（机械制造及其自动化专业论文）双进给珩磨头零件的工艺库研究.pdf

硕士学位论文 摘要 珩磨机是一种应用于发动机的缸体和缸套加工的精密磨削设 备。为了进一步提高珩磨机生产效率，本文开发双进给珩磨头零件 的工艺库系统来满足企业的需求。 本文基于国家科技重大专项高档数控珩磨机 ( 2 01o z x 0 4 0 01 181 ) 的项目支持，结合宁夏银川大河数控机床有限 公司的生产实际需要，开展了与系列双进给珩磨头零件参数化设计 系统相匹配的工艺库研究工作，构建了合理的工艺库，实现了珩磨 头零件工艺的查询、修改等功能。 1 ) 针对双进给珩磨头零件参数化设计的特点和要求，通过对零 件轮廓特征、结构形状、尺寸系列、材料属性等要素的综合分析， 应用相似性判定方法，整理、归并出双进给珩磨头零件的典型加工 工艺，为建立工艺数据库打下了基础； 2 ) 在综合分析研究零件信息输入方法、零件分类编码及国内外 编码系统的基础上，兼顾查询效率与查询准确性，应用成组技术原 理，建立了适合系列双进给珩磨头零件的专有编码系统，并进行了 实例应用； 3 ) 设计开发了双进给珩磨头零件的工艺库系统，通过实例应用， 表明本工艺库系统可以实现珩磨头零件的加工工艺查询、修改等功 能，可以为设计人员提供了较为完整的珩磨头零件的参考加工工艺， 有效提高了珩磨头零件加工工艺的质量和效率。 关键词：珩磨头；数据库；加工工艺；编码系统 双进给珩磨头零件的工艺库研究 a bs t r a c t h o n i n g m a c h i n ei s p r e c i s i o ng r i n d i n ge q u i p m e n t w h i c hh a sb e e n m a i n l yu s e di ne n g i n ec y l i n d e ra n dc y l i n d e rl i n e rp r o c e s s i n g i no r d e rt o f u r t h e ri m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo fh o n i n gm a c h i n e ，w ed e v e l o p e d ap r o c e s sd a t e b a s es y s t e mt h a ti sa b o u td u a l f e e dh o n i n gh e a dp a r t st om e e t t h en e e d so fe n t e r p r i s e s b a s e do nt h er e q u i r e m e n t so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ym a j o rp r o j e c t s h i g h - g r a d ec n ch o n i n gm a c h i n e ( 2 0 1o z x 0 4 0 01 181 ) a n dc o n n e c t e dw i t h t h e p r o d u c t i o np r a c t i c e o fn i n g x i ay i n c h u a nr i v e rn u m e r i c a lc o n t r o l m a c h i n et o o lc o m p a n y ，ap a r t s p r o c e s sd a t e b a s et h a tm a t c hw i t hp a r a m e t r i c d e s i g ns y s t e mo fs e r i e sd u a l - f e e dh o n i n gh e a di s e s t a b l i s h e d i ta c h i e v e s f u n c t i o n si n c l o u d e dr e t r i e v e ，q u e r y ，m o d i f i c a t i o n ，d e l e t i o na n ds oo n f i r s t l y ，t h r o u g h t h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h e p a r t sc o n t o u r ， s t r u c t u r e ，s h a p e ，s i z e ，s e r i e s ，a n dm a t e r i a lp r o p e r t i e s ，at y p i c a lp a r t sp r o c e s s o fd u a l f e e dh o n i n gh e a d sp a r t si sf i n i s h e do nt h ep a r a m e t r i cd e s