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毕业设计（论文） 典型零件数车加工工艺分析与编程(套件)typical parts cnc lathe machining technologyanalysis and programming (kit)班级 数控技术 093 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 导师单位 论文提交日期 2011年11月8日 论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名： 日 期： 摘 要随着现代技术的迅猛发展，数控技术在机械制造业已被广泛应用。目前在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。因此，数控技术的应用在很大程度上决定了地区的发展速度和企业的竞争力，可以说，21世纪机械制造行业的竞争主要就是数控技术应用能力的竞争。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1t)与制造技术(mt)结合发展的结果。现代的cad/cam/ug、制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代数控技术专业学生必不可少的。本次毕业设计内容介绍了数控加工的特点与发展、加工工艺分析、数控加工程序的编制、模拟运动仿真。并通过较复杂零件的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法以及数控编程。关键词： 数控技术 加工工艺 编程 仿真 abstract with the rapid development of modern technology, digital technology in the machinery manufacturing industry has been widely used. currently on a national basis in the strategic role of industrial modernization, and machinery manufacturing industry has become a tradition to enhance the transformation and automation, flexible, integrated and mark an important means of production. therefore, the application of cnc technology in the regionlargely determines the rate of growth and competitiveness of enterprises, it can be saidthat the 21st century machinery manufacturing industry, competition is mainly numericalability to apply technology competition. cnc technology and the extensive use of cnc machine tools, machinery manufacturing industry to the industrial structure, product types and grades and production methods to bring a revolutionary change. cnc machine toolsis the most important modern processing plant and equipment. it is the development of nformation technology (1t) and manufacturing technology (mt) combined result of the development. modern cad / cam / ug, manufacturing technology, are built on top of cnc technology. technical knowledge to master modern cnc students of modern cnc technology essential. the contents of graduation introduced the characteristics and development of cnc machining, machining process analysis, nc machining program preparation, simulation of motion simulation. and more complex parts of the instance by a detailed description of the cnc machining process analysis methods, and numerical control programming.keywords: numerical simulation programming technology processing . 