河南师范大学新联学院本科毕业论文(设计)开题报告 论文(设计)题目: 典型轴类零件的加工工艺设计及程序编制 专业: 机械设计 班级: 机械设计一班 学号: 11320174103 学生: 周亚龙 指导老师: 赵亚利 研究方向: 机械制造 一·背景，发展趋势

20世纪40年代以来，由于航空航天技术的飞鼠发展，对各种飞行器的加工提出了更高的要求。由于这些要加工的零件外形轮廓复杂，材料多为难以加工的合金，用传统的机床和加工工艺方法进行加工，不能保证加工精度和生产效率的提升。为了解决这些问题，人们提出了数控机床的初始构想。19xx年开始了第一台三坐标数控铣床的研制工作，19xx年第一台数控机床研制成功并进入实用化阶段。

半个多世纪以来，数控技术依托电子技术，计算机技术，自动控制和精密测量技术得到了迅猛发展，使得加工工艺发生了改变，加工精度和生产效率不断提高。随着数控技术的不断改善，数控机床在机械制造中的地位越来越重，作用也越来越大。通常用于加工精度要求较高，形状复杂的曲线，曲面类零件；多品种小批量生产；价格昂贵的关键部件；需要多种加工方法联合加工的零件。 二·设计（论文）主要目的

通过本次毕业设计使自己对数控机床有更为充分、细致的理解，进一步掌握、学习轴类零件加工的加工方法、加工方案以及CAD/CAM软件应用。 三·论文设计主要内容

1.综述设计内容及意义

2.用SolidWorks绘制零件图，CAD绘制二维图

3.零件图分析

4.确定零件夹具和刀具设计

5.确定零件加工工艺及程序编制

四·主要参考文献

1. 机械加工工艺师手册2.金属切削原理与刀具3.典型零件数控加工4.数控加工工艺与编程

第二篇：轴类零件的数控加工(1)1

设计任务书

设计题目：

轴类零件的编程加工

设计要求：

1、 了解数控的构成与使用规程。

2、 绘制零件的CAD图。下图所示：

3、 一定要保证零件的车削精度，不能出现零件有损坏的情况。

4、 选择合适的刀具。

5、 选择合适的夹具。

6、 编写零件的数控程序，并检查执行程序。

设计进度要求：

第一周：确定毕业设计题目。

第二周：查阅文献，收集资料。

第三周：拟定总体方案设计。

第四、五周：完成零件图绘制及其他设计任务。

第六周：对设计进行完善、修改。

第七周：完成设计，打印初稿。

指导教师（签名）：

I

摘要

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的发展和应用领域的扩大对归计民生的一些重要行业（IT、汽车、医疗、轻工等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势，在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性保证，数控加工与编程毕业设计是数控技术专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。

此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制定、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。主要困难的是两次装夹中的水平Z向长度难以保证、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制定。

关键词：数控加工 工艺分析 编程

II

Abstract

Numerical control technology is the mechanical movement and process control of the use of digital information technology, numerical control equipment is a new technology of numerical control technology as the representative of the traditional manufacturing industries and emerging manufacturing form the infiltration of electromechanical integration products, the so-called the digital equipment. Numerical control technology application has brought the revolutionary change for the traditional manufacturing industry,

manufacturing industry has become a symbol of industrialization, and with some important industry to expand the development of NC technology and application field of the people's livelihood of the (IT, automotive, medical, light) plays a more and more important role in the development of digital, because these industries need equipment is the major trend of modern development, in the new environment of China's accession to the WTO and the further opening up of our country, the development of numerical control technology and equipment is a guarantee to improve the importance of China's manufacturing industry informatization level and international competition ability, CNC machining and programming of the graduation design is an important part of NC machining technology of professional knowledge and professional skills teaching system in CNC technology professional, through the graduation design so that we learn to use the basic knowledge of basic theory in some subjects, at the same time, make the system more complete to the professional, so as to consolidate, expand, deepen the knowledge of the purpose, culture and improve the comprehensive ability to analyze and solve problems and to cultivate the scientific research and innovation ability.

This graduation design mainly solves the problem that the clamping, tool presetting, process development, working procedures and steps of partitioning, tool selection, cutting the amount determined, turning programming, machine tool operation. The main difficulty is the two clamping level Z length is difficult to guarantee, cutting parameters are set, the accuracy of the knife, the process of making.

