1、云南国防工业职业技术学院毕业设计(论文)题目名称： 铣削、工艺、车削零件的加工过程 学生姓名： 杨 建 明 学 号： 14580103711041 系 /专业： 14 数 控 技 术 指导教师： 叶 选 林 - 2 -摘要数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组 成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数 控 铣 床 是 在 普 通 铣 床 上 集 成 了 数 字 控 制 系统 ， 可 以 在 程 序 代 码 的 控 制 下 较 精 确 地 进 行 铣 削 加 工 的 机 床 。数控加工就是
2、将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数 控 技 术 和 数 控 装 备 是 制 造 工 业 现 代 化 的 重 要 基 础 。 这 个 基 础 是 否 牢 固直 接 影 响 到 一 个 国 家 的 经 济 发 展 和 综 合 国 力 ， 关 系 到 一 个 国 家 的 战 略 地 位 。因 此 ， 世 界 上 各 工 业 发 达 国 家 均 采 取 重
3、大 措 施 来 发 展 自 己 的 数 控 技 术 及 其 产业 。 在 我 国 ， 数 控 技 术 与 装 备 的 发 展 亦 得 到 了 高 度 重 视 ， 近 年 来 取 得 了 相 当大 的 进 步 。 特 别 是 在 通 用 微 机 数 控 领 域 ， 以 PC 平 台 为 基 础 的 国 产 数 控 系 统 ，已 经 走 在 了 世 界 前 列 。 但 是 ， 我 国 在 数 控 技 术 研 究 和 产 业 发 展 方 面 亦 存 在 不少 问 题 ， 特 别 是 在 技 术 创 新 能 力 、 商 品 化 进 程 、 市 场 占 有 率 等 方 面 情 况 尤 为突 出 。 在
4、新 世 纪 到 来 时 ， 如 何 有 效 解 决 这 些 问 题 ， 使 我 国 数 控 领 域 沿 着 可 持续 发 展 的 道 路 ， 从 整 体 上 全 面 迈 入 世 界 先 进 行 列 ， 使 我 们 在 国 际 竞 争 中 有 举足 轻 重 的 地 位 ， 将 是 数 控 研 究 开 发 部 门 和 生 产 厂 家 所 面 临 的 重 要 任 务 。本设计主要是针对数控铣削加工及编程，首先简单的介绍了数控技术的产生与发展，铣削工艺的选择，然后以具体的零件加工，从刀具、主轴转速、夹具的选择到程序的编写，都具体的介绍了。关键字：数控技术、数控加工、工艺参数、铣削加工、数控编程、装备。
5、- 3 -目 录摘 要.3第 1章 数控概述.51.1 数控技术.51.1.1 数控技术的产生与发展.51.1.2 数控系统.7 1.2 数控机床.81.2.1 数控机床简介.81.2.2 数控机床的产生.9 1.2.3 数控机床的发展趋势.101.3 数控机床的特点.101.4数控机床的组成.11第 2章 数控机床的分类.12第 3章 数控加工工艺.13 3.1 数控加工工艺概念及内容.14 3.2 工序与工步的划分.143.3 数控加工零件的工艺性分析.15 3.4 毛坯的选择和加工余量的确定.163.5 确定定位和夹紧方案.17第 4章 数控加工.18 4.1 数控铣床及加工的内容和工艺
6、特点.18 4.2 数控加工原理.19 4.3 数控铣削安全操作规程.194.4 加工注意事项.20第 5章 数控加工.225.1 零件图工艺分析.225.2 确定装夹方案.235.3 确定加工顺序.235.4 刀具的选择.235.5 加工工艺路线的确定.245.6 切削用量的选择.255.7 数控编程的简单介绍.255.8 铣削加工程序.28结论.34致谢.34参考文献.35- 4 -第 1 章 数控概论1.1 数控技术1.1.1 数控技术的产生与发展一、数控技术的产生随着电子技术的发展，1946 年世界上第一台电子计算机问世，由此掀开了信息自动化的新篇章。1948 年美国北密支安的一个小型
7、飞机工业承包商帕森斯公司（Parsons Co）在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，提出了采用电子计算机对加工轨迹进行控制和数据处理的设想，后来得到美国空军的支持，并与美国麻省理工学院（MIT）合作，于 1952年研制出第一台三坐标数控铣床。帕森斯的设想，本身就考虑到刀具直径对加工路径的影响， 使得加工精度达到0.0015英寸（这在当时，水平是相当高的） ，因而帕森斯获得了专利。1954年底、美国本迪克斯公司（Bendix Co）在帕森斯专利的基础上生产出了第一台工业用的数控机床。这时数控机床的控制系统（专用电子计算机）采用的是电子管，其体积庞大，功耗高，仅在一些军事部门中承担普通机床难于
8、加工的形状复杂零件。这是第一代数控系统。1959 年晶体管出现。 ，电子计算机应用晶体管元件和印刷电路板，从而使机床数控系统跨入了第二代。20 世纪 60年代，出现了集成电路，数控系统发展到第三代。以上三代，都属于硬逻辑数控系统（称为 NC） 。随着计算机技术的发展，小型计算机应用于数控机床中，由此组成的数控系统称为计算机数控（CNC） ，数控系统进入第四代。二、数控技术的发展趋势数 控 技 术 和 数 控 装 备 是 制 造 工 业 现 代 化 的 重 要 基 础 。 这 个 基 础 是 否 牢 固直 接 影 响 到 一 个 国 家 的 经 济 发 展 和 综 合 国 力 ， 关 系 到 一
9、 个 国 家 的 战 略 地 位 。因 此 ， 世 界 上 各 工 业 发 达 国 家 均 采 取 重 大 措 施 来 发 展 自 己 的 数 控 技 术 及 其 产业 。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT 、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 1.机床的高速化随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋
10、势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。- 5 -2.机床的精密化 按照加工精度，机床可分为普通机床、精密机床和超精机床，加工精度大约每 8 年提高一倍。3.从工序复合到完整加工70 年代出现的加工中心开多工序集成之先河，现已发展到完整加工，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成，一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。4.机床的信息化机床信息化的典型案例是 Mazak410H，该机床配备有信息塔，实现了工作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，下载工作指令和加工程序。工件试切
11、时，可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度，并可以通过手机查询。5.机床的智能化测量、监控和补偿 机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度，机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置，可以通过球杆仪和激光测量后，输入数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器，以监控切削力、振动、热变形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工作精度和稳定性。 6.机床的微型化 随着纳米技术和微机电系统的迅速进展，开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点，最小的
