汽车电动助力转向系统特点与应用及复杂数控加工零件加工工艺和程序设计

PAGEI汽车电动助力转向系统特点与应用目录引言…………………汽车动力转向系统的历史发展概况……汽车动力转向系统的原理及特点………EPS系统的组成原理及分类……………EPS系统的组成……………………EPS系统的工作原理………………EPS系统主要部件的结构及工作原理……………EPS系统的分类……………………EPS系统的性能及特点……………第4章EPS系统的发展趋势……………………

引言近年来，随着电子技术的迅速发展，电子技术在汽车上的应用范围不断扩大。汽车转向系统中愈来愈多的采用电子器件，汽车转向系统已从简单的纯机械式转向系统、液压动力转向系统（HydraulicPowerSteering，简称HPS）、电动液压助力转向系统（ElectricHydraulicPowerSteering，简称EHPS）和电控液压助力转向系统（ElecticallControlledHydraulicPowerSteering,简称ECHPS）发展到如今的更为节能及操纵性能更为优越的电动助力转向系统（ElectricalPowerSteering，简称EPS系统）。EHPS和ECHPS系统等助力系统在汽车上的采用，改善了汽车转向力的控制特性，降低了驾驶员的转向负担，然而汽车转向系统始终处于液压机械传动阶段，EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论ECHPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。EPS系统是新一代的助力转向系统，其性能特点与优势是电液动力转向系统所不能比拟的。如果转向盘与转向轮通过控制信号连接，即采用电子转向系统（Steering-By-WireSystem，简称SBWS），转向盘转角和汽车前轮转角之间关系（汽车转向的角传递特性）的设计可以得到改善，但由于当今科学技术的限制，电子转向系统只被安装在国际著名汽车生产商所生产的概念车上。本文综述了电动助力转向技术的发展、原理，并探讨了该项技术的发展趋势。

第1章汽车电动助力转向系统的历史发展概况自1953年通用汽车公司在凯迪拉克和别克轿车上首次批量使用液压动力转向系统以来，液压动力转向系统给汽车的发展带来了巨大的变化，使驾驶员的转向操纵力大大降低，转向的灵敏性得到了提高。随着生产技术的发展，动力转向系统在体积、价格和所消耗的功率等方面都取得了惊人的进步。在20世纪80年代后期，又开发了变减速比、电控液压动力转向系统。但是动力转向系统的技术革新都是基于液压动力转向系统的，无法消除液压动力转向系统在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷。直到1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，才真正摆脱了液压动力转向系统的束缚。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的Delphi公司，英国的Lueas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS系统。如大发汽车公司在其Mira车上装备了EPS系统，三菱汽车公司在其Minica车上装备了EPS系统，本田汽车公司在Accord车上装备了EPS系统。Delphi公司已经为大众的Polo、菲亚特Punto开发出EPS系统。本田还在其AcuraNXS赛车上装备了EPS系统。EPS系统的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的EPS系统仅仅在低速和停车时提供助力，高速时EPS系统将停止工作。新一代的EPS系统则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。如日本铃木公司装备在Wagon车上的EPS系统是一个负载-路面-车速感应型助力转向系统[4]。由Delphi公司为Funte车开发的EPS系统为全范围助力型，并且设置了两个开关，其中一个用于郊区，另一个用于市区和停车。当车速大于70km/h后，这两种开关设置的程序则是一样的，以保证汽车在高速时有合适的路感，这样即使汽车行驶到高速公路时驾驶员忘记切换开关也不会发生危险。市区型开关还与油门有关，使得在踩油门加速和松油门减速时，转向更平滑。随着电子技术的发展，EPS系统技术日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将越来越大。早在20世纪60年代末，德国Kasselmann等试图将转向盘与转向车轮之间通过导线连接（即电子转向系统），但由于当时电子和控制技术的制约，电子转向系统一直无法在实车上实现。奔驰公司于1990年开始了前轮电子转向系统的深入研发，并将其开发的电子转向系统应用于概念车F400Carving上。世界其他各大汽车厂家、研发机构（包括Daimler-Chrysler、宝马、ZF、DELPHI、TRW等）以及日本的光洋（Koyo）精工技术研究所、日本国立大学、本田汽车公司等也先后对汽车电子转向系统做了深入研究。目前许多汽车公司开发了自己的电子转向系统，一些国际著名汽车生产商已在其概念车上安装了该系统。日本Koyo技术研究所根据他们自己的研究试验结果，利用电子转向系统进行主动控制的汽车，在摩擦系数很小的坚实雪地上进行蛇行、移线、侧向风试验中基本按照预定的轨迹行驶，比传统转向系统在路线跟踪性能上有较大的提高。在对开路面上进行制动试验也能基本保证汽车的直线行驶，制动距离也大大缩短。日本大学和本田汽车公司在汽车电子转向系统方面也做了一些理论工作和模拟器试验研究。他们从人—车闭环系统特性出发，设计了理想的转向系统传动比，使汽车的稳态增益不随车速变化，并重点研究了驾驶员角控制特性和力控制特性对汽车主动安全性的影响。宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了SBWS和BBW（Brake-By-Wire）技术，转向盘的转动范围减少到了160°，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大程度的降低。目前由于汽车供电系统的因素，转向电动机难以提供较大功率，现阶段电子转向系统的研究以及近期的应用对象主要针对轿车。要在重型载货汽车上应用，还必须采用液压执行机构。随着蓄电池技术的发展和42V电子设备在汽车上的应用，全电子转向系统将应用到中型和重型车上。目前，42V电源已经在一些概念车上得到应用，通用的“自主魔力”和Bertone的“FILO”都采用了42V电源。国内动力转向器目前还处于机械—液压动力转向阶段，对于电动助力转向系统，清华大学、北京理工大学、华南理工大学等高校开展了系统结构方案设计和系统建模及动力分析等研究，但目前还没有实用的电动助力转向系统和电子转向系统。第2章汽车动力转向系统的原理及特点一.传统转向系统传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulicpowersteering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：①汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；②转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；③液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。二.