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浅谈数控零件加工
毕业了，必须要提交毕业论文，合格方可毕业。现在的毕业论文要求挺高的，需要有理论部分，实际应用部分。毕业生们最好需要有充分的时间做好准备，写出有质量的论文。下面YJBYS给大家提供论文范文一篇——浅谈数控零件加工，希望能够帮到大家!
摘 要：此次设计是对典型轴套类零件加工技术的应用及数控加工的工艺性分析，主要是对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、数控加工工艺文件的填写、数控加工程序的编写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。
关键字： 工艺分析，加工程序，切削用量，公差
前言
毕业设计是专业教学工作的重要组成部分和教学过程中的重要实际性环节。
毕业设计的目的是通过设计、培养我们综合运用所学的基础理论知识，专业理论知识和一些相关软件的学习，去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，培养我们建立正确的工艺设计思维，学会查找工具书，掌握数控工艺设计的一般程序，规范和方法。
本次设计选择的课题为轴类零件的车削加工工艺设计设计及其数控加工程序编制。
这次毕业设计让我们对数控加工的各种基础知识有了进一步的了解，同时也为我们以后的工作奠定了一个良好的基础。并锻炼了自己的动手能力，达到了学以致用的目的。它是一次专业技能的重要训练和知识水平的一次全面体检，使学生毕业资格认定的重要依据，同时也为我们将来走向工作岗位奠定了必要的理论基础和实践经验。
1 零件的加工工艺分析
1.1零件图的工艺分析
图1-1
技术要求：
(1)毛坯为φ55×58mm45号钢 (2)锐边倒钝C0.5
(3)未注公差按GB/T1804-m。
数控车床加工的轴类零件一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为45#。如图1-1所示的轴套配合件适合采用数控车床加工。通常轴类零件上的圆柱面用于支撑传动零件(如带轮、齿轮等)和传递扭矩，圆锥面有传递扭矩、高精度定心和装卸方面等特点，端面和台阶用来确定装在轴上的零件的轴向位置，螺纹常用于轴或轴上零件的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。加工如图1-1所示。
1.2分析零件图纸中的尺寸标注
对数控加工来说，最倾向与以同一基准引注尺寸或直接给坐标尺寸，这就是坐标标注法。这种标注法，即便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，保证设计、定位、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员往往在尺寸标注中较多的考虑装配等使用特性要求。而不得不采取局部分散的标注方法，这样会给工序安排与数控加工带来很多不便，事实上，由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的累计误差而破坏使用特性，因而改变局部的分散标注法为集中引注或坐标式尺寸、标注是完全可行的。图1-1所示即为尺寸标注法,这是基本采
用数控设备制造并充分考虑数控加工特点所采取的一种设计原则。
1.3零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造、维修的可行性和经济性。即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证
该零件的视图符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚;几何元素之间的关系准确;尺寸标注完整、清晰。
1、尺寸精度
轴是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6～IT9，精密轴颈可达IT5。套的外径精度相对于内径精度来说邀相对高一些。
该零件总长度为55mm，Φ26的槽上偏差为0，下偏差为0.052精度要求非常高。Φ50外圆的上偏差为0,下偏差为-0.1。
2、表面粗糙度的要求
根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra1.6～6.3μm。随着机器运转速度的增大和精密度 的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。
该零件表面粗糙度除了配合处的公差为1.6μm，另外均为3.2μm。 3、位置精度的要求
位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向同轴度来表示。根据使用要求，规定高精度为0.001～0.005mm，而一般精度的轴为0.01～0.03mm。
如图1-1所示，轴的跳动度公差为0.03mm。
1.4零件毛坯的选择
毛坯材料为45#，强度、硬度、塑性等力学性能好，切学性能、没有经过热处理、等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。轴毛坯下料长为Φ55mm×58mm。
合理的标注尺寸
零件图上的重要尺寸直接标注，在加工时使用工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。
1.5零件的安装
数控车床上零件的安装方法与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下两点：
(1)力求设计、工艺与偏程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。
(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。
根据零件的尺寸、精度要求和生产条件选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类上小型零件。
图1-3
2 数控加工工艺方案的制定
2.1工序与工步的划分
确定加工方案
经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，作出以下加工方案。 1.先加工轴的左端，其走刀路线(如图2-1)
2.然后加工轴的右端,其走刀路线(如图2-2)
2.2加工机床的选择
○1要保证加工零件的技术要求，能加工出合格的产品。 ○2有利于提高生产率。
○3尽可能降低生产成本即生产费用。
根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、现有的生产条件要求。选用CAK6150数控车床(如图2-3)。
图2-3
2.3刀具的选择
数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀具及切削用量。数控车床对刀具提出了更高的要求,不仅要求刀具精度高,刚性好,耐用度高,而且要求安装、调整、刃磨方便,断屑及排屑性能好。
在全功能数控车床上,可预先安装8～12把刀具,当被加工工件改变后,一般不需要更换刀具就能完成工件的全部车削加工.为了满足要求,刀具配备时应注意以下几个问题.