Keywords: CNC machining process analysis program

III

目 录

摘要 ....................................................................... Ⅱ

1 数控技术概述 .............................................................. 1

1.1介..................................................................... 1

1.2 数控加工必须遵循的一般原则 ............................................ 4

1.3 数控加工工艺特点与内容 ................................................ 5

1.4 数控加工的步骤 ........................................................ 5

2 刀具和切削用量的选择 ...................................................... 7

2.1 数控机床对刀具的要求 .................................................. 7

2.2 数控加工刀具材料的选择 ................................................ 7

2.3 切削用量的选择 ........................................................ 8

3夹具的选择................................................................ 11

3.1 夹具的基本概念: ...................................................... 11

3.2 夹具的选择: .......................................................... 11

3.3 夹具的作用: .......................................................... 11

3.4 夹具的类型 ........................................................... 11

4零件图的工艺分析.......................................................... 11

4.1 设备选择 ............................................................. 13 4.2确定零件的定位基准和装夹方式

........................................................................... 13

5 数控车削工艺 ............................................................. 14

5.1数控加工工艺内容的选择................................................ 14

5.2数控加工零件的工艺性分析.............................................. 14

5.3工艺分析及处理........................................................ 16

5.4螺纹加工的尺寸计算.................................................... 17

5.5编写程序.............................................................. 18

5.6 备注 ................................................................. 21

6 运行调试 ................................................................. 23

6.1 机床运行校验 ......................................................... 23

7 数控加工的优势 ........................................................... 25

结 论 ...................................................................... 27

致 谢 ..................................................................... 28

参考文献 ................................................................... 29

IV

前言

本次毕业设计是学院为了提高学生的数控技术及相关技能等的综合运用能力，通过毕业设计和完成毕业设计论文是学院对毕业生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论基础，本次设计是在苏宏志老师的精心指导下完成的。

数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好的解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛的应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工工艺毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。

本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等，另外还有设计说明书、参考文献、毕业设计小结、致谢、附录等部分。

设计者以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平和实际经验有限，时间又较为紧迫。在设计中难免会出现一些错误、学点和疏漏。诚请老师给予批评和指正。

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1 数控技术概述

数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动对工件进行加工。从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称数控程序，它是机床数控系统的应用软件。与数控系统应用软件对应的是数控系统内部的系统软件，系统软件是用于数控系统工作控制的

1.1 数控加工简介

一、是高速加工技术发展迅速

高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。

二、是精密加工技术有所突破

通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，从19xx年至20xx年50年内提升100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到1?m，进入亚微米超精加工时代。

三、是技术集成和技术复合趋势明显

技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型——车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合——金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床——复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。

四、是数字化控制技术进入了智能化的新阶段

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数字化控制技术发展经历了三个阶段:数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。

五、是极端制造扩张新的技术领域

极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等

1.2 数控加工必须遵循的一般原则

（1）结合本校数控基地的情况，合理安排合计内容。也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。

（2）必须保障人身安全和设备安全，在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书，并按照操作规程操作。

（3）兼顾加工精度和加工效率，在保证加工精度的前提下，认真进行公工艺分析，制定出合理的工艺方案，选择合理的切削用量。

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（4）注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力，掌握科学研究的方法。

1.3 数控加工工艺特点与内容

1.3.1 基本特点

在普通机床上加工零件时，使用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡上规定的程序加工零件。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的。

1）数控加工的工序内容比普通机床的工序加工内容复杂。

2）数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。

1.3.2 基本内容

数控加工工艺主要包括以下几个方面：

1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。

2）分析被加工的零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。

3）设计数控加工工序。如工步的划分零件的定位与家具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。

4）调整数控加工工序的程序。

5）分配数控加工的容差。

6）处理数控机床上部分工艺指令。

1.4 数控加工的步骤

必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书，了解产品的工艺性和公差等级，在初步明确设计要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。

（1）分析零件图样

根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。

（2）确定加工工艺方案

根据上述的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数。

（3）数值计算

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根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据

（4）编写零件加工程序

根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。

（5）程序校验

程序编完后，对程序进行校验，一般采用机床空运转方式，来检查机床的动作和运行轨迹的正确性，以校验程序。

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2 刀具和切削用量的选择

2.1 数控机床对刀具的要求

为了保证数控机床的加工精度，提高生产率及降低刀具的消耗，在选用刀具时对刀具提出了很高的要求，如能可靠的断屑，有高的耐用度，可快速调整和更换等。 因此数控机床对刀具的选择应满足以下要求：