59摘 要3第一章 数控加工及发展11.1数控机床的简介11.1.1数控机床的组成11.1.2数控机床的工作过程21.2数控机床的分类21.2.1开环控制数控机床21.2.2半闭环控制数控机床31.2.3闭环控制数控机床31.3 数控机床的特点及应用41.3.1 数控机床的特点41.3.2 数控机床的应用范围51.4 数控加工技术的发展51.4.1 数控机床的发展51.4.2数控编程的发展61.4.3 数控机床的发展趋势71.4.4数控机床的绿色制造10本章小结13第二章 数控加工工艺分析142.1毛坯的选择142.2零件的加工工艺分析152.2.1加工工艺路线的确定原则152.2.2加工工艺的选择要点162.2.3.零件图工艺分析192.2.4加工工艺方案分析192.2.5加工难点分析202.2.6确定装夹方案222.2.7刀具的选择222.2.8切削用量的选择23本章小结28第三章 工艺路线及走刀路线293.1制定工艺路线293.2确定走刀路线30第四章 数控加工程序314.1fanuc公司简介fanuc数控系统的发展314.2fanuc公司数控系统的产品特点324.3工件程序35本章小结39 40第五章pre/engineer数控加工仿真415.1pro/engineer wildfire 4.0 概述415.2区域车削加工仿真415.2.1区域车削加工简介415.2.2区域车削加工421建nc加工文件422建制造模型443域车削加工操作设置464区域车削nc加工序列475刀具路径的演示与检测51本章小结53参考文献54附 录55 58致 谢59第一章 数控加工及发展1.1数控机床的简介数字控制机床（numerically controlled machine tool）简称数控（nc），是近代发展起来的一种自动控制技术，使用数字信息实现自动控制机床运动的一种方法。国际信息联盟第五技术委员会对数控机床做了如下定义：数控机床是一个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它符号编码指令规定程序。定义中的控制系统就是数控系统。1.1.1数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图1-1.图1-1 数控机床组成1.1.2数控机床的工作过程图1-2 数控机床的工作过程 数控机床的工作过程如图12 所示。首先根据被加工零件的图样，将工件的形状、尺寸及技术要求等，采用手工或计算机按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格式编成加工程序单，并将这些程序代码存储在u 盘等信息载体上（或直接用键盘输入），然后经输入装置，读出信息并送入数字控制装置。数控装置就依照输入的数控指令进行一系列的处理和运算，变成脉冲信号，并将其输入驱动装置，带动机床传动机构，机床工作部件有次序地按要求的程序自动进行工作，加工出图样要求的零件。1.2数控机床的分类 数控机床经过几十年的发展，其规格、型号繁多，品种已达数数千种，结构和功能也各具特色。从不同的技术或经济指标出发，可对数控机床进行不同的分类，如按机床的工艺用途、控制运动的轨迹、伺服系统的类型、控制的坐标轴数及机床数控系统的性能价格比等都可进行分类。由于国内、外尚无统一的分类方法，以下仅着重介绍国内常用的几种分类。1.2.1开环控制数控机床这类机床不带位置检测反馈装置，通常用步进电机作为执行机构。输入数据经过数控系统的运算，发出脉冲指令，使步进电机转过一个步距角，再通过机械传动机构转换为工作台的直线移动，移动部件的移动速度和位移量由输入脉冲的频率和脉冲个数所决定。如图16 所示。图16 开环控制系统框图1.2.2半闭环控制数控机床在电机的端头或丝杠的端头安装检测元件（如感应同步器或光电编码器等），通过检测其转角来间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统中。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可获得较稳定的控制特性。其控制精度虽不如闭环控制数控机床，但调试比较方便，因而被广泛采用。如图17 所示。图17 半闭环控制系统框图1.2.3闭环控制数控机床这类数控机床带有位置检测反馈装置，其位置检测反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在机床的移动部件上，将测量结果直接反馈到数控装置中，通过反馈可消除从电动机到机床移动部件整个机械传动链中的传动误差，最终实现精确定位。如图18 所示。图18 闭环控制系统框图1.3 数控机床的特点及应用1.3.1 数控机床的特点1、数控机床与普通机床的区别数控机床与普通机床最显著的区别是当对象（工件）改变时，数控机床只需改变加工程序（应用软件），不需要对机床做较大的调整，即能加工出各种不同的工件。（1）数控机床具有手动与自动两种操作功能。（2）数控机床一般具有crt 屏幕显示功能。（3）数控机床主传动和进给传动采用直流或交流无极调速伺服电动机。（4）数控机床一般具有工件测量系统。2、数控机床的特点（1）加工精度高。数控机床是由精密机械和自动化控制系统组成的，所以其传动系统与机床结构都有较高的精度、刚度、热稳定性及动态敏感度。