（机械制造及其自动化专业论文）往复泵传动箱体cadcam技术研究.pdf

中文摘要 机械制造业的发展水平在很大程度上标志着一个国家先进技术的发展水平。 随着信息技术和制造技术的发展，用户对产品的质量和性能要求越来越高。传统 的设计和加工方法已不能满足复杂形状零件的技术需求。本课题的研究旨在为企 业提供一套实现自动化生产的技术支持，以便缩短产品的制造周期，提高市场竞 争力。完成的主要研究工作如下： 1 阐述了c a d c a m 技术的发展概况和应用状况以及往复泵传动箱体的加 工现状，在此基础上提出了研究的主要内容。 2 论述了箱体数控加工工艺的制定方法。通过对零件图的分析，获得尺寸 要求和技术要求等信息。在此基础上拟定零件在m h 8 0 0 c 数控加工中心上进行 加工的工艺路线，从而确定具体的加工工序并选择刀具。并对夹具的结构进行了 改进。 3 以p r o e 软件的c a d c a m 功能为软件平台，研究如何实现箱体的 c a d c a m 集成，充分发挥数控加工中心所具有的程序设计的功能和效率。首先 使用p r o ，e 软件建立箱体的三维实体模型。利用p m ，e 软件的c a m 功能编制传动箱 体在m h 8 0 0 c 数控加工中心上的n c 程序，并进行加工模拟，以便检验所编制程 序和工艺的正确性，提高产品的成品率。 4 从现代企业的网络化管理出发，通过对d n c 技术的分析和研究，探索数 控程序与d n c 系统连接的有效途径，建立制造车间与上层计算机之间的 c a d c a m 通信系统，使制造设备之间、制造设备与设计层之间顺利地进行信息 交流，以提高企业的生产效率。 关键词：往复泵传动箱体；c a d c a m ；d n c 技术；n c 程序 a b s t r a c t d e v e l o p m e n to ft h em e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n gs y m b o l i z e st h el e v e lo fa n a t i o n a la d v a n c e dt e c h n o l o g yi nt h ev e r yg r e a td e g r e e a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y , t h eu s e r sd e m a n d sa r eh i g h e r a n dh i g h e rt ot h ep r o d u c tq u a l i t ya n dt h ep e r f o r m a n c e t h et e c h n i c a ld e m a n d so ft h e c o m p l e xs h a p ec o m p o n e n t sh a v en o tb e e ns a t i s f i e db yt r a d i t i o n a lm e t h o d so fd e s i g n a n dp r o c e s s i n g t h ep u r p o s eo f t h ep a p e ri st op r o v i d eas e to f t h et e c h n i c a ls u p p o r to f r e a l i z i n g a u t o m a t i o n p r o d u c t i o n f o rt h ee n t e r p r i s e , i no r d e rt or e d u c et h e m a n u f a c t u r i n gc y c l eo f t h ep r o d u c t ，e n h a n c et h em a r k e tc o m p e t i t i v ea b i l i t y t h em a i n r e s e a r c hf i n i s h e di nt h ep a p e ri ss u t m n c da sf o l l o w s ： i t h ep a p e re 】【p o u n d e dt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f c a d c a m ，a sw e l l a st h e p r e s e n tp r o c e s s i n gs i t u a t i o n o f t h er e c i p r o c a t i n g - p u m pd r i v i n g - b o x i ni t s f o u n d a t i o n ，t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n to f t h ep a p e ri sp r o p o s e d 2 t h em e t h o do ft h eb o xn u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n