1．适应高速切削要求，具有良好的切削性能

为提高生产率和加工高硬度材料的要求，数控机床向着高速度、大进给、高刚性和大功率发展。中工作进给由0m/min—5m/min提高到0m/min—15m/min。等规格的数控车床，其主轴最高转速一般为3000r/min—5000r/min ,

2． 高的可靠性

数控机床加工的基本前提之一是刀具的可靠性。

3． 较高的刀具耐用度

4. 高精度

5. 可靠的断屑及排屑措施

6． 精确迅速的调整

7． 自动快速的换刀

8． 刀具标准化、模块化、通用化及复合化

2.2 数控加工刀具材料的选择

机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特点(切削深度大，余量不均，表面有硬化层)，刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可以大大提高刀具耐用度(涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍)等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗

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加工。只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW)。加工钢料时，由于金属塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，YG类硬质合金虽然强度和韧性较好，但高温硬度和高温韧性较差，因此在重型切削中很少应用。与之相比，YT类硬质合金刀具适于加工钢料，由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好，在加工钢料时刀具磨损较小，刀具耐用度较高，因此YT类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。因此，本次加工选用YG类硬质合金材料的刀具。

根据加工要求选用四把刀具，T01为粗加工车刀，故选用90°硬质合金机夹偏刀；T02为硬质合金机夹偏刀，其副偏角应较大，用于加工圆弧和精加工；T03为硬质合金机夹切断刀，其刀片宽度为3mm，用于切槽、切断等车削加工；T04为60°硬质合金机夹螺纹刀，用于螺纹车削加工。

同时把四把到在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。

本设计中加工的工件材料为45号钢，因此选择的刀具材料为YT类硬质合金。

2.3 切削用量的选择

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是

提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

切削宽度ae。一般ae与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工

中，一般ae的取值范围为：ae=（0.6～0.9）Dc。

切削速度Vc。提高Vc也是提高生产率的一个措施，但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取 决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如车削合金刚30CrNi2MoVA时，Vc可采用8m/min左右；而用同样车削铝合金时，Vc可选200m/min以上。

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

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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。从刀具的寿命（耐用度）出发，切削用量的选择方法是：先选取被吃刀量，其次确定进给速度，最后确定主轴转速。

2．3．1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，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0.1～0.5mm。

2．3．2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精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。

确定进给速度的原则：

1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100～200mm/min范围内选取。

2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。

3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。

4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

5）由于本设计的加工属于半精加工，因此，选用介于两者之间的进给速度，即50mm/min—100mm/min。

2．3.3 主轴转速的确定

1） 光车外圆时主轴转速。 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

切削速度除了计算和查表选取以外，还可以根据实践经验确定。需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。

切削速度确定后，用公式n=1000v/πD计算主轴转速n(r/min)。式中

v----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；

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n----主轴转速，单位为 r/min； D----工件直径或刀具直径，单位为mm。

计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。

硬质合金外圆车刀切削速度的参考值

注：切削钢及灰铸铁时刀具耐用度约为60min

2）车螺纹时主轴的转速。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为：n≤（1200/P）-k。 式中：P----被加工螺纹螺距（mm）；

k----保险系数，一般取为80。

此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量的选择。

总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

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3夹具的选择

3.1 夹具的基本概念:

1) 什么是夹具: 在车床上广泛使用的三爪卡盘，顶尖和铣床上用的平口虎钳等都属于夹具。一般来说，夹具夹具是安装在机床上的，用以装夹工件和引导刀具的装置.它属于工艺装备。在机床---刀具---工件---夹具组成的工艺系统中，夹具是一个重要的环节 。

进一步讲，夹具安装于机床的工作台或底座上，或机床的主轴上,工件安装并夹紧于夹具中的正确位置，引导或调整刀具或砂轮使之处于相对夹具的正确位置，进行工件的加工，从而获得合格的工件。

3.2 夹具的选择:

数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：

1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。

4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。

3.3 夹具的类型:

数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。

本设计加工的是小型零件，因此采用三爪卡盘。

3.4 夹具的作用:

1) 保证工件加工精度，稳定产品质量。由于夹具在机床上和工件在夹具中的装夹位置均已确定，所以工件在加工中的位置得到可靠的保证，且不受划线质量和找正技术水平等因素的影响。

