【基于ProE软件的机箱壳体数控加工系统设计13000字（论文）】

基于Pro/E软件的机箱壳体数控加工系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u23718第一章引言 13885第二章系统开发工具及总体架构 370942.1Pro/E三维设计软件及二次开发介绍 3198822.2软件开发工具C++Builder 495532.3虚拟数控加工工艺系统架构 514663第三章箱体的工艺分析 7169833.1采煤机箱体的功用与结构特点 7223343.2箱体加工工艺过程分析 8193173.2.1MG132/320-W牵引部箱体的工艺分析及工艺规程 8195833.2.2箱体加工误差分析 103329第四章箱体数控加工工艺分析及程序的编制 13108874.1数控加工工艺分析 13304704.1.1牵引部箱体数控加工内容 1371134.1.2数控机床的选择 14251964.1.3加工刀具的选择 18134844.1.4走刀路线的选择 18155174.1.5工件的装夹与定位 1954184.2数控加工程序的编制 20135914.2.1编程坐标图 20103724.2.2刀具卡片 2194194.2.3铣槽走刀路线图 2231679第五章工艺过程技术经济分析 23259155.1项目的研究意义 23104205.2国内外的科技现状 23157905.3经济效益与社会效益预算 247685.4项目资金 24325095.5项目承担 25238325.6国产化程度 2527329第六章结论 2612102参考文献 27第一章引言数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。随着数控技术的快速发展和企业生产模式的深刻变化，制造业正逐渐向先进的智能化、信息化、集成化技术发展，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。我国的数控技术及其产业也得到了重大发展，并且相关技术产业的发展也取得了比较大的进步。尤其是在计算机辅助数控领域，我国自己研制的数控工艺系统已经处于世界领先水平[1]。不过，现在仍然有许多问题存在于我国的虚拟数控加工技术研究和产业发展方面，这些问题尤其是在前沿技术研究，技术转型，技术市场化等方面更加显著。在当今技术快速发展的背景下，如何快速有效的应对这些问题并迅速加快数控加工相关方面的技术发展，使得数控加工技术等各方面在世界上处于领先地位是当前我们制造行业和数控加工技术研发部门迫在眉睫解决的问题。数控加工技术的发展使得加工制造产业产生了极大变化，并且随着数控加工技术的快速发展越来越多的行业需要数控技术的应用。数控技术是指利用现代化数字技术实现对数控装备的操作和生产加工控制的一种先进技术。数控设备是一种新型的区别于传统加工设备的机电一体化装备，这些新型的数控装备包含了许多领域内的最新技术，比如信息化处理，数字化制造，先进技术集成，工艺软件系统等。对于生产制造部门越来越高的制造技术精度和制造质量要求，过去的生产制造技术已经显现出不足，特别是产品制造与产品结构设计之间的纽带：制造工艺设计，制造工艺设计决定了制造产业中生产制造资源的优化配置，生产成本，质量，效率等方面。因此，怎样利用计算机开发出一套高度智能化，自动化，信息化，集成化并且能够最大限度提高工艺设计效率的虚拟数控加工工艺设计系统成为了当前制造工业现代化的发展需求。在当前制造工业中，Pro/ENGINEER软件得到了普遍使用，Pro/ENGINEER软件强大的功能为企业从设计分析到加工制造成功的提供了一套完整的解决方案。一个能够以Pro/ENGINEER为基础、高度集成Pro/ENGINEER且充分利用Pro/ENGINEER模型中的特征信息进行工艺设计的虚拟数控加工工艺系统，必将加速企业工艺设计的信息化、集成化的进程，提高制造效率，优化工艺设计质量。我设计的是MG132/320—W型采煤机的牵引部箱体的加工工艺以及数控加工。工艺的创新之处是采用了数控机床替代传统机床加工，加工中涉及到数控机床的选用、工艺分析、数控编程以及绿色生产等技术，希望能对采煤机的发展起到一定的作用。第二章系统开发工具及总体架构2.1Pro/E三维设计软件及二次开发介绍本虚拟数控加工工艺系统是以C++Builder为开发环境，利用Pro/E软件提供的Pro/TOOLKIT二次开发函数包，通过调用Pro/TOOLKIT中的底层开发函数来实现系统的各种功能，如系统中工艺特征数的建立、工艺模型的生成、数控加工走刀路径的仿真播放等。