轴类零件数控加工工艺设计毕业论文.docx
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轴类零件数控加工工艺设计毕业论文
轴类零件数控加工工艺设计毕业论文
摘要………………………………………………………………………………6
绪论…………………………………………………………………………………7
数控加工基础
数控机床的发展趋势
一：
数控加工工艺基本特点……………………………………………9
二：
数控机床刀具要求与特点…………………………………………9
（一）主要刀具物理的力学性能
三:
刀具的磨损和提高刀具耐用度的措施…………………………10
（一）刀具磨损的原因
（二）刀具磨损的过程
（三）影响刀具耐用度的因素
四：
数控机床夹具概述…………………………………………………12
（一）数控车刀
（二）各类车刀刀刃
（三）外圆车刀的组成
五：
机床夹具………………………………………………………………14
（一）机床夹具的组成
六：
工件的定位原理……………………………………………………15
（一）六点定位原则
（二）定位与夹紧的关系
七：
定位基准的选择分类…………………………………………15
（一）定位基准的选择原则
（二）常用定位元件能限制的工件自由度
八：
数控加工工艺分析…………………………………………………16
（一）生产过程和工艺过程
（二）机械加工工艺过程的组成
（三）生产纲领和生产类型的关系表
九：
数控加工工艺设计…………………………………………………18
（一）数控加工工艺容的选择
（二）数控加工工艺性分析
十：
表面加工方案的选择………………………………………………19
（一）外圆表面的加工方案
（二）孔表面的加工方案
（三）平面加工方案
十一.常见编程程序代码功能表……………………………………21
（一）常用M指令代码功能表
（二）常用G功能表
十二：
零件图工艺分析（零件图）…………………………………23
（一）零件图
（二）工艺条件
十三：
分析零件图样……………………………………………………23
（一）分析零件图样
（二）工艺分析
（一）华中数控机床面板操作
（二）车床零件测量
（三）放置零件
（四）零件加工
（五）精度自检
参考文献…………………………………………………………………36
摘要
：
孔令强专业：
数控技术
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其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。
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、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，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机电类专业学生必不可少的。
自中国加入WTO以来逐渐成为了制造业大国，数控机床的应用已日益普及，企业对熟练掌握现代数控机床的编程、操作和维修的高技能人才需求也日益增加。
数控技术水平的高低以及数控机床拥有量已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。
本次设计容介绍了数控加工的特点、轴类零件加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。
并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。
关键词：
数控技术加工工艺编程轴类零件加工
绪论
一、选择此论文设计的目的及意义
目的：
（1）能够在数控车床上加工出我们的零件且保证加工精度及各方面
的工艺要求。
（2）能够根据零件的程序编制进行零件加工。
（3）能通过零件的自检。
（4）工艺设计方案可通过可行性、经济性分析。
（5）设计的全过程需作好全面、准确、周密的文字记录与总结。
意义：
1：
它能体现出我对所学知识的掌握程度和灵活规的运用所学知识，在我认为要成为一名合格的在学生，以自己的的思路用所学的知识来完成一份成功的毕业设计是必不可少的。
