1、西安工業大學繼續教育學院畢業（設計）論文1 前言科學技術和社會生產的不斷發展，對機械產品的性能、質量、生產率和成本提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現上述要求的重要技術措施之一。他不僅能夠提高品質質量和生產率，降低生產成本，還能改善工人的勞動條件，但是采用這種自動和高效率的設備需要很大的初期投資，以及較長的生產周期，只有在大批量的生產條件下，才會有顯著的經濟效益。隨著消費向個性化發展，單件小批量多品種產品占到70%-80%，這類產品的零件一般采用通用機床來加工。而通用機床的自動化程度不高，基本上由人工操作，難于進一步提高生產率和保證質量。特別是由曲線、曲面組成的復雜零件，只能借助

2、靠模和仿行機床或者借助畫線和樣板用手工操作的方法來完成，其加工精度和生產率受到極大影響。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結構復雜精度要求高的零件的自動化生產，迫切需要一種靈活的、通用的，能夠適應產品頻繁變化的“柔性”自動化機床。數控機床才得已產生和發展。數控技術是數字控制（Numerical Control）技術的簡稱。它采用數字化信號對被控制設備進行控制，使其產生各種規定的運動和動作。利用數控技術可以把生產過程用某中語言編寫的程序來描述，將程序以數字形式送入計算機或專用的數字計算裝置進行處理輸出，并控制生產過程中相應的執行程序，從而使生產過程能在無人干預的情況下自動進行，實現生產

3、過程的自動化。采用數控技術的控制系統稱為數控系統（Numerical Control System）。根據被控對象的不同，存在多種數控系統，其中產生最早應用最廣泛的是機械加工行業中的各種機床數控系統。所謂機床數控系統就是以加工機床為控制對象的數字控制系統。安裝有數控系統的機床稱為數控機床。它是數控系統與機床本體的結合體。數控車床是數控系統與車床本體的結合體；數控銑床是數控系統與銑床本體的結合體。除此之外還有數控線切割機床和數控加工中心等。數控機床是具有高附加值的技術密集型產品，是集機械、計算機、微電子、現代控制及精密測量等多種現代技術為一體的高度機電一體化設備。數控機床的產生使傳統的機械加工發

4、生了巨大的變化，這不僅表現在復雜工件的制造成為可能，更表現在采用了數控技術后使生產加工過程真正實現了自動化。2 工件的裝夾2.1 定位基準的選擇在制定零件加工的工藝規程時，正確地選擇工件的定位基準有著十分重要的意義。定位基準選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對零件各表面的加工順序也有很大的影響。合理選擇定位基準是保證零件加工精度的前提，還能簡化加工工序，提高加工效率。2.2 定位基準選擇的原則1)基準重合原則。為了避免基準不重合誤差，方便編程，應選用工序基準作為定位基準，盡量使工序基準、定位基準、編程原點三者統一。2）便于裝夾的原則。所選擇的定位基準應能保證定位準確、可靠，定位、夾緊

5、機構簡單、易操作，敞開性好，能夠加工盡可能多的表面。3）便于對刀的原則。批量加工時在工件坐標系已經確定的情況下，保證對刀的可能性和方便性。2.3 確定零件的定位基準以左右端大端面為定位基準。2.4 裝夾方式的選擇為了工件不致于在切削力的作用下發生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，需將工件壓緊夾牢。合理的選擇夾緊方式十分重要，工件的裝夾不僅影響加工質量，而且對生產率，加工成本及操作安全都有直接影響。2.5 數控車床常用的裝夾方式1）在三爪自定心卡盤上裝夾。三爪自定心卡盤的三個卡爪是同步運動的，能自動定心，一般不需要找正。該卡盤裝夾工件方便、省時，但夾緊力小，適用于裝夾外形規則的中、小型工件

6、。2）在兩頂尖之間裝夾。對于尺寸較大或加工工序較多的軸類工件，為了保證每次裝夾時的裝夾精度，可用兩頂尖裝夾。該裝夾方式適用于多序加工或精加工。3）用卡盤和頂尖裝夾。當車削質量較大的工件時要一段用卡盤夾住，另一段用后頂尖支撐。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位準確，應用較廣泛。4）用心軸裝夾。當裝夾面為螺紋時再做個與之配合的螺紋進行裝夾，叫心軸裝夾。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位準確。2.6 確定合理的裝夾方裝夾方法：先用三爪自定心卡盤毛坯左端，加工右端達到工件精度要求；再工件調頭，用三爪自定心卡盤毛坯右端52，再加工左端達到工件精度要求。3