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2) 扩大机床使用范围，充分发挥机床潜力，对于中小工厂，由于机床品种，规格和数量有限,为了适应生产的需要，充分发挥现有设备的潜力，往往通过设计不同的夹具来进一步扩大机床的工作范围达到一机多用的目的。

3.5零件的安装:

数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：

1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。

2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。

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4 数控机床的坐标系统

在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标和运动方向均已标准化。数控机床各坐标轴按标准JB3051-82 <数控机床及其数控机械的坐标系和运动方向的命名方法> 确定后，还要确定坐标系原点的位置，这样坐标系才能确定下来。依原点的不同，数控机床的坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。

4.1 机床坐标系

以机床原点为坐标原点建立起来的X、Y、Z轴直角坐标系，称为机床坐标系。而标准的机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。机床原点是指在机床上设置的一个固定点，也称机床零点。它在机床装配、调试时就已确定下来数控机床进行加工运动的基准参考点。机床零点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点也是机床上的一个固定点，其与机床零点间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的X、Y、Z正向最大极限位置。在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回机床零点操作，使刀具运动到机床参考点，其位置由机械档块确定。这样，通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，一般情况下，机床坐标系在机床出厂前已经调整好，不允许用户随意变动。

4.2工件坐标系

工件图样给出以后，首先应找出图样上的设计基准点。其他各项尺寸均是以此点为基准进行标注。该基准点称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立的X、Y、Z轴直角坐标系，称为工件坐标系。

工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件原点的位置是人为设定的，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的，所以也称编程原点。

数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面、左端面或卡爪的前端面与Z轴的交点上。

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5 数控车削工艺

在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工内容的选择；数控加工工艺得分析；数控加工工艺路线的设计。

5.1数控加工工艺内容的选择

对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些是最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。再考虑选择内容时应结合本企业设备的实际，立足与解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。

一、适于数控加工的内容

在选择时，一般可按下列顺序考虑：

（1）通用机床无法加工的内容应做为优先选择内容；

（2）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；

（3）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。

二、不适于数控加工的内容

一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益方面会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：

（1）占机调整时间长

（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。

（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。

此外，再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。总之要尽量做到合理，达到多、好、省的目的。要防止把数控机床当普通机床使用。

5.2数控加工零件的工艺性分析

理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率

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高于普通机床的2～3倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。

一、加工工序划分

在数控机床上加工零件，工序可以比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。1．保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。2． 提高生产效率的原则 数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。

二、加工路线的确定

在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。

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5.3工艺分析及处理

（1）零件图工艺分析。零件是一个由圆弧面、外圆锥面、外圆柱面、螺纹构成的外形较复杂的轴类。

Φ85mm外圆柱面直径处不加工，其它各处加工精度要求一样，材料为45钢，选择毛坯为Φ85mm×260mm。

（2）加工方案及加工路线的确定。 以零件右端面中心作为坐标原点建立工件坐标系。根据零件尺寸精度及技术要求，应将粗、精加工分开来考虑，确定的加工工艺路线为：车削右端面→粗车Φ80.5mm、Φ62.5、外圆锥面、Φ48.5mm→粗车圆弧面→精车倒角、螺纹实际外圆Φ47.85mm、外圆锥面、Φ62mm外圆柱面、Φ80mm外圆柱面、圆弧面→切槽3×Φ45mm→车削M48mm×1.5mm的螺纹。

（3）零件的装夹及夹具的选择。 采用该机床本身的标准卡盘，零件伸出三爪卡盘235mm左右，找正并用顶尖配合夹紧工作。

（4）刀具选择。 刀具材料为W18Cr4V。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中

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数控加工刀具卡片

（5）确定切削用量。 根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考机床说明书、削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，最后根据实践经验进行修正，计算结果填入下表中。综合前面分析的各项内容，并将其填入下表所示的数控加工工艺卡片。

轴的数控加工工艺卡

5.4螺纹加工的尺寸计算

螺纹牙型深度：t=0.65 P=0.65×1.5mm=0.975mm

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D大=D公称-0.1 P=48mm-0.1×1.5mm=47.85mm