i g ns y s t e m o fp a r t so ft h eh o n i n gh e a da n dt h ea p p l i c a t i o no fs i m i l a r i t yt od e t e r m i n e i t p r o v i d e sb a s i cd a t af o rt h ee s t a b l i s h m e n to fp r o c e s sd a t a b a s e ； s e c o n d l y ，b a s e do nt h ea p p l i c a t i o no fg r o u pt e c h n o l o g yp r i n c i p l e s ， p a r t s i n f o r m a t i o ni n p u tm e t h o d ，p a r t sc l a s s i f i c a t i o na n dd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lc o d i n gs y s t e m ，t a k i n gi n t oa c c o u n tt h eq u e r yp e r f o r m a n c ea n d q u e r ya c c u r a c y ，a p r o p r i e t a r yc o d i n gs y s t e mo f s e r i e sd u a l - f e e dh o n i n gh e a d p a r t s ，a n dt h ei n s t a n c ei su s e d ； t h i r d l y ，ad a t e b a s es y s t e m a b o u td u a l - f e e d h o n i n gh e a dp a r t s i s d e s i g n e da n dd e v e l o p e d i ti n d i c a t e st h a tt h i ss y s t e mh a st h ef u n c t i o no f t h e p a r t sp r o c e s s i n gq u e r ya n dm o d i f yb yd e m o n s t r a t ee x a m p l e s i tc a np r o v i d e d e s i g n e r s w i t ham o r ec o m p l e t er e f e r e n c e o ft h eh o n i n gh e a dp a r t s p r o c e s s i n g ，a n di m p r o v et h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo ft h ep r o c e s so fh o n i n g h e a dp a r t s k e y w o r d s ：h o n i n gh e a d ；p r o c e s s i n g ；d a t a b a s e ； c o d i n gs y s t e m 硕士学位论文 插图索引 图1 1工业产品的过程图l 图1 2成组技术的基本原理图3 图1 3v u o s o 零件分类编码系统结构图5 图1 4o p i t z 零件分类编码系统结构图6 图1 5k k 3 零件分类编码系统结构图6 图1 6j l b m 1 零件分类编码系统结构图7 图2 1双进给珩磨头结构图9 图2 2双进给磨头实体结构图10 图2 3磨头体结构图10 图2 4大锥体结构图1 l 图2 5小锥体结构图1 1 图2 6大顶杆结构图12 图2 7小顶杆结构图12 图2 8精珩油石座结构图13 图2 9粗珩小油石座结构图13 图2 1 0 实例零件示意图2 l 图3 1实施成组技术的经济效益图一3 6 图3 2分类系统结构图2 5 图3 3分类系统的表达方式2 6 图3 4策树式分类系统结构图2 7 图3 5开发流程图2 9 图3 6h ml j b m 1 零件分类编码系统结构图3 2 图3 7h m l j b m 1 系统的应用举例3 3 图3 8h mj l b m 1 系统的编码结果3 3 图3 9零件特征位码域3 8 图4 1系统需求模块：4 0 图4 2系统功能模块图“4 2 图4 3m y s q l 数据列表4 4 图4 4 l o g i n 表( 登录用户表) 4 5 图4 5n u m b e r 表( 零件编码表) 4 5 图4 6c a r d 表( 零件工艺表) 4 6 图4 7码位名称表4 6 双进给珩磨头零件的工艺库研究 图4 8 图4 9 图4 10 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 