7、軸類零件的加工工藝軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。根據結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細長軸，大多數軸介于兩者之間。軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準，它們的精度和表面質量一般要求較高，其技術要求一般根據軸的主要功用和工作條件制定，主要要求如下：1 尺寸精度比一般的零件的尺寸精度要求高。軸類零件中支承軸頸的精度要求最高，為IT5IT7；配合軸頸的尺寸

8、精度要求可以低一些，為IT6IT9。2 形狀精度高。3 位置精度高，其一般軸的徑向跳動為0.010.03，高精度的軸為0.0010.005。4 表面粗糙度比一般的零件高，支承軸頸和重要表面的表面粗糙度Ra常為0.10.8um，配合軸頸和次要表面的表面粗糙度Ra為0.83.2um。軸類零件一般常用的材料有45鋼、40Cr合金鋼、軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，還有20CrMoTi、20Mn2B、20Cr等。軸類零件最常用的毛坯是棒料和鍛件，只有一些大型或結構復雜的軸，在質量允許時才采用鑄件。由于毛坯經過鍛造后，能使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布，可獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。所以除了光軸、

9、直徑相差不大的階梯軸可使用熱軋料棒料或冷拉棒料外，一般比較重要的軸大都采用鍛件。另外軸類零件的毛坯還需要經過熱處理。軸的結構設計原則：1 節約材料，減輕重量盡量采用等強度的外形尺寸，或大的截面系數的截面形狀。2 易于軸上零件的精確定位，穩固裝配拆卸和調整。3 采用各種減少應力應用和提高強度的結構措施。4 便于加工制造和保證精度。軸類零件中工藝規程的制訂，直接關系到工件質量、勞動生產率和經濟效益。一零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機械加工工藝規程中，須注意以下幾點：1 零件圖工藝分析中，需理解零件結構特點、精度、材質、熱處理等技術要求，且要研究產品裝配圖，部件裝配圖及驗收

10、標準。2 滲碳件加工工藝路線一般為：下料鍛造正火粗加工半精加工滲碳去碳加工淬火車螺紋、鉆孔或銑槽粗磨低溫時效半精磨低溫時效精磨。3 粗基準選擇：有非加工表面，應選非加工表面作為粗基準。對所有表面都需加工的鑄件軸，根據加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開澆口處。選牢固可靠表面為粗基準，同時，粗基準不可重復使用。4 精基準選擇：要符合基準重合原則，盡可能選設計基準或裝配基準作為定位基準。符合基準統一原則。盡可能在多數工序中用同一個定位基準。盡可能使定位基準與測量基準重合。選擇精度高、安裝穩定可靠表面為精基準。4 軸類零件實例加工4.1 加工工藝分析 圖4.1 零件圖4.1.1 分析零件圖

11、紙和工藝分析該軸類零件由圓柱、圓錐、圓弧、螺紋和槽等表面組成。零件材料為45號鋼，無熱處理要求，該零件進行精加工，圖4.1中70不加工。通過上述分析，可以采用下面的工藝措施： 選用具有直線、圓弧插補功能的數控車床加工，機床名稱：CJK6032A數控機床,如下圖:4.1.1所示。如圖:4.1.1相關參數如下：1 零件螺紋外徑、圓錐、側角、外圓和臺階可一次加工，圓弧已大于90°，加工是要注意保證加工不干涉。2 為便于裝夾，坯件左端預車出加持部分，右端也應先車出并鉆好中心孔，毛坯用料為直徑70mm棒料。3 該零件在加工中只需要一次裝夾加工，從圖紙上進行尺寸標注分析：工件坐標系的工件原點應選

12、擇定在零件裝夾后的右端面圓心處O（0，0）點，如圖4.1.1所示。4.1.2 確定裝夾方案由于夾具確定了零件在數控機床坐標系中的位置，因而根據要求夾具能保證零件在機床的正確坐標方向，同時協調零件與機床坐標系的尺寸。因此數控機床的夾具應定位可靠、穩定，一般采用三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤或彈簧夾頭。分析本工件為外輪廓加工，外表面可以依次加工，無內孔，可采用一次裝夾完成粗、精加工。為了保證在加工螺紋時確保工件不來回晃動,減少誤差,一般以軸線和左端面為定位基準,左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊,右端采用活動頂尖支撐裝夾方案。4.1.3 確定加工路線及進給路線加工順序的確定按由內到外、由粗到精、由近到遠