D小=D公称-1.3 P=48mm-1.3×1.5mm=46.05mm

螺纹加工分为4刀，第1刀：Φ=47mm; 第2刀；Φ=46.40mm 第3刀：Φ=46.10mm；第4刀：Φ=46.05mm。

5.5编写程序

SKC01.MPF

N1O G90 G95 G00 X80 Z100

N20 T01 M03 S500

N30 G00 X88 Z0

N40 G01 X-0.5 F0.3

N50 Z2

N60 G00 X80.5

N70 G01 Z-220

N80 X86

N90 G00 Z2

N100 X75.5

N110 G01 Z-130

N120 X77

N130 G00 Z2

N140 X70.5

N150 G01 Z-130

N160 X72

N170 G00 Z2

N180 X65.5

N190 G01 Z-130

N200 X67

N210 G00 Z2

N220 X62.5

N230 G01 Z-130 ；调用1号粗车刀，主轴正转n=500r/min Φ80.5mm Φ75.5mm Φ70.5 Φ65.5mm Φ62.5mm

18 ；刀架回换刀点；车削右端面；粗车外圆柱面；粗车外圆柱面；粗车外圆柱面；粗车外圆柱面；粗车外圆柱面

N240 X64

N250 G00 Z2

N260 X57.5

N270 G01 Z-60

N280 X62.5 Z-120 ；粗车外圆锥面 N290 G00 Z2

N300 X52.5

N310 G01 Z-60

N320 X62.5 Z-120

N330 G00 Z2

N340 X48.5

N350 G01 Z-60

N360 X62.5 Z-120

N370 G00 X80 Z100 M05

N380 M00

N390 T02 M03 S800

N400 G00 X93.48 Z-150

N410 L01 P5

N420 G00 Z2

N430 X44.85

N440 G01 Z0 F0.1

N450 X47.85 Z-1.5

N460 Z-60

N470 X50

N480 X62 Z-120

N490 Z-130

N500 X78

N510 X80 Z-131

N520 Z-150

N530 G02 X80 Z-210 CR=70 ；粗车外圆锥面 ；粗车外圆锥面 ；快速退刀到换刀点，主轴停转；程序暂停 ；调用2号精车刀 ；调用子程序时的起刀点位置 ；调用子程序5次 ；车倒角 ；精车削锥面 ；车削圆弧面

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N540 G01 Z-220

N550 X85

N560 G00 X80 Z100 M05 ；快速退刀到换刀点，主轴停转 N570 M00 ；程序暂停

N580 T03 M03 S350 ；调用3号切槽刀

N590 G00 X52 Z-60

N600 G01 X45 F0.1

N610 G04 F2

N620 G01 X52

N630 G00 X80 Z100 M05

N640 M00

N650 TO4 M03 S800

N660 G00 X47 Z3 M08

N670 G33 Z-58.5 K1.5

N680 G00 X52

N690 Z3

N700 X46.4

N710 G33 Z-58.5 K1.5

N720 G00 X52

N730 Z3

N740 X46.2

N750 G33 Z-58.5 K1.5

N760 G00 X52

N770 Z3

N780 X46.05

N790 G33 Z-58.5 K1.5

N800 G00 X52 M09

N810 X80 Z100 M05

N820 M02

；暂停2s ；快速退刀到换刀点，主轴停转 ；程序暂停 ；调用4号螺纹刀 ；开冷却液 ；车削第一刀螺纹 ；车削第二刀螺纹 ；车削第三刀螺纹 ；车削第四刀螺纹 ；冷却液关闭 ；快速退刀到换刀点，主轴停转 ；程序结束

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子程序L01

L01.SPF

N10 G91 X-2.6 ；增量编程

N20 G02 Z-60 CR=70

N30 G01 X2

N40 G00 Z60

N50 G01 X-2

N60 G90 ；绝对编程

N70 M17 ；子程序结束

5.6 备注

1、F功能

F功能指令用于控制切削进给量.在程序中，有两种使用方法.

每分种进给量：F

编程格式：G95F~

其中F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r.

每分种进给量：G

编程格式：G94F~

其中F后面的数字表示的是每分种进给量，单位为mm/min.

2、S功能

S功能指令用于控制主轴转速．

编程格式：S~

其中S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min.

