常州纺织服装职业技术学院
《机械制造与自动化》专业毕业论文
题 目： 机械制造与自动化实训报告
姓 名： 鲁 聪
学 号 20100131
指导教师 沈 洁
学 习 点 常州纺织服装职业技术学院协新教学站
二0一二 年 四 月 九 日
摘 要
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。
关键词 工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸
I
目 录
第1章 前 言 ............................................. 1
第2章 概论 ............................................. 2
2.1 数控机床的出现和发展 ............................. 2
2.2 数控机床的发展趋势 ............................... 2
第3章 工件的装夹 ........................................ 4
3.1 定位基准的选择 ................................... 4
3.2 定位基准选择的原则 ............................... 4
3.3 确定零件的定位基准 ............................... 5
3.4 装夹方式的选择 ................................... 5
3.5 数控车床常用的装夹方式 ........................... 5
3.6 确定合理的装夹方式 ................................ 6
第4章 典型轴类零件的加工 ................................ 7
4.1 轴类零件加工工艺分析 .............................. 7
4.2 典型轴类零件加工工艺 ............................. 10
4.3 加工坐标系设置 ................................... 14
4.4 手工编程 ......................................... 16
第5章 实训小结 ......................................... 20
第6章 结束语 ........................................... 22
第7章 致谢词 ........................................... 23
参考文献 ................................................ 24 I
第1章 前 言
在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。
本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。
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第2章 概论
2.1 数控机床的出现和发展
数控是数字控制( Numerical control )的简称，是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术。其含义使用以数值和符号构成的数字信息自动控制机床的运转，数控机床也称NC机床。
随着科学技术的发展，数控系统进过了以下几代的发展： 第一代：19xx年，电子管控制的第一台三坐标联动的铣床； 第二代：19xx年，出现了晶体管控制的“加工中心”；
第三代：19xx年，出现了小规模集成电路。使数控系统的可靠性得到了进一步的提高；
以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻辑数控系统,称为普通数控系统，即NC系统。
第四代：19xx年以计算机作为控制单元的数控制系统FMS(Flexible Manufacturing System) ，柔性制造系统；
第五代：19xx年，美国英特尔开发使用了微处理器——CNC。
2.2 数控机床的发展趋势
（1）数控系统发展趋势
1、采用开放式结构：进线、联网、专用要求。
2、向智能化发展。
3、具有自动编程、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿，人机界面极为友好，有故障专家诊断系统。
（2） 数控机床发展趋势
1、高速、 高效、高精度、高可靠性。
2、模块化、专门化、个性化；智能化、柔性化和集成化。
（3） 数控系统向开放式体系结构发展
计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快地更新换代。许多数控系统生产厂家利用Pc机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易地实现智能化、网络化。，开放式 2
体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的．数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。
（4） 数控系统向加工控制高速、高精和高可靠性发展
加工速度和加工精度是衡量CNC系统性能的主要指标。随着现在微电子技术的发展，当今先进的CNC系统都已经完成了由16位处理器向32位处理器的过渡，大大提高了CNC的数据处理能力和程序执行速度，某些系统还开发出采用64位精简指令集微处理器的系统。不少系统通过配置多微处理器实现分散处理，采用实时多任务操作系统进行并行处理等措施，进一步提高系统的数据处理速度，为高速高精度加工控制指标的实现创造了必要的条件，使得高速进给运动控制中的自适应平滑升降速控制、自由曲线加工的内部矢量精查补等复杂算法得以实现，系统的控制指标大幅度提高。由于数控系统采用模块化设计，采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路，多CPU分布式控制结构以及带高分辨率绝对式检测原件的交流数字伺服系统，大大提高了系统的集成度、柔性化和软硬件运行速度，保证系统满足高速、高精、复合加工和多轴话的要求。
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数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标，衡量指标是平均无故障工作时间（MTBF）。高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级上，但也并非可靠性越高越好，仍要适度可靠。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达到6000h以上，伺服系统的MTBF值打到3000h上，表现出非常高的可靠性。
第3章 工件的装夹
3.1 定位基准的选择
在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。
3.2 定位基准选择的原则
1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。
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2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。
3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。
3.3 确定零件的定位基准
以左右端大端面为定位基准。
3.4 装夹方式的选择
为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。
3.5 数控车床常用的装夹方式
1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。
2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。
3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。
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4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。
3.6 确定合理的装夹方式
装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端Φ52，再加工左端达到工件精度要求。
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第4章 典型轴类零件的加工
4.1 轴类零件加工工艺分析
（1） 技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。
（2）毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型轴类直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢，在锯床上按150mm长度下料。
（3）定位基准选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。
当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。
数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔 7
定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准。
（4）轴类零件的预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:直--毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。
切断---用棒料切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。 车端面和钻中心孔—对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。
（5） 热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。
（6） 加工工序的划分一般可按下列方法进行：
①刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。
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②以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
③以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。
（7）工时在加,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行：
①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。
③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。
④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小的工序。
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在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。
（8）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。
4.2 典型轴类零件加工工艺
（1）确定加工顺序及进给路线
加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。
（2）选择刀具
1）车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。 10
2) 粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr＇=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.
3)车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm） 4)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀. （3）选择切削用量
表3-5切削用量选择
数控加工刀具卡片
表3-1 刀具卡片
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用以上数据编制工艺卡如下：
表3-2 数控加工工艺卡
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4.3 加工坐标系设置
（1）建立工件坐标系
图1-3坐标系设定
（2）试切法对刀
在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。
将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸
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不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。
图3-4（a） Z轴方向对刀
图3-4（b） X轴方向对刀
（3）选择切削用量
表3-5切削用量选择
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为了螺纹容易配合，螺纹M25×1.5在车削大径时，加工到直径Φ24.7mm，总背吃刀量去0.65P=（0.65×1.5）mm=0.975mm.
