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葛

抚州职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

数控机床加工工艺

姓名：

葛子鑫

学院：

抚州职业技术学院

专业：

机电一体化

班级：

07高职机电

指导教师：

王良生

2010年6月

数控机床加工工艺

（抚州职业技术学院机电系07级机电一体化专业葛子鑫）

摘要：

数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。

随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造工业水平重要标志。

我国正在成为世界制造中心，因此大量普及应用数控机床、振兴制造业就成为我国经济发展的当务之急。

数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。

这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。

本文介绍了有关数控车床加工工艺的一系列步骤和注意事项

关键词：

数控机床加工工艺

CNClatheprocessing

GeziXin

（FuzhouVocationalandTechnicalCollegeElectricalandmechanicalandelectricalintegration,07DepartmentofJiangxiFuzhou）

Abstract:

Theapplicationofcomputernumericalcontrolmachinetoolisacomprehensive,automaticcontrol,automaticdetectionandprecisionmachineryandotherhigh-techproduct.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,CNCmachinetoolsistomeasurethelevelofacountry'smachinerymanufacturingindustryanimportantsymbol.Chinaistheworld'smanufacturingcenter,soalotofuniversalapplicationofCNCmachinetoolstorevitalizethemanufacturingsectorhasbecomeanurgenttaskofChina'seconomicdevelopment.DevelopmentofCNCmachinetools,itisworthmentioningthattheprocessingcenter.ThisisanautomatictoolchangerCNCmachinetools,itispackedcardwhiletheworkpiecemulti-processmachining.ThisarticledescribestheprocessoftheCNClatheseriesofstepsandprecautions

Keywords:

CNCmachiningprecisionmachinerytechnology

数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。

世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。

大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。

我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、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），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺虽有诸多相同之处,但也有许多不同之处。

为此,本文探讨数控机床的加工工艺,结合实例阐述它的典型应用。

一`机械加工与数控加工1

1．机械加工工艺过程的基本概念

（1）生产过程和工艺过程

1）生产过程机械产品的生产过程是将原料转变为成品的全过程，它一般包括原材料的运输和保管、生产技术准备、毛坯制造、机械加工、热处理、产品的装配、机器的检验调试及油漆和安装等。

2）工艺过程工艺过程是指生产过程中直接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。

采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。

机械加工工艺过程的组成

1.工序：

划分工序的主要依据是设备（或工作地点）是否变动和加工是否连续，若改变其中任意一个就构成另一个工序。

2.安装：

安装是指工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置（即为定位），然后加以夹紧的过程。

在一个工序中，工件可能安装一次，也可能需要安装几次。

3.工位：

为完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或机床的可动部分一起相对刀具或机床的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。

一次安装中连续进行的若干相同的工步看作是一个工步。

•用几把刀具同时加工一个零件上的几个表面的工步，称为复合工步。

在数控加工中，有时将在一次安装下用一把刀具连续切削零件的多个表面划分为一个工步。

3.进给进给也称走刀。

在一个工步中，由于余量较大或其他原因，需要用同一把刀具对同一表面进行多次切削，这样，刀具对工件每切削一次就称为一次进给。

工序与安装、工位及工步、进给之间的关系4.1.3生产纲领、生产类型及其工艺特征4．生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。

计划期常定为一年，所以生产纲领也称年产量。

（2）生产类型1）单件生产产品的品种繁多，而每个品种数量较少，各工作地加工对象很少有重复生产。

2）大量生产产品的品种少，产量大，大多数工作地点长期进行某种零件的某道工序的重复加工。

3）成批生产一年中分批轮流地制造若干种不同的产品，每种产品有一定的数量，生产对象周期性地重复，而每批所制造的相同零件的数量，称为批量。

单件小批生产,小批生产在工艺方面接近单件生产，二者常相提并论，称为单件小批生产。

大批大量生产,大批生产在工艺特征方面接近于大量生产，常合称为大批大量生产

中批生产,中批生产的工艺特征介于单件生产和大批生产之间

二`数控加工概述

1．数控加工工艺的基本特点内容十分明确而具体数控加工工艺必须详细到每一次走刀路线和每一个操作细节，即普通加工工艺通常留给操作者完成的工艺与操作内容（如工步的安排、刀具几何形状及安装位置等），都必须由编程人员在编程时予以预先确定。