13、的原則確定，在一次裝夾中盡可能加工出較多的工件表面。因此在本設計中加工路線是按先粗車（給精車留余量1mm），然后再精車，按先主后次的加工原則盡量使“刀具集中”，即用一把刀加工完相應的部位，在換另一把刀加工其他部位。以減少空行程和換刀時間，因此：1 車外圓：自右向左加工，起加工路線為：先倒角切削螺紋的實際外圓28側角切削錐度部分撤消圓弧部分車削66。2 切槽：考慮到槽不太寬，可采用一把刀一刀完成，選擇刀具寬度與槽寬相等，分多刀步進切削。步進深度為1mm。3 車螺紋：分析螺紋深度不深，采用兩刀完成螺紋加工。4 切斷：零件加工結束后，選擇切斷刀將工件從棒料上分離出來完成一個零件的加工。加工路線如下圖

14、4.1.3所示（數控自動加工工序卡）：表4.1.3軟件職業技術學院數控自動加工工序卡型別車削零件圖號零件名稱軸類零件31設備名稱車床設備型號CJK6032A程序號%0001基本材料45鋼硬度HRC26-28工序名稱區域車削工序號NC01工步號工步內容夾刀具量具編號名稱編號名稱1粗車外圓01外圓車刀01游標卡尺2精車槽02切槽刀02千分尺3精車螺紋03螺紋刀01游標卡尺4精車外圓03螺紋刀02千分尺4.1.4 刀具的選擇與普通機床相比，數控加工時對刀具提出了更高的要求，不僅要求剛性好、精度高，而且要求尺寸穩定、耐用度高、斷屑和排屑性能好，同時要求安裝調整方便，滿足數控機床的高效率。因此，刀具的選

15、擇是數控車削加工工藝中的重要內容之一,它不僅影響機床加工效率而且直接影響零件的加工質量。在編程時選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容、被加工零件材料等因素。數控加工刀具材料要求采用新型優質材料，一般原則是盡可能選擇硬質合金精密加工時還可選擇性能更好、更耐磨的陶瓷立方氮化硼和金剛石刀具并優選刀具參數。一般來說需將所選定的刀具參數填入表軸承套數控加工刀具卡片中，以便于編程和操作管理。常見的軸套類數控加工刀具如下。  軸承套數控加工刀具卡片產品名稱或代號數控車工藝分析實例零件名稱軸承套零件圖號Lathe-01序號刀具號刀具規格名稱數量加工表面刀尖半徑mm備注1T0145°硬

16、質合金端面車刀1 車端面2T02中心鉆1 鉆中心孔  3T03割槽刀1 割槽  4T04鏜刀1 鏜內孔各表面5T0590°外圓車刀1 車外圓表面6T06大鉆頭1 鉆底孔  7T0760°外螺紋車刀1 車M45螺紋  編制張忠祥審核批準年 月 日共1頁第1頁根據加工要求，選用三把刀具，號刀車外圓，號刀切槽，號刀車螺紋及進行精加工。刀具應正確的選擇換刀點，以便在換刀過程中，刀具與工作機床和夾具不會碰撞。此設計中，換刀點為P（100

17、，100）見圖4.1.1。（1）粗車外輪廓選擇硬質合金90度外圓刀，其副偏角應取大一些為防止干涉，現取副偏角為35度；（2）切槽選擇硬質合金切槽刀，刀尖寬度為5mm；（3）精車倒角、外圓、圓錐、圓弧。車M281.5螺紋，應選用硬質合金60°外螺紋刀，取刀尖半徑為0.150.2mm。刀具選擇完畢、工件裝夾方式確定后，即可通過確定工件原點來確定工件坐標系。如果要運行這一程序來加工工件，必須確定刀具在工件坐標系開始運動的起點。程序起始點或起刀點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱為對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是：（1）便于數值處理和簡化程序編制；（2）易于找正

