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本科生毕业设计（论文）
论文题目：
姓名：
学院：机电工程学院
专业：机械设计制造及其自动化（S）
年级、学号：
指导教师：
江苏师范大学教务处印制
江苏师范大学机电工程学院毕业设计（论文）任务书
专业机械设计制造与自动化班级09机41 姓名刘友前
一、设计题目：组合件的工艺分析与数控加工编程
二、设计任务要求及主要原始资料：
任务要求：
（1）绘制零件图2张，组件配合图1张。
（2）设计零件的机械加工工艺和数控加工工艺、填写机械加工工艺工序卡和数控加工工序卡（含走刀路线图和工序图）。
（3）编制数控车削加工程序。
（4）编写设计书一份。
原始资料：
零件图两张装配图一张，年产量2000组件
三、设计时间：2013 年 3 月11 日至2013 年 6 月 1 日
指导教师：（签名）
教学院长：（签名）
组合件的工艺分析与数控加工编程
刘友前
[摘要]：数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工盘类、轴类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、成形表面、圆锥面、端面和螺纹等工序的切削加工，并能进行钻孔、扩孔、铰孔、车槽等工作。数控车床种类较多，但主体结构都是由：数控装置、车床主体、伺服系统三大部分组成。数控机床的编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程，编制复杂零件时，易出错；而自动编程则不会发生这种情况。
本文是对典型轴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高效、优质、低成本的特点。还重点对轴类零件的加工艺进行了分析，最后对零件自检数据进行分析，和加工的结果分析。
关键字：工艺分析加工程序切削用量公差
Assembly process analysis and NC programming
Liu Youqian
[Abstract ] ：CNC lathe is currently the most widely used one of CNC machine tools. CNC lathe is mainly used for machining shaft, disk and other rotating body parts. NC program to run through, can be done automatically and external cylindrical surface, conical surface, forming surface, thread and end machining processes, and can be grooving, drilling, reaming, reaming and so on. More types of CNC lathes, but the main structure are made: lathe body, CNC equipment, servo system two. Manual programming, the preparation of complex parts, error-prone; while the automatic programming will not .
This article is a typical application of shaft parts processing technology and CNC machining process analysis, mainly on the parts diagram analysis, rough selection, clamping parts, routings formulation, tool selection, cutting parameters determined CNC machining process documents to fill, CNC machining preparation process.Select the correct processing methods, the rational design of machining process, give full play to CNC machining quality, the sleeve parts plus process were analyzed, and finally the part self-analysis of the data and processing analysis of results.
Keywords: Process analysis Processing procedures Cutting Tolerance
目录
摘要 (2)
Abstract (2)
目录 (3)
前言 (5)
第一章零件的分析 (6)
1.1零件的结构工艺性分析 (6)
1.1.1零件的形状及尺寸分析 (7)
1.1.2零件的技术要求分析 (7)
1.1.3零件的加工表面的分析 (7)
1.2零件的材料分析 (8)
第二章毛坯的设计 (9)
2.1 确定零件的生产类型和生产纲领 (9)
2.2确定零件毛坯的制造形式 (9)
2.2.1毛坯的种类 (9)
2.2.2毛坯种类的选择 (9)
2.2.3毛坯的形状和尺寸的选择 (9)
第三章零件机械加工工艺规程的设计 (10)
3.1定位基准的选择 (10)
3.1.1粗基准的选择 (10)
3.1.2精基准的选择 (10)
3.2零件表面加工方法的选择 (10)
3.2.1球面加工方法及误差补偿的选择 (11)
3.3加工顺序的安排 (13)
3.3.1加工阶段的划分 (13)
3.3.2工序的合理组合 (13)
3.3.3加工顺序的安排 (13)
3.4工艺的制定 (14)
3.4.1 工序基准的选择： (14)
3.4.2 确定工序尺寸的方法 (15)
3.4.3 加工余量的确定 (16)
3.4.4 机床的选择 (17)
3.4.5 夹具的选择 (17)
3.4.6 刀具的选择 (17)
3.4.7 量具的选择 (19)
3.4.8 冷却液的选择 (19)
3.4.9 切削用量的确定 (19)
第四章数控加工程序的编制 (24)
4.1数控加工的特点 (24)
