【基于ProE軟件的機箱殼體數(shù)控加工系統(tǒng)設(shè)計13000字（論文）】

基于Pro/E軟件的機箱殼體數(shù)控加工系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u23718第一章引言 13885第二章系統(tǒng)開發(fā)工具及總體架構(gòu) 370942.1Pro/E三維設(shè)計軟件及二次開發(fā)介紹 3198822.2軟件開發(fā)工具C++Builder 495532.3虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)架構(gòu) 514663第三章箱體的工藝分析 7169833.1采煤機箱體的功用與結(jié)構(gòu)特點 7223343.2箱體加工工藝過程分析 8193173.2.1MG132/320-W牽引部箱體的工藝分析及工藝規(guī)程 8195833.2.2箱體加工誤差分析 103329第四章箱體數(shù)控加工工藝分析及程序的編制 13108874.1數(shù)控加工工藝分析 13304704.1.1牽引部箱體數(shù)控加工內(nèi)容 1371134.1.2數(shù)控機床的選擇 14251964.1.3加工刀具的選擇 18134844.1.4走刀路線的選擇 18155174.1.5工件的裝夾與定位 1954184.2數(shù)控加工程序的編制 20135914.2.1編程坐標圖 20103724.2.2刀具卡片 2194194.2.3銑槽走刀路線圖 2231679第五章工藝過程技術(shù)經(jīng)濟分析 23259155.1項目的研究意義 23104205.2國內(nèi)外的科技現(xiàn)狀 23157905.3經(jīng)濟效益與社會效益預(yù)算 247685.4項目資金 24325095.5項目承擔 25238325.6國產(chǎn)化程度 2527329第六章結(jié)論 2612102參考文獻 27第一章引言數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到一個國家的戰(zhàn)略地位。隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展和企業(yè)生產(chǎn)模式的深刻變化，制造業(yè)正逐漸向先進的智能化、信息化、集成化技術(shù)發(fā)展，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。我國的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)也得到了重大發(fā)展，并且相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也取得了比較大的進步。尤其是在計算機輔助數(shù)控領(lǐng)域，我國自己研制的數(shù)控工藝系統(tǒng)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平[1]。不過，現(xiàn)在仍然有許多問題存在于我國的虛擬數(shù)控加工技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，這些問題尤其是在前沿技術(shù)研究，技術(shù)轉(zhuǎn)型，技術(shù)市場化等方面更加顯著。在當今技術(shù)快速發(fā)展的背景下，如何快速有效的應(yīng)對這些問題并迅速加快數(shù)控加工相關(guān)方面的技術(shù)發(fā)展，使得數(shù)控加工技術(shù)等各方面在世界上處于領(lǐng)先地位是當前我們制造行業(yè)和數(shù)控加工技術(shù)研發(fā)部門迫在眉睫解決的問題。數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展使得加工制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了極大變化，并且隨著數(shù)控加工技術(shù)的快速發(fā)展越來越多的行業(yè)需要數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)控技術(shù)是指利用現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)控裝備的操作和生產(chǎn)加工控制的一種先進技術(shù)。數(shù)控設(shè)備是一種新型的區(qū)別于傳統(tǒng)加工設(shè)備的機電一體化裝備，這些新型的數(shù)控裝備包含了許多領(lǐng)域內(nèi)的最新技術(shù)，比如信息化處理，數(shù)字化制造，先進技術(shù)集成，工藝軟件系統(tǒng)等。對于生產(chǎn)制造部門越來越高的制造技術(shù)精度和制造質(zhì)量要求，過去的生產(chǎn)制造技術(shù)已經(jīng)顯現(xiàn)出不足，特別是產(chǎn)品制造與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的紐帶：制造工藝設(shè)計，制造工藝設(shè)計決定了制造產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)制造資源的優(yōu)化配置，生產(chǎn)成本，質(zhì)量，效率等方面。