目前数控机床的刀具或工作台最小移动量（脉冲当量）普遍达到了0.001 ，中、小型数控机床定位精度普遍可达0.03 ，重复定位精度可达0.01 。（2）生产效率高。加工零件所需时间包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床能有效地减少这两部分时间。在数控加工中心上加工时，一台机床能实现多道工序的连续加工，生产效率的提高更加明显。（3）减轻劳动强度、改善劳动条件和劳动环境。（4）能产生良好的经济效益。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，是生产成本进一步下降。（5）有利于生产管理的现代化。数控机床适用于与计算机网络连接，通过计算机远程控制，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础，实现生产管理的现代化。但是。利用数控机床生产加工，初期设备投资大，维修费用高，对管理及操作人员的专业技术素质要求较高。因此，应合理地选择及使用数控机床，提高企业的经济效益和竞争力。1.3.2 数控机床的应用范围数控机床的技术含量要求高、生产成本高，使用和维修都有一定难度，若从性价比考虑，数控机床一般要考虑下列加工情况。1、零件批量在多品种、小批量零件的生产中优先考虑使用数控机床。2、加工零件的轮廓要求高结构较复杂、精度要求高或必须用数字方法决定的复杂曲线、曲面轮廓的零件加工多以数控机床为主。3、试制阶段在产品需要频繁改型或试制阶段，数控机床可以随时适应产品的变化。4、关键零件价格昂贵，不允许报废的关键零件可以由数控加工来保证。5、周期短对于需要最小生产周期的急需零件，数控机床可以缩短加工时间。6、多工序零件需进行多工序联合加工的零件，如需要进行钻、扩、铰、攻螺纹及铣削等的箱体、壳体零件，多以数控加工中心来完成。1.4 数控加工技术的发展数控加工技术的发展，主要依赖于在加工中执行加工任务并保证加工精度的数控机床及其负责指挥、监督并控制加工准确进行的数控系统的共同发展，它在一定程度上反映出一个国家自动化水平的高低。1.4.1 数控机床的发展1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949 年，该公司在美国麻省理工学院（mit）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957 年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959 年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960 年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于1958 年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965 年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称dnc），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称cnc）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称mnc），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。1.4.2数控编程的发展为了解决数控加工中的程序编制问题，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（automatically programmed tool）。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）、apt-ac（advanced contouring）(增加切削数据库管理系统)和apt-/ss（sculptured surface）(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炼，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，但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；不容易做到高度的自动化，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，称为为catia。随后很快出现了象euclid，ugii，intergraph，pro/engineering，mastercam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。20世纪90年代中期以后，数控自动编程系统更是向着集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化方向迅速发展，标志着更新的自动编程系统的发展潮流和方向。我国的自动编程系统发展较晚，但进步很快，目前主要有用于航空零件加工的skc系统以及zck、zbc系统和用于线切割加工的skg系统等。1.4.3 数控机床的发展趋势 从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：1、性能发展方面 （1）高速化 可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现高速化。