电液动力转向系统近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中越来越多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulicpowersteering)、电控液压助力转向ECHPS(electronicallycontrolledhydraulicpowersteering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。为了保证转向轻便性，要求增大转向器的传动比。但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够“灵”。机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理范围内，同时保证适当的转向灵敏度。但是机械式转向器的结构特点注定“轻”与“灵”矛盾的存在(包括变传动比机械转向器)，而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论ECHPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。三.电动助力转向系统电动助力转向系统EPS(ElectricPowerSteering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动助力机来分配。通过电动助力提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，根据助力位置不同分为三种形式。由于EPS改由电机提供助力，助力大小由电控单元ECU实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻与灵的矛盾。第3章EPS系统的组成原理及分类3.1EPS系统的组成电动助力转向系统是在传统机械转向机构的基础上发展起来的。此转向系统在不同车上的结构部件尽管不尽一样，但其基本原理是一致的。系统通常由转向（转矩）传感器、电子控制单元、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。汽车电子控制动力转向系统的组成如图1所示。3.2EPS系统的工作原理电子控制动力转向系统是利用电动机作为助力源，根据转向参数和车速等，由微机完成助力工作的，其控制框图如图2所示。不转向时，电动机不工作，EP系统处于STANDY状态；当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断检测转向轴上的转矩，并由此产生一个电压信号，该信号与车速信号同时输入电子控制器，由控制器中的微机根据这些输入信号进行运算处理，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。电子控制电动助力转向控制系统的核心是一个4kBROM和256kBRAM的8位微机。转向盘转矩信号和车速信号经过输入接口送入微机，随着车速的提高，通过微机控制相应地降低助力电动机电流，以减少助力转矩。发动机转速信号也被送入微机，当发动机处于怠速时，由于供电不足，助力电动机和离合器不工作。点火开关的通断（on/off）信号经A/D转换接口送入微机，当点火开关断开时，电动机和离合器不能工作。微机控制指令经D/A转换后送入电动机和离合器的驱动放大电路中，控制电动机的旋转方向和离合器的结合。电动机的电流经驱动放大回路、电流表A、A/D转换接口反馈给微机，将电动机的实际电流与按微机指令应给的电流相比较，调节电动机的实际电流，使两者接近一致。3.3EPS系统主要部件的结构及工作原理EPS系统主要部件包括扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构车和电子控制单元等，其各自的工作原理如下：3.3.1扭矩传感器EPS系统的传感器信号包括转向盘转矩信号、汽车车速信号、汽车轴重信号和电机电流信号，前三者用于确定助力电机的助力大小和方向，后者用于电机的闭环控制。这些信号用来作为EPS系统的输入信号，共同决定助力信号的输出。因此传感器信息融合是EPS系统中的关键技术之一。EPS系统扭矩传感器主要有：电阻式转向传感器、非接触式电感扭矩传感器和其他类型传感器，也有在转向轴位置加一扭杆，通过测量扭杆的变型得到扭矩的大小和方向。电阻式转向传感器实际上是一个滑动可变电阻器，当操纵方向盘时，其电阻变化最终经电路处理以电流的形式将转矩信号送至BCUTM。这种传感器体积大，易于磨损，在早期EPS系统中应用较多。随着非接触式扭矩传感器成本的降低，越来越多的厂商转而采用这种精度高、体积小且寿命长的新型传感器。图3所示KOYO公司研制的非接触式EPS系统扭矩传感器原理图，该装置由安装在输入轴上的探测环1和探测环2，安装在输入轴上的另一个探测环1、探测线圈和补偿线圈组成。当方向盘转动时，扭杆受转动力矩作用发生扭转，由于线圈产生扭矩且线圈固定不动，探测线圈与探测环之间的位置发生变化导致线圈磁阻变化，并最终反映扭矩的变化。3.3.2电动机助力电动机是EPS系统的动力源，它根据ECU输出的控制指令在不同的工况下输出不同的助力转矩，对整个EPS系统性能影响很大。因此需要有良好的动态特性、调速特性和随动特性并易于控制，还要求输出波动小、低转速大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等，因此，常采用无刷式永磁直流电动机。为改善操纵感、降低噪音和减少震动，在电动机转子外表面开出斜槽或螺旋槽，改变定子磁铁中心处或端部厚度，将定子磁铁设计成不等厚度。随着现代汽车技术的发展，汽车各部件越来越多的采用42V直流电源，因而，面向42V直流电的EPS系统也逐渐成为汽车技术研究热点之一。采用42V直流电的EPS系统能在较低的输出电流同时保证有足够的输出功率，既降低系统的能耗和发热，又能改善系统的控制。3.3.3电磁离合器EPS系统转向助力一般都是在一个设定的范围。当车速低于某一特定值时，系统提供转向助力，保证转向的轻便性；当车速处于两个设定植之间时，电动机停止工作，系统处于STANDY（休眠）状态，离合器分离，以切断辅助动力。另外，当EPS系统发生故障时，离合器应自动分离，此时仍可利用手动控制转向，保障系统的安全性，EPS系统中电磁离合器应用较多的为单片干式电磁离合器，其工作原理如图4所示。3.3.4减速机构减速机构是EPS系统不可缺少的组件，它把电动机的输出减速放大后再传递给执行部件。目前实用的减速机构有多种组合方式，采用较多的为蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式，如图5所示，也有的采用两级行星齿轮与传动齿轮组合式。装配有离合器的EPS系统多采用蜗轮蜗杆减速机构，装配在减速机的一侧。3.3.5电子控制单元电子控制单元ECU是整个EPS系统的控制的核心。它根据扭矩传感器、车速传感器、轴重传感器以及电动机电流传感器等输入信号，一旦系统某部件工作出现异常，ECU将控制电磁离合器分离，同时进行故障诊断分析并输出显示故障信号。3.4EPS系统的分类根据电动机驱动部位的不同，将电动助力转向系统分为3类：转向轴助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式。1.转向轴助力式转向系统。其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上。其特点是结构紧凑，所测取的转矩信号与控制直流电动机助力的响应性较好。这种类型一般在轿车上使用。2.小齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只是整体安装在转向小齿轮处，直接给小齿轮助力，可获得较大的转向力。