4.2数控编程方法及特点 (24)
4.2.1数控编程的分类 (24)
4.2.2编程零点及坐标系的选择 (24)
4.2.3对刀点的选择 (24)
4.2.4对刀过程 (24)
4.2.5加工路线的确定 (25)
4.3数控加工程序的内容 (26)
4.3.1螺纹的加工方法 (26)
4.3.2椭圆宏程序的分析 (26)
4.3.3车床程序 (27)
总结 (34)
致谢 (35)
参考文献 (36)
前言
随着数控技术的不断发展和其应用领域的不断扩大，数控技术及数控机床在当今机械制造业中起着非常重要的作用。而现在机械产品的结构，性能，形状和材料的不断的改进，精度不断提高，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化。对零件精度和加工质量要求越来越高。而数控技术是现代化加工设备的基础，又是精密、高可靠性、高效加工技术的支撑。发展先进制造技术必须以数控技术为基础。现代数控机床是综合应用了自动控制、计算机、自动检测以及精密机械等高新技术的产物，集成了数控仿真，可以检查出代
码的正确性，从而可以提高编程质量，加快编程速度，减少出错率，是典型的机电一体化产品，是完全新型的自动化机床；这显示了其在国家基础工业现代化中所起到的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现柔性化、自动化、集成化生产的重要手段和标志。数控加工技术对国计民生的一些重要行业（汽车、轻工、IT、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的档次和质量，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能够加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行工艺方案分析，工艺方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业_上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造的工艺过程和操作方法的工艺文件，他直接对企业的产品质量、效益、竞争能力起着重要的作用。机械工业是国民经济各部门的装一备部，国民经济各部门的生产技术水平和经济效益，在很大程度上取决与机械l_业所能提供装备的技术性能、质量和可靠性，因此，机械止业的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。
近年来，世界各国都把提高产业竞争力和发展技术、抢占未来经济的制高点作为科技发展提出更高的要求，特别是制造技术更加得到了重视。所以，我们要振兴机械工业，使之成为国民经济的支柱产业。从而确定机械工业在国民经济中的重要地位，同时也向机械工业提出更高的要求。
第一章零件的分析
1.1零件的结构工艺性分析
图1 零件1
图2 零件2
对零件图的分析和研究，首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，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工作措施加以保证。
首先，对零件轮廓各线段进行尺寸分析，看各线段的尺寸是否标注齐全？是否需要间接计算？在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的，因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。零件1 直径方向尺寸的设计基准是轴的中心线，长度方向的尺寸设计基准是轴的左端面。所以，把编程原点（对刀点）设置在轴的右端面中心处,既便于编程又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。其次，构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）条件（如相切、相交、垂直和平行）是数控编程的重要依据。手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标，因此零件图应当完整地表达构成零件轮廓的几何元素。图1 中，有两处点的坐标没有直接标出，需要间接计算出来。零件1左端 X 坐标可以用椭圆方程计算出来。用函数公式计算节点的坐标值很麻烦，更简便的方法是用CAD 画图，然后测量出点的坐标值。
1.1.1零件的形状分析
（1）零件的形状分析
轴系组合件较为复杂，从外形上看件一右端是不完整的球端面。外阶梯形圆柱表面及圆柱表面质量，左端有部分椭圆圆弧，右端有梯形圆柱内孔及圆柱内孔，左端内部为螺纹及退刀槽。件2是椭圆外表面, 右端外螺纹加工，左端内孔及凹球面。同时两个零件螺纹配合松紧适中，组合件的球面间接触面积应大于80%。
（2）零件的尺寸分析
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。
零件一总长度为60mm，上下偏差均为0.033，Φ23的内孔上偏差为0.21，下偏差为0。Φ56外圆的上偏差为0,下偏差为-0.021。最左端内孔直径为36，上偏差为0.021，下偏差为0。零件二总长度为60mm，上下偏差均为0.033，配合槽的深度为5上偏差为0.021下偏差为0，槽的位置为直径36上偏差为-0.1下偏差为-0.2，另一端位置为上偏差0.2
下偏差0.1，椭圆短轴58长轴100。
1.1.2零件的技术要求分析
零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热表处理要求等。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。
零件图纸上标注的技术要求：
1）球接触面积大于等于80%。
2）未注倒角C1。
3）椭圆圆弧过渡光滑。
4）未注尺寸公差按IT14加工和效验。
5）锐边倒钝。
1.1.3零件的加工表面的分析
从零件图可以看出轴系零件的主要加工表面是：
（1）φ56的圆柱：它的表面粗糙度是Ra1.6,而且其轴心线是设计基准。
（2）M30X1.5－6H的螺纹：此螺纹是一个标准螺纹，虽然没有特殊要求，但它在配合时起传递扭矩的作用，故其配合精度要求高。
（3）椭圆:表面粗糙度Ra1.6, 轴心线是设计基准。
（4）球面:尺寸以确定,表面粗糙度Ra3.2球心是设计基准.