gp l a ni sd i s c u s s e d t h r o u g ht h ed e t a i la n a l y s i st ot h ed r a w i n go ft h eb o x ，i n f o r m a t i o na n dt e c h n i q u e r e q u e s ti so b t a i n e d ，t h e nt h ep r o c e s sp l a no ft h ec o m p o n e n t sa n dt h ec o n c r e t e p r o c e s s i n gp r o c e d u r ei nt h em h 8 0 0 cn cm a c h i n i n gc e n t e ra r ed e t e r m i n e d ，a n dt h e c u t t i n gt o o l sa r ec h o s e n f i n a l l yt h es 仃u c n 鹏o f t h ef i x t u r ei si m p r o v e d 3 t h ep a p e rt o o kt h ec a d c a mf u n c t i o ni np r 0 e n g e e r 、i gs o r w a r ea s t h es o f t w a r ep l a t f o r m ，r e a l i z e dc a d c a mi n t e g r a t i o no ft h eb o x ，d i s p l a y e df u l l yt h e p r o g r a m m i n gf u n c t i o na n dt h ee f f i c i e n c yo ft h em h 8 0 0 cm a c h i n i n gc e n t e r f i r s t l y t h et r i d i m e n s i o n a lm o d e lo f t h eb o xi se s t a b l i s h e db yt h ec a df u n c t i o ni np r 刊e t h e n t h en cp r o g r a mo ft h eb o xi nt h em h 8 0 0 cm a c h i n i n gc e n t e ri se s t a b l i s h e db yt h e c a mf u n c t i o ni nt h ep r o e ，a n dt h ep r o c e s s i n gs i m u l a t i o ni sm a d ei no r d e rt ov e i l f y a c c u r a c yo f p r o g r a ma n de n h a n c et h ef i n i s h e dp r o d u c tr a t e 4 t h ep a p e re m b a r k e df r o mt h em o d e r ne n t e r p r i s e sn e t w o r km a n a g e m e n t ， e x p l o r e dt h ee f f e c t i v ew a yo fc o n n e c t i n gt h en cp r o g r a ma n dt h ed n cs y s t e m ， e s t a b l i s h e dt h ec a d c a mc o m m u n i c a t i o ns y s t e mb e m e e nt h ew o r k s h o pa n dt h e u p p e rc o m p u t e rt h r o u g ha n a l y s i sa n dt h er e s e a r c ht ot h ed n ct e c h n o l o g y , m a d ei t p o s s i b l et oe x c h a n g ee a s i l yt h ei n f o r m a t i o nb e t w e e nt h ee q u i p m e n t s ，t h ee q u i p m e n t s a n dt h ed e s i g nd e p a r t m e n t s k e yw o e d s ：t h er e c i p r o c a t i n g p u m pd r i v i n g b o x ，c a d c a m ，d n c t e c h n o l o g y ，n cp r o g r a m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 黜一虢咄萍槲期：年川多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：枷g 年 导师签名： 签字日期：形矗f 月嘶 萍加 彩月 天津大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 往复泵传动箱体加工技术简介 i i 1c a d c a m 技术的发展概况 c a d c a m ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g ) 是计算机辅助设计和 制造的简称。