典型复杂零件加工设计毕业论文(DOC 67页)

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1、. . .典型复杂零件加工设计毕业论文目录摘要5Abstract6第一章数控加工与发展概述711 数控机床的概述71.1.1 数控车床的含义71.1.2数控车床的组成71.1.3数控车床的工作原理71.1.4数控系统的分类81.2数控编程概述81.2.1数控编程的方法81.2.2数控机床程序编制的容和步骤101.3数控加工概述111.3.1数车加工的特点111.3.2数控车床的主要加工对象121.3.3绿色加工121.4数控技术的发展概述151.4.1数控编程发展趋势与前景151.4.2数控机床的发展趋势与前景161.4.3三维测量仪的应用18第二章数控加工工艺分析2121毛坯的选择212.1

2、.1 毛坯的分类212.2.2 毛坯的选择原则212.1.3材料的选择原则232.1.4轴类零件的毛坯的选择252.2零件的加工工艺分析252.2.1加工工艺路线的确定应遵循的原则252.2.2加工工艺的选择要点252.2.3.零件图工艺分析292.2.4制定数控加工工艺方案302.2.5确定装夹方案302.2.6数控加工刀具的选择312.2.7切削用量的选择33第三章 工艺路线及走刀路线363.1工艺路线363.1.1制定加工工艺路线应遵循的一般原则363.1.2工艺阶段的划分363.1.3工艺路线方案：363.2确定走刀路线373.2.1走刀路线373.1.2走刀路线的确定原则是38第四章

3、数控加工程序394.1数控车床系统功能概述394.2 数控加工程序43第五章 数控仿真5051 数控仿真的简介505.1.1数控仿真的含义505.2数控仿真515.2.1操作环境515.2.2数控仿真-FANUC 数控车床的仿真操作525.3仿真过程55参考文献60附 录61致 谢65第一章 数控加工与发展概述11 数控机床的概述1.1.1 数控车床的含义图11数控车床数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而

4、使机床动作数控折弯机并加工零件。1.1.2数控车床的组成数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成1.1.3数控车床的工作原理在数控加工中，编程人员首先按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，并将加工程序输入到数控装置；数控装置对加工程序进行相应译码和运算，并将处理结果送到机床各个坐标的伺服系统；伺服系统接受来自数控装置输出的指令信息并且经过功率放大后，带动机床移动部件按照规定的轨迹和速度运动，从而使机床自动加工出符合图纸要求的零件。1.1.4数控系统的分类 常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。按数

5、控机床的控制功能分为：点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制（连续控制）数控机床。按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量可分为：开环（没有位置测量装置）、闭环（光栅、磁尺、感应同步器等直线位移检测元件安装在机床拖板上）和半闭环（旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等转角检测元件安装在伺服电机或丝杠端部）。1.2数控编程概述1.2.1数控编程的方法 数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程 一、手工编程 由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。 二、自动编程 1、自

6、动编程的含义使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。2、自动编程的特点编程的工作主要由计算机完成，利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。随着数控加工技术的迅速发展,对编程技术的要求也越来越高，不仅要求能解决形状复杂零件的编程，而且要求编程的速度快、精度高，并便于检查，所以采用自动编程技术是必然的发展方向。3、自动编程分类自动编程技术发展至今，形成了很多种类型。但从广泛使用的角度来看，主要有以下两大类：数控语言自动编程系统最具代表性的就是APT语言。人机对话式自动编程系统它也叫图形交互式自动编程系统。4、APT语言自动编程的数控语言是一种描述零件几何形状和刀

7、具相对工件运动的一种特定的符号，APT语言是最典型的一种数控语言。APT是Automatically Programmed Tools 的缩写。 APT是词汇式语言，它的优点是：零件源程序编制容易、数控程序制作时间短、可靠性高，可自动诊断错误、能描述图形的数学关系、用户易于二次开发。缺点是：只能处理几何形状的信息，不能自动处理走刀顺序、刀具形式及尺寸、切削用量等工艺要求；系统大而全，给一般的用户带来不变；5、数控语言自动编程系统数控语言自动编程系统的一般处理流程如下图所示。从流程图中可以看出，数控语言自动编程系统主要由零件源程序和编译软件组成。零件图零件源程序翻译计算后置处理编译程序（软件程序