①在可能的范围内,使被加工工件的形状、尺寸标准化,从而刀具的种类,实现不换刀或少换刀,以缩短准备和调整时间.
②使刀具规格化和通用化,以减少刀具的种类,便于刀具管理. ③尽可能草用可转位刀片,磨损后只需更换刀片,增加了刀具的互换性. ④在设计或选择刀具时,应尽量采用高效率、断屑及排屑性能好的刀具.
车床主要用于回转表面的加工,如内/外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、内孔加工等的切削加工。
数控车削常用的车刀一般分为三类,即尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀。如下图(2-4)所示为常用车刀的种类、形状和用途.
综上分析该零件主要以外圆加工为主。选择硬质合金车刀，需要45°车刀、75°外圆刀、切断刀、螺纹刀、钻头。
加工零件为配合件，需要加工内孔，利用如图(2-5)的钻头加工。 钻头直径Φ20。
2.4量具的选择
外圆柱和长度用规格为0～150mm游标卡尺进行测量外圆面、端面的圆跳动用百分表测量，其中圆弧用R规测量。如图(2-6)
游标卡尺：测量范围：0-150mm：分度值：0.02mm
2.5夹具的选择
夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工时夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度;二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：
(1)尽量选用可调整夹具，组合夹具及其它适用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。
(2)在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 (3)装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。
(4)夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 (5)夹具是否使用方便、安全。 夹具的类型
数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在可调卡爪的卡盘(三爪、四爪)中，由卡盘传动旋转;另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。
综上所述，三爪卡盘具有自动定心的特点，加工该零件选用三爪卡盘加工。
2.6冷却液的选择
金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减小刀具磨损和工件的热变形，从而可以提高刀具的耐用度、加工效率和加工质量。
切削液的选择应考虑下列几点因素：
1.润滑 具有良好润滑能力的切屑液可减少刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和粘结，因此，可减少刀具磨损，提高工件表面质量。
2.冷却 具有良好冷却作用的切屑液能从切削区域带走大量切削热，使切削温度降低。 3.清洗 具有良好清洗能力的切屑液可以冲走切削区域与机床上的细碎切屑和脱落的磨粒，防止划伤已加工表面和导轨。
4.防锈 切削液中加入防锈剂，如亚硝酸钠、磷酸三钠和石油磺酸钡等，可在金属表面形成一层保护膜，起防锈作用。
常用切削液的种类如表所示 常用冷却液
在加工此轴类零件时根据该工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷却液的作用和价格来考虑，加工时选择乳化液比较合理。冷却液作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。
3 切削用量的选择
3.1切削用量的选择原则
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背吃刀量、进给速度等，并以数控系统规定的格式输入到程序中。切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。这在实际中也很难把握，要有丰富的实践经验才能够确定合适的切削用量。在数控编程时只能凭借编程者的经验和刀具的切削用量推荐值初步确定，而最终的切削用量将根据零件数控程序的调试结果和实际加工情况来确定。
切削用量的选择原则是：粗加工时以提高生产率为主，同时兼顾经济性和加工成本的考虑;半精加工和精加工时，应同时兼顾切削效率和加工成本的前提下，保证零件的加工质量。值得注重的是，切削用量(主轴转速、切削深度及进给量)是一个有机的整体，只有三者相互适应，达到最合理的匹配值，才能获得最佳的切削用量。
确定切削用量时应根据加工性质、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具体要求，通过查阅切削手册并结合经验加以确定，确定切削用量时除了遵循一般的原则和方法外，还应考虑以下因素的影响：
(1)刀具差异的影响——不同的刀具厂家生产的刀具质量差异很大，所以切削用量需根据实际用刀具和现场经验加以修正。
(2)机床特性的影响——切削性能受数控机床的功率和机床的刚性限制，必须在机床说明书
规定的范围内选择。避免因机床功率不够发生闷车现象，或刚性不足产生大的机床振动现象，影响零件的加工质量、精度和表面粗糙度。
