机电一体化零件的加工工序及编程 学位论文.docx

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机电一体化零件的加工工序及编程学位论文

学校代码：

XXXX

学号：

XXXXX

四川矿产机电技师学院毕业论文

系别：

机电系

专业：

机电一体化

学生姓名：

郭鑫

指导老师：

韩凤平

入学日期：

2013年9月论文完成日期：

2016年6月

内容摘要

数控编程即数控机床加工程序的编制，它是数控机床使用中最重要的一个环节。

数控编程分手工编程和自动编程。

手工编程是由人工完成刀具轨迹计算及加工程序的编制工作。

当零件形状不十分复杂或加工程序不太长时，采用手工编程方便、经济。

自动编程是计算机通过自动编程软件完成对刀具的运动轨迹的自动计算，自动生成加工程序并在计算机屏幕上动态地显示出刀具加工轨迹。

对于加工零件形状复杂，特别是涉及三维立体形状或刀具运动轨迹计算繁琐时，采用自动编程。

数控程序（数控加工程序）是数控机床加工中不可缺少的一部分，数控机床之所以能加工出各种形状、不同尺寸和精度的零件，就是因为编程人员为它编制了不同的加工程序。

数控程序把零件加工的工艺过程、工艺参数（进给速度和主轴转速等）、位移数据（几何数据和几何尺寸等）及开关命令（换刀、切削液开/关和工件装卸等）等信息用数控系统规定的功能代码和格式按加工顺序编写成加工程序单，并记录在信息载体上。

信息载体的形式可以是：

穿孔纸带、磁盘等的数控加工程序输入机床数控装置，从而指挥数控机床按数控程序的内容加工出合格的零件.数控程序编写的如何，直接影响零件加工质量。

引言

随着中国加入世界贸易组合,全球制造业出现向中国转移的倾向,国内对数控加工的需求也呈现出高速持续增长的趋势,大批大量的生产，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。

但是应用这些专用设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。

在机械产品中，但见于小批量产品占到70%~80%,这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。

特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用于手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。

由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密见车与新型机械机构等方面的技术成果，具有高柔型、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂性面零件的加工。

应用数控加工技术使机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。

目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。

四川矿产机电技师学院

目  录

第一章概述……………………………….1

1.1数控技术……………………………………………………….1

1.2数控编程及其发展…………………………………………….1

1.3数控编程技术的发展概况…………………………………….1

1.4数控加工……………………………………………………….1

1.4CAD/CAM软件………………………………………………….1

第二章图形设计与加工...............2

2.1零件图的绘制………………………………………………….2

2.2零件尺寸分析………………………………………………….2

2.3图样工艺分析………………………………………………….2

第三章数控的工艺路线设计…………….3

3.1毛坯材料的选择……………………………………………….3

3.2工艺路线的拟定……………………………………………….3

3.3刀具的选择…………………………………………………….3

3.4夹具的选择与类型…………………………………………….3

3.5夹具的类型…………………………………………………….3

3.6零件的安装…………………………………………………….3

第四章零件的加工工序及编程……….4 

4.1数控加工工序………………………………………………….4

4.2数控加工工序的编写………………………………………….4

总 结……………………………………….5

参考文献…………………………………..5

致谢………………………………………5 

第一章概述

1.1数控技术

数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。

在现代机械制造领域中，数控技术已成为核心技术之一，是实现柔性制造（Flexible Manufacturing，FM）、计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、工厂自动化（Factory Automation， FA）的重要基础技术之一。

数控技术较早地应用于机床装备中，本书中的数控技术具体指机床数控技术。

国家标准（GB8129—87）把机床数控技术定义为“用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”，简称数控（Numerical Control，NC）。

数控机床就是采用了数控技术的机床。

国际信息处理联盟（international federation of information processing）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：

“数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。

”换言之，数控机床是一种采用计算机，利用数字信息进行控制的高效、能自动化加工的机床，它能够按照机床规定的数字化代码，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能（如刀具交换、冷却液开与关等）表示出来，经过数控系统的逻辑处理与运算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成零件加工任务。

在被加工零件或加工工序变换时，它只需改变控制的指令程序就可以实现新的加工。

所以，数控机床是一种灵活性很强、技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。

随着自动控制理论、电子技术、计算机技术、精密测量技术和机械制造技术的进一步发展，数控技术正向高速度、高精度、智能化、开放型以及高可靠性等方向迅速发展。

数控加工是指，由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式表示工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工。