Pro/Engineer操作软件是一款由美国PTC公司研究开发的三维设计软件。Pro/Engineer软件最早使用了参数化设计技术从而使得本软件在整个三维设计软件领域中有着非常重要的地位。Pro/Engineer设计软件在整个机械设计行业中树立了新的标准并且被广泛应用推广，其是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E软件提供了强大的分析设计和制造功能，同时Pro/E软件提供了多种二次开发工具以便用户进行二次开发工作。Pro/E软件主要有以下几个二次开发工具包:用户自定义特征(UDF)、J—Link、族表(FamilyTable)、Pro/PROGRAM和Pro/TOOLKIT等。具体介绍如下：1.用户自定义特征(UDF)用户自定义特征是指把多个系统特征集成融为一个整体特征从而便于调用和定义。用户自定义特征(UDF)一般用于特定的产品结构，使用本二次开发工具可以非常方便的基于结构特征进行快速建模工作。2.J—Link是一个和Pro/TOOLKIT功能相像并能够封装Pro/E设计软件的二次开发工具，本二次开发工具可以进行比较复杂的程序开发工作但是还是要比Pro/TOOLKIT二次开发工具落后一些，有待进一步的完善。3.族表(FamilyTable)族表是通过表格来进行模型驱动的，族表能够对结构相类似的产品零件尤其是标准产品零件进行方便的管理。在族表中输入模型的各类参数如特征参数、尺寸参数和模型参数等的参数值便可以创建出新的产品模型。4.Pro/PROGRAM本二次开发工具操作简单容易，其重点用于简单程序的开发，由于本二次开发工具不能够集成到Pro/E中并且也无法和外部数据库直接相互连接，因此本二次开发工具只能用于简单程序的开发而不能够进行大型程序的开发。5.Pro/TOOLKIT二次开发工具包是Pro/E软件的二次开发工具包，此二次开发函数包是基于C语言进行开发的，该二次开发函数包具有大量的Pro/E软件底层开发资源函数，通过调用Pro/E二次开发函数包的这些底层函数可以开发出基于Pro/E软件的各类应用程序以满足不同的用途，并且Pro/TOOLKIT二次开发工具有丰富的库函数和强大的开发功能，能够实现所有的二次开发功能要求。由上可知，Pro/TOOLKIT二次开发工具是最为理想的二次开发工具，所以本系统选择Pro/TOOLKIT作为Pro/E的二次开发工具来开发本虚拟数控加工工艺系统。2.2软件开发工具C++BuilderC++Builder开发工具是由Borland公司研究开发的一款具有高性能、高集成性的可视化开发工具。C++Builder开发工具具有专业的C++开发功能比如：CPU透视、逐步连接、命令行工具以及灵活、高效、快速的编译器优化等。C++Builder开发工具能够将强大功能的C++编程语言和可视化的编程环境进行完美融合。C++Builder充分利用已经发展成熟的Delphi可视化组件库(visualcomponentlibrary,VCL)吸收BorlandC++优秀编译器的诸多优点，并吸收当前先进的组件化程序设计技术使C++Builder开发工具成为了当前比较成熟优秀的可视化程序开发环境。其可以高效快速的进行应用程序开发并且C++Builder开发工具在网络开发和数据库开发应用等方面也是非常理想优秀的开发工具。C++Builder优化的32位原码（NativeCode）编译器建立在Borland公司久经考验的编译技术基础之上，提供了高度安全性、可靠性、快速性的编译优化方法，完全编译出原始机器码而非中间码，软件执行速度大大提高。在编译和连接过程中，C++Builder自动忽略未被修改的原代码和没有使用的函数，从而大大提高了编译和连接速度。C++Builder的CPU透视工具包括五个独立的小面板，可以对正在运行程序从内部进行深层次的了解。另外C++Builder还提供了一个专业开发环境所必需的命令行工具，以帮助建立C++程序或者准备编译和连接的程序进行更精细的控制。