2：
随着数控机床的日益普及，如何提高数控加工工艺水平成为制约数控技术发展的重要因素。
数控车削加工工艺是实现产品设计、保证产品的质量、保证零件的精度，节约能源、降低消耗的重要手段。
是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据。
也是企业对高品质、高品种、高水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。
3：
机械工业是国民经济各部门的装备军，而数控加工在机械行业占有领头羊的地位，因此国民经济各部门的生产技术水平和所取得的经济效益，在很大程度上取决于机械行业和数控行业中所能提供的机械装备的技术性能、指令和可靠性。
数控机床产业在国防建设上更是具有战略意义的重要基础性产业。
数控加工基础
数控机床的发展趋势
1：
数控系统的硬件技术发展迅速（随着集成电路及计算机技术的迅猛发展，给数控硬件技术的更新换代注入新的活力，现代数控系统普遍采用超大规模集成电路（VLSI）、专用芯片（ASIC）及数字信号处理（DSP）技术。
）
2：
体系结构向开放式发展（由于来自最终用户和集成商（机床厂）的压力，世界上一些著名的数控制造商纷纷推出PC-basedCNC系统，其丰富的软、硬件资源给用户带来诸多的方便。
）
3：
实时操作系统进入CNC（在开放式数控呼声日益高涨的今天，研究实时操作系统在CNC软件中的应用是顺理成章的事。
特别是最近嵌入式实时操作系统的技术发展迅猛，这对于数控控制软件的开发将产生革命性的影响。
未来实时Linux（RTLinux）有望成为CNC实时操作系统的主流。
）
4：
现场总线技术开始广泛使用
5：
PLC功能继续增强（可编程控制器（PLC）在数控机床上主要完成MST功能（辅助功能），即除了主运动以外的辅助功能，但目前PLC在数控机床上的功能正在逐渐扩大，例如：
1）可通过报警文本编辑产生个性化的诊断页面。
2）PLC直接控制坐标轴。
3）在系统配置和初始化时发挥作用）
6：
CNC的通讯、网络功能不断扩大（从早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，数控机床的网络通讯功能在不断增强。
）
7：
数字式交流伺服成为主流（数字式交流伺服系统体积小，性能好，调试方便，克服了过去模拟伺服系统用电位器调节的不便。
通过数字设定可优化速度、电流环，可进行转矩限制，进行加减速控制，另外可以和外部计算机通讯，备份伺服参数，并在上位机显示电流、扭矩波形，便于观察。
）
8：
数控系统开发环境越来越友好（数控系统如何安装在一台机床上，这就是数控系统的开发环境。
未来的数控控制软件是机床厂或系统集成商可以自由装配的，就象目前的PLC梯形图开发一样随意。
这样的数控集成环境才是最美好的。
嵌入式实时操作系统特别是源码公开的Linux嵌入式实时核的出现为这种前景提供了可能。
）
9：
数控相关技术和社会服务体系正在逐步完善（随着制造业在中国的地位日益提高，市场需求不断增长，数控行业将迅速的发展，为中华民族的复兴做出更大的贡献。
）
一：
数控加工工艺基本特点
数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因而有如下特点：
（1）工序的容复杂。
这是由于数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至在普通机床上难以完成的工序。
（2）工步的安排更为详尽。
这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。
二：
数控机床刀具要求与特点
要有很高的切削效率。
提高切削速度至关重要，硬质合金刚刀具切削速度可以达到500～600米每分钟瓷刀具更高。
要有很高的精度和重复定位精度，一般3～5μm或者更高。
要有很高的可靠性和耐用度，是选择刀具的关键指标。
实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间提高加工效率。
具有完善的模块式工具系统，储备必要的刀具以适应多品种零件生产。