(3)数控机床生产率的影响——数控机床的工时费用较高，相对而言，刀具的损耗成本所占的比重较低，应尽量采用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率。
3.2背吃刀量的选择
1)确定背吃刀量ap(mm)
背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度答应的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般留少量的余量(0.2～0.5mm)，在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性答应的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表面完整性。
综合考虑得到：粗加工时选取2.0mm的背吃刀量。 精加工余量取0.1～0.2mm
3.3确定主轴转速
主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。外圆车削及其计算公式为： n=1000v/πD 式中
v----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定; n----主轴转速，单位为 r/min; D----工件直径或刀具直径，单位为mm。 而车螺纹时的主轴转速如下：
1200
n
式中：P—工件螺纹的螺距或导程(mm); k—保险系数，一般取75-85之间的值。
计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。
切削速度VC与刀具耐用度关系比较密切，随着VC的加大，刀具耐用度将急剧下降，故VC的选择主要取决于刀具耐用度。
主轴转速n确定后，必须按照数控机床控制系统所规定的格式写入数控程序中。在实际操作中，操作者可以根据实际加工情况，通过适当调整数控机床控制面板上的主轴转速倍率开关，来控制主轴转速的大小，以确定最佳的主轴转速。
综上所述：切削零件外圆时主轴转速粗加工转速为500 mm/r，精加工转速为1200 mm/r。螺纹转速为700 mm/r。
3.4进给量或进给速度的选择
进给速度F是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r或mm/min。 进给量或进给速度在数控机床上使用进给功能字F表示的，F是数控机床切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料来确定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低时，选择的进给量数值就越小。实际中，应综合考虑机床、刀具、夹具和被加工零件精度、材料的机械性能、曲率变化、结构刚性、工艺系统的刚性及断屑情况，选择合适的进给速度。
进给率数是一个非凡的进给量表示方法，即进给率的时间倒数——FRN(Feed Rate Number的缩写)，对于直线插补的进给率数为：
式中F——进给量(m/min)。
L——程序段的加工长度，是刀具沿工件所走的有效距离(mm)。
程序段中编入了进给率数FRN，实际上就规定了执行该程序段的时间T，它们之间的关系是： 程序编制时选定进给量F后，刀具中心的运动速度就一定了。在直线切削时，切削点(刀具与加工表面的切点)的运动速度就是程序编制时给定的进给量。但是在做圆弧切削时，切削点实际进给量并不等于程序编制时选定的刀具中心的进给量。
在轮廓加工中选择进给量F时，应注重在轮廓拐角处的“超程”问题，非凡是在拐角较大而且进给量也较大时，应用在接近拐角处适当降低速度，而在拐角过后再逐渐提速的方法来保证加工精度。
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。为了获得最高的生产率和单位时间的最高切除率，在保证零件加工质量和刀具耐用度前提下，应合理地确定切削参数。
所以，此处我们应当根据经验和粗精加工而定,粗加工选取F2.0左右。精加工时选取较少的加工余量F0.2—F0.3。
4 数控加工工艺过程卡片
4.1确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求; 2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
3)选择切入切出方向，尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停(切削力突然变化造成弹性变形)，以免留下刀痕。
4)应尽量简化数学处理时的 数值计算工作量，以减少编程工作量。 加工路线如下： 1、平右端面;
2、用G71循环粗加工指令加工右轮廓到26;
3、用G70精加工指令进行精加工; 4、然后用G75指令切φ21的槽; 5、用G92指令加工M20的螺纹; 6、调头加工左端轴、并且保证长度; 7、用G71循环粗加工指令加工左轮廓到46; 8、用G70精加工指令进行精加工左端外轮廓;
9、对工件进行测量，取下工件，收拾工具，进行总结;
4.2数控加工工艺过程卡片
数控加工工艺卡
4.3刀具卡
数控加工刀具卡
4.4编写程序数控加工程序
车削轴左端 O0001
N1 M03 S400 T0101; N2 M08;
N3 G00 X57 Z2 ; N4 G01 Z-1 F0.3; N5 X0.0; N6 G00 X200 Z60; N7 T0202;
N8 G00 X56 Z2.0; N9 G71 u2.0 R1.0;