8、）加工程序单纸 带图1-2 自动编程流程1.2.2数控机床程序编制的容和步骤 1、数控机床编程的主要容 分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。 2、数控机床的步骤 （1）分析零件图样和工艺处理 根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。 同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。 （2）数学处理 编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系

9、， 根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。 （3）编写零件程序清单 加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。 （4）程序输入 （5）程序校验与首件试切 3、程序段格式： （1）字地址格式：如N020 G90 G00 X50 Y60 最常用的格式，现代数控机床都采用它。地址N为程序段号，地址G和数字90构成字地址为准备功能。 （2）可变程序段格式：如B2000 B3000 B B60

10、00 使用分割符B各开各个字，若没有数据，分割符不能省去。常见于数控线切割机床，另外，还有3B编程等格式。 （3）固定顺序程序段格式：如00701+0 比较少见。其中的数据严格按照顺序和长度排列，不得有 误，上面程序段的意思是：N007 G01 X+02500 Y-13400 F15 S30 M02 1.3数控加工概述1.3.1数车加工的特点数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加

11、工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：（1） 提高生产效率；（2） 提高加工精度并且保持加工质量；（3） 可以减少工装卡具；（4） 缩短加工周期，提高生产效率；（5） 容易进行加工过程管理；（6） 可以减少检查工作量；（7） 可以降低废、次品率；（8） 容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；（9） 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；（10） 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；1.3.2数控车床的主要加工对象数控车床主要用于轴类和盘类回

12、转体工件的加工，能自动完成外圆柱、圆柱面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，特别适合复杂形状工件的加工、轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件、精度要求高的零件、特别的螺纹零件、淬硬工件的加工等1.3.3绿色加工近十几年来，财产生产畴相应发起了绿色制造和干净生产的见解。机器产品的制造进程是直接损耗资源和产生废弃物的重要枢纽，因此零件的绿色加工工艺愈来愈受到珍视。所谓绿色加工工艺，便是要在餍足加工质量、加工效果和加人为本要求的条件下，把对环境的负面影响减至最小和使资源(能源、物料)利用率到达最高的工艺。 近来十几年崛起的干切削技能，便是要在没有切削液的条件下创造与

13、湿切削雷同或雷同的切削条件，这涉及刀具、机床、工件、加工方法与切削参数等多方面。1) 干切削加工的刀具与机床 细晶粒硬质合金特别是能遭受较高切削温度的TiC (N)基硬质合金(又称金属陶瓷)，可用于干切削.PCD(聚晶金刚石)和CVD金刚石涂层刀片有很高的硬度和热导率，得当高速干切削种种有色金属和耐磨的高性能非金属质料，但不克加工玄色金属;陶瓷具有硬度高、化学稳固性和抗粘结性好、摩擦系数低等长处，是相对便宜的干切削刀具质料，但其强度、韧性和抗打击性能差，为此加进种种增韧补强相并改革其压抑工艺。如今，用Si3N4基陶瓷刀片干切削灰铸铁，用Al2O3基陶瓷刀片干切削淬硬钢和冷硬铸铁;层刀具是当今干

14、和准干切削最常用的刀具，基体平常是韧性较好的硬质合金，在基体上涂上一层或多层TiN、TiCN、TiAIN之类的耐磨硬涂层，起耐热和隔热的热屏蔽作用。为裁减切削进程中的摩擦与粘附，每每又在硬涂层之上再加MoS2、WC/C之类起润滑作用的软涂层，使其综合硬涂层硬度高、热稳固性好和软涂层摩擦系数低、自润滑性好的长处于一身。试验证实，涂层特别是兼有软硬涂层的刀具性能更好;干切削不但对刀具要求很高，也对机床的排屑、防尘和热特性发起较高要求。干切削机床最佳采取立式布局，起码床身应是歪斜的，抱负的加工方法是工件在上、刀具在下，并在一些滑动导轨副上方配置可伸缩角形盖板，劳动台上的歪斜盖板可用尽热质料制成，总的

