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1、第一章 绪论 传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。1.1 数控技术的概念及理论（1）、数控技术的概念数控（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。也可以说成是数控技术是用数字信息对机械运
2、动和工作过程进行控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computer Numerical Control )，简称CNC，国外一般都称为CNC。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。（2）、数控技术的基本理论 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上
3、(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。1.2 数控技术的发展方向随着科学技术的发展，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。世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的各个组成部分提出了更高的性能指标当今的数控机床正在不断采用最新技术成就，朝着高速化、高精度化、
4、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。第二章 零件的工艺分析及规程数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。2.1 零件的用途图中所设计的零件为一复杂的轴类零件，而轴类零件又是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示的零件也不例外。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般
5、由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等，图示零件则为阶梯轴。所以，图中所示零件的用途是连接其它配合件，起的作用是支承其它传动零部件，传递扭矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。2.2 零件的结构形状 图2-1如图2-1所示，此零件为结构较为复杂的不规则轴类零件，且右端最小，左端次之，中间最大，包含着曲面、内孔、螺纹及槽等一些较难加工的部分。零件的右端是一个半球面，其左边是一个螺纹台阶，再接着是一个槽。零件的左端含有一内孔，且内孔外沿倒有圆角。左端的第一个台阶上含有一个内凹圆弧面。整体上说，此零件由左向右呈中、大、
6、小结构分布。2.3 零件的表面粗糙度 定义：表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，因此，要在满足零件表面功能的前提下，合理选用表面粗糙度参数。 由零件图所示可知，所示零件的表面粗糙度大部分需要控制在以内，即轮廓的算术平均偏差Ra的上限值为1.6m。除了零件右端的半球面、螺纹及槽等要控制在以外，其余的部分都要控制在以内。2.4 零件的尺寸精度由图2-1可知，此零件的总长是88mm，最大直径是，即=
7、4241.961mm；左端最大直径是，即=3635.961mm；孔的长为，即=20.1020mm；直径为，即=24.03624mm。由以上几个尺寸可以得知此零件有几处的尺寸精度要求是相当高的，这也给此零件的加工带来了一定的难度，这就需要加工者选择合适的加工方法和熟练的加工技巧等。2.5 工艺规程的定义机械加工工艺规程简称工艺规程，是规定零件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程和操作方法，按规定的形式制成工艺文本，经审批后用来指导生产并严格贯彻执行的指导性文件。一般包括以下内容：工件加工工艺路线及所经过的车间和工段；各个工序的内容及采用的机床和工
8、艺装备；工件的检验项目及检验方法；切削用量；工时定额及工人的技术等级等。2.6 加工工序的划分a） 首先 ，先明确一下加工工序划分的原则： （1）、按工序集中划分工序的原则 （2）、按粗,精加工划分工序的原则 （3）、按刀具划分工序的原则（4）、按加工部位划分工序的原则b） 具体加工工序划分如下：（1）、先加工零件的右端，切端面；（2）、粗车外圆；（3）、精车外圆；（4）、切槽；（5）、车螺纹；（6）、再掉头加工零件的左端，切端面；（7）、用麻花钻钻孔；（8）、粗车外圆；（9）、精车外圆；（10）、镗孔；（11）、检验。 第三章 毛坯的选择 零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。