N10 G71 P11 Q19 u0.4 W0.1 F0.3; 循环粗车左端外圆 N11 G00 X21; N12 G01 Z0 F0.3; N13 X24 Z-1.5; N14 Z-17.5;
N15 X26 Z-18.5; N16 Z-24.95; N17 X48; N18 X49.9 Z-26;
N19 Z-35; N20 G00 X80 Z100; N21 M05; N22 M00;
N23 M03 S1200 T0202; N24 G00 X51 Z2;
N25 G70 P11 Q19 F0.2; N26 G00 X80; N27 Z100;
N28 M03 S450 T0303; N29 X27 Z-17.5; N30 G75 R0.1;
N31 G75 X21 Z-17.5 P500 Q1000 R0 F0.2; N32 G00 X80 Z100; N33 T0404; N34 G00 X25 Z2;
N35 G92 X23.4 Z-15.5 F2.0; N36 X22.8; N37 X22.2; N38 X22.05; N39 G00 X100; N40 Z100; N41 M09; N42 M05; N43 M30; %
车削轴右端 O0002
N01 M03 S450 T0101; N02 M08;
N03 G00 X57 Z2; N04 G01 Z-2 F0.3;
精车左端外圆切槽 车螺纹
N05 X0; N06 G00 X200 Z60; N07 T0202;
N08 G00 X56 Z2.0; N09 G71 u2.0 R0.5;
N10 G71 P11 Q15 u0.4 W0.1 F0.3; 粗车右端外圆 N11 G00 X24; N12 G01 Z0.0; N13 X36 Z-19.95; N14 X40
N15 G03 X50 Z-25 R5; N16 G00 X80 Z100; N17 M05; N18 M00;
N19 M03 S1200 T0202;
N20 G70 P11 Q15 F0.2; N21 G00 X100; N22 Z100; N23 M09; N24 M05; N25 M30; % 精车右端外圆
5 零件的加工及结果分析
5.1对刀
加工中,一般我们都采用试切法对刀。
首先对Z轴，当刀走到如下图时，进入“offset setting” →坐标系，输入Z0.按测量，Z轴就对好了(如图5-1)。
图5-1 图5-1
再对X轴，当刀走到如下图时，主轴停，用卡尺测
量d, 进入“offset setting” →坐标系,输入侧得的值，X轴也就对好了(如图5-2)。
图5-2
5.2加工零件
首先为了保证程序毫无差错，一般都先用已经输入的程序，试运行，即使程序有错
也不会浪费毛坯件，也便于及时修改程序。这样确定所有程序的路线、加工工艺都正确无误后，便可对零件进行机械加工。点击控制面板上的“PROG” →输入要加工的程序名称→ “自动”→“循环启动”→“开冷却液”完成一系列的操作后，数控机床对工件进行自动加工了(仿真如图5-3)。
图5-3
5.3零件加工结果
零件在加工好后，使用游标卡尺和R规进行测量，测量的结果显示各项尺寸都在公差范围之内，均合格，但是个别尺寸在公差中偏高或偏低，表面质量也不是非常好。
5.4原因分析
零件的轮廓粗糙度明显达不到要求，其原因主要有：刀具的选择、切削用量的确定、下刀点的选择等。刀具的选择，主要体现在加工零件时选用的刀具比较小，使零件的粗糙度没有达到要求。切削用量，主要体现在加工圆弧时，有过切和超程现象。下刀点，主要体现在加工槽时，下刀点选择没有考虑到零件的实际轮廓。
另外，在加工时要求机床主轴具有一定的回转运动精度。即加工过程中主轴回转中心相对刀具或者工件的精度，当主轴回转时，实际回转轴线其位置总是在变动的，也就是说，存在着回转误差主轴的回转误差可分为三种形式：轴向窜动、径向圆跳动角度摆角、主轴回转误差对加工精度的影响，切削加工过程中的机床主轴回转误差使得刀具和工件间的相对位置不断改变，影响着成形运动的准确性，在工件上引起加工误差。
5.5解决方法
根据零件加工的质量结果和原因分析，提出解决方法。一是刀具的选用，应尽可能选较大的刀具，以提高轮廓粗糙度。二是进给量的确定，应在圆弧和拐角处降低进给量，以免造成过切和超程。三是下刀点的选择，应尽量避免与以加工表面形成干涉。四是加工余量的确定，X、Z轴的加工余量应该合理。
总结：本次毕业设计，是理论与实践结合的一次应用。通过本次毕业设计让我巩固了大学三年的学习课程，机械设计、机械制图、数控编程、等课程。还更加深入学习编程技巧，操作机床的实践能力，并为今后工作打下坚实基础。本设计根据我院实际情况设计而定。因学生水平有限，加之时间仓促，设计中不足之处和错误，恳请老师和专家批评指正。
值此论文完成之际，向我的指导老师致以深深的敬意和谢意。同时我还要感谢王老师对我悉心指导和多次给予的方向性的建议，并感谢同学给予了我支持和鼓励。
致谢
在本次论文设计过程中，刘培跃老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在此感谢老师在我学习中的指导与督促，同时感谢她的谅解与包容。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，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。
最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
参考文献：
[1].袁锋.数控车床培训教程.[M]--北京：机械工业出版社.2008.