2．工艺工作要求相当准确而严密数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像普通加工时那样可以根据加工过程中出现的问题自由地进行人为的调整。

所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，尤其是对图形进行数学处理、计算和编程时一定要力求准确无误。

3．采用多坐标联动自动控制加工复杂表面对于一般简单表面的加工方法，数控加工与普通加工无太大的差别。

但是对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工则采用多坐标联动自动控制加工方法，其加工质量与生产效率是普通加工方法无法比拟的。

4．采用先进的工艺装备为了满足数控加工中高质量、高效率和高柔性的要求，数控加工中广泛采用先进的数控刀具、组合夹具等工艺装备。

5．采用工序集中

由于现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广及多坐标、多工位等特点。

因此，在工件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工，甚至可在工作台上装夹几个相同或相似的工件进行加工，从而缩短了加工工艺路线和生产周期、减少了加工设备、工装和工件的运输工作量。

6`数控加工工艺的主要内容

选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容。

对零件图样进行数控加工工艺分析，确定加工内容及技术要求。

具体设计数控加工工序，如工步的划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。

处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具补偿等。

处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。

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三数控加工工艺规程的编制

1．工艺规程的作用

工艺规程是指导生产的主要技术文件,工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据,工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料

2．工艺规程制订时所需的原始资料

产品装配图和零件工作图。

产品的生产纲领。

产品验收的质量标准。

现有的生产条件和资料。

国内、外同类产品的有关工艺资料等。

3.数控加工工艺文件的格式

机械加工工艺过程卡机械加工工序卡数控加工工序卡数控刀具卡片数控加工走刀路线图,数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）数控编程任务书

四``数控加工工艺分析

（1）数控加工内容的选择

1.适于数控加工的内容通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。

2.不适于数控加工的内容占机调整时间长的加工内容。

如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序。

加工部位分散，不能在一次安装中完成加工的其他零星加工表面，需要多次安装、设置原点。

这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床加工；

按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。

主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。

加工余量大而又不均匀的粗加工。

此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。

（2）数控加工零件的工艺性分析

1.零件的工艺性分析零件图的完整性与正确性分析,零件技术要求分析：

零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。

这些要求在保证零件使用性能的前提下应经济合理。

过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。

尺寸标注方法分析：

应采用集中标注，或以同一基准标注，即标注坐标尺寸,

零件材料分析零件的结构工艺性分析

人们把零件在满足使用要求的前提下所具有的制造可行性和加工经济性叫做零件的结构工艺性。

2.毛坯的确定

毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。

常用的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。

如铸铁材料毛坯均为铸件，钢材料毛坯一般为锻件或型材等。

3

各种毛坯的制造方法很多。

确定毛坯时主要考虑下列因素：

（1）零件的材料及其力学性能：

如力学性能要求较高的钢件，其毛坯最好用锻件而不用型材。

（2）生产类型：

在大批量生产中，应采用精度和生产率都较高的先进的毛坯制造方法，如铸件应采用金属模机器造型，锻件应采用模锻；并应当充分考虑采用新工艺、新技术和新材料的可能性，如精铸、精锻、冷挤压、冷轧、粉末冶金和工程塑料等。

单件小批生产则一般采用木模手工造型或自由锻等比较简单方便的毛坯制造方法。

（3）零件的结构形状和外形尺寸：

如常见的一般用途的钢质阶梯轴，当各台阶直径相差不大时可用型材，若各台阶直径相差很大时，宜用锻件；成批生产中，中小型零件可选用模锻，而大尺寸的钢轴受到设备和模具的限制一般选用自由锻等。