10 码值内容表4 6 加工设备表4 7 加工精度表4 7 t o m c a t 服务器运行界面4 8 m y s q l 数据库的运行界面4 9 系统登录欢迎界面4 9 系统操作界面5 0 零件信息编码模块5 2 零件信息编码5 2 工艺文件列表5 2 工艺卡5 3 相近工艺文件列表5 4 工艺文件修改图5 4 i v 硕士学位论文 插表索引 v 5 6 7 8 9 9，i，l，ll 程程程 流流流程 艺艺艺流 工工工艺 性 的的的工 一似件件件的性相零零零件似度体杆体零相精 锥顶锥顶料工 大大小小材加 1 2 3 4 5 6 2 2 2 2 2 2 表表表表表表 硕上学位论文 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 制造业是国民经济的基础和支柱，而制造业的发展离不开先进制造装备。装 备制造业的水平却又关系到制造业的产业结构调整方向和产业技术升级，最终决 定着国家制造业在国际上的竞争力。以围绕航空、航天、汽车、船舶等领域关键 零部件精密加工为对象的珩磨机所代表的装备制造业，对国民经济发展和增强国 防实力具有极为重要的影响，其发展水平关系到国家发展的全局。无论是工业发 达国家、新兴工业化国家还是发展中国家，都十分重视精密、高效珩磨机的研制 与发展，积极制订有关的发展策略、规划和计划，投入大量的研究和开发经费， 并配合相关的政策，促进和引导珩磨机的发展和应用。目的就在于得到技术先进、 经济合理、效率较高、整体运转的最佳效果。 设计l 一方案论证 质量检验 零件 零件加工 装备调试 审核l 一工艺编制 垦兰竺竺h 墨堑型竺 两丽翮 审核 生产准备 图1 1 工业产品的过程图 近年来，珩磨已成为发动机汽缸套、汽缸体孔以及工程机械中重要的液压缸 等精密偶件孔加工必不可少的工艺技术。通过良好的珩磨工艺，在发动机方面， 大大缩短了跑合时间，减少了燃料消耗，避免了孔的拉毛划伤；在液压偶件孔方 面，它通过工作表面均匀的油膜，大大提高了偶件间的配合精度，增强密封性能， 提高液压系统的稳定性与功率增长。珩磨工艺质量直接影响汽缸套、汽缸体、液 压缸等关键基础件的使用寿命，决定了发动机的大修时间、油耗和尾气排放以及 液压系统的稳定性与可靠性。随着工程技术领域对发动机运行机理的深入研究， 对珩磨工艺技术提出了更高的要求，由2 0 世纪7 0 年代以前单纯追求珩磨工艺获 得内壁尺寸高精度的尺寸公差和形位公差，发展到当今在控制尺寸精度和形位公 差的同时，更注重控制珩磨网纹的微观结构( 如网纹石墨裸露率、表面金属折皱、 波峰与波谷形态等) 。目前，珩磨加工由原来的修配型发展到生产自动加工型， 并由汽车、摩托车缸体、缸套珩磨发展到冰箱、空调器、医疗器械、石油机械领 域上的各类连杆、齿轮、轴承、人造关节、抽油泵等各种零件上，甚至对冷拔钢 管可进行直接珩磨加工。 双进给珩磨头零件的工艺库研究 从市场竞争方面来看，由于国产珩磨机存在加工效率低、加工精度低、自动化程度 低等客观原因，致使该类产品难于满足国内对高精度、高效率、高表面质量等方面的要 求，国内高档数控珩磨机全部被国外产品所垄断，更谈不上走向国际市场并参与竞争。 国外珩磨技术的飞速发展对中国的珩磨机制造业和珩磨工艺的使用行业提出了挑战。因 此，研制满足我国国民经济和装备制造技术发展需要的高档数控珩磨机，具有重要的战 略和现实意义h 2 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 在珩磨制造方面，发达国家趋于领先水平，实现了制造系统的自动化。产品 设计普遍采用计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助产品工程( c a e ) 和计算机仿真等 手段；在加工技术方面也已实现了底层的自动化，广泛地采用加工中心或数控技 术等 4 1 。 1 参数化设计 参数化设计也称为尺寸驱动( d i m e n s i o nd r i v e n ) 晦1 ，是通过改动图形的某一部 分或某几部分的尺寸，或者修改已经定义好的参数，自动完成对图形中相关部分 的改动，从而实现对图形的驱动。 为了适应机床加工孔径0 8 0 0 1 8 0 m m 的要求，以及同一尺寸上通孔、盲孔 的加工需求，对高精度双进给自动测量珩磨头进行系列化和参数化设计研究，达 到快速响应客户要求的目的。在系列双进给珩磨头零件的参数化设计中，已经根 据设计意图很方便的勾画出设计草图，能够自动的建立设计对象内部各设计元素 之间的约束关系，以便设计者更新草图尺寸时，系统能够通过推理机能自动更新 校正草图中的几何形状并获得几何特点的正确位置分布。我们将通过本文的研究 建立起与参数化建模相配套的工艺库系统，实现零件工艺的检索、查询、修改、 新建、删除等功能。 2 零件编码系统的应用 零件编码系统是成组技术中的前提条件，要建立理想的企业零件编码系统， 就必须考虑成组技术的整个过程。