摘 要 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（1T）与制造技术（MT）结合发展的结果。现代的CAD/CAM，FMS，CIMS，敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。 数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。在全球倡导绿色制造的大环境下数控加工，机床数控化改造成为了热点。它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级。 本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。 关键词：数控技术；加工工艺；编程 ABSTRACT Numerical control technology and the important position of nc machine tools in the modern machinery manufacturing and huge benefits, shows its basic industry modernization in the countrys strategic role, and has become a traditional mechanical manufacturing industry upgrading transformation and automation, flexibility, integration and important means of production and marking. CNC technology and CNC machine tools are widely used for industrial structure, product category and grade of the machinery manufacturing and production mode has brought the revolutionary change. Nc machine tool is the most important modern processing workshop and equipment. It is the development of information technology (1 t) and manufacturing technology (MT) in combination with the result of the development. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are based on numerical control technology. Machine tools of numerical control machine tool is the equipment manufacturing industry, is the cornerstone of modern manufacturing technology and equipment is to guarantee a high and new technology industry development and the strategy of national defense modernization equipment. Under the circumstances of global advocacy of green manufacturing, numerical control machine tool transformation has become the hot spot. It includes the common machine tool nc transformation and upgrading of CNC machine tools. This design content, the author introduces the characteristics of nc machining, machining process analysis and general step of numerical control programming. And through some examples the detailed introduces the analysis method of the nc machining process. Keywords; CNC； Technology,processing technic；Programme 目 录 前 言 1 第1章 零件结构工艺分析、毛胚及加工定位基准的确定 2 1.1零件图分析 2 1.2工件的加工工艺分析 3 1.3工件毛坯的确定 3 1.4定位基准的选择 3 第2章 拟定加工工艺路线控机床加工工序和加工路线 第三章 确定加工余量、工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算 9 3.1加工余量的确定 9 3.2确定工序尺寸及其公差 9 第4章 数控编程 13 4.1数控车床的编程特点 13 4.2数控车床的编程指令 14 4.3加工路线 参考文献 31 前 言 毕业设计是学生在校期间一个重要的综合型实验教学环节，是成的一份总结性的大作业。它的目的在于培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识; 帮助学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法，准确使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力; 引导学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。 通过两年多来对数控专业知识的学习和一段时间的实习，在一定程度上积累相关验和方法，可以设计出一般性零件的加工工艺路线和程序的生成以及数控机床的运用，利用这次毕业设计的机会可以更好的锻炼自己的才能，巩固所学的知识，发现并解决遗留下来的问题，弥补知识缺陷，这样就达到了自己预期设定的目标。 本课题结合数控专业培养目标,是生产实际应用中中等复杂的盘类零件，其结构由外圆弧面、内圆弧面、台阶、通孔、沟槽、凸台、内螺纹等以不同的方式组成。此类零件用于数控铣削加工工艺分析与编程，难易程度适中，符合毕业设计大纲要求，能使数控技业学生得到较充分的锻炼。有利于提高毕业生的就业竞争力。 毕业设计说明书是高等院校毕业生提交的一篇论文，是大学生完成学业的标志性作业，是对学习成果的综合性总结和检阅，是我系工科学生从事工程设计的最初尝试，是在教师指导下所取得的实际成果的文字记录，也是检验学生对知识的长我程度，分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷。 因为是初次设计，所以其中难免会有疏漏和错误，恳请老师帮助指正。 第1章 零件结构工艺分析、毛胚及加工定位基准的确定 1.1零件图分析 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方面： 1、构成零件轮廓的几何条件 在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意： （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尺寸标注不清，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，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法半岛电子。 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。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、形状和位置精度的要求 零件图样上给定的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。 1.2工件的加工工艺分析 断屑处理可采用改变刀具切削部分的几何角度、增加断屑器和通过编程技巧以满足加工中的断屑要求。 （1）连续进行间隔式暂停 对连续运动轨迹进行分段加工，每相邻加工工段中间用G04指令功能将其隔开并设定较短的间隔时间（0.5s）。其分段多少，视断屑要求而定。 （2）进、退刀交换安排 在钻削深孔等加工中，可通过工序使钻头钻入材料内一段并经短暂延时后，快速退出配件后在钻入一段，并依次循环，以满足断屑、排泄的要求。 （3）进给方向的特殊安排 Z轴方向的进给运动在沿负轴方向走刀时，有时并不合理，甚至车坏工件。 1.3工件毛坯的确定 1、零件材料及其力学性能 零件的材料及其力学性能大致确定了毛坯的种类。例如钢质零件若力学性能要求不太高且形状不十分复杂时可选择型材毛坯，但若要求较高的力学性能，则应选择锻件毛坯。 2、零件的结构形状与外形尺寸 如形状复杂的大型零件毛坯可采用砂型铸造；一般用途的阶梯轴，若各台阶直径相差不大可用圆棒料，反之，则选择锻件毛坯较为合适；对于锻件毛坯尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可选择模锻。 1.4定位基准的选择 定位基准包括粗基准和精基准。 粗基准：用未加工过的毛坯表面做基准。 精基准：用已加工过的表面做基准。 1、粗基准的选择原则： 粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？足够？）。 重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。 （1）合理分配加工余量的原则 a、应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以轴线为基准； b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面； （2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。 2、精基准的选择原则：1）基准重合的原则：定为基准与设计基准重合2）基准统一原则:尽量选用一组精基准定位，以此加工工件的大多数表面的工艺原则!互为基准原则当某些表面位置精度要求很高时，采用互为基准反复加工的一种原则4）自为基准原则当加工面的表面质量要求很高时，为保证加工面有很小的且均匀的余量，常用加工面本身作为基准进行加工的一种工艺原则!