五`数控机床加工工艺路线的设计

1）．平面加工平面的加工方法常用的有：

刨削、铣削、磨削、车削和拉削。

精度要求高的平面还需要经过研磨或刮削加工。

刨削加工的特点是刀具结构简单、机床调整方便。

在龙门刨床上可以利用几个刀架，在一次装夹中同时或依次完成若干个表面的加工。

精刨还可以代替刮削。

铣削生产率高于刨削，在中批以上生产中多用铣削加工平面。

当加工尺寸较大的箱体平面时，常在多轴龙门铣床上，用几把铣刀同时加工几个平面。

平面磨削和拉削的加工质量比刨和铣都高。

生产批量较大时，平面常用磨削或拉削来精加工。

磨削适用于直线度及表面粗糙度要求高的淬硬工件和薄片工件，也适用于未淬硬钢件上面积较大的平面的精加工。

但不宜加工塑性较大的有色金属。

还常采用组合磨削来精加工平面。

拉削平面适用于大批量生产中的加工质量要求较高且面积较小的平面。

车削主要用于回转体零件的端面的加工，以保证端面与回转轴线的垂直度要求。

最终工序为刮研的加工方案多用于单件小批量生产中配合表面要求高且不淬硬平面的加工。

当批量较大时可用宽刀细刨代替刮研。

宽刀细刨特别适用于加工象导轨面这样的狭长平面。

最终工序为研磨的加工方案适用于高精度、小表面粗糙度的小型零件的精密平面，如量规等精密量具的表面。

2）．外圆面加工外圆面的加工方法常用的有车削和磨削。

当表面粗糙度要求较高时，还要经光整加工。

车削是加工外圆表面的主要方法。

小批量生产时，在卧式车床上进行；大批量生产时，多采用高效率的液压仿形车床或多刀半自动车床。

最终工序为车削的加工方案，适用于除淬火钢以外的各种金属。

磨削是精加工外圆表面的重要方法。

最终工序为磨削的加工方案，适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，不适用于有色金属。

对于精度要求高的如精密的主要外圆面还需要光整加工，如研磨、超精磨及超精加工等，为提高生产效率和加工质量，一般在光整加工前进行精磨。

最终工序为精细车或金刚车的加工方案，适用于要求较高的有色金属的精加工。

对表面粗糙度要求高，而尺寸精度要求不高的外圆，可采用滚压或抛光。

3.内孔加工

3）单孔的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔和光整加工。

一般采用钻、扩、铰，D>20mm的孔采用镗削加工，有些盘类的孔采用拉削加工。

精度要求高的孔有时采用磨削加工。

加工精度为IT9级的孔，当孔径小于10mm时，可采用钻—铰方案；当孔径小于30mm时，可采用钻—扩方案；当孔径大于30mm时，可采用钻—镗方案。

工件材料为淬火钢以外的各种金属。

加工精度为IT8级的孔，当孔径小于20mm时，可采用钻—铰方案；当孔径大于20mm时，可采用钻—扩—铰方案，适用于加工淬火钢以外的各种金属，但孔径应在20～80mm之间，此外也可采用最终工序为精镗或拉削的方案。

淬火钢可采用磨削加工。

加工精度为IT7级的孔，当孔径小于12mm时，可采用钻—粗铰—精铰方案；当孔径小于12～60mm范围时，可采用钻—扩—粗铰—精铰方案或钻—扩—拉方案。

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若毛坯上已铸出或锻出孔，可采用粗镗—半精镗—精镗方案或粗镗—半精镗—磨孔方案。