C++Builder可以编译所有符合ANSI/ISO标准的原代码，支持最新ANSIC++/C语言特征：模板（Templates）、例外（Exceptions）、运行类型信息（RuntimeTypeInformation）、Namespaces等，另外它还可以使用标准C++库且支持标准模板库（STL），以前的所有C++/C原代码可以不经过修改，直接移植到C++Builder环境下来。C++Builder完全支持32位长文件名、多线程程序设计，且允许程序员直接调用任何Win95和NTAPI函数。C++Builder的集成开发环境（IDE）提供了可视化窗体设计器、对象观察器、控件板、工程管理器、集成编辑器和调试器等一系列可视化快速应用程序开发（RAD）工具，让程序员可以很轻松地建立和管理自己的程序和资源。基于以上C++Builder开发工具的各种优点，本系统选用了C++Builder开发工具来进行本虚拟数控加工工艺系统的开发工作。2.3虚拟数控加工工艺系统架构本虚拟数控加工工艺系统的总体结构由数据层、平台层、支持层和应用层共四层结构组成：1.应用层模块应用层模块是虚拟数控加工工艺系统的主要模块，该模块主要包含：读取NC特征、建立NC工艺树、NC工艺规程管理、数控工序编写、数控工步编写、NC加工演示播放、NC文件存储、NC工艺输出、NC工艺与普通工艺关联。本虚拟数控加工工艺系统通过应用层来实现对数控加工工艺的设计，同时将最终的数控工艺关联到三维设计系统中，实现普通加工工艺和数控加工工艺的有效结合。2.支持层模块支持层模块与平台层模块之间相对应，本模块包括与平台层模块中三维工艺设计系统和二维工艺设计系统相对应的工艺树参数配置、三维模型信息管理、NC文件管理、NC工艺模板定义及与平台层模块结构设计软件Pro/E相对应的NC特征管理、三维工艺资源、NC加工仿真、工艺资源管理等。3.平台层模块平台层模块包括三维工艺设计软件、结构设计软件Pro/E和二维工艺设计软件。由于本系统是基于Pro/E软件的数控工艺设计工具，其必须有一定的三维平台作为基础，且本设计系统以Pro/E软件作为三维设计平台。本系统是对三维工艺设计系统的继承和完善，其需要实现与平台层三维工艺设计系统软件相结合。4.数据层模块数据层模块是数据信息存储层，本模块主要包括Pro/E三维制造模型数据信息、三维工艺设计系统数据库、二维工艺设计系统数据库等。本系统的四层结构中，应用层模块和数据层模块是本虚拟数控加工工艺系统的核心部分，同时这两个模块也是本虚拟数控加工工艺系统重点的研究对象。第三章箱体的工艺分析3.1采煤机箱体的功用与结构特点箱体是部件和组件的基础零件，它把许多的零件连接成一体，使各个零件之间具有确定的相对位置和相对运动关系，这就组成了具有一定功能的箱体部件，如机床主轴箱部件，各类减速器部件等。箱体零件的结构形式和加工质量对于整个机器的使用性能，如振动、噪声、发热、寿命、效率、工作精度等都要很大的影响，所以对于箱体零件的设计和制造，人们总是给予很高的重视。箱体的结构形式一般有两种：一种是整体式的，如机床主轴箱箱体，另一种是剖分式的，如各类减速箱箱体。箱体零件的结构一般都比较复杂。壳臂较薄，内部成腔形。箱体上的外臂和内腔常常设置加强筋和隔板，以便增强刚度和改善散热条件。箱体零件一般具有精度要求较高的平行孔等加工表面。矿井用箱体零件的特点：由于井下空间小，箱体工作载荷大，工作条件差，并常有煤块，岩石撞击等，因而要求箱体的尺寸小，结构紧凑，并具有足够的强度。所以一般都采用铸钢件或球墨铸铁件作为井下箱体零件材料。同铸铁相比，铸钢的铸造性能和加工性能较差。由于井下煤尘和瓦斯的存在，井下工作机械的防爆面必须具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。具体要求为：不动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于5um，活动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于2.5um；防爆面要有足够的接触长度和较小的配合间隙；防爆腔必须做水压实验，确保在8个大气压的条件下持续一分钟不致发生渗漏。防爆面上的气孔和砂眼要进行焊接和填补。3.2箱体加工工艺过程分析3.2.1MG132/320-W牵引部箱体的工艺分析及工艺规程一、零件图样分析由于牵引部箱体的技术要求较高，故加工时应分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。但因为该零件刚性好，不易变形，所以划分加工阶段不宜过细。