计算机辅助制造( c a m ) 的定义有广义和狭义之分。广义的c a m 指 的是利用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，主要包括计算机辅助 工艺过程设计( c a p p ) 、n c 编程、制造资源计划( m r p ) - - 部分，还包括制造活动 中与物流有关的所有过程( 如加工、装配、检验、输送) 的监视、控制和管理。从 狭义上讲，c a m 就是计算机辅助机械加工，更明确的讲也就是数控加工。三维 c a d 的应用，为产品和工装模具的数控加工提供了几何模型，使智能与三维实体 模型进行装配干涉检查、机构运动分析、有限元分析及其i ；i 后置处理等工程分析。 c a d c a m 技术是伴随着计算机技术的产生和发展而产生并不断发展的，经历了 半个世纪之后已经形成了比较完整的科学技术体系。 自从1 9 4 6 年出现第一台计算机开始，人们就不断的试图将计算机技术引入到 传统的机械设计和制图领域。1 9 5 1 年美国p a r s o n s 公司和麻省理工学院研制成 了数控三坐标铣床，实现了利用不同数控程序对不同零件的加工，首次出现了 c a m 的原形。随后，麻省理工学院于2 0 世纪5 0 年代末研制成功了批处理语言系 统的数控自动编程系统a p t ( a u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m i n gt 0 0 1 ) ，用专用语言给系 统描述加工零件的几何形状及进刀和走刀方法。2 0 世纪6 0 年代初，麻省理工学院 的研究生i e s u t h e r l a n d 发表了人机对话图形通信系统的论文，推出了二维 s k e t c h p a d 系统，由此产生了c a d 的概念。1 9 6 6 年出现了用大型通用计算机直 接控制多台数控机床的系统( d n c ) 。2 0 世纪8 0 年代软件技术、数据库技术、有限 元分析技术、优化技术、计算机图形学技术等相关技术也飞速发展，促进了 c a d c a 】技术的推广和应用。与此同时，还出现了与之相关的其他技术，如计 算机辅助零件分类和编码技术、计算机辅助工艺规程设计( c a p p ) 、计算机辅助 工装设计、计算机辅助质量控制和检测( c a q ) 等。从2 0 世纪9 0 年代起，c a d c a m 技术向标准化、集成化、智能化的方向发展。在这个阶段也出现了面向对象的技 术，并行工程的思想，人工智能技术及产品数据管理( p d m ) 等新技术【l 。】。 天津人学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2c a d c a m 技术的应用状况 随着计算机技术的快速发展，国际上c a d c a m 技术应用已非常普遍，尤其 在汽车行业。早在8 0 年代初，美国福特公司就着手c a d c a m 系统的规划，建成 了以工作站为主体的环形网络系统。1 9 8 6 年新开发的t a u r u s 和s a b l e 轿车， 大约7 0 的外板件采用c a d c a m 。9 0 年代初全面实行产品开发的c a d ，c a m ，应 用率可达1 0 0 。1 9 9 3 年以后，福特汽车公司提出了c 3 p ( c a d c a e c a m p d m ) 概念，并决定今后将采用卜_ d e a s 软件作为其主流核心软件。日本三菱汽车公司 1 9 6 0 年从冲模的n c 数控加工着手，以c 胱a e c a m 为动力，对从设计到制作 的各项工程踏踏实实地进行了改革，至今，已形成了从车型款式设计到车身组装 的新车型开发的完整的c a d c a e c a m 系统。德国各大汽车公司普遍采用c a t i a 作为其c a d c a m 系统的主导软件。1 9 9 4 年，德国大众集团决定用c a t i a 和p r o e 作为其将来开发新车型的主导c a d 系统。 我国的c a d c a m 技术的引进是从6 0 年代开始的，最早起步于航空工业，最 近几年发展很快，现已在机械，电子，建筑，汽车，服装等行业逐步进入实用阶 段。特别在c a d 技术应用方面，全国工程设计单位c a d 普及率达g o ，机械行业 的骨干企业c a d 普及率达3 0 。据1 9 9 9 年1 2 月召开的“全国c a d c i m s 应用工作 会议”统计，全国已有2 9 个省( 市) ，4 个行业近6 0 0 家示范企业，3 0 0 0 个典型应用 单位，约5 万个企业和设计院应用和普及了c a d 技术。同时，国产自主版权 c 觥a m 支撑软件和应用软件已初具规模。许多老企业通过c 觥a m 的应用， 提高了新产品的开发和快速适应市场的能力，也提高了参与国际市场竞争能力。 