最终工序为铰孔的方案适用于未淬火钢或铸铁，对有色金属铰出的孔表面粗糙度较大，常用精细镗孔替代铰孔。

最终工序为拉孔的方案适用于大批量生产，工件材料为未淬火钢、铸铁和有色金属。

最终工序为磨孔的方案适用于加工除硬度低、韧性大的有色金属以外的淬火钢.加工精度为IT6级的孔，最终工序采用手铰、精细镗、研磨或珩磨等均能达到，视具体情况选择。

韧性较大的有色金属不宜采用珩磨，可采用研磨或精细镗。

研磨对大、小直径孔均适用，而珩磨只适用于大直径孔的加工。

孔系：

有相互位置精度要求的孔的组合，称为孔系。

平行孔系孔距精度可以用找正法、镗模法、坐标法及数控法等保证，同轴孔系的同轴度主要由镗模保证：

交叉孔系有关孔的垂直度，在普通镗床上主要靠机床工作台上的90o对准装置来保证。

3．平面轮廓和曲面轮廓的加工

（1）平面轮廓平面轮廓常用的加工方法有数控铣削、线切割及磨削等。

当曲率半径较小时，可采用数控线切割方法加工。

若选择铣削方法，因铣刀直径受最小曲率半径的限制，直径太小，刚性不足，会产生较大的加工误差。

可采用数控铣削方法加工，常用粗铣—精铣方案，也可采用数控线切割方法加工。

对精度及表面粗糙度要求较高的轮廓表面，在数控铣削加工之后，再进行数控磨削加工。

数控铣削加工适用于除淬火钢以外的各种金属，数控线切割加工可用于各种金属，数控磨削加工适用于除有色金属以外的各种金属。

（2）立体曲面轮廓立体曲面轮廓的加工方法主要是数控铣削，多用球头铣刀，以“行切法”加工，根据曲面形状、刀具形状以及精度要求等通常采用二轴半联动或三轴联动。

对精度和表面粗糙度要求高的曲面，当用三轴联动的“行切法”加工不能满足要求时，可用模具铣刀，选择四坐标或五坐标联动加工。

六`加工阶段的划分

1.加工阶段的划分

（1）粗加工阶段在这一阶段中要切除大量的加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此主要目标是提高生产率。

（2）半精加工阶段在这一阶段中应为主要表面的精加工作好准备（达到一定加工精度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面的加工（钻孔、攻螺纹、铣键槽等），一般在热处理之前进行。

3）精加工阶段保证各主要表面达到图样规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。

（4）光整加工阶段对于零件上精度要求很高，表面粗糙度值要求很小（1T6及IT6以上，Ra≤0.2μm）的表面，还需进行光整加工。

主要目标是以提高尺寸精度和减小表面粗糙度值为主，一般不用以纠正形状精度和位置精度。

（5）超精密加工阶段该阶段是按照超稳定、超微量切除等原则，实现加工尺寸误差和形状误差在0.1μm以下的加工技术。

2.划分加工阶段的原因

（1）保证加工质量粗加工造成的加工误差可通过半精加工和精加工逐步得到纠正，保证加工质量。

（2）有利于合理使用设备粗加工余量大、切削用量大，要求功率大、刚性好、生产率高，精度要求不高的设备。

精加工切削力小，对机床破坏小，可采用精度高的设备。

（3）便于安排热处理工序使冷、热加工工序配合得更好例如，粗加工后工件残余应力大，一般要安排去应力热处理（如时效处理），以消除残余应力。

精加工前要安排淬火等最终热处理，热处理引起变形又可在精加工中予以消除。

（4）便于及时发现毛坯缺陷对毛坯的各种缺陷，如铸件的气孔、夹砂和余量不足等，在粗加工各表面后即可发现，便于及时报废或修补。

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（5）精加工、光整加工安排在最后，可保护精加工后的表面不受损伤。