拟定加工过程时应遵循以下原则：1、先面后孔的加工原则。因为箱体的孔比平面难加工，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔，不仅为孔的加工提供了稳定可靠的精基准，使孔的加工余量均匀；而且由于箱体上的孔大部分都分布在箱体平面上，先加工平面，去除了铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷，对孔的加工比较有利（特别是钻孔时不易使轴线偏斜），便于切削、避免刀具破损和调整刀具等。2、粗精加工分开原则。由于箱体的结构复杂，主要加工表面的精度高，粗精加工分开进行，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、夹紧力和切削液对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。根据粗、精加工的不同要求合理的选用设备，有利于提高生产率。精度高和表面粗糙度要求高的主要表面精加工工序放在最后，也可以使其表面避免因加工其他次要表面或搬运安装时被破坏。3、妥善安排热处理工序。一般情况下，铸造后进行时效处理，以便减少铸造内应力，改变金相组织、软化表层金属，改善材料的加工性能，减少变形，保证加工精度的稳定性。对于精度要求较高或壁薄而结构复杂的箱体，在粗加工后进行一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的内应力，以确保箱体加工精度的稳定性。二、牵引部箱体机械加工工艺过程卡片（见附录3）卡片上详细写出牵引部箱体的加工工艺规程，加工时按照卡片上的工序加工，严格保证加工精度。三、牵引部箱体的工艺分析1）铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天放一年以上再加工。2）为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件的主要定位基准集中在底面上。3）镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支撑镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。对直径较小的孔，应采用钻、扩、铰加工方法。为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔的方法。4）为了提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。5）铸造时一般Φ50mm以下的孔不铸出。6）孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。轴内孔之间距离的测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。7）同一轴线上的孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。8）各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。9）数控加工时各孔的正确位置是靠手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件小批量生产时也可采用组合夹具镗模进行加工；批量较大时，应采用专用镗模进行加工。10）非加工表面进行喷丸处理。11）齿轮腔涂磷化底漆，其他表面涂防锈漆。四、定位基准的选择由于牵引部箱体的加工主要属于孔系加工，所以对精度要求比较高，一定要选择好定位基准。我选择的是以底面焊好工艺块为基准来进行定位与装夹。1、精基准的选择精基准的选择主要与加工表面的精度要求有密切关系。选择精基准时，应首先考虑“基准统一”原则，所选的精基准最好是装配基准（或设计基准），以避免基准不重合而产生基准不重合误差。此外，精基准还应保证主要加工表面的加工余量均匀，具有较大的支撑面，使定位和夹紧可靠。2、粗基准的选择选择粗基准主要考虑加工表面与不加工表面之间的相互位置关系以及加工表面的余量均匀性问题。一般选择箱体上较为重要的毛坯作为粗基准。在单件小批量生产中加工粗基准时，可采用划线找正的方法。划线时，要核对箱体内各零件与箱壁见的尺寸，保证有足够的间隙，以免零件之间相互干涉。