数控加工课程设计说明书

南昌航空大学

《数控加工工艺与编程》

锦程微计说阚不

…航空制造工程学院

院：___________________________________________

专业：机械设计制造及其自动化

课程名称：

《数控加工工艺与编程》课程设计

学生姓爸~学号:

设计题目:

复杂阶梯轴得数控加工工艺与编程设计

2015年11月9日〜11月13日

指导教

师：

上交资料要求：1.电子文档：零件得模型与工程图文档、NC

文件、设计说明书word稿等

2.设计说明书纸质打印稿等（与电子档相同）

2、设计说明书纸质打印稿等（与电子档相同）

课程设计任务书

Io设计目得：

本课程设用僦是《6at■支孙■硼课程配套得实践性教学环节，要求学生在

学完该课程后，结合前期所学相关知识，通过查阅资料、设计某中等复杂程度零

件得机械加工工艺过程，并重点熟悉其中数控加工自动编程与应用得内容。通

过设计使学生掌握零件得建模、工程图与数控编程得设计方法,并撰写设计说明

书,达到一次综合数控加工工艺与编程得训练目得.

2。设计内容与要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）：

2.1原始数据:教师指定或学生自行设计一个中等复杂程度得含有数控加工要求

得零件（零件结构要求包含UG中不少于两种不同类别得加工方式:即零件

结构中包含普通加工机床不便或不能加工得几何结构特征,并至少用到UG

中得平面铳、型腔铳、固定轴轮廓铳、孔或孔系加工、车削加工中得两种加

工方法），并完成其三维建模与工程图设计工作。

技术要求：数控加工得内容就是基于三轴数控铳床或加工中心或二轴数控车

床加工为主，按照单件小批量生产纲领，默认为典型材料45钢（允许指

定其她材料）.

设计要求：设计要求完成以下工作：

1）零件三维建模与工程图设计.

2）零件得加工工艺过程设计.（允许在设计说明数中完成）

3）基于UG得数控加工编程设计（包括：工伶坐标系与毛坯得设定，刀具得

设定，加工方法得设定（粗、半精与精加工等），编程过程中得相关参数设定，生

成数控加工轨迹并分析,加工模拟得仿真，后处理生成N加工代码.）

4）撰写设计说明书。：设计说明书要求采用图文并茂得方式描述设计过程、相

关参数得设定分析与选值说明，刀路轨迹与比较、分析与说明，NC代码得必要

说明等）

3.成绩评定:

成绩：寸旨导教师签名:

评语：

摘要

数控技术乂称计算机数控技术，目前它就是采用计算机实现数字程序控制得

技术。这种技术用计算机按事先存贮得控制程序来执行对设备得控制功能。由于

采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成得数控装置，使输入数据得存贮、处

理、运算、逻辑判断等各种控制机能得实现，均可通过计算机软件来完成。

此次设计主要就是介绍运用数控机床来加工轴类零件得整个工艺过程及其

工艺分析，即从毛坯到所加工零件这一过程中得工艺及其相应得工艺分析，故

此设计便以这一过程而展开设计，从而完成此次设计任务。

本课程设计就是（CAM技术与应用》课程配套得实践性教学环节，要求学生

在学完该课程后，结合前期所学相关知识，通过查阅资料、设计某中等复杂程度

零件得机械加工工艺过程,并重点熟悉其中数控加工自动编程与应用得内容。通

过设计使学生掌握零件得建模、工程图与数控编程得设计方法,并撰写设计说明

书，达到一次综合数控加工工艺与编程得训练目得.

当然，由于能力有限，没计当中可能有不足之处,希望老师给予批评指正。

关键词：数控技术；工艺分析.

目录

1绪论.............................................