[2].陈洪涛.数控加工工艺与编程.[M]--北京：高等教育出版社。2003.9
[3].王定勇.数控车削编程与加工.[M]--北京：国防教育出版社。2008.2
[4].薛彦成.公差配合与技术测量.[M]-- 机械工业出版社。2005.
[5].罗学科.数控机床编程与操作实例.[M]--北京：化学工业出版社。2001
[6].焦小明.机械加工技术.[M]—北京：机械工业出版社。2005.7
[7].玄炳唐、宋业钧.数控设备选用指导手册.机械工业出版社.2002
毕业设计是专业教学工作的重要组成部分和教学过程中的重要实际性环节。
毕业设计的目的是通过设计、培养我们综合运用所学的基础理论知识，专业理论知识和一些相关软件的学习，去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，培养我们建立正确的工艺设计思维，学会查找工具书，掌握数控工艺设计的一般程序，规范和方法。
本次设计选择的课题为轴类零件的车削加工工艺设计设计及其数控加工程序编制。
这次毕业设计让我们对数控加工的各种基础知识有了进一步的了解，同时也为我们以后的工作奠定了一个良好的基础。并锻炼了自己的动手能力，达到了学以致用的目的。它是一次专业技能的重要训练和知识水平的一次全面体检，使学生毕业资格认定的重要依据，同时也为我们将来走向工作岗位奠定了必要的理论基础和实践经验。
1 零件的加工工艺分析
1.1零件图的工艺分析
图1-1
技术要求：
(1)毛坯为φ55×58mm45号钢 (2)锐边倒钝C0.5
(3)未注公差按GB/T1804-m。
数控车床加工的轴类零件一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为45#。如图1-1所示的轴套配合件适合采用数控车床加工。通常轴类零件上的圆柱面用于支撑传动零件(如带轮、齿轮等)和传递扭矩，圆锥面有传递扭矩、高精度定心和装卸方面等特点，端面和台阶用来确定装在轴上的零件的轴向位置，螺纹常用于轴或轴上零件的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。加工如图1-1所示。
1.2分析零件图纸中的尺寸标注
对数控加工来说，最倾向与以同一基准引注尺寸或直接给坐标尺寸，这就是坐标标注法。这种标注法，即便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，保证设计、定位、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员往往在尺寸标注中较多的考虑装配等使用特性要求。而不得不采取局部分散的标注方法，这样会给工序安排与数控加工带来很多不便，事实上，由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的累计误差而破坏使用特性，因而改变局部的分散标注法为集中引注或坐标式尺寸、标注是完全可行的。图1-1所示即为尺寸标注法,这是基本采
用数控设备制造并充分考虑数控加工特点所采取的一种设计原则。
1.3零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造、维修的可行性和经济性。即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证
该零件的视图符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚;几何元素之间的关系准确;尺寸标注完整、清晰。
1、尺寸精度
轴是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6～IT9，精密轴颈可达IT5。套的外径精度相对于内径精度来说邀相对高一些。
该零件总长度为55mm，Φ26的槽上偏差为0，下偏差为0.052精度要求非常高。Φ50外圆的上偏差为0,下偏差为-0.1。
2、表面粗糙度的要求
根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra1.6～6.3μm。随着机器运转速度的增大和精密度 的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。
该零件表面粗糙度除了配合处的公差为1.6μm，另外均为3.2μm。 3、位置精度的要求
位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向同轴度来表示。根据使用要求，规定高精度为0.001～0.005mm，而一般精度的轴为0.01～0.03mm。
如图1-1所示，轴的跳动度公差为0.03mm。
1.4零件毛坯的选择
毛坯材料为45#，强度、硬度、塑性等力学性能好，切学性能、没有经过热处理、等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。轴毛坯下料长为Φ55mm×58mm。
合理的标注尺寸
零件图上的重要尺寸直接标注，在加工时使用工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。
1.5零件的安装
数控车床上零件的安装方法与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下两点：
(1)力求设计、工艺与偏程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。
(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。
根据零件的尺寸、精度要求和生产条件选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类上小型零件。
图1-3
2 数控加工工艺方案的制定
2.1工序与工步的划分
确定加工方案
经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，作出以下加工方案。 1.先加工轴的左端，其走刀路线(如图2-1)
2.然后加工轴的右端,其走刀路线(如图2-2)
2.2加工机床的选择
○1要保证加工零件的技术要求，能加工出合格的产品。 ○2有利于提高生产率。
○3尽可能降低生产成本即生产费用。
根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、现有的生产条件要求。选用CAK6150数控车床(如图2-3)。
图2-3
2.3刀具的选择
数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀具及切削用量。数控车床对刀具提出了更高的要求,不仅要求刀具精度高,刚性好,耐用度高,而且要求安装、调整、刃磨方便,断屑及排屑性能好。
在全功能数控车床上,可预先安装8～12把刀具,当被加工工件改变后,一般不需要更换刀具就能完成工件的全部车削加工.为了满足要求,刀具配备时应注意以下几个问题.