3工序的划分

1．工序划分原则

（1）工序集中原则就是指每道工序包括尽可能多的加工内容。

将工件的加工，集中在少数几道工序内完成。

特点：

①减少了设备的数量，减少了操作工人和生产面积。

②减少了工序数目，减少了运输工作量，简化了生产计划工作，缩短了生产周期。

③减少了工件的装夹次数，不仅有利于提高生产率，而且由于在一次装夹下加工了许多表面，也易于保证这些表面的位置精度。

④因为采用的专用设备和专用工艺装备数量多而复杂，因此机床和工艺装备的调整、维修费时费事。

（2）工序分散原则就是将工件的加工分散在较多的工序内进行。

每道工序的加工内容很少，最少时即每道工序仅完成一个简单的工步。

特点：

①采用比较简单的机床和工艺装备。

②对工人的技术要求低。

③生产准备工作量小，容易变换产品。

④设备数量多，工人数量多，生产面积大。

2．工序划分方法在数控机床上加工的零件按工序集中原则划分工序的方法：

（1）按所用刀具划分即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。

加工中心常用这种方法划分工序。

（2）按安装次数划分即以每一次装夹完成的那一部分工艺过程作为一道工序。

这种方法适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。

（3）按粗、精加工划分即以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。

这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件。

（4）按加工部位划分即以完成相同型面（如内形、外形、曲面和平面等）的那每一部分工艺过程为一道工序。

用于加工表面多而复杂的零件。

七加工顺序的安排

1.切削加工顺序的安排原则

（1）基面先行原则加工一开始，总是先把精基面加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，总是首先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。

如果精基面不止一个，按照基面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面和主要表面的加工。

（2）先粗后精原则各个表面的加工顺序按照粗加工—半精加工—精加工—光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。

（3）先主后次原则零件上的工作表面及装配面属于主要表面，应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。

自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面加工达到一定精度后、最终精加工之前进行。

（4）先面后孔原则对于箱体、支架和机体类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，后加工孔和其他尺寸。

（5）先内后外原则即先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。

（6）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。

（7）以相同安装方式或用同一刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数。

（8）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。

2.热处理工序的安排预备热处理安排在机械加工之前，以改善材料的切削性能及消除内应力为主要目的常用的方法有退火正火调质。

去除内应力热处理主要是消除毛坯制造或工件加工过程中产生的残余应力。

一般安排在粗加工之后，精加工之前，常用的方法有人工时效、退火等。

最终热处理以达到图样规定的零件的强度、硬度和耐磨性为主要目的，常用的方法有表面淬火、渗碳、渗氮和调质、淬火等应安排在半精加工之后，磨削加工之前。

渗氮处理可以放在半精磨之后，精磨之前。

另外，对于床身、立柱等铸件，常在粗加工前及粗加工后进行自然时效，以消除内应力。

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2．辅助工序的安排

辅助工序的种类很多，如检验、去毛刺、倒棱边、去磁、清洗、动平衡、涂防锈漆和包装等。

辅助工序也是保证产品质量所必要的工序，若缺少了辅助工序或辅助工序要求不严，将给装配工作带来困难，甚至使机器不能使用。

其中检验工序是主要的辅助工序，它是监控产品质量的主要措施，除在每道工序的进行中操作者都必须自行检查外，还须在下列情况下安排单独的检验工序：

（1）粗加工阶段结束之后。

（2）重要工序之后。

（3）零件从一个车间转到另一个车间时。

（4）特种性能（磁力擦伤、密封性等）检验之前。

（5）零件全部加工结束之后。

数控加工工序与普通工序的衔接,有些零件的加工是由普通机床和数控机床共同完成的，数控机床加工工序前后一般都穿插有其他普通工序，如衔接不好就容易产生矛盾，因此要解决好数控工序与普通工序之间的衔接问题。

较好的解决办法是建立工序间的相互状态要求。

例如，要不要为后道工序留加工余量，留多少；定位孔与面的精度与形位公差是否满足要求；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理要求等等，都需要前后兼顾，统筹衔接。

有些零件的加工是由普通机床和数控机床共同完成的，数控机床加工工序前后一般都穿插有其他普通工序，如衔接不好就容易产生矛盾，因此要解决好数控工序与普通工序之间的衔接问题。

较好的解决办法是建立工序间的相互状态要求。

例如，要不要为后道工序留加工余量，留多少；定位孔与面的精度与形位公差是否满足要求；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理要求等等，都需要前后兼顾，统筹衔接。

八.数控加工工序设计

1.机床的选择

（1）工序节拍适应性机床的类型应与工序的划分原则相适应，再根据加工对象的批量和生产节拍要求来决定。

若工序按集中原则划分的，对单件小批生产，则应选择通用机床或数控机床；对大批量生产，则应选择高效自动化机床和多刀、多轴机床。

若工序按分散原则划分的，则应选择结构简单的专用机床。

（2）形状尺寸适应性机床的主要规格