（二）刀具材料的主要物理的力学性能
（三）：
刀具的磨损和提高刀具耐用度的措施
刀具磨损形式按其发生部位可分为：
后刀面磨损、前刀面磨损、边界磨损。
如图：
（一）刀具磨损的原因
磨粒磨损（又称机械磨损）
工件材料中的碳化物、氮化物、机械瘤碎片以及其他杂质，这些物质的硬度较高，在机械擦伤的作用下，把刀具前、后刀面刻划出许多沟纹而造成的磨损。
热磨损
切削温度升高由于切削热的产生而使温度升高。
温度升高后，刀具材料将产生相变而硬度降低；刀具材料和工件相互黏结而被粘附带走；刀具材料中的几何元素向工件中扩散，而使切削刃附近的组织变化，以致硬度和强度的降低等。
这些由切削热和温度升高而使刀具产生的磨损称为热磨损。
（二）刀具磨损的过程如图：
刀具磨损大致分为三个阶段
初磨损阶段（AB段）
正常磨损阶段（BC段）
急剧磨损阶段（CD段）
（三）影响刀具耐用度的因素
切削三要素
刀具的几何参数
工件材料
刀具材料
切削液
四选择刀具
刀具的选择是数控加工中重要的工艺容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。
不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。
选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
接合零件轮廓相对还是较复杂
（一）数控车刀
（二）各类车刀刀刃
（三）外圆车刀的组成
五：
数控机床夹具概述
在数控机床加工零件时，为了加工出符合规定的技术要求的表面，必须在加工前先使工件在机床上占据一个正确的位置（定位）；然后将正确的位置固定，使其加工过程中保持位置不变（夹紧）。
这种定位和夹紧的过程称为装夹，用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。
（一）机床夹具的组成
定位装置（定位装置是由定位元件及其组合而构成。
定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。
）
夹紧装置（夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力的作用时不离开已经占据的正确位置。
）
夹具体（夹具上的所有组成部分，需要通过一个基础元件使其连接成为一个整体，这个基础件成为夹具体。
）
其他装置或元件（用夹具安装工件时，一般都用调整法加工。
此外按照加工要求，有些夹具上还设有其他装置，如分度装置、连接元件等）
六：
工件的定位原理
（一）六点定位原则（1：
工件的六个自由度2：
限制工件的自由度与加工要求的关系）
（二）定位与夹紧的关系（定位时，必须使工件定位基准紧贴在夹具的定位元件上，否则不称其为定位；而夹紧则使工件不离开定位元件。
）
七：
定位基准的选择分类
（一）定位基准的选择原则
粗基准的选择（1：
工件上各个表面不需要全部加工时，应以不加工的表面做粗基准，这样可以较好地保证不加工表面与加工表面间的相互位置要求2：
当工件上所有表面都需要加工时，应选择加工余量最小的表面作粗基准3：
为保证重要加工工件表面的加工余量均匀，应选择重要加工表面做粗基准4：
尽量选择光洁、平整和幅度大的表面做粗基准。
5：
粗基准精度低、表面粗糙一般只使用一次尽量避免重复使用。
）
精基准的选择（1：
采用基准重合原则2：
采用基准统一原则3：
自为基准原则4：
互为基准原则5：
定位基准应保证工件在受夹紧力和切削力等外力的作用时，引起的变形最小6：
定位基准应能保证工件在定位时具有良好的稳定性，以及尽量使夹具的结构简单，便于装夹。
）
（二）常用定位元件能限制的工件自由度
八：
数控加工工艺分析
（一）生产过程和工艺过程
生产过程:
将原料转变成成品的全过程，成为生产过程。
工艺过程：
改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，成为工艺过程。
机械加工工艺过程的组成：
利用机械力对各种工件进行加工的过程，称为机械加工过程。
它主要是使材料或毛坯改变形状、尺寸和表面质量，使之成为零件的过程。
（二）机械加工工艺过程的组成（机械加工过程一般由一个或若干个工序组成。
