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唐留论文

江苏省徐州机电工程高等职业学校

毕业论文

题目数控加工工艺的编制

专业数控技术与应用

姓名徐永豪

指导教师张南洋

起止日期11年11月---11年12月

本人声明

本人声明,本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的,在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

作者：

徐永豪

日期：

摘要

随着科学技术的发展，机械产品的形状、结构和材料不断地改进，精度要求也不断地提高，这就对机床设备的通用性和灵活性提出了更高的要求，以适应生产对象频繁变化的需要。

上个世纪中期以来的那些由曲线、曲面组成轮廓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，加工精度和生产率均受到很大限制。

数控机床的出现和迅速发展，使得普通机床逐渐被替代，从而形成了巨大的生产力，导致制造业发生了根本性的变化。

机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。

数控技术水平的高低、数控机床拥有量的多少已经成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。

本论文通过对数控车床加工的零件进行工艺的分析与安排。

关键词数控加工工艺设计零件装夹刀具

abstract

abstract:

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,mechanicalproductsintheshape,structureandmaterialscontinuedtoimprove,theaccuracyYaoqiualsocontinuetoaccelerate,whichthemachinetool'sversatilityandflexibilityofequipmentputforwardhigherrequirementstoadapttofrequentchangesinproductiontargetsneeds.Sincethemiddleoflastcenturytothosefromthecurveandsurfacecontoursofthecomplexformedbypartscanonlyhelpmoldandcopyingmachine,oramodelwithcrossedandwithamanualapproachtoprocessing,machiningaccuracyandproductionrateswereratherlimited.CNCmachinetoolsandtheemergenceandrapiddevelopment,makesthegeneralmachinetoolshavebeengraduallyreplaced,creatingahugeproductivity

Ledtothemanufacturingindustryhasundergonefundamentalchanges.Mechanicalproductsfasterandfasterupdates,CNCmachiningtechnologyasarepresentativeoftheadvancedproductiveforcesinthefieldofmachineryandrelatedindustriesplayanimportantroleinthecompetitionmachinery,numericalcontroltechnologyanditsessenceisthecompetition.ThelevelofCNCtechnology,CNCmachinetoolshasacapacitytomeasurehowmuchacountryhasbecomeanimportantsymbolofindustrialmodernization.ThepaperbyCNClathemachiningpartsforprocessanalysisandarrangement.

目录

1概述……………………………………………………………1

1．1切削…………………………………………………………1

1.2数控机床的发展趋势………………………………………4

1.3数控机床的特点……………………………………………6

2机械加工工艺的相关知识点…………………………………8

2.1定位基准及工艺路线的拟定………………………………8

2.2数控车削加工的工艺特点…………………………………9

2.3数控车削加工的主要对象…………………………………10

2.4机床夹具的介绍……………………………………………11

2.5刀具的介绍…………………………………………………12

3工艺编制………………………………………………………16

3.1工艺分析……………………………………………………16

3.2工艺路线设计………………………………………………18

3.3数控加工的工序设计………………………………………19

3.4数控加工专用技术文件的编写……………………………20

4典型数控车床加工零件分析…………………………………22

致谢………………………………………………………………………26

参考文献…………………………………………………………………27

附录………………………………………………………………………28

第一章概述

1.1切削

切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。

　　任何切削加工都必须具备三个基本条件：

切削工具、工件和切削运动。

切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬；不同的刀具结构和切削运动形式，构成不同的切削方法。

用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。

　　切削加工是机械制造中最主要的加工方法。

虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。

　　切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时期。

在中国，早在商代中期（公元前13世纪），就已能用研磨的方法加工铜镜；商代晚期（公元前12世纪），曾用青铜钻头在卜骨上钻孔；西汉时期（公元前206～公元23），就已使用杆钻和管钻，用加砂研磨的方法在“金缕玉衣”的4000多块坚硬的玉片上，钻了18000多个直径1～2毫米的孔。

　　17世纪中叶，中国开始利用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工。

如公元1668年，曾在畜力驱动的装置上，用多齿刀具铣削天文仪上直径达2丈（古丈）的大铜环，然后再用磨石进行精加工。

　　18世纪后半期，英国工业革命开始后，由于蒸汽机和近代机床的发明，切削加工开始用蒸汽机作为动力；到19世纪70年代，切削加工中又开始使用电力。

　　对金属切削原理的研究始于19世纪50年代，对磨削原理的研究始于19世纪80年代，此后各种新的刀具材料相继出现。

19世纪末出现的高速钢刀具，使刀具许用的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢刀具提高两倍以上，达到25米/分左右；1923年出现的硬质合金刀具，使切削速度比高速钢刀具又提高两倍左右；30年代以后出现的金属陶瓷和超硬材料（人造金刚石和立方氮化硼），进一步提高了切削速度和加工精度。

　　随着机床和刀具的不断发展，切削加工的精度、效率和自动化程度不断提高，应用范围也日益扩大，从而大大促进了现代机械制造业的发展。

　　金属材料的切削加工有许多分类方法，常见的有按工艺特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三种分类方法。