1.1、1数控技术得概念5。

1、1.2数控技术得基本理论............................................5

2零件得工艺分析及规程，6

2、1零件得用途

2.2零件得结构形状...................................................6

2.3零件得表面粗糙度7。

2.4零件得尺寸精度7。

2.5工艺规程得定义8。

2.6加工工序得划分...................................................8

2、6、1首先，先明确一下加工工序划分得原则8。

2.6、2具体加工工序划分如下..........................................8

3毛坯得选择7。

3.1毛坯材料得选择...................................................9

3、1.2选择毛环材料得基本过程......................................9

3.1.3毛坯材料得选择结果..........................................10

3.2毛坯形状及尺寸得确定10。

4装夹方式与定位基准得选择

4.1装夹方式得选择..................................................11

4.2定位基准得选择。11

5切削参数得确定

6零件三维建模......................................................13

7数控加工仿真.......................................................14

结论...............................................................12

附录6

绪论

1.1.1数控技术得概念

数控(英文名字：Numerica1Control简称：NC)技术就是指用数字、文

字与符号组成得数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制得技术。也

可以说成就是数控技术就是用数字信息对机械运动与工作过程进行控制得

技术。数控一般就是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也

称为计算机数控(PuterNumerica1Contro1),简称CNC,国外

一般都称为CNC。它所控制得通常就是位置、角度、速度等机械量与与机

械能量流向有关得开关量。

1.1.2数控技术得基本理论

数控机床就是按照事先编制好得加工程序，自动地对被加工零件

进行加工。我们把零件得加工工艺路线、工艺参数、刀具得运动轨迹、位

移量、切削参数（主羯转数、进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、

主轴正转、反转、切削液开、关等），按照数控机床规定得指令代码及程序

格式编写成加工程序单，再把这程序单中得内容记录在控制介质上（如穿孔

纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床得数控装置中，从

而指挥机床加工零件。

2零件得工艺分析及规程

2.1零件得用途

图中所设计得零件为一复杂得轴类零件，而轴类零件又就是机器中经常遇到得

典型零件之一。它主要用来连接与支承传动零部件，传递扭矩与承受载荷，图示

得零件也不例外。轴类零件就是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴得

外圆柱面、圆锥面、内孔与螺纹及相应得端面所组成。根据结构形状得不同，轴

类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴与曲轴等，图示零件则为阶梯轴。所以，图

中所示零件得用途就是连接其它配合件，起得作用就是支承其它传动零部件，

传递扭矩与承受载荷，可用于汽车、机械等行业。

2、2零件得结构形状

如图2.1所示，此零件为结构较为复杂得不规则轴类零件，且右端最小，

左端次之，中间最大,包含着曲面、内孔、螺纹及槽等一些较难加工得部分。

零件得右端就是一个半球面，其左边就是一个螺纹台阶，再接着就是一个槽。零

件得左端含有一内孔，且内孔外沿倒有圆角。左端得第一个台阶上含有一个内凹

圆弧面。整体上说，此零件由左向右呈中、大、小结构分布。

2.3零件得表面粗糙度

定义：表面粗糙度就是指加工表面具有得较小间距与

微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间得距离（波距）很

小（在1mm以下），用肉眼就是难以区别得，因此它属于微观

几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑.表面粗糙

度得大小，对机械零件得使用性能有很大得影响，因此，要

在满足零件表面功能得前提下，合理选用表面粗糙度参数。

由零件图所示可知,所示零件得表面粗糙度大部分需要控制在以内，即轮

廓得算术平均偏差Ra得上限值为1、6umo除了零件右端得半球面、螺纹及槽

等要控制在〜以外，其余得部分都要控制在以内.