目前在全国范围内，已建立了c a d c a m 人才培训网络，提高了企业应用 c a d c a m 技术的素质，加快c a d c a m 应用工程向广度、深度发展的步伐1 4 0 j 。 1 2 往复泵传动箱体的加工技术现状 随着信息技术和制造技术的飞速发展，近年来国内往复泵的设计水平和制造 手段酲渐提高。相继开发了许多系列产品和新型产品。但与国外相比，国内泵类 企业的设计技术和制造模式都明显落后。设计如箱体类这样形状比较复杂的非标 准件，其设计水平还停留在简单电子图版水平的c a d 以及手工管理模式上，产 品设计不能达到系列化、标准化和规范化的要求。零件的复杂性增加了设计人员 设计的难度和工作量，仅往复泵中的一个零件往复泵传动箱体的设计就需要花 费设计人员大量的时间和精力，这导致整个产品的设计周期延长。虽然近几年国 内各研究机构对c a d c a m 技术、数控技术和d n c 技术等开始研究，但目前泵 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 类企业完全采用这些技术的并不多。许多中小企业配备有数控机床只是流于形 式，真正将数控机床的功能开发出来的企业寥寥无几，因此造成设备闲置或设备 的利用率不高，主要体现在以下几个方面： 1 没有完全实现传动箱体从二维设计到三维设计的继承和跨越。产品数据 管理不规范。 2 传动箱体的数控编程还停留在手工编制阶段。程序的庞大增加了编程人 员的工作负担，也为加工中心操作人员输入、检验程序等工作带来了诸多不便。 3 缺乏设计、工艺、计划等各部门与制造车间的信息交流以及对加工程序、 刀具、工艺、制造设备等环节的集成、控制和管理。 4 产品设计c a d 与制造c a m 分割进行，且制造部门各套数控机械大多单 机孤立地进行生产，设备之间缺乏充分的联系，造成“自动化孤岛”现象，严重 的影响了数控技术效能1 6 】。 1 3 本课题研究背景及意义 当今社会，用户对产品的质量和品种要求越来越高。对制造业来说，2 l 世纪 企业竞争的核心将是新产品的开发能力及制造能力。谁首先采用先进的制造技 术，谁的产品质量高、设计周期短、生产成本低，谁就在激烈的市场竞争中占据 有利地位，谁就有控制市场的主动权，企业就有发展和扩大再生产的机会。 c a d c a m 技术作为提高企业设计效率、减轻技术人员的劳动强度、优化设计方 案的强有力手段，已经成为现代制造系统中的关键技术，它的应用和发展直接影 响着现代制造系统的最终功能及实现。因此c a d c 舢讧技术被视为2 0 世纪最杰出 的工程成就之一。c 燃a m 技术的发展和应用水平己成为衡量一个国家科技现 代化和工业现代化水平的重要标志之一。目前国内泵类企业迫切需要实施 c a d ，c a m 技术、d n c 技术等先进的制造技术，以提高企业在国内和国外的市场 竞争实力。d n c 是实现c a d c a m 和计算机辅助生产管理集成的纽带，它投资小、 见效快、是具有较好柔性的多个数控加工设备的集成控制系统，并且d n c 实施过 程还可作为实施f m s 的一个初期阶段，因此d n c 是我国中小型企业改革的主要目 标【”。 本课题利用p r o e 对往复泵传动箱体进行c a d c a m 技术研究，旨在解决企 业目前存在的设计停留在二维绘图阶段，加工采用手工编程的状况。通过本课题 的研究为企业提供一套实现自动化生产的技术，这个技术的应用不仅能提高生产 效率、更能有效地保证产品质量，而且还为企业增加经济效益。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 本课题研究的主要内容 1 在产品系列化和产品工艺规范化的基础上，论述了往复泵传动箱体数控 加工工艺的编制方法。通过对零件图的分析，获得尺寸要求和技术要求等信息。 在此基础上确定零件在加工中心上进行加工的工艺路线，制定具体的加工工序并 选择刀具。本课题还对夹具的结构进行了改进。 2 本课题以p r o e 软件的c a d c a m 功能为软件平台，以p c 机为硬件平台， 对传动箱体进行三维数字化设计，建立箱体的三维实体模型。之后详细论述了 c a m 功能以及在加工中心上的具体实现方法，通过p r o e 软件的自动编程功能 编制零件程序，并进行工作环境的模拟，以便检验所编制程序、工艺的正确性， 做到及时发现错误及时纠正，提高产品的成品率。 3 制造信息的数字化使制造信息可在不同的平台上进行存储，处理，并通 过协议进行传递。通过计算机网络系统，实现产品设计和制造的信息共享、数据 共享和资源共享。将d n c 技术应用于机械制造中，建立制造车间与上层计算机 之间的c a d c a m 通信系统，使制造设备之间、制造设备与设计层之间顺利地 进行信息交流。利用数控机床上的通信接口，实现p c 机与机床之间的信息传递， 从而实现全自动数控编程，全自动数控加工。创建一个快速响应市场的现代化企 业运行机制，如图1 - 1 所示。 1 5c a d c a m 软件简介 图1 - 1 课题整体框架 在机械工程领域，c a d c a m 集成的软件较多，比较有名的国外软件有 p r o e n g i n e e r , u n i g r a p h i c s i i ，i - d e a s ，c a d a m ，c a t i a ，c a d c e l l s 等。