上海震旦职业学院题目：数控轴类复合零件加工及工艺设计系别：机械电子工程系专业：数控技术专业班级：学生姓名：学号：指导教师：**日期：目录一、数控的概况 (1)（一）国内外数控系统发展概况 (1)（二）性能发展方向 (1)（三）功能发展方向 (2)（四）体系结构的发展 (2)二、零件图及工艺分析 (3)（一）零件图 (3)（二）工艺分析 (3)1.机床的选择及介绍 (4)2.刀具的选择和切削参数 (4)3.夹具的选择 (5)4.夹具的类型 (6)5.零件的安装 (6)三、零件的加工工艺规程 (7)（一）数控加工工序 (7)（二）零件工艺单 (7)四、加工程序及其备注 (8)五、结论 (15)参考文献 (16)致谢 (16)诚信说明 (16)数控车床零件加工及工艺设计一、数控的概况（一）国内外数控系统发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。

目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

（二）性能发展方向1.高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。

由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

2.柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

3.工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。

数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。

数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。

（三）功能发展方向1.用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。

由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。

当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。

图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

2.科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。

可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。

在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

3.插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。

多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

（四）体系结构的发展1.集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。

应用FPD 平板显示技术，可提高显示器性能。

平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。

应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。

2.模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。

根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

3.网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。

通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

二、零件图及工艺分析（一）零件图图1零件简图（二）工艺分析如图1所示，此零件外型规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及凹凸配合等要求较高。

零件结构较为复杂，包含了圆弧，外轮廓，切槽以及三维曲面的加工，且大部分的尺寸均达到IT8--IT7级精度。

工件选用三爪自定心卡盘装夹，由于该零件形状复杂所以把零件分为两步骤完成：先车基准（零件左端面）→车零件最大外圆ø 80 →车ø70及台阶面然后调头装夹车ø65台阶轴→车圆锥面→车ø24圆柱→车ø20圆柱以及R10半圆球，以零件右端半圆球的端点做工件坐标系的原点（也是编程原点）。

在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。

因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。

但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。

所以在审查与分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。

1.机床选择及介绍该零件选用FANUC-OI 系统的车床，配备自动刀架及自动定心三爪卡盘，该机床行程600mm适合于加工总长500内的任意轴类零件。

2.刀具的选择和切削参数车削用量的选择原则是：，其次选择一个较大的（1）粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap进给量f,最后确定一个合适的切削进度v 。

增大背吃刀量a可使走刀次数减少，增p大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。

（2）精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，因此选择较小（但不太小）的背吃刀量a p 和进给量f ，并选用切削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v 。

（3）零件的加工高度H ≤（1/4-1/6）R D ，以保证刀具有足够的刚度。

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模拟方法确定。

同时，使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

刀具选择的结果如下：表1刀具的切削参数93度外圆车刀 切槽刀 60度螺纹车刀3. 夹具的选择数控加工对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、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以加工步骤刀具切削参数主轴转速 序号加工内容刀具规格n/r.min 1 进给速度v f /mm.min类型材料1 粗加工外轮廓 93°外圆偏刀 硬质合金700 200 2 精加工外轮廓 93°外圆偏刀 630 160 3 切螺纹退刀槽 切槽刀 500 80 4车M24螺纹60°普通螺纹车500800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。

本次设计采用普通的三爪自动定心卡盘，其工作效率高，使用方便、准确度高。

4.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，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（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架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转三爪卡盘四爪卡盘5. 零件的安装（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。

