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目录序言摘要1.数控加工工艺及设备1.1数控加工设备概述1.2数控加工原理与基本概念1.3数控机床的坐标系统1.4插补原理与加工精度和误差2.典型零件数控加工工艺分析规程2.1确定零件毛坯尺寸2.2确定零件的定位基准2.3加工余量的确定2.4零件加工顺序及进给路线2.5刀具的选择2.6装夹方式的选择2.7冷却液的选择2.8切削用量的选择3.数控加工刀具卡与工序卡4.零件程序的编制5.表面粗糙度6.加工中的注意事项总结参考文献2摘要随着计算机技术的飞速发展，数控机床在我国机械加工行业中得到越来越广泛的应用。它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题，而且提高了加工精度和生产效率，同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新的、更高的要求。为使这些先进的设备更好地发挥作用，必须解决这些问题。本设计通过对典型零件加工工艺及分析，从毛胚的选定，零件的定位，加工方案，到最后加工成型等方面分析一个典型零件的加工工艺。【关键词】:轴类零件;数控车削;工艺分析;【KeyWords】:shaftcomponents;technique;clamp;3第一章数控加工工艺及设备基础1.1数控加工设备概述1.1.1数控机床的组成1.计算机数控装置（CNC装置）计算机数控装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。所有这些都是在CNC装置协调控制、合作组织下，使整个系统有条不紊地工作。它主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板、通信接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。2.伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置、主轴电动机、进给伺服驱动装置及进给电动机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动，其控制量为速度和位置，特点是能灵敏、准确地实现CNC装置的位置和速度指令。3.控制面板控制面板有称操作面板，是操作人员与数控机床（系统）进行信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床（系统）进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床（系统）的运动状态。它是数控机床的一个输入输出部件，主要由按钮站状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器等部分组成。4.控制介质与程序输入输出设备4控制介质是记录零件加工程序的媒质，是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互的装置，其作用是将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统，或将已调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等。此外，现代数控系统一般可利用通信方式进行信息交换。这种方式是实现CAD（计算机辅助设计）/CAM（计算机辅助制造）的集成、FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）的基本技术。目前在数控机床上常用的通信方式有：串行通信；自动控制专用借口；网络技术。5.PLC、机床I/O（输入/输出）电路和装置PLC是用于进行与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成。机床I/O电路和装置是用于实现I/O控制的执行部件，是由继电器、电磁筏、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作。接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。6.机床主体机床主体是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。它主要由住运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、拖板及相应的传动机构）、支承件（主柱、床身等）以及特殊装置、自动工件交换（APC）系统、自动刀具交换（ATC）系统和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。51.2数控加工原理与基本概念1.2.1数控加工原理：数控技术是现代先进制造技术的核心。随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越复杂，对产品的性能、精度和生产效率的要求越来越高，并且更新换代频繁。为了缩短生产周期，满足市场上不断变化的需求，机械制造业正经历着从大批量到小批量及单件生产的转变过程，而传统的制造手段已满足不了当前技术的发展和市场经济的要求，数控技术的应用和发展，有效的解决了上述问题，它使传统的制造方式发生了根本的转变。现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。数控技术应用计算机数控系统（CNC）有许多优点：1.柔性好由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，若想改变系统的功能，必须重新布线；具有灵活性计算机数控系统只要改变相应控制软件，就可改变和扩展其功能，满足用户的不同需要。2、功能强可利用计算机技术及其外围设备，增强数控系统及数控机床的功能。例如，利用计算机图形显示功能，检查编程的刀具轨迹，纠正编程错误，还可校验刀具与机床、夹具碰撞的可能性等；利用计算机网络通信的功能，便于数控机床组成生产线。3、可靠性高计算机数控系统可使用磁带、软盘等多种输入装置，避免了以往数控机床由于频繁地开启光电阅读机而造成的信息出错的缺点。与硬件数控相比，计算机数控尽量减少硬件电路，显著地减少了焊点、接插件和外部联线，提高了可靠性。此外，计算机数控系统一般都具备自诊断功能，当数控系统出现故障时，能显示出故障信息，便于维修或预防操作失误，减少维修停机时间。这一切使得现代数控系统的无故障运行时间大为增加。64、易于实现机电一体化由于计算机电路板上采用大规模集成电路和先进的印制电路排版技术，只要采用数块印制电路板即可构成整个控制系统，而将数控装置连同操作面板装入一个不大的数控箱内，有力地促进了机电一体化。