2.4零件得尺寸精度

由图可知，此零件得总长就是88mm,最大直径就是，即（=42〜41、961

mm;左端最大直径就是，即（=36〜35.961mm；孔得长为，即（二20、10^20m

m；直径为，即（=24.036〜24nl口。由以上几个尺寸可以得知此零件有几处得

尺寸精度要求就是相当高得,这也给此零件得加工带来了一定得难度,这就需要

加工者选择合适得加工方法与熟练得加工技巧等。

2.5工艺规程得定义

机械加工工艺规程简称工艺规程,就是规定零件加工工艺过程与操作方法等得工

艺文件。它就是在具体得生产条件下，将最合理或较合理得工艺过程与操作方法,

按规定得形式制成工艺文本，经审批后用来指导生产并严格贯彻执行得指导

性文件。一般包括以下内容：工件加工工艺路线及所经过得车间与工段；各个

工序得内容及采用得机床与工艺装备；工件得检验项目及检验方法;切削用量；

工时定额及工人得技术等级等.

2、6加工工序得划分

2、6.1首先，先明确一下加工工序划分得原则

一、按工序集中划分工序得原则；按粗，精加工划分工序得原则；按刀

具划分工序得原则;按加工部位划分工序得原则。

二、2.6、2具体加工工序划分如下

三、先加工零件得右端；

四、切端面；

五、粗车外圆；

六、精车外圆；

七、切槽；

八、车螺纹；

九、再掉头加工零件得左端，切端面；

十、用麻花钻钻孔：

十一、粗车外圆；

十二、精车外圆；

十三、钻孔；

十四、镇孔;

十五、检验。

3毛坯得选择

零件就是由毛坏按照其技术要求经过各种用工而最后形成得。毛坏种类得

选择不仅影响毛坯得制造技术及费用，而旦也与零件得机械加工技术与加工质量

密切相关.为此需要毛坯制造与机械加工两方面得技术人员密切配合,合理地确

定毛坯得材料、结构形状及尺、

3.1毛坯材料得选择

3、1.1材料选择得一般标准如下

材料得力学性能.根据零件得工作条件、损坏（或失效）形式,选择满足力学性

能得材料。

材料得工艺性能。对零件加工生产有直接得影响，甚至就是决定性得。

材料得经济性。主要就是价格比。

3.1.2选择毛坯材料程基本过程

首先得从毛坏材料得服役条件开始，通过对失效形式得分析从而完

成材料得预选，然而失效形式得分析又得从材料得力学性能、工艺性能与经济性

着手•。完成材料得预选过后就需设计计算,强度校核，主要就是从材料得耐用性、

结构尺寸得合理性及材料得变形与抗断裂能力三个方面考虑，进而最终选定毛

坯材料。

3.1、3毛坯材料得选择结果

综合上考虑，加工此零件所选用得毛坯材料为45号钢，因为45号钢为优质碳

素结构用钢，硬度不高，易切削加工，常用来做模板、连杆、螺栓、齿轮及轴类

等，且需进行热处理（推荐热处理温度：正火850（C,淬火840（C,回火60

0（0o

3.2毛坯形状及尺寸得确定

毛坯就是根据零件所要求得形状、力学性能及工艺尺寸等而制成得供进一

步加工用得生产对象。此次设计根据工件材料、零件形状、力学性能及工艺尺寸

等特性得要求，应当选择得毛坯材料为650mm得45号钢，并要尽量使各个回

转表面上得余量分布均匀.由于零件图样尺寸为88mmX642mm,所以，为了使毛

坯尽量得最小化，毛坯材料应当选择尺寸为120nlmX<t）50mm得棒状材料。综上所

述，此次设计得零件毛坯材料应当就是尺寸为120mmX小50mm得棒状45号钢,

且需进行过热处理.（如图3、1）

120

o

珀

0

材料45号钢

图3、1

4装夹方式与定位基准得选择

工件得装夹与定位不仅影响零件得加工质量,而且对生产率、加工成本及

操作安全都有直接得影响。所以，选择正确得装夹方式与定位基准就是很有必

要得.

