直接指定或使用变量号（称宏变量）。当采用宏变量时，其值可在程序中修改或利用MDI面板操作进行修改。当指定一宏变量时，用“#”后跟变量号的形式。宏变量号可用表达式指定，此时，表达式应包含在方括号内。根据变量号，宏变量可分成四种类型，见表5-2所示。表5-2 宏变量类型变量号变量类型功 能#0空变量该变量通常为空（null）,该变量不能赋值#1#33局部变量局部变量只能在宏程序内部使用，用于保存数据，如运算结果等。当电源关闭时，局部变量被清空，而当宏程序被调用时，（调用）参数被赋值给局部变量。#100#149(#199)#500#531(#999)全局变量全局变量可在不同宏程序之间共享，当电源关闭时，#100#149被清空，而#500#531的值仍保留。在某一运算中，#150#199，#532#999的变量可被使用，但存储器磁带长度不得小于8.5m。#1000#9999系统变量系统变量可读、可写，用于保存NC的各种数据项，如：当前位置、刀具补偿值等。注：全局变量#150#199，#532#999是选用变量，应根据实际系统使用。3)算术和逻辑运算在变量之间，变量与常量之间可以进行各种运算。常见的见表5-3。表中右边的表达式可用常量或变量与函数或运算符组合表示。表达式中的变量#j和#k可用常量替换，也可用表达式替换。表5-3 算术和逻辑运算函 数格 式备 注赋值#i=#j求和求差乘积求商#i=#j+#k#i=#j-#k#i=#j*#k#i=#j/#k正弦余弦正切反正切#i=SIN#j#i=COS#j#i=TAN#j#i=ATAN#J/#k角度用十进制度表示。平方根t绝对值四舍五入向下取整 向上取整#i=SQRT#j#i=ABS#J#I=ROUND#J#I=FIX#J#I=FUP#J或OR异或XOR与AND#I=#J OR #K#I=#J XOR #K#I=#J逻辑运算用二进制数按位操作十二进制转换二十进制转换#I=BIN#J#I=BCD#J用于转换发送到PMC的信号或从PMC 接收的信号4)分支和循环在程序中可用GOTO语句和IF语句改变控制执行顺序。分支和循环操作共有三种类型：（1）无条件分支GOTO语句控制转移（分支）到顺序号n所在位置。当顺序号超出19999的范围时，产生128号报警。顺序号可用表达式指定。格式：GOTO n;n（转移到的程序段）顺序号（2）条件分支IF语句在IF后指定一条件，当条件满足时，转移到顺序号为n的程序段，不满足则执行下一程序段。格式：IF 表达式 GOTOn;处理；Nn ;说明：条件表达式由两变量或一变量一常数中间夹比较运算符组成，条件表达式必需包含在一对方括号内。条件表达式可直接用变量代替。比较运算符由两个字母组成，用于比较两个值，来判断它们是相等，或一个值比另一个小或大，见表5-4。注意不能用不等号。表5-4 比较运算符运算符含义EQ相等equal to (=)NE不等于not equal to ()GT大于Greater than ()GE大于等于greater than or equal to()LT小于less than ()LE小于等于less than or equal to ()（3）循环WHILE 语句在WHILE 后指定一条件表达式，当条件满足时，执行DO到END之间的程序，(然后返回到WHILE 重新判断条件,)不满足则执行END后的下一程序段。格式：WHILE 条件表达式 DO m; (m=1, 2, 3)处理；END m;5)调用宏程序宏程序常可用下述方式调用：（1）简单调用G65当指定G65调用时，地址P后指定的用户宏程序被调用，同时数据（实参）被传递给用户宏程序。格式：G65 Pp Ll ；p被调宏程序号；l调用次数，缺省值为1。实参传送给宏程序的数据。（2）模态调用G66一旦指令了G66，就指定了一种模态宏调用，即在（G66之后的）程序段中指令的各轴运动执行完后，调用（G66指定的）宏程序。这将持续到指令G67为止，才取消模态宏调用。格式：G66 Pp Ll ;p被调宏程序号；l调用次数，缺省值为1。实参传送给宏程序的数据。 35.2.3 数控机床编程由图1-1可知此零件需要加工的有外圆、内孔、台阶孔及锥面，内孔尺寸要求较高，而且具有形位公差要求加工时应注意。此工件为一薄壁零件，需经多次装夹调头加工方可完成零件的加工。因此，根据装夹划分其工序，加工顺序按照先粗后精、先内后外的原则加工，零件工序与加工步骤见表3-1。根据工件加工表面的形状、加工要求及工件材料，合理选择刀具及切削参数。此零件均选用机夹可转位刀具，具体选择见表5-6。表5-6数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称薄壁气缸零件图号程序编号O0001工步号刀具号刀具名称刀具型号刀具刀尖半径/mm备注刀片刀杆/mm1T01外圆粗车刀三角形25250.42T02内孔粗车刀三角形60600.43T03半精镗刀棱形60600.24T04半精车刀棱形25250.25T05精镗刀棱形60600.26T06精车刀棱形25250.2此零件加工时采用的是FANUC 0i数控系统，用三爪自定心卡盘加紧工件左端面外圆，将工件左端面中心设置为工件零点，作为工件测量及编程的基准点。加工过程中采用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来，加工过程分粗、半精、精加工三个阶段。因此零件粗加工与半精加工走到路线相同，所以编制宏程序以简化。薄壁气缸数控加工程序：宏程序自变量定义：#1=A：毛坯外径#2=B：毛坯内径#3=C：外圆直径142mm#4=I：台阶圆直径136mm#5=J：内孔直径130mm#6=K：阶梯孔一直径128mm#7=D：台阶孔