数控技术毕业设计（论文）-制定典型零件数控加工工艺分析及编制.doc

毕 业 论 文 题目：题目：制定典型零件数控加工工艺分析及编制 姓名：姓名： 系部：系部： 机电工程系机电工程系 班级：班级： 08 数控（数控（2）班）班 学号：学号： 指导教师：指导教师： 江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区 毕 业 设 计（论文）任 务 书 机电工程系部 数控技术 专业 08 级（2011 届）2 班 学生 题 目：制定典型零件数控加工工艺分析及编制制定典型零件数控加工工艺分析及编制 原始依据： 工作基础：数控机床日益普及,但数控加工高效率、高精度的优势却没有充 分发挥出来。迄今为止，制定典型零件数控加工工艺研究非常普遍，但是在实 际的加工中，却存在很多的问题，因此，还有很大的探索空间。鉴于此，本课 题的提出主要是根据在数控加工中，典型零件数控加工工艺进行研究。 研究条件：数控铣削机床、数控设备库、刀具库、切削数据库及夹具库及 编程软件。 应用环境：数控加工中车床、铣床、加工中心及 mastercam、pro/e 等编程 软件。 工作目的：对制定典型零件数控加工工艺分析研究，使我们对加工典型零 件采用更加简单便捷的加工工艺进行零件的加工。期望可以达到提高铣削加工 中的生产效率，提高产品的质量及精度，并对数控加工产生积极的指导意义的 目标 主要内容和要求： 选择合适的数控机床加工零件和确定工序内容，零件图纸的数控工艺性分析明 确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方向，制定数控加工工艺 路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。制定数控 工艺路线，数控供需的设计，如公布的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具 的选择。切削用量的确定等。调整数控加工工艺程序，如对刀点、换刀点的选 择、加工路线的确定、刀具的补偿。分配数控加工的容差，树立数控机床上部 分工艺指令。在数控车床上加工圆弧与直线、或圆弧与圆弧连接的内外轮廓时， 应充分考虑其过渡圆弧半径的大小，因为刀具刀尖半径的大小可能会造成过切 削或欠切削的现象。若发现这种情况，可采用刀具刀尖半径自动补偿方法予以 解决。用铣刀加工内外轮廓时，刀具的切入点与切出点应选在零件轮廓几何参 数的交点处，并应选择合适的切入或切出方向，以免造成欠切削或过切削，影 响加工质量。在编程时常会遇到这样的情况，即构成零件轮廓的参数几何条件 不充分。例如，圆弧与直线、圆弧与圆弧在图样上是相切的，但是按照图样给 出的尺寸而得到的计算结果，相切的条件却变成了相交或相离的状态，从而影 响编程工作的正常进行。因此，在审查与分析零件图样时，应考虑零件轮廓的 几何参数条件是否充分，若发现条件不充分，应及时与图样设计人员协调解决， 以保证零件轮廓的每一个节点的坐标正确无误方法，本课程选择了普通的轴类 零件加工工艺的分析及数控机床的程序编制作为目标，轴类零件是机器中经常 遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等 传动件，以传递扭矩。 1、典型轴类零件加工工艺改进的方法：对于 7 级精度、表面粗糙度 ra0.80.4m 的一般传动轴，其工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车 各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨 外圆检验。由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质 量影响很大。为此，生产中常采用下列措施予以解决。 2、改进工件的装夹方法：粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大， 一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是， 由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、 大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。 精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键 是提高中心孔精度。 3、确定毛坯：该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其 要求。 4、确定定位基准：合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着 决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(q、p、n、m)及轴肩面 (h、g)对基准轴线 a-b 均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴， 所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆 钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两 次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔， 车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上 工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保 证两中心孔同轴。 5、划分阶段：对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质 量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半 精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外 圆)。各阶段划分大致以热处理为界。 6、确定工艺路线。 7、拟定工艺过程：定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨 削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的 热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减 小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同 时，还要考虑次要表面的加工。 主要指标和具体要求主要指标和具体要求： ：查阅课题相关文献 15 篇以上（期刊 5 篇以上） ，并注明出处。 ：通过网络、实地考察等手段了解典型零件加工工艺前景。 ：深入了解文献涉及的主要原理、技术方法等进行总结、归纳述评，阐明当 前有关的最先成果和动态。 ：考虑以较小的格式在网上发布。 日程安排： 2010 年 12 月2011 年 1 月初：收集资料。重读作品，确定论文题目，查 阅相关资料。 2011 年 1 月2011 年 2 月初：在老师的指导下，拟定写作提纲和开题报告。 2011 年 2 月2011 年 4 月：论文修改。听取老师意见，撰写论文初稿，并 交指导老师评审。 2011 年 4 月：定稿 准备答辩。 主要参考文献和书目： 【1】王凯数控加工的工艺设计j1煤炭技术，2006，25(8)：32-33。 【2】王爱玲, 白思远. 现代数控机床 m .北京: 国防工业出版社,2003。 【3】张拄银, 陈思义. 数控原理与数控机床 m .北京: 化学工业出版社, 2003。 【4】宋莉莉数控车床车削加丁工艺过程分析及编程 河北工业大学成人教育学院学 报，2006，21(2)：5o一55。 【5】潘培道，徐健基于数控加工的工艺设计ji工艺与装备，2006，(4)：8588。. 【6】左钢某桨轴类零件数控加工的一些特点fj1cadcam 与制造业信息化，2004，(8)： 41-42。 【7】裘旭东，吴晓苏非单调轴类零件的数控加_t工艺分析 精密制造与自动化， 2005，(2)：60-63。 【8】滕皓，蔡卫东等圆柱分度凸轮非等径数控加工自动编程济南大学学报(自然科学 版)，2003，17(2)：188190。 【9】王维数控加工工艺及编程m北京：机械工业出版社，2003。 【10】余英良机床数控改造没计与实例m北京：机械】 业出版，1998。 【11】吴明友数控机床加工技术流程与操作m南京：东南大学出版社，2000。 【12】北京第一机床厂职工技术协会数控机床及加工中心的编程与操作m北京：机械 r业出版社，1999。 【13】许立,原彬,施志辉. 数控车削加工仿真系统的研究与实现 j . 大连铁道学院学报, 2002, (2) : 15。 