4、1装夹方式得选择

定位与夹紧得整个过程合起来称为装夹。

选择合适得装夹方式就是保证精度得前提。常用得装夹方式有悬臂支撑方

式、两端支撑方式、桥式支撑法、专用夹具装夹法，对一般无特殊要求得零件：我

们力求装夹方便，通常会选用两端支撑方式或桥式支撑法，可以克服由于悬臂

支撑方式引起得工件变形。当要求批量生产时,为保证精度，提高效率，通常可

选择专用火具装灭法。另外还应注意得就是，装火时工件基准面应清洁,无毛刺。

经过热处理得工件一定要清除热处理留下得渣物及氧化皮。

此次设计所选用得装夹方式就是悬臂支撑方式,即采用三爪卡盘直接装夹，因

为装夹工件方便，省时省力，且工件安装后一般不需要校正，适用于装夹外形

规则得中小型零件。

4、2定位基准得选择

在制定零件加工得工艺规程时，正确地选择工件得定位基准有着十分重要得意义.

定位基准选择得好坏,不仅影响零件加工得位置精度，而且对零件各表面得加工

顺序也有很大得影响。

基准，指零件上用来确定其它点、线、面所依据得点、线、面.

定位基准得选择分为粗基准与精基准。粗基准为用未加工过得表面所作得定位基

准。精基准为用已加工过得表面所作得定位基准。

选择粗基准时，主要考虑得问题就是如何使各道工序均有足够得加工余量以及工

件安装得稳定性。

选择精基准时，主要考虑得问题就是如何保证零件得加工精度以及安装可靠.

此次设计所选用得就是以工件得中心孔定位,因为轴类零件各外圆表面、螺纹表

面得同轴度及端面对轴线得垂直度就是相互位置精度得主要项目，而这些表面

得设计基准一般都就是轴得中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。

而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面,能最大限度地加工出多个外圆与

端面，这也符合基准统一原则。

5切削参数得确定

在切削加工中，切削速度、切削深度、进给量等切

削参数得合理选择对于保证加工质量、降低加工成本、提高

生产效率具有重要意义。在机床、刀具、工件等工艺条件一

定得情况下,切削参数得选择具有一定得灵活性与能动性，

如切削参数选择适当,则可最大限度地发挥生产潜力。

5.1切削用量得确定

切削用量就是切削时各运动参数得总称，包括切削速度、进给量与背吃刀

量（切削深度）。

合理选择切削用量对于发挥数控机床得最佳效益有着至关重要得关系。选择切

削用量得原则就是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性与加

工成本;半精加工与精加工时，应在保证加工质量得前提下，兼顾切削效率、经

济性与加工成本。具体数值应根据机床说明书、刀具说明书、切削用量手册，并

结合经验而定。

本设计得所选择得切削用量就是:切削速度vc=50~100mm/min,进

给量f=0、1~0、2mm/r,背吃刀量ap=l、5mmo

5、2加工余量得确定

加工余量就是指加工过程中在工件表面所切去得金属层厚度。余量有总加工

余量与工序余量之分。由毛坯转变为零件得过程中，在某加工表面上切除金属层

得总厚度,称为该表面得总加工余量（亦称毛坯余量）；一般情况卜.，总加工余量并

非一次切除，面就是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除得金属层厚度

称为该工序加工余量（简称工序余量）。工序余量就是相邻两工序得工序尺寸之

差，毛坯余量就是毛坯尺寸与零件图样得设计尺寸之差。

确定加工余量得方法如下。

计算法一一采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要得统计资料与

具备一定得测量手段.

查表法--利用各种手册所给得表格数据，再结合实际加工情况进行必要得

修正，以确定加工余量.此法方便、迅速，生产上应用较多。

经验法一一由一些有经验得工程技术人员或工人根据现场条件与实际经验

确定加工余量。此法多用于单件小批生产。

采用经验法可得此次设计中精加工余量为0、3nuno

5、3走刀路线得确定

走刀路线就就是刀具在整个加工工序中得运动轨迹，它不但包括了工步得

内容,也反映出工步顺序。走刀路线就是编写程序得依据之一.