该形式可使各部件布置更方便，但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时，转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上，其助力控制特性难以保证准确。3.图1为齿条助力式转向系统。其转矩传感器单独地安装在小齿轮处，电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力。该类型又根据减速传动机构的不同可分为两种:一种是电动机做成中空的。齿条从中穿过，电动机的动力经一对斜齿轮和螺杆螺母传动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。这种结构是第一代电动助力转向系统，由于电动机位于齿条壳体内，结构复杂，价格高，维修也困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互独立。电动机动力经另一小齿轮传给齿条，由于易于制造和维修，成本低，已取代了第一代产品。因为齿条由一个独立的齿轮驱动，可给系统较大的助力，主要用于重型汽车。3.5EPS系统的性能及特点液压助力转向系统已发展了半个多世纪，其技术已相当成熟。但随着汽车微电子技术的发展，对汽车节能性和环保性要求不断提高，该系统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不能完全满足时代发展的要求。电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势体现在：a.降低了燃油消耗。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统（EPS系统）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。而且,能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作,输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。该系统真正实现了"按需供能"，是真正的"按需供能型"（on-demand）系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在-40℃时也能工作，所以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的车辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。b.增强了转向跟随性。在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减小。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。c.改善了转向回正特性。直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限,电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。d.提高了操纵稳定性。通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采用该方法，给正在高速行驶（100km/h）的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。e.提供可变的转向助力。电动助力转向系统的转向力来自于电机。通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，而且更易于车场操作。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。f.采用"绿色能源"，适应现代汽车的要求。电动助力转向系统应用"最干净"的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了"绿色化"的时代趋势。该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，避免了污染。而液压转向系统油管使用的聚合物不能回收，易对环境造成污染。g.系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越。由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等,不但节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得工程师们设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。该系统省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其它部件。许多消费者在买车时非常关心车辆的维护与保养问题。装有电动助力转向系统的汽车没有油泵，没有软管连接，可以减少许多忧虑。实际上，传统的液压转向系统中，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%，如软管漏油和油泵漏油等。h.生产线装配性好。电动助力转向系统没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。第4章EPS系统的发展趋势电动助力转向系统的最终发展趋势在以下几个方面。1.改善控制系统性能、减小控制单元和驱动单元的体积及降低控制系统的制造成本，使之更好地与不同档次汽车相适应。如改进电动机控制技术，消除由于电动机惯性大、摩擦力所带来的转向路感不足等缺点，使电动助力转向系统也能应用于重型载货汽车上。2.实现电动助力转向系统控制单元与汽车上其他控制单元的通讯联系，以实现整车电子控制系统一体化。3.将根据车速、转矩、转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。4.提高系统的可靠性。这应从提高系统各部件的可靠性入手，如采用非接触式转矩传感器。5.提高系统的安全性。采用取消转向盘的EPS系统后，驾驶室有更大的空间用于布置被动安全部件，减少了危险发生时对乘员的伤害。电动转向技术由于其技术先进，性能优越，未来必将取代其他动力转向技术，成为动力转向技术的主流。线控动力转向系统将是动力转向系统的发展方向，是未来汽车对安全性、操纵稳定性和舒适性的更高要求，有着很好的发展前景。当然，在汽车迈向全面线控转向之前，电动转向系统是“中站”，是第一步，当汽车装有电动转向系统时，其中的转向电动机将接受一系列传感器信号，例如转向控制、动态稳定控制等，最后机械的部分一个一个消失，逐渐变成了全面线控转向。EPS系统当前已经较多应用早排量在1.3L~1.6L的各种轻型车上，其性能已经得到广泛的认可。随着直流电机性能的提高和42V电源在汽车组件上的应用，其应用范围将进一步拓宽，并逐渐向微型车、轻型车和中型车扩展。目前，在全世界汽车行业中，EPS系统每年正在以9%~10%的增长速度发展，年增长辆为130万~150万套。据专业人士预测，到2010年全世界生产的轿车每3辆就有1辆装配EPS系统；到2010年，全球EPS系统的产量将达到2500万套。因而EPS系统将有十分广阔的发展前景！复杂数控加工零件加工工艺和程序设计摘要本次设计是对一典型平板类零件进行数控加工设计，侧重于对零件的数控加工工艺分析和编程编写，主要设计内容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的内容设计，以最优的路线完成零件的加工，达到实际生产的需要。用G代码编制该零件的数控加工程序，并运用CAD/CAM相关软件绘制零件图以及三维实体图，使人能一目了然的了解到零件的结构特征。