采用划线找正法，可减少专用夹具，缩短生产准备时间，但加工精度较低，对刀调整时间长，生产率低。在大批量生产中，一般采用专用夹具加工。以保证主要孔加工余量均匀和减少辅助工时，提高生产率。3.2.2箱体加工误差分析一、平面加工中的误差分析箱体零件的结合面，定位面等是具有较高平面度要求的加工面，经常出现平面度误差。以端面铣削为例，归纳起来有下列几种原因。1）、端铣时铣床主轴线同走刀方向的垂直度误差。2）、夹紧力的位置和大小的影响。3）、切削力造成的变形。4）、内应力的影响。5）、切削热的影响。6）、机床本身的静误差。二、孔系加工中的误差分析1）、杆、导套的静误差若镗杆和导向套间存在间隙，在切削力和镗杆重力的共同作用下，镗杆和回转轴线将是不固定的。2）、轴线位置的静误差若镗床主轴回转轴线同工作台进给方向有平行度误差，则加工孔在垂直于主轴回转轴线的截面内真圆，在垂直于工作台进给方向截面内椭圆，不过椭圆度甚小。3）、杆的弹性变形在悬臂镗削时，作用于镗杆上的力有轴向切削力4）、主轴弹性变形机床主轴的受力变形由重力、切削力和传动引起的。传动力的方向是不变的，而切削力的方向在时时改变因而它们合力的大小和方向也在时时变化，加之轴承各点刚度不等会引起回转轴线变化，从而造成内孔表面的圆度误差。5）、受力点位置变化影响进给方式不同会影响镗杆的受力点位置。因镗杆悬伸长度不变，所以工件孔中心线直线度很好，孔径减少到较少。镗杆送进的悬臂镗削，因镗杆悬伸长度不断变化，在可加工长孔时会产生圆度误差，加工多段同轴孔时会产生同轴度误差。所以在对形状精度要求较高的场合，总是优先考虑工作台面进给方式。6）、工件的夹紧变形由于夹紧力过大或过于集中，夹紧位置不当等都可能造成夹紧变形而影响孔的几何形状精度。夹紧力过大，加工后内孔成为椭圆。将集中载荷改为分布载荷，或减小精加工夹紧力等，上述变形可以避免。三、毛坯材料硬度不均和余量不均的影响1）、力的影响相临的孔由于收缩不同步切削处理后的内应力重新分布，便造成孔的圆度误差。为此，毛坯需要很好的时效处理。2）、工艺系统热变形的影响热变形会造成机床上主轴轴线倾斜，这时如采用工件进给就会出现孔的圆度误差。由于孔壁厚度不均在切削力作用下，薄处温度高，变形大，厚处温度低，变形小，若粗精加工连续进行，将会使薄处少切，厚处多切，冷却后便造成圆度误差。采用粗精加工分开和充分冷却可以有效的消除这项误差。第四章箱体数控加工工艺分析及程序的编制4.1数控加工工艺分析4.1.1牵引部箱体数控加工内容我主要选择了牵引部箱体上的一些主要行孔进行数控加工：1）、用367mm的镗刀粗镗375孔2）、用375mm的镗刀精镗375孔3）、用422mm的镗刀粗镗430孔4）、用430mm的镗刀精镗430孔5）、用20mm的铣刀铣120X100的槽6）、用10mm的麻花钻钻12-M12底孔7）、用16mm的麻花钻钻4-16孔8）、用20mm的麻花钻钻10-M24底孔9）、用68mm的镗刀粗镗5-68孔10）、用38mm的麻花钻钻5-32透孔11）、用30mm的麻花钻钻M36底孔12）、用60mm的镗刀粗镗60孔13）、用62mm的镗刀粗镗65孔14）、用65mm的镗刀精镗65孔15）、用62mm的镗刀粗镗70孔16）、用70mm的镗刀精镗70孔17）、用82mm的镗刀粗镗90孔18）、用90mm的镗刀精镗90孔4.1.2数控机床的选择本次设计所加工的零件是采煤机左牵引部箱体，加工工位较多，需工作台多次旋转才能完成加工零件，初步选择为卧式镗铣类加工中心。一、类型选择考虑加工工艺、设备的最佳加工对象、范围和价格等因素，根据所选零件进行选择。如，加工两面以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工，如各种箱体，应选卧式加工中心；单面加工的工件，如各种板类零件等，宜选立式加工中心；加工复杂曲面时，如导风轮、发动机上的整体叶轮等，可选五轴加工中心；工件的位置精度要求较高，采用卧式加工中心。在一次装夹中需完成多面加工时，可选择五面加工中心；当工件尺寸较大时，如机床床身、立柱等，可选龙门式加工中心。当然上述各点不是绝对的，特别是数控机床正朝着复合化方向发展，最终还是要在工艺要求和资金平衡的条件下做出决定。二、参数选择加工中心最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零件族的典型零件进行选择。