12、微型机床可以放在掌心之中，一个微型工厂可以放在手提箱中。操作者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。 7.新的并联机构原理传统机床是按笛卡尔坐标将沿 3个坐标轴线的移动 X、Y、Z 和绕 3个坐标轴线转动 A、B、C 依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点，应用前景广阔。8.新的工艺过程 除了金属切削和锻压成形外，新的加工工艺方法和过程层出不穷，机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金
13、属制造等应用日益广泛。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通。- 6 -9. 新结构和新材料机床高速化和精密化新结构和新材料机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化，以减少机床部件运动惯量对加工精度的负面影响，大幅度提高机床的动态性能。例如，借助有限元分析对机床构件进行拓扑优化，设计箱中箱结构，以及采用空心焊接结构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。 10.新的设计方法和手段 我国机床设计和开发手段要尽快从甩图板的二维 CAD 向三维 CAD 过渡。三维建模和仿真是现代设计的基础，是企业技术优势的源泉。在此三维设计基础上进行 CAD/CAM/CAE/PDM 的集
14、成，加快新产品的开发速度，保证新产品的顺利投产，并逐步实现产品生命周期管理。11.直接驱动技术 在传统机床中，电动机和机床部件是借助耦合元件，如皮带、齿轮和联轴节等加以连接，实现部件所需的移动或旋转，机和电是分家的。直接驱动技术是将电动机与机械部件集成为一体，成为机电一体化的功能部件，如直线电动机、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。12.开放式数控系统 数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式：1）全开放系统，即基于微机的数控系统，以微机作为平台，采用实时操作系统，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电动机的运动。2）嵌入系统，即 CNC+PC， CNC 控制坐
15、标轴电动机的运动，PC 作为人机界面和网络通信。3）融合系统，在 CNC 的基础上增加 PC 主板，提供键盘操作，提高人机界面功能，如 Siemens840Di 和 Fanuc210i。 13.可重组制造系统 随着产品更新换代速度的加快，专用机床的可重构性和制造系统的可重组性日益重要。通过数控加工单元和功能部件的模块化，可以对制造系统进行快速重组和配置，以适应变型产品的生产需要。14.虚拟机床和虚拟制造 为了加快新机床的开发速度和质量，在设计阶段借助虚拟现实技术，可以在机床还没有制造出来以前，就能够评价机床设计的正确性和使用性能，在早期发现设计过程的各种失误，减少损失，提高新机床开发的质量。1
16、.1.2 数控系统 1.基本概念 - 7 -数控系统是数字控制系统简称，英文名称为 Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC） ，1970 年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。 计算机数控（Computerized numerical control,简称 CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC 系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。 2.结构 CNC 系统的核心是 CNC 装置。由于使用了计算机，系统具有了软
17、件功能，又用 PLC 代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。 计算机数控系统（CNC 系统）是在硬件数控的基础上发展起来的，它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。所以，它是一种包含有计算机在内的数字控制系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。3.组成 数控系统由零件加工程序，输入输出设备，CNC 装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。 （1）CNC 装置的组成CNC 装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工
18、作，两者缺一不可。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入程序、I/O 处理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成， （2）CNC 装置的工作过程 CNC 装置的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程，机床的逻辑功能信息是在 CNC 装置中经译码处理后，在机床逻辑控制软件的控制下，通过一些顺序执行电器送往机床强电部分，去执行机床的强电功能。零件加工程序的坐标控制信息经译码后，通过轨迹计算和速度计算传送给插补工作寄存器，由插补产生的运动指令提供给伺服电动机，去控制机床坐标轴的运动。 （3）CNC 装置可执行的功能
19、 CNC 装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能，这就为丰富数控功能创造条件，也有利于数控机床进入 FMS 和 CIMS。1.2 数控机床1.2.1数控机床的简介 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，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测
20、系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到- 8 -数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制 系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行各种多次重复加工） 、自动换刀（可交换指定刀具、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。数控机床种类繁多，由数控系统
21、通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要 用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工， 具有高精度、 高效率、 高柔性化等综合特点， 适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。数控机床1.2.2 数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的 零件（批量在 10100 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、重型机械以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 用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。 它为单件、小批量生产的精密复杂零件提
