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山东技师学院论文

前言

第一张数控机床的产生及发展

第一节数控机床的产生

第二节数控机床的发展趋势

第二章数控车的加工工艺分析与工装夹

第一节零件图的工艺分析

第二节合理选择切削用量

第三节合理选择刀具和夹具

第四节夹具安装要点

第五节加工路线的拟定

第三章零件程序编制

第一节编程概述

结束语

参考文献

附录

第一章数控机床的产生及发展

第一节数控机床的产生

在机械制造工业中并不是所以的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。

尤其是在造船，航天，航空，机床，重型机械及国防工业更是如此。

为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁化的柔性自动化机床。

数控机床就是在这样的背景下诞生发张起来的。

它为单件，小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。

根据国家标准GB/T8129-1997,对机床数字控制的定义：

用数字控制的装置（简称数控装置），在运行的过程中，不断的引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。

用计算机控制加工功能，称计算机数控简称CNC。

数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。

第二节数控机床的发展趋势

从1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是电子管，晶体管，集成电路，小型计算机，微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。

其中三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称NC系统。

后三代为第二阶段，称作计算机软件数控，简称CNC系统。

数控机床总的发展趋势是工序集中，高速，高效，高精度以及方便使用，提高可靠性等。

（1）工序集中20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即具备刀具自动换刀数控机床。

在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。

目前，加工中心的机床的刀具库容量可达到100多把刀，自动换刀装的换刀时间仅需0.5-2秒。

加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间有效地提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。

（2）高速，高效，高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三个方面的发展也更为突出。

（3）数控机床制造产把建立有好的人机界面，提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。

（4）手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环，参数编程和除直线，圆弧意外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程，但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件，投资较大，学习，掌握的时间较长，对大多数的简单工件很不经济。

今年来，发展起来的图形交互式编程系统，很受用户欢迎。

这种编程方式不使用G,M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。

图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。

第二章数控车的加工工艺分析与工装夹

第一节零件图的工艺分析

在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析，对于数控车削加工应考虑以下几个方面

1构成两件轮廓的几何条件

在车削加工手工编程时，要计算每个节点坐标，在自动编程时，要对零件轮廓所以的几何元素进行定义，因此在分析零件图时要注意

（1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成。

（2）零件图上的图线位置是否模糊或标注不清，使编程无法下手

（3）零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难

（4）零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸

2尺寸精度要求

分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法，在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等等，在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。

3形状和位置的精度的要求

零件图样上给定飞形状和位置公差是保证零件精度的重要依据，加工时要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性的处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。

4表面粗糙度要求

表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床，刀具及确定切削用量的依据。

5材料与热处理要求

零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具，数控车床型号，确定切削用量的依据

第二节合理选择切削用量

加工过程中切削用量的确定

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。

具体要考虑以下几个因素：

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L。

一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。

经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：

L=（0.6～0.9）d。

 切削速度V。

提高V也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。

随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v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，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，V可选200m/min以上。

 主轴转速n（r/min）。

主轴转速一般根据切削速度v来选定。

计算公式为：

V=pnd/1000。

数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

 进给速度Vf。

vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。

Vf的增加也可以提高生产效率。

加工表面粗糙度要求低时，Vf可选择得大些。

在加工过程中，Vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

V=pnd/1000。

数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

 进给速度Vf。

vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。

Vf的增加也可以提高生产效率。

加工表面粗糙度要求低时，Vf可选择得大些。

在加工过程中，Vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。

在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。

因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

第三节合理选择刀具和夹具

1刀具选用的原则

刀具的选择是在数控编程的人机交换状态下进行的，应根据机床的加工能力，工件材料的性能，加工工序，切削用量已经其他相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性，刀体一般均用普通碳钢或者合金钢制作，如焊接车刀，镗刀，钻头，铰刀的刀柄。

尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具，形成铣刀，拉刀等。

机夹，可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作。

对于一些尺寸较小，刚度较差的精密孔的加工刀具，如小直径镗刀，铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