5、经济性好采用微机数控系统后，系统的性能价格比大为提高，现在不但大型企业，就是中小型企业也逐渐采用微机数控系统了。1.2.2数控加工的基本概念：数控即为数字控制(NumericalControl)，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控（NC）。数控机床：就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。数控系统：数控机床中的程序控制系统，它能够自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动和加工工件。1.3数控机床的坐标系统1.3.1坐标系(1)机床的坐标系统，包括所有实际存在的机床轴。(2)参考点、刀具和托盘交换点由机床坐标系确定。机床坐标系包括坐标系、坐标原点、运动方向。(3)ISO对数控机床的坐标系统的规定如下：采用笛卡尔直角坐标系，右手定则。1.3.2数控机床的坐标轴及其运动方向(1)Z轴坐标运动的定义Z轴：平行于机床主轴的坐标轴。正方向：为从工作台到刀具夹持的方向，即刀具远离工作台的运动方向。(2)X轴坐标运动的定义X轴在工件径向上，平行于横滑座；X轴正方向：为刀具离开工件旋转中心的方向。(3)Y轴坐标运动的定义7Y轴的正方向则根据X和Z轴按右手法则确定。1.3.3坐标原点在NC机床上可以确定不同的原点和参考点位置，这些参考点的作用：1.用于机床定位；2.对工件尺寸进行编程。它们是：(1)机床原点(M)(MachineOrigin或homeposition)是建立测量机床运动坐标的起始点。(2)机床参考点(R)(referencepoint)用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂之前由机床制造商精密测量确定,一般来说，加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。(3)程序原点(W)程序原点：又称工件原点(PartOrigin)工件坐标系：以工件原点为坐标原点建立起来的直角坐标系。(4)装夹原点：FixtureOrigin(又称卡盘零点)，可以与工件原点重合。1.3.4绝对坐标和相对坐标(1)绝对坐标表示法：将刀具运动位置的坐标值表示为相对于坐标原点的距离，这种坐标的表示法称之为绝对坐标表示法。如图10所示。大多数的数控系统都以G90指令表示使用绝对坐标编程。(2)相对坐标表示法：将刀具运动位置的坐标值表示为相对于前一位置坐标的增量，即为目标点绝对坐标值与当前点绝对坐标值的差值，这种坐标的表示法称之为相对坐标表示法。如图11所示。大多数的数控系统都以G91指令表示使用相对坐标编程，有的数控系统用X、Y、Z表示绝对坐标代码，用U、V、W表示相对坐标代码。在一个加工程序中可以混合使用这二种坐标表示法编程。1.4插补原理与加工精度和误差1.4.1插补原理：在实际加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别，严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，对于简单的曲线数控系统可以比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加，因此，实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求(也有需要抛物线和高次曲线拟合的情况)，这种拟合方法就是“插补”，实质上插补就是数据密化的过程。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值，每个中间点计算所需时间直接8影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，因此，插补算法是整个数控系统控制的核心。插补算法经过几十年的发展，不断成熟，种类很多。一般说来，从产生的数学模型来分，主要有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，主要有脉冲增量插补(也称为基准脉冲插补)和数据采样插补。1.4.2加工精度和误差：加工精度与加工误差加工精度：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。加工误差：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。加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。“加工精度”和“加工误差”是评定零件几何参数准确程度的两种不同概念。生产实际中用控制加工误差的方法或现代主动适应加工方法来保证加工精度。9第二章典型零件数控加工工艺分析规程材料：45钢2.1确定零件毛胚尺寸2.1.1零件材料常用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20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。在此典型零件图样中,零件材料选用45钢2.1.2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。在此零件中,为10便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选φ60㎜棒料。2.2确定零件的定位基准在最初工序只能用工件毛坯上的未加工的表面作为定位基准，这样的基准称为粗基准。用已经加工过的表面作为定位基准则称为精基准。另外，为了满足工艺需要，在工件上专门设计的定位基准（顶尖孔），称为辅助基准。1粗基准的选择——为了保证加工表面与不加工表面的位置尺寸要求，应选择不加工表面作粗基准。——若要保证某加工表面切除的余量厚度均匀，应选择该表面作为基准。——为保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量小的表面作为粗基准。——选择粗基准的表面，应尽可能平整，不能有飞边，浇注系统，冒口，或其他表面缺陷，以便使工件定位稳定可靠，夹紧方便。——一般情况下粗基准不重复使用。2精基准的选择选择精基准，主要应考虑如何减少定位误差，保证加工精度，使工件装夹方便，可靠，夹紧结构简单。——基准重合原则：即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不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