而工序又可为安装、工位和行程，它们按一定的顺序排列，逐步改变毛坯的形状、尺寸和材料的性能，使之成为合格的零件。
）
工序：
一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
安装与工位：
工件加工前，使其在机床上获得一个正确的而固定的过程称为安装。
利用回转工作台或多轴机床加工时，工件在机床上安装后，经过若干个位置的转动或移动，而获得几个不同的加工位置，工件在机床上占据的每一个位置称为工位。
工步：
在加工表面时和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序，称为工步。
行程：
行程俗称走刀，是指在一个工步中，切削刀具在加工表面切削一次所完成的那部分工艺过程。
（三）生产纲领和生产类型的关系表
九：
数控加工工艺设计
（一）数控加工工艺容的选择
适合数控加工的容：
1：
形状复杂，加工精度要求高，普通机床无法加工或可加工但经济型差的零件。
2：
加工轮廓虽不复杂，但要求同批产品一致性要高，或要求一次性装夹后完成多工序加工零件。
3：
在普通机床加工时，需要复杂工装保证的或检测部位多、检测费用高的零件。
4：
在普通机床加工时，需要做反复的调整，或需要反复的修改设计参数后才能定型的零件。
5：
用普通机床加工时，加工结果极易受到人为因素影响的大型或贵重的零件
（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:
统一几何类型可靠
十：
表面加工方案的选择
（一）外圆表面
（二）孔表面的加工方案
（三）平面加工方案
十一.常见编程程序代码功能表
（一）常用M指令代码功能表
指令
功能
指令
功能
M00
程序暂停
M08
冷却液开
M01
程序选择停止
M09
冷却液关
M02
程序结束
M30
主轴停转、程序结束
M03
主轴顺时针方向旋转
M98
调用子程序
M04
主轴逆时针方向旋转
M99
返回主程序
M05
主轴停止
（二）常用G功能表
G代码
组号
功能
代码
组号
功能
*G00
01
快速点定位
G66
宏程序模态调用
G01
直线差补
*G67
宏程序模态调用取消
G02
顺时针圆弧插补
G70
00
精车循环
G03
逆时针圆弧插补
G71
粗车循环
G04
00
暂停
G72
端面粗车循环
*G18
16
ZX平面选择
G73
多重复合循环
G20
06
英制尺寸
G74
排屑钻端面孔
G21
公职尺寸
G75
外径径钻孔
G28
00
返回参考点
G76
螺纹复合循环
G32
01
螺纹切削
G90
01
外圆切削循环
G34
变螺距螺纹切削
G92
螺纹切削循环
*G40
07
刀尖半径补偿取消
G94
端面切削循环
G41
刀尖圆弧半径左补偿
G96
02
恒线速度
G42
刀尖圆弧半径右补偿
*G97
每分钟进给
G5000坐标系设定或最大主轴转速设定
G98
05
每分进给
*G54～G59
14
工件坐标系的选择
*G99
每转进给
G65
00
宏程序调用
注：
①表00组为非模态代码；只在本程序有效。
其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。
②标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。
十二：
零件图工艺分析（零件图）
（一）零件图
（二）工艺条件（根据所示零件分析：
工艺条件有：
工件材质为45号钢，毛坯为直径为Φ45mm的棒料。
）
十三：
分析零件图样
（一）分析零件图样
零件图样（零件包括圆柱面、圆弧面、端面、两个外沟槽等结构，有同轴度要求。
）
精度分析（零件精度要求较高的尺度：
外圆Φ40-0.025-0.041、Φ160-0.02，长度180-0.02、121±0.1等）
表面粗糙度（外圆Φ40-0.025-0.041、Φ160-0.02表面粗糙度Ra1.6μm，切槽与其他表面的粗糙度为Ra3.2μm。
）
（二）工艺分析
1:
确定装夹方案、编程原点、加工起点、换刀点
由于毛坯为棒料，用三爪自定心卡盘夹紧定位。
工件原点设在右端面中心，加工起点换刀点为（X100，Z200）.