学会使用图表资料和手册，将与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练应用。关键词：工艺分析、数控编程、CAD/CAMAbstractThedesignisatypicaldesignofNCmachiningforflatparts,focusingonanalysisandprogrammingofNCmachiningprocessofpartsprepared,maindesignelements:completethepartoftheprocedurespecification(includingprocesscards,processescardandCNCtoolscards)andprimarycontentdesign,optimalroutestocompletepartsoftheprocessing,toactualproductionneeds.PreparingNCmachiningofthepartswiththegcodeprograms,anddrawthepartsusingCAD/CAMsoftware,aswellasthreedimensionalentity,sothatpeoplegetaclearunderstandingofthestructuralfeaturesofthepart.Learnhowtousechartinformation,andmanuals,andthisname,sourceofinformationrelevanttothedesigning,candoskilledapplication.Keywords:analysisoftechniques,NCprogramming,CAD/CAM目录摘要 IAbstract II绪论 1第1章西门子802D数控系统简介 21.1SINUMERIK802D 21.1.1SINUMERIK802D介绍 21.2G代码 21.3M代码 3第2章零件图纸的分析 42.1零件图分析 4第3章加工准备与设计 63.1机床及毛坯材料的选择 63.1.1机床的选择 63.1.2毛坯的选择 73.1.3加工余量 83.2夹具及刀具的选择 83.2.1夹具的选择 83.2.2刀具选择 83.3基准的选择 113.4切削用量 123.4.1吃刀量 123.4.2进给速度 123.4.3切削速度 133.5确定工艺路线 153.6数控加工工序卡 17第4章编程设计 21参考文献： 29总结 30致谢 31附录 32绪论随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。机械制造业正在越来越多的采用数控技术改善其生产加工方式。近几年来，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代替。数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品，是数控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术装备。作为装备制造业的母机，数控机床将获得高速发展。根据中国机床工具协会的调查，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床；汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线；电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业；IT业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级加工数控机床；工程机械、农业机械等传统制造业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行着装备。通过对数控技术的兴起和对未来的推测来看，随着数控机床的广泛应用与现代化企业对零件加工精度的要求提高，社会对其相应技术人才的需求也越来越高。这就需要我们对数控机床有更深刻的认识和了解。本次课程的设计正是一次实践，运用学过的数控的基础课程、技术课程和专业课程，对所学的知识进行综合整理与应用。这是一次理论与实际结合的锻炼过程。第1章西门子802D数控系统简介1.1SINUMERIK802D具有免维护性能的SINUMERIK802D，其核心部件-PCU（面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。\o"查看图片"图1-1操作面板和伺服放大器1.1.1SINUMERIK802D介绍SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来。模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服电机，为机床提供了全数字化的动力。通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行动态优化。SINUMERIK802D集成了内置PLC系统，对机床进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序，简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。 1.2G代码 表1-1常用G代码代码功能格式G00快速定点位G00X-Y-ZF*G01直线插补G01X-Y-ZF*G02顺时针方向圆弧插补G02X-Y-ZCR=*F*G03逆时针方向圆弧插补G03X-Y-ZCR=*F*G17X-Y平面选择G18X-Z平面选择G19Y-Z平面选择G40刀具补偿取消G41刀具左补偿G41X-YG42刀具右补偿G42X-YG90绝对坐标偏差G91相对坐标偏差G94主轴每分钟进给G95主轴每转进给1.3M代码表1-2常用M指令M0暂停M1有条件停止M2程序结束M3主轴正转M4主轴反转M5主轴停止M6换刀M8冷却液开M9冷却液关M17子程序结束M19主轴定位M25托盘上升M30程序结束，返回程序开始第2章零件图纸的分析2.1零件图分析所要加工的零件的零件图、三维造型图所示如下：2.1零件图2.2三维造型图（1）该零件毛坯尺寸为200mm×150mm×37mm，且除上表面外其他表面均已加工。（2）在零件上有多个加工特征，包括四个通孔、键槽、型腔、圆弧、曲面凸台，尺寸标注完整。主要加工项目有：上平面、对称腔槽（槽宽50±0.02mm、槽深10mm）、2×12（ES=+0.018EI=0）的孔、24(ES=+0.021EI=0)的孔、40(ES=+0.025mmEI=0)的孔、R10和R20的圆弧倒角、R20、R40和R100的圆弧曲面以及外轮廓的尺寸。（3）该零件表面粗糙度内轮廓及通孔Ra1.6um和其余Ra3.2um，参数合理便于加工。（4）零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。该复杂零件技术要求有：未注公差±0.1mm；.圆弧曲面误差不大于±0.05mm；去除毛刺。第3章加工准备与设计在对零件进行加工前要对零件进行许多分析，如机床选择、毛坯选择及加工余量的确定、刀具选择、装夹方式、基准选择（确定坐标零点）等。3.1机床及毛坯材料的选择3.1.1机床的选择机床的选择首先要考虑其能否满足零件加工的外形尺寸和质量要求，其次考虑机床的精度是否能满足加工的设计要求，凸台的最大圆弧半径及零件的尺寸应在数控系统允许范围内，最后从实际生产出发，要在满足加工要求的前提下，尽可能的提高效率。考虑以上几点，普通机床无法满足该零件的加工，可选择两轴半以上的数控铣床。