成组技术是一门工程技术科学，研究如何识别 和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它把相似的问题归类成组、寻 求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。 本文中将其定义为将各种种类不同但具有相似信息的事物被某种准则分类 成组，使相似的事物采用统一的处理方法来获得优化处理的目的。成组技术具有 2 硕t 学位论文 生产技术和生产管理技术的综合性质，针对多品种、小批量的生产采用接近大量 生产的手段来满足产品日益多样化的需求1 。 成组技术简称g t ( g r o u pt e c h n o l o g y ) ，其核心是成组工艺。成组工艺就是 把结构相似的零件组成一个零件族组，按零件族进行制造，从而扩大了批量，大 大提高了生产效率。成组技术的基本原理如图1 2 所示口1 。 。 1 r i 较高的自动l 化程度 图i 2 成组技术的基本原理图 零件的相似性是应用成组技术的首要条件。相似的零件是指一些几何形状相 似，尺寸相近，因而制造工艺也相似的零件。制造工艺的相似又表现在采用相同 的加工方法进行制造、相似的夹具进行安装和相似的测量工具进行测量。应用成 组技术的前提条件是要有零件的分类编码系统，用来对零件进行分类编码。只有 这样才能比较精确地评定出有关零件的相似程度以及哪些零件应属于同一族。如 果要加工的某些零件是相似的，按分类编码系统的规定对这些零件进行编码并且 确定了加工的零件族，加上具备了进行成组工艺的理想条件，即制造系统较高自 动化程度、零件设计的合理化以及与成组工艺过程匹配的制造系统，可以大大提 高生产率引。 实践证明，任何产品的零件都可以分为三种类型。一种是专用性强、结构复 杂的特殊件，其数量一般占零件总数的5 1 0 ；另一种是机构复杂程度中等、 品种多、数量大，而且可以形成一些功能相同，只是在形状和尺寸上略有差异的 相似件，这类零件一般占零件总数的7 0 左右；第三类零件是标准件一般占零件 总数的2 0 2 5 。这就证明在机械制造系统中，采用成组工艺组织生产是一种 行之有效的方法。 通过上述分析可以看出，成组技术的实质就是对制造系统的大量的输入信息 加以组织，把单件、小批生产的零件组合成生产批量较大的零件组，并以这种零 一 圃 双进给珩磨头零件的t 艺库研究 件组作为制造系统的输入信息，从而有可能提高制造系统的自动化程度阳 1 0 1 。 3 计算机辅助工艺设计 利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要 求的零件，这一过程称为计算机辅助工艺设计。工艺设计的特点决定了c a p p 系 统的基本功能包括：检索标准工艺文件、选择加工方法、安排加工路线、选择机 床、刀具、夹具、量具等、优化选择切削用量、确定工时定额和加工费用、确定 工序尺寸和公差、确定毛坯类型、绘制工序图及编制工艺文件、对有关工艺数据 进行统计、将工艺数据向制造数据转换、对工艺文件进行管理。 因此，近1 0 余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化 方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、智能制造 系统、敏捷制造、并行工程等【1 1 1 2 1 。 1 2 2 国内研究现状 在珩磨机的技术水平方面，目前，国内在发动机汽缸套、汽缸体以及工程机 械液压系统等制造业中，普遍采用珩磨加工技术，但主要依赖于进口高精度珩磨 机进行最后一道工序的高精度珩磨。国产珩磨机无论在加工精度、制造水平、还 是控制方式等方面，与国外珩磨机相比，存在很大差距，整体珩磨工艺技术水平 较低：国内对珩磨加工技术的研究，仍然局限于对珩磨头制作以及砂条选材研究 等较低层次；另外，国内对珩磨工艺参数的研究几乎是空白，对珩磨加工要求控 制的参数也仅少数几组，根本无法满足现代工业，尤其是快速发展的汽车工业的 技术要求。目前，中国市场上精密高效数控珩磨机床几乎全部为国外品牌所垄断。 从国内市场对珩磨机的需求情况来看，近几年来，珩磨机床在金切机床构成 比形状精度和高自动化的要求，而且，随着汽车、摩托车等装备制造业的发展， 高档数控珩磨机已成为制约这些行业关键零部件精密加工的“瓶颈。 为使我国尽快走向工厂全自动化，促进中国机械制造业转向市场机制，参与 国际竞争，张曙教授在引进先进技术的同时，从改革生产组织的角度出发，提出 了“独立制造岛”新的生产模式。独立制造岛n 3 1 的技术构思是：以g t ( 成组技术) 为基础，以n c 机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的生产模式，它 的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，以获经济效益为主要目标。 许多企业与高等院校、研究所合作研制众多的c a p p 系统，这些系统绝大多 数基于各企业产品特点，多数采用变异c a p p 原理，其典型工艺库也是适用与该 企业环境，因而其推广应用受到限制。