国内 许多研究机构、软件公司也开发出这方面的软件产品，如大连宏软公司开发的通 用机械零件计算机辅助设计系统( a p c a d ) 、北京机械工业自动化研究所开发的利 玛c a d t o o l s p ec a d 系统、东大阿尔派开发的u m c a d 软件、大恒通用机械 c a d ( h m c a d ) 系统、广州红地技术有限公司开发的基于s t e p 标准的c a d c a m 天津大学硕七学位论文 第一章绪论 系统的金银花( l o n i c e r a ) 系统、华中理工大学机械学院开发的开目c a d 、北京北 航海尔软件有限公司的c a x a - - m e 制造工程师等。这些软件为c a d c a m 技术 的普及及应用提供了便利条件7 1 。 1 6 本课题试验设备 本课题试验所采用的机械设备是本溪水泵有限责任公司引进的德国产 m a h om h 8 0 0 c 数控加工中心( 如图1 2 所示) 。该加工中心主要由床身、卧 轴、立轴、刀库、自动换刀装置、工作台等组成。工作台可沿三个基本轴方向做 直线移动，还可绕y 轴旋转，从而控制三个基本轴和一个附加轴( b 轴) 的运动， 实现机床的四轴联动。该机床有两个坐标系：卧轴坐标系和立轴坐标系。机床的 卧轴、立轴可交替工作，使用卧轴时可对工件的四个面连续进行加工。当卧轴完 成工作，将转为立轴工作时，机械手将密封盖盖在卧轴的轴端部，将主轴密封。 再将立轴上的密封盖取下，为下一步采用立轴加工做好准备。 传动箱体经过一次装夹可连续完成五个面的加工，装夹次数少，定位误差小， 易于保证各孔加工精度以及孔轴线与端面的垂直精度( 该加工中心可保证垂直度 公差在0 0 2 m m 范围内) ，同时又节省了传动箱体在普通钻床加工时三次装夹工 件耗费的辅助加工时间。 图i - 2m h 8 0 0 c 数控加工中心 天津大学硕士学位论文第一章绪论 数控加工中心的高精度、高柔性和高自动化等特点为传动箱体实现计算机辅 助设计和制造提供了必要的硬件平台，而美国参数化技术公司( p 1 陀) 推出的 p r o b 软件所具有的强大的c a d c a m 功能又为传动箱体实现计算机辅助设计和 制造提供了必要的软件平台，因此企业急需采用往复泵传动箱体的c a d c a m 技 术，在统一数据库和网络系统的支持下，实现产品的全部自动化生产，使企业的 设计部门、工艺、计划等各部门与制造车间、制造设备之间实现信息共享，创造 一个快速响应市场的现代企业运行机制。使产品的生产手段不仅在国内处于先进 水平，而且在国际上也遥遥领先。 天津大学硕士学位论文第二章j 2 型计晕泵传动箱体数控加工工艺分析 第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加工工艺分析 实现计量泵传动箱体的数控加工，关键是进行数控编程。而数控编程的关键 是对箱体进行数控加工工艺分析。因此，在编制数控加工程序之前，应对箱体的 数控加工工艺性进行全面分析。 在对箱体进行数控加工工艺分析之前，有必要先对计量泵的工作环境和工作 原理进行了解，以便弄清楚传动箱体中哪些是重要表面，哪些是重要尺寸，哪些 是主要基准等主要内容。 2 1 计量泵的工作原理 计量泵属于往复泵中的一种。目前应用较普遍的计量泵是凸轮式和n 型轴柱 塞式计量泵。它主要用于研究所进行试验、药厂配制药品、电站和船台等进行污 水处理等方面。本课题研究的是n 型轴柱塞式计量泵。计量泵是借助于柱塞在液 缸工作腔内的往复运动，使工作腔容积发生周期性变化来测量流量的，容积扩大 时进行吸水，容积缩小时则将水排出【引。j 2 型计量泵主要由蜗杆、蜗轮、n 型轴、 连杆、十字头和传动箱体等零件组成。蜗杆、蜗轮将动力传递给n 型轴一连杆一 十字头，最终将动力传递给柱塞，驱动柱塞做往复运动。泵的最大流量由调节手 柄进行调节。调节手柄可改变n 型轴轴线与n 型轴孔轴线之间的间距，从而控制 计量泵的最大流量。由计量泵的工作原理可知，安装蜗杆、n 型轴和十字头的孔 及其孔的端面均为重要表面，这些表面直接影响到泵的流量精度。而蜗杆、蜗轮 两轴之间的距离直接影响蜗杆、蜗轮的传动精度，也影响到泵的流量精度，因此 为重要尺寸。n 型轴孔的轴线以及箱体底面均为主要基准。 2 2 数控加工工艺的主要内容 箱体的数控加工工艺性涉及的问题和范围比较多，主要从编程角度，对零件 编程的可行性进行分析，分析内容主要包括【9 4 1 】： 1 分析零件图 分析箱体的结构特性、材料特性和加工特性，箱体的尺寸要求和技术要求等。 天津大学硕士学位论文 第二章j 2 犁计量泵传动箱体数控加工工艺分析 2 选择机床 了解机床的性能、加工特性、加工精度、加工范围。 3 制定工艺 根据机床的客观条件以及箱体的加工要求，制定具体的工艺方案，分析、确 定加工路线、制定加工工序、选择刀具等。 4 设计并选择夹具 对于数控加工中心来说，使用的夹具一般是专用夹具。要求夹具本身的刚度 和其定位精度要高，能保证零件夹紧的要求，不允许欠定位和过定位的情况发生。 