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1、-1-/18摘摘要要：高新技术的产物，集成了数控仿真模块，可以检查出代码的正确性，从而可以提 高编程质量，减少出错率，加快编程速度，是典型的机电一体化产品，是完全新 型的自动化机床；具有高柔，高精度与高自动化等特点。它的出现以与所带来的 巨大效益，一起了世界各国科技和工业界的普遍重视。关键词：数控仿真；机电一体化；自动化机床AbstractAbstract:The modern numerical control machine tool is the synthesis has Abstract：applied thecomputer,the automatic control automa
2、tic detection as well as the precision machineryand so on the high-tech product,integrated the numerical control simulation module,isallowed to inspect the code the accuracy,thus was allowed to improve the programmingquality,reduced the error ratio,sped up the programming speed,was the typicalintegr
3、ation of machinery product,was the completely new automated engine bed;Has highis supple,characteristic and so on high accuracy and high automation.Its appearance aswell as brings the huge benefit,together the various countries science and technology andthe industry generally took.Keywords:Numerical
4、 control simulation;Integration of machinery;Automatic machine tool.目目录录第一章 引言 3第二章 工艺方案设计 42.1 零件图 42.2 零件图纸描述 42.3 确定加工方法（机床选择）42.4 确定加工方案 5第三章 工件的装夹 53.1 定位基准的选择-7-3.1.1 定位基准的选则原则 63.1.2 定位基准的确定 63.2 装夹方式的选则 63.2.1 数控车床的常用装夹方式 6第四章 确定刀具与切削用量 74.1 刀具的选择 74.1.1 刀具选择应考虑的主要因素 74.1.2 刀具材料的选择 74.1.3 刀具
5、形式结构的选择 74.14 确定加工刀具 74.2 切削用量选择 84.2.1 切削用量的选择原则 84.2.2 确定切削用量 8第五章 确定加工顺序和加工路线 105.1加工顺序的确定 105.1.1确定加工顺序的原则 105.2 加工路线的确定 105.2.1 确定合理的加工路线 105.3 数控程序 11总结 13参考文献 15致 16附表17-3-/18第一章引言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和。数控技术与装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（例如：信息技术与产业，生物技术与产业，航空航天技术，国防工业等等）等使能技术的的最基本装备。数控技术是当今制造技术和装备
6、最核心的技术，当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上个工业发达国家还将数控技术机数控装备列为国家的战略物资。不仅采取重大措施来发展自己的数控技术与产业而且在“高精尖”的数控技术和装备方面对其他国家实行封闭和限制。总之大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展提高综合国力和国家地位的重要途径之一。进入 21 世纪高职高专教育的改革和发展呈现出前所未有的发展势头，学生规模已占我国教育的半壁江山，成为我国高等教育的一支重要的生力军。办学理念上。“依旧也为导向”成为高等教育改革与发展的主旋律。本文以典型
7、零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。第二章工艺方案设计2.1 零件图2.2 零件图纸描述该零件表面由圆柱、圆锥、逆圆弧、螺纹等表面组成。其多数的尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求