因此，怎樣利用計算機開發(fā)出一套高度智能化，自動化，信息化，集成化并且能夠最大限度提高工藝設(shè)計效率的虛擬數(shù)控加工工藝設(shè)計系統(tǒng)成為了當前制造工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展需求。在當前制造工業(yè)中，Pro/ENGINEER軟件得到了普遍使用，Pro/ENGINEER軟件強大的功能為企業(yè)從設(shè)計分析到加工制造成功的提供了一套完整的解決方案。一個能夠以Pro/ENGINEER為基礎(chǔ)、高度集成Pro/ENGINEER且充分利用Pro/ENGINEER模型中的特征信息進行工藝設(shè)計的虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)，必將加速企業(yè)工藝設(shè)計的信息化、集成化的進程，提高制造效率，優(yōu)化工藝設(shè)計質(zhì)量。我設(shè)計的是MG132/320—W型采煤機的牽引部箱體的加工工藝以及數(shù)控加工。工藝的創(chuàng)新之處是采用了數(shù)控機床替代傳統(tǒng)機床加工，加工中涉及到數(shù)控機床的選用、工藝分析、數(shù)控編程以及綠色生產(chǎn)等技術(shù)，希望能對采煤機的發(fā)展起到一定的作用。第二章系統(tǒng)開發(fā)工具及總體架構(gòu)2.1Pro/E三維設(shè)計軟件及二次開發(fā)介紹本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)是以C++Builder為開發(fā)環(huán)境，利用Pro/E軟件提供的Pro/TOOLKIT二次開發(fā)函數(shù)包，通過調(diào)用Pro/TOOLKIT中的底層開發(fā)函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，如系統(tǒng)中工藝特征數(shù)的建立、工藝模型的生成、數(shù)控加工走刀路徑的仿真播放等。Pro/Engineer操作軟件是一款由美國PTC公司研究開發(fā)的三維設(shè)計軟件。Pro/Engineer軟件最早使用了參數(shù)化設(shè)計技術(shù)從而使得本軟件在整個三維設(shè)計軟件領(lǐng)域中有著非常重要的地位。Pro/Engineer設(shè)計軟件在整個機械設(shè)計行業(yè)中樹立了新的標準并且被廣泛應(yīng)用推廣，其是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E軟件提供了強大的分析設(shè)計和制造功能，同時Pro/E軟件提供了多種二次開發(fā)工具以便用戶進行二次開發(fā)工作。Pro/E軟件主要有以下幾個二次開發(fā)工具包:用戶自定義特征(UDF)、J—Link、族表(FamilyTable)、Pro/PROGRAM和Pro/TOOLKIT等。具體介紹如下：1.用戶自定義特征(UDF)用戶自定義特征是指把多個系統(tǒng)特征集成融為一個整體特征從而便于調(diào)用和定義。用戶自定義特征(UDF)一般用于特定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使用本二次開發(fā)工具可以非常方便的基于結(jié)構(gòu)特征進行快速建模工作。2.J—Link是一個和Pro/TOOLKIT功能相像并能夠封裝Pro/E設(shè)計軟件的二次開發(fā)工具，本二次開發(fā)工具可以進行比較復(fù)雜的程序開發(fā)工作但是還是要比Pro/TOOLKIT二次開發(fā)工具落后一些，有待進一步的完善。3.族表(FamilyTable)族表是通過表格來進行模型驅(qū)動的，族表能夠?qū)Y(jié)構(gòu)相類似的產(chǎn)品零件尤其是標準產(chǎn)品零件進行方便的管理。在族表中輸入模型的各類參數(shù)如特征參數(shù)、尺寸參數(shù)和模型參數(shù)等的參數(shù)值便可以創(chuàng)建出新的產(chǎn)品模型。4.Pro/PROGRAM本二次開發(fā)工具操作簡單容易，其重點用于簡單程序的開發(fā)，由于本二次開發(fā)工具不能夠集成到Pro/E中并且也無法和外部數(shù)據(jù)庫直接相互連接，因此本二次開發(fā)工具只能用于簡單程序的開發(fā)而不能夠進行大型程序的開發(fā)。5.Pro/TOOLKIT二次開發(fā)工具包是Pro/E軟件的二次開發(fā)工具包，此二次開發(fā)函數(shù)包是基于C語言進行開發(fā)的，該二次開發(fā)函數(shù)包具有大量的Pro/E軟件底層開發(fā)資源函數(shù)，通過調(diào)用Pro/E二次開發(fā)函數(shù)包的這些底層函數(shù)可以開發(fā)出基于Pro/E軟件的各類應(yīng)用程序以滿足不同的用途，并且Pro/TOOLKIT二次開發(fā)工具有豐富的庫函數(shù)和強大的開發(fā)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)所有的二次開發(fā)功能要求。由上可知，Pro/TOOLKIT二次開發(fā)工具是最為理想的二次開發(fā)工具，所以本系統(tǒng)選擇Pro/TOOLKIT作為Pro/E的二次開發(fā)工具來開發(fā)本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)。2.2軟件開發(fā)工具C++BuilderC++Builder開發(fā)工具是由Borland公司研究開發(fā)的一款具有高性能、高集成性的可視化開發(fā)工具。C++Builder開發(fā)工具具有專業(yè)的C++開發(fā)功能比如：CPU透視、逐步連接、命令行工具以及靈活、高效、快速的編譯器優(yōu)化等。