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摘要 ············································································································································································· III 的支持下，我国进行了开放性数控系统的理论与实践研究。总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。
1.2 研究本课程的目的、意义
制造技术市场全球化使竞争空前剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，因而市场对适合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求己逐步超过对大型单一功能的制造系统的需求。数控技术向高速化、高精度、多轴控制和复合方向发展，向模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造厂提供了将其技术与任何
现以图1-1所示的阶梯轴的加工来说明。若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高，单间小批量生产时，其工艺过程见表1-1；大批量生产时，其工艺过程见表1-2。2.1.2 安装
工件加工前，使其在机床或夹具中占据一正确而固定位置的过程称为安装。在一道工序中，工件可能安装一次，也可能安装几次。表1-1中的工序1和2都是两次安装，而工序3以及表1-2中的各道工序中都是一次安装。工件加工过程中应尽可能减少安装次数，以免影响加工精度和增加辅助时间。2.1.3 工位
为了减少安装次数，常采用回转工作台、回转夹具或移动夹具等多工位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工。此时，工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位。如图1-2所示为一种利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和绞孔四个工位加工的实例。
表1-1 单件小批量生产的工艺过程
工序号 1 2 3 4
工序内容
车端面，钻中心孔；调头车端面，钻中心孔 车大外圆及倒角；调头车小外圆及倒角
铣键槽 去毛刺
表1-2
大批量生产的工艺过程
设备 车床 车床 铣床 钳工台
工序号 1 2 3 4 5
工序内容 车端面，钻中心孔 车大外圆及倒角 车小外圆及倒角
铣键槽 去毛刺
设备 车床 车床 车床 铣床 钳工台
2.1.4 工步
在加工表面、切屑刀具和切屑用量（不包括切屑深度）不变的条件下，连续完成的那部分工序称为工步。
一道工序可能包括几个工步，也可能只有一个工步。如表1-1所示工序1中，包括四个工步：两次车端面，两次钻中心孔；工序2中也也包括四个工步；而表1-2工序4只有一个工步。
为了化简工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干个相同的工步，常看做为一个工步（可称为合并工步）。如用一把转头连续钻削几个相同尺寸的孔，就认为是一个工步，而不看成几个工步。为了提高生产效率，采用复合刀具或多刀加工的工步称为复合工步。如图1-3所示。在工艺文件上，复合工步应看为一个工步。
图1-2 多工位加工
图1-3 复合工步
2.1.5 走刀
走刀是指切削工具在加工表面上切削一次所完成的那部分工艺过程。在一个工步中，当加工表面上需要切除的材料较厚，无法一次全部切除掉，需要分几次切除时，则每切去一层材料称为一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。
如图1-4所示为工序、安装、工位、工步和走刀的关系示意图。
2.2 传统机械加工工艺规程
工艺规程是指规定产品或零件部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。正确的工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实践的基础上，依据科学理论和必要的工艺实验并考虑具体的生产条件而制定的。
不同的生产类型对工艺规程的要求不同，单件小批量生产由于生产的分工比较粗糙，通常只需说明零件的加工工艺路线（即其加工工序顺序），填写工艺过程卡。对于大批量生产，因其生产组织严密、分工细致，工艺规程应尽量详细，要求对每道工序的加工精度、操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等均作出具体规定。因此，除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡。此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。中小批量生产经常采用机械加工工艺卡，其详细程度介于工序过程卡和加工工序卡之间。
2.2.1