8、，螺纹 M18 度等级要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为毛坯70125 的棒料。2.3 确定加工方法（机床的选择）加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度与表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。该零件的圆柱、圆锥、圆弧表面可以通过车削或磨削加工实现，端面加工可以通过车削、铣削或磨削等加工实现，螺纹表面可以通过车螺纹、套螺纹或滚压螺纹等加工方法实现。圆柱、圆锥、圆弧表面，其尺寸精度要求较高的几个尺寸的精度为 IT7 级，精车工艺可以达到的精度等级为 IT6-IT7，外圆磨削工艺可以达
9、到的精度等级为 IT5-IT6。；螺纹 M18 差等级为 6g，车螺纹可以保证的螺纹公差等级为 46 级，套螺纹的可以保证的公差等级为 68 级，滚压螺纹可以保证的公差等级为 46 级。零件表面粗糙度要求为 Ra1.6 和 Ra3.2 达到的表面粗糙度 Ra0.63.5,磨削能达到表面粗糙度 Ra0.80.2。该零件没有具体的形状位置精度的要求。-5-/18通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为中小批量加工，而且零件有圆弧表面，故加工设备采用数控车床。2.4确定加工方案零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表
10、面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。加工该零件的毛坯为3565mm 的棒料，而且零件的尺寸精度和表面粗糙度要求都很高，用外圆端面车刀粗车工序去除过多余量，然后精车零件表面，保证零件的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件各轴颈精加工后用车槽刀车削螺纹空刀槽，最后用螺纹车刀车削 M18螺纹。因为零件右端的螺纹不适于装夹，所以螺纹部分必须最后加工，故需要先加工零件左侧部分至成品尺寸，然后第二次装夹加工零件右端剩余部分表面。第三章 工件的装夹3.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏
11、，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。3.1.1 定位基准选择的原则为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。3.1.2 定位基准的确定由于该零件为旋转体，所以工件的外圆作为定位基准，保证外圆的加工精度，以端面作为定位基准保证各轴向尺寸。这样的定位方式能使得工
12、序基准、定位基准和编程原点三者统一，夹紧机构简单，而且能够很方便的对刀。3.2 装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本与操作安全都有直接影响。3.2.1 数控车床常用的装夹方式三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。当车削质量较大的工件时
13、要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。该零件属于外形规则的小型工件，而且不需要多工序加工，故选用在三爪自定心卡盘上装夹。此工件可以一次装夹完成加工。该工件右端表面为螺纹不能做装夹表面，顾夹持工件左端面。-7-/18第四章确定刀具与切削用量在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。选用合适的刀具并使用合理的切削参数，将可以使数控加工以低成本、高效率地达到最佳的加工质量。4.1 刀具的选择数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能
14、提高产品质量。4.1.1 刀具选择应考虑的主要因素4.1.1.1 被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性与耐磨性等。4.1.1.2 工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。4.1.1.3 刀具能承受的切削用量。4.1.1.4 辅助因数：操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。4.1.2 刀具材料的选择常用刀具材料为高速钢、硬质合金。非金属材料刀具使用较少。高速钢刀具。高速钢刀具易磨损，价格便宜，常用于加工硬度较低的工件。硬质合金刀具。硬质合金刀具耐高温，硬度高，主要用于加工硬度较高的工件，硬质合金刀具需较高转速加工，否则容易崩刀。硬质合金刀具加工效率和质量比高速