18、并在加工過程中便于查找；（3）引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具或機床上。4.2 實體零件的生成實體是利用Pro/E軟件生成的：首先打開Pro/E軟件新建一個零件窗口，然后草繪出來零件的二維零件圖，在利用軟件中的實體把二維圖轉換成實體（如圖42所示）。先保存一下，然后在打開一個制造的窗口，這樣會彈出一個對話框，先點裝配，有回彈出一個子菜單，再點裝配，把剛才保存的零件裝配到制造這個窗口上，調一下約束，把零件調到完全約束狀態。然后點擊完成。點里面的創建按扭，在下面的菜單欄里點定義后會彈出一個窗口，然后在實體零件上選一個與軸長平行的基準面，在選一個與軸垂直的基準面，然后會

19、自動彈出草繪界面，在那上面草繪出一個比實體零件大的圓（70），然后點確定按扭，把生成的毛坯覆蓋住零件長度146。這樣就完成了毛坯的生成（如圖42所示）。圖424.3 選擇切削用量數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。4.3.1 主軸轉速的確定主軸轉速應根據允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。 根據本次加工的實際

20、情況選擇主軸轉速為：車直線、圓弧和切槽時其粗車主軸轉速為400r/min，精車時，主軸轉速900r/min，車螺紋時的主軸轉速為400r/min。4.3.2 進給速度的確定進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工進度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。一般粗車選用較高的進給速度，以便較快去除毛坯余量，精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則，應選擇較低的進給速度，得出下表 粗精外圓0.15min/r0.08min/r內孔0.05min/r0.04min/r槽0.04 min/r在本例中選擇進給速度為：粗車時，選取進給量

21、為0.14mm/r，精車時，選取進給量為0.08mm/r，車螺紋時，進給量等于螺紋導程，選為1.5mm/r。4.3.3 背吃刀量確定背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精車量)，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.2-0.4mm。本例中，背吃刀量的選擇大致為如下表4.3.3： 粗精外圓1.5-2(mm)0.2-0.4(mm)內孔1-1.5(mm)0.1-0.3(mm)螺紋隨進刀次數依次減少槽根據刀寬，分兩次進行如表4.3.3：注意： 背吃刀量的選擇因粗、精加

22、工而有所不同。粗加工時，在工藝系統剛性和機床功率允許的情況下，盡可能取較大的背吃刀量，以減少進給次數；精加工時，為保證零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.l0.4 mm較為合適。故在本例中粗加工時：切削深度為4mm，精車時切削深度為0.4mm。4.4 編程數控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備，是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物。隨著數控機床的發展與普及，現代化企業對于懂得數控加工技術、能進行數控加工編程的技術人才的需求量必將不斷增加。數控車床是目前使用最廣泛的數控機床之一。4.4.1 編程特點1)在一個程序段中，根據圖樣上標注的尺寸，可以采

23、用絕對值編程、增量值編程或二者混合編程。2)由于被加工零件的徑向尺寸在圖樣上和測量時，都是以直徑值表示。所以直徑方向用絕對值編程時，X以直徑值表示，用增量值編程時，以徑向實際位移量的二倍值表示，并附上方向符號(正向可以省略)。3)為提高工件的徑向尺寸精度，X向的脈沖當量取Z向的一半。  4)由于車削加工常用棒料或鍛料作為毛坯，加工余量較大，所以為簡化編程，數控裝置常具備不同形式的固定循環，可進行多次重復循環切削。 5)編程時，常認為車刀刀尖是一個點，而實際上為了提高刀具壽命和工件表面質量，車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧，因此為提高工件的加工精度，當編制圓頭刀程序時，需要對刀具半徑進

24、行補償。大多數數控車床都具有刀具半徑自動補償功能(G41、G42)這類數控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。對不具備刀具半徑自動補償功能的數控車床，編程時，需先計算補償量。4.4.2 編程方法數控編程方法有手工編程和自動編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數據計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟主要有人工完成的編程過程。它適用于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件的加工，以及計算較簡單，程序段不多，編程易于實現的場合等。但對于幾何形狀復雜的零件，以及幾何元素不復雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時計算數值的工作相當繁瑣，工作量大，容易出錯，程序校驗也較困難，用手工編程難以完成，因此

25、要采用自動編程。所謂自動編程即程序編制工作的大部分或全部有計算機完成，可以有效解決復雜零件的加工問題，也是數控編程未來的發展趨勢。4.4.3 編程步驟拿到一張零件圖紙后，首先應對零件圖紙分析，確定加工工藝過程，也即確定零件的加工方法，加工路線及工藝參數。其次應進行數值計算。絕大部分數控系統都帶有刀補功能，只需計算輪廓相鄰幾何元素的交點（或切點）的坐標值，得出各幾何元素的起點終點和圓弧的圓心坐標值即可。最后，根據計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的加工參數及輔助動作，結合數控系統規定使用的坐標指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單，并輸入CNC裝置的存儲器中。4.4.4 實例分析數控車床主