9、毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造技术及费用，而且也与零件的机械加工技术和加工质量密切相关。为此需要毛坯制造和机械加工两方面的技术人员密切配合，合理地确定毛坯的材料、结构形状及尺寸。3.1 毛坯材料的选择材料选择的一般原则是：（a） 材料的力学性能。根据零件的工作条件、损坏（或失效）形式，选择满足力学性能的材料；（b） 材料的工艺性能。对零件加工生产有直接的影响，甚至是决定性的；（c） 材料的经济性。主要是价格比。选择毛坯材料的基本过程： 首先得从毛坯材料的服役条件开始，通过对失效形式的分析从而完成材料的预选，然而失效形式的分析又得从材料的力学性能、工艺性能和经济性着手。完成材料的预选过后就需设
10、计计算，强度校核，主要是从材料的耐用性、结构尺寸的合理性及材料的变形和抗断裂能力三个方面考虑，进而最终选定毛坯材料。（如图3-1） 图3-1毛坯材料的选择结果：综合上考虑，加工此零件所选用的毛坯材料为45号钢，因为45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高，易切削加工,常用来做模板、连杆、螺栓、齿轮及轴类等，且需进行热处理（推荐热处理温度：正火850C，淬火840C，回火600C）。3.2 毛坯形状及尺寸的确定 毛坯是根据零件所要求的形状、力学性能及工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象。此次设计根据工件材料、零件形状、力学性能及工艺尺寸等特性的要求，应当选择的毛坯材料为50mm的45号钢，并
11、要尽量使各个回转表面上的余量分布均匀。由于零件图样尺寸为88mm42mm，所以，为了使毛坯尽量的最小化，毛坯材料应当选择尺寸为120mm50mm的棒状材料。综上所述，此次设计的零件毛坯材料应当是尺寸为120mm50mm的棒状45号钢，且需进行过热处理。 图3-2第四章 机床、刀具及冷却液的选择 机床、刀具和冷却液的选择往往决定所加工零件的尺寸精度和表面粗糙度，虽然说加工参数起决定性作用，但是它们的合理选择也不容忽视。所以，要加工一个精度高的零件，正确合理地选择机床、刀具和冷却液是其前提。4.1 机床的选择a) 选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。其次是要有利于提高
12、生产效率，降低生产成本。选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度。还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床，综合考虑以下因素的影响： （1）机床的类别（车、铣、加工中心等）、规格（行程范围）、性能（加工材料）等； （2）数控机床的主轴功率、转速范围、刀具以及刀具系统的配置情况； （3）数控机床的定位精度和重复定位精度； （4）零件的定位基准和装夹方式；（5）机床坐标系和坐标轴的联动情况； （6）控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及ATC等相关的功能。 b) 根据所设计的零件图分析：该零件由外圆、槽、螺纹、圆弧和内孔构成，
13、且加工工序较为复杂。所以，为减少对刀和换刀时间，保证良好的精度要求，并结合我院现有机床的实际情况，只有选用FANUC系统的CAK6140数控车床，如图4-1所示：图4-1数控CAK6140该机床主要性能如下:1） 主轴最大孔径：52mm； 2）工作最大回转直径：400mm；3） 最大工件长度：1000mm； 4) 主轴最大转速：2000r/min；5） 主轴电动机功率：7.5kw； 6）快移速度X/Z：3.8/7.6m/min； 7）X轴行程：220mm； 8）Z轴行程：1000mm；9）刀架形式：立式4工位； 10）刀具安装尺寸：2020mm；11）微机：全中文液精显示； 12）机床重量:
14、2250kg；13）机床外形尺寸（长宽高）：189011501630mm。4.2 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、工件材料的性能、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。刀具选择的原则是：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。数控机床具有高效率、高精度、高柔性的性能，是现代机械加工的先进工艺装备，但是只有配置了与数控机床性能相适应的刀具，才能使其性能得到充分的发挥。数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐性好等要求，所以，切削用的刀具材料应具备以下性能
15、：（如表4-2所示）表4-2 刀具材料应具备的性能希望具备的性能使用时具备的性能希望具备的性能使用时具备的性能高硬度耐磨损化学稳定性良好耐氧化、耐扩散高韧性（抗弯强度）耐崩刃、耐破损低亲和性耐溶着、耐凝附（粘刀）高耐热性耐塑性变形磨削成形性良好提高刀具制造效率热传导能力良好耐热冲击、耐热裂纹锋刃性良好刃口锋利表面质量好较高精度表面粗糙度小刀片快速更换刀片可转位较强卷屑，断屑能力去屑能力强调整尺寸能实现机外预调或机内补偿高寿命磨损小综合上述因素选择刀具如下： 45端面刀（图a） 90外圆车刀（图b） 宽4mm的切槽刀（图c） 60外螺纹刀（图d） 直径为20的麻花钻（图e） 加工内孔的镗刀（图f）