15、钢刀具好。4.1.3 刀具结构形式选择车刀可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。4.1.3.1 焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。4.1.3.2 机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀4.1.3.3 可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀4.1.3.4 成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工外回转体的成形表面。与其他类型的车刀相比，可转为车刀有夹紧可
16、靠、定位精确、操作方便、结构简单、排屑流畅等优点。4.1.4 确定加工刀具根据零件的材料、形状，加工需要用到粗车用端面外圆车刀、精车用端面外圆车刀、槽刀和螺纹车刀，考虑到零件的批量、精度要求和表面粗糙度要求，选用可转位机夹车刀。其中第 1 序加工工件外圆必须用负偏角大于 45的车刀才能实现一刀车削出所有轮廓。粗、精车端面选用 PCLNR2525M09 标准车刀，刀片选用 CNMG120412 标准硬质合金刀片。粗车外圆端面选用 SVJCL2525M16 标准车刀，刀片选用 VCMT160412 标准硬质合金刀片。精车端面外圆选用 SVJCL2525M16 标准车刀，刀片选用 VCMT16040
17、8 标准硬质合金刀片。粗车端面选用 PCLNR2525M09 标准车刀，刀片选用 CNMG120412 标准硬质合金刀片。精车端面选用 PCLNR2525M09 标准车刀，刀片选用 CNMG120408 标准硬质合金刀片。车槽刀选用 RF123J132525BM 刀体，刀片选用 N123J20500CM 硬质合金刀片。螺纹车刀选用LW2016R-04 标准刀体，刀片选用 L04 标准硬质合金刀片。4.2 切削用量选择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、生产成本等都有着非常重要的影响。合理的选择切削用量是充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、
18、扭矩），在保证质量的情况下，获得高的生产率和低的加工成本。4.2.1 切削用量的选择原则合理选用切削用量，对提高生产率，保证加工质量和适当的刀具使用寿命都具有重要的意义。因此，应根据粗、精车加工的不同要求来合理选择切削用量。4.2.1.1 粗加工时的选择 粗加工时要尽可能达到较高的生产率，同时又要保证刀具的使用寿命。在保证刀具使用寿命不变的前提下，使 vc、f、ap 的乘积尽可能大些。因此，优先选用大的背吃刀量 ap，其次取较大的进给量 f，最后根据刀具的寿命确定合适的切削速度 Vc。4.2.1.2 精加工时的选择 精加工时首先应确保获得要求的加工精度和表面粗糙度，同时也要考虑必要的刀具使用寿
19、命和生产率，并控制不产生积屑瘤，保证工件获得必要的表面粗糙度。使用硬质合金车刀时，一般多采用较高的切削速度 vc。精加工时应采用较小的背吃刀量 ap 和进给量 f。4.2.24.2.2 确定切削用量已知工件的材料为 45 钢，刀具材料为硬质合金。根据切削用量的选择原则确定切削用量如下。a.确定背吃刀量ap。单边加工余量为 1.5mm，粗车取ap12mm，精车取ap0.5mm。边b.确定进给量f。根据工件材料、刀杆截面尺寸、工件直径与背吃刀量粗车进给量查机械加工工艺师手册表 27-2 得f0.4mm/r，为了确保表面粗糙度精车进给量取f0.1mm/r。c.确定切削速度vc。查机械加工工艺师手册表
20、 27-22 得粗车切削速度vc122m/min，精车切削速度vc146m/min。粗车时机床主轴转速为n1000vc/（d）1000*122/（3.14*32）1214/min精车为了保证工件表面粗糙度，采用恒线速切削。-9-/18a.粗车工步 单边最大余量为 9，粗车背吃刀量选为ap2mm，精车粗车取ap0.4mm，进给量查机械加工工艺师手册表 27-2 得f0.4mm/r。切削速度vc。查机械加工工艺师手册 表 27-22 粗车切削速度vc109m/min。计算机床主轴转速为 12141946 r/min。其中最高转速计算为：n1000vc/（d）1000*109/（3.14*18）19
21、46（r/min）取机床转速为 1200r/min，则切削速度vc90.4109m/minb.精车工步 精车背吃刀量选为ap0.4mm，精车进给量取f0.1mm/r，精车切削速度vc146m/min。精车用恒线速切削。c.切槽工步 进给量查机械加工工艺师手册表 27-8 取f0.08mm/r结合刀具推荐值切削速度为vc100m/min，计算机床主轴转速为 1446-1592r/min。其中最高转速计算为：n1000vc/（d）1000*100/（3.14*15）2123r/mind.车螺纹工步 径向进给选为 0.10mm/刀、切削速度vc110m/min，机床主轴转速为：n1000vc/（d）
