数控技术毕业设计论文台阶零件的数控加工工艺分析.docx
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数控技术毕业设计论文台阶零件的数控加工工艺分析
毕业设计（论文）
标题：
台阶零件的数控加工工艺分析
学生姓名：
系部：
机械工程系
专业：
数控技术
班级：
数控0802
指导教师：
目录2
摘要3
1数控机床的概述5
1.1数控机床的发展过程5
1.2数控机床的分类6
1.3数控机床的特点6
1.4数控机床的基本组成6
2台阶零件加工工艺分析7
2.1结构工艺性7
2.2精度分析8
3零件切削参数的选择11
3.1.刀具的选择11
3.2.切削用量的选择11
3.3零件加工路线的确定13
4数控加工工艺过程卡片14
4.1数控加工工序卡14
4.2数控加工刀具卡15
4.3程序编写15
5零件加工过程19
5.1对刀19
5.2刀补的建立19
5.3零件的加工20
参考文献21
致谢22
前 言
毕业设计是培养我们实际工作能力的最后一个重要实践性学习环节，它不但是对我们三年来的学习与实践是一个很好的总结和考验，也是为以后从事专业技术工作做个强而有力的铺垫。
本次我的设计题目是台阶零件的数控加工工艺分析，此次设计不但培养了我们综合运用所学知识分析和解决本专业一般技术问题的能力，而且也进一步巩固扩大和深化了我们所学的基本理论、基本知识和基本操作技能，同时也培养了我们树立正确的设计思想和生产观念、经济观念、全局观念，养成了理论联系实际和严谨的工作作风，培养我们掌握机械加工的一般工艺规程和方法，独立正确的使用技术文献资料和正确的表达自己设计思想的能力。
首先，我积极地查阅相关资料，对零件图进行了仔细的研究，了解了现场工作情况，然后，向老师认真的请教了加工工艺过程及方法等技术性问题，为自己进行毕业设计做好准备。
通过以上学习，使我了解了本组零件的结构，生产纲领和生产条件，并确定其重要加工表面。
老师的辅导与分析，让我能综合运用所学过的理论知识和方法，正确地制定一个零件的机械加工工艺规程，从而保证零件的加工质量、生产率和经济性；能较熟练地使用有关的手册，图表资料及技术参考书，也能够较熟练应用工艺计算的方法，正确地进行工艺计算，熟练掌握一般零件的数控编程方法，机床的操作以及零件的数控加工。
最后说明书来阐述了关于零件的有关内容及加工工艺过程等几个重要方面，认真地完成了整个设计的过程。
在此，对给予我大力支持和热情帮助的老师们表示忠心的感谢。
由于个人能力有限，经验欠缺，因此，文中错误，不妥之处在所难免，恳请各位领导及老师批评指正。
摘要
数控技术是数字控制（NumericalControl）技术的简称。
它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。
利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。
采用数控技术的控制系统称为数控系统（NumericalControlSystem）。
根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。
所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。
关键词:
数控零件的分析工艺工序编程
Abstract
Thenumericalcontroltechnologyisthenumericalcontrol（NumericalControl）thetechnicalabbreviation.Itusesthedigitizedsignaltocarryonbythecontroldevicethecontrol,causesittohaveeachkindofstipulationmovementandthemovement.Maywithsomelanguagecompilationproceduredescribeusingthenumericalcontroltechnologytheproductionprocess,sendsinthecomputerorthespecial-purposedigitalcomputingsystemtheprocedurebythedigitalformcarriesontheprocessingoutput,andincontrolproductionprocesscorrespondingexecutiveroutine,thusenablestheproductionprocesstocarryonautomaticallyinnobodyinterventionsituation,realizestheproductionprocessautomation.Usesthenumericalcontroltechnologythecontrolsystemtobecalledthenumericalcontrolsystem（NumericalControlSystem）.Accordingtocontrolledplantdifference,existencemanykindsofnumericalcontrolsystems,whatproducesappliesmostearlyismostwidespreadisinthemachine-finishingprofessioneachkindofenginebednumericalcontrolsystem.Theso-calledenginebednumericalcontrolsystemistakeprocessestheenginebedasthecontrolledmembernumericalcontrolsystem.