机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到5000米8000米/分以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上；工作台的移动速度：（进给速度），在分辨率为1微米时，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。 （2）高精度化 高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度两方面。 提高数控机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。在减少cnc系统误差方面，通常采用提高数控系统分辨率，使cnc控制单元精细化，提高位置检测精度以及在位置伺服系统中为改善伺服系统的相应特征，采用前馈和非线性控制的方法。在采用补偿技术方面，采用齿缝补偿、丝杠螺母误差补偿、刀具补偿、热变形误差补偿和空间误差综合补偿等。 从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm），其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。（3）高可靠性 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。衡量可靠性的重要量化指标是平均无故障工作时间mtbf（mean time between failures），现在数控机床整机的mtbf已达到800h以上，数控系统的mtbf已达到125个月以上。提高数控系统可靠性通常可采用冗余技术，故障诊断技术，自动检错、纠错技术，系统恢复技术，软件可靠性技术等技术。 目前，很多企业正在对可靠性设计技术，可靠性试验技术，可靠性评价技术可靠性增长技术以及可靠性管理与可靠性保证体系等进行深入研究和广泛应用，以期望是数控机床整机可靠性能提高到一个性的水平。（4）高柔性化 柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，再进一步提高单元柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展，如体现系统柔性化的fmc和fms发展迅速。 作为数控机床的大脑数控系统，在21世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途，具体指具有开放性体系结构。通过重构，编辑，系统的组成视需要可大可小；功能可专用也可通用，功能价格比可调；可以集成用户的技术诀窍，形成名牌产品。 （5）高一体化 cnc 系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制；测量造型、加工一体化；加工、实时检测与修正一体化；机床主机设计与数控系统设计一体化。（6）网络化 实现多种通迅协议，既满足单机需要，又能满足 fmc、fms、cims 对基层设备的要求，同时便于形成“全球制造”的基础单元。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在em0200l展中，日本山崎马扎克公司展出的“cyber-production center”(智能生产控制中心，简称cpc)；日本大隈机床公司展出的“it plaza”(信息技术广场，简称it广场)；德国西门子公司展出的“open manufactufing environment”(开放式制造环境，简称ome)等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。（7）智能化 21世纪的 cnc系统将是一个高度智能化的系统，具体指系统应在局部或全部实现加工过程自适应、自诊断、自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，不仅可以使用多种高级语言编程，还可用类自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控等。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、specid repons综述能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。日本mazak株式会社的日本工厂是世界上为数不多的智能管理的代表。整个工厂实行计算机网络智能化管理。智能生产中心通过机床的数控系统、生产线上的网络管理pc机、立体仓库的计算机进行管理。智能生产中心由camware辅助制造编程系统、智能化日程管理系统、智能化工具管理系统、智能化监控系统组成。马扎克公司在中国的企业，生产现场的数控机床用以太网并与智能生产中心相连。在此基础上再借助以太网与企业上层的cadmrp(epr)等系统联接，实现整个企业的信息集成，建立了智能网络化工厂。2、功能发展方面（1）用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口，图形用户界面要适合各种用户包括非专业用户的使用，通过窗口和莱单进行操作，可实现图形模拟、图形动态跟踪、仿真和快速编程等功能。