15、原则是尽大概依赖重力排屑。干切削易出现金属悬浮颗粒，故机床常加装真空吸尘装置和对要害部位举行密封。干切削机床的根本大件要采取热对称布局并只管即便由热扩系数小的质料制成，须要时还应进一步采纳热均衡和热补偿等办法。 2) 干切削加工的工艺技能 干切削的难易程度与加工要领和工件质料的配合密切相干。从实际环境看，车削、铣削、滚齿等加工应用干切削较多，由于这些加工要领切削刃外露，切屑能很快离开切削区。而关闭式的钻削、铰削等加工，干切削就相对困难一些，不外如今已有不少此类孔加工刀具出售，好比德国Titex公司可提供实用于干切削的特别钻头Alpa22，其钻深与直径之比到达7-8。就工件质料而言，铸铁由于熔点

16、高和热扩散系数小，最得当举行干切削，钢的干切削特别是高合金钢的干切削较困难，这方面曾举行大量试验切磋并已取得重猛转机。铝及铝合金虽然是难于举行干切削的质料，但议决采取MQL润滑的准干高速切削，在办理切屑与刀具粘连及铝件热变形方面得到突破，实际生产中已有加工铝合金零件的准干切削生产线在运行。对付难加工质料，则有利用激光帮助举行干切削的。3) 采取MQL润滑的准干切削 对付某些加工方法和工件质料配合，纯粹的干切削如今尚难于在实际生产中利用，故又产生了极微量润滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)技能。MQL是将极微量的切削油与具有肯定压力的压缩氛围混归并油雾化，然后

17、一起喷向切削区，对刀具与切屑和刀具与工件的打仗界面举行润滑，以裁减摩擦和防备切屑粘到刀具上，同时也冷却了切削区(油雾在切削区汽化也会吸取不少切削热)并有利于排屑，从而显然地改进切削加工条件。4) 在特别气体氛围中举行干切削 在某些特别气体氛围中举行干切削加工，有利裁减刀具磨损，从而成长成为干切削技能的另一分支5) 干式静电冷却技能 在切削点周围形成特别气体氛围。如许不但低落切削区的温度，更紧的是能在刀具与切屑和刀具与工件打仗面上形成起润滑作用的氧化薄膜，并使被加工外貌呈压缩压力(可增长零件利用寿命)。俄罗斯罗士技能公司曾对此作大量试验，发觉在多数环境下，采取干式静电冷却技能的刀具寿命与湿切削相

18、当或超出，在少量环境下，也能到达湿切削时刀具寿命的0.8-0.9。6) 冷风干切削 把除往水份的干枯氛围经氛围冷却器冷至-30，再议决尽大概靠近切削点的风嘴把冷风送至切削区，可使切削区的温度大大降落，同时引发被加工质料的低温脆性，使切削进程较为容易，并相应改进刀具磨损状态。由于冷风无润滑作用，平常需同时向切削点喷小量对人体无害的植物油。氛围冷却装置耗能大和风嘴噪声大，是此项技能的缺点。日本丰田工机公司曾试验用冷风代替磨削液，但发觉当磨除率较大时，工件的硬度有所低落，故如今只适实用于精、微磨削。 1.4数控技术的发展概述1.4.1数控编程发展趋势与前景50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数

19、控加工程序编制的语言，称为APT（Automatically Programmed Tool）。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）、APT-AC（Advanced contouring）(增加切削数据库管理系统)和APT-/SS（Sculptured Surface）(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炼，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椀恪摺娴母呒队镅约叮?/FONTAPT仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以

20、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CA

21、D/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方向发展。1.4.2数控机床的发展趋势与前景数控技术的问世已有40多年的历史，它是由机械学、控制学、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性新型学科。技术发展的需要对21 世纪的数控技术提出了更高的要求。 数控系统是由系统程序、输入输出设备、通信设备、数控装置、可编程控制器、伺服驱动装置和测量装置等组成。数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即NC装置；二是由计算机硬

22、件和软件组成的计算机数控装置即CNC装置。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。一、个性化的发展趋势1.高速化、高精度化、高可靠性高速化：提高进给速度与提高主轴转速。高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级高可靠性：一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。2.复合化 数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。3