Keyword:
Numericalcontrolcomponentsanalysiscraftworkingprocedureprogramming
1数控机床的概述
1.1数控机床的发展过程
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。
经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。
针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。
1.2数控机床的分类
1.按控制刀具与工件相对运动轨迹分类
点位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）数控机床
轮廓控制ContouringControl数控机床
2.按加工方式分类
1）金属切削类：
如数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。
2）金属成型类：
如数控折弯机、弯管机、四转头压力机等。
3）特殊加工类：
如数控线切割、电火花、激光切割机等。
4）其他类：
如数控火焰切割机、三坐标测量机等。
3.按控制坐标轴数分类
1）两坐标数控机床：
两轴联动，用于加工各种曲线轮廓的回转体，如数控车床。
2）三坐标数控机床：
三轴联动，多用于加工曲面零件，如数控铣床、数控磨床。
3）多坐标数控机床：
四轴或五轴联动，多用于加工形状复杂的零件。
4.按驱动系统的控制方式分类
1）开环控制数控机床
2）闭环控制（ClosedLoopControl）数控机床
3）半闭环控制（Semi-closedLoopControl）数控机床
1.3数控机床的特点
1.适应性强，适应加工单件或中小批量复杂工件；
2.加工精度高，产品质量稳定；
3.自动化程度高，劳动强度低，改善劳动条件；
4.生产效率高；
5.良好的经济效益；
6.有利于生产管理的现代化。
1.4数控机床的基本组成
数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现：
1、根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序；2、所编程序指令输入机床数控装置；3、数控装置将程序（代码）进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需的辅助动作，最后加工出合格的零件。
由此可知，数控机床的基本组成包括加工程序、输入输出装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、反馈系统、电器逻辑装置以及机床本体。
由下图2.2.1可知机床数控系统的基本工作流程。
图1：
机床数控系统的基本工作流程
由上图可知，数控机床在加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及机床各部件的移动量、速度及动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式，编制成程序单，并输入到机床专用计算机中。
然后，数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。
2轴类零件加工工艺分析
2.1结构工艺性
图一所示为轴类零件图，外形规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及同轴度要求较高。
零件结构较为复杂，包含了外圆弧、切槽、外螺纹、内孔加工且大部分的尺寸均达到IT8-IT7级精度。
切槽、钻孔等的加工且大部分的尺寸均达到IT8-IT7级精度。
图2-1
2.2精度分析
该零件的加工精度要求比较高。
φ42，φ36的精度可达IT7级，其他的表面粗糙度包括左端内孔均要求达到Ra1.6um，外螺纹精度等级为6g，其它尺寸精度则可达IT8级等。
零件一总长度为88，SR10球头，Φ42mm，Φ36mm外圆下偏差为-0.039mm，表面粗糙度均为1.6μm，零件总长公差要求不高，上下偏差为0.15。
基准面左面，Φ36左端倒角为2X45°，Φ26外螺纹右端倒角也为2X45°。
2.3加工工艺分析
件1选用三爪卡盘装夹，使之与工作台X轴移动方向平行。
毛坯为φ48×100的铁，工件材料为45号钢，根据零件图样要求其加工工序为：
工序一：
装夹毛坯φ48mm,伸长80mm
工步1：
对刀
工步2车端面
工步3：
粗·精车右外轮廓（G73固定循环指令与G70精加工循环指令）
工步4：
切槽（倒角）
工步5：
切螺纹（G92外螺纹加工）
图2-2
工序二：
掉头装夹毛坯φ48mm
工步1：
对刀
工步2：
车端面（保证总长度）
工步3：
粗精车左端外轮廓（G71粗车、G70精车）
工步4：
钻φ20深20mm孔
工步5：
镗φ24内孔（并倒角）
图2-3
3零件切削参数的选择
3.1.刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量，合理选择刀具能起到事半功倍的效果。
由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。
这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。
数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下:
1、刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；
2、互换性好，便于快速换刀；
3、寿命高，切削性能稳定、可靠；
4、刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；
5、刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；
6、系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。
本零件加工所用刀具:
外圆车刀（T0101）、端面车刀（T0202）、切槽刀（T0303）、螺纹刀（T0404）、内孔镗刀（T0505）。
内螺纹刀（T0606）、钻头。
1.粗车选用硬质合金90°外圆车刀，副偏角不能太小，以防与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验，取副偏角、
2.切槽选择硬质合金切槽刀，刀尖宽度为4mm；
3.车M30Χ1.5螺纹，应选用硬质合金60°外螺纹刀。
4.加工内外螺纹选用硬质合金螺纹刀,刀具角度必须保证为60°。
3.2.切削用量的选择
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是：
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
1.主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。
根据本次加工的实际情况选择主轴转速为：