【14】华茂发. 数控机床加工工艺m . 北京:机械工业出版社, 2000。 【15】何满才数控编程与加工ma sritercam90实例详解m北京：人民邮电出版 社，2004。 指导教师签字 ： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区 毕业设计（论文）开题报告 机电 系部 数控技术 专业 08 级（2011 届）2 班 学生 题 目：制定典型零件数控加工工艺分析及编制制定典型零件数控加工工艺分析及编制 本课题来源及研究现状： 1）课题来源 数控机床日益普及,但数控加工高效率、高精度的优势却没有充分发挥出来。希 望对典型零件数控加工工艺分析的研究能够有所帮助，对制定典型零件数控加 工工艺有浓厚的兴趣，以后将从事于制定典型零件数控加工工艺以及开发。对 制定典型零件数控加工工艺有良好的基础知识与创新能力 2）研究现状 数控机床日益普及,但数控加工高效率、高精度的优势却没有充分发挥出来.从 零件图结构分析、加工设备选择、定位基准和装夹方式确定、加工顺序及进给 路线确定、刀具选择、切削用量确定以及数控加工工序确定等方面全面分析了 一个典型零件的数控加工工艺性,最后,在加工中心上加工出该产品并满足了产 品的技术要求. 课题研究目标、内容、方法和手段： 目标 理解零件加工技术要求，如零件的结构特点、材料性能、尺寸精度、形位精度、 表面精度等。分析加工可能性和关键内容，选择加工方法及工艺装备、设计工 艺过程、确定切削用量等，作出成本核算。应用工艺编制的基本知识，制订符 合技术规范的工艺文件，并评价、完善工艺方案。 内容 选择合适的数控机床加工零件和确定工序内容，零件图纸的数控工艺性分析明 确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方向，制定数控加工工艺 路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。制定数控 工艺路线，数控供需的设计，如公布的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具 的选择。切削用量的确定等。调整数控加工工艺程序，如对刀点、换刀点的选 择、加工路线的确定、刀具的补偿。分配数控加工的容差，树立数控机床上部 分工艺指令。在数控车床上加工圆弧与直线、或圆弧与圆弧连接的内外轮廓时， 应充分考虑其过渡圆弧半径的大小，因为刀具刀尖半径的大小可能会造成过切 削或欠切削的现象。若发现这种情况，可采用刀具刀尖半径自动补偿方法予以 解决。用铣刀加工内外轮廓时，刀具的切入点与切出点应选在零件轮廓几何参 数的交点处，并应选择合适的切入或切出方向，以免造成欠切削或过切削，影 响加工质量。在编程时常会遇到这样的情况，即构成零件轮廓的参数几何条件 不充分。例如，圆弧与直线、圆弧与圆弧在图样上是相切的，但是按照图样给 出的尺寸而得到的计算结果，相切的条件却变成了相交或相离的状态，从而影 响编程工作的正常进行。因此，在审查与分析零件图样时，应考虑零件轮廓的 几何参数条件是否充分，若发现条件不充分，应及时与图样设计人员协调解决， 以保证零件轮廓的每一个节点的坐标正确无误方法，本课程选择了普通的轴类 零件加工工艺的分析及数控机床的程序编制作为目标，轴类零件是机器中经常 遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等 传动件，以传递扭矩。 1、典型轴类零件加工工艺改进的方法：对于 7 级精度、表面粗糙度 ra0.80.4m 的一般传动轴，其工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车 各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨 外圆检验。由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质 量影响很大。为此，生产中常采用下列措施予以解决。 2、改进工件的装夹方法：粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大， 一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是， 由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、 大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。 精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键 是提高中心孔精度。 3、确定毛坯：该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其 要求。 4、确定定位基准：合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着 决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(q、p、n、m)及轴肩面 (h、g)对基准轴线 a-b 均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴， 所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆 钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两 次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔， 车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上 工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保 证两中心孔同轴。 5、划分阶段：对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质 量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半 精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外 圆)。各阶段划分大致以热处理为界。 6、确定工艺路线。 7、拟定工艺过程：定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨 削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的 热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减 小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同 时，还要考虑次要表面的加工。 手段 通过网络、实地及其它手段与方式等调查了解有关现状 校图书馆，电子资源。 设计（论文）提纲及进度安排： 1）设计提纲： 前言：数控加工工艺对零件的质量产量起着决定性作用。加工中的各种操作 步骤使机床安全、可靠、高效地工作。 正文：关于轴类零件的加工工艺分析和加工编程。 总结：通过这次毕业设计，对自己所学专业有了系统的认识，增加了自己的 设计能力。要感谢刘老师的细心指导。 2）进度安排： 2010 年 12 月2011 年 1 月初：收集资料。重读作品，确定论文题目，查阅相 关资料。 2011 年 1 月2011 年 2 月初：在老师的指导下，拟定写作提纲和开题报告。 2011 年 2 月2011 年 4 月：论文修改。听取老师意见，撰写论文初稿，并 交指导老师评审。 2011 年 4 月：定稿 准备答辩。 主要参考文献和书目： 【1】王凯数控加工的工艺设计j1煤炭技术，2006，25(8)：32-33。 【2】王爱玲, 白思远. 现代数控机床 m .北京: 国防工业出版社,2003。 【3】张拄银, 陈思义. 数控原理与数控机床 m .北京: 化学工业出版社, 2003。 【4】宋莉莉数控车床车削加丁工艺过程分析及编程 河北工业大学成人教育学院学 报，2006，21(2)：5o一55。 【5】潘培道，徐健基于数控加工的工艺设计ji工艺与装备，2006，(4)：8588。. 【6】左钢某桨轴类零件数控加工的一些特点fj1cadcam 与制造业信息化，2004，(8)： 41-42。 【7】裘旭东，吴晓苏非单调轴类零件的数控加_t工艺分析 精密制造与自动化， 2005，(2)：60-63。 【8】滕皓，蔡卫东等圆柱分度凸轮非等径数控加工自动编程济南大学学报(自然科学 版)，2003，17(2)：188190。 【9】王维数控加工工艺及编程m北京：机械工业出版社，2003。 【10】余英良机床数控改造没计与实例m北京：机械】 业出版，1998。 【11】吴明友数控机床加工技术流程与操作m南京：东南大学出版社，2000。 