通过以上的分析可知，零件的结构较为复杂，其难点在于椭圆外轮廓的加工及宏程序的应用、内外螺纹的加工和球面的加工。所以应当认真对零件的加工工艺进行仔细分析否则废品率会相对较高。
1.2零件的材料分析
零件材料的选用是非常重要的，选材不当导制零件不能满足使用要求，过早损伤和破坏产生不良影响或经济效益差等。机械零件选材的一般原则是：首先满足使用性能的要求，同时兼顾工艺性、经济性和环保性。对于轴类零件的选材应具有以下几点要求：（1）优良的综合力学性能，即要求有高的强度和韧性，以防止由于过载和冲击而引起的变形和断裂。
（2）高的疲劳极限，防止零件疲劳断裂。
（3）良好的耐磨性。
（4）在特殊条件工作时，还应有特殊要求。
本零件的材料是45号钢，它属于低淬透性合金调质钢，其化学成分是：碳的含量
0.37%～0.45%，锰的含量0.17%～0.37%，铬的含量0.8%～1.1%，硫的含量0.5%～0.8% ，其中碳含量过高、过低均不能满足经调质后获得良好综合力学性能的要求，主加元素为铬，在配以硫、锰等合金元素，其作用是提高淬透性，强化铁素体和细化晶粒，因此，此钢的热处理变形小，废品率低，因而降低了工艺成本。其热处理特点是：当原始组织为珠光体温回火工艺，即调质处理工艺，调质处理可使材料具有良好的综合力学性能。
材料长度的选择：件一取φ60×64，件二取φ60×64的棒料
第二章毛坯的设计
2.1 确定零件的生产类型和生产纲领
生产类型是指企业（或车间，班组，工段，工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大批量生产，中批生产和单件小批生产三种类型。它可根据生产纲领和产品及零件的特征或工作地每月担负的工序数来进行具体的划分。
生产纲领是指在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为一年，所以生产纲领也称年产量。
零件的生产纲领要计入备品和废品的数量，其计算式为：N=Q*n(1+α)(1+β)
N—零件的年产量(件年)
Q—产品的年产量(台年)
n—每台产品中，该零件的数量(件台)
α—备品的百分率
β—废品的百分率
其中Q＝2000 n＝2 α＝5% β＝2% 所以=4000 (1+5%)(1+2%)=2142件年)
=2000 (1+5%)(1+2%)=1071件年。
由上所述，查《机械制造工艺学》中表1-3知该零件为中批生产。
2.2确定零件毛坯的制造形式
毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额的计算有很大影响。
2.2.1毛坯的种类
常用的毛坯种类有：冷压件、锻件、焊接件、型材、铸件等。
1）冷压件：适用于形状复杂的板料零件,大多用于中小零件的大批量生产。
2）锻件:适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。
3）焊接件:对于大件来说,焊接件简单方便,特别是单件小批生产可大大缩短生产周期,但焊接后变形大,需经时效处理。
4）型材：热轧型材的尺寸较大、精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧型材尺寸较小、精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中小零件，适用于自动机床加工。
5）铸件:适用于形状复杂的毛坯。
2.2.2毛坯种类的选择
选择毛坯种类需考虑的因素有以下几点：
1）根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯。
2）根据零件的功能选择毛坯。
3）根据生产类型选择毛坯。
4）根据具体生产条件选择毛坯。
根据以上分析应当选择型材作为毛坯。
2.2.3毛坯的形状和尺寸的选择