22、供了自动化的加工手段。 根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控 制的装置（简称数控装置） ，在运行过程中，不断地引入数字数据，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（computerized numerical ，缩写） 。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理
23、与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。1.2.3 数控机床的发展趋势高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用 化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在以下方面。1、机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包 括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种 复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。 “一台机床就是一个加工厂”“一次装 、 卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。2、智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新
24、的突破，在数控系统的性能上 得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出- 9 -安全区断电保护 功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工 过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。 3、机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得 柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、 车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光 加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 4、精密加工技术有了新进展
25、数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm） ，有些品种已达到 0.05m 左右。超精密数控机床的 提升到目前的微米级（0.001mm） 微细切削和磨削加工， 用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001m） 。通过机床结构设计 优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动 态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入 亚微米、纳米级超精加工时代。 5、功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向 发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力 矩电机、直
26、线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极 大的提高数控机床的技术水平。 1.3数控机床的特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通 机床相比，数控机床有如下特点：1、加工精度高，具有稳定的加工质量； 2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4、机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机 床的 35 倍） ； 5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6、有 利 于 生 产 管 理 的 现 代 化 数 控 机 床 使 用 数 字 信 息
27、与 标 准 代 码 处 理 、传 递 信 息 ， 使 用 了 计 算 机 控 制 方 法 ， 为 计 算 机 辅 助 设 计 、 制 造 及 管 理 一 体 化奠 定 了 基 础 ； 7、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；8、对 加 工 对 象 的 适 应 性 强 ， 适 应 模 具 等 产 品 单 件 生 产 的 特 点 ， 为 模 具 的制 造 提 供 了 合 适 的 加 工 方 法 ；9、 可 靠 性 高 。1.4数控机床的组成- 10 -数控机床一般由下列几个部分组成：1、主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。 他是用于完成各种切削加工
28、的机械部件。 数控机床2、数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT 显示器、键盒、 纸带阅读机等） 以及相应的软件， 用于输入数字化的零件程序， 并完成输入信息的存储、 数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3、驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、 主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进 给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4、辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如 冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工
29、作台、 数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5、编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 第 2章 数控机床的分类2.1 按加工工艺方法分类金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数 控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很 大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较 高的生产率和自动化程度。在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。 加工中心机床 进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是 在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹 后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺 纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件 多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高 了生产效率和加工质量。