【12】北京第一机床厂职工技术协会数控机床及加工中心的编程与操作m北京：机械 r业出版社，1999 。 【13】许立,原彬,施志辉. 数控车削加工仿真系统的研究与实现 j . 大连铁道学院学 报, 2002, (2) : 15。 【14】华茂发. 数控机床加工工艺m . 北京:机械工业出版社, 2000。 【15】何满才数控编程与加工ma sritercam90实例详解m北京：人民邮电出版 社，2004。 指导教师审核意见： 教研室主任签字： 年 月 日 摘 要 能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到实 践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位 .夹紧以及工艺路线安排 .工 艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量 学会使用图表资料以及手册，掌握与本本设计有关的各种资料的名称， 出处，能够做到熟练运用。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次 适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打 下一个良好的基础。由于能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位 老师给予批评指正。 关键词：夹具 走刀路线 加工用量 abstractabstract can through the utilization machine manufacture technology curriculum in elementary theory as well as in the productive practice middle school to the practice knowledge, a correct solution components in processing process localization. clamp as well as craft route arrangement. questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality the academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the notebook the name, the source, can achieve the skilled utilization. therefore, it holds the important status in ours university life. to my own opinion, i hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes. key words:fixture moving path processing amount 前 言 这次毕业设计，我的设计题目是：数控复合轴加工工艺规程设计。由于设 计的需要，我仔细研究了零件图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了 很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代 表能不能干好。所以我积极与设计指导老师、操作指导老师沟通，在各位老师 的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到各位老师优良工作品质的 影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并 树立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。 通过毕业设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运 用所学理论知识和实际操作知识去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技 术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、 规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基本理论知识和基本 操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、编写数控程序、 数控机床操作、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独 立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风。由于本人 能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请各位老师指正批评，以 使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出 现。在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位老师表示 我虔诚和衷心的感谢 目 录 第一章 数控机床的概述.3 1.1 本文的研究背景及意义 3 1.2 数控编程技术的历史 3 1.3简述国产数控机床的发展现状.5 第二章 数控编程中的加工工艺分析及设计6 2.1 数控加工工艺 6 2.1.1 分析零件图 6 2.1.2 数控加工工艺概念与工艺过程 7 2.1.3 数控车床加工工艺的主要内容 8 2.2 加工方法选择及加工方案确定 .13 2.3 数控加工工艺路线的设计 .18 2.3.1 数控车削加工零件的工序顺序 18 2.3.2 按零件装夹定位方式划分工序 19 2.4 数控加工工序卡 19 第三章 典型轴类零件的加工工艺20 3.1 零件图样分析 .20 3.2 确定毛坯 .21 3.3 确定主要表面的加工方法 .22 3.4 确定定位基准 .22 3.5 划分阶段 .22 3.6 热处理工序安排 .23 3.7 加工尺寸和切削用量 .23 3.8 拟定工艺过程 .23 第四章 加工程序编写及主要操作步骤.24 4.1 程序编写的基本步骤和内容 .24 总结27 致谢28 参考文献 .29 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 1 第一章 数控机床的概述 1.1 本文的研究背景及意义：数控加工技术概况： 数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信 号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、 角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、 加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。 数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根 据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规 定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将 数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与 计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机 床进行零件的自动加工。 数控加工原理及加工过程： 零件图阅读零件图工艺分析制定工艺数控编程程序传输数控 机床 数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序 单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。 1.2 数控编程技术的历史 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应 用，柔 性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了 更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展： 1高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系 到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提 高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构， 以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动 机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 2 越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工 精度。 