4.4 手工编程
工件右端加工
O1111；
M06 X200 Z100；
T0202;
M03 S800;
正转
G00 X60 Z5;
G71 U.1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80;
N01 G00 X39 Z2；
G01 X39 Z0 F40;
G01 X39 Z0 C2 Z-26; G03 X35 Z-56.46 R24;
G02 X35 Z-70 R9;
G01 Z-75;
X45.29;
端面至斜
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建立工件坐标系 调用2号刀 主轴以800r/min到循环加工起点 粗加工循环 到精加工起点 精加工轮廓开始 倒角C2 加工Φ39 加工SΦ48圆弧 加工R9圆弧 加工Φ35 加工Φ35外径左线部分
X52 Z-94; 加工斜线部分 N02 Z-113; 精车循环结束 G00 X55 Z100; 到换刀点
M06 T0303 M03 S115 M08； 换3号切槽刀,打开切削液
G00 X55 Z2；
全点
G00 X55 Z-89；
G01 X39 F5；
G01 X55 F20；
G01 Z-82；
G01 X39 F5；
G01 X55 F20；
G00 Z-18；
G01 X35 F5；
G01 X50 F20；
G00 X55 Z100 M09；
切削液
M05；
M30；
工件左端加工
刀具起切的安切槽切入点 切槽 切槽退刀 切槽切入点 切槽 切槽退刀 切槽切入点 切槽切入点 切槽退刀 回换刀点,关闭主轴停止 程序结束 17
O2222
T0202 M03 S800； 换2号外圆刀 主轴800r/min
G00 X55 Z2； 刀具起切的安全点
G71 U1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80；
循环
N01 G00 X50 Z2；
始
G01 X0 Z0 F40； G01 X24.7 Z0 C2； G01 Z-33； G01 X52 Z-33 C2； N02 G01 Z-35； 结束
G00 X100 Z100； M05； M30； T0303 M03 S115 ； 槽刀
G00 X30 Z2； 的安全点
18 外径粗精车精车循环开开始加工 倒角 车Φ25 倒角 精车循环换刀点 主轴停止 程序结束 换3号切刀具起切
G00 Z-28； 切槽切入点
G01 X21 F5 ； 切槽 G01 X30 F20； 退刀
G00 X50 Z100； 回换刀点 M05； 主轴停止 M30 ； 程序结束 T0404 M03 S70； 换4号螺纹刀
G00 X25 Z2 ； 刀具起始安全点
G76 C1 A60 X23.056 Z-26 K0.974 U0.1 V0.1 Q0.4 F1.5;
螺纹车削循环,C为精车次数,螺纹刀具角度,X为最终螺纹X轴小径,Z为最终螺纹Z轴长度,,K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程. G01 X40； 退刀 G00 X100 Z100； 回换刀点 M05； 主轴停止 M30； 程序结束 19
第5章 实训小结
时光匆匆，为期三周的数控编程与加工实训转眼就结束了，但是带给我的感受却永远的留在了我的心里。总的来说，这几次实训对我来说还是挺重要的，或许对我今后的学习工作上有了不少帮助。在以后的时间里也恐怕不会再有这样的机会去让我们去体验这样的生活，也恐怕难有这样的幸运去体验身边的每一样东西到底是如何制造出来的了。
在实训期间，虽然我们之前有学过一些理论的知识，但是实践才能证明你的能力，所以我觉得这是一次理论与实践相结合的好机会，又是将全面地检验我们的知识水平。数控加工实训是培养我们学生实践能力的有效途径。又是我们大学生、工科类的大学生，非常重要的也特别有意义的实习训课。数控加工实习又是我们的一次实际掌握知识的机会，离开了课堂严谨的环境，让我们会感受到车间的气氛。同时也更加感受到了当一名车间工人的心情，使我们更加清醒地认识到
肩负的责任。
很快我们就要步入社会，面临就业了，就业单位不会像老师那样点点滴滴细致入微地把要做的工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察、自主学习。不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。 随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。就像我们接触 20
到的车床、铣床，虽然它的危险性很大，但是要求每个同学都要去操作而且要加工出产品，这样就锻炼了大家敢于尝试的勇气。数控加工实训带给我们的，不全是我们所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工种所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在实训结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次实训达到了他的真正目的。 对我们来说,数控加工实训是一次很好的学习、锻炼的机会,甚至是我们生活态度的教育的一次机会!在这次实训中，让我体会最深的是理论联系实际，实践是检验真理的唯一标准。理论知识固然重要，可是无实践的理论就是空谈。真正做到理论与实践的相结合，将理论真正用到实践中去，才能更好的将自己的才华展现出来，才能保证在未来的社会竞争中有自己的位
置
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第6章 结束语
在数控车削加工中经常遇到的轴类零件,本设计论文中采用含螺纹零件进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持不变. 该特殊轴零件结构，有螺纹、倒角、圆弧、槽等。该编程螺纹车削采用螺纹加工循环指令G76,用该指令编程可以不用写那么多步程序，省去了很多编程时间。数控加工的基本编程方法是用点定位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹，要用插补指令编写工件轮廓的切削进给轨迹。
几个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做，才会使自己更快的成长。我相信，通过这次的实践，我对数控的加工能进一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。
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第7章 致谢词
本论文在老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少相关资料，才使我的毕业论文工作顺利完成.在此我要向学院的全体老师表示由衷的谢意。
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参考文献
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