连杆加工的数控编程Word下载.docx

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数控机床既是数字控制机床，也是一种装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。

它是一种灵活通用能够适应产品频繁变化的柔性自动机床。

数控加工，也称之为NC（NumericalControl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。

数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。

数控加工的最大特征有两点：

一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；

二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。

也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。

1.2数控加工技术的发展

数控加工的发展趋势是高速和精密，另一个发展趋势是完整加工，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。

数控加工中的程序编制也随着数控机床的更新而改变。

50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（AutomaticallyProgrammedTool）。

其后，APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）（增加切削数据库管理系统）和APT/SS（SculpturedSurface）（增加雕塑曲面加工编程功能）等先进版。

采用APT语言编制数控程序具有程序简练，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：

采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；

缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；

难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；

不容易作到高度的自动化，集成化。

针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为CATIA。

随后很快出现了像EUCLID，UGII，INTERGRAPH，MasterCAM，Pro/Engineering及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。

到了80年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）及并行工程（CE）的概念。

目前，为了适应CIMS及CE发展的需要，数控编程系统正向集成化，网络化和智能化方向发展。

1.3数控加工工艺的内容

（1）选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。

（2）分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求、确定加工方案、制定数控加工路线，如工艺的划分、加工顺序的安排，非数控加工工序的衔接等。

设计数控加工工序，如工序的划分，刀具的选择，夹具的定位与安装，切削用量的确定，走刀路线的确定。

（3）调整数控加工工序的程序。

如对刀点、换刀点的选择，刀具的补偿。

（4）进行数控编程。

（5）自动运动使至程序结束。

1.4数控加工工艺的特点

数控加工工艺具有以下特点：

（1）数控机床加工精度高。

一般只需一次加工即能达到加工部位的精度，而不需分粗加工、精加工。

（2）在数控机床上工件一次装夹，可以进行多个部位的加工，有时甚至可完成工件的全部加工内容。

（3）由于刀具库或刀架上装有几把甚至更多的备用刀具，因此，在数控机床上加工工件时刀具的配置、安装与使用不需要中断加工过程，使加工过程连续。

（4）根据数控机床加工时工件装夹特点与刀具配置、使用的特点区别于普通机床加工时的情况，工件的各部位的数控加工顺序可能与普通、机床上加工工件的顺序也有很大的区别。

此外根据数控机床高速、高效、高精度、高自动化等特点，数控加工还具有以下工艺特点：

（1）提高生产率。

（2）切削量用比普通机床大。

（3）工序相对集中。

（4）提高加工精度并且保持加工质量。

（5）较多地使用自动换刀（ATC）。

（6）容易进行加工过程管理。

（7）首件需试切削。

（8）可以降低废、次品率。

（9）工艺内容更具体更详细，工艺要求更严密更精确。

（10）操作容易，极大减轻体力劳动强度。

利用数控机床加工，其产品加工的质量一致性好，加工精度和效率均比普通机床高出很多，尤其是在轮廓不规则、复杂空间曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是传统机床所无法比拟的。

数控加工另一个特点是产品装夹定位灵活，同一产品零件可能有多种加工方案。

然而正是其灵活性和高精度要求对其高效应用带来了的局限性，如存在数控程序的编制、刀具工装夹具的准备周期长等不利因素。

数控工艺的合理性与高质量数控程序的快速编制是限制数控加工的瓶颈问题之一。

数控加工的成本相对较高也是制约其广泛应用的一个因素。

数控加工对技术人员的水平要求相当高，数控工艺和程序的质量是保证产品加工质量合格最主要和最关键的因素。

数控加工时，产品的质量完全靠数控工艺和数控程序来保证。

产品加工的具体细节在进行工艺设计和程序编制时必须全面考虑，只有设计正确才能保证产品加工的质量要求。

在数控加工朝高速、超高速和复合化加工方向发展的趋势下，对技术人员就提出了更高的要求。

第2章连杆加工工艺

2.1连杆的结构特点

连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。

连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。

连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。

连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。

为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。

轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。

在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。

连杆小头用活塞销与活塞连接。

在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。

为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。

连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。

考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等（基本尺寸相同）。

在连杆小头的顶端设有油孔（或油槽），发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。

连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。

因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。

反映连杆精度的参数主要有5个：

（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；

（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；

（3）连杆大、小头孔平行度；

（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；

（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。

2.2连杆的主要技术要求

连杆上需进行机械加工的主要表面为：

大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。

连杆总成的主要技术要求（图2-1）如下：

图2-1连杆总成图

2.2.1大、小头孔的尺寸精度、形状精度

为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。

大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.8μm，大头孔的圆柱度公差为0.004mm；

小头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.8μm，小头孔的圆柱度公差为0.005mm。

孔对端面垂直度公差为0.05mm。

2.2.2大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度

两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；

而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。

两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.05mm；

在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100mm长度上公差为0.10mm。

2.2.3大、小头孔中心距及两端面对大头孔中心线的垂直度

大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：

mm。

连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；

所以对它也提出了一定的要求：

规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100mm长度上公差为0.03mm）。

2.2.4大、小头孔两端面的技术要求

连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，从技术要求上也是相同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于1.6μm,小头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于1.6μm。

虽然连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求，但是在精磨两端面的时候，采用卧式双端面磨床，同时加工，因此厚度、平行度、平面度、对称度、粗糙度都是一样的。