（2）科学计算可视化信息交流已不再局限于用文字和语言表达，可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术可用于cadcam、参数自动设定、刀具补偿、显示及加工过程的可视化仿真等。如最近厦门创壹软件有限公司开发的数控机床虚拟实现技术，用可视化3d 技术展示了对数控机床的故障诊断与维修等功能。（3）插补和补偿多样化插补方式有直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、多项式插补等。补偿功能有垂直度补偿、间隙补偿、圆弧插补时过象限的误差补偿、螺量系统误差补偿、刀具半径补偿、温度补偿等。（4）高性能的内置plc数控系统内装高性能的plc，可直接用梯形图或高级语言编程，可在线调试和在线编辑修改，建立自己的应用程序。（5）多媒体技术应用计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控系统，应用多媒体技术对各种信息可进行综合化，智能化处理。3、体系结构的发展方面（1）集成化采用高度集成化cpu、risc 芯片和大规模可编程集成电路，及专用集成电路芯片，提高数控系统的集成电路密度和软硬件运行速度及系统的可靠性。（2）模块化实现数控系统的集成化和标准化，将cpu、存储器、位置伺服、plc、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，构成不同档次的数控系统。1.4.4数控机床的绿色制造所谓绿色制造(green manufacturing，gm)，就是应用绿色设计、使用绿色设备、绿色材料、绿色能源制造绿色产品，一直到产品使用寿命完结后的绿色处理的全过程。在这个过程中，要使资源利用率最高，消耗最低，环境污染最小。绿色制造技术涉及到现代设计技术、先进制造工艺及设备、环境技术标准、环境工程技术、系统工程技术、通信网络及数据库支撑技术、并行工程技术以及政策法规等等。而这些技术又集中体现在充分利用数控设备资源方面。因此，充分利用数控设备资源，提高数控设备资源利用率就成了绿色制造的重中之重。在绿色制造的产业链中，充分利用数控设备资源对于推进绿色制造具有重要意义，受到发达国家的重视；虽然我国的数控设备的应用技术比发达国家落后，但近几年有了长足的发展，目前数控设备的用量约有100万台，也很可观。我国军工行业进行了以提高数控设备资源利用率为目标的应用技术攻关，攻关取得了重大进展，试点效果显著，为探索绿色制造的发展方向和重点，起到了示范作用。1 绿色制造的重要意义和国内外简况随着世界人口的日益膨胀，对自然资源的开采利用达到了无以复加的地步。可开采利用的矿产资源越来越少，制造生产的日用消费品和生产资料消费品越来越多，环境污染越来越严重，生存环境越来越差。如果现在对制造业资源不加以充分利用，对制造过程和制造生产的产品使用过程造成的环境污染不加以控制和改善，这对人类来说将是一场灾难。只有发展和推进绿色制造，充分利用资源，节省资源(要特别注重节省不可再生资源)，减少制造过程的排放污染，特别是提高数控设备资源利用率就成了实施“绿色制造”的重中之重。因此，许多国家已经开展以保护环境为主题的“绿色计划”，如日本的“绿色行业计划”、加拿大的“绿色计划”等。美、英、德、法等20多个国家实施产品“环境标志”，促进“绿色产品”发展。我国也提出了绿色设计理论和方法，建立了绿色产品设计指标评价体系，提出了绿色设计工具，并与cad、cam、cae、capp等集成，形成集成环境；建立绿色制造示范点，贯彻is014000环境管理体系标准等。但是，我国数控设备的使用效率低下，还不到发达国家的14。主要原因是我国数控设备使用技术落后。具体表现在两个方面：(1)集成制造技术比较落后，多数数控加工车间计算机辅助生产管理(订单处理、生产计划编制、作业调度、任务分配、工序质量控制、现场信息反馈、统计报告等)和制造资源管理系统(人员、设备、刀具、卡具、量具、毛料、成品等)缺乏有机集成，cadcamcapp集成应用整体水平还不高，生产准备时间过长；(2)缺乏统一的工艺数据库支持，数控加工仿真和优化能力薄弱，数控编程一般是利用商品化cadcam软件系统自动生成nc程序，但工艺需要自己编制，因缺乏统一的标准和优化数据库(如切削数据库、工程数据库等)的支撑，致使数控编程每一个工艺员一个样，相似零件多样程序，许多工艺不合理，人为因素影响大，nc程序运行效率低，极大地制约了数控设备的使用效率。2 研究提高数控设备应用效率推进绿色制造针对我国数控设备应用技术落后和应用效率低的问题，我国军工行业正在实施“数控机床专项增效计划”。开展了“高效数控集成制造技术攻关”和“基于切削过程动态力学仿真的数控加工工艺优化技术攻关”。(1)高效数控集成制造技术攻关。开发出计算机辅助生产管理和制造资源管理系统，实现了生产计划和资源计划自动生成，以及基于生产计划的工装管理、刀具集中配送和原材料领用发放管理。通过对生产管理的合理安排和制造资源的合理配置，实现了数控设备群的协同生产，提高了效率和应变能力。(2)开发了仿真优化系统。开发了一整套工艺参数力学动态优化仿真、预测和计算数字化软硬件系统，建立了优化工艺参数数据库，形成了第一部优化高速切削工艺参数手册，从根本上实现了工艺参数的选择由试切摸索到仿真计算的跨越，提高了加工效率和质量。3 数控机床增效试点成效显著对绿色制造意义重大2006年，我国军工行业，首先选择40家重点企业200台数控设备进行增效试点。