①在可能的范围内,使被加工工件的形状、尺寸标准化,从而刀具的种类,实现不换刀或少换刀,以缩短准备和调整时间.
②使刀具规格化和通用化,以减少刀具的种类,便于刀具管理. ③尽可能草用可转位刀片,磨损后只需更换刀片,增加了刀具的互换性. ④在设计或选择刀具时,应尽量采用高效率、断屑及排屑性能好的刀具.
车床主要用于回转表面的加工,如内/外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、内孔加工等的切削加工。
数控车削常用的车刀一般分为三类,即尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀。如下图(2-4)所示为常用车刀的种类、形状和用途.
综上分析该零件主要以外圆加工为主。选择硬质合金车刀，需要45°车刀、75°外圆刀、切断刀、螺纹刀、钻头。
加工零件为配合件，需要加工内孔，利用如图(2-5)的钻头加工。 钻头直径Φ20。
2.4量具的选择
外圆柱和长度用规格为0～150mm游标卡尺进行测量外圆面、端面的圆跳动用百分表测量，其中圆弧用R规测量。如图(2-6)
游标卡尺：测量范围：0-150mm：分度值：0.02mm
2.5夹具的选择
夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工时夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度;二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：
(1)尽量选用可调整夹具，组合夹具及其它适用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。
(2)在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 (3)装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。
(4)夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 (5)夹具是否使用方便、安全。 夹具的类型
数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在可调卡爪的卡盘(三爪、四爪)中，由卡盘传动旋转;另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。
综上所述，三爪卡盘具有自动定心的特点，加工该零件选用三爪卡盘加工。
2.6冷却液的选择
金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减小刀具磨损和工件的热变形，从而可以提高刀具的耐用度、加工效率和加工质量。
切削液的选择应考虑下列几点因素：
1.润滑 具有良好润滑能力的切屑液可减少刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和粘结，因此，可减少刀具磨损，提高工件表面质量。
2.冷却 具有良好冷却作用的切屑液能从切削区域带走大量切削热，使切削温度降低。 3.清洗 具有良好清洗能力的切屑液可以冲走切削区域与机床上的细碎切屑和脱落的磨粒，防止划伤已加工表面和导轨。
4.防锈 切削液中加入防锈剂，如亚硝酸钠、磷酸三钠和石油磺酸钡等，可在金属表面形成一层保护膜，起防锈作用。
常用切削液的种类如表所示 常用冷却液
在加工此轴类零件时根据该工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷却液的作用和价格来考虑，加工时选择乳化液比较合理。冷却液作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。
3 切削用量的选择
3.1切削用量的选择原则
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背吃刀量、进给速度等，并以数控系统规定的格式输入到程序中。切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。这在实际中也很难把握，要有丰富的实践经验才能够确定合适的切削用量。在数控编程时只能凭借编程者的经验和刀具的切削用量推荐值初步确定，而最终的切削用量将根据零件数控程序的调试结果和实际加工情况来确定。
切削用量的选择原则是：粗加工时以提高生产率为主，同时兼顾经济性和加工成本的考虑;半精加工和精加工时，应同时兼顾切削效率和加工成本的前提下，保证零件的加工质量。值得注重的是，切削用量(主轴转速、切削深度及进给量)是一个有机的整体，只有三者相互适应，达到最合理的匹配值，才能获得最佳的切削用量。
确定切削用量时应根据加工性质、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具体要求，通过查阅切削手册并结合经验加以确定，确定切削用量时除了遵循一般的原则和方法外，还应考虑以下因素的影响：
(1)刀具差异的影响——不同的刀具厂家生产的刀具质量差异很大，所以切削用量需根据实际用刀具和现场经验加以修正。
(2)机床特性的影响——切削性能受数控机床的功率和机床的刚性限制，必须在机床说明书
规定的范围内选择。避免因机床功率不够发生闷车现象，或刚性不足产生大的机床振动现象，影响零件的加工质量、精度和表面粗糙度。