　　切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构，以及切削工具与工件的相对运动形式。

因此按工艺特征，切削加工一般可分为：

车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。

　　按材料切除率和加工精度，切削加工可分为粗加工、半精加工、精加工、精整加工、修饰加工、超精密加工等。

　　粗加工是用大的切削深度，经一次或少数几次走刀，从工件上切去大部分或全部加工余量的加工方法，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工效率高但精度较低，一般用作预先加工；半精加工一般作为粗加工与精加工之间的中间工序；精加工是用精细切削的方式，使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等，精加工一般是最终加工。

　　精整加工是在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。

精整加工的加工余量小，如珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等；修饰加工的目的是为了减小表面粗糙度，以提高防蚀、防尘性能和改善外观，而并不要求提高精度，如抛光、砂光等；超精密加工主要用于航天、激光、电子、核能等需要某些特别精密零件的加工，其精度高达IT4以上，如镜面车削、镜面磨削、软磨粒机械化学抛光等。

　　切削加工时，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。

按表面形成方法，切削加工可分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法三类。

　　刀尖轨迹法是依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹，来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等，刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动；

　　成形刀具法简称成形法，是用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具，或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比较困难，因此一般只用于加工短的成形面；

　　展成法又称滚切法，是加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。

有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。

　　切削加工质量主要是指工件的加工精度和表面质量（包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化）。

随着技术的进步，切削加工的质量不断提高。

18世纪后期，切削加工精度以毫米计；20世纪初，切削加工的精度最高已达0.01毫米；至50年代，切削加工精度已达微米级；70年代，切削加工精度又提高到0.1微米。

　　影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。

要提高切削加工质量，必须对上述各方面采取适当措施，如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。

　　提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途径。

常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削等。

　　磨削速度在45米／秒以上的切削称为高速磨削。

采用高速切削（或磨削）既可提高效率，又可减小表面粗糙度。

高速切削（或磨削）要求机床具有高转速、高刚度、大功率和抗振性好的工艺系统；要求刀具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。

　　强力切削指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削。

强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。

与高速切削比较，强力切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。

强力切削时，径向切削力很大故不适于加工细长工件。

　　振动切削是沿刀具进给方向，附加低频或高频振动的切削加工，可以提高切削效率。

低频振动切削具有很好的断屑效果，可不用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时的总功率消耗比带有断屑装置的普通切削降低40％左右。

高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减小刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40％。

　　对木材、塑料、橡胶、玻璃、大理石、花岗石等非金属材料的切削加工，虽与金属材料的切削类似，但所用刀具、设备和切削用量等各有特点。

　　木材制品的切削加工主要在各种木工机床上进行，其方法主要有：

锯切、刨切、车削、铣削、钻削和砂光等。

　　塑料的刚度比金属差，易弯曲变形，尤其是热塑性塑料导热性差，易升温软化。

故切削塑料时，宜用高速钢或硬质合金刀具，选用小的进给量和高的切削速度，并用压缩空气冷却。

若刀具锋利，角度合适，可产生带状切屑，易于带走热量。

　　玻璃（包括锗、硅等半导体材料）的硬度高而脆性大。

对玻璃的切削加工常用切割、钻孔、研磨和抛光等方法。

对厚度在三毫米以下的玻璃板，最简单的切割方法是用金刚石或其他坚硬物质，在玻璃表面手工刻划，利用刻痕处的应力集中，即可用手折断。

　　对大理石、花岗石和混凝土等坚硬材料的加工，主要用切割、车削、钻孔、刨削、研磨和抛光等方法。

切割时可用圆锯片加磨料和水；外圆和端面可采用负前角的硬质合金车刀，以10～30米／分的切削速度车削；钻孔可用硬质合金钻头；大的石料平面可用硬质合金刨刀或滚切刨刀刨削；精密平滑的表面，可用三块互为基准对研的方法，或磨削和抛光的方法获得。

1.2数控机床的发展趋势

随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，机床数控技术有了长足的进步。

近几年一些相关技术的发展，如刀具及新材料的发展，主轴伺服和进给伺服、超高速切削等技术的发展，以及对机械产品质量的要求越来越高等，加速了数控机床的发展。

目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。

世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。

1.高速高效高精度

高生产率。

由于数控装置及伺服系统功能的改进，主轴转速和进给速度大大提高，减少了切削时间和非切削时间。

加工中心的进给速度已达到80m/min～120m/min，进给加速度达9.8m/s2～19.6m/s2，换刀时间小于1s。

高加工精度。

以前汽车零件精度的数量级通常为10μm，对精密零件要求为1μm，随着精密产品的出现，对精度要求提高到0.1μm，有些零件甚至已达到0.01μm，高精密零件要求提高机床加工精度，包括采用温度补偿等。

微机电加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm以下，表面粗糙度为纳米数量级，要求数控系统能直接控制纳米机床。

2.柔性化

柔性化包括两个方面的柔性：

一是数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，便于不同用户的需求；二是DNC系统的柔性，同一DNC系统能够依据不

同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥DNC系统的效能。

3.工艺复合化和多轴化

数控机床的工艺复合化，是指工件在一台机床上装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或旋转工作台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。