2 2 1 分析零件图 在编制箱体加工程序之前，要对被其零件图进行详细、具体的研究、分析， 弄清楚箱体的结构特性、材料特性和加工特性，箱体的主要尺寸及尺寸之间的关 系、技术要求等项内容，从而有效地安排箱体的加工工艺路线，并进行零件的工 艺处理，在保证企业产品质量、满足客户要求的前提下，使企业的经济效益和社 会效益都能达到最佳效果。对零件图进行分析，就要熟悉箱体在计量泵中的作用、 位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的 影响，找出主要的和关键的技术要求。 1 分析零件图中的尺寸标注 同一零件，因其用途不同，因此侧重点不同，零件图中的尺寸标注内容也有 所不同。用于数控加工的零件图，其尺寸标注应满足数控加工特点，符合编程可 能性与方便性的原则，便于零件轮廓的基点和节点坐标的数值计算，所以，应该 将局部的分散标注法改为统一基准标注法和直接给出坐标尺寸标注法相结合的 标注方法。以同一基准标注尺寸，这基准最好是设计基准、工艺基准、测量基 准或编程原点( 在允许的情况下，尽可能使设计基准、工艺基准、测量基准和编 程原点为同一点) 。这样标注，虽然会产生较大的积累误差，但由于数控加工精 度和重复定位精度都很高，因此不会造成很大影响；对于零件上的重要尺寸和关 键尺寸，通常直接标注出坐标尺寸，如图2 1 所示。 天津大学硕士学位论文第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加工工艺分析 图2 - i 尺寸标注法 j 2 型计量泵传动箱体的重要尺寸是蜗杆、蜗轮的安装尺寸。采用直接给出坐 标尺寸标注方法，目的是为了强调工人在加工箱体时要注意蜗杆孔和蜗轮孔之间 的尺寸精度。以保证在安装蜗杆、蜗轮时不会因加工问题出现偏差。长度方向的 尺寸以箱体左侧面和a - b 轴线为基准：a b 轴线为主要基准，箱体左侧面为辅助 基准：高度方向选用以底面为粗基准，顶面为精基准。底面为主要基准，顶面为 辅助基准；由于箱体是一个在宽度方向上近似对称的零件，因此宽度方向的尺寸 选用以对称面为基准，详见表2 1 。 表2 一i 箱体各方向基准 基准长度高度宽度 主要基准a b 轴线箱体底面对称面 辅助基准箱体左侧面箱体顶面 2 分析箱体轮廓几何要素的合理性和完整性 构成箱体轮廓的几何要素的条件是数控编程的基础和重要依据。在自动编程 时，要对构成箱体轮廓的所有几何要素进行定义，建立精确的三维实体模型，在 此基础上定义所编制的程序中各个加工参数，因此，要认真、仔细地分析箱体几 何要素的条件，发现问题及时解决。不仅要分析、检查箱体外部轮廓的几何要素， 同样也要认真检查箱体内部轮廓的几何要素，使箱体的内外轮廓尽量采用统一的 几何类型或尺寸。如内外轮廓表面的过渡圆角半径应适当，因为工件圆角的大小 决定着刀具直径的大小【l ”。工件的内槽圆角半径不应过小。箱体工艺性的好坏， 与被加工轮廓的转角圆弧半径的大小等有直接的关系。转角圆弧半径大，可以采 天津大学硕士学位论文第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加工工艺分析 用较大直径的铣刀进行加工。铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大。这样可应 用零件轮廓加工的一些固定循环程序，减少刀具的规格和使用数量，大大提高生 产效率。 3 分析箱体的技术要求 对被加工零件的精度及技术要求进行分析是零件工艺性分析的重要内容。只 有在分析零件精度和技术要求的基础上，才能正确合理地选择应采用手工操作的 普通机床还是采用自动编程的数控机床，采用什么样的加工方法、加工路线、定 位及夹紧方式、刀具及切削用量等。零件的精度及技术要求主要是形状精度、位 置精度、表面粗糙及热处理等。其主要内容包括： ( 1 ) 分析各类精度及技术要求是否合理，若不合理，立即与设计人员进行 修改、完善。 ( 2 ) 将箱体上有形状精度要求的几何要素挑选出来，并归为一类，依此类 推，将箱体上有位置精度要求、表面粗糙度要求和热处理要求几何要素也分别挑 选出来，并分别归为一类。这样便于管理，理清编程思路，然后选择、决定采用 手工操作的普通机床还是采用自动编程的数控机床进行加工，采用什么样的加工 方法，从而确定零件的加工路线、定位及夹紧方式、刀具及切削用量等等。 下面是对j 2 型计量泵零件图的具体分析。 ( 1 ) j 2 型计量泵的位置精度要求 j 2 型计量泵有八项位置精度要求：五项是垂直度公差，两项是同轴度公差， 还有一项是平行度公差。 垂直度公差分别规范箱体的前、后凸台、顶面凸台、左端面大孔的轴线以及 蜗杆孔的公共轴线c d 。前、后凸台的基准是安装蜗杆孔的公共轴线c d ；顶面 凸台、左端大孔轴线、蜗杆孔公共轴线c - d 的基准均为安装蜗轮、n 形轴孔的 公共轴线a b ( 详见表2 2 ) 。同轴度公差一个是规范箱体后部蜗杆孔轴线的，一 个是规范箱体顶部n 轴孔轴线的。后部蜗杆孔轴线的基准是前部蜗杆孔的轴线， 顶部n 轴孔轴线的基准是同向轴承孔的轴线( 详见表2 3 ) 。平行公差是规范箱 体左侧面的，其基准是安装蜗轮、n 形轴孔的公共轴线a - b ( 详见表2 4 ) 。 在以上精度和技术要求中挑选出主要的、精度高的，视为重点分析、研究对 象。