26、要是加工回轉體零件，典型的加工表面不外乎外圓柱、外圓錐、螺紋、圓弧 面、 切槽等。由于該零件的加工路線、切削用量 、刀具選擇在上文已分析完畢，在此不在做重復分析。走刀路線圖：編寫程序單，確定O為工件坐標系的原點（見圖 4.2.1-1 ）并將A點作為換刀點，即程序的起點。4.4.5 加工程序%0001M03S600T0101G00X75Z0G01X0F0.3G00Z2G00X72.5G73U42W45R7G73P30Q40U0.5W0.2F0.3N30G00X22G01Z0F0.05X48Z-35X40Z-45X22Z-105G02X46Z-117R12G03X66Z-127R10G01Z-14

27、5N40X70G00P30Q40G00X100Z100T0202S500G00X30Z-35G01X20X30Z-33X20G00X100Z100T0303G00X28Z6G92X27.4Z-33F1.5X26.9X26.4X26.15G00X100Z100T0100M30結論要實現數控加工，編程是關鍵。例數控車床加工零件的進行了編程分析，但它具有一定的代表性。由于數控車床可以加工普通車床無法加工的復雜曲面，加工精度高，質量容易保證，發展前景十分廣闊，因此掌握數控車床的加工編程技術尤為重要。同時，數控機床在機械制造業中得到日益廣泛的應用，是因為其具有許多如下優越的特點。1生產柔性大。在數控機床

28、上加工不同零件時，只需要改變加工程序而不需要特別制造或更換刀具和夾具。2加工精度高，產品質量穩定性好。數控機床采用了精密機械組件、靈敏的測量系統、精確的位置控制器和告警度的加工處理技術，所以具有很高的控制精度和加工精度。其自動加工方法除了操作者的人為誤差，提高了同一批零件加工尺寸的一致性，使加工質量穩定、產品合格率高。3生產效率高。具有較大的切削用量、自動更換刀具實現了多工序集中加工，快速移動和停止采用了加速、減速控制措施，大大節省工時；一般不用專用夾具，節省夾具設計、制造和更換的時間。4 較高的可靠性、較好的宜人性。在數控系統中集成了對部件的監控和診斷功能。5良好的經濟效率。采用數控機床可以

29、提高產品質量、降低材料及其他資源損耗使生產成本降低，可以縮短新產品開發的生產周期，降低其他生產設備投資的費用，所以總體成本下降。可獲得很好的經濟效益。6減輕勞動強度，改善勞動條件。其是按預先編好的程序自動完成加工的，操作者只操作鍵盤，裝卸零件和監視加工過程，不需進行繁重的、重復性的手工操作。7有利于生產管理的現代化。數控機床使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息。特別是在數控機床上使用計算機控制，為計算機輔助設計、制造及管理一體化奠定了基礎。制造業為人類創造著輝煌的物質文明，我國人民在各個歷史年代在機械方面都有過自己的貢獻，因此制造業是一個國家的立國之本。而制造業已不再僅僅是以前的力學、切削理論

30、為主要基礎的一門學科而是涉及了機械科學、系統科學、信息科學和管理科學的一門綜合科學。數控機床又代表了當今制造也的發展方向。因此，掌握好這門學科必須通過理論學習、自我設計及工廠實踐來更好的體會加深理解。通過此次設計，我初步具有了分析和設計零件輪廓的能力，為以后解決生產實際問題和技術改造工作建立基礎，并了解了，現代制造技術與現代生產管理的結合，是制造技術發展的前沿與趨勢。但同時通過對比也發現了自己的缺陷，深刻的認識到知識和實踐結合的重要性。特別是在專業知識方面學習不夠牢固，實踐經驗少，在技術設計方面考慮不夠周全。所以，在制造業這門科學中，光憑基本概念與理論根本無法全面理解掌握這門科學，還需要靠大量的實踐經驗。因此，我體會最深的就是：百看不如一練，全面學好這門科學，必須在不斷的實踐理論實踐的循環中善于總結，才能達到令人滿意的成績。總之，在本次設計中，我獲得了許多新知識和