(3)数控机床生产率的影响——数控机床的工时费用较高，相对而言，刀具的损耗成本所占的比重较低，应尽量采用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率。
3.2背吃刀量的选择
1)确定背吃刀量ap(mm)
背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度答应的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般留少量的余量(0.2～0.5mm)，在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性答应的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表面完整性。
综合考虑得到：粗加工时选取2.0mm的背吃刀量。 精加工余量取0.1～0.2mm
3.3确定主轴转速
主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。外圆车削及其计算公式为： n=1000v/πD 式中
v----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定; n----主轴转速，单位为 r/min; D----工件直径或刀具直径，单位为mm。 而车螺纹时的主轴转速如下：
1200
n
式中：P—工件螺纹的螺距或导程(mm); k—保险系数，一般取75-85之间的值。
计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。
切削速度VC与刀具耐用度关系比较密切，随着VC的加大，刀具耐用度将急剧下降，故VC的选择主要取决于刀具耐用度。
主轴转速n确定后，必须按照数控机床控制系统所规定的格式写入数控程序中。在实际操作中，操作者可以根据实际加工情况，通过适当调整数控机床控制面板上的主轴转速倍率开关，来控制主轴转速的大小，以确定最佳的主轴转速。
综上所述：切削零件外圆时主轴转速粗加工转速为500 mm/r，精加工转速为1200 mm/r。螺纹转速为700 mm/r。
3.4进给量或进给速度的选择
进给速度F是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r或mm/min。 进给量或进给速度在数控机床上使用进给功能字F表示的，F是数控机床切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料来确定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低时，选择的进给量数值就越小。实际中，应综合考虑机床、刀具、夹具和被加工零件精度、材料的机械性能、曲率变化、结构刚性、工艺系统的刚性及断屑情况，选择合适的进给速度。
进给率数是一个非凡的进给量表示方法，即进给率的时间倒数——FRN(Feed Rate Number的缩写)，对于直线插补的进给率数为：
式中F——进给量(m/min)。
L——程序段的加工长度，是刀具沿工件所走的有效距离(mm)。
程序段中编入了进给率数FRN，实际上就规定了执行该程序段的时间T，它们之间的关系是： 程序编制时选定进给量F后，刀具中心的运动速度就一定了。在直线切削时，切削点(刀具与加工表面的切点)的运动速度就是程序编制时给定的进给量。但是在做圆弧切削时，切削点实际进给量并不等于程序编制时选定的刀具中心的进给量。
在轮廓加工中选择进给量F时，应注重在轮廓拐角处的“超程”问题，非凡是在拐角较大而且进给量也较大时，应用在接近拐角处适当降低速度，而在拐角过后再逐渐提速的方法来保证加工精度。
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。为了获得最高的生产率和单位时间的最高切除率，在保证零件加工质量和刀具耐用度前提下，应合理地确定切削参数。
所以，此处我们应当根据经验和粗精加工而定,粗加工选取F2.0左右。精加工时选取较少的加工余量F0.2—F0.3。
4 数控加工工艺过程卡片
4.1确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求; 2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
3)选择切入切出方向，尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停(切削力突然变化造成弹性变形)，以免留下刀痕。
4)应尽量简化数学处理时的 数值计算工作量，以减少编程工作量。 加工路线如下： 1、平右端面;
2、用G71循环粗加工指令加工右轮廓到26;
3、用G70精加工指令进行精加工; 4、然后用G75指令切φ21的槽; 5、用G92指令加工M20的螺纹; 6、调头加工左端轴、并且保证长度; 7、用G71循环粗加工指令加工左轮廓到46; 8、用G70精加工指令进行精加工左端外轮廓;
9、对工件进行测量，取下工件，收拾工具，进行总结;
4.2数控加工工艺过程卡片
数控加工工艺卡
4.3刀具卡
数控加工刀具卡
4.4编写程序数控加工程序
车削轴左端 O0001
N1 M03 S400 T0101; N2 M08;
N3 G00 X57 Z2 ; N4 G01 Z-1 F0.3; N5 X0.0; N6 G00 X200 Z60; N7 T0202;
N8 G00 X56 Z2.0; N9 G71 u2.0 R1.0;