基准轴线a b 和c d 基准轴线之问轴间距的尺寸精度( 6 2 等“) 以及垂直精 度( o 0 6 ) 是加工时重点考虑对象，在安排机床、装夹方式、刀具、切削用量等 方面要重点考虑。在加工时尽量保证经一次定位、安装完成，尽可能减少由定位、 安装引起的系统误差。 天津大学硕士学位论文第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加 工艺分析 表2 - 2 箱体垂直度公差 公差垂直度公差基准 被测要素、 ( n u n ) 蜗杆孔公共轴线c d0 0 6公共轴线a - b 前部凸台o 0 8公共轴线c d 后部凸台o 0 8公共轴线c - d 顶面凸台 0 0 5 公共轴线a - b 左端大孔轴线 0 0 4 公共轴线a b 表2 - 3 箱体同轴度公差 公差同轴度公差 基准 被测要素、 ( m m ) 后部蜗杆孔轴线 垂0 0 2 5 前部蜗杆孔轴线d 顶部n 轴孔轴线垂o 0 2 5轴承孔轴线b 表2 4 箱体平行度公差 l 公差平行度公差 基准 l 捌要素 ( n u n ) 左端面0 0 5公共轴线a b ( 2 ) j 2 型计量泵的表面粗糙度要求 j 2 型计量泵的表面粗糙度值，按配合表面和非配合表面基本上分为两类： 一类是配合表面的粗糙度值：r a 值为3 2 。一类是非配合表面的粗糙度值：r a 值为6 3 。 ( 3 ) 其它技术要求 铸坯须经人工时效处理，消除内应力。 铸造圆角为r 3 5 。 涂漆前进行煤油渗漏试验，三十分钟不得渗漏。 2 2 2 选择机床 根据箱体的技术要求，要分析和确定零件的哪些结构适合在数控机床上进行 加工、哪些结构适合在手工操作的普通机床上进行加工，以便使机床的闲置时间 最短，使手工操作的普通机床和用于自动编程的数控机床的利用率最合理、最经 济。虽然数控加工范围越来越广，但是并不是零件的所有加工内容都必须采用数 天津大学硕十学位论文第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加工工艺分析 控加工才能提高零件的加工精度。通常，第一道粗加工工序是对零件粗基准定位 面的加工，一般安排在手工操作的普通机床上进行，其原因有： 1 铸件表面的表面粗糙度值很高，表面上的凸起物很多，需要大的切削余 量，因此最好选择刚度和强度都很大的机床加工。 2 为延长数控加工中心的使用寿命，保证加工中心的使用精度。 3 手工操作的普通机床就可以满足零件第一道粗加工工序要求的表面精度。 4 尽可能使手工操作的普通机床和数控机床的利用时间分配均匀，减少机 床闲置时间( 即减少辅助加工时间) ，提高机床的利用率。 5 考虑到零件的生产批量、生产周期、生产成本等多方面因素。 因此，在对零件加工之前，要对零件所有的加工内容进行全面、具体地研究、 分析，弄清哪些加工部位最适合在数控机床上加工，而哪些加工部位最适合在手 工操作的普通机床上加工，从而确定那些最适合、最需要进行数控加工的内容和 工序，充分发挥数控加工的优势【1 3 】。 2 2 3 拟定加工路线 在数控机床上加工零件，是按事先编好的程序自动地进行加工，加工过程中 选用的零件定位面、采用的刀具、切削用量、机床等参数均不能改变。因此，在 分析被加工零件图样、明确加工内容及技术要求的基础上，要认真选择加工方法， 拟定加工方案及数控加工工艺路线。工艺路线拟定的主要内容包括： ( 1 ) 选择符合零件图样要求的毛坯材料。 ( 2 ) 选择加工方法及顺序。加工方法的选择和加工方案的确定是在保证产品 的加工精度和表面粗糙度的前提下，综合考虑零件的形状、尺寸大小、热处理要 求以及各加工方法的生产率、工厂的生产设备等实际情况，按照粗加工、半精加 工和精加工的顺序制定从毛坯到成品的加工方法及顺序1 1 4 】。 ( 3 ) 选择基准。 ( 4 ) 确定加工余量及计算工序尺寸。 ( 5 ) 选择机床、工艺装备及切削用量，确定工时定额。 在制定箱体的加工路线时，应遵循下面一些规则。 1 ) 应尽量缩短刀具的空行程。通过适当地选择起刀点、换刀点的位置，合理 安排刀具的空走刀路线，在不影响加工质量的前提下使空行程路线最短，尽可能 减少辅助加工时间。 2 ) 刀具在加工中应根据实际情况适当调整进给速度，避免产生过切现象。 刀具在接近工件时，应采用先快后慢、分级降速的方法，避免进给速度过快、惯 性过大而产生过切现象，影响加工精度。另外，在高速进给轮廓加工中，由于工 天津大学硕士学位论文第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加1 = 工艺分析 艺系统的惯性，在刀具加工零件轮廓拐角处也容易产生过切现象，因此在接近拐 角处时减速，过了拐角后加速。 3 ) 零件在一次装夹中，尽可能使用同一把刀具来完成大部分的加工表面。 在数控加工中心中使用的回转工作台通常采用伺服控制系统。而老式回转工作台 多为普通电机驱动，由插销或齿盘分度和定位，其速度慢，精度低。而由伺服机 构驱动的回转工作台其分度定位由伺服控制系统来完成，回转定位精度可控制在 0 0 0 1o 以内。考虑到旋转工作台旋转误差小，花费的辅助时间比更换刀具花费 的辅助时间少的因素，零件在一次装夹中，尽可能使用同一把刀具来完成大部分 的加工表面，以减少换刀次数，简化加工路线，缩短辅助时间。 4 ) 在加工中，应尽量避免加工停顿现象。