22、1000*110/(3.14*18)1946（r/min）第五章 确定加工顺序和加工路线5.1 加工顺序的确定5.1.15.1.1.1 先粗后精的原则。5.1.1.2 先远后近的原则。在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状与位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。5.1.1 确定加工顺序的原则为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足
23、精加工的余量均匀性要求。精车要保证加工精度，按产品图样尺寸切出零件的轮廓形状。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。分析零件图，按照上述原则，该零件的加工需要先从右到左进行粗车，尽量使精车余量均匀，然后从右到左进行精车，零件的最终轮廓应一刀连续加工而成，精车后用槽刀切螺纹空刀槽，最后车削螺纹。加工路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。加工路线的确5.2 加工路线的确
24、定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、效率高等因素。在保证加工质量的前提下，使加工序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗与机床进给机构滑动部件的磨损等。5.2.1 确定合理的加工路线最短的空行程路线。要使得空行程的路线最短，需要合理设置起刀点，合理设置换刀点，合理安排“回零”路线。最短的切削进给路线。缩短切削进给路线，可以有效地提高生产效率，降低刀具的损耗。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与加工的工艺性等要求。大余量毛坯的阶梯切削进给路线。根据数控机床的加工特点，可
25、以采用依次轴向和径向进给，顺着工件的轮廓切削进给的路线。精加工切削进给路线。在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，并且加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入、切出或换刀与停顿，保证表面的光滑连续，避免产生表面划伤、形-11-/18状突变或滞留刀痕等缺陷。为了使空行程的路线最短，起刀点应设置在工件的最右的端面，换刀点应在不和工件干涉的情况下尽量靠近工件，“回零”路线为直线。为了保证精加工切削进给路线的连续性，第一工序34 的外圆的加工需要选择一个大负偏角大于 45的车刀，从而一刀车连续车削工件轮廓。数控车床具有粗车循环和车螺纹
26、循环功能，所以只要正确的使用编程指令，机床系统会自行确定其进给路线，因为，只需将精车进给路线确定即可。5.2.2 加工路线(车大端)手动进给钻15 孔；螺纹底孔至27.4；退刀槽；车65、45 外圆与端面、倒角；车65、45 外圆与端面；螺纹 M302，(调头、车小端)；车34、R8 圆弧、圆锥面；纹外圆面、端面、倒角等；车34、R8 圆弧、圆锥面、螺纹；圆面、端面，车外螺纹退刀槽 525；M302 螺纹。5.3 数控程序车削大端程序：O0016N1 G97G99G21G40;N2 M03S600T0101;(孔车刀)N3 G00X10.0Z5.0M08;N4 G90X21.0Z-38.0F0
27、.2;N5X25.0;N6X26.5;N7X27.4;N8 G00X80.0Z100.0T0202;（槽切刀）N9X24.0Z5.0;N10Z-38.0;N11 G01X32.0F0.1;N12 G04X1.0;N13 G00X24.0;N14Z100.0;N15X80.0T0303;（外园粗车刀）N16 G00X76.0Z5.0;N17 G71U2.0R0.5;N18 G71P19Q25U1.0W0.5F0.25;N19 G00X33.0M03S800;N20 G01X45.0Z-1.0F0.1;N21Z-25.0;N22X63.0;N23X65.0Z-26.0;N24Z-50.0;N25X
28、75.0;N26 G00X80.0Z100.0T0404;（外圆精车刀）N27X76.0Z5.0;N28 G70P19Q25;N30 G00X80.0Z100.0T0505;（螺纹车刀）N31 M03S400;N32 G00X20.0Z5.0;N33 G92X27.8Z-33.0F2.0;N34X28.3;N35X28.8;N36X29.3;N37X29.7;N38X29.9;N39X30.0;N40 G00X80.0Z100.0M09;N41 M05;N42 M30;车削小端程序：O0018N1 G97G99G21G40;N2 M03S500T0303;(外圆粗车刀)N3 G00X76.0Z