结合我们学校车间的实际情况，本零件选用汉川机床厂XH714G用SIEMENS802D系统。该系列立式加工中心机床，是集机、电、液等先进技术于一体的小型立式加工机床，具有合理的设计结构，可靠的精度稳定性及保持性。主要用于中小型零件、模具等多品种加工，工件一次装夹后，可自动高效、高精度的连续完成铣、钻、镗、铰等工序。广泛适用于模具、机车、造船、机电、机床、印刷、轻纺等制造行业。该铣床的功能参数如表3-1下。表3-1XH714G型数控铣床基本参数机床重4400Kg最大载重600kg工作台900mm长400mm宽坐标范围X630mmY400mmZ500mm轴承锥孔NO.40(7:24)最大钻孔直径φ22最大镗孔直径φ100主轴最高转速8000r\min主轴功率7.5/11kwX、Y、Z向切削进给速度0-10000mm\min快速进给速度X24m\minY24m\minZ20m\min工作电源380V图3-1立式加工中心XH714G3.1.2毛坯的选择毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等制成的机械加工对象。它是制定加工工艺规程的基础。毛坯的不同种类及制造方法对零件工艺过程影响很大，零件工艺过程中的工序数量、材料消耗、机械加工劳动量等在很大程度上取决于所选的毛坯，故正确选择毛坯具有重要的技术经济意义。1.毛坯的选择的原则：1)经济合理性原则4)资源最佳利益原则2)环境保护原则5)能量消耗最小原则3)安全宜人原则6)功能适应性原则2.毛坯的种类1）铸件适用于做形状复杂的零件毛坯2）锻件适用于要求强度较高、形状比较简单的零件3）型材热轧型材的尺寸较大、精度低，多用于一般零件毛坯4）焊接类对于大件来说，焊接件简单方面，特别是单件小批生产可大大缩短生产周期5)冷冲压件适用于形状复杂的板料零件毛坯应根据实际加工情况设置，平板类零件对材料的要求不高，根据经济合理性原则和功能适应性原则以及资源最佳利用原则选择45钢。45钢属于中碳钢，这类钢调质处理后具有良好的综合力学性能，即既具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性，是优质碳素结构钢中应用最广泛的一类，且相对于其他同类达到要求的材料价格较便宜，能量消耗较小，它也是工厂中常用的一种加工材料。毛坯属于型材,零件的加工要求尺寸为200mm×150mm×35mm，毛坯的尺寸为200mm×150mm×37mm，且除上表面外其他表面均已加工。3.1.3加工余量加工余量大小，直接影响零件的加工质量和生产率。加工余量过大，不仅增加机械加工劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。但若加工余量过小，又不能消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。因此，必须合理地确定加工余量。其确定的方法有：经验估算法、查表修正法、分析计算法。首先根据工艺人员的经验来确定加工余量。为避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大。要准确余量则需要根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正。在看到这个零件时,根据实训时的相关经验。该零件的加工余量如下：粗加工时0.5mm，半精加工内轮廓单边留0.3mm余量，半精加工外轮廓单边留0.3mm余量。3.2夹具及刀具的选择3.2.1夹具的选择机床夹具的种类很多，按使用的机床类型分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具等。而按专门化程度划分来说，该零件使用的是立式数控铣床。零件又属于平板类零件，应使用通用夹具，通用夹具是已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。根据我们学校车间的实际设备的使用情况我们选用机用平口虎钳。3.2.2刀具选择1.刀具应具备的性能在金属加工中根据被加工工件的特点选择合适的刀具，能够充分发挥机床的性能，提高生产效率，降低生产成本。将单价、效率、寿命及缩短的辅助时间等因素综合起来看，选择正确的刀具将会事半功倍，在加工中刀具应具备以下性能：1)高的硬度和耐磨性：硬度是刀具应具备的基本特性。刀具要从工具上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。2)足够的强度和韧性：要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中经常出现的冲击和振动条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。3)高的耐热性（热稳定性）：耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。刀具材料还应该具有抗氧化的能力以及良好的抗粘结合和抗扩散的能力，即刀具材料用具有良好的化学稳定性。4)良好的热物理性能和耐热冲击性能：刀具在断续切削或使用切削液时，常常受到很大的热冲击因而刀具内会产生裂纹而导致断裂刀具材料导热性能越好，切削热越容易从切削区散开，有利于降低切削温度。耐热冲击性能好的刀具材料，切削加工时可以使用切削液。5)良好的工艺性能：为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。6)经济性：经济性是刀具材料的重要指标之一，优质刀具材料虽然单件刀具成本很高，但因其使用寿命长，分摊到每个零件成本则不一定高。因此在选用刀具材料时要综合考虑。2.常用刀具材料1）高速钢具有较高的强度和韧性，并且具有一定硬度和耐磨性。在600℃仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。磨性好且比硬质合金韧性2）硬质合金硬质合金材料中含有大量金属碳化物，这些碳化物熔点高、化学稳定好、热稳定性好。因此，硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高，能在800~1000℃保持较好的加工性能。切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高4~10倍。3）陶瓷有很高的耐热性与耐磨性，常温硬度达9195HRC，1200℃高温下硬度为80HRC而且高温下抗弯强度、韧性降低极少。有很高的化学稳定性，陶瓷与金属亲和力小，高温抗氧化性好，在耐热合金等难加工材料的加工中广泛的应用。4）立方氮化硼热压成形后的氮化硼BN制品易于进行机械加工，且加工精度可高达0.01mm可制成形状复杂而精度要求较高的零件。其使用寿命、加工精度、抗裂纹能力、抗磨损能力都要优于硬质合金刀具和陶瓷刀具。5）聚晶金刚石适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工表面，使其在高精加工领域中得到了普及。上述五大类刀具材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。在数控机床中，采用最广泛的是硬质合金类。因为这类材料目前从经济性、适应性、多样性、工艺性等各方面，综合效果都优于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。3.刀具分类1)刀具按工件加工表面的形式可分为五类a.加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；b.孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；c.