1）工作台尺寸这是加工中心的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。应选比典型零件稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。2）坐标轴的行程最基本的坐标轴是X、Y、Z，其行程和工作台尺寸有相应的比例关系。工作台的尺寸基本上决定了加工空间的大小。如个别工件的尺寸大于机床坐标行程，则必须要求工件的加工区处在机床的行程范围之内。3）主轴电动机功率与转矩它反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床的刚性。同一规格的不同机床，电动机功率可以相差很大。应根据工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等进行综合考虑。4）主轴转速与进给速度需要高速切削或超低速切削时，应关注主轴的转速范围。特别是高速切削时，既要有高的主轴转速，还要具备与主轴转速相匹配的进给速度精度选择三、精度选择机床的精度等级主要根据典型零件关键部位精度来确定。主要是定位精度、重复定位精度、铣圆精度。数控精度通常用定位精度和重复定位精度来衡量，特别是重复定位精度，它反映了坐标轴的定位稳定性，是衡量该轴是否稳定可靠工作的基本指标。铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的主要指标之一。一些大孔和大圆弧可以采用圆弧插补用立铣刀铣削，不论典型工件是否有此需要，为了将来可能的需要及更好地控制精度，必须重视这一指标。数控精度对加工质量有举足轻重的影响，同时要注意加工精度与机床精度是两个不同的概念。将生产厂样本上或产品合格证上的位置精度当作机床的加工精度是错误的。样本或合格证上标明的位置精度是机床本身的精度，而加工精度是包括机床本身所允许误差在内的整个工艺系统各种因素所产生的误差总和。整个工艺系统的误差，原因是很复杂的，很难用线性关系定量表达。在选型时，可参考工序能力kp的评定方法作为精度的选型依据。一般说来，计算结果应大于1.33。四、机床的刚度选择刚度直接影响到生产率和加工精度。加工中心的加工速度大大高于普通机床，电动机功率也高于同规格的普通机床，因此其结构设计的刚度也远高于普通机床。刚性是机床质量的一个重要特征，但对选型而言，由用户对所选机床进行刚性评价尚无可借鉴的标准。实际上用户在选型时，综合自己的使用要求，对机床主参数和精度的选择都包含了对机床刚性要求的含义。订货时可按工艺要求、允许的扭矩、功率、轴力和进给力最大值，根据制造商提供的数值进行验算。用于难切削材料加工的机床，应对刚性予以特殊关注。这时为了获得机床的高刚性，往往不局限于零件尺寸，而选用相对零件尺寸大1至2个规格的机床。五、数控系统选择数控功能分为基本功能与选择功能，可以从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测与测量、用户功能、操作方式、接口形式和诊断等方面去衡量。基本功能是必然提供的，而选择功能只有当用户选择了这些功能后，厂家才会提供，需另行加价，且定价一般较高。对数控系统的功能一定要根据机床的性能需要来选择，订购时既要把需要的功能订全，不能遗漏，同时避免使用率不高造成浪费，还需注意各功能之间的关联性。在可供选择的数控系统中，性能高低差别很大，价格也可相差数倍。应根据需要选择，不能片面追求高指标，以免造成浪费。多台机床选型时，尽可能选用同一厂家的数控系统，这样操作、编程、维修都比较方便。同时要注意，再好的系统，必须要有机床可靠的零件质量和装配质量支持，才能发挥效能。六、工作台功能选择卧式加工中心有回转工作台。回转工作台有两种，用于分度的回转工作台和数控回转工作台。用于分度的回转工作台的分度定位间距有一定的限制，而且工作台只起分度与定位作用，在回转过程中不能参与切削。分度角有：0.5°times;720、5°times;72、3°times;120和1°times;360等，须根据具体工件的加工要求选择。数控转台能够实现任意分度，作为B轴与其它轴联动控制。但必须根据实际需要确定，以经济、实用为目的。七、自动换刀装置(ATC)和刀库容量选择ATC的工作质量和刀库容量直接影响机床的使用性能、质量及价格。刀库容量以满足一个复杂加工零件对刀具的需要为原则。应根据典型工件的工艺分析算出加工零件所需的全部刀具数，由此来选择刀库容量。