制定机械加工工艺规程的基本要求
制定工艺规程的基本要求是在保证生产质量的前提下，尽量提高生产效率和降低成本，使经济效率最大化，另外，还应在充分利用本企业现有的生产条件下，尽可能采用国内外的先进技术和经验，并保证工人具有良好而安全的劳动条件。同时工艺规程还应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、单位、编号等都要符合相应标准，并积极采用国际标准。
2.2.2
传统机械加工工艺规程的设计步骤及内容
设计零件的机械加工工艺规程的步骤及其内容如下： 1）分析零件工作图和产品装配图
阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功能及其主要的技术要求。
2）工艺审查
主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制定的依据，找出其的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施施
予保证；审查零件的结构工艺性。
3)确定毛坯的种类及其制造方法
毛坯是由原材料变成零件过程的 2.2.3
工艺路线的拟定
拟定工艺路线是工艺规程的关键步骤。工件路线的优劣，对零件的加工质量、生产效率、生产成本以及工人的劳动强度，都有很大的影响。通常，具体拟定是，往往设定几个工艺路线方案，经分析比较后，选择其中最优的一个方案。
选择加工方法的基本原则是：既要保证零件的加工质量，又要使加工成本低。1.加工经济精度
加工经济精度可以定义为：在正常的加工条件下（使用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、合理的工时定额）所能达到的加工精度和表面粗糙度。加工经济精度是一个精度范围而不是一个值。一定的生产条件下,可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案,此时，应通过核算或相互对比,选择经济上最合理的方案,使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。
2.加工方法的选择
在分析研究零件图的基础上，选择各表面的加工方法时，一般先选择零件上精度最高的表面的加工方法，这通常是指该表面的终加工方法。主要应考虑以下问题：
1)加工表面的精度和表面粗糙度要求
根据这些要求，选择与之相符合的加工经济季度对应的加工方法。满足要求的加工方法可能会有多种，再结合其他条件，最后确定一种。
2)零件的材料和热处理要求
零件材料和热处理是影响加工方法选择的重要因素。如有色金属精加工。因材料过软容易堵塞砂轮而不宜采用磨削；钢件和铸铁可采用磨削，而一般淬火表面只能采用磨削。
3)零件的生产类型
所选用的零件方法应与生产类型相适应。大批量生产，应采用一些高生产率的加工方法，如加工孔、内键槽、内花键等可以用拉削的方法；当批量不大时，则采用一般的钻、铰、镗、插等方法。
4)本厂现有水平、生产条件等
技术人员应对本单位的设备种类和数量、加工范围、精度水平以及工人的技术水平有充分的了解，应尽量利用本厂资源，并不断对原来设备和工艺装备进行技术改造，挖
掘企业潜力，创造经济效率。2.2.4 加工阶段的划分
当加工零件的质量要求比较高时，往往不可能在一两个工序中完成全部的加工工作，而必须分几阶段来进行加工。一般来说，整个加工过程可分为粗加工、半精加工、精加工等几个阶段。加工精度和表面质量要求较高时，还可以增设光整加工和超精加工阶段。加工过程中将粗、精加工分开进行，有粗到精使逐步到达所要求的精度水平。
粗加工阶段的主要任务主要是尽快从毛坯上去除大部分余量，并加工出精基准，关键问题是提高生产率。一般粗加工阶段背吃刀量选在3mm左右。
半精加工阶段的主要任务是在粗加工阶段的基础上提高零件精度和表面质量，并留合适的余量，为精加工做好准备工作。一般半精加工背吃刀量取0.5-2mm。
精加工阶段的主要任务是从工件表面切除少量余量，达到工件设计要求的加工精度和表面粗糙度。一般精加工取背吃刀量0.2-0.4。
光整加工阶段的主要任务是对于零件尺寸精度和表面质量要求很高的表面，还要安排光整加工阶段，这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和表面粗糙度。
通过上面的分析，可用图1-5来说明传统机械加工工艺过程。
提高生产效率,在数控机床尚存在冗余能力的基础上进行选择,充分发挥数控加工的优势。分析零件图的另一重要目的就是确定零件数控加工工艺的设计,应注意以下三点:(1)工艺的内容应十分具体。
在通用机床加工时,许多具体的工艺问题可以由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定,在加工工艺设计时一般无需进行过多的规定；而在数控加工时,这些具体的工艺问题,不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容,而且必须做出正确的选择并编入到加工程序中。
(2)工艺的设计应非常严密。