螺纹加工刀具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；d.齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮和拉刀等；f.切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。2)按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类：a.通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；b.成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；c.特殊刀具，加工一些特殊工件，如：齿轮，花键等用的刀具。如、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。标准可转位面铣刀的直径为16-630mm。粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，选小直径铣刀可减小切削扭距。精铣时，铣刀直径要选大些，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，而立铣刀刀柄部结构有很大不同。一般由专业厂家按照一定的规范制造成统一形式、尺寸的刀柄。直径大于¢40～160mm立铣刀可做成套式结构。立铣刀的有关尺寸参数，推荐用下述经验数据选取：①刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，R一般取R=(0.8~0.9)R。②零件的加工高度H≤(1/4~1/6)R，以保证刀具有足够的刚度。③对于深槽，选取l=H+(5~10)mm(l为刀具切削部分长度)。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平板零件周边及轮廓的加工，常采用立铣刀，因此在铣削外轮廓的时候选用¢16mm的高速钢立铣刀。铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀，且要注重切削效率，故面铣的时候选用¢80mm的面铣刀。将刀具参数编入卡片：表3-2数控加工刀具卡产品名称和代号复杂零件的加工零件名称平面零件加工零件图号A4序号刀具号刀具加工表面备注规格名称数量1T01¢80mm面铣刀1铣平面2T02¢16mm高速钢立铣刀1粗加工外轮廓3T03¢25mm高速钢立铣刀1粗加工50mm的凹槽4T04¢8mm键槽铣刀1粗加工两圆弧凹槽5T05¢11.8mm直柄麻花钻1钻孔6T06¢8mm立铣刀1精加工两圆弧凹槽7T07¢12mm立铣刀1精加工外轮廓侧面、凹槽侧面、圆柱形8T08¢3mm中心钻1钻孔9T09¢12mm铰刀1边上两孔铰孔加工10T10¢40mm精镗刀1精镗¢40mm孔11T11¢24mm精镗刀1精镗¢24mm孔编制夏培元审核批准2012/11/09共1页第1页3.3基准的选择（1）基准重合原则以设计基准为定位基准，避免基准不重合误差，调整法加工零件时，如果基准不重合将出现基准不重合误差。所谓调整法，是在预先调整好刀具与机床的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置的加工方法。与之相对应的是试切法加工，即试切一测量一调整一再试切，循环反复直到零件达到尺寸要求为止。试切法适用于单件小批生产下的逐个零件加工。（2）基准统一原则选用统一的定位基准来加工工件上的各个加工表面。以避免基准的转换带来的误差，利于保证各表面的位置精度,简化工艺规程,夹具设计和制造缩短生产准备周期。典型的基准统一原则是轴类零件、盘类零件和箱体类零件。轴的精基准为轴两端的中心孔，齿轮是典型的盘类零件，常以中心孔及—个端面为精加工基准，而箱体类常以一个平面及平面上的两个定位用工艺孔为精基准。（3）自为基准原则当某些精加工表面要求加工余量小而均匀时，可选择该加工表面本身作为定位基准，以搞高加工面本身的精度和表面质量。（4）互为基准原则能够提高重要表面间的相互位置精度，或使加工余量小而均匀。（5）装夹方便原则所选定位基准应能使工件定位稳定，夹紧可靠，操作方便，夹具结构简单。以上每项原则只能说明一个方面的问题，理想的情况是使基准既“重合”又“统一”，同时又能使定位稳定、可靠，操作方便，夹具结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，这就要求从技术和经济两方面进行综合分析，抓住主要矛盾，进行合理选择。还应该指出，工件上的定位精基准，一般应是工件上具有较高精度要求的重要工作表面，但有时为了使基准统一或定位可靠，操作方便，人为地制造一种基准面，这些表面在零件的工件中并不起作用，仅仅在加工中起定位作用，如顶尖孔、工艺搭子等。这类基准称为辅助基准。由于该零件为平板类零件，为方便装夹，提高加工质量，该零件设计基准在毛坯料的上表面。结合上述原则，将工件坐标系的原点设定在毛坯上表面，对角线交点位置。为使数控编程方便，将图纸转化为坐标。3.4切削用量在一定切削条件下，合理选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。数控铣床的切削用量包括切削速度Vc、进给速度

、背吃刀量和侧吃刀量。切削用量的选择方法是考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。3.4.1吃刀量如图3-2所示，背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时为切削层深度，圆周铣削时为被加工表面的宽度。侧吃刀量为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时为被加工表面宽度，圆周铣削时为切削层深度。端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量要求决定。（1）工件表面粗糙度要求为Ra3.2～12.5µm，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5

～

1.0mm。图3-2铣刀铣削用量（2）工件表面粗糙度要求为Ra0.8～3.2µm，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.5～2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5mm，端铣背吃刀量取0.5～1mm。该工件的表面粗糙度为Ra3.2，孔及型腔粗糙度为Ra1.6，其余为Ra3.2。应采用半精铣、精铣，半精铣吃刀量2mm，精铣吃刀量1mm。3.4.2进给速度进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量(单位为mm/z)有关。进給速度的计算公式：

=Zn（3-1）式中:

每齿进给量的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件刚性差或刀具强度低，值取小值,每齿进给量的选用参考表见表3-2。表3-2铣刀每齿进给量参考表工件材料每

齿

进

给

量(mm/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.10～0.150.10～0.250.02～0.050.10～0.15铸铁0.12～0.200.15～0.303.4.3切削速度铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其原因是、、、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。表3-3列出了铣削切削速度的参考值。表3-3