目前，已在航天、航空、兵器、电子等20家企业的74台机床数百项典型零件加工中实现了单台增效，加工效率平均提高1倍以上。陕西飞机制造公司应用参数优化技术完成了近100项零件加工应用，平均加工效率提高2倍以上；电子第十四研究所，实现铝合金零件加工提高功效135倍；望江工业有限公司某火炮零件加工实现数控机床主轴由2 000 rmin提高到13 000 rmin，切削时间由18 min缩短到4 min，效率提高4倍以上；昌河飞机工业(集团)公司加工铝合金效率提高了28倍以上，首件加工效率由40提高到90以上，使原来最多年产12架份s92型直升飞机零件能力提升到32架份等等。在数控机床产业链中，如果下游用户所有数控设备的应用效率都能提高1倍，产能就可以增加1倍。因此，当企业需要增加产能时就可以不必为扩大生产能力而新增设备，而数控设备用户就可以少用设备、少用能源、少排放、少污染、少占用生产面积；产业链中处于中游的数控行业生产企业就可以少产生用户已拥有的数控产品，因此就可以节能、节材、节省配套元部件、节省辅料、节省设备、少占用生产面积、少排放、少污染；而处于上游的供应方也同样会节省大量的原材料、能源、设备、生产占地面积和人力资源等，也就少排放、少污染。可见，提高数控机床应用效率不仅仅使用户增效、节能、减排、实现绿色制造；同样，也促使整个产业链大量节材、节能、减排和发展绿色制造。2007年我国生产数控机床12万多台，拥有数控设备约70万台(累计进口约23万台)；2008年预计数控机床产量可以达到15万台，拥有数控机床将达到约80万台(累计进口约25万台)；2009年拥有数控机床将达到约100万台，价值约6 500亿元左右(2007年和2008年。每年约进口数控机床70亿美元)；而这两年国产数控机床约70亿美元左右。如果，由于提高了数控设备使用效率，每年都可以淘汰一些旧设备，如果用户每年少采购一半新设备，每年就可以节省约1 000亿元。对于充分利用资源、节能、节材、减排、增效，其作用不可低估。这是一件利国、利民、利企的大好事。4 推进绿色制造应注意以下方向 (1)继续扩大数控设备增效成果。从军工行业扩大到民用行业；从有色金属加工扩大到黑色金属加工，以达到充分利用数控设备资源，使全产业链实现“绿色制造”。 (2)在制造产业中要尽量多采用数控设备。因为，普通机床设备防护性比较差，漏水、漏油、漏气(三漏)较严重；数控机床设备防护和密封效果都比较好，可以大大减少使用制造过程中的污染。(3)随着技术不断进步和数控技术的快速发展，数控机床的使用会越来越多，越来越普及。但是，随着使用技术的发展和使用效率的提高，需求也会相对减少。因此，数控设备生产单位在不断提高生产的数控设备的使用性能、功能、技术水平的同时，在生产和销售数控设备的同时，也应该开发先进的使用技术，开发生产计划和生产资源集成制造系统，优化工艺参数、开发工艺数据库等等，可随数控设备一起提供给用户，以增加技术附加价值。一方面为绿色制造作出贡献，一方面为企业发展，增加技术附加值创造条件。(4)要特别重视数控设备大用户汽车行业的需求。中国汽车行业在“十五”期间，固定资产投入达到2 350亿元，其中购买设备投入1 600多亿元；“十一五”投资约4 000亿元，其中购买设备投入将突破2 500亿元。目前，这些设备70依靠进口。中国数控行业必须提高供货的整体技术水平，要提供柔性制造单元、柔性制造系统、流水生产线、装配线和集成技术，以保证制造质量和高效率，实现绿色制造。因为，汽车行业消费的数控设备最多，占30以上，所以在汽车行业提高数控设备应用技术水平，提高应用效率可以带动某些制造业应用数控技术水平的提高，推进绿色制造的意义更加重大。 本章小结在本章中，主要介绍了数控床的组成、分类和工作过程等，在数控机床的特点和应用方面也进行了部分的描述。对于数控机床的发展趋势相信以后会朝着高环保、高效性、高节能等方面发展。第2章 数控加工工艺分析2.1毛坯的选择2.1.1轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。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。2.1.2轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。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4552hrc。40cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢gcr15和弹簧钢65mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058hrc，并具有较高的耐疲惫性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38crmoaia氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常碰到的典型零件之一。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。根据结构外形的不同，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。