为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一 的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮 轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层 刀具已开始得到应用。 2多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达 100 把以上）的各类加工中 心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺 纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一 个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多 cpu 结构 和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现 所谓的“前台加工，后台编辑” 。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要 求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据 通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。 3智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自 动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精 度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具 有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对 cnc 系统本身以及与 其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施， 并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机， 而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求， 其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。 4数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前 cadcam 图形交互 式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用 cad 绘制 的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自 动生成 nc 零件加工程序，以实现 cad 与 cam 的集成。随着 cims 技术的发展， 当前又出现了 cadcappcam 集成的全自动编程方式，它与 cadcam 系统编 程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 capp 数据库获得。 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 3 5可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系 统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成 电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各 种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及 系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动 运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软 件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用 容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、 监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保 护。 6控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前 主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元 器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶 薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可 以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。 1.3简述国产数控机床的发展现状 国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小数控机床是当代机械制造业 的主流装备,国产数控机床的发展经历了 30 年跌宕起伏 ,已经由成长期进入 了成熟期,可提供市场1 500 种数控机床 ,覆盖超重型机床、高精度机床、 特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域 ,产品种类可与日、德、 意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式 卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先 进水平。其中 ,五轴(坐标) 联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。 它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体,应用于复杂曲面 的高效、精密、自动化加工 ,是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器 等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。五轴联动数控机床的应用,其 加工效率相当于 2 台三轴机床,甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的 投资,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费 用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多 ,国际强手对中国限制的五轴联动 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 4 加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制 成功,改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。 第二章 数控编程中的加工工艺分析及设 计 2.1 数控加工工艺 2.1.1 分析零件图 1. 零件的完整性和正确性的分析 本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件，生 产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精 度。可以看出这根轴是由 m12 的螺纹；20 长为 5mm 的槽，及 1：10 的锥 度组合而成的外圆结构。从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸 的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结 构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配 合。 