23、.智能化 智能化的容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的容，方便系统的诊断及维修。4.柔性化、集成化 当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段车间独立制造岛FA)、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是

24、各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。二、个性化是市场适应性发展趋势 当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、高科技的机床越来越得到用户的青睐。三、开放性是体系结构的发展趋势新一代数控系统的开发核心是开放性。开放性有软件平台和硬件平台的开放式系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究， 数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。目前开放式数控系统的体系结构规、

25、通信规、配置规、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年的一个新的焦点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。1.4.3三维测量仪的应用1、三维测量仪的含义 一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 ( 如光学尺 ) 经数据处理器计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能测量的仪器”。 2、

26、三坐标测量仪的工作原理 坐标测量机的工作原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精确的测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。 3、三维测量仪的应用领域 测量高精度的几何零件和曲面； 测量复杂形状的机械零部件； 检测自由曲面； 可选用接触式或非接触式测头进行连续扫描。4、三维测量仪的主要功能 几何元素的测量，包括点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥等等； 曲线、曲面扫描，支持点位扫描功能，IGES文件的数据输出，CAD 名义数据定义、ASCII 文本数据输

27、入、名义曲线扫描、符合公差定义的轮廓分析。 形位公差的计算，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同心度等等； 支持传统的数据输出报告、图形化检测报告、图形数据附注、数据标签输出等多种输出方式。5、三维测量仪的结构种类 悬臂结构 框架结构 龙门结构 卧式镗床结构6、三维测量仪的测量方法 1、接触式探针测量三坐标测量仪（最常用使用最普遍）； 2、影像复合式三坐标测量仪； 3、激光复合式三坐标测量仪（主要应用于逆向工程扫描）；7、三维测量仪用于加工工件检测 加工完工件后，可利用软件重构的三维模型读入反求软件中，比较分析重构的三维模型和三坐标测量仪扫描的点云之间的

28、偏差。 用彩色云图将差异显示出来，可直观地了解曲面与点云间的差异，并且可指定一个可接受的公差带，求出在公差带点的数量，检测工件加工的精确性8、三维测量仪的NC在线自动测量系统 大型工件加工检验不合格重新装夹十分困难大型工件加工完毕一定要检验,一旦拆卸,发现有问题,再次加工,已经无法装夹,报废损失惨重; 大型工件加工完毕,测量十分困难,但对NC在机测量系统而言是很简单的事。 杜绝CNC机床因两次装夹工件进行修复造成的浪费NC测量系统功能之一是:当CNC机床把工件加工完毕后,该系统能立马识别该工件是否合格,加减几个丝。并且迅速打印出图文并貌的检测报告,检测精度高达0.003mm。 彻底杜绝废品,实

29、现CNC加工下线前的100%检测用通用的或简单的量具进行测量十分困难或者根本就测量不了,比如象拳头这样的零件,都是不规则曲面。以上难题对NC测量系统而言则是十分简单的事情,十几秒中就可以测量完毕并且打印出国际标准的DIMS格式检测报告。第二章数控加工工艺分析21毛坯的选择2.1.1 毛坯的分类铸件：对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等锻件：锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精

30、度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件型材：型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。焊接件：焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。其它毛坯（如：冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等）2.2.2 毛坯的选择原则（一）

31、零件的生产纲领大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。 （二）零件材料的工艺性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。 （三）零件的结构形状和尺寸形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，

32、为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。 （四）现有的生产条件选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。 三、毛坯的形状及尺寸毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。 毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。铸件公称

33、尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。毛坯余量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。如铸造毛坯的加工余量，是由铸件最大尺寸、公称尺寸（两相对加工表面的最大距离或基准面到加工面的距离）、毛坯浇注时的位置（顶面、底面、侧面）、铸孔的尺寸等因素确定的。对于单件小批生产，铸件上直径小 30mm 和铸钢件上直径小于 60mm 的孔可以不铸出。而对于锻件，若用自由锻，当孔径小于 30mm 或长径比大于 3 的孔可以不锻出。对于锻件应考虑锻造圆角和模锻斜度。带孔的模锻件不能直接锻出通孔，应留冲孔连皮等。 毛坯的形状和尺寸的确定，除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械