已经出现了集钻、镗、铣功能于一身的数控机床，可完成钻、镗、铣、扩孔、铰孔、攻螺纹等多工序的复合数控加工中心，以及车削加工中心，钻削、磨削加工中心，电火花加工中心等。

此外数控技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。

4.实时智能化

早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。

而人工智能，则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。

科学发展到今天，实时系统与人工智能已实现相互结合，人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。

在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。

例如，在数控系统中配置编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统；在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能；在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

5.结构新型化

20世纪90年代一种完全不同于原来数控机床结构的新型数控机床被开发成功。

这种

新型数控机床被称为“6条腿”的加工中心或称虚拟轴机床（有的还称为并联机床），它能在没有任何导轨和滑台的情况下，采用能够伸缩的“6条腿”（伺服轴）支撑并联，并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。

它可实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高2～10倍。

这种数控机床的出现将给数控机床技术带来重大变革和创新。

6.编程技术自动化

随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以及零件形状的日

益复杂，迫切需要速度快、精度高的编程，以便于对加工过程的直观检查。

为弥补手工编程和NC语言编程的不足，近年来开发出多种自动编程系统，如图形交互式编程系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语音数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。

图形交互式编程系统是以计算机辅助设计（CAD）软件为基础，首先形成零件的图形文件，然后再调用数控编程模块，自动编制加工程序，同时可动态显示刀具的加工轨迹。

其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国内外先进的CAD/CAM软件所采用的数控编程方法。

目前常用的图形交互式软件有MasterCAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、SolidWorks、CATIA等。

7.集成化

数控系统采用高度集成化芯片，可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度，应用平板显示技术可提高显示器性能。

平板显示器（FPD）具有科技含量高、质量小、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大规模显示，成为与CRT显示器抗衡的新兴显示器，是21世纪显示器主流。

它应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融于一体,通过提高集成电路密度，减小互连长度和数量来降低产品价格、改进性能、减小组件尺寸、提高系统的可靠性。

8.开放式闭环控制模式

采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构，便于裁减、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。

闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。

由于制造过程是一个有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包括诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。

在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

1.3数控机床的特点

数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工人手工操作来加工零件。

在数控机床上只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。

由于是一种程序控制过程，数控机床相应形成了以下几个特点。

（1）采用数控机床可以提高零件的加工精度、稳定产品的质量。

因为数控机床按照预定的加工程序进行加工，加工过程中消除了操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以利用软件来进行校正补偿，因此可以获得比机床本身所能达到的精度还要高的加工精度及重复定位精度。

（2）数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的具有复杂曲面的零件的加工。

因此它在航空航天、造船、模具等加工业中得到广泛应用。

（3）采用数控机床比普通机床可以提高生产效率2～3倍，尤其是对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。

（4）可以实现一机多用。

一些数控机床将几种普通机床功能合一，加上刀库与自动换刀装置构成加工中心，如果能配置数控转台或分度转台，则可以实现一次安装、多面加工。

（5）采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。

第二章机械加工工艺的相关知识点

2.1定位基准

1．基准：

指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。

2．基准分为：

设计基准和工艺基准

其中，工艺基准又分为：

①工序基准：

是工序图上用来确定本工序所加工表面加工后应达到的尺寸、形状、位置所用的基准。

②定位基准：

是在加工中确定工件位置所用的基准。

③测量基准：

测量时所采用的基准。

④装配基准：

是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。

3．定位基准的选择

粗基准：

用未加工过的表面所作的定位基准。

精基准：

用已加工过的表面所作的定位基准。

（1）粗基准的选择原则

选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。

选择原则为：

①为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；若工件上有几个不需加工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。

②合理分配各加工表面的余量。

考虑两点：

第一，为了保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准；

第二，为了保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。

③尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。

④粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。

（2）精基准的选择原则

选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。

选择原则为：

①基准重合原则：

 即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。

②基准统一原则：

即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度

③自为基准原则：

当精加工某些重要表面时，常用其加工表面本身为定位基准。

可以提高加工面本身的尺寸和形状精度，但不能提高加工面的位置精度

④互为基准：

对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。

 ⑤保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。

2.2数控车削加工的工艺特点

1.易于保证工件各加工表面之间具有较高的位置精度在车床上加工工件时，工件绕某一固定的轴线作旋转运动，各回转表面具有同一个回转轴线，以利于保证各个加工表面间同轴度的要求。

比如，利用前、后顶尖或心轴安装工件，用拨盘拨动工件回转，其回转轴线是两顶尖中心的连线，在一次安装中加工的各个圆柱表面之间的位置精度很高，工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证。

2.适于有色金属零件的精加工对于一些有色金属零件，由于材料本身的塑性好，硬度低，如果采用磨削加工，则砂轮容易被磨屑堵塞，使已加工表面的质量下降。

因此，当有色金属零件加工表面的粗糙度Ra值要求较小时，可以采用车削方法进行加工。

如用金刚石刀具，以很少的背吃刀量和进给量，以及很高的切削速度，进行精细车削，表面粗糙度值Ra可达0.1～0.4μm。

3.切削过程比较平稳车削加工时，刀具几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削面积就基本不变。

因此