C++Builder開發(fā)工具能夠?qū)姶蠊δ艿腃++編程語言和可視化的編程環(huán)境進行完美融合。C++Builder充分利用已經(jīng)發(fā)展成熟的Delphi可視化組件庫(visualcomponentlibrary,VCL)吸收BorlandC++優(yōu)秀編譯器的諸多優(yōu)點，并吸收當前先進的組件化程序設(shè)計技術(shù)使C++Builder開發(fā)工具成為了當前比較成熟優(yōu)秀的可視化程序開發(fā)環(huán)境。其可以高效快速的進行應(yīng)用程序開發(fā)并且C++Builder開發(fā)工具在網(wǎng)絡(luò)開發(fā)和數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)用等方面也是非常理想優(yōu)秀的開發(fā)工具。C++Builder優(yōu)化的32位原碼（NativeCode）編譯器建立在Borland公司久經(jīng)考驗的編譯技術(shù)基礎(chǔ)之上，提供了高度安全性、可靠性、快速性的編譯優(yōu)化方法，完全編譯出原始機器碼而非中間碼，軟件執(zhí)行速度大大提高。在編譯和連接過程中，C++Builder自動忽略未被修改的原代碼和沒有使用的函數(shù)，從而大大提高了編譯和連接速度。C++Builder的CPU透視工具包括五個獨立的小面板，可以對正在運行程序從內(nèi)部進行深層次的了解。另外C++Builder還提供了一個專業(yè)開發(fā)環(huán)境所必需的命令行工具，以幫助建立C++程序或者準備編譯和連接的程序進行更精細的控制。C++Builder可以編譯所有符合ANSI/ISO標準的原代碼，支持最新ANSIC++/C語言特征：模板（Templates）、例外（Exceptions）、運行類型信息（RuntimeTypeInformation）、Namespaces等，另外它還可以使用標準C++庫且支持標準模板庫（STL），以前的所有C++/C原代碼可以不經(jīng)過修改，直接移植到C++Builder環(huán)境下來。C++Builder完全支持32位長文件名、多線程程序設(shè)計，且允許程序員直接調(diào)用任何Win95和NTAPI函數(shù)。C++Builder的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）提供了可視化窗體設(shè)計器、對象觀察器、控件板、工程管理器、集成編輯器和調(diào)試器等一系列可視化快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）工具，讓程序員可以很輕松地建立和管理自己的程序和資源。基于以上C++Builder開發(fā)工具的各種優(yōu)點，本系統(tǒng)選用了C++Builder開發(fā)工具來進行本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的開發(fā)工作。2.3虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)架構(gòu)本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)層、平臺層、支持層和應(yīng)用層共四層結(jié)構(gòu)組成：1.應(yīng)用層模塊應(yīng)用層模塊是虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的主要模塊，該模塊主要包含：讀取NC特征、建立NC工藝樹、NC工藝規(guī)程管理、數(shù)控工序編寫、數(shù)控工步編寫、NC加工演示播放、NC文件存儲、NC工藝輸出、NC工藝與普通工藝關(guān)聯(lián)。本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)通過應(yīng)用層來實現(xiàn)對數(shù)控加工工藝的設(shè)計，同時將最終的數(shù)控工藝關(guān)聯(lián)到三維設(shè)計系統(tǒng)中，實現(xiàn)普通加工工藝和數(shù)控加工工藝的有效結(jié)合。2.支持層模塊支持層模塊與平臺層模塊之間相對應(yīng)，本模塊包括與平臺層模塊中三維工藝設(shè)計系統(tǒng)和二維工藝設(shè)計系統(tǒng)相對應(yīng)的工藝樹參數(shù)配置、三維模型信息管理、NC文件管理、NC工藝模板定義及與平臺層模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Pro/E相對應(yīng)的NC特征管理、三維工藝資源、NC加工仿真、工藝資源管理等。3.平臺層模塊平臺層模塊包括三維工藝設(shè)計軟件、結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Pro/E和二維工藝設(shè)計軟件。由于本系統(tǒng)是基于Pro/E軟件的數(shù)控工藝設(shè)計工具，其必須有一定的三維平臺作為基礎(chǔ)，且本設(shè)計系統(tǒng)以Pro/E軟件作為三維設(shè)計平臺。本系統(tǒng)是對三維工藝設(shè)計系統(tǒng)的繼承和完善，其需要實現(xiàn)與平臺層三維工藝設(shè)計系統(tǒng)軟件相結(jié)合。4.