车直线、圆弧和切槽时其粗车主轴转速为400r/min，精车时，主轴转速900r/min，车螺纹时的主轴转速为400r/min。
2.进给速度的确定
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，应选择较低的进给速度，得出下表
粗
精
外圆
0.15min/r
0.08min/r
内孔
0.05min/r
0.04min/r
槽
0.04min/r
（表一）
在本次选择中进给速度为：
粗车时，选取进给量为0.14mm/r，精车时，选取进给量为0.08mm/r，车螺纹时，进给量等于螺纹导程，选为1.5mm/r。
3.背吃刀量确定
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量（除去精车量），这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2-0.4mm。
本例中，背吃刀量的选择大致为如下表
粗
精
外圆
1.5-2（mm）
0.2-0.4（mm）
内孔
1-1.5（mm）
0.1-0.3（mm）
螺纹
随进刀次数依次减少
槽
根据刀宽，分两次进行
（表二）
注意：
背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。
粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.l~0.4mm较为合适。
故在本例中粗加工时：
切削深度为4mm，精车时切削深度为0.4mm。
3.3零件加工路线的确定
加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。
因此在本设计中加工路线是按先粗车（给精车留余量1mm），然后再精车，按先主后次的加工原则尽量使“刀具集中”，即用一把刀加工完相应的部位，在换另一把刀加工其他部位。
以减少空行程和换刀时间，按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，最后加工螺纹，因此：
1.车外圆：
自右向左加工，起加工路线为：
先倒角——切削螺纹的实际外圆Φ28——侧角——切削锥度部分——撤消圆弧部分——车削Φ66。
2.切槽：
考虑到槽不太宽，可采用一把刀一刀完成，选择刀具宽度与槽宽相等，分多刀步进切削。
步进深度为1mm。
3.车螺纹：
分析螺纹深度不深，采用两刀完成螺纹加工。
4.切断：
零件加工结束后，选择切断刀将工件从棒料上分离出来完成一个零件的加工。
4数控加工工艺过程卡片
4.1数控加工工序卡
数控加工工序卡
单位名称
株洲职业技术学院
产品名称
零件名称
零件图号
轴类零件的数控加工工艺及编程
A4
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
O0001
三角夹盘
卧式数控车床
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
（r/min）
进给速度（mm/r）
背吃刀量
备注
1
备料φ55×322.5
2
热处理
3
装夹
4
平端面
T0404
45°
500
手动
5
粗车右端外轮廓
T0101
90°
600
0.3
1.5
自动
6
精车右端外轮廓
T0101
90°
1000
0.1
0.5
自动
7
切槽
T0202
600
0.2
1.0
自动
8
车螺纹
T0303
650
自动
9
调头车左端轮廓
T0101
90°
500
0.3
1.5
自动
10
精车左端轮廓
T0101
90°
1000
0.1
0.5
自动
11
钻孔
400
手动
12
车削内孔
T0404
500
0.2
自动
13
测量检验
14
去毛刺
4.2数控加工刀具卡
刀具卡
产品名称或代号
数控车工艺分析实例
零件名称
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T0101
45°端面车刀
1
平左右端面
2
中心钻
1
钻中心孔
3
T0101
90°外圆车刀
1
车外圆表面
4
T0202
4mm宽切槽刀
1
切槽和倒角
5
T0303
60°外螺纹刀
1
加工外螺纹
6
T0404
镗刀
1
镗内孔各表面
7
φ钻头
1
钻孔
4.3程序编写
工件右端程序
O0001;
N5M03S500T0101;
N10G00X52Z2;
N15G71U2R1.5;
N20G71P25Q80U0.5W0.1F0.2;
N25G00X0;
N30G01Z0F0.2;
N35G03X20Z-10R10;
N40G01Z-12;
N45X26;
N50X30Z-14;
N55Z-36;
N60X34;
N65X36Z-37;
N70Z-56;
N75X42;
N80Z-68;
N85G00X80;
N90Z100;
N95M05;
N100M00;
N105M03S1000T0101;
N110G00X52Z2;
N115G70P25Q80F0.1;
N120G00X100Z100;
N125M03S500T0202;
N130G00X40Z-36;
N135G75R0.1;
N140G75X26Z-36P500Q3500R0F1.5;
N145G00X100;
N150Z100;
N155M03S600T0303;
N160G00X32Z-10;
N165G92X29.4Z-34F1.5;
N170X28.9;
N175X28.5;
N180X28.20;
N185X28.04;
N190G00Z100;
N195X80;
N200M05;
M30;
%
工件左端程序
O0002;
N5M03S600T0101;
N10G00X52Z2;
N15G71U2R2;
N20G71P25Q55U0.5W0.1F0.2;
N25G01X32;
N30Z0F0.2;
N35G01X36Z-2;
N40Z-24;
N45X40;
N50X42Z-30;
N55X52;
N60G00X100;
N65Z100;
N70M03S1000;
N75G00X52Z2;
N80G70P25Q55F0.1;
N85G00X100;
N90Z100;
N95M05;
M30;
%
内孔程序
O0003;
N5M03S500T505;
N10G00X18Z2;
N15G71U1.5R2;
N20G71P25Q45U-0.5W0.1F0.2;
N25G01X28;
N30Z0F0.2;
N35G01X24Z-2;
N40Z-20;
N45X22;
N50G01X18;
N55G00X18Z2;
N60G70P25Q45F0.1;
N65G01X18;
N70G00Z100;
N75X100;
N80M05;
M30;
%
5零件加工过程
5.1对刀
对刀是数控机床加工中极其重要和复杂的工作，对刀精度的高低将直接影响到零件的加工精度。
首先应确定零件的加工原点，以建立准确的工件坐标系；其次要考虑刀具的不同尺寸对加工的影响，同时在编制程序时要正确选择对刀点的位置。
对刀的方法有：
试切法对刀光学检测对刀仪对刀（机外对刀）机械检查对刀仪对刀
通
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