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：（一）尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（it5it7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（it6it9）。（二）几何外形精度轴类零件的几何外形精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其答应偏差。（三）相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。（四）表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为ra0.630.16m。 2.1.3毛坯的确定经过对常用对上述内容以及图纸要求的分析与比较，现确定本零件的毛坯选用45钢，以45钢的特性完全可以满足零件的要求，另外45钢价格便宜，又满足了经济性的要求。毛坯规格5295mm, 5280mm)。2.2零件的加工工艺分析2.2.1加工工艺路线的确定原则加工工艺路线合理与否，关系到零件的加工质量与生产效率。在确定加工工艺路线时，应综合考虑在保证加工精度的前提下，应最大限度地缩短加工工艺路线。所以数控加工工艺路线应遵循以下原则:(1)保证产品质量，应将保证零件的加工精度和表面粗糙度要求放在首位。 (2)提高劳动生产率和降低生产成本。在保证零件加工质量的前提下，应力求加工路线最短，并尽量减少空行程时间，提高加工效率。(3)在满足零件加工质量、生产效率等条件下，尽量简化数学处理的数值计算工作量，以简化编程工作。2.2.2加工工艺的选择要点在数控加工编程中，应强化工艺规程，选择合理的加工路线，优化程序编制。在制定加工工艺路线中应关注以下事项: (1)在确定加工路线时，为缩短行程，应考虑尽量缩短刀具的空行程。通常通过合理选择起刀点，合理安排回空路线都能使空行程缩短，提高生产效率。(2)在安排加工工艺路线时，同时也要兼顾工序集中的原则。零件在一次装夹中，尽可能使用同一把刀具完成较多的加工表面，以减少换刀次数，简化加工路线，缩短辅助时间。有条件者可采用复合刀具，当一把刀具完成加工的所有部位后，尽可能为下道工序作些预加工，如使用小钻头预钻定位孔或划位置痕.或者进行粗加工，然后再换刀进行精加工。(3)要选择工件在加工后变形小的加工路线。如对于横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分数次走刀至最终尺寸或应用对称去除余量法安排加工。图2-1 件1工程图图2-2件1造型图图2-3 件2造型图图2-4 件2三维立体图图2-5组合件工程图图2-6 组合件造型图技术要求：1、 未注倒角c1；2、 未注圆角r1；3、 圆弧过渡光滑；4、 锐边去毛刺；5、 工件组合时，接触精度用涂色法检验，接触面积大于60%，螺纹配合松紧适中。2.2.3.零件图工艺分析该零件为套件组合型工件，件1表面由圆柱、内圆锥、内螺纹、顺圆弧、逆圆弧、等表面组成；件2由内外圆柱、顺圆弧、通孔、外螺纹、非圆曲线等表面组成；二者结构均较复杂。件1、件2多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求，锐边去毛刺，配合是有严格要求，接触面积大于60%，加工难度较大，因此特别适合数控车削加工。该零件尺寸标注完整，轮廓描述清楚，无热处理和硬度要求，通过上述分析，采取以下几点工艺措施。（1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）该零件比较复杂，加工部位较多，可采用多把刀具来完成加工。2.2.4加工工艺方案分析零件加工工艺方案分析1. 加工件1右端内轮廓，保证尺寸f30+0.021 0、f32、602，同时车削通孔f28（为后续内轮廓加工准备的工艺孔），以保证下一工步的校正表面。2. 掉头装夹件2，以f37内孔表面校正工作，加工件2左端外轮廓，保证尺寸f37+0.021 0、m301.5-7h，同时还保证了螺纹与内孔的同轴度。3. 采用一夹一顶的装夹方式加工件1左端外轮廓，保证各项精度要求，以保证下一工步的校正表面，加工过程中可以用件2进行试配。4. 掉头装夹件1，采用一夹一顶的装夹方式，以f37外圆表面校正工件，车削局部外轮廓及辅助工艺螺纹，保证尺寸f31。5. 不拆除件1，螺纹配合安装件2，加工件2外轮廓的各项精度要求。6. 拆下件2，仍采用一夹一顶的装夹方式加工件1右端外轮廓，用件2试配。7. 拆下工件，去毛刺倒棱角，并进行检验。2.2.5加工难点分析1) 件2外轮廓加工，加工件2外轮廓时，如采用单件方法加工，则工件因无法装夹而无法正确的加工。为此,加工件2轮廓后，外轮廓采用螺纹组合的加工方法进行加工，但由于件1没有外螺纹，因此加工件1右端轮廓时应先加工工艺螺纹，待组合加工完成件2外轮廓后，再将工艺螺纹车去。2) 基点计算。此工件的基点计算也是加工难点，本工件采用cad绘图的方法查询基点坐标，得出局部轮廓的基点坐标如图2-7所示图2-7局部坐标分析基点 x坐标 z坐标1120218.19-18.69320-32件1的难度是36mm和34mm的槽，可以采用切槽刀左右的刀尖进行加工；也可以用菱形刀片的机夹刀加工，要注意切削用量的合理选择。件2主要是宏程序编程，只要掌握好椭圆公式，选择好循环结束的判断条件就可以了。3) 椭圆轮廓加工。加工本工件椭圆轮廓时，以z坐标作为自变量，x坐