數(shù)據(jù)層模塊數(shù)據(jù)層模塊是數(shù)據(jù)信息存儲層，本模塊主要包括Pro/E三維制造模型數(shù)據(jù)信息、三維工藝設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、二維工藝設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫等。本系統(tǒng)的四層結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用層模塊和數(shù)據(jù)層模塊是本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的核心部分，同時這兩個模塊也是本虛擬數(shù)控加工工藝系統(tǒng)重點的研究對象。第三章箱體的工藝分析3.1采煤機箱體的功用與結(jié)構(gòu)特點箱體是部件和組件的基礎(chǔ)零件，它把許多的零件連接成一體，使各個零件之間具有確定的相對位置和相對運動關(guān)系，這就組成了具有一定功能的箱體部件，如機床主軸箱部件，各類減速器部件等。箱體零件的結(jié)構(gòu)形式和加工質(zhì)量對于整個機器的使用性能，如振動、噪聲、發(fā)熱、壽命、效率、工作精度等都要很大的影響，所以對于箱體零件的設(shè)計和制造，人們總是給予很高的重視。箱體的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：一種是整體式的，如機床主軸箱箱體，另一種是剖分式的，如各類減速箱箱體。箱體零件的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜。殼臂較薄，內(nèi)部成腔形。箱體上的外臂和內(nèi)腔常常設(shè)置加強筋和隔板，以便增強剛度和改善散熱條件。箱體零件一般具有精度要求較高的平行孔等加工表面。礦井用箱體零件的特點：由于井下空間小，箱體工作載荷大，工作條件差，并常有煤塊，巖石撞擊等，因而要求箱體的尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，并具有足夠的強度。所以一般都采用鑄鋼件或球墨鑄鐵件作為井下箱體零件材料。同鑄鐵相比，鑄鋼的鑄造性能和加工性能較差。由于井下煤塵和瓦斯的存在，井下工作機械的防爆面必須具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。具體要求為：不動防爆面的表面粗糙度Ra值應(yīng)小于5um，活動防爆面的表面粗糙度Ra值應(yīng)小于2.5um；防爆面要有足夠的接觸長度和較小的配合間隙；防爆腔必須做水壓實驗，確保在8個大氣壓的條件下持續(xù)一分鐘不致發(fā)生滲漏。防爆面上的氣孔和砂眼要進行焊接和填補。3.2箱體加工工藝過程分析3.2.1MG132/320-W牽引部箱體的工藝分析及工藝規(guī)程一、零件圖樣分析由于牽引部箱體的技術(shù)要求較高，故加工時應(yīng)分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。但因為該零件剛性好，不易變形，所以劃分加工階段不宜過細。擬定加工過程時應(yīng)遵循以下原則：1、先面后孔的加工原則。因為箱體的孔比平面難加工，先以孔為粗基準加工平面，再以平面為精基準加工孔，不僅為孔的加工提供了穩(wěn)定可靠的精基準，使孔的加工余量均勻；而且由于箱體上的孔大部分都分布在箱體平面上，先加工平面，去除了鑄件表面的凹凸不平和夾砂等缺陷，對孔的加工比較有利（特別是鉆孔時不易使軸線偏斜），便于切削、避免刀具破損和調(diào)整刀具等。2、粗精加工分開原則。由于箱體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要加工表面的精度高，粗精加工分開進行，可以消除由粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力、切削力、夾緊力和切削液對加工精度的影響，有利于保證箱體的加工精度。根據(jù)粗、精加工的不同要求合理的選用設(shè)備，有利于提高生產(chǎn)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運安裝時被破壞。3、妥善安排熱處理工序。一般情況下，鑄造后進行時效處理，以便減少鑄造內(nèi)應(yīng)力，改變金相組織、軟化表層金屬，改善材料的加工性能，減少變形，保證加工精度的穩(wěn)定性。對于精度要求較高或壁薄而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體，在粗加工后進行一次人工時效處理，以消除粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力，以確保箱體加工精度的穩(wěn)定性。二、牽引部箱體機械加工工藝過程卡片（見附錄3）卡片上詳細寫出牽引部箱體的加工工藝規(guī)程，加工時按照卡片上的工序加工，嚴格保證加工精度。三、牽引部箱體的工藝分析1）鑄件必須進行時效處理，以消除應(yīng)力。有條件時應(yīng)在露天放一年以上再加工。2）為了保證加工精度應(yīng)使定位基準統(tǒng)一，該零件的主要定位基準集中在底面上。3）鏜孔時，在可能的條件下盡量采用“支撐鏜削”方法，以增加鏜桿的剛性，提高加工精度。對直徑較小的孔，應(yīng)采用鉆、擴、鉸加工方法。為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導(dǎo)向套再加工其他孔的方法。4）為了提高孔的加工精度，應(yīng)將粗鏜、半精鏜和精鏜分開進行。5）鑄造時一般Φ50mm以下的孔不鑄出。6）孔的尺寸精度檢驗，使用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑百分表進行測量。