3、T功能

T功能指令用于选择加工所用刀具

编程格式：T~

其中T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。

4、M功能

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M03：主轴顺时针旋转

M04：主轴逆时针旋转

M05：主轴旋转停止

M08：冷却液开

M09：冷却液关

M06:换刀

M30:程序停止，并复位到起始位置

5、G功能

G00:快速移动点定位

G01:直线插补

G95:每转进给量

G90:绝对编程

G91;增量编程

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6运行调试

6.1 机床运行校验

（1）先开机床

接通CNC和机床电源，系统启动后进入“加工”操作区JOG运行方式

（2）检查机床

开启后发现机床会出现报警信号，这时，需按下K1，使机床加上驱动力。这时才能正常操作机床。

（3）回参考点

回参考点只能在JOG的方式下运行。用机床控制面板上“回参考点键”启动回参考点。在“回参考点”窗口中显示该坐标轴是否必须回参考点：如出现“〇”，则说明未回参考点，如出现●，则说明已回参考点，按下坐标方向键（正方向键），把每坐标都回参考点，通过选择另一方式如MDA AUTO或JOG来结束回参考点。

（4）参数设定

在CNC进行工作前，必须对一些参数进行设定，对机床和刀具进行调整：

1．输入刀具参数及刀具补偿参数

2．输入/修改零点偏置

3．输入设定数值

刀具参数包括刀具几何参数，磨损量参数、刀具量参数和刀具型号参数等。有些参数如R参数则一般不需修改

（5）装夹工件

按照前面指定的装夹方式装夹工件

（6）对刀

把每一把刀具都调到自己设定的编程零点，把编程零点所在机床坐标值输入机床中

（7）输入程序

把自己编的程序输入机床定一个名字，对程序进行检查，确保程序本身没有错误以及也没有输入错误。

（8）模拟仿真

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按下MDA 键，按扩展键，再按编程仿真进入仿真系统，对程序进行仿真，检查仿真出的工件图形与要加工的工件有多大出入，并不断对程序进行修改，直到仿真的工件完全正确为止。

（9）实际加工

退出仿真系统，先按复位键，刚开始时可进行单步加工，按下步加工键。这时要一手按启动键，一手按停止键，如发现异常情况应立即停止。直到确定程序无误后方可按自动加工键，加工完成后，最后取下工件。

（10）加工完成

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7 数控加工的优势

1.数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件——机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。

2.数控编程及其发展

数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。在机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开与关、变速、换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质上；最后输入到书空机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。因此，把从零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。

3.数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。

（1）手工编程。手工编程是指程序编制的整个过程步骤几乎全部是由人工来完成的。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错的机会较少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但是工件复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等表面，或工件加工程序比较长的，使用手工编程将十分烦琐、费时，而且容易出现错误，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况。影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。

（2）自动编程。自动编程有两种：APT软件编程和CAM软件编程。APT软件是利用计算机和相应的处理程序后置处理程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工方案外，（有些自动编程系统能自动确定 最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动完成。编写人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算 25

机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动生成相关数据，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。

CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形式加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算烦琐、手工编写困难的，或手工无法编出的程序都能实现。

本设计根据零件的具体加工位置和零件的工艺特点，可以选择手工编程、也可以利用计算机进行自动编程的方式。

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结 论

毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次系统的设计，使我摆脱了单纯的学理论知识状态，实际设计提高了我综合运用所学专业基础知识去解决实际问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料，设计手册，设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对数控知识整体的掌握，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到锻炼，经验得到了丰富，并且意志力和耐力都得到了不同程度的提升。我想这就是我们进行毕业设计的目的所在吧。

我对数控工具系统的特点和数控机床的刀具材料和使用范围有了较深刻的了解，基本掌握数控机床刀具的选用方法；经过设计加工工艺方案，进一步了解工件定位的基本原理、定位方式与定位元件，对教材中有关定位基准的选择原则方法有了更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。工艺设计、数值计算及程序编制的整个过程虽然任务比较繁重，但在设计过程中通过自己不断的学习，尤其是自主学习和实践以及实验，我克服了许多的难题，这种成就感使感到十分的喜悦和兴奋。

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致 谢

毕业设计即将接近尾声首先，非常感谢高老师在这次设计过程中给予我的悉心的指导与帮助。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。

其次，还要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

总之，我的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的二个月里，我们合作的非常愉快，教会了我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢。

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参考文献

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[4] 宋放之.数控工艺培训教程.北京清华大学出版社，2003

[5] 李华.机械制造技术第二版.高等教育出版社，2005

[6] 莫章金.AutoCAD2002工程绘图与训练.北京高等教育出版社，2004

[7] 李益民.机械制造工艺设计简明手册.哈尔滨工业大学出版社，1998

[8] 高德文.数控加工中心.化学工业出版社，2003

[9] 黄康美.数控加工实训教程.电子工业出版社，2004

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