2刀具材料的选择方法

材料我们选用硬质合金钢

硬质合金由作为主要组元的难熔金属碳化物和起黏结相作用的金属组成的烧结材料，具有高强度和高耐磨性。

它是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。

硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。

硬质合金广泛用

作刀具材料，如车刀，铣刀，刨刀，钻头，镗刀等用于切削铸铁，有色金属，塑料，化纤，石墨，玻璃，石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢，不锈钢，高锰钢，工具钢等难加工的材料。

现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的几百倍。

性能特点

①硬度高（86-93HRA，相当于69-81HRC）;

②热硬性好（可达900-1000℃）

③耐磨性好

④硬质合金刀具比高速钢切削速度提高4-7倍，刀具寿命高5-80倍。

制造模具，量具，寿命比合金工具钢高20-150倍。

可切削50HRC左右的硬质合金材料。

但硬质合金脆性打，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接，粘接，机械夹持等方法。

（1）刀具的特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速，高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具，通用联接刀柄及少量专用刀柄。

刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐便准化和系列化。

数控机床与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点，

1刚性好，精度高，抗振及热变形小

2互换性好，便于快速换刀

3寿命高，切削性能稳定，可靠

4刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间

5刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除

6系列化，标准化，以利于编程和刀具管理

（2）刀具的分类

数控刀具根据刀具结构可分为①整体式②镶嵌式③特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。

根据制造刀具所用的材料可分为：

①高速钢刀②硬质合金刀具③金刚石刀具④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。

从切削工艺上可分为：

①车削刀具，分外圆，内孔，螺纹，切割刀具等多种②钻削刀具，包括钻头，铰刀，丝锥等③镗削刀具④铣削刀具等。

以下是刀具卡片

序号

刀具号

刀具规格名称

加工表面

刀尖半径

备注

1

T1

45°外圆车刀

平端面

0.15mm

右偏刀

2

T2

35°菱形车刀

粗精车外圆轮廓

0.2mm

左偏刀

3

T3

3mm宽外割槽刀

外割槽加工

3mm

4

T4

外螺纹刀

外圆螺纹加工

0.15mm

5

T5

镗刀

镗刀镗孔

0.15mm

左偏刀

6

T6

3mm宽内割槽刀

内槽的加工

3mm

7

T7

内螺纹

内螺纹加工

0.1mm

8

T8

钻头

进行钻孔的加工

45mm

第四节夹具安装要点

目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：

首先用扳手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用扳手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。

第五节加工路线的拟定

零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。

在拟定工艺路线时，首先除考虑定位基准的选择外，还应当考虑个表面加工方法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。

一表面加工方法的选择

（一）加工经济精度

由实践可知，各种加工方法（如车，铣，刨，磨，钻）所能达到的加工精度和表面粗糙度是有一定的范围的。

任何一种加工方法，如果由技术水平高的熟练工人在精密完好的设备上仔细的慢慢操作，必然使加工误差减小，可以得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，但却使成本增加。

反之技术水平较低的工人在精度较差的设备上快速操作，虽然成本下降，但是得到的加工误差不然较大，使加工精度降低。

统计质料表面加工精度要求越高，即允许的加工误差越小，零件成本越高。

（二）选择表面加工方法应考虑的因素

选择表面加工方法时，首先应根据零件的加工要求，查表或根据经验来确定哪些加工方法能达到所要求的加工精度。

（1）工件材料的性质如有色金属的精加工不宜采用磨削，因为有色金属易使砂轮堵塞，因此常采用高速精车削或金刚镗等切削加工方法。

（2）工件的形状和尺寸如形状比较复杂，尺寸较大的零件，其上的孔一般不宜采用拉削或磨削，直径大于60mm的孔不宜采用钻，扩，铰等。

（3）选择加工方法要与生产类型相适应一般来说，大批大量生产应选用高生产率的和质量稳定的价格方法。

而单件小批量生产应尽量选择通用设备和避免采用非标准的专用刀具来加工。

如平面加工一般采用铣削或刨削，但刨削由于生产率低，除特殊场合外，在成批以上的生产中以逐步被铣削所代替，而大批大量生产时，常常要考虑拉削平面的可能性，对于孔加工来说，镗削由于刀具简单，在单间小批量生产中得到及其广泛的应用。