34、加工及热处理等工艺因素的影响。在这种情况下，毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。例如，为了加工时安装方便，有的铸件毛坯需要铸出必要的工艺凸台，如图 3-17 所示，工艺凸台在零件加工后一般应切去。又如车床开合螺母外壳，它由两个零件合成一个铸件，待加工到一定阶段后再切开，以保证加工质量和加工方便。有时为了提高生产率和加工过程中便于装夹，可以将一些小零件多件合成一个毛坯，如图 3-19 所示的滑键为锻件，可以将若干零件先合成一件毛坯，待两侧面和平面加工后，再切割成单个零件。如图 3-20 所示为垫圈类零件，也应将若干零件合成一个毛坯，毛坯可取一长管料，其孔直径要小于垫圈径。车削时，用卡盘夹住一端外

35、圆，另一端用顶尖顶住，这时可车外圆、车槽，然后用卡盘夹住外圆较长的一部分用 16mm 的钻头钻孔，这样就可以分割成若干个垫圈零件。 2.1.3材料的选择原则1、使用性原则：指材料所提供的使用性能指标对零件功能和寿命的满足程度。零件在正常情况下，应完成设计规定的功能并达到预期的使用寿命。 2、工艺性：指所选用的工程材料顺利地加工成合格的机械零件。 （1）铸造工艺性：包括流动性、收缩性、热裂倾向性、偏折性及吸气性等。 （2） 锻造工艺性；包括可锻性、冷镦性、冲压性、锻后冷却要求等。 （3）焊接工艺性：主要为焊接性，即焊接接头产生工艺缺陷的敏感性及其使用性能。 （4）切削加工工艺性：是指材料接受切削

36、加工的能力。如刀具耐用度、断屑能力等。 （5）粘结固化工艺性：高分子材料、陶瓷材料、复合材料及粉末冶金制品，其粘结固化性是重要的工艺指标。 （6）热处理工艺性：包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。 3、经济性：应尽量选用价格比较便宜的材料。从材料本身的价格、从材料加工费用考虑、 从资源供应条件考虑、注意选用非金属材料。 材料的经济性主要从以下几个方面考虑： （1）材料本身价格应低 通常情况下材料的直接成本为产品价格的 30% 70% 。 （2）材料加工费用应低 非金属材料（如塑料）加工性能好于金属材料，有色金 属的加工性能好于钢，钢的加工性能好于合金钢。材料的加

37、工费用应从以下几个方面考虑： 1) 成型方法 在满足零件性能要求的前提下，能铸代锻，能焊代代锻。例汽车发动机曲轴，一直选用强韧性良好的钢制锻件，弯曲了的曲轴照样不能使用，改成铸造曲轴（球墨铸铁）使成本降低很多。从零件的生产的每一道工序都应尽量减少。 2) 加工工艺路线 选用最佳工艺路线。 3) 现有生产条件 应充分利用现有生产设备或进行技术改造。能自己生产的不要外协。 （3）高材料利用率和再生利用率 在加工中尽量采用少切屑（如精铸、冷拉、模锻等）和无切屑新工艺，有效利用材料。 （4）使用过程的经济效益 在选材时，不能片面强调材料费用及制造成本，还需对材料的使用寿命予以重视，我们生产使为了使用，

38、生产出来的产品不能式或不能安全使用，或达不到大型零件，如锅轮，大型齿轮的轮幅，轮毂用铸铁，齿圈用优质碳钢等。 2.1.4轴类零件的毛坯的选择轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型的轴类相差不大采：60mmX95mm、55mmX45mm各一件的毛坯，材料材料维45号钢，长度在据床上下料。2.2零件的加工工艺分析2.2.1加工工艺路线的确定应遵循的原则加工工艺路线是否合理，决定了零件的加工质量与生产效率。在确定加工工艺路线时，应综合考虑在保证加工精度的前提下，应尽可能的缩短加工工艺路线。所以数控加工工艺路线应遵循