而创成型c a p p 系统由于其实现技术难度 较大，目前国内外尚没有成熟的、适用的创成型c a p p 系统供企业应用。正由于 工艺设计经验性很强，且随企业设备资源、技术条件、工艺习惯不同，其工艺设 4 硕上学位论文 计结果也不一样，即使同一个零件的工艺设计在不同企业可能出现不同的结果， 而目前国内c a d c a m 软件市场上只有少数c a p p 系统问世，诸如c a x ac a p p 、 开目c a p p 、天河c a p p 、金叶c a p p ( c a p pf r a m e w o r k ) 以及机械加工工艺手 册( 软件版) 等n 们。 目前，我国大部分珩磨机生产厂家，仍然采用传统的工艺管理方法，工艺管理方法 相对落后，对工艺过程的确定和工艺规程的编制仍然主要依靠工艺人员的经验，而且在 理论上计算机辅助工艺设计系统理论还不完善，特别是零件信息描述工艺知识的机内表 达、系统的体系结构方面还没有规范的方法；另一方面随着新的制造思想的产生和越来 越被广泛的认同，对计算机辅助工艺设计的发展又提出了新的要求，其研究设计在考虑 其发展趋势的基础上，必须面对技术的发展现状，以企业在生产中的需求为出发点，解 决系统适应性差的问题，开发企业能接受的系统。我国c a p p 的技术研究还处于推广阶 段，现阶段c a p p 系统还难以与c a d 系统集成。实现集成的难度较大，理论上的研究 较多n 5 叫刀。 1 2 3 国内外常见的分类编码系统 针对不同企业的应用要求，制定不同的特征和码位数，采用不同的编码结构， 就形成了各种分类编码系统。目前，国内外已经出现的分类编码系统主要有 v u o s o 系统( 前捷克) 、o p i t z 系统( 德) 、k k - 3 系统( 日) 、c o d e 系统( 美) 、 b r i s c h 系统( 英) 、t n o m i c l a s s 系统( 荷) 等。 1 v u o s o 零件分类编码系统 v u o s o 零件分类编码系统由前捷克人制定，也是最早出现在成组技术中的 零件分类编码系统n8 1 。其基本结构是由四位代码组成，每一个码位均属于十进制， 其系统结构如图1 3 所示。 图1 3v u o s o 零件分类编码系统结构图 i 一类：基本形状 i i 一类：尺寸关系 i i i 一组：形状要素 i v w 型：材料 系统的主要特点： 结构比较简单，只有四个码位，使用起来较为方便； 采用了复合层次分类标志，分类环节相对较少，整个系统结构比较紧凑； 采用了“三要素全组合排列 使分类标志含义明确，结构严密，便于记忆； 5 双进给珩磨头零件的工艺库研究 对回转体类零件和非回转体类零件分别采用不同的标志。充分考虑了零件 的尺寸大小和零件的基本形状，从而反映了零件的工艺特点，便于工艺设计； 系统的横向分类环节数少，信息描述比较粗糙，如加工精度未考虑。 2 o p i t z 零件分类编码系统 o p i t z 系统是由德国人制定，它有9 个码位，每个码位均为十进制，是一个 混合结构分类编码系统，其基本结构如图1 4 。 e 卜 丑廿叵h 丑 叵h 珀 图1 4o p i t z 零件分类编码系统结构图 i 一零件类别码 i i 、i i i 、i v 、v 一形状及加工码( 描述零件的基本设计特征) v i 、v i i 、v i i i 、i x 一辅助码( 描述对制造有用的特征尺寸、原材料、毛坯形 状和精度) o p i t z 系统的主要特点： 结构简单，横向分类环节数相对适中，便于记忆； 主码主要描述零件的基本形状要素； 系统的纵向分类环节中，部分采用选择排列法，易出现多义性； 系统通过辅助码反映出了工艺信息，虽然比较粗糙，但却是一个进步。 3 k k 3 编码系统 k k 3 编码系统由日本人制定，有2 1 位码位，每个码位采用十进制的混合 结构系统，其基本结构( 回转体) 如图1 5 。 俏 位 i vxx l i ix l v) ( ) ( i】( 1 i i) ( 1 i i ix i v) 【) 【】( 】( 1 名称 材料 主要尺寸各部形状与加工 外 外表面内表面辅助孔 廓 分r形 内 规 特 非 类 组细粗细 ，、 里状 外同异 成周 内 内 平 端 则 殊 切 精 项 分 分分分 长 直与 廓心功形 形期 廓面 面 排 孔 削 度 、 性曲列 加 目 类 类类类 度径尺 形螺能部平 形 面 与 工 、， 、- ， 寸 状纹槽分面 表 状内 比 、 面 周 图1 5k k - 3 零件分类编码系统结构图 k k 3 系统的主要特点： 系统把与设计检索有密切关系的横向分类环节排在前7 位，以便于设计部 门使用，将功能名称作为标志，也是便于设计部门检索用； 将结构与工艺并重，在横向分类环节安排上，考虑了零件表面的加工顺序； 6 硕士学位论文 系统采用了链式和树式的混合结构，这样既增加了分类标志的容量，又不 会使分类环节增多； 系统的横向分类环节中，部分环节利用率不高、系统结构复杂。 