数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不像传统机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整，即使现代数控机床在自适应调整方面做出了不少努力与改进，但自由度不大。比如，在数控机床上攻螺纹时，数控系统不知道孔中是否已挤满了切屑，是否需要换刀，或清洗一下切屑再继续加工。所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节。同时，在对图形进行数学处理、计算和编程时，都要力求准确无误。数控机床比同类的通用机床价格高得多，加工的都是一些形状比较复杂、价格较高的零件，万一损坏机床或零件都会造成较大的损失。
工艺方案的好坏不仅会影响数控机床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。编程员必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验。
(3)注意加工的适应性。
根据数控加工的特点,正确选择加工方法和加工对象。总之,在不影响零件使用特性的许可范围内,应尽量满足数控加工工艺的各种需求。3.1.2 工艺装备的选择
工艺装备的选择包括夹具、刀具和量具的选择。
(1)夹具的选择。一般情况下,当零件加工批量小时应尽可能选用组合夹具、通用化和标准化夹具；当零件成批生产时应设计专用夹具。夹具应装夹方便、快速,定位准确、可靠,以缩短零件加工的生产准备周期。
(2)刀具的选择。数控加工台时费用高,为提高效益,对刀具提出了更高的要求。因此,一般应遵循以下原则:①尽量选用硬质合金刀具,合理选择刀具的几何参数,以提高切削性能；②选择可靠性和耐用度高的刀具,减少更换或修磨次数；③在满足使用要求
的前提下刀具的长度应尽可能短,以提高刀具的刚性；④同一把刀具多次装入机床主轴锥孔时,刀刃的位置应重复不变。刀具确定后,应将刀具规格、专用刀具代号和该刀具所要加工的内容列表记录下来,供编程时使用。
(3)量具的选择。在数控机床上进行加工一般选用通用量具,量具精度必须与加工精度相适应。
3.1.3 对刀点与换刀点的确定
对刀点是数控加工时刀具相对于工件运动的起点,也是程序的起点或起刀点。对刀点一般可按以下原则进行选择:(1)加工精度要求不高时,可直接用工件上或夹具上的某些表面作为对刀面；加工精度要求较高时,对刀点应尽量选在工件的设计基准或工艺基准上。如在数控车床上加工零件时,可将对刀点定在零件的回转中心上；在加工中心上加工以孔定位的工件时,可将孔的中心作为对刀点。
(2)在回转工作台上,可使工作台的回转中心与夹具的对称中心重合,把对刀点定在重合的中心线上,工作台不论怎样转动,中心线始终保持一致,即基准始终保持一致。
(3)对刀点的选择应便于坐标值的计算,并使对刀方便。对刀点最好选在机床坐标原点上,或者选在距机床原点为某一确定值的点上,这样便于坐标值的计算,方便编程,减少尺寸换算引起的误差。
(4)对刀点既是程序的起点,又是程序的终点。在批量生产中,对刀时应使对刀点与刀位点重合,这样对刀点的位置容易找正,便于检查。换刀点是为加工中心、数控车床等多刀加工的机床编程而设置的。因为这些机床在加工过程中要自动换刀,换刀点的位置应根据换刀时不得碰伤工件、夹具及机床的原则来设定。3.1.4 工艺路线的拟订
加工路线的制定直接关系到数控机床的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题,应尽量做到工序集中、工艺路线最短、辅助时间最少。在数控加工的工艺路线拟订中应注意以下几个问题:(1)尽量在普通机床上完成零件的大切削量粗加工及一些易加工工序,以提高数控机床的利用率。
(2)应遵循由粗后精的原则,先进行去除量大的粗加工,再安排一些局部余量较大的半精加工,最后精加工。精加工余量一般以0.1mm-0.2mm为宜。
(3)加工路线应尽量短,安装方式相同或同一刀具加工的工序,最好连续进行,以减少重复定位次数和刀具更换次数。
(4)先内后外原则,即先进行内型腔加工工序,后进行外形加工工序。(5)注意数控加工工序与普通工序的衔接,使整个工艺过程协调合理。3.1.5 切削用量的合理选择
数控加工的质量、效率和生产成本,在很大程度上取决于切削用量的合理选择。切削用量包括主轴转速、进给速度和切削深度,切削用量的参数都应在加工程序中反映,其具体值可根据数控机床的工艺特性、参考切削用量手册并结合实践经验确定。
1.背吃刀量确定
背吃刀量（切削深度）的选择应根据加工余量确定。主要受机床、刀具和工件系统刚度的制约，在系统刚度允许的情况下，应尽量选择较大的背吃刀量。粗加工时，在不影响加工精度的条件下，可使背吃刀量等于零件的加工余量，这可以减少走刀次数，提高生产率。半精加工时，背吃刀量可取0.5-2mm；精加工时，背吃刀量取0.2-0.4mm。
2.主轴转速的确定
主轴转速应根据零件被加工部位的直径、零件和刀具的材料及加工性质所允许的切削速度来选定。数控机床的控制面板上一般都有主轴转速修调开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。其计算公式为:
n1000v dd为刀具或工件直径,mm；n为主轴转速,r/min；v为切削速度,m/min。3.进给速度的确定