39、以下原则:（1）加工方式、路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度。（2）尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间，尽量使加工路线最短。（3）进、退刀位置应选在不大重要的位置，并且使刀具尽量沿切线方向进、退刀，避免采用法向进、退刀和进给中途停顿而产生刀痕。2.2.2加工工艺的选择要点在数控加工编程中，应强化工艺规程，选择合理的加工路线，优化程序编制。在制定加工工艺路线中应关注以下事项: (1)在确定加工路线时，为缩短行程，应考虑尽量缩短刀具的空行程。通常通过合理选择起刀点，合理安排回空路线都能使空行程缩短，提高生产效率。(2)在安排加工工艺路线时，同时也要兼顾工序集中的原则。零件在一次装夹中，尽可能使

40、用同一把刀具完成较多的加工表面，以减少换刀次数，简化加工路线，缩短辅助时间。有条件者可采用复合刀具，当一把刀具完成加工的所有部位后，尽可能为下道工序作些预加工，如使用小钻头预钻定位孔或划位置痕.或者进行粗加工，然后再换刀进行精加工。(3)要选择工件在加工后变形小的加工路线。如对于横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分数次走刀至最终尺寸或应用对称去除余量法安排加工。图2-1 件1工程图图2-2 件1造型图图2-3 件2造型图图2-4 件2三维立体图 图2-5 组合件工程图图2-6 组合件造型图技术要求：1、 未注倒角C1；2、 圆弧过渡光滑；3、 锐边去毛刺；4、 工件组合时，接触精度用涂色法检

41、验，接触面积大于60%，螺纹配合松紧适中。2.2.3.零件图工艺分析该零件为套件组合型工件，件1表面由圆柱、圆锥、键槽、外螺纹、非圆曲线等表面组成；件2由外圆柱、圆弧、通孔、螺纹、圆锥，椭圆等表面组成；件1结构均较复杂。件1、件2多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求，锐边去毛刺，接触面积大于60%，加工难度较大，因此比较适合数控车削加工。该零件尺寸标注完整，轮廓描述清楚，无热处理和硬度要求，通过上述分析，采取以下几点工艺措施。（1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）该零件比较复杂，加工部位较多，可采用多把刀具来

42、完成加工。2.2.4制定数控加工工艺方案该组合键主要由以下特征组成：外圆、外螺纹、外槽、孔、螺纹、槽、主要的是外螺纹的互相配合，以下对其工艺进行分析：（1）零件1的数控加工方案1) 夹外圆右端，平端面钻中心孔，再用直径18的钻头钻孔，孔深35mm；2) 左端外圆粗加工，加工至直径52的外圆处，精加工各档外圆；3) 加工2X4两处外槽，至精度要求；4) 粗加工孔，精加工孔至精加工要求；5) 掉头夹直径为46的外圆，打表找正，平端面控制总长；6) 粗精车螺纹外圆和锥面，精加工至尺寸要求7) 车螺纹退刀槽；8) 车螺纹，加工至通规通、止规止； （2）零件2的数控加工方案1) 夹外圆左端，平端面钻中心

43、孔，再用直径22的钻头钻孔；2) 粗加工直径52的外圆和椭圆弧精加工至尺寸要求；3) 掉头夹直径52的外圆，平端面控制总长；4) 车外锥面至加工精度；5) 粗加工孔，精加工孔至精度要求；6) 车螺纹退刀槽；7) 车螺纹，加工至通规通、止规止；2.2.5确定装夹方案（1） 加工件2轮廓时采用三角自定卡盘定心夹紧；（2） 采用一夹一顶的方式加工件左端外轮廓，保证工件中心线与卡盘轴线重合；（3） 加工件2外轮廓，需在件1车工艺螺纹，配合装夹2.2.6数控加工刀具的选择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

44、。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，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

45、面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，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

46、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：尽量减少刀具数量；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；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；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。表2-1选择如下刀具：序号刀具号刀具类型刀尖圆弧半径数量加工表面备注1T010193外圆刀0.4mm1外轮廓刀尖352T02

47、02外切槽刀3mm槽宽1外螺纹退刀槽3T0303外螺纹刀1外螺纹刀尖604T040493孔刀0.4mm1轮廓刀尖355T0505內沟槽刀4mm槽宽1螺纹退刀槽6T0606螺纹刀1螺纹刀尖602.2.7切削用量的选择数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。这些参数均应在机床给定的允许围选取。1. 切削用量的选择原则 粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大