軸內(nèi)孔之間距離的測量可以通過孔與孔之間壁厚進行間接測量。7）同一軸線上的孔的同軸度，可采用檢驗心軸進行檢驗。8）各軸孔的軸線之間的平行度，以及軸孔的軸線與基準面的平行度，均應(yīng)通過檢驗心軸進行測量。9）數(shù)控加工時各孔的正確位置是靠手動控制坐標來完成的，為更好地保證加工質(zhì)量，單件小批量生產(chǎn)時也可采用組合夾具鏜模進行加工；批量較大時，應(yīng)采用專用鏜模進行加工。10）非加工表面進行噴丸處理。11）齒輪腔涂磷化底漆，其他表面涂防銹漆。四、定位基準的選擇由于牽引部箱體的加工主要屬于孔系加工，所以對精度要求比較高，一定要選擇好定位基準。我選擇的是以底面焊好工藝塊為基準來進行定位與裝夾。1、精基準的選擇精基準的選擇主要與加工表面的精度要求有密切關(guān)系。選擇精基準時，應(yīng)首先考慮“基準統(tǒng)一”原則，所選的精基準最好是裝配基準（或設(shè)計基準），以避免基準不重合而產(chǎn)生基準不重合誤差。此外，精基準還應(yīng)保證主要加工表面的加工余量均勻，具有較大的支撐面，使定位和夾緊可靠。2、粗基準的選擇選擇粗基準主要考慮加工表面與不加工表面之間的相互位置關(guān)系以及加工表面的余量均勻性問題。一般選擇箱體上較為重要的毛坯作為粗基準。在單件小批量生產(chǎn)中加工粗基準時，可采用劃線找正的方法。劃線時，要核對箱體內(nèi)各零件與箱壁見的尺寸，保證有足夠的間隙，以免零件之間相互干涉。采用劃線找正法，可減少專用夾具，縮短生產(chǎn)準備時間，但加工精度較低，對刀調(diào)整時間長，生產(chǎn)率低。在大批量生產(chǎn)中，一般采用專用夾具加工。以保證主要孔加工余量均勻和減少輔助工時，提高生產(chǎn)率。3.2.2箱體加工誤差分析一、平面加工中的誤差分析箱體零件的結(jié)合面，定位面等是具有較高平面度要求的加工面，經(jīng)常出現(xiàn)平面度誤差。以端面銑削為例，歸納起來有下列幾種原因。1）、端銑時銑床主軸線同走刀方向的垂直度誤差。2）、夾緊力的位置和大小的影響。3）、切削力造成的變形。4）、內(nèi)應(yīng)力的影響。5）、切削熱的影響。6）、機床本身的靜誤差。二、孔系加工中的誤差分析1）、桿、導(dǎo)套的靜誤差若鏜桿和導(dǎo)向套間存在間隙，在切削力和鏜桿重力的共同作用下，鏜桿和回轉(zhuǎn)軸線將是不固定的。2）、軸線位置的靜誤差若鏜床主軸回轉(zhuǎn)軸線同工作臺進給方向有平行度誤差，則加工孔在垂直于主軸回轉(zhuǎn)軸線的截面內(nèi)真圓，在垂直于工作臺進給方向截面內(nèi)橢圓，不過橢圓度甚小。3）、桿的彈性變形在懸臂鏜削時，作用于鏜桿上的力有軸向切削力4）、主軸彈性變形機床主軸的受力變形由重力、切削力和傳動引起的。傳動力的方向是不變的，而切削力的方向在時時改變因而它們合力的大小和方向也在時時變化，加之軸承各點剛度不等會引起回轉(zhuǎn)軸線變化，從而造成內(nèi)孔表面的圓度誤差。5）、受力點位置變化影響進給方式不同會影響鏜桿的受力點位置。因鏜桿懸伸長度不變，所以工件孔中心線直線度很好，孔徑減少到較少。鏜桿送進的懸臂鏜削，因鏜桿懸伸長度不斷變化，在可加工長孔時會產(chǎn)生圓度誤差，加工多段同軸孔時會產(chǎn)生同軸度誤差。所以在對形狀精度要求較高的場合，總是優(yōu)先考慮工作臺面進給方式。6）、工件的夾緊變形由于夾緊力過大或過于集中，夾緊位置不當?shù)榷伎赡茉斐蓨A緊變形而影響孔的幾何形狀精度。夾緊力過大，加工后內(nèi)孔成為橢圓。將集中載荷改為分布載荷，或減小精加工夾緊力等，上述變形可以避免。三、毛坯材料硬度不均和余量不均的影響1）、力的影響相臨的孔由于收縮不同步切削處理后的內(nèi)應(yīng)力重新分布，便造成孔的圓度誤差。為此，毛坯需要很好的時效處理。2）、工藝系統(tǒng)熱變形的影響熱變形會造成機床上主軸軸線傾斜，這時如采用工件進給就會出現(xiàn)孔的圓度誤差。由于孔壁厚度不均在切削力作用下，薄處溫度高，變形大，厚處溫度低，變形小，若粗精加工連續(xù)進行，將會使薄處少切，厚處多切，冷卻后便造成圓度誤差。采用粗精加工分開和充分冷卻可以有效的消除這項誤差。第四章箱體數(shù)控加工工藝分析及程序的編制4.1數(shù)控加工工藝分析4.1.1牽引部箱體數(shù)控加工內(nèi)容我主要選擇了牽引部箱體上的一些主要行孔進行數(shù)控加工：1）、用367mm的鏜刀粗鏜375孔2）、用375mm的鏜刀精鏜375孔3）、用422mm的鏜刀粗鏜430孔4）、用430mm的鏜刀精鏜430孔5）、用20mm的銑刀銑120X100的槽6）、用10mm的麻花鉆鉆12-M12底孔7）、用16mm的麻花鉆鉆4-16孔8）、用20mm的麻花鉆鉆10-M24底孔9）、用68mm的鏜刀粗鏜5-68孔10）、用38mm的麻花鉆鉆5-32透孔11）、用30mm的麻花鉆鉆M36底孔12）、用60mm的鏜刀粗鏜60孔13）、用62mm的鏜刀粗鏜65孔14）、用65mm的鏜刀精鏜65孔15）、用62mm的鏜刀粗鏜70孔16）、用70mm的鏜刀精鏜70孔17）、用82mm的鏜刀粗鏜90孔18）、用90mm的鏜刀精鏜90孔4.1.2數(shù)控機床的選擇本次設(shè)計所加工的零件是采煤機左牽引部箱體，加工工位較多，需工作臺多次旋轉(zhuǎn)才能完成加工零件，初步選擇為臥式鏜銑類加工中心。一、類型選擇考慮加工工藝、設(shè)備的最佳加工對象、范圍和價格等因素，根據(jù)所選零件進行選擇。如，加工兩面以上的工件或在四周呈徑向輻射狀排列的孔系、面的加工，如各種箱體，應(yīng)選臥式加工中心；單面加工的工件，如各種板類零件等，宜選立式加工中心；加工復(fù)雜曲面時，如導(dǎo)風輪、發(fā)動機上的整體葉輪等，可選五軸加工中心；工件的位置精度要求較高，采用臥式加工中心。