29、5.0M08;N4 G71U2.0R0.5;N5 G71P6Q15U1.0W0.5F0.25;N6 G00G42X6.0Z5.0M03S800;N7 G01 X30.0Z-2.0F0.1;N8Z-30.0;-13-/18N9X35.0;N10Z-47.0;N11 G02X51.0Z-55.0R8.0;N12 G01X58.0Z-76.0;N13X63.0;N14X65.0Z-76.0;N15X75.0;N16 G00G40X80.0Z100.0T0404;（外圆精车刀）N17X76.0Z5.0;N18 G70P6Q15;N19 G00X80.0Z100.0T0101;（车槽刀）N20X40.0
30、Z-30.0M03S500;N21 G01X25.0F0.1;N22 G04X1.0;N23 G00X40.0;N24X80.0Z100.0T0202;（外螺纹车刀）N25 M03S400;N26 G00X40.0Z5.0;N27 G92X29.4Z-27.5F2.0;N28X28.8;N29X28.2;N30X27.8;N31X27.5;N32X27.4;N33X27.35;N34G00X80.0ZZ100.0M09;N35 M05;N36 M30;总 结通过本次典型零件的工艺过程的设计，充分体现了数控加工高精度、高速度、高柔性的优点。数控车床通过 CNC 系统控制和司服电机精确的传动，很大
31、的提高的加工精度。通过程序控制，数控车床可以很轻易完成复杂表面的加工，在批量生产中，数控加工能很好的保证零件质量的稳定性。工艺过程的设计首先要保证的是零件的尺寸精度和表面粗糙度要求，在本工艺过程的设计中，采用一些工艺措施以保证零件较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。定位装夹方面，采用普通的夹爪，能够保证刚性和定位精度的要求和定位精度。刀具选择方面，采用机夹可转为车刀，在批量生产中能很好的保证零件的尺寸精度要求。选用负偏角大于 45的车刀，保证精车能一刀车削整个轮廓，从而保证表面的光滑连续，避免了产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。切削参数的选择方面，精车工序采用恒线速切削，从而稳定的保证了表面
32、质量，满足零件较高的表面粗糙度的要求。加工顺序和加工路线方面。采用粗车、半精车、精车的加工顺序，精车一刀车出整个外形轮廓的加工路线，以保证精度要求。调整测量方面，采用游标卡尺进行测量，外圆和轴向尺寸使用精度为 0.001mm 的千分尺。-15-/18参考文献1蔡兰.王霄.加工工艺学.京化学工业.20052薛彦成.公差配合与测量技术.:机械工业.19993王晓东.延娟.数控加工工艺与刀具.:高等教育.20054黄金龙.数控车床编程与实训.科技.20075叔子.机械加工工艺师手册.:机械工业.20016家芳.实用车工计算手册.科学技术.20067隋秀梅.CAXA 制造工程师 2006 数控加工自动
33、编程.机械工业，20088伟群.数控工艺培训教程（数控车部分）.清华大学，20029哲.AutoCAD2004 工程绘图与训练.理工大学 0，200410余英良.数控加工编程与操作.高等教育，2004致在此论文撰写过程中，要特别感我的导师周长娣的指导与督促，同时感她的谅解与包容。没有周老师的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历程是艰苦的，但又是快乐的。感我的班主任封寒老师，他在这四年中为我们全班所做的一切，他不求回报，无私奉献的精神很让我感动，再次向他表示由衷的感。在这四年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感。我的父母，没有他们辛勤的付出也就
34、没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！-17-/18附表附表江江农农 林林 职职 业业 技技 术术 学学 院院(数控加工工艺过程卡)零零件件图图工工艺艺过过程程附图工工 序序容容量量 具具刀刀 具具切削用量切削用量主轴转速(r/min)进给量(mm/r)背切刀量(mm)(车大端)手动进给钻15 孔游标卡尺T01016000.11车螺纹底孔至27.4游标卡尺T01015000.21车退刀槽T02025000.11粗车65、45 外圆与端面、倒角游标卡尺T03036000.252精车65、45 外圆与端面游标卡尺T04048000.11车螺纹 M302T05054000.11(调头、车小端)T01015000.11粗车34、R8 圆弧、圆锥面T03035000.251螺纹外圆面、端面、倒角等精车34、R8 圆弧、圆锥面、螺纹T04048000.12外圆面、端面车外螺纹退刀槽 525游标卡尺T01014000.12车 M302 螺纹T0202400