（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。

由于本次设计的零件属于短轴类零件，故采用三爪自定心卡盘装夹。

其安装方便、安装精度较高，图2所视。

图2三、零件的加工工艺规程（一）数控加工工序数控加工车削分十三次切削进行加工：1.然后车削端面作为基准。

2.首先进行车削最大外圆ø80。

3.车ø70轴台阶轴4.车削台阶平面。

5.调头装夹。

6.车削ø65轴。

7.车削椎面。

8.车削ø24圆柱。

9.车削ø20圆柱。

10.车削球面。

11.切螺纹退刀槽。

12.车削工艺槽。

13.加工螺纹M24。

（二）零件加工工艺单表2数控加工工序表四、加工程序及其备注加工程序：N10 G50 S10000 ；程序开始N12 G00 G97 S700 T01N14 M03N16 M08N18 G00 X46.777 Z27.753N20 G00 X49.807 Z0.807N22 G00 X44.807 Z0.807N24 G00 X44.100 Z0.100N26 G01 X44.100 Z-24.100 F200 N28 G00 X44.807 Z-23.393N30 G00 X49.807 Z-23.393N32 G00 X49.807 Z0.807N34 G00 X42.807 Z0.807N36 G00 X42.100 Z0.100N38 G01 X42.100 Z-24.100 F200 N40 G00 X42.807 Z-23.393N42 G00 X47.807 Z-23.393N44 G00 X47.807 Z0.807N46 G00 X40.807 Z0.807N48 G00 X40.100 Z0.100N50 G01 X40.100 Z-24.100 F200 N52 G00 X40.807 Z-23.393N54 G00 X45.807 Z-23.393N56 G00 X45.807 Z-0.293N58 G00 X40.807 Z-0.293N60 G00 X40.100 Z-1.000 N62 G01 X40.100 Z-11.000 F200 N64 G01 X40.100 Z-23.000N66 G00 X41.100 Z-23.000N68 G00 X49.807 Z-23.000N70 G00 X46.777 Z27.753N72 M09N74 M30N75 G50 S0N76 G00 G97 700 T02N77 M03N78 M08N79 G00 X42.450 Z24.023N80 G00 X46.966 Z24.023N81 G00 X46.966 Z3.600N82 G00 X46.966 Z-1.400N83 G00 X46.100 Z-1.900N84 G41N85 G01 X-0.100 Z-1.900 F200 N86 G00 X0.766 Z-1.400N87 G00 X0.766 Z3.600N88 G00 X0.766 Z24.023N89 G00 X42.450 Z24.023N90 G40N91 M09N92 M30掉头装夹N10 G50 S10000N12 G00 G97 S700 T01N14 M03N16 M08N18 G00 X27.033 Z41.455N20 G00 X44.744 Z0.807N22 G00 X39.744 Z0.807N24 G00 X39.037 Z0.100N26 G41N28 G01 X39.037 Z-99.900 F200 N30 G01 X40.937 Z-99.900N32 G00 X40.230 Z-99.193N34 G00 X45.230 Z-99.193N36 G00 X45.230 Z0.807N38 G00 X37.744 Z0.807N40 G00 X37.037 Z0.100N42 G01 X37.037 Z-99.900 F200 N44 G01 X39.037 Z-99.900N46 G00 X38.330 Z-99.193N48 G00 X43.330 Z-99.193N50 G00 X43.330 Z0.807N52 G00 X35.744 Z0.807N54 G00 X35.037 Z0.100N56 G01 X35.037 Z-99.900 F200 N58 G01 X37.037 Z-99.900N60 G00 X36.330 Z-99.193N62 G00 X41.330 Z-99.193N64 G00 X41.330 Z0.807 N66 G00 X33.744 Z0.807N68 G00 X33.037 Z0.100N70 G01 X33.037 Z-99.900 F200N72 G01 X35.037 Z-99.900N74 G00 X34.330 Z-99.193N76 G00 X39.330 Z-99.193N78 G00 X39.330 Z0.807N80 G00 X31.744 Z0.807N82 G00 X31.037 Z0.100N84 G01 X31.037 Z-84.603 F200N86 G03 X32.600 Z-90.000I-8.537 K-5.397N88 G01 X32.600 Z-99.900N90 G01 X33.037 Z-99.900N92 G00 X32.330 Z-99.193N94 G00 X37.330 Z-99.193N96 G00 X37.330 Z0.807N98 G00 X29.744 Z0.807N100 G00 X29.037 Z0.100N102 G01 X29.037 Z-82.301 F200N104 G03 X31.037 Z-84.603 I-6.537 K-7.699N106 G00 X31.257 Z-83.627N108 G00 X36.257 Z-83.627N110 G00 X36.257 Z0.807N112 G00 X27.744 Z0.807N114 G00 X27.037 Z0.100N116 G01 X27.037 Z-80.976 F200N118 G03 X29.037 Z-82.301I-4.537K-9.024N120 G00 X28.956 Z-81.304N122 G00 X33.956 Z-81.304N124 G00 X33.956 Z0.807N126 G00 X25.744 Z0.807N128 G00 X25.037 Z0.100N130 G01 X25.037 Z-80.224 F200 N132 G03 X27.037 Z-80.976 I-2.537 K-9.776N134 