N10 G71 P11 Q19 u0.4 W0.1 F0.3; 循环粗车左端外圆 N11 G00 X21; N12 G01 Z0 F0.3; N13 X24 Z-1.5; N14 Z-17.5;
N15 X26 Z-18.5; N16 Z-24.95; N17 X48; N18 X49.9 Z-26;
N19 Z-35; N20 G00 X80 Z100; N21 M05; N22 M00;
N23 M03 S1200 T0202; N24 G00 X51 Z2;
N25 G70 P11 Q19 F0.2; N26 G00 X80; N27 Z100;
N28 M03 S450 T0303; N29 X27 Z-17.5; N30 G75 R0.1;
N31 G75 X21 Z-17.5 P500 Q1000 R0 F0.2; N32 G00 X80 Z100; N33 T0404; N34 G00 X25 Z2;
N35 G92 X23.4 Z-15.5 F2.0; N36 X22.8; N37 X22.2; N38 X22.05; N39 G00 X100; N40 Z100; N41 M09; N42 M05; N43 M30; %
车削轴右端 O0002
N01 M03 S450 T0101; N02 M08;
N03 G00 X57 Z2; N04 G01 Z-2 F0.3;
精车左端外圆切槽 车螺纹
N05 X0; N06 G00 X200 Z60; N07 T0202;
N08 G00 X56 Z2.0; N09 G71 u2.0 R0.5;
N10 G71 P11 Q15 u0.4 W0.1 F0.3; 粗车右端外圆 N11 G00 X24; N12 G01 Z0.0; N13 X36 Z-19.95; N14 X40
N15 G03 X50 Z-25 R5; N16 G00 X80 Z100; N17 M05; N18 M00;
N19 M03 S1200 T0202;
N20 G70 P11 Q15 F0.2; N21 G00 X100; N22 Z100; N23 M09; N24 M05; N25 M30; % 精车右端外圆
5 零件的加工及结果分析
5.1对刀
加工中,一般我们都采用试切法对刀。
首先对Z轴，当刀走到如下图时，进入“offset setting” →坐标系，输入Z0.按测量，Z轴就对好了(如图5-1)。
图5-1 图5-1
再对X轴，当刀走到如下图时，主轴停，用卡尺测
量d, 进入“offset setting” →坐标系,输入侧得的值，X轴也就对好了(如图5-2)。
图5-2
5.2加工零件
首先为了保证程序毫无差错，一般都先用已经输入的程序，试运行，即使程序有错
也不会浪费毛坯件，也便于及时修改程序。这样确定所有程序的路线、加工工艺都正确无误后，便可对零件进行机械加工。点击控制面板上的“PROG” →输入要加工的程序名称→ “自动”→“循环启动”→“开冷却液”完成一系列的操作后，数控机床对工件进行自动加工了(仿真如图5-3)。
图5-3
5.3零件加工结果
零件在加工好后，使用游标卡尺和R规进行测量，测量的结果显示各项尺寸都在公差范围之内，均合格，但是个别尺寸在公差中偏高或偏低，表面质量也不是非常好。
5.4原因分析
零件的轮廓粗糙度明显达不到要求，其原因主要有：刀具的选择、切削用量的确定、下刀点的选择等。刀具的选择，主要体现在加工零件时选用的刀具比较小，使零件的粗糙度没有达到要求。切削用量，主要体现在加工圆弧时，有过切和超程现象。下刀点，主要体现在加工槽时，下刀点选择没有考虑到零件的实际轮廓。
另外，在加工时要求机床主轴具有一定的回转运动精度。即加工过程中主轴回转中心相对刀具或者工件的精度，当主轴回转时，实际回转轴线其位置总是在变动的，也就是说，存在着回转误差主轴的回转误差可分为三种形式：轴向窜动、径向圆跳动角度摆角、主轴回转误差对加工精度的影响，切削加工过程中的机床主轴回转误差使得刀具和工件间的相对位置不断改变，影响着成形运动的准确性，在工件上引起加工误差。
5.5解决方法
根据零件加工的质量结果和原因分析，提出解决方法。一是刀具的选用，应尽可能选较大的刀具，以提高轮廓粗糙度。二是进给量的确定，应在圆弧和拐角处降低进给量，以免造成过切和超程。三是下刀点的选择，应尽量避免与以加工表面形成干涉。四是加工余量的确定，X、Z轴的加工余量应该合理。
总结：本次毕业设计，是理论与实践结合的一次应用。通过本次毕业设计让我巩固了大学三年的学习课程，机械设计、机械制图、数控编程、等课程。还更加深入学习编程技巧，操作机床的实践能力，并为今后工作打下坚实基础。本设计根据我院实际情况设计而定。因学生水平有限，加之时间仓促，设计中不足之处和错误，恳请老师和专家批评指正。
值此论文完成之际，向我的指导老师致以深深的敬意和谢意。同时我还要感谢王老师对我悉心指导和多次给予的方向性的建议，并感谢同学给予了我支持和鼓励。
致谢
在本次论文设计过程中，刘培跃老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在此感谢老师在我学习中的指导与督促，同时感谢她的谅解与包容。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，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。
最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
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