在一次裝夾中需完成多面加工時，可選擇五面加工中心；當工件尺寸較大時，如機床床身、立柱等，可選龍門式加工中心。當然上述各點不是絕對的，特別是數(shù)控機床正朝著復(fù)合化方向發(fā)展，最終還是要在工藝要求和資金平衡的條件下做出決定。二、參數(shù)選擇加工中心最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件族的典型零件進行選擇。1）工作臺尺寸這是加工中心的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時應(yīng)考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。2）坐標軸的行程最基本的坐標軸是X、Y、Z，其行程和工作臺尺寸有相應(yīng)的比例關(guān)系。工作臺的尺寸基本上決定了加工空間的大小。如個別工件的尺寸大于機床坐標行程，則必須要求工件的加工區(qū)處在機床的行程范圍之內(nèi)。3）主軸電動機功率與轉(zhuǎn)矩它反映了數(shù)控機床的切削效率，也從一個側(cè)面反映了機床的剛性。同一規(guī)格的不同機床，電動機功率可以相差很大。應(yīng)根據(jù)工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等進行綜合考慮。4）主軸轉(zhuǎn)速與進給速度需要高速切削或超低速切削時，應(yīng)關(guān)注主軸的轉(zhuǎn)速范圍。特別是高速切削時，既要有高的主軸轉(zhuǎn)速，還要具備與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的進給速度精度選擇三、精度選擇機床的精度等級主要根據(jù)典型零件關(guān)鍵部位精度來確定。主要是定位精度、重復(fù)定位精度、銑圓精度。數(shù)控精度通常用定位精度和重復(fù)定位精度來衡量，特別是重復(fù)定位精度，它反映了坐標軸的定位穩(wěn)定性，是衡量該軸是否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。銑圓精度是綜合評價數(shù)控機床有關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的主要指標之一。一些大孔和大圓弧可以采用圓弧插補用立銑刀銑削，不論典型工件是否有此需要，為了將來可能的需要及更好地控制精度，必須重視這一指標。數(shù)控精度對加工質(zhì)量有舉足輕重的影響，同時要注意加工精度與機床精度是兩個不同的概念。將生產(chǎn)廠樣本上或產(chǎn)品合格證上的位置精度當作機床的加工精度是錯誤的。樣本或合格證上標明的位置精度是機床本身的精度，而加工精度是包括機床本身所允許誤差在內(nèi)的整個工藝系統(tǒng)各種因素所產(chǎn)生的誤差總和。整個工藝系統(tǒng)的誤差，原因是很復(fù)雜的，很難用線性關(guān)系定量表達。在選型時，可參考工序能力kp的評定方法作為精度的選型依據(jù)。一般說來，計算結(jié)果應(yīng)大于1.33。四、機床的剛度選擇剛度直接影響到生產(chǎn)率和加工精度。加工中心的加工速度大大高于普通機床，電動機功率也高于同規(guī)格的普通機床，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度也遠高于普通機床。剛性是機床質(zhì)量的一個重要特征，但對選型而言，由用戶對所選機床進行剛性評價尚無可借鑒的標準。實際上用戶在選型時，綜合自己的使用要求，對機床主參數(shù)和精度的選擇都包含了對機床剛性要求的含義。訂貨時可按工藝要求、允許的扭矩、功率、軸力和進給力最大值，根據(jù)制造商提供的數(shù)值進行驗算。用于難切削材料加工的機床，應(yīng)對剛性予以特殊關(guān)注。這時為了獲得機床的高剛性，往往不局限于零件尺寸，而選用相對零件尺寸大1至2個規(guī)格的機床。五、數(shù)控系統(tǒng)選擇數(shù)控功能分為基本功能與選擇功能，可以從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測與測量、用戶功能、操作方式、接口形式和診斷等方面去衡量。基本功能是必然提供的，而選擇功能只有當用戶選擇了這些功能后，廠家才會提供，需另行加價，且定價一般較高。對數(shù)控系統(tǒng)的功能一定要根據(jù)機床的性能需要來選擇，訂購時既要把需要的功能訂全，不能遺漏，同時避免使用率不高造成浪費，還需注意各功能之間的關(guān)聯(lián)性。在可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)中，性能高低差別很大，價格也可相差數(shù)倍。應(yīng)根據(jù)需要選擇，不能片面追求高指標，以免造成浪費。多臺機床選型時，盡可能選用同一廠家的數(shù)控系統(tǒng)，這樣操作、編程、維修都比較方便。同時要注意，再好的系統(tǒng)，必須要有機床可靠的零件質(zhì)量和裝配質(zhì)量支持，才能發(fā)揮效能。六、工作臺功能選擇臥式加工中心有回轉(zhuǎn)工作臺。回轉(zhuǎn)工作臺有兩種，用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺的分度定位間距有一定的限制，而且工作臺只起分度與定位作用，在回轉(zhuǎn)過程中不能參與切削。分度角有：0.5°times;720、5°times;72、3°times;120和1°times;360等，須根據(jù)具體工件的加工要求選擇。