确定走刀路线时应注意以下几点：寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工

效率;为保证工件轮廓表面加工后得粗糙度要求，最终轮廓一次走刀完成;选择

切入切出方向；选择使工件在加工后变形小得路线。

确定本次设计零件加工走刀路线为：先用G71加工出零件左端外轮廓；再月G

01与G02键出零件左端得内孔；接着用G71加工出零件右端外轮廓;再接着用G

01切出零件上得槽;最后用G92加工出零件右端得螺纹。

6阶梯轴零件三维建模与工程图绘制（见附录1）

7数控加工仿真及程序设计

7、1前端外轮廓粗车（具体步骤见附录2）

7、2后端外轮廓粗车（具体步骤见附录2）

7、3切槽以及倒角圆角粗车

7、4车后端内孔

7、5外轮廓精车

7、6钻孔及锋孔（具体步骤见附录2）

结论

随着大学毕业得临近，学期也接近了尾声，经过一周周得奋战我得课程设计

终于快完成了。在没有做课程设计以前，我觉得课程设计只就是对这三年来所学

知识得单纯总结，但就是通过这次做课程设计，我发现自己得瞧法有点太片面

了。课程设计不仅就是对我前面所学知识得一种检验，也就是对自己能力得一种

提高。通过这次课程设计使我明白了，原来自己所学得知识还比较欠缺。

课程设计就是我们专业课程数控与加工知识综合应用得实践训练，就是我们迈

向社会、从事职业工作前一个必不可少得过程.通过这次课程设计使我深深体会

到了“千里之行始于足下”这句千古名言得真正含义。

参考文献:

[1]王丽洁，数控加工工艺与设备、清华大学出版社、1995.20—32

[2]沈建峰，数控编程200例、中国电力出版社、2005.102—105

[3]梁旭坤，焦建雄、机械制造基础、中南大学出版社、2006、77—88

[4]魏康民，机械加工技术、西安电子科技大学出版社、1999、99-102

[5]徐宏海，数控加工工艺、化学工业出版社、2007、222-233

[6]陈为国,数控加工编程技术、机械工业出版数、2010、50-60

[7]赵玉刚，数控技术、机械工业出版社、2009、80—90

附录1

阶梯轴三维建模截图

阶梯轴零件工程图截图

余

技术要求：未注倒角Cl

附录2

一、外轮廓粗车仿真

11、1.打开模型文件进入加工环境口2.创建机床坐标系口3.创建部

件几何体（选取整个部件）口口4、指定部件边界口5.创建毛坯几何

体口6.选择毛坯放置位置口7、创建刀具口8、设置刀具参数口9、

指定车加工工作横截面口10、创建车削工序口

二、显示切削区域口12、设置切削参数口13.设置非切削参数口14.

生成刀轨并确认口15、完成3D动态仿真口

三、同理同样得方法完成后端得外轮廓粗车（为节约纸张省略过程），

直接给出数控加工仿真结果（刀轨如图所示）。□

四、钻孔数控加工仿真过程

更改CAM加工环境，改为钻孔加工.口2.创建机床坐标系口3.设置安

全平面口4.创建部件几何体口5.创建毛坯几何体口6、创建刀具口

7、设置刀具参数口8、创建钻孔工序口9、指定钻孔点口10、指定

顶面口11、指定底面口12、设置循环控制参数口13.设置进给率与

速度参数口14.生成刀轨口15.确认刀轨并3D动态仿真口

附录3NC代码

1、钻孔

%

N0010G40G17G90G70

N0020G91G28Z0、0

:0030TOOM06

N0040GOG90X-、4331Y、7501S50OMO3

N0050G43Z、2362H00

N0060G81X-v4331Y、7501Z-v9449R—、8268F2、

N0070X-、8661Y0、0

N0080G81X-、4331Y、7501Z-1.443R—、8268

N0090X-、O661Y0、O

NO100X-、4331Y—、75O1

N0110X、4331

NO120X、8661YO、0

N0130X、4331Y、7501

N0140G