确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差，其次将毛坯加工余量叠加在零件的相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差。其总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此，毛坯形状应力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。
本零件的大部分加工表面是回转体表面，根据本零件的生产纲领，年生产数量，经济价值及复杂程度，另外本零件为轴类零件，考虑其复杂程度，所以本零件毛坯为棒料。因为棒料的经济性好，加工余量小而且成本较低。根据本零件的结构特征和尺寸要求及考虑到经济性，所以两零件毛坯圆棒料的尺寸均为φ60mm×64mm。
第三章零件机械加工工艺规程的设计
机械加工工艺规程是规定产品或零部件工艺过程和操作方法等的工艺文件,它是指导生产的主要技术文献，是组织和管理生产的基本依据，是新建和扩建工厂或车间的基本资料，是进行技术交流的重要手段。
3.1定位基准的选择
在制订零件的加工工艺规程时，正确地选择工件的基准有着极其重要的意义。基准选择的好坏不仅影响零件的加工位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有较大的影响。基准有粗基准与精基准之分。选择定位基准时是从保证工件精度要求出发的，因而分析定
位基准选择的顺序就应从粗基准到精基准。
3.1.1粗基准的选择
粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配加工表面
的余量，同时，要为后续工序提供精基准。
（1)为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选非加工面作为粗基准。
（2)粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上，通常只允许使用一次。
（3)合理分配各加工面的加工余量。
（4)选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口，分型面，毛刺等缺陷，以保证定位准确、夹紧可靠。
由于本工件毛坯为棒料，所以采用φ60棒料的外圆柱面为粗基准，车削零件一的右端外圆柱面，再以车削后的圆柱面为基准，车削零件的左端。车削零件二采用φ60棒料的外圆柱面为粗基准，车削零件二的左端外圆，再以车削后的圆柱面为基准，车削零件的右端。
由以上分析可知本零件采用两种基准原则，一是基准重合原则，它是以零件的轴心线为定位基准也是设计基准，对零件的外圆、内孔、槽以及螺纹等表面进行切削加工；另一种是基准统一原则，它是多个加工表面都以一个基准作基准面加工定位的。
3.1.2精基准的选择
1)互为基准原则：为了使加工面间有较高的位置精度，又为了使其加工余量小而均匀采取此原则。
2)自为基准原则：当某些表面精加工要求加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准，用于提高加工面本身的精度。
3)基准统一原则:位置精度要求较高的某些表面加工时尽可能选用同一定位基准，这样有利于保证各加工表面的位置精度。
4)基准重合原则:就是尽可能选用设计基准作为定位基准，这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起定位误差。
5)保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则
综上所述加工零件一右端时应以粗车的左端为定位基准，加工右端时以左端为精基准。零件二的右端加工以粗车的右端为精基准，以右端面为基准，加工零件的螺纹倒角，车槽，将零件二与零件一装配之后车削零件二的外椭圆轮廓，然后以φ55.5的外椭圆轮廓的左端为基准车削球面及加工内孔。
3.2零件表面加工方法的选择
零件表面的加工应根据这些表面的加工要求和零件的结构特点及材料性质等因素，而选用相应的加工方法。在选择某一表面的加工方法时，一般总是首先选定它的最终加工方法，然后再逐一选定各有关前道工序的加工方法。加工方法选择的原则如下：