总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧 的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不 过大也不过小。如果是内孔的直径过大那么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就 显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的 问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里 没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性， 而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，也体现 出了数控技术的精度高的特点。 2.零件材料的分析 工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用 最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源 广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料，它是 可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。可分为刚和铸铁两大类，其主要 区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于2.11%，铸铁的含碳量则在 2.11%以 上。 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 5 钢的韧性、塑性较好，强度较高。常以热锻、轧制等方法成形。强度要求 较高、形状较复杂的零件可用铸钢。 由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承 受拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。 3.零件精度的分析 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与 理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不 可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际 几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工 过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下 所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整， 并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样 会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工 工艺系统(简称工艺系统 )会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的 具体工作条件下都会以各种不同的方式 (或扩大、或缩小 )反映为工件的加 工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工 艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、 工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这 些都会影响到零件的加工精度。 如图 3-1-1 就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件 重要的径向加工部位有： 24 圆柱段，16 圆柱段，20 圆柱沟槽， 10 的退刀槽。零件其他径向加工部位相对容易加工。零件的轴向加工部位： 零件左端 24 圆柱段的轴向长度为 5,.零件右端 20 圆柱沟槽的轴向长 度为 5mm，由上述尺寸可以确定零件的轴向尺寸应该以零件左端面为基准， 这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。 4、表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表 面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于 表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 6 层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就越 光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。 表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在对 零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质 量等方面的影响。我国执行的表面粗糙度国家标准有三个： gb/t35052000 表面粗糙度 术语 表面及参数 gb/t10311995 表面粗糙度 参数及其数值 gb/t1311993 机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法 附图（机械制造基础 81 页） 在这里我参考的是国标 gb/t1311993，由图 1-3-2 可以知道这根复合 轴表面粗糙度的要求不是很高， m30 的螺纹的表面粗糙值为 ra2.5；36+0.1 -0.1 的槽表面、 500 -0.025 长度为 5mm 的左端面、以 及 52+0.04 -0.01、25+0.1 0 的内孔表面的表面粗糙度值为 ra3.2； 这些的粗糙度的要求都不是很高，可以通过精加工和半精加工得到，r10 ,r20 长度为 15mm 的圆弧段表面、及左端的圆锥的表面粗糙度 ra1.6。ra.16 的精度可以通过精车之后再通过磨削可以得到。其他未注的粗 糙度为 ra6.3 也是通过半精车可以达到。 2.1.2 数控加工工艺概念与工艺过程 1.数控加工工艺概念 是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于 整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐 步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 2.数控加工工艺过程 是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位 置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 2.1.3 数控车床加工工艺的主要内容 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 7 在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内 容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 一、数控加工工艺内容的选择 1、适于数控加工的内容 在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚 存在富裕加工能力时选择。 2、不适于数控加工的内容 （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用 工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦， 效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数 据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。 二、 数控加工工艺性分析 1、尺寸标注应符合数控加工的特点 2、几何要素的条件应完整、准确 3、定位基准可靠 4、统一几何类型及尺寸 三、数控加工工艺路线的设计 1、工序的划分 数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： （1）以一次安装、加工作为一道工序。 （2）以同一把刀具加工的内容划分工序。 （3）以加工部位划分工序。 （4）以粗、精加工划分工序。 