48、背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。（2）切削用量的选取方法背吃刀量的选择 粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达810mm；半精加工的背吃刀量取0.55mm；精加工的背吃刀量取0.21.5mm。进给速度（进给量

49、）的确定 粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。 进给速度f可以按公式f =fn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.30.8mmr；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。切削速度的确定 切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加

50、工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。 切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式 n=l000vc/D 来确定主轴转速n（r/min）。 在工厂的实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查表的方式进行选取。常用切削用量推荐表，供参考。表2-2 硬质合金刀具切削用量推荐表刀具材料工件材料粗加工精加工切削速度mm/min进给量（mm/r）被吃刀量mm切削速度mm/min）进给量（mm/r）被吃刀量mm硬质合金或涂层硬质合金碳钢2200.232600.10.4低合金钢1800.20.2332202200.10.10.4高合金钢1200.231600.10.4铸铁

51、800.20.2331401400.10.10.4不锈钢800.221200.10.2钛合金400.30.21.51.560600.10.10.4灰铸铁1200.30.3221501500.150.150.5球墨铸铁1000.20.321201200.150.150.5铝合金16000.21.516000.10.5 表2-3 常用切削用量推荐表工件材料加工容背吃刀量apmm切削速度vcmmin-1进给量f/mmr-l刀具材料碳素钢b600MPa粗加工5-760800.20.4YT类粗加工2-3801200.20.4精加工2-61201500.10.2碳素钢b600MPa钻中心孔500800rm

52、in-1W18Cr4V钻孔25300.10.2切断（宽度5mm）701100.10.2YT类铸铁HBS200粗加工50700.20.4YG类精加工701000.10.2切断（宽度5mm）50700.10.2第三章 工艺路线及走刀路线3.1工艺路线3.1.1制定加工工艺路线应遵循的一般原则 制定工艺路线时，必须充分考虑采用确保产品质量，并以最经济的办法达到所要求的生产纲领的必要措施，即应该作到：技术上先进、经济上合理，并有良好、安全的劳动条件。3.1.2工艺阶段的划分零件加工时，一般不是依次加工完各个表面，而是将各表面的粗、精加工分开进行，为此，通常将整个工艺过程划分为以下四个加工阶段：1、粗加

53、工阶段本阶段的主要作用是切去大部分加工余量，为半精加工提供定位基准和均匀而适当的余量。此外，应注意提高生产率。2、半精加工阶段本阶段的作用是为零件主要表面的精加工作好准备（达到一定的精度、粗糙度和精加工余量）并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等），一般在热处理前进行。3、精加工阶段本阶段的作用是使零件主要表面的加工达到图样要求。此阶段切去的余量很少。4、光整加工阶段本阶段的作用是提高加工面的尺寸精度和表面质量，减小加工面粗糙度值，一般不用来纠正形状误差和位置误差。主要适于公差等级在IT6以上，粗糙度值Ra在0.2m以下的表面。热处理工序的安排，应根据零件材料和热处理目的而定。3.

54、1.3工艺路线方案：1. 装夹件2，钻24的通孔；2. 加工52的部分；3. 加工大径维20小径为15的椭圆；4. 掉头装夹平端面；5. 加工锥面部分；6. 车削M302的螺纹，保证以上几步尺寸，同时保证螺纹与通孔的同轴度。7. 卸下件2采用一夹一顶方式装夹件1，倒C1角；8. 加工46部分；9. 加工R16的圆弧；10. 换4的键槽刀车深度为2的键槽；11. 用18的钻头钻孔，深度为35mm；12. 掉头装夹，并保证长度尺寸；13. 加工30的外圆；14. 加工锥度；15. 加工52的阶台；16. 换4的键槽刀车深度为2的螺纹退刀槽；17. 加工M30X2的外螺纹；18. 将件2与件1通过工