进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。可以通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整,但是最大进给速度受设备刚度和进给系统性能等的限制,并与机床的脉冲当量有关。进给速度的确定原则:(1)当工件的质量要求能够得到保证时,可选择较高的进给速度,以提高生产效率；(2)在加工不锈钢等高强度钢时,宜选择较低的进给速度；(3)刀具空行程,特别是远距离“回零”时,可以设定尽量高的进给速度,以缩短加工周期；(4)进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。
的精度和表面粗糙度要求，特别是R15、R3的粗糙度要求较高，其表面粗糙度值为0.8μm。该零件的尺寸标注完整、正确，零件轮廓描述清楚。下面对其进行加工工艺分析: 4.1.1 选择加工方法
从图4-1分析可知该零件有较高的精度和表面粗糙度要求，特别是R15、R3的粗糙度要求较高，其表面粗糙度值为0.8μm，在普通机床上加工R3和R15难达到精度要求。下面介绍普通机床加工圆弧的方法：
1）手动车削法：用手摇大拖板和中拖板的进给手柄，两手配合车削出圆弧的大致形状。然后用样板检验，修整不符合尺寸要求的地方，直至达到要求。此法加工精度低，效率低，适合单件加工，要求工人有较高的加工经验和技术。
2)靠模车削法：即中拖板的进给由靠模实现。优点是加工精度较高，效率高。缺点是半径较小的圆弧不易加工，不能加工半球面以上的球面。
3)圆弧刀架车削法：把小拖板和刀架换成圆弧刀架，直接车削即可，加工精度高，效率高，但加工内孔较难。根据生产批量并结合具体的生产条件，拟定 其加工路线为：粗车——半精车——精车——磨削。4.1.2 划分加工阶段
根据加工质量，该零件加工可划分为粗加工、半精加工、精加工、和磨削四个阶段。粗加工阶段包括粗车、半精车外圆及倒角等；精加工阶段包括精车外圆、车螺纹等；磨削包括磨表面达到粗糙度要求的外圆。4.1.3 选择定位基准
轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。
通过分析本加工采用一夹一顶和两中心孔定位。
4.1.4 加工顺序安排
加工顺序的安排除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意：
（1）外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。
（2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。
（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。根据分析可拟定如下加工顺序：
车端面钻中心孔——粗车外圆——半精车——磨削。4.1.5
制定工艺规程
考虑到以上分析的因素，拟定螺纹轴的工艺规程如表4-1
表4-1 螺纹轴的工艺规程
工序号 1
工种 下料
车
工序内容 Ø40×130 三爪卡盘夹持工件，粗车大端面，直径留余量2mm。调头，三爪卡盘夹持工件，粗车小端，直径留余量2mm，钻中心孔。
加工简图
设备
车床
表4-1（续）
调头，切断，钻中心孔。
钳
车
研磨两端中心孔
双顶尖装夹，半精车大端，直径留余量0.5mm。调头，双顶尖装夹，半精车小端，螺纹大径车到Ø16mm，其余直径留余量0.5mm。
车床 车
双顶尖装夹，车螺纹M16。7 钳
俢研两端中心孔
车床
磨
磨各外圆轮廓，使其达到图纸要求达到的粗糙度
磨床检 检验
4.2 数控加工工艺分析
数控加工工艺使传统的加工工艺在很多方面产生了变革,必须了解这些差别,才能很好地利用数控加工方式,保证加工过程顺利和加工质量稳定。数控加工工艺的主要内容主要包括：分析零件图样、工艺装备的选择、对刀点与换刀点的确定、工艺路线的拟定、切削用量的选择、编写程序等。下面主要对图4-1进行数控工艺分析。4.2.1 分析零件图
由图3—1可知，该工件材料是45钢，无热处理及硬度要求。该零件表面由圆柱面、圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及螺纹组成，且有较高的精度和表面粗糙度要求，特别是R15、R3的粗糙度要求较高，其表面粗糙度值为0.8μm。该零件的尺寸标注完整、正确，零件轮廓描述清楚。
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。
4.2.2 选择设备及制定加工工艺
根据被加工零件的外形和材料等条件，选用YC-K400数控车床。1）确定装夹方案
因工件长度较短，可用三爪自定心卡盘直接夹紧工件外圆左端，工件伸出卡盘130mm，将工件右端面中心设置为零件的零点，作为加工测量及编程的基准点。本工件在一次装夹后即可加工出全部的工件表面。
2）确定加工顺序及进给路线
①加工路线先粗后精、由近到远的原则确定，根据工件的结构特征，可按以下步骤进行。
②先车削工件右端面（对刀前手动完成），并以此端面的中心作为原点建立工件坐标系；
③采用G71功能对工件进行外形粗车，然后用G70进行精车； ④进行切槽加工；
⑤采用循环指令功能车削螺纹；
⑥切断工件。
YC-K400数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给。
3）刀具的选择