G00 X26.723 Z-80.027N136 G00 X31.723 Z-80.027N138 G00 X31.723 Z0.807N140 G00 X23.744 Z0.807N142 G00 X23.037 Z0.100N144 G01 X23.037 Z-79.914 F200 N146 G03 X25.037 Z-80.224I-0.537 K-10.086N148 G00 X24.530 Z-79.362N150 G00 X29.530 Z-79.362N152 G00 X29.530 Z0.807N154 G00 X21.744 Z0.807N156 G00 X21.037 Z0.100N158 G01 X21.037 Z-72.399 F200 N160 G01 X22.600 Z-76.983N162 G01 X22.600 Z-79.900N164 G03 X23.037 Z-79.914 I-0.100 K-10.100N166 G00 X22.369 Z-79.171N168 G00 X27.369 Z-79.171 N170 G00 X27.369 Z0.807N172 G00 X19.744 Z0.807N174 G00 X19.037 Z0.100N176 G01 X19.037 Z-66.532 F200 N178 G01 X21.037 Z-72.399N180 G00 X21.478 Z-71.501N182 G00 X26.478 Z-71.501N184 G00 X26.478 Z0.807N186 G00 X17.744 Z0.807N188 G00 X17.037 Z0.100N190 G01 X17.037 Z-60.665 F200 N192 G01 X19.037 Z-66.532N194 G00 X19.478 Z-65.635N196 G00 X24.478 Z-65.635N198 G00 X24.478 Z0.807N200 G00 X15.744 Z0.807N202 G00 X15.037 Z0.100N204 G01 X15.037 Z-54.900 F200 N206 G01 X15.072 Z-54.900N208 G01 X17.037 Z-60.665N210 G00 X17.478 Z-59.768N212 G00 X22.478 Z-59.768N214 G00 X22.478 Z0.807N216 G00 X13.744 Z0.807N218 G00 X13.037 Z0.100N220 G01 X13.037 Z-54.900 F200 N222 G01 X15.037 Z-54.900N224 G00 X14.330 Z-54.193N226 G00 X19.330 Z-54.193N228 G00 X19.330 Z0.807N230 G00 X11.744 Z0.807N232 G00 X11.037 Z0.100N234 G01 X11.037 Z-19.900 F200 N236 G01 X12.100 Z-19.900N238 G01 X12.100 Z-50.000N240 G01 X12.100 Z-54.900N242 G01 X13.037 Z-54.900N244 G00 X12.330 Z-54.193N246 G00 X17.330 Z-54.193N248 G00 X17.330 Z0.807N250 G00 X9.744 Z0.807N252 G00 X9.037 Z0.100N254 G01 X9.037 Z-7.490 F200N256 G03 X10.100 Z-12.000 I-9.037 K-4.510N258 G01 X10.100 Z-19.900N260 G01 X11.037 Z-19.900N262 G00 X10.330 Z-19.193N264 G00 X15.330 Z-19.193N266 G00 X15.330 Z0.807N268 G00 X7.744 Z0.807N270 G00 X7.037 Z0.100N272 G01 X7.037 Z-4.755 F200N274 G03 X9.037 Z-7.490 I-7.037 K-7.245N276 G00 X9.354 Z-6.541N278 G00 X14.354 Z-6.541N280 G00 X14.354 Z0.807 N282 G00 X5.744 Z0.807N284 G00 X5.037 Z0.100N286 G01 X5.037 Z-3.246 F200N288 G03 X7.037 Z-4.755 I-5.037 K-8.754N290 G00 X7.023 Z-3.755N292 G00 X12.023 Z-3.755N294 G00 X12.023 Z0.807N296 G00 X3.744 Z0.807N298 G00 X3.037 Z0.100N300 G01 X3.037 Z-2.367 F200N302 G03 X5.037 Z-3.246 I-3.037 K-9.633N304 G00 X4.777 Z-2.280N306 G00 X9.777 Z-2.280N308 G00 X9.777 Z0.807N310 G00 X1.744 Z0.807N312 G00 X1.037 Z0.100N314 G01 X1.037 Z-1.953 F200N316 G03 X3.037 Z-2.367 I-1.037 K-10.047N318 G00 X2.575 Z-1.480N320 G00 X7.575 Z-1.480N322 G00 X7.575 Z-1.193N324 G00 X-0.707 Z-1.193N326 G00 X-0.000 Z-1.900N328 G03 X1.037 Z-1.953 I0.000 K-10.100 F200N330 G00 X0.406 Z-1.177N332 G00 X44.744 Z-1.177N334 G00 X27.033 Z41.455N336 M01N338 G50 S800N340 G00 G97 S630 T01N342 M03N344 M08N346 G00 X36.929 Z41.006N348 G00 X45.937 Z-1.293N350 G00 X-0.707 Z-1.293N352 G00 X-0.000 Z-2.000N354 G41N356 G03 X10.000 Z-12.000 I0.000 K-10.000 F200N358 G01 X10.000 Z-20.000N360 G01 X12.000 Z-20.000N362 