4 j l b m 1 编码系统 j l b m 1 系统是我国机械工业的技术指导资料。j l b m 1 系统的结构是o p i t z 系统 和i ( i ( 一3 系统的结合，它克服了o p i t z 系统分类标志不全和k k - 3 环节过多的缺点，是 一个1 5 位代码，每个码位为十进制的结构分类编码系统，其结构( 回转体) 如图1 6 。 i i ii i i i vvv iv i iv i i ii xxx ix i ix i i ix l vx v 零件类别码形状及加工码辅助码 零 零 外部形状及内部形状及平面、曲面辅助 件件加工加工 加工加工 毛 直 长精 名 名坯 称称 材 原 热径 度度 类类 基功基功 料 始 处或 别别 本能本能 外内辅 理宽 粗细 形要形要 平 平助 形 度 面面孔 状 分分 状素状素 图1 6j l b m 】零件分类编码系统结构图 系统的主要特点： 系统的横向分类环节数相对适中，结构简单，规律性强，易于理解和记忆； 系统基本满足我国机械行业里不同产品零件的分类，在形状及加工码上有 通用性，并非只针对某一种类特定零件的结构工艺特征n 引； 系统采用k k - 3 系统的零件功能名称分类标志，将其与设计相关的信息放 到辅助码中，以便于设计部门检索。分散了设计检索的环节，影响设计部门适用。 因为以上4 个编码系统都有各自的特点，所以每个编码系统都被使用。在国 外，o p i t z 编码系统使用率相对较高，在国内则j l b m 1 编码系统应用比较广泛。 j l b m 1 系统是作为机械行业在机械加工中推行成组技术用的一种零件分类 编码系统。它力求能满足行业中各种不同产品零件的分类之用，为此，系统中的 形状加工环节可以根据企业产品零件的结构一工艺特征自行设计，提高了通用性。 1 3 论文主要研究内容 珩磨机主要用于内孔的精密加工，例如汽车缸套等。随着汽车工业的飞速发 展及其他工业中孔加工的多样性需求，对珩磨头的制造加工也提出新的要求。通 过对中型( 0 8 0 m m 0 1 8 0 m m ) 系列双进给珩磨头零件结构分析得出，各种零件 的结构基本确定，且结构功用相似，尺寸呈现系列化特征，尺寸随零件系列而变 7 双进给珩磨头零件的t 艺库研究 化，同时，零件加工工艺相同或相近。因此，各系列零件就会对应着一定的典型 加工工艺过程，可以采用相同的设备、夹具、刃具、量具等。这样一来，典型零 件的各种加工工艺过程就对其他各品种规格零件的加工具有指导性意义。通过对 几种规格产品的制造后，生产加工的工艺就能形成经验工艺规范，甚至标准化， 以后工艺人员编制工艺文件时绝大部分工序都可重复使用，这也就使得成组技术 在产品设计方面与制造工艺方面发挥了一定的作用。 基于“高档数控机床及基础制造装备国家科技部重大专项高档数控珩 磨机( 2 0 1 0 z x 0 4 0 0 1 一1 8 1 ) 项目的目标，在双进给珩磨头零件参数化设计系统 研究开发的基础上，建立一种双进给系列珩磨头零件工艺库系统，并实现零件工 艺的查询、修改等功能。针对系列双进给珩磨头零件参数化设计系统的特点，应 用成组技术原理，建立适合零件的分类编码系统，应用m ys q l 数据库软件建立 典型零件的工艺文件，设计出开发界面，实现零件参考工艺的有效查询，使工艺 设计人员的繁重的、重复性的劳动得以减轻，使设计过程高效、省时，缩短产品 研发周期。 本文研究的主要内容包括： 1 针对系列双进给珩磨头零件参数化设计系统特点，结合企业实际生产的技 术要求，制定零件的典型加工工艺； 2 针对国内外典型的零件分类编码系统的特点，结合系列双进给珩磨头零件 的结构和工艺特点，应用成组技术原理，建立编码系统( h m j l b m 一1 系统) ； 3 针对系列双进给珩磨头零件工艺库的系统需求，设计各个功能模块； 4 选用合适的开发工具及数据库软件，实现双进给系列珩磨头零件工艺库的 各个功能模块的开发； 5 调试、运行双进给系列珩磨头零件工艺库系统，实现零件工艺的检索、查 询、输出、修改、新建和删除等功能。 8 硕上学位论文 第2 章双进给珩磨头零件的工艺分析 珩磨是一种特殊形式的磨削加工，通过镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面的 压力、珩磨工具和工件作相对旋转及轴向运动，切除工件上极小余量的精加工方 法，是提高零件的尺寸、几何形状精度和表面质量的有效加工方法【z 们。本文所研 究的双进给珩磨头为多条油石磨头，主要零件包括磨头体、大锥体、小锥体、大 顶杆、小顶杆、精珩油石座和粗珩油石座。不同系列的零件结构、工艺方面较为 相似，主要差别体现在零件尺寸的不同。因此，满足了成组工艺的应用基本条件。 2 1 双进给珩磨头零件的特点 珩磨工艺主要用于孔的精整加工，作为珩磨机上的切削工具，珩磨头的结构 及尺寸对珩磨精度影响很大，加工对象不同，珩磨头的结构也不一样。