55、艺螺纹配合并加工件252部分；19. 检验。3.2确定走刀路线3.2.1走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工件的运动轨迹和方向。包括切削加工的路线及刀具切入、切出等非切削空刀行程路线。走刀路线与零件的加工精度和表面粗糙度是密切相关的，因此编程之前，走到路线的合理选择是非常重要的。3.1.2走刀路线的确定原则是1） 保证零件的加工精度要求。2） 方便数值计算，减少编程工作量。3） 寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。4） 尽量减少程序段数。5） 保证工件轮廓表面加工后的粗糙度的要求，最终轮廓应安排最后一走刀连续加工出来。6） 刀具的进退刀（切入与切出）路线也要认真考虑，以尽量减少

56、在轮廓处停刀（切削力突然变化造成弹性变形）而留下刀痕，也要避免在轮廓面上垂直下刀而划伤工件。图3-1件2轮廓右端走到路线图3-2 件1左端走到路线第四章 数控加工程序4.1数控车床系统功能概述本毕业设计采用SINUMERIK 802D SL系统，现简单介绍SINUMERIK 802D SL系统如下：SINUMERIK 802D SINUMERIK 802S、802C系列是 SIEMENS 公司专为简易数控机床开发的经济型数控系统, 两种系统的区别是:802S/Se/Sbase line 系列采用步进电动机驱动，802C/Ce/Cbase line 系列采用数字式交流伺服驱动系统。该系统的性能/

57、 价格比较高, 比较适合于经济型与普及型车、铣、磨床的控制。 SINUMERIK 802 系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高, 此外系统软件功能也比较完善。SINUMERIK 802S、802C系列是 SIEMENS 公司专为简易数控机床开发的经济型数控系统, 两种系统的区别是:802S/Se/Sbase line 系列采用步进电动机驱动，802C/Ce/Cbase line 系列采用数字式交流伺服驱动系统。SINUMERIK 802D是一种具有免维护性能的操作面板控制系统，是西门子公司针对中国市场进行性价比优化的产品。其核心部件PCU （面板控制单元）将CNC、PLC、人机界

58、面和通讯等功能集成于一体，具有无电池、风扇，免维护等特点。该系统具备中文界面的高质量显示面板，易于操作和编程。它可通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来，控制 4 个数字进给轴和一个数字或 模拟主轴。驱动系统的模块化结构为各种应用提供了最大灵活性，并且易于安装，可靠性高，布线费用低。是用于控制各类车床和铣床的理想控制系统，非常适合于车间级加工应用。 功能特点 1、控制器： (1) 具有免维护性能的SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU （面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。 (2) 模块化的驱动装置SIMODR

59、IVE611Ue配套1FK6系列伺服电机，为机床提供了全数字化的动力。通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行动态优化。 (3) SINUMERIK802D集成了置PLC系统，对机床进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序，简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。2、CNC功能： (1)控制车床、钻铣床 (2)可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴 (3)三轴联动，具有直线插补、平面圆弧插补、螺旋线插补、空间圆弧（CIP） 插补等控制方式 (4)螺纹加工、变距螺纹加工 (4)旋转轴控制

60、(5)端面和柱面坐标转换（C轴功能） (6)前馈控制、加速度突变限制 (7)程序预读可达35段 (8)刀具寿命监控 (9)主轴准停，刚性攻丝、恒线速切削 (10)FRAME功能（坐标的平移、旋转、镜象、缩放） 3、操作单元： (1)单色10.4 TFT显示器，彩色为选件 (2)全功能数控键盘具有水平安装方式，和垂直安装方式 (3)标准机床控制面板（选件） （4）三个手轮接口 （5）RS232串行接口 （6）生产现场总线接口 （7）标准键盘接口 （8）PC卡插槽（用于数据备份和批量生产） 4、操作与显示： （1）带有8个水平软键和8个垂直软键的直观操作 （2）对刀及刀具测量，工件坐标系测量，基本坐标偏移 （3）MDA方式端面加工 （4）程序段搜索运行 （5）坐标轴锁定、快速空运行 （6）后台编程 （7）加工外部程序（通过串行接口） （8）示波器、袖珍计算器、和工件计数器 （9）两种语言在线切换 （10）16种语言可选择安装 （11）在线公英制切换 （12）机床坐标系、工件坐标系、和相对坐标系显示 （13）加工轨迹实时显示（