2：
刀具的选用
实训课题
综合零件2
序号
刀具号
刀具名称及规格
刀尖半径mm
数量
加工表面
备注
1
T0101
93.粗、精外圆车刀
0.4
1
外表面、端面
2
T0404
切断刀（刀位点为左刀尖）
B=4
1
切槽、切断
3:
制定加工工艺
经过上述分析，本课题的加工工艺见表：
材料
45号钢
零件图
图10-2
系统
FANUC
工步
工步容（走刀路线）
G功能
T刀量
切削用量
转速/（r.min-1）
进给速度（mm.r-1）
背吃刀量/mm
1
夹住棒料一头，留住长度大约130mm（手动操作），调用主程序加工
2
自右向左粗刀端面、外面表面（凹处加工为最大圆柱面）
G71
T0101
600
0.3
2
3
自右向左精车端面、外圆表面（凹处加工为最大圆柱面）
G70
T0101
1000
0.1
0.2
4
切外沟槽
G01
T0404
300
0.1
5
粗车圆弧部分
G73
T0101
600
0.2
2
6
精车圆弧部分
G70
T0101
1000
0.1
0.2
7
切断
G01
T0404
300
0.1
8
检测、校核
十四：
编写加工程序及加工步骤详解
程序号
O10002
编程系统
FANUC
序号
程序
简要说明
N010
G50X200Z200
建立工件坐标系
N020
M03S600T0101
主轴正转，转速600转每分
N040
G00X46Z2
快速到循环起点
N050
G71U2R1
G71粗车复合循环
N060
G71P70Q140U0.4W0.2F0.3
N070
G00X12
快速定位
N080
G01Z0F0.1
N090
X16Z-2
加工倒角
N0100
Z-18
加工Φ16
N0110
X38.5
加工Φ16左端面
N0120
Z-85
中间圆弧部分先加工成Φ38.5圆柱形
N0130
X40.4
加工Φ40左端面
N0140
Z-126
加工Φ40外圆
N0150
X46
N0160
N0170
M03S1000
启动主轴，转速1000转每分钟
N0180
G70P70Q140
精加工循环
N0190
G00X200Z200
退刀
N200
M05
主轴停止
N210
M00
程序停止，对精加工后的零件进行测量
N220
T0404
换切槽刀
N230
S300M03
主轴以300转每分正转
N240
G00X42
快速定位
N250
Z-81
快速定位
N260
G00X30F0.1
切槽第一刀
N270
G04X1.0
暂停1s
N280
G00X42
N290
W-3
N300
G01X30
N310
G04X1.0
N320
G00X42
N330
W-3
N340
G01X40
N350
X36W2
加工Φ40右侧倒角
N360
X30
N370
G04X1.0
光槽底
N380
G00X42
快速退出
N390
G00Z-111
快速定位
N400
G01X30
切槽第一刀
N410
G04X1.0
槽底暂停1s
N420
G00X42
快速退出
N430
W3
快速定位
N440
G01X30
N450
G04X1.0
N460
G00X42
N470
W3
N480
G01X36W-2
加工Φ40左侧倒角
N490
G01X30
切槽第二刀
N500
G04X1.0
槽底暂停1s
N510
G00X200
快速退出
N520
Z200
快速退出
N530
T0101
换1号外圆
N540
S600M03
主轴以600转每分正转
N550
G00X45Z-16
到循环起点
N560
G73U5W0R5
G73复合循环
N570
G73P580Q630U0.4W0F0.2
N580
G00X23
快速定位
N590
G01Z-18F0.1
加工到R19圆弧起点
N600
G03X24Z-47R19
加工到R19圆弧
N610
G02X24Z-62R10
加工到R10圆弧
N620
G03X38Z-77R19
加工到R19圆弧
N630
G01Z-78
N640
S1000M03
主轴以1000转每分钟正转
N650
G70P580Q630
精加工圆弧部分
N660
G00X200
N670
Z200
快速退出
N680
T0404
切换断刀
N690
S300M03
主轴以200转每分正转
N700
G00X42Z-125
快速定位
N710
G01X-1F0.03
切断
N720
G00X200Z200
快速退出
N730
M205
主轴停
N740
M00
主程序结束
十五：
数控仿真系统
数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。
注：
这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。
（一）华中数控机床面板操作
华中世纪星数控车床对刀及刀补值的设置方法
1.刀具补偿值设置（F4）
在主操作界面下，按F4键进入刀具补偿功能子菜单。
命令行与菜单条的显示如图1-9所示。
图1-9刀具补偿功能主菜单
刀具补偿分为刀具的几何补偿和刀具的半径补偿。
T代
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