特点。

1、提高生产效率；

2、不需熟练的机床操作人员；

3、提高加工精度并且保持加工质量；

4、可以减少工装卡具；

5、可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；

6、容易进行加工过程管理；

7、可以减少检查工作量；

8、可以降低废、次品率；

9、便于设计变更，加工设定柔性；

10、容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；

11、作用和地位上的战略性；

12、软件上的领域性；

13、推广应用上的适应性；

14、跟踪上的滞后性；

随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。

数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。

1.2数控编程及其发展

数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。

在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。

由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。

下面就对数控编程及其发展作一些介绍。

1.3数控编程技术的发展概况

为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（AutomaticallyProgrammedTool）。

其后，APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）（增加切削数据库管理系统）和APT/SS（SculpturedSurface）（增加雕塑曲面加工编程功能）等先进版。

采用APT语言编制数控程序具有程序简练，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：

采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。

针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为为CATIA。

随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。

到了80年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）及并行工程（CE）的概念。

目前，为了适应CIMS及CE发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化夫发展。

1.4数控加工

随着科学技术的飞速发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。

因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。

大批大量的产品，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。

但是应用这些专用生产设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。

在机械产品中，单件与小批量产品占到70%~80%，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。

特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。

由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点。

因此，采用数控加工方式，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量，特别是复杂型面零件的加工。

应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。

目前，应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。

随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高；此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状的高效高质量加工要求。

因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控（NC）加工技术得到了迅速发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。

努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造技术推进，是当前机械制造业发展的方向。

数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。

美国与西方各国在高档数控机床与加工技术方面一直对我国进行封锁限制，因为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能的数控机床加工。

我国的航空、能源、交通等行业也从西方引进了一些5坐标机床等高档数控设备，但其使用受到国外的监控和限制，不准用于军事用途的零件加工。

这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。

1.4CAD/CAM软件

CAD/CAM系统是按照程序和数据进行工作的，这些程序、数据及相关的文档就是软件。

软件主要研究如何有效地管理和使用硬件，如何实现人们所希望的各种功能的要求，因此，软件水平的高低直接影响到CAD/CAM系统的功能、工作效率及使用的方便程度，软件包含了管理和应用计算机的全部技术。

根据CAD/CAM系统中执行的任务及服务对象的不同，可将软件系统分为三个层次，即系统软件、支撑软件和应用软件，如图2-12所示。

第二章图形设计与加工

2.1零件图的绘制

图1

2.2零件尺寸分析

尺寸标注应符合数控加工的特点

在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。

因此，零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准上引注尺寸。

在本设计零件图，宽度方向以中心轴线为基准，主零件长度方向是以R10的半圆球右端面为基准。

几何要素的条件应完整，准确。

2.3图样工艺分析

如图1所示，根据图样零件的数据显示选择毛坯为：

直径85MM*125MM的棒料。

此零件外型规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及凹凸配合等要求较高。

零件结构较为复杂，包含了圆弧，外轮廓，螺纹，切槽以及三维曲面的加工，且大部分的尺寸均达到IT8--IT7级精度。

工件选用三爪自定心卡盘装夹，由于该零件形状复杂所以把零件分为两步骤完成：

先车基准（零件左端面）→钻中心孔→车零件最大外圆ø 80 →车ø70及台阶面 然后调头装夹车ø65台阶轴→车圆锥面→ 车ø24圆柱→ 车ø20圆柱以及R10半圆球切M24x2螺纹，以零件右端半圆球的端点做工件坐标系的原点（也是编程原点）。

第三章数控加工工艺路线的设计

数控加工工艺路线的设计与通用机床加工工艺路线的设计的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。

因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工中的整个工艺过程中，因而要与其他加工工艺衔接好

3.1毛坯材料的选择 

材料为45#钢。

因本次设计的零件为一般阶梯轴，所受扭矩不大，所以45#钢即可满足使用要求。

此零件外型规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及凹凸配合等要求较高。

毛坯料选为85*125的棒料，如图2所示。

图2

3.2工艺路线的拟定

加工顺序的确定  对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。

该轴加工划分为三个阶段：

粗车（粗车外圆、钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等），精车（各外圆面、螺纹）。

各阶段划分大致以热处理为界。

轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。

对于阶梯轴，正火、调质和表面淬火用得较多。

该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，

该轴的工艺路线如：

下料→车基准（零件左端面）→车零件最大外圆ø 80 →车ø70及台阶面 然后调头装夹车ø65台阶轴→车圆锥面→ 车ø24圆柱→ 车ø20圆柱以及R10半圆球、车螺纹→检验。