①T01：90°外圆粗车刀。由于三段圆弧有过象限切削，为防止刀具与工件轮廓发生干涉，车刀副偏角不能太小，选=35°。
②T02:外圆精车刀。在精车中仍要考虑与工件轮廓的干涉，同时要考虑工件的表面质量，选择尖形车刀
=50°。
③T03：切槽刀，刀宽取3mm，用于切槽。
④T04：硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖角59°30′，刀尖圆弧半径取0.2mm。⑤T05：切断刀，刀宽取3mm，用于切断。4）选择切削用量
①背吃刀量的选择 工件外圆分粗、精车，精车余量在X轴方向为0.4mm（直径值），在Z轴方向为0.1mm，粗车轮廓时每次吃刀深度1mm（查表《数控编程与加工技术》30页）。根据普通螺纹标准和加工工号，M16粗车普通螺纹的大经尺寸为Φ15.8mm，螺距为2mm，总吃刀量为1.3mm（半径值）。用硬质合金螺纹刀低速7次进给车削，每次切削吃刀深度（半径值）分别为
= 0.4 ㎜，=
=
=0.2mm，=
=
=0.1mm。
②主轴转速的选择 车直线和圆弧时，根据车床和刀具允许的切削速度选粗车切削速度=90m/min、精车切削速度
=120m/min，然后利用公式
=πdn/1000计算主轴转速n（粗车直径D=40 ㎜，精车工件直径取平均值）：粗车750r/min、精车1200 r/min。车螺纹时，根据
P为螺纹导程，K为安全系数，K一般取80,计算主轴转速n=320 r/min。③进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量。（根据粗车时，f=0.3—0.8mm/r，精车时，f=0.1—0.3mm/r，切断时，f=0.0—0.2mm/r）所以粗车时取f=0.4㎜/r，精车每转进给量f=0.15㎜/r，切断时f=0.1mm/r。最后根据公式
Vfnf
计算粗车、精车进给速度分别为300 ㎜ /min和180 ㎜/min。切断时n取320r/min，进给速度=320×0.1=32mm/min。
综合前面分析的各项内容，并将其填入表1所示的数控加工刀具卡和表2所示的数控加工工艺卡片。
表1 数控加工刀具卡片
零件号 序号 1 2 2 3 5 刀具号 T01 T02 T03 T04 T05
××× 刀具规格名称
零件名称 数量
螺纹轴 加工表面
材料 45钢 备注
硬质合金900外圆车刀 硬质合金900外圆车刀
切槽刀
硬质合金600外螺纹车刀
切断刀1 1 1 1
车端面及粗车轮廓
精车轮廓 切槽 车螺纹 切断
表2 螺纹轴数控加工工艺卡
零件号 编程编号 工序内容 粗车端面 外轮廓 精车外轮廓
O0010 刀具号 T01
零件名称 机床型号 刀具种类 90°外圆粗车
刀
螺纹轴 YC-K400 主轴转速 750r/min
材料 制表 进给速度 300 ㎜ /min
45钢 吴熙 进给量 0.4㎜/r T02 90°外圆粗车
刀
1200 r/min 180㎜/min
0.15mm/r 切槽 T03 切断刀（宽度
3mm）
320 r/min 32mm/min 0.1mm/r
表2（续）
车削螺纹 T04 60°硬质合金320 r/min 32mm/min 0.1mm/r
外螺纹车刀
切断 T05
切断刀（宽度
3mm）
4.2.3 编制数控加工程序 O0010 N10
G50
X70.Z30
设定坐标系
N20
T0100
选择1号外圆车刀基准刀无刀补 N30
S750 M03 主轴正传，转速750r/min N40
G00
X40.Z2.快速接近工件
N50
G01
X28.F0.4 进刀至外径粗车循环起点
N60
G71
U1
R0.5 粗车切削深度为1mm，每次退刀量0.5mm N70
G71
P80 Q210 U0.4 W0.1 F0.4 外径粗车循环 N80
T0202 N90
M00 N100 S1200 N110
G01
X7.8 Z2.F0.15 精车开始（7.8根据相似三角形求得）N120 X15.8 Z-2.倒角C2
N130 Z-28
粗车螺纹大径Φ15.8mm N140 X24.Z-38.精车圆锥面 N150 Z-48.精车Φ24mm外圆 N160 G02 X24.Z-66.R15.精车R15圆弧
N170 G01 Z-80.精车圆弧左边Φ24外圆 N180 G03 X24.Z-90.R8.精车R8圆弧 N190 G02 X24.Z-95.R3.精车R3圆弧 N200 G01 X34.Z-100.精车圆锥面 N210 Z-110
精车Φ34外圆柱面 N220 G70 P80 Q210
精车循环G70 N230 G00 X70.Z30.快速返回对刀点
320 r/min 32mm/min 0.1mm/r N240 T0200
取消2号刀补
N250 T0303
选择3号切槽刀，调用3号刀补
N260 M00
程序暂停，根据需要调用切槽是的主轴转速 N270 S320
主轴转速320r/min N280 G00 X30.Z-28.快速定位到车槽进刀点 N290 G01 X20
F0.1
进刀准备切槽 N300 X12
N310 G04 X1.0
N320 G00 X17
N330 Z-23.5
N340 G01 X15.8
N350 X12.8 Z-28.N360 G00 X70.N370 Z30.N380 T0300
N390 T0404
N400 M00