当要求的数量太大时，可适当分解工序，将一个工件分解为两个、三个工序加工，以减小刀库容量。同时要关注最大刀具尺寸、最大刀具重量。ATC的选择主要考虑换刀时间与可靠性。换刀时间短可提高生产率，但换刀时间短，一般换刀装置结构复杂、故障率高、成本高，过分强调换刀时间会使价格大幅度提高并使故障率上升。据统计加工中心的故障中约有50%与ATC有关，因此在满足使用要求的前提下，尽量选用可靠性高的ATC，以降低故障率和整机成本。八、冷却装置选择冷却装置形式较多，部分带有全防护罩的加工中心配有大流量的淋浴式冷却装置，有的配有刀具内冷装置(通过主轴的刀具内冷方式或外接刀具内冷方式)，部分加工中心上述多种冷却方式均配置。精度较高、特殊材料或加工余量较大的零件，在加工过程中，必须充分冷却。否则，加工引起的热变形，将影响精度和生产效率。一般应根据工件、刀具及切削参数等实际情况进行选择。综合以上因素，机床选用型号MC-800H卧式加工中心，数控加工系统采用日本FANUC-OMC系统，机床的主要技术参数如下：工作台面积mm800×800行程mm1250/1000/850主轴转速rpm标准5000／特殊10000主轴直径mmØ110主轴孔锥度NT.50进给速度m/min20、20、18/10主轴电机kw22刀库容量40刀具选择方式固定刀柄型式BT50刀具长度mm550刀具重量kg25定位精度mm±0.004重复定位精度mm±0.002机床尺寸mm4165×6510×3530机器重量T234.1.3加工刀具的选择加工中心使用的刀具为刀具组件，由刀具和刀柄两部分组成。刀具部分和通用刀具一样，如铣刀、钻头、铰刀、镗刀等。正确地选择和使用刀具对保证零件加工质量有着极其重要的作用。加工中心成本昂贵，应注意选用高性能刀具，充分发挥机床的效率，降低加工成本，提高加工精度。加工中心主轴转速较普通机床高1-2倍，且主轴输出功率较大。因此数控机床用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具材料抗脆性要好，且有良好的断屑性能和可调易更换等特点。选择刀具材料时，一般尽可能选择硬质合金刀具，涂层刀具与立方氮化硼等刀具也广泛应用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。4.1.4走刀路线的选择走刀路线又称加工路线，是指数控机床、加工中心在加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹。走刀路线的确定非常重要，它与工件的加工精度和粗糙度直接相关。走刀路线一确定，零件加工程序中各程序段的先后顺序也就确定了。一、点位控制及孔系加工走刀路线对于点位控制机床，只要求定位精度高，定位过程快，刀具相对于零件的运动路线无关紧要。为了充分发挥加工中心的工作效率，走刀路线应力求最短。对于位置精度要求较高的孔系零件，精镗孔系时，特别要注意镗孔路线应与各孔的定位方向要一致。二、铣削平面的走刀路线对于凹形槽封闭轮廓类零件，为了保证铣削凹形侧面时能达到图样要求的表面粗糙度，应一次走刀连续加工而成。铣削外轮廓表面时铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以免加工表面留下刀痕。4.1.5工件的装夹与定位加工中心是现代自动化加工单元。正确的装夹工件，对充分发挥加工中心的高精度、高效率起着重要的作用。加工中心加工采取工序集中原则，工件一次装夹，可连续、自动的完成铣削、钻削、扩孔、铰孔、镗孔及攻螺纹等粗、精加工，因此，工件的装夹需满足多刀、多面加工的要求。一、夹具的选择在加工中心上，夹具的任务除了与普通机床夹具一样的定位、夹紧外，还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的原点。1）、夹具应具有高的刚度和高的定位精度。2）、为切削刀具运动留下足够的空间。3）、装卸方便快捷，辅助时间段。4）、保证工件的最小夹紧变形。5）、保证工件的定位精度。6）、注意机床主轴与工作台面之间的最小距离和刀具的装夹长度。7）、优先使用组合夹具或柔性夹具。二、夹紧与安装工件的夹紧对加工精度有很大的影响。在考虑夹紧方案时，夹紧力应力求靠近主要支撑点上，或在支撑点所在的三角内，并力求靠近切削部位及刚好的地方，避免夹紧力落在工件的中空区域，尽量不要在被加工孔的上方。