双进给珩 磨头，可保证工件一次安装后完成粗、精两道珩磨工序，而采用非接触式气动测 量，使珩磨头在加工中实现自动测量，避免了接触式测头对工件的划伤及测头的 磨损，同时又减小了机床振动、热变形等对测量精度的影响。目前，国内珩磨头 的结构主要有以下几种【2 1 】：多条油石磨头、单条油石磨头、大切削面积珩磨头、 大调整量珩磨头、顺序珩磨头、特殊表面的专用珩磨头。 为了保证零件使用的可靠性，零件安装后珩磨头整体刚度相对较高，中型双 进给珩磨头零件的径向尺寸普遍在0 5 m m 0 1 8 0 m m 之间，零件的轴向尺寸普遍在 0 7 4 m m 0 2 0 0 r a m 之间。 此类双进给珩磨头零件主要包括磨头体、大锥体、小锥体、大顶杆、小顶杆、 精珩油石座和粗珩油石座等主要零件，根据形状相似性主要可以分为四类：磨头 体类、锥体类、顶杆类、油石座类，其中大多零件属于回转体类。如图2 1 所示。 图2 1 双进给珩磨头结构图 9 双进给珩磨头零件的工艺库研究 2 1 1 零件结构特点 双进给珩磨头从零件主要零件包括磨头体、大锥体、小锥体、大顶杆、小顶杆、油 石座等。本文主要研究中型多条油石珩磨头，具体包括0 8 0 m m 。0 8 9 m m 系列、 0 9 0 m m 0 11 2 m m 系列、1 2 1 1 1 3 m m 1 2 1 1 2 2 r a m 系列、1 2 1 1 2 3 m m 0 1 3 0 m m 系列、 1 2 1 1 3 1 m m 0 1 5 0 m m 系列、1 2 1 1 5 l m m 0 1 6 5 m m 系列、0 1 6 6 m m 0 1 8 0 m m 系列。由于 双进给珩磨头的系列化特征，使得每一类型的零件在结构上基本相似，零件尺寸上却有 所不同。以下以o l o l m m 系列双进给珩磨头为例，首先进行三维实体建模，然后分别 介绍各零件的结构特点。珩磨头实体结构如图2 2 所示。 图2 2 双进给磨头实体结构 1 磨头体 磨头体是双进给珩磨头的主要零件之一，属于回转体类。外圆表面有槽，用于安装 油石座；有内孔，用于安装大锥体和大顶杆。其结构图2 3 所示。 赴 l 罔 广饲 jl 到； _ = d d 膏 1。计 圜 l o 硕士学位论文 大锥体是双进给系列珩磨头主要的涨出零件，属于回转体类零件。其外圆面 有两个锥面，锥度大多为1 5 度。通过大顶杆向下施加作用力而实现粗珩油石座 的向外涨出。大锥体有内通孔，用于安装小锥体，使其在孔内上下运动。大锥体 表面有6 组通槽，用于安装油石座。其结构如图2 4 所示。 图2 4 大锥体结构图 3 小锥体 小锥体是双进给系列珩磨头精珩时的涨出零件，属于回转体类零件。同一系 列双进给珩磨头的小锥体尺寸相对于大锥体较小，其外圆尺寸略小于大锥体内孔 尺寸。外圆表面有两锥面，锥度大多为15 度。主要通过小顶杆的作用力，实现 精珩油石座的水平涨出。锥体一端有内螺纹孔，用于连接小顶杆。其结构如图 2 5 所示。 图2 5 小锥体结构图 4 大顶杆 大顶杆是连接双进给珩磨头大锥体与连杆的零件，主要传递连杆的作用力实 双进给珩磨头零件的工艺库研究 现大锥体的往复运动，属于回转体类零件。大顶杆外圆表面有定位台阶和弹簧卡 槽，有内孔，用于安装小顶杆，实现其往复运动。其结构如图2 6 所示。 一口1 4 3 卫n r a l n f 产 |l 濮 、 峙 l ； r 壤毳幺锄 “笏移移 3 善西 p 一口1 7 一 a 3 4 图2 6 大顶杆维结构图 5 小顶杆 小顶杆是连接双进给珩磨头的小锥体与连杆的零件，主要传递连杆的作用力 实现小锥体的往复运动，属于回转体类零件。 同一系列双进给珩磨头的小顶杆尺寸相对于大顶杆较小，其外圆尺寸略小于 大顶杆内孔尺寸。外圆表面有弹簧卡槽，一端有外螺纹，用于连接小锥体。其结 构如图2 7 所示： 图2 7 小顶杆结构图 6 油石座 精珩油石座和粗珩油石座和双进给系列珩磨头的一组零件，实现被加工零件 的磨削，其属于非回转体类。粗珩油石座安装粗油石，负责粗珩加工；精珩油石 座安装细油石，负责精珩加工。其机构大体相似，唯一区别在于精珩的油石座与 1 2 硕士学位论文 小锥体相互配合，因为小锥体是安装在大锥体里面，直径尺寸相对要小，所以油 石座对应的顶出部分的尺寸要长，同系列的大小油石座其他尺寸完全一致，其结 构如下图所示： 图2 8 精珩油石座结构图 图2 9 粗珩小油石座结构图 根据实际工况条件，珩磨头既要做切削运动，还要进行往复运动。所以零件 的整体刚度的要求较高，应该合理选取具备高强度、抗腐蚀、抗疲劳和抗振动的 材料。根据本项目结构优化中的应力应变分析结果和宁夏大河机床厂的多年生产 经验，磨头体材料通常选4 0 c r ；大锥体材料通常选2 0 c r ；大顶杆材料通常选4 5 钢；小锥体材料通常选2 0 c r ：小顶杆材料通常选4 5 钢；油石座材料通常选4 0 c r 。 这样则既保证了零件强度，又使得零件相对轻量化。 2 1 2 工艺安排准则 随着机械工业的快速发展以、用户的多样化需求，许多企业采用了多品种、 小批量的生产方式，使产品的寿命周期缩短，产品向多样化方向发展外。