2、顺序的安排 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 8 顺序安排一般应按以下原则进行： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加 工工序的也应综合考虑； （2）先进行内腔加工，后进行外形加工； （3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工， 以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 3、数控加工工艺与普通工序的衔接 二、数控加工工艺设计方法 数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺 装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。 一、确定走刀路线和安排加工顺序 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内 容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应 注意以下几点： 1、寻求最短加工路线 2、最终轮廓一次走刀完成 3、选择切入切出方向 4、选择使工件在加工后变形小的路线 二、确定定位和夹紧方案 在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题： （1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一； （2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加 工表面； （3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案； （4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。 三、确定刀具与工件的相对位置 对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。 ，对刀点往往就选 择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下： （1）所选的对刀点应使程序编制简单； 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 9 （2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； （3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置； （4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。 换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因 为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相 应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加 工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。 四、 确定切削用量 编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、 背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。 4 机械加工工艺卡 产品型号 零件图号 4 共 1 页 产品名称 零件名称 复合轴 第 1 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 5 车 45 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45 号钢 1 1 设备名称 设备型号 gsk980td 设备编号 同时加工数 数控车床 gsk980td 1 工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给 量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数 1 调头、精车零件左端外圆成型 800r/min f=100 2 3 2 车削 m12 的螺纹，加工后零件达到图纸的 要求。 800r/min f=100 3 车 b=5mm 的槽 400r/min f=40 4 倒角 600r/min 设计日期 审核日期 会签日期 标记 处数 更改文件号 签字： 日期 2010.327 3010.3.27 2010.3.27 2010.3.27 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 10 在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工艺的 形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下： 1.零件左、右端打 b 型中心孔 b2.5.目的是为数控车削加工工序提供可靠的 装夹工艺基准 。 2. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数控粗车 加工零件右端外形以及倒角 145，加工后的零件各部尺寸留下精加工的 余量。 3. 零件调头后用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹不顶进行装夹定位， 先用 8、25 的钻头手动加工 25 的孔，然后数控粗车加工零件左端内、 外形以及倒角 145，加工后的零件各部分尺寸留下精加工的余量。 4. 精车、零件右端 b 型中心孔，为精车加工提供可靠的定位基准。 5. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，数控精车加工零件内形以及倒角 145与内孔空刀槽，加工后的零件各部尺寸达到图纸技术的要求。 6. 用双顶尖一鸡心夹装夹零件，数控精车加工零件左端外形以及倒角 145与空刀槽，加工后的零件各部尺寸。 7. 零件调头后用一夹一顶的方式夹紧定位好零件，数控精车加工零件右端 外形，并进行 b=5mm 的切槽加工，加工后零件各部尺寸达到图纸的要求。 2.2 加工方法选择及加工方案确定 2.2.1 数控机床的合理选用 本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择广数 gsk980td 数控车床。操作简单易掌握！ 2.2.2 轴的种类 a)光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴 h)曲轴 i) 凸轮轴 2.2.3 轴类零件的功用、结构特点 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿 轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分 为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 11 它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件， 其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端 面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲 轴等。轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数轴介于两 者之间。 2.2.4 轴类零件的毛坯和材料 1 轴类零件的毛坯 轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过 加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯 及抗扭强度。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产 多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 2 轴类零件的材料 轴类零件材料 常用 45 钢，精度较高的轴可选用 40cr、轴承钢 gcr15、弹 簧钢 65mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用 20mn2b、20cr 等低 碳合金钢或 38crmoal 氮化钢。 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