2.2.5螺栓孔的技术要求

在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。

这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。

因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。

规定：

螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于3.2μm加工；

两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25mm。

2.2.6有关结合面的技术要求

在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。

结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。

对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025mm。

2.3毛坯的选择和加工余量的确定原则

连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。

因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；

如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。

近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。

随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。

因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。

在选择毛胚应遵循的原则是：

在保证毛胚质量的前提下，力求选择高效。

低成本，制造周期短的毛胚生产方法。

首先由设计人员提出毛胚材料和加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量、生产成本、并考虑交货期限及现有可利用的设备，人员和技术水平等选定合适的毛胚生产方法。

加工余量指毛胚尺寸与零件尺寸之差。

加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响，余量过大会浪费原材料及机械加工时增加机床、刀具及能源的消耗，余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差，表面缺陷和本工序的装夹误差，易造成废品。

因此，应根据影响余量的因素合理确定加工余量，零件加工一般要经多道工序，总加工余量就是每个中间工序加工余量的总和。

（1）尽可能采用最小的加工余量的总和，以求缩短加工时间，降低零件的加工费用。

（2）应有足够的加工余量，特别是最后工序，加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求。

（3）决定加工余量时，应考虑到零件在热处理后的变形，负责可能出现次品，造成浪费。

（4）决定加工余量时，应考虑被加工零件的大小。

零件越大，由切削力、内应力引起的变形会越大，因此加工余量也相应大些。

（5）数控加工余量不宜过大，特别是粗加工时，其加工余量不宜太大，否则数控机床高效、高精度的特点难以实现。

对于加工余量过大的毛坯，可在普通机床上先安排粗加工工序。

2.4连杆的加工工序

由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。

连杆机械加工工艺过程如下表（2-2）所示：

表（2-2）

工序

工序名称

工序内容

工艺设备

OP10

探伤、退磁

检查毛坯质量，去除磁性

磁粉探伤、退磁机

OP20

粗磨两端面

磨大小头孔，厚度

mm

卧式双端面专用磨床

OP30

钻镗小头孔，大小头孔一侧倒角

以基面及小头孔外圆，大头孔内表面定位，钻镗、倒角

加工中心

VM-32SA

OP40

半精镗大头孔，大小头孔另一侧倒角

以基面及大头孔内表面定位，半精镗大头孔直径φ

OP50

铣两侧面

以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸

mm两侧面，保证对称，两侧面到中心线平行度0.05mm

卧式双面铣床

OP60

粗铣承压面和螺栓底部孔

以基面及大小头孔定位，粗铣承压面及螺栓底部孔φ

卧式八轴铣床

OP70

精铣承压面，钻攻螺栓孔

以基面及大小头孔内表面定位，铣承压面直径φ

mm，螺纹孔M8

1，螺纹对孔同轴度φ0.18mm

OP80

胀断、合装、拧螺栓

以基面及大小头孔内表面定位，激光切槽深度

mm，螺栓拧紧力

N·

m，角度

胀断专用设备M3798

OP90

精磨两端面

以基准面及小头孔外表面定位，精磨两端面厚度

端面磨床

RV1

OP100

半精镗大头孔、倒角、铣瓦槽

以基面及大小头孔定位，镗大头孔φ

mm，瓦槽宽度

mm,深度

mm，倒角C

OP110

精镗大小头孔

以基面及大小头孔外表面定位，大头孔直径φ

mm及中心对侧面距离

mm，小头孔直径φ

精镗床

M-3569

OP120

珩磨大小头孔

珩磨大头孔直径φ

专用珩磨机

OP130

清洗、去毛刺

无毛刺及赃物

超声波清洗机

OP140

外观检测

无划伤及缺陷，螺栓与承压面结合处无缝隙毛刺及赃物

OP150

综合检测

检测主要尺寸，公差要求

综合检测仪

OP160

称重、分组、打标记

大头总重每组3克，总重每组3克

称重分选标记设备

OP170

涂油

涂油状况覆盖连杆全部且不滴油

涂油机

OP180

包装入库

符合公司包装规范

OP190

出库检验

无锈蚀、无磕碰、无杂质，组号统一

连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。

连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。

连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：

第一阶段为连杆体和盖胀断之前的加工；

第二阶段为连杆体和盖胀断后的加工；

第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。

第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；

第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；

第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。

如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。

2.5连杆的加工工艺过程分析

2.5.1工艺过程的安排

在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：

（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。

（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。

因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。

这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。

粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；

半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。

这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。

各主要表面的工序安排如下：

（1）两端面：

粗磨、精磨

（2）小头孔：

钻孔、粗镗、精镗、珩磨

（3）大头孔：

粗镗、半精镗、精镗、珩磨

一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。

2.5.2定位基准的选择

在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。

这是由于：

端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。

这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。

具体的办法是，如图（2-2）所示：

在安装工件时，注意将有标识标记的一面与夹具的定位元件接触。

在精镗小头孔时，也用小头孔作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。

当连杆用小头孔定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。

图（2-2）连杆定位方向

为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：

即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。

由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。

在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、镗孔，这些工序对于镗后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。

在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。

因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。

连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗磨两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。

因此，粗磨就是关键工序。

在粗磨中工件如何定位呢？

一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗磨一个端面后，翻身以磨好的面定位，磨另一个毛坯面。

但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗磨后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。

另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。

这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以磨工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。

同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。

2.5.3确定合理的夹紧方法

既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。

在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。

在粗磨两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。

夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。

在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。

在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。

小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。

小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。

2.5.4连杆两端面的加工

采用粗磨、精磨两道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。

粗磨在卧式双端面专用磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。

这种方法的生产率较高。

精磨在RV1型端面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。

2.5.5连杆大、小头孔的加工

连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。

小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、镗两道工序。

钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工