装夹的原则刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它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。（1）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。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀，加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。（2）在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此半岛电子，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此半岛电子，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。 （3）在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和按刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。 （4）在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。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，最后要选取机床有的或较接近的转速。 2、确定进给速度 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: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100一200mm/min范围内选取;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20一50mm/min范围内选取;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;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。 3、确定背吃刀量 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0.2——0.5mm,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。 切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 第三章 确定加工余量、工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算 3.1加工余量的确定 确定加工余量的方法有3种：分析计算法、经验估算法和查表修正法。 （1）分析计算法 本方法是根据有关加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定加工余量。用这种方法确定加工余量比较经济合理，但必须有比较全面和可靠的试验资料。目前，只在材料十分贵重，以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。 （2）经验估算法 本方法是根据工厂的生产技术水平，依靠实际经验确定加工余量。为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值总是偏大，这种方法常用于单件小批量生产。 （3）查表修正法 此法是根据各工厂长期的生产实践与试验研究所积累的有关加工余量数据，制成各种表格并汇编成手册，确定加工余量时，查阅有关手册，再结合本厂的实际情况进行适当修正后确定，目前此法应用较为普遍。 3.2确定工序尺寸及其公差 机械加工过程中，工件的尺寸在不断地变化，由毛坯尺寸到工序尺寸，最后达到设计要求的尺寸。在这个变化过程中，加工表面本身的尺寸及各表面之间的尺寸都在不断地变化，这种变化无论是在一个工序内部，还是在各个工序之间都有一定的内在联系。应用尺寸链理论去揭示它们之间的内在关系，掌握它们的变化规律是合理确定工序尺寸及其公差和计算各种工艺尺寸的基础，尺寸链的计算方法有两种：极值法与概率法。 极值法是从最坏情况出发来考虑问题的，即当所有增环都为最大极限尺寸而减环恰好都为最小极限尺寸，或所有增环都为最小极限尺寸而减环恰好都为最大极限尺寸，来计算封闭环的极限尺寸和公差。事实上，一批零件的实际尺寸是在公差带范围内变化的。在尺寸链中，所有增环不一定同时出现最大或最小极限尺寸，即使出现，此时所有减环也不一定同时出现最小或最大极限尺寸。概率法解尺寸链，主要用于装配尺寸链。 1、极值法解工艺尺寸链的基本计算公式。 尺寸链的计算方法有两种：极值法与概率法。极值法是从最坏情况出发来考虑问题的，即当所有增环都为最大极限尺寸而减环恰好都为最小极限尺寸，或所有增环都为最小极限尺寸而减环恰好都为最大极限尺寸，来计算封闭环的极限尺寸和公差。事实上，一批零件的实际尺寸是在公差带范围内变化的。在尺寸链中，所有增环不一定同时出现最大或最小极限尺寸，即使出现，此时所有减环也不一定同时出现最小或最大极限尺寸。概率法解尺寸链，主要用于装配尺寸链，其计算方法在装配中讲授。这里只介绍极值法解工艺尺寸链的基本计算公式。（1）封闭环的基本尺寸 式中K为增环的环数，m为组成环的环数（下同）。（2）封闭环的极限尺寸= = （3）封闭环的极限偏差ES ＝ （4）封闭环的公差TT＝ES－I＝ （5）封闭环的平均尺寸L L = 式中——增环的平均尺寸——减环的平均尺寸。 组成环的平均尺寸 加工路线的确定首先必须保持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。因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线）加工路线与加工余量的关系在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线图所示为车削大余量工件的两种加工路线，图（a）是错误的阶梯切削路线的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按图（a）方式加工所剩的余量过多。 图4-2 根据数控加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线（如图所示） 分层切削时刀具的终止位置当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时，从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增。如图所示，设以90主偏角刀分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离e（例如可取e=0.05㎜）。如果e=0，则每一刀都终止在同一轴向位置上，主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。当刀具的主偏角大于90，但仍然接近90时，也宜作出层层递退的安排，经验表明，这对延长粗加工刀具的寿命是有利的。 图4-4 （2）刀具的切入、切出在数控机床上进行加工时，要安排好刀具的切入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入、切出。尤其是车螺纹时，必须设置升速段δ1和降速段δ2（如图4），这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。 图4-5 （3）确定最短的空行程路线确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以一些简单计算。现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下。巧用对刀点 图（a）为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例。其起刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀，故设置在离坯料较远的位置处，同时将起刀点与其对刀点重合在一起，按三刀粗车的走刀路线安排如下： 第一刀为 A→B→C→D→A 第二刀为 A→E→F→G→A 第三刀为 A→H→I→J→A 图（b）则是巧将起刀点与对刀点分离，并设于图示B点位置，仍按相同的切削用量进行三刀粗车，其走刀路线安排如下：起刀点与对刀点分离的空行程为A→B 第一刀为 B→C→D→E→B 第二刀为 B→F→G→H→B 第三刀为 B→I→J→K→B 显然，图（b）所示的走刀路线 ②巧设换刀点为了考虑换（转）刀的方便和安全，有时将换（转）刀点也设置在离坯件较远的位置处（如图中A点），那么，当换第二把刀后，进行精车时的空行程路线必然也较长；如果将第二把刀的换刀点也设置在图（b）中的B点位置上，则可缩短空行程距离。合理安排“回零”路线 在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者（特别是初学者）有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”（即返回对刀点）指令，使其全都返回到对刀点位置，然后再进行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而大大降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线）确定最短的切削进给路线 切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。图为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。其中，图（a）表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀沿着工件轮廓进行走刀的路线；图（b）为利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线；图（c）为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。 图对以上三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）为最短，刀具的损耗小。另外数控加工，矩形循环加工的程序段格式较简单，所以这种进给路线ae;

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