（4）具体的生产条件工艺人员必须熟悉工厂现有的价格设备和他们的工艺能力，工人的技术水平，以充分利用现有设备和工艺手段，同时也要注意不断引进新技术，对老设备进行技术改造，挖掘企业的潜力，不断提高工艺水平。

第三章零件程序编制

第一节编程概述

工艺过程，计算走刀量，得出刀位数据，编写数控加工程序，制作控制介质，校对程序及首件试切。

数控编程有手工编程和自动编程两种方法。

总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。

随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一半的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。

FANUC6M数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式，逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简单易懂，实现普通程序难以实现的功能。

数控编程的基本步骤

1分析零件图确定工艺过程

对零件图样要求的形状，尺寸，精度，材料及毛坯进行分析，明确加工内衣与要求；确定加工方案，走刀路线。

切削参数以及选择刀具及夹具等。

2数值计算

根据零件的几何尺寸，加工路线，计算出零件轮廓上的几何要素的起点，终点及圆弧的圆心坐标等。

3编写加工程序在完成上述两个步骤后，按照数控系统规定使用的功能指令代码和程序段格式，编写加工程序单

4将程序输入数控系统

程序的输入可以通过键盘直接输入数控系统，也可以通过计算机通信接口输入数控系统

5检验程序与首件试切

利用数控系统提供的图形显示功能，检查刀具轨迹的正确性。

对工件进行首件试切，分析误差产生的原因，及时修正，直到试切出合格零件

虽然给个数控系统的变成语言和指令各不相同，但其中有很多相通之处。

结束语

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。

在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。

是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。

通过这次毕业设计，使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，例如；数控仿真加工，这些对今后毕业出去工作都有很大的帮助。

在这次毕业设计中，我完成了毕业设计的任务，达到了毕业设计的目的。

但是，我知道自己的设计还有许多不足，希望老师能够谅解，谢谢。

非常感谢校领导和老师，给我们创造了一个学习的机会，让我在毕业的最后一段时间里学到了很多知识,本次的设计是三年来学习过程中涵盖面最广的一次设计，它不仅体现了我们对设计的思考，更重要的是对我们三年来所学知识应用到了实践，使我明白了在今后设计过程中的一般步骤和方法，经过这一个月的紧张的毕业设计,使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。

此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的大力支持,在这里，我特别要感谢我的指导老师，是他将最新的毕业设计信息通知给我们，并且在自己紧张的工作中，还尽量抽出时间关心我们的设计进度情况，督促我们抓紧学习。

在整个设计中，用到了以前所学的知识，最开始丁老师就教给了我们遇到问题，如何去分析问题、解决问题的方法，使我们受益非浅，从确定设计题目到现在完成毕业设计论文的过程中，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，丁老师提出了许许多多宝贵的设计意见，在短暂的相处时间里，渊博的知识、敏锐的思路和实事求是的工作作风给我留下了深刻的印象，这也将对我不久的工作，起到很大的鼓动作用，将使得我终身受益，谨此向丁老师表达我衷心的感谢和崇高的敬意！

在此，我还要感谢机电系所有老师，正是因为他们的鼓励和支持，才使我不畏困难，迎难而上，不断地克服一个又一个的困难，直到毕业设计的圆满结束。

这次毕业设计不仅仅是我对自己所学的知识进行了巩固,更重要的是我在此基础上有学到了许多新的知识,对于以前不太懂得的、不太理解的也都熟悉了许多。

最后，衷心感谢机电学院全体老师多年来的辛勤培养和教诲。

参考文献

1李雪梅主编姜新桥张斌副主编数控机床电子工业出版社出版

2薛彦成主编数控原理与编程机械工业出版社出版

3徐嘉元曾家驹主编机械制造工艺学（含机床夹具设计）机械工业出版社出版

4周桂英，张秀云主编机械制图天津大学出版社出版

5AutoCAD程光远主编电子工业出版社出版

6李坤淑主编公差配合与测量技术机械工业出版社出版

7陈子银，徐鲲鹏编．《数控加工技术》．北京理工大学出版社，2002