數(shù)控轉(zhuǎn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)任意分度，作為B軸與其它軸聯(lián)動控制。但必須根據(jù)實際需要確定，以經(jīng)濟、實用為目的。七、自動換刀裝置(ATC)和刀庫容量選擇ATC的工作質(zhì)量和刀庫容量直接影響機床的使用性能、質(zhì)量及價格。刀庫容量以滿足一個復(fù)雜加工零件對刀具的需要為原則。應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析算出加工零件所需的全部刀具數(shù)，由此來選擇刀庫容量。當要求的數(shù)量太大時，可適當分解工序，將一個工件分解為兩個、三個工序加工，以減小刀庫容量。同時要關(guān)注最大刀具尺寸、最大刀具重量。ATC的選擇主要考慮換刀時間與可靠性。換刀時間短可提高生產(chǎn)率，但換刀時間短，一般換刀裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、成本高，過分強調(diào)換刀時間會使價格大幅度提高并使故障率上升。據(jù)統(tǒng)計加工中心的故障中約有50%與ATC有關(guān)，因此在滿足使用要求的前提下，盡量選用可靠性高的ATC，以降低故障率和整機成本。八、冷卻裝置選擇冷卻裝置形式較多，部分帶有全防護罩的加工中心配有大流量的淋浴式冷卻裝置，有的配有刀具內(nèi)冷裝置(通過主軸的刀具內(nèi)冷方式或外接刀具內(nèi)冷方式)，部分加工中心上述多種冷卻方式均配置。精度較高、特殊材料或加工余量較大的零件，在加工過程中，必須充分冷卻。否則，加工引起的熱變形，將影響精度和生產(chǎn)效率。一般應(yīng)根據(jù)工件、刀具及切削參數(shù)等實際情況進行選擇。綜合以上因素，機床選用型號MC-800H臥式加工中心，數(shù)控加工系統(tǒng)采用日本FANUC-OMC系統(tǒng)，機床的主要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺面積mm800×800行程mm1250/1000/850主軸轉(zhuǎn)速rpm標準5000／特殊10000主軸直徑mm?110主軸孔錐度NT.50進給速度m/min20、20、18/10主軸電機kw22刀庫容量40刀具選擇方式固定刀柄型式BT50刀具長度mm550刀具重量kg25定位精度mm±0.004重復(fù)定位精度mm±0.002機床尺寸mm4165×6510×3530機器重量T234.1.3加工刀具的選擇加工中心使用的刀具為刀具組件，由刀具和刀柄兩部分組成。刀具部分和通用刀具一樣，如銑刀、鉆頭、鉸刀、鏜刀等。正確地選擇和使用刀具對保證零件加工質(zhì)量有著極其重要的作用。加工中心成本昂貴，應(yīng)注意選用高性能刀具，充分發(fā)揮機床的效率，降低加工成本，提高加工精度。加工中心主軸轉(zhuǎn)速較普通機床高1-2倍，且主軸輸出功率較大。因此數(shù)控機床用刀具應(yīng)具有較高的耐用度和剛度，刀具材料抗脆性要好，且有良好的斷屑性能和可調(diào)易更換等特點。選擇刀具材料時，一般盡可能選擇硬質(zhì)合金刀具，涂層刀具與立方氮化硼等刀具也廣泛應(yīng)用于加工中心，陶瓷刀具與金剛石刀具也開始在加工中心上運用。4.1.4走刀路線的選擇走刀路線又稱加工路線，是指數(shù)控機床、加工中心在加工過程中刀具相對于工件的運動軌跡。走刀路線的確定非常重要，它與工件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。走刀路線一確定，零件加工程序中各程序段的先后順序也就確定了。一、點位控制及孔系加工走刀路線對于點位控制機床，只要求定位精度高，定位過程快，刀具相對于零件的運動路線無關(guān)緊要。為了充分發(fā)揮加工中心的工作效率，走刀路線應(yīng)力求最短。對于位置精度要求較高的孔系零件，精鏜孔系時，特別要注意鏜孔路線應(yīng)與各孔的定位方向要一致。二、銑削平面的走刀路線對于凹形槽封閉輪廓類零件，為了保證銑削凹形側(cè)面時能達到圖樣要求的表面粗糙度，應(yīng)一次走刀連續(xù)加工而成。銑削外輪廓表面時銑刀的切入和切出點應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長線切向切入和切出零件表面，而不應(yīng)沿法向直接切入零件，以免加工表面留下刀痕。4.1.5工件的裝夾與定位加工中心是現(xiàn)代自動化加工單元。正確的裝夾工件，對充分發(fā)揮加工中心的高精度、高效率起著重要的作用。加工中心加工采取工序集中原則，工件一次裝夾，可連續(xù)、自動的完成銑削、鉆削、擴孔、鉸孔、鏜孔及攻螺紋等粗、精加工，因此，工件的裝夾需滿足多刀、多面加工的要求。一、夾具的選擇在加工中心上，夾具的任務(wù)除了與普通機床夾具一樣的定位、夾緊外，還要以各個方向的定位面為參考基準，確定工件編程的原點。1）、夾具應(yīng)具有高的剛度和高的定位精度。2）、為切削刀具運動留下足夠的空間。3）、裝卸方便快捷，輔助時間段。4）、保證工件的最小夾緊變形。5）、保證工件的定位精度。6）、注意機床主軸與工作臺面之間的最小距離和刀具的裝夾長度。7）、優(yōu)先使用組合夾具或柔性夾具。二、夾緊與安裝工件的夾緊對加工精度有很大的影響。在考慮夾緊方案時，夾緊力應(yīng)力求靠近主要支撐點上，或在支撐點所在的三角內(nèi)，并力求靠近切削部位及剛好的地方，避免夾緊力落在工件的中空區(qū)域，盡量不要在被加工孔的上方。同時，必須保證最小的夾緊力變形。加工中心上既有粗加工，又有精加工。