同时，必须保证最小的夹紧力变形。加工中心上既有粗加工，又有精加工。零件在粗加工时，切削力大，需要大的夹紧力，精加工时为了保证加工精度，减少压紧力变形，需要小的夹紧力。另外还要考虑到各个夹紧部件不要与加工部位和所用的刀具发生干涉。三、确定工件在机床工作台上的最佳位置卧式加工中心加工工件时，由于要进行多工位加工，工作台需带着工件旋转，要考虑工件（包括夹具）在机床工作台上的最佳位置，该位置是在技术装备过程中根据机床，考虑各种干涉情况，优化匹配各部位刀具长度而确定的。因此，在进行多工位零件的加工时，应综合计算各工位的各加工表面到机床主轴端面的距离，一选择最佳的刀具长度，提高工艺系统的刚性，从而保证加工精度。4.2数控加工程序的编制数控程序的编制我采用计算机辅助编程软件MasterCAM，版本号为V9.0，在左牵引部箱体的主视图上选取了一些主要的行孔与槽进行数控镗削、钻削以及铣削加工。4.2.1编程坐标图图4-1编程坐标图以左侧耳环的中心为坐标原点进行数控程序的编制，底面焊工艺块为定位基准。4.2.2刀具卡片刀具卡片刀具号刀具类型补偿量备注说明T1镗刀H1367T2镗刀H2375T3镗刀H3422T4镗刀H4430T5铣刀H520T6麻花钻H610T7麻花钻H716T8麻花钻H820T9镗刀H968T10麻花钻H1038T11麻花钻H1130T12镗刀H1260T13镗刀H1362T14镗刀H1465T15镗刀H1570T16镗刀H1682T17镗刀H17904.2.3铣槽走刀路线图图4-2铣槽走刀路线图第五章工艺过程技术经济分析5.1项目的研究意义依靠科技进步，发展高产高效综采工作面关键技术与装备，走生产集约化，大幅度提高工作面单产，是当今世界各主要产煤国家发展煤炭工业，增产提效的主要途径。自八十年代以来，各主要采煤国家都在积极开发和应用新型高效、大功率、高可靠性的采煤机，并都取得了良好的效果。建设一批高产，高效的现代化矿区采煤机在我国综合机械化采煤技术中起主导作用，对我国煤炭产业经济的发展具有重要的现实意义，从而促进国民经济的发展和社会的稳定。5.2国内外的科技现状国外现状：为了提高工作面的单产，世界主要产煤国家的工作面主要设备之一采煤机，大多采用多电机驱动，截割电机横轴布置的大功率电牵引采煤机，集机电一体化，性能完善，可靠性高，装机功率大。世界上具有代表性的几家采煤机生产公司如美国的久益；日本的三井三池；德国的艾柯夫；英国的安德森等先后都推出了各种型号的适合中厚和厚煤层的采煤机，且性能日趋完善，装机功率越来越大，生产能力越来越强。但对于较薄煤层大功率采煤机的开发却很少。国内现状：我国薄煤层资源丰富，分布面广，而且煤质好。据统计全国薄煤层的储量占全部可采储量的21％。许多煤区有大量的解放层也急待开发。因此，搞好薄煤层采煤机械化，提高薄煤层的生产效率，已成为我国能源工业的重要任务。根据现状，我国的采煤机生产中，中厚和厚煤层采煤机的发展突飞猛进，日新月异，基本上达到了九十年代的国际先进水平。根据现在国内外采煤机发展趋势和用户的强烈要求，针对上述情况，需开发一种功率大、性能先进可靠性高的用于高档普采工作面，并兼顾综采的多电机横向布置，多点驱动的机内载电牵引采煤机，采高范围1.9～3.8米,机面高度在0.85米左右,最小过机间隙0.15米,最小过煤高度0.28米,煤质硬度在4左右，煤层倾角不大于40°。5.3经济效益与社会效益预算该型采煤机用于较薄煤层高档普采或综采工作面，而该种工作面大多为解放层。根据我国煤炭资源战略，节约煤炭资源，提高煤炭的回采率和煤炭质量，其社会效益是显而易见的。因此开发此采煤机市场前景非常广阔，无论对煤炭企业还是采煤机生产企业都具有很好的社会效益和经济效益。单位：万元年份项目20052006200720082009合计生产台数3510151548产值单价280280280280280总值840140028004200420013440利税利润（14%）117.61963925885881881.6税金（10%）841402804204201344总值201.6336672100810083225.65.4项目资金1）、总资金包括以下内容单位：万元（1）调研、咨询、协作费用10（2）攻关费用70（3）电机开发费用60（4）样机试制费用2×200=400（5）设备改造费用20（6）试验费用40（7）不可预见费用10总计6102）、年度资金使用预算2004年1602006年4505