铣削时的切削速度参考表工件材料硬度（HBS）切削速度Vc(m/min)高速钢铣刀硬质合金刀具钢<22518～4266～150225～32512～3654～120铸铁325～4256～2136～75<19021～3666～150190～2609～1845～90160～3204.5～1021～30而具体选用公式为=/1000（3-2）举例16的立铣刀计算过程：16的立铣刀选择的切削速度=25m/min，每齿进给量=0.1mm/z。根据公式（3-1）、（3-2）可得：主轴转速：n=1000/=1000x25/3.14x16=497.6r/min取500r/min进给速度：=Zn=0.1x3x497.6=149.28mm/min取150mm/min选用的参数如表3-4。3-4零件各工序刀具的切削参数加工步骤刀具与切削参数序号加工内容刀具表格主轴转速n/r*min-1进给速度V(f)/mm*min-1刀具补偿类型材料长度半径1粗加工上表面80mm面铣刀硬质合金450300T1D12精加工上表面8001603粗加工外轮廓面16mm立铣刀高速钢500150T2D18.2mm4铣削边角料5加工50mm凹槽25mm立铣刀30090T3D112.7mm6粗加工两圆弧凹槽8mm键槽铣刀80080T4D14.2mm7钻中间位置两孔11.8mm直柄麻花钻55080T5D18粗加工铣削中间两孔16mm立铣刀40080T2D19精加工两圆弧凹槽8mm立铣刀100090T6D13.99mm10精加工外轮廓侧面12mm立铣刀800100T7D15.985mm11精加工凹槽侧面12加工三维面(圆柱形)16013点孔加工（边上两孔）3mm中心钻1200120T8D114钻孔加工（边上两孔）11.8mm直柄麻花钻55080T5D115铰孔加工（边上两孔）12mm机用铰刀30050T9D116精镗40mm孔40mm精镗刀硬质合金100040T10D117精镗24mm孔24mm精镗刀140065T11D13.5确定工艺路线（1）工序的划分 在数控机床上加工零件与普通机加工相比，工序可以比较集中。根据数控加工的特点，数控加工工序的划分有几种方法。加工该零件按粗、精加工划分工序，根据工件的加工精度要求、刚度和变形等因素，将零件的粗、精加工分开，先粗加工，后精加工。（2）工步的划分划分工步主要是从加工精度和效率方面考虑。合理的工艺不仅要保证加工出符合图样要求的工件，同时应使机床的功能得到充分发挥。因此，在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对工件的不同表面进行加工。对于比较复杂的工序，为了便于分析和描述，常在工序内又细分工步。就本工件的加工而言，划分时应注意一下几点原则：①同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，还是全部加工表面都先粗加工后精加工分开进行，主要要依据零件的精度要求考虑。②对于既要加工平面又要加工孔的地方，可以采用“先面后孔“原则划分工步。先加工面可提高孔的加工精度，因为铣平面时切削力较大，工件易发生变形，而先铣平面后镗孔，则可使其变形有一段时间恢复，减少由于变形引起的对孔的精度的影响。反之，如先镗孔后铣面，则铣削平面时极易在孔口产生飞边、毛刺，进而破坏孔的精度。③按所用刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用刀具集中的方法划分工步，以减少换刀次数，缩短辅助时间，提高加工效率。④在一次装夹中，尽可能完成所有能加工的表面，有利于保证表面相互位置精度的要求。（3）加工顺序的安排加工顺序的安排应根据零件的结构和毛皮状况，结合定位和夹紧的需要一起考虑，重点应保证工件的刚性不被破坏，尽量减少变形。加工顺序的安排应遵循一些原则：①基准先行：上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。②先面后孔，先简单后复杂。③先粗后精，粗、精分开。④减少安装次数。以相同定位、夹紧方式安装的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、换刀和夹紧次数。该零件的加工路线按照上面的原则，首先我们要保证40孔位置精度。零件的加工步骤如下：(1)铣平面：粗精铣上表面，保证尺寸35mm。（80面铣刀）(2)粗加工外轮廓：（16立铣刀）(3)铣削边角料（16立铣刀）(4)粗加工50mm凹槽（25立铣刀）(5)粗加工量圆弧凹槽（8键槽铣刀）(6)钻中间位置两孔（11.8直柄麻花钻）(7)粗加工铣削中间两孔（16立铣刀）(8)精加工两圆弧凹槽（8立铣刀）(9)精加工外轮廓（12立铣刀）(10)精加工50mm凹槽侧面（12立铣刀）(11)加工圆柱形三维面（12立铣刀）(12)中心孔加工（3中心钻）(13)钻孔加工（11.8直柄麻花钻）(14)铰孔加工（12机用铰刀）（15）精镗40mm孔（40mm精镗刀）（16）精镗24mm孔（24mm精镗刀）3.6数控加工工序卡表3-5数控加工工序卡片1工厂名称产品名称或代号零件名称零件图号Mill-01工序号夹具名称夹具编号使用设备车间001机用平口虎钳1XH714GB06-105工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/（mm/min）切削深度/mm备注1粗加工上表面T01¢80mm面铣刀4503001.7自动2精加工上边面T01¢80mm面铣刀8001600.3自动编制夏培元审核批准2012/11/09共4页第1页表3-6数控加工工序卡片2工厂名称产品名称或代号零件名称零件图号Mill-01工序号夹具名称夹具编号使用设备车间002机用平口虎钳1XH714GB06-105工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/（mm/min）切削深度/mm备注1粗加工外轮廓T02¢16m高速钢立铣刀50015020自动2铣削边角料T02¢16m高速钢立铣刀3009020自动3粗加工50mm凹槽T03¢25mm立铣刀3009010自动4粗加工两圆弧凹槽T04¢8mm键槽铣刀800808自动编制夏培元审核批准2012/11/09共4页第2页表3-7数控加工工序卡片3工厂名称产品名称或代号零件名称零件图号Mill-01工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间003机用平口虎钳1XH714GB06-105工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/（mm/min）切削深度/mm备注1精加工两圆弧凹槽T06¢8mm立铣刀1000908自动2精加工外轮廓侧面T07¢12mm立铣刀80010020自动3精加工凹槽侧面T07¢12mm立铣刀80010010自动4精加工R12.5的圆柱形T07¢12mm立铣刀80016015自动编制夏培元审核批准2012/11/09共4页第3页表3-8数控加工工序卡片4工厂名称产品名称或代号零件名称零件图号Mill-01工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间004机用平口虎钳1XH714GB06-105工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/（mm/min）切削深度/mm备注1钻中心孔T08¢3mm中心钻12001205手动2钻¢11.8mm的孔T05¢11.8mm麻花钻5508035自动4铰¢12孔（边上两孔）T09¢12mm机用铰刀3005035自动5粗加工铣削中间两孔T02¢16mm高速钢立