零件在粗加工時，切削力大，需要大的夾緊力，精加工時為了保證加工精度，減少壓緊力變形，需要小的夾緊力。另外還要考慮到各個夾緊部件不要與加工部位和所用的刀具發(fā)生干涉。三、確定工件在機床工作臺上的最佳位置臥式加工中心加工工件時，由于要進行多工位加工，工作臺需帶著工件旋轉(zhuǎn)，要考慮工件（包括夾具）在機床工作臺上的最佳位置，該位置是在技術(shù)裝備過程中根據(jù)機床，考慮各種干涉情況，優(yōu)化匹配各部位刀具長度而確定的。因此，在進行多工位零件的加工時，應(yīng)綜合計算各工位的各加工表面到機床主軸端面的距離，一選擇最佳的刀具長度，提高工藝系統(tǒng)的剛性，從而保證加工精度。4.2數(shù)控加工程序的編制數(shù)控程序的編制我采用計算機輔助編程軟件MasterCAM，版本號為V9.0，在左牽引部箱體的主視圖上選取了一些主要的行孔與槽進行數(shù)控鏜削、鉆削以及銑削加工。4.2.1編程坐標圖圖4-1編程坐標圖以左側(cè)耳環(huán)的中心為坐標原點進行數(shù)控程序的編制，底面焊工藝塊為定位基準。4.2.2刀具卡片刀具卡片刀具號刀具類型補償量備注說明T1鏜刀H1367T2鏜刀H2375T3鏜刀H3422T4鏜刀H4430T5銑刀H520T6麻花鉆H610T7麻花鉆H716T8麻花鉆H820T9鏜刀H968T10麻花鉆H1038T11麻花鉆H1130T12鏜刀H1260T13鏜刀H1362T14鏜刀H1465T15鏜刀H1570T16鏜刀H1682T17鏜刀H17904.2.3銑槽走刀路線圖圖4-2銑槽走刀路線圖第五章工藝過程技術(shù)經(jīng)濟分析5.1項目的研究意義依靠科技進步，發(fā)展高產(chǎn)高效綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)與裝備，走生產(chǎn)集約化，大幅度提高工作面單產(chǎn)，是當今世界各主要產(chǎn)煤國家發(fā)展煤炭工業(yè)，增產(chǎn)提效的主要途徑。自八十年代以來，各主要采煤國家都在積極開發(fā)和應(yīng)用新型高效、大功率、高可靠性的采煤機，并都取得了良好的效果。建設(shè)一批高產(chǎn)，高效的現(xiàn)代化礦區(qū)采煤機在我國綜合機械化采煤技術(shù)中起主導(dǎo)作用，對我國煤炭產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，從而促進國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會的穩(wěn)定。5.2國內(nèi)外的科技現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀：為了提高工作面的單產(chǎn)，世界主要產(chǎn)煤國家的工作面主要設(shè)備之一采煤機，大多采用多電機驅(qū)動，截割電機橫軸布置的大功率電牽引采煤機，集機電一體化，性能完善，可靠性高，裝機功率大。世界上具有代表性的幾家采煤機生產(chǎn)公司如美國的久益；日本的三井三池；德國的艾柯夫；英國的安德森等先后都推出了各種型號的適合中厚和厚煤層的采煤機，且性能日趨完善，裝機功率越來越大，生產(chǎn)能力越來越強。但對于較薄煤層大功率采煤機的開發(fā)卻很少。國內(nèi)現(xiàn)狀：我國薄煤層資源豐富，分布面廣，而且煤質(zhì)好。據(jù)統(tǒng)計全國薄煤層的儲量占全部可采儲量的21％。許多煤區(qū)有大量的解放層也急待開發(fā)。因此，搞好薄煤層采煤機械化，提高薄煤層的生產(chǎn)效率，已成為我國能源工業(yè)的重要任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)狀，我國的采煤機生產(chǎn)中，中厚和厚煤層采煤機的發(fā)展突飛猛進，日新月異，基本上達到了九十年代的國際先進水平。根據(jù)現(xiàn)在國內(nèi)外采煤機發(fā)展趨勢和用戶的強烈要求，針對上述情況，需開發(fā)一種功率大、性能先進可靠性高的用于高檔普采工作面，并兼顧綜采的多電機橫向布置，多點驅(qū)動的機內(nèi)載電牽引采煤機，采高范圍1.9～3.8米,機面高度在0.85米左右,最小過機間隙0.15米,最小過煤高度0.28米,煤質(zhì)硬度在4左右，煤層傾角不大于40°。5.3經(jīng)濟效益與社會效益預(yù)算該型采煤機用于較薄煤層高檔普采或綜采工作面，而該種工作面大多為解放層。根據(jù)我國煤炭資源戰(zhàn)略，節(jié)約煤炭資源，提高煤炭的回采率和煤炭質(zhì)量，其社會效益是顯而易見的。因此開發(fā)此采煤機市場前景非常廣闊，無論對煤炭企業(yè)還是采煤機生產(chǎn)企業(yè)都具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。單位：萬元年份項目20052006200720082009合計生產(chǎn)臺數(shù)3510151548產(chǎn)值單價280280280280280總值840140028004200420013440利稅利潤（14%）117.61963925885881881.6稅金（10%）841402804204201344總值201.6336672100810083225.65.4項目資金1）、總資金包括以下內(nèi)容單位：萬元（1）調(diào)研、咨詢、協(xié)作費用10（2）攻關(guān)費用70（3）電機開發(fā)費用60（4）樣機試制費用2×200=400（5）設(shè)備改造費用20（6）試驗費用40（7）不可預(yù)見費用10總計6102）、年度資金使用預(yù)算2004年1602006年4505