N410 G00 X24.Z2.N420 G92 X15.Z-26.F2.N430 X14.6
N440 X14.2
N450 X13.8
N460 X13.6
N470 X13.4
N480 X13.2
N490 G00 X70.N500 Z30.车槽至Φ12mm
车槽到暂停进给1秒，车槽底
退刀准备倒角
用切槽刀倒角C1.5
返回对刀点
取消3号刀补
选择4号刀，并调用4号刀补
程序暂停，调整车削螺纹的主轴转速
快速定位到螺纹车削循环起点
粗车螺纹循环，螺距2mm，= 0.4 ㎜
N510 T0400
取消4号刀补
N520 T0505
选择5号刀切断刀，并调用5号刀补 N530 M00
程序暂停
N540 G00 X40.Z-113.快速定位到切断的切刀点 N550 X-0.5 F0.1
切断 N560 G00 X70.N570 Z30.返回对刀点 N580 T0500
取消5号刀补 N590 M05
主轴停 N600 M30
程序结束
4.3 数控加工工艺与传统加工工艺比较
通过以上两套工艺方案可知传统机械加工工艺在加工R3、R15时达不到零件的精度要求，而且效率低。从两套方案所选择的工装设备和机加工工艺性的对比分析可以看出，数控加工工艺问题的处理与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。数控加工工艺通过装夹一次就可以加工出合格的零件，减少了多次装夹带来的误差，数控机床的加工精度高，加工效率高，质量稳定。下面通过以下几点进行比较：
4.3.1 设备比较
数控机床的应用随着数控技术的发展越来越广泛，不同的数控装置，不同的机床设备，其应用范围各不相同。专用机床的生产批量大，复杂程度相对简单；普通机床的生产批量小，复杂程度简单；数控机床适用于小批量生产，复杂程度较高，用如图3-2所示进行比较。
数控机床采用全封闭或半封闭防护装置，防止了切屑或切削液飞出给操作者带来意外伤害而普通机床没有具备这种功能；数控车床大都采用斜床身结构布局，排屑方便，便于采用自动排屑机；数控机床的主轴转速高，工件装夹安全可靠；数控车床大都采用了液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度；数控机床采用自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，能连续完成多道工序的加工。
由于费用高昂，数控机床加工大批量零件不利，一般加工大批量零件时采用专用机床和专用夹具，专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。采用数控机床时要求操作人员要有相当高的素质，工资成本高，而选用普通设备所用的工资成本低，对工作人员素质要求低；数控机床的系统复杂，修理复杂，维护费用高，一般需要专门的维修人员，而普通机床的系统相对简单得多，修理相对简单，维护费用低。4.1.2 工艺系统比较
传统加工工艺的系统比较简单，数控加工工艺系统比较复杂。如图3-
3、3-4所示可知，传统加工工艺的系统主要有工件、夹具、刀具和机床组成。直接通过人工操作，从而实现零件的加工。而数控加工工艺系统主要由工件、刀具、夹具、定位部分、运动部分、能量部分、控制部分、加工程序等部分组成，通过数控系统把从外部输入的几何信息和工艺信息转变为数控能识别的数字信息，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴转速和进给速度的转换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，按
规定的代码和格式编制加工程序，然后将该程序输入数控系统。数控系统按照加工程序的要求，先进行相应的插补运算和编译处理，然后发出控制指令，使各坐标轴、主轴及辅助系统协调动作，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。
4.1.3 加工工艺工序比较
数控加工工艺的工序集中，传统加工工艺的加工工序分散。通过加工图4-1可知用传统加工方式需要多道工序才能完成加工要求，在数控机床上，可集中到一道工序完成加工，在一次安装中可加工多个面，不但减少了安装次数，而且易于保证这些表面之间的位置精度。同时，所用机械的设备少，图4-1用一台数控车床就可以了，而传统机床用了车床和磨床等。数控生产线的占地面积小，使用的工人少，易于管理。传统工艺中工序多，要多次安装才能达到零件的要求，使用的设备多。传统工艺加工方式下，因机床加工能力的限制，一般需要多次装夹才能完成零件图纸要求的精度。数控机床上可以在一次装夹状态下加工多个面，大大降低了因多次安装带来的误差。数控加工一个零件，工序虽只有一道，但加工过程仍是一步一步进行，粗加工、精加工一道完成，这一步一步的加工就称为“工步”。传统加工中，工序较分散，每道工序中的工步内容少，而数控加工中一道工序中的工步内容很多，传统加工工艺编制时将“工序”的编制作为重点，而数控加工中，着眼点就必然在“工步”上。4.1.4 工艺设计比较
数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差。数控加工工艺的设计严密、精确。它不像传统机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整，即使现