铣刀4008035自动6镗¢40mm的孔T10¢40mm精镗刀10004035自动7镗¢24mm的孔T11¢24mm精镗刀14006535自动编制夏培元审核批准2012/11/09共4页第4页第4章编程设计表4-1加工程序序号X0001.MPF备注N1G54G90G17G71G94G40;80mm面铣刀粗加工N2M3S450;N3G0Z150T1D1;调用1号刀具的1号长度补偿N4X145Y-38;N5Z0.3;N6G1X-145F300;N7G0Y38;N8G1X145;N9G0Z150;N10M5;主轴停止N11M0;程序暂停N12M3S800;80mm面铣刀精加工N13G0X145Y-38M7;切削液开N14Z0;N15G1X-145F160;N18G0Z150M9;N19M5;N20M0;程序暂停(手动换刀，更换16mm立铣刀)N21M3S500;N22G0Z150T2D1;N23X120Y-90M7;N24Z-10;N25G41G1X102Y-77.04D1F120;X.Y向进给，引入刀具1号半径补偿值，进给速度为120mm/minN26L1;调用子程序L1N27G0Z-20;N28G41G1X102Y-77.04D1F120;N29L1;N30G0Z-10;N31X100Y0;N32G41X88.41Y-10D1;N33G1X63.59Y-53F120;N34G2X61.29Y-56.21CR=20;R20圆弧铣削N35G40G1X86Y-55;X.Y向退刀，并取消刀具半径补偿值N36Y-45;N37X94;N38Y-66;N39G0Z10;N40X-100Y0;N41Z-10;N42G41X-88.41Y10D1;N43G1X-63.59Y53F120;N44G2X-61.29Y56.21CR=20;R20圆弧铣削N45G40G1X-86Y55;X.Y向退刀，并取消刀具半径补偿值N46Y45;N47X-94;N48Y66;N49G0X-88Y73;N50Z-20;N51G1X-68;N52G0Z10;N53X62Y70;N54Z-20;N55G1X95;N56Y-25;N57G0Z10;N58X88Y-73;N59Z-20;N60G1X-85;N61Y-68;N62X-100;N63Y22;N64G0Z150M9;切削液关N65M5;N66M0;程序暂停(手动换刀，更换25mm立铣刀)N67M3S300;N68G0Z150T3D1;N69X0Y-90M7;N70Z-10;N71G41G1X25Y-65D1F60;N72L2;N73G0Z150M9;N74M5;N75M0;程序暂停(手动换刀，更换8mm键槽铣刀)N76M3S800;N77G0Z150T4D1;N78X-54Y20M7;N79Z1;N80G1Z-8F30;N81G41G1X-42.44Y24.5D1F80;N82L3;N83G0Z10;N84X56Y-22;N85Z1;N86G1Z-8F30;N87G41G1X62.79Y-16.82D1F80;N88L4;N89G0Z150M9;N90M5;N91M0;N92M3S550F80;N93G0Z150T2D1N94MCALLCYCLE83(10,-10,-8,-40,32,-5,5,0,0,1,1,1)模态调用钻孔固定程序N95X0Y30;N96X0Y-25;N97MCALLN98G0Z150M9;N99M5;N100M0;N101M3S400;N102G0Z150T3D1;N103X0Y-25M7;N104Z-8;N105G1Z-19F60;N106X3.7F80;N107G3I-3.7;整圆铣削加工N108G1X0;N109Z-28F60;N110X3.7F80;N111G3I-3.7;N112G1X0;N113Z-35.5F60;N114X3.7F80;N115G3I-3.7;N116G1X0;N117G0Z-8;N118Y30;N119G1Z-19F60;N120X11.7F80;N121G3I-11.7;N122G1X0;N123Z-28F60;N124X11.7F80;N125G3I-11.7;N126G1X0;N127Z-35.5F60;N128X11.7F80;N129G3I-11.7;N130G1X0;N131G0Z150M9;N132M5;N133M0;程序暂停(手动换刀，更换8mm立铣刀)N134M3S1000;主轴正转，转速1000r/minN135G0Z150T6D1;N136X-54Y20M7;N137Z1;N138G1Z-8F30;N139G41G1X42.44Y24.5D1F90;N140L3N141G0Z10;N142X56Y-22;N143Z1;N144G1Z-8F30;N145G41G1X62.79Y-16.82D1F90;N146L4N147G0Z150M9;N148M5;N149M0;程序暂停(手动换刀，更换12mm立铣刀)N150M3S800;N151G0Z150T7D1;N152X120Y-90M7;N153Z-20;N154G41G1X102Y-77.04D1F100;N155L1;N156G0Z-10;N157X100Y0;N158G41X88.41Y-10D1;N159G1X63.59Y-53F120;N160G2X61.29Y-56.21CR=20;N161G40G1X86Y-80;N162G0Z10;N163X-100Y0M7;N164Z-10;N165G41X-88.41Y10D1;N166G1X-63.59Y53F120;N167G2X-61.29Y56.21CR=20;N168G40G1X-86Y80;N169G0Z10;N170X0Y-90M7;N171Z-10;N172G41G1X25Y-65D1F100;N173L2;N174G0Z10;N175TRANSX0Y0;可编程的偏置N176AROTRPL=150;建立旋转，旋转角度150°N177L5;N178AROTRPL=180;建立旋转，旋转角度180°N179L5;N180TRANS删除偏移和旋转N181G0Z150M9;N182M5;N183M0;程序暂停(手动换刀，更换3mm中心钻)N184M3S1200F120;N185G0Z150T8D1;N186MCALLCYCLE81(10,-20,-18,-22,2)模态调用点孔固定循环N187X88.5Y62;点孔加工（右上）N188X-88.5Y-62;点孔加工（左下）N189MCALL取消点孔固定循环N190G0Z150;N191M5;N192M0;程序暂停(手动换刀，更换11.8mm麻花钻)N193M3S550F80;N194G0Z100T5D1M7;N195MCALLCYCLE83(10,-20,-18,-42,22,-5,5,0,0,1,1,1)模态调用钻孔固定循环N196X88.5Y62;钻孔加工（右上）N197X-88.5Y-62;钻孔加工（左下）N198MCALL;取消钻孔固定循环N199G0Z150M9;N200M5;N201M0;程序暂停(手动换刀，更换12mm机用铰刀)N202M3S300F50;N203G0Z100T9D1M7;N204MCALLCYCLE85(10,-20,-18,-42,22,0,50,50)模态调用钻孔固定循环N205X88.5Y62;铰孔加工（右上）N206X-88.5Y-62;铰孔加工（左下）N207MCALL;取消铰空固定循环N208G0Z150M9;N209M5;N210M0;程序暂停(手动换刀，更换40mm精镗刀)N211M03S1000F40;N212G0Z100T10D1M7;N213X0Y30;N214CYCLE85(10，-10,-8，-36,26，0，40，40)精镗中间位置孔N215G0Z100M9;取消固定循环N216M5;N217M0;程序暂停(手动换刀，更换24mm精镗刀)N218M3S1400F65;N219G0Z100T11D1M7;