G01 X12.000 Z-50.000N364 G01 X12.000 Z-55.000N366 G01 X15.000 Z-55.000N368 G01 X22.500 Z-77.000N370 G01 X22.500 Z-80.000N372 G03 X32.500 Z-90.000 I0.000 K-10.000N374 G01 X32.500 Z-100.000N376 G01 X40.937 Z-100.000N378 G00 X40.230 Z-99.293N380 G00 X45.937 Z-99.293N382 G00 X36.929 Z41.006N384 M01 N386 G50 S800N388 G00 G97 S630 T02N390 M03N392 M08N394 G00 X45.251 Z37.632N396 G00 X45.251 Z-50.600N398 G00 X23.000 Z-50.600N400 G00 X18.000 Z-50.600N402 G41N404 G01 X10.100 Z-50.600 F200 N406 G04X0.500N408 G00 X23.000 Z-50.600N410 G00 X23.000 Z-52.600N412 G00 X18.000 Z-52.600N414 G01 X10.100 Z-52.600 F200 N416 G04X0.500N418 G00 X23.000 Z-52.600N420 G00 X23.000 Z-54.600N422 G00 X18.000 Z-54.600N424 G01 X10.100 Z-54.600 F200 N426 G04X0.500N428 G00 X23.000 Z-54.600N430 G00 X23.000 Z-54.900N432 G00 X18.000 Z-54.900N434 G01 X10.100 Z-54.900 F200 N436 G04X0.500N438 G00 X13.000 Z-54.900N440 G00 X17.000 Z-54.900N442 G00 X17.000 Z-50.500N444 G00 X12.000 Z-50.500N446 G01 X10.000 Z-50.500 F200 N448 G01 X10.000 Z-55.000N450 G01 X12.000 Z-55.000N452 G00 X17.000 Z-55.000N454 G00 X45.251 Z-55.000N456 G00 X45.251 Z37.632N458 M01N460 G50 S10000N462 G00 G97 S630 T03N464 M03N466 M08N468 G00 X55.372 Z36.282N470 G00 X55.372 Z-77.600N472 G00 X33.500 Z-77.600N474 G00 X28.500 Z-77.600N476 G41N478 G01 X20.100 Z-77.600 F200 N480 G04X0.500N482 G00 X33.500 Z-77.600N484 G00 X33.500 Z-79.600N486 G00 X28.500 Z-79.600N488 G01 X20.100 Z-79.600 F200 N490 G04X0.500N492 G00 X33.500 Z-79.600N494 G00 X33.500 Z-79.900N496 G00 X28.500 Z-79.900N498 G01 X20.100 Z-79.900 F200 N500 G04X0.500 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K3.000 N658 G01 X12.200 Z-50.000N660 G00 X12.300 Z-50.000N662 G00 X17.300 Z-50.000N664 G00 X17.100 Z-20.000N666 G00 X12.100 Z-20.000N668 G00 X12.000 Z-20.000N670 G01 X10.300 Z-20.000 F200 N672 G33 X10.300 Z-50.000 K3.000 N674 G01 X12.000 Z-50.000N676 G00 X12.100 Z-50.000N678 G00 X17.100 Z-50.000N680 G00 X17.100 Z-20.000N682 G00 X17.000 Z-20.000N684 G00 X12.000 Z-20.000N686 G00 X11.900 Z-20.000N688 G01 X10.200 Z-20.000 F200 N690 G33 X10.200 Z-50.000 K3.000 N692 G01 X11.900 Z-50.000N694 G00 X12.000 Z-50.000N696 G00 X17.000 Z-50.000N698 G00 X16.900 Z-20.000N700 G00 X11.900 Z-20.000N702 G00 X11.800 Z-20.000N704 G01 X10.100 Z-20.000 F200 N706 G33 X10.100 Z-50.000 K3.000 N708 G01 X11.800 Z-50.000N710 G00 X11.900 Z-50.000N712 G00 X16.900 Z-50.000N714 G00 X16.800 Z-20.000N716 G00 X11.800 Z-20.000N718 G00 X11.700 Z-20.000N720 G01 X10.000 Z-20.000 F200 N722 G33 X10.000 Z-50.000 K3.000 N724 G01 X11.700 Z-50.000N726 G00 X11.800 Z-50.000N728 G00 X16.800 Z-50.000N730 G00 X63.694 Z-50.000N732 G00 X63.694 Z36.507N734 M09N736 M30 程序结束五、结论毕业设计是大学学习阶段一次非常难得理论和实践相结合的机会，通过这次系统的设计，使我摆脱了单纯的学理论知识的阶段，实际设计提高了我综合运用所学专业基础知识去解决实际问题的能力，同时也提高了我查文献资料，设计手册，设计规范以及电脑制图的等其他专业能力水平，而且对数控知识的整体掌握，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志力和耐力都得到不同程度的提高。