代数控机床在自适应调整方面做出了不少努力与改进，但自由度不大。比如，在数控机床上攻螺纹时，数控系统不知道孔中是否已挤满了切屑，是否需要换刀，或清洗一下切屑再继续加工。所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节。同时，在对图形进行数学处理、计算和编程时，都要力求准确无误。数控机床比同类的通用机床价格高得多，加工的都是一些形状比较复杂、价格较高的零件，万一损坏机床或零件都会造成较大的损失。
普通机床加工零件时，通常是经过多次“试切”过程来满足零件的精度要求，而数控加工过程是严格按程序规定的尺寸进给的，因此在对图形进行数学处理、计算和编程时一定要准确无误。工艺方案的好坏不仅会影响数控机床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。编程员必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验。4.1.5 加工工艺内容比较
数控加工工艺内容要求具体、详细，传统加工工艺内容一般由操作员自己控制。用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排、刀具的几何形状及尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。而在数控加工时，原本在普通机床上由操作工人灵活掌握并可通过适时调整来处理的上述工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且编程人员必须事先设计和安排好并做出正确的选择编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细描述的切削加工步骤，而且还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容以及标有数控加工坐标位置的工序图等，在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。4.1.6 加工精度比较
数控机床是高度综合的机电一体化产品，是由精密机械和自动化控制系统组成的。其本身具有很高的定位精度，而且数控加工是按所编程的程序自动完成加工的，消除了操作者的各种人为误差，提高了同批工件加工尺寸的一致性，使加工质量稳定，产品的合格率高。机床的传动系统与机床的结构具有很高的刚度及热稳定性。在设计传统结构时采用了减少误差的措施，并由数控进行补偿，所以数控机床有较高的加工精度。更重
要的是数控加工精度不受工件形状及复杂程度的影响，这一点普通机床是无法与之相比的。一些由复杂曲面、曲线形成的机械零件，用常规工艺方法和手工操作难以加工甚至无法完成，如图3-1中的R3、R15用常规工艺难以达到零件要求的精度，而用数控机床可轻松实现要求。
由于数控机床本身具有很高的重复定位精度，又是按所编程自动完成加工的，消除了操作者的各种人为误差，提高了同批工件加工尺寸的一致性，使加工质量稳定，产品的合格率高。数控加工工艺加工的零件精度高，误差小，生产效益高，用普通数控机床一般可以提高效率3-5倍，使用数控加工中心机床则可提高生产率5-10倍，节约了时间与资金。
操作人员要求素质高，工资成本高；系统复杂，修理复杂，维护费用高，需要好的工作环境。两加工精度如图4-5所示。
图4-5 数控加工工艺与传统加工工艺加工精度比较
包括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工(三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件和新工艺的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。当前，机械加工高精度的要求如下:普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级(0.001微米)，主轴回转精度要求达到0.01一0.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙Ra=0.003微米。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。5.1.2 高速、高效
90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电机主轴，转速15000一100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60一120m/min，切削进给速度高达60m/min)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。
依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到5000米一8000米/分以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上；工作台的移动速度(进给速度):在分辨率为1微米时，在100米/分(有的到200米/分)，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。