企业在采 甬 双进给珩磨头零件的- t 艺库研究 用新方法、新工艺和新技术更新传统的设计、制造和管理方式的同时，必须制定 出合理的工艺准则来组织生产【2 2 1 。 根据加工顺序，从下料开始，经车、铣、刨、磨、钳等工序( 不同零件有不 同的工序顺序) ，各工序中又根据具体情况分成几个工步。 工艺、工装特点：系列双进给珩磨头零件的工艺相对简单，其中除个别零件 的加工工艺比较复杂以外，其余要求都不太高； 按加工阶段进行划分，回转体类零件一般分为以下几个几个阶段：粗加工、 半精加工、精加工。 第一阶段：粗加工安排在最前面，主要目的是去除大部分加工余量，为后续 加工做准备； 第二阶段：半精加工主要为了去除由于粗加工造成的表面缺陷，以及由粗加 工产生的内压力所导致的工件变形，并为后面进行精加工留下必要的加工余量： 第三阶段：精加工安排在最后，目的在于达到加工的最终尺寸及技术要求。 工艺过程的安排主要取决于被加工零件的技术要求及零件的材料类型和刚 度条件。只有进行合适的热处理，大多材料才能使零件的硬度达到图纸要求。另 外为了使刚性差的零件加工后不变形，零件加工过程一定要分不同的加工阶段。 工序集中与分散：工序分散原则在普通机床加工小件时经常采用，主要是因 为零件刚性差，如果工序集中，很容易造成零件的变形。其次工序分散相对工序 简单，对工人的技术要求也低，但是不能很好地保证零件各表面之间的位置精度， 使得一些大型机床( 如数控机床j 加工中心等) 的高生产率等优势得不到发挥。 如果采用数控机床进行加工时，上述缺点可以得到克服，同时某些工序可采用集 中的原则进行，既保证了质量，提高了生产效率，又降低了车间工人的劳动强度。 热处理工序的位置：系列双进给珩磨头零件属于中小件，零件的热处理工序 一般安排在粗加工之后进行。安排这道工序的目的在于既要达到图纸要求的硬 度，还可以消除粗加工产生的应力。 定位基准的选择：系列双进给珩磨头零件的定位基准一般选择左右两个端 面和外圆的组合定位以及左右两个端面和内孔的组合定位。以内孔或外圆作为 基准进行径向定位，以端面作为基准进行轴向定位。对精度要求较高的零件采用 找正的方法来定位。有沿圆周均布孔或单独孔的零件，采用孔作为角向定位基准。 辅助工序的安排：在加工过程中，辅助工序安排在钻削和铣削工序的后面。 2 2 双进给珩磨头零件的加工工艺 系列双进给珩磨头零件在结构上存在一定的相似之处，而且零件又呈现系列 化，这使本课题的研究具有可行性和创新性，且与本项目前期的零件参数化设计 紧密相关，所以在参数化建模基础上研究配套的零件加工工艺库就很有价值。 1 4 硕十学位论文 传统的工艺准备要为每个零件单独编制一种工艺规程，生产准备周期长， 工艺装备设计的工作量大。典型工艺是解决这个问题的主要方法之一。它根据零 件结构等工艺特征的相似性进行分类编组，对同组零件制订统一的加工方法典 型工艺不是研究一个零件，而是研究结构形式相同的一组零件或各种零件的同 一工艺要素的制造工艺；找出工艺上的共性，编制通用的技术文件工艺文件。 以下是针对0 1 0 1 m m 系列珩磨头零件的典型零件的工艺流程。 2 2 1 大锥体 大锥体零件的材料一般选取2 0 c r ，最大直径为0 1 0 0 m m ，最小直径为0 3 5 m m ，最 大长度为1 5 0 r a m ，热处理要求为s o 9 h r c 5 9 ，表面粗糙度最低为r a = 0 8 ，同轴度要求 o 0 4m i l l 。为了防止零件变形，按照工序分散的原则组成工序。方案为采用普通机床进 行加工的工艺流程( 如表2 1 ) 。 表2 1大锥体零件的工艺流程 工序号工序名称工序内容设备名称 设备型号 0 1 0下料下料，0 3 8 m m ，l - - - 9 8 m m ，分别留余量3 m m冲床c c 0 1 0 2 0 车车端面车床 q d 一0 1 0 3 0 钻钻中心孔钻床 z c 0 1 0 4 0粗车粗车一端外圆至0 3 6 5 m m ，留余量1 s m m车床 c k 6 2 0 0 5 0车槽对被加工件进行掉头 0 6 0粗车粗车另一端外圆至0 3 6 5 m m ，留余量1 s m m车床c k 6 2 0 0 7 0 车切槽1 、2 ，深度为3 5 m m , 宽度为4 4 m m车床q d - 0 1 0 8 0粗车 车锥面1 、2 ，锥度为1 5 度，留余量1 s m m车床 c k 6 2 0 0 9 0镗孔镗孔，0 1 3 m m ，留余量2 m m镗床t k 。0 1 1 0 0 调至常温调质 1 1 0精车精车一端外圆至0 3 5 5 m m ，留余量0 5 m m车床c k 6 2 0 1 2 0掉头 调头 1 3 0精车精车另一端外圆至0 3 5 5 m m ，留余量0 5 m m车床c k 6 2 0 1 4 0铣铣槽1 、2 、3 、4 、5 、6 ，3 5 m m 4 2铣床x c 0 l 1 5 0 倒角倒角1 ，2 ，1 4 5 0倒角机 d j - 0 1 1 6 0 去长去长至l = 9 6