因为切削力的突然改变，会引起 工件刀具夹具一机床工艺系统动态平衡状态的改变。刀具会在停顿处留下划痕或 凹痕，影响零件的表面质量。 5 ) 轮廓的最终加工应尽量安排一次走刀、进给速度尽可能均匀、速度不要 太高、连续走刀完成加工路线【1 “。 6 ) 可为下道工序作些预n i ，以减少工步数和换刀次数，节省辅助时间。 在加工箱体的前、后、侧面凸台上的小孔时，先使用小钻头为三个凸台上的小孔 预钻定位孔，然后再换刀进行精加工。这样加工，孔的定心精度高，而且不必再 对各孔倒角。 7 ) 对于一些一次装夹、不旋转工作台的加工，如铣面、镗孔的加工，一般 可按先铣面后镗孔的顺序进行，即遵循先面后孔的加工原则。因为铣削平面时， 切削力较大，零件易变形。可待其恢复变形后再进行镗孔，这样有利于保证孔的 加工精度。相反，如果先镗孔后铣平面，必然会在孔口产生毛刺、飞边，并影响 孔的精度。往复泵传动箱体的加工主要是平面加工和孔系加工。加工时就遵循先 面后孔的加工原则。 8 ) 在数控铣床上加工零件时，采用不同的刀具运动轨迹和运动方向。被加 工零件的表面粗糙度值是不同的，应根据零件的加工要求、材料的性质与状态以 及机床、刀具等条件综合考虑，确定铣削方法及加工路线。铣削铸件时，由于零 件表皮硬且需要加工的铣削余量较大，宣采用逆铣加工路线。但是，在精铣内、 外轮廓时，尽可能采用顺铣加工路线，以提高零件表面质量 1 7 1 8 】。在加工中心 上用自动编程方法粗铣、半精铣平面时，由于零件的毛坯为铸件，表面比较粗糙， 需要大的铣削余量，在尽可能减少刀具的磨损的情况下，我们采用逆铣走刀路线。 精铣平面时，为了减少接刀痕现象，保证平面的加工精度，采用顺铣走刀路线。 本加工中心有两个主轴，在安排工序时应尽可能集中使用同一主轴。先启动 卧轴，选取同一把面铣刀对箱体的前、后、左侧面分别进行粗加工，再使用钻头 天津大学硕士学位论文第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加工工艺分析 对各面进行钻孔加工。考虑到前后两个凸台平面上孔的尺寸相同，且有很高同轴 度要求，原则上采用同一把刀具，在工作台不转位的前提下一次加工完毕，但由 于这样j u t 刀杆过长，加工时由于振动的影响会使同轴度误差增大，因此不宜采 用该种方法，改为用一把刀具，通过工作台回转1 8 0 度，实现两孔的加工。为了 减少换刀次数，减少空行程，采用刀具集中的方法安排工序。先铣各面，再钻各 孔，然后启动立轴，对顶面进行加工。由于安装蜗轮的两个孔同轴精度要求较高， 宜采用立轴集中加工的方式，依次加工该同轴孔系的全部孔，这样由于采用同一 个平面坐标和同一主轴坐标，不必考虑工作台回转误差，能保证获得较高的同轴 加工精度。 2 2 4 确定加工工序并选择刀具 箱体类零件的加工可以在普通机车上加工，也可以在数控加工中心上进行加 工，但是在普通机床上加工和在加工中心上加工所采用的工艺方法不完全相同， 零件在n c 机床上进行加工时，可以合理地利用在普通机床上加工的加工工艺。 j 2 型计量泵传动箱体( 如图2 - 2 所示) 采用铸铁件。第一道工序就安排在普 通刨床上进行粗加工，刨箱体底面( 定位面) 和箱体的一些非重要表面，第二道 工序安排在磨床上对定位面进行磨削，以提高定位面的精度。 图2 - 2 箱体二维视图 天津大学硕士学位论文 第二章j 2 型计量泵传动箱体数控加工工艺分析 为了保证安装蜗杆的两孔同轴精度，提高镗孔的加工精度，同时也考虑到镗 刀杆的刚度，采用“掉头镗”的工艺方法，以减少镗杆伸出的长度，保证镗杆具有 足够的刚度。“掉头镗”就是刀具靠工作台的横向移动和回转1 8 0 度，使刀具从工 件的两端分别加工两蜗杆孔。普通加工是用一把镗刀连续完成两个孔的加工， 这样加工会使镗杆不断伸长，镗杆刚度不断减弱而产生较大的变形，因此，镗出 的内孔存在尺寸误差、形状误差以及位置误差。根据理论经验和实际操作分析得 知，工艺系统( 镗杆) 刚度不足是造成内孔形位误差的主要因素1 1 卅。 为了保证孔的精度，减少更换刀具的定位误差，在多次试验的基础上，大胆 采用一把镗刀杆上安装两把刀头，用两把刀头在一次主轴进给中先后完成粗、半 精加工的加工方法。在加工中采用德国的山特维克镗刀杆，与生产的刀头配制使 用，使得第一把镗刀进行孔的粗加工，在不使用程序中更换刀具命令( m 0 6 ) 的前 提下，第二把镗刀再进行孔的半精加工，既避免了普通加工中由于更换刀具带来 的刀具重复定位误差，又减少了刀具加工时的空行程，缩短了辅助加工时间，从 而提高了生产效率。 为保证箱体前后凸台平面与基准轴线c d 的垂直精度以及箱体左侧面与基 准轴线a _ b 的平行精度，把铣削箱体前后凸台平面和镗削蜗杆孔设计为一个工 序中连续完成的工步，把铣削箱体左侧面和镗削安装十字头孔设计为一个工序中 连续完成的工步。这样，一次定位、一次夹紧，并且使用同一个主轴( 卧轴) ， 可以大大减少由于定位、夹紧、换刀等误差，充分保证了箱体前后凸台平面与基 准轴线c d 的垂直精度。同样，为了保证箱体项面与基准轴线a b 的垂直精度， 也把铣削箱体顶面和镗削蜗轮孔、n 形轴孔设计为一个工序中连续完成的工步， 所不同的是此时加工中心采用立轴进行加工。 j 2 型计量泵传动箱体的加工工序见表2 5 ，刀具卡见表2 - 6 。 表2 - 5