。

3.3刀具的选择 

加工效率高、加工工序集中和零件装夹次数少的特点，对所使用的数控刀具提出了更高的要求。

从刀具性能上讲，数控刀具应高于普通机床所使用的刀具。

选择数控刀具时，首先要应优先选用标准刀具，必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用刀具。

在选择标准数控刀具时，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。

3.4夹具的选择与类型

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。

3.5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。

3.6零件的安装

　　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。

 由于本次设计的零件属于短轴类零件，故采用三爪自定心卡盘装夹。

其安装方便、安装精度较高。

第四章零件的加工工序及编程 

4.1数控加工工序

数控加工车削分十三次切削进行加工。

1.然后车削端面作为基准。

2.首先进行车削最大外圆ø80。

3.车ø70轴台阶轴。

4.车削台阶平面。

5.调头装夹。

6.车削ø65轴。

7.车削椎面。

8.车削ø24圆柱。

9.车削ø20圆柱。

10.车削球面。

11.切螺纹退刀槽。

12.车削工艺槽。

13.加工螺纹M24。

4.2数控加工程序的编写　

O0001; N009 G01 Z-18.0;

N0010 M03 T0101S500;N010 X22.0;

N0030 G00 X85.0 Z2.0;N011X23.8 Z-19.0;

N0040 G71 U2.0 R1.0;N012 Z-53.0;

N0050 G71 P0060 Q0100 U1.0 W0N013 X30.0; 

F100.0;N014 X44.992 Z-75.0;

N0060 G00 X64.0;N015 Z-78.0; 

N0070 G01 X70.0 Z-1.0; N016 G03 X65.0 Z-88.0 R10.

N0080 Z-10.0 F50.0;N017 G01 Z-98.0;

N0090 X78.0;N018 X78.0;

N0100 X80.0 Z-11.0;N019 X82.0 Z-100.0;

N0110 Z-24.0;N020 S800; 

N0120 X85.0;N021 G70 P006 Q019;

N0130 G00 X100.0 Z100.0;N022 G00 X100.0 Z100.0 

S800;N023 T0202 S500;

N0140 G70 P0060 Q0100;N024 G00 X50.0 Z-78.0;

N0150 G00 X100.0 Z100.0N025 G01 X40.0;

N0160 M30;N026 G00 X50.0;

O0002;N027 Z-53.0;

N001 M03 T0101 S500; N028 X30.0;

N002 G00 X100.0 Z100.0;N029 G01 X20.0;

N003 X85.0 Z2.0;N030 X25.0;

N004 G71 U2.0 R1.0;N031 Z-51.0;

N005 G71 P006 Q018 U1.0 W0 N032 X20.0; 

F100.0;N032 X20.0; 

N006 G00 X0.0;N033 G00 X30.0;

N007 G01 Z0.0 F50.0;N034 X100.0 Z50.0; 

N008 G03 X20.0 Z-10.0 R10.0;N035 T0303 S500;

N038 X22.6;N036 G00 X23.2 Z-16.0;

N039 X22.2;N037 G92 Z-50.0 F2.0; 

N040 X21.8;

N041 X21.4;

N042 G00 X100.0 Z100.0;

N043 M30;

总 结

以上就是本次设计的全过程。

这次设计不仅使我对所设计的零件有了更深的了解，还使我学到了许多在书本上学不到的东西，这对我以后走上社会，走向工作岗位都有十分重要的意义。

毕业设计是综合运用所学知识进行设计实践的环节，为对我们在生产实际中进行调查研究的能力、观察问题、分析问题能力的培养至关重要。

通过毕业设计的锻炼，我们运用所学知识的能力、解决问题的能力、创新设计的能力都得到了很好的锻炼和加强。

首先，让我了解到理论与实践相结合的重要性。

以前在学习理论课、基础课的时候，自己不十分注意理论联系实际，眼高手底，忽略了很多问题。

通过毕业设计使我认识到只有把所学知识运用到实践中去才能发挥知识的最大魅力。

毕业设计运用到了以前所学基础理论知识和专业知识，使得我们对自己所欠缺的部分得到了补充，因此毕业设计也是对以前所学知识的总结。

其次，团队协作精神。

我们组每个人的设计任务是不相同的，但是所运用到的知识还是有共同之处的。

我们在一起的时候经常交流自己设计部分的进展情况，互相提供有用的资料。

在相互帮助中，我们也解决了许多难题，可以说每个人的设计部分都和其他人的帮助使分不开的。

我在做毕业设计期间，从方案的论证到具体的设计，查阅了很多的资料，丰富了自己的知识面。

同时通过毕业设计使我掌握做好一个设备的流程和所需考虑的主要问题，为以后的工作奠定了基础。

在那上面。

毕业设计让我从传统的被动性学习，转变为主动性学习；从闭门读书、死记硬背模式学习，转变为研究性、合作性学习；使工作、学习、生活步入系统化流程等，我认为这种改变是质的飞跃。

参考文献