中北大学2009届毕业设计说明书

据美国权威咨询机构ARC分析, 中国NC机床的需求开始趋向高速度、高精度和高效率，因此中国对中档NC系统的需求将有较快地增长。 1.5.1 中高档NC系统

武汉华中数控股份有限公司(以下简称华中数控)、北京航天数控系统有限公司(以下简称航天数控)、北京机电院高技术股份有限公司和上海电气(集团)总公司等已成功开发了五轴联动的NC系统，分别应用于NC加工中心、NC龙门铣床和NC铣床。近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中NC系统，成功开发了CKX5680NC七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要NC系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控设备有限公司(以下简称广州数控)和上海开通数控设备有限公司(以下简称开通数控)等。 1.5.2 数字化交流伺服驱动系统

国内的产品也有了很大的发展，已能满足一般的应用,并能与进口产品竞争，占领了国内大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、航天数控、广州数控和开通数控等。

华中数控开发了具有自主知识产权的华中“世纪星”高、中、低端系列数控系统产品，主要有HNC221/22、18、19和210系列NC系统。其中210系列数控系统采用了先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC,配置有工业以太网通讯接口。华中数控还生产了HSV216、18、160和162型全数字交流伺服驱动系统。其中HSV-16型应用了双智能功率模块(Intelligent Power Module,IPM)，年销售近万台套,为国内数十家著名主机厂提供了批量配套，又开发了具有自主知识产权的GK6和GK7系列交流永磁伺服电机和GM7系列交流伺服主轴电机，并实现了产业化。

广州数控开发了钻铣床、车床、加工中心的NC系统等产品14种，其中主要有: GSK983M2S/V加工中心NC系统，属中高档NC系统。该系统采用了多个高速微处理器，具有丰富的CNC功能和高速PLC功能，采用高速高精度的伺服系统，可实现四轴四联动的闭环控制，控制速度达到?m级。GSK218M加工中心NC系统采用了32位高性能的CPU和超大规模可编程器件FPGA，通过实时控制和硬件插补技术保证了系统um级精度下的高效率，可在线编程的PLC使系统功能更加灵活强大。DA01B、DA98A全数字交流伺服驱动系统，其中DA98A伺服驱动系统采用DSP和优化PID算法，并使用了IPM模块，使系统提高了位置和速度控制的准确性和快速性。目前，公司已投资3.4亿元，到2010年

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NC系统年产量将达到8.8万套，位列世界同行前三名。伺服系统年产达到20万台，产品性能达到世界先进水平。

大连高金数控集团已成功开发了3000MW五轴联动数控系统，并小批量进入市场。除伺服驱动系统外，还提供主轴伺服驱动系统，其主轴电机已拥有7.5kW、11kW、15kW3种常用规格的产品，主轴的最高转速可达12000r/min。

国内各NC系统制造商正在研发基于总线技术的中高档NC系统，华中数控在北京国际机床展上展出了基于工业以太网技术的交流伺服驱动系统，开通数控和上海交通大学联合研发的基于工业以太网技术的嵌入式NC系统也已小批量生产。

然而，由于我国数控软硬件研究开发的基础较差,技术积累较少，研发队伍的实力较弱,研发的投入力度不够，因此国产中高档NC系统在性能、功能和可靠性方面与国外仍存在较大差距。为此需要政府、院所高校和制造商共同努力，以推进我国中高档NC系统的发展。

1.6 本课题研究的意义

它要求学生在完成毕业课程设计的基础上综合应用机械制图，机械制造工艺学，编程，机械设计及计算机辅助设计等相关课程所学的知识，培养一定的工艺编制和工装设计能力，为以后从事工艺设计等相关的工作打下良好的基础。 1.7 本课题的内容安排

本设计的流程：工艺分析——造型——手动编程——仿真

工艺分析：包括零件图的分析、机床的选择、工艺路线的安排、刀具的选择、切削用量的计算等步骤。

造型：是对零件的一个总体分析，在造型前必须对零件的形状、尺寸、表面粗糙度等一系列数据进行分析，是工艺的前提。

仿真：是对零件实际加工的模拟，是对零件走刀路线的进一步验证。

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2 零件图工艺分析

图2.1 心轴零件

2.1 零件图分析

如图2.1为心轴零件图，该零件的轮廓描述清楚，尺寸标注完整。

材料为45钢，45#是优质碳素结构钢 ，45#含碳量0.45％。45#弹性模量取E=210Mpa,抗拉强度取600Mpa ,屈服强度取355Mpa, 45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好,45钢可以淬硬至HRC42-46。所以如果需要表面硬度,又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

45＃钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。

因为该零件为心轴零件，它属于轴类零件，所以选择45号钢比较好。

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该零件比较复杂，加工部位较多，可以采用多把刀具来完成加工。 2.2 毛坯的选用

毛坯选?75㎜×130㎜45号钢的棒料。 2.3 数控机床的选择

2.3.1 适合在数控车床上加工的零件

（1）轮廓形状特别复杂或难以控制的回转体零件。因车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能，故能车削由任意直线和平面曲线轮廓组成的形状复杂的回转体零件； （2）精度要求高的零件；

（3）带特殊螺纹的回转体零件，这些零件是指大螺距（或导程）、变（增/减）螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺纹面之间作平滑过渡的螺纹零件，以及高精度的模数螺纹零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺纹零件等；

（4）淬硬工件的加工。在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件，这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，因此，可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。 2.3.2 适合在数控铣床上加工的零件 （1）平面类零件；

（2）变斜角类零件,加工面与水平面呈连续变化的零件称为变斜角类零件；

（3）空间曲面类零件，加工面为空间曲面（立体类）的零件称为曲面类零件。由图可以看出,心轴零件主要由内、外圆柱面，内圆锥面、平面及圆弧等组成，结构形状比较复杂；加工部位多，零件的

?200?0.015mm,

?30?0.10 mm,

?38?0.0130mm,

?50?0.060mm,

?700?0.02mm

这几处尺寸精度要求较高,加工精度要求高，加工难度较大，因此特别适合数控车削加工。

2.4 零件的装夹方案

定位装夹。加工内孔时以外圆定位，用三爪卡盘夹紧；加工外轮廓时，需要设计一胀套，胀套的表面粗糙度Ra为1.6?m。加工时用三爪卡盘和顶尖一夹一顶装夹，以便提高工艺系统的刚性。加工长5mm的外圆和SR25mm的孔时调头装夹，并用铜皮包住4×4的表面，用三爪卡盘夹紧加工。 2.5 零件的加工方案

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