5.2 多轴联动加工和复合加工的发展趋势
多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了多轴联动机床和复合加工机床的发展。
5.3 柔性化、智能化、开放化、网络化的趋势
5.3.1 柔性化、智能化
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。自动编程、加工过程智能监控、在线检测等。今后的数控系统将计算机智能技术，网络技术、多媒体技术、CAD／CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程，即称为智能闭环控制体系，这种技术是利用传感器获得适时的信息，以增强制造者取得最佳产品的能力；智能数控系统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、切削深度、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内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，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方
便系统的诊断及维修等。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。
5.3.2 开放化、网络化
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。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、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国际著名机床博览会的一个新亮点。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。国内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，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
结论：
经过四个多月的努力，我的论文《数控加工工艺与传统加工工艺比较》终于完成，在整个设计过程中，出现过很多的难题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决，在不断的学习过程中我体会到：写论文是一个不断学习的过程，从最初刚选论文题目对题目研究的方向模糊不清到到最后能够对该问题有深刻的了解和认识，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白理论，没有经过实践，对知识的理解不够明确，通过这次论文的写作，以前对理论知识模棱两可的现在得到了深刻的认识。总之，通过这次毕业设计，我深刻体会到要做好一件完整的事，需要有明确的目标和计划，持之以恒精神，勤奋的努力，系统的思维方式，足够的耐心，要善于运用已有的资源来充实自己，用已有的知识指导自己。
参考文献
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致 谢
本论文是在谢老师的指导下完成的。在研究分析的过程中，谢老师给予了耐心的指导，并提供了很多与该课题相关的重要信息，培养了我对事情研究分析的严谨态度和创新精神，很大程度上提高了我分析问题，解决问题的能力，这非常有利于我现在和今后的学习和工作。在此表示衷心的感谢！
四年短暂而又充实的学生生活即将划上句号，带着满囊知识的我们即将踏上人生的另一征程。四年的求知生涯让我结识了许多良师益友，在老师、同学、亲友的大力支持下，我走过了充实而又精彩的四年。在论文即将完成之际，思绪万千，心情澎湃。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给我的指导老师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您学识渊博，视野开阔，认真负责，尽心尽力，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，在我实习的时候你对我提出的建议实在太可贵了，您交给了我一种认真、勤于思考的学习态度，你交给我的这些对我以后的学习和工作都将有很大的帮助。您使我接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导，都是您给我耐心的点拨和指导，谢谢你老师！
感谢我的师长、同学、朋友和所有在毕业设计中曾经帮助过我的人，以及在设计中被我引用或参考的文献的作者。
个人简历 姓 籍 名 贯 河北 团员 大专 数控技术（机电类） 石家庄科技信息职业技术学院 性 别 男 1988.01.20 汉 *** zxsecret@163.com 064106 相片 出生日期 民 族 政......
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