(1)所选加工方法应考虑每种加工方法的经济加工精度范围要与加工表面的精度要求和表面粗糙度要求相适应。
（2）所选加工方法能够确保加工面的几何形状精度,相互位置精度的要求。
（3）所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。
（4）加工方法要与生产类型相适应。
（5）所选加工方法要与企业现有设备和工人技术水平相适应。
通过以上原则，本零件各主要表面加工方法为：
1）零件1、2的外圆Ra1.6，精度应当在IT8-IT7之间所以应当采用粗车→半精车→精车。
2）零件1的内孔按IT14进行加工，采用的加工方法粗镗→半精镗。
3）零件1的内螺纹和零件2的外螺纹Ra1.6采用粗车→半精车→精车的加工方法。 4）零件2的内孔采用Ra1.6采用粗镗→半精镗→精镗的加工方法。
3.2.1球面加工方法及误差补偿的选择
（1）车刀分析
车刀刀尖不可能是一个绝对的点,而且为了保证得到一定的加工光洁度,常磨成略带有圆角。这在切削直线时,由于刀尖刃面上的切削点位置在切削过程中角度保持不变,如不考虑磨损,可以认为刀尖几何形状对切削精度没有任何影响,切削试验也证实这一点。但是切削圆弧时,情况就不同了,切削过程中车刀刃面上的切削点位置将沿着加工零件的轮廓变动。如图3-1a示,车刀在起始位置时,刀尖的A点与零件球面相切。当A沿着圆心O、半径为R的圆移动到C时,刀尖所切出的实际轮廓已不在圆上,而是由刀尖的b点切人到零件上的B位置。这样实际加工出来的零件轮廓与所要求的球面,将存在一个月牙状误差,如图3-1b。这个误差的大小与刀尖的几何形状有关。
a b
图3-1 切削过程中切削点位置的变化对零件形状的影响（2）误差分析及补偿方法
如图3-2所示,在加工凸球面时,为了消除由刀尖圆弧半径r产生误差,我们在编制数控车床的程序时,将加工球面的圆心从移至, ,球面半径相应相应增大为(R+r)。这时计算机对圆心为,半径为(R+r)的圆弧进行插补运算。这样切削得到的实际轮廓为曲线为。其中AC段即我们所要求的球面。在理想情况下,AC与要求的球面没有误差。注意这时加工长度L如果计算y方向,则应取L=R十r。
加工圆弧AC,刀具可以有二种进给方向。除了上述从A走逆圆到C外,亦可从C走顺圆到才,如图3-3所示。这时误差的形成及补偿方法与上述走逆圆时是一样的,但补偿方向不同,应向-X方向移动到移动距离为r,加工长度如计算X方向,则L=R十r。
图3-2 加工凸球面的刀补
图3-3 顺时针的补偿方向
仔细研究后,可以得到在4个象限,刀具走顺圆或逆圆时,补偿方向的变化情况(表2)。凹球面的误差补偿方法亦类似。只要将圆弧插补运算的圆心从口,相应球面半径改为(R一r),
加工长度计算y方向,取L=R一r。则加工出的实际轮廓即为所要求的球面AC,理想情况下,将不存在误差,其补偿方面的变化情况见表1。
表1 补偿方面变化表
3.3加工顺序的安排
3.3.1加工阶段的划分
当工件的加工质量要求较高时，应划分加工阶段。一般分为粗加工、半精加工和精加工三个加工阶段。粗加工阶段是从坯料上切除绝大多数的余量，所能达到的精度和表面质量都比较低的加工过程。半精加工阶段是在粗加工和精加工之间进行的切削加工过程。精加工是从工件上切除较少余量，所能达到的精度和表面质量都比较高的加工过程。划分加工阶段的作用是：
（1)避免毛坯的内应力重新分布而影响获得的加工精度。避免粗加工时较大夹紧力和切削力所引起的弹性变形和热变形对精加工造成的影响。
（2)粗精加工阶段的分开,可较及时地发现毛坯缺陷,避免不必要的损失。
（3)可以合理的使用机床,使精密机床能够较长时期地保持其精度。
（4)适应在加工过程中安排热处理的需要。
3.3.2工序的合理组合
确定加工方法后，就要按照生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体的生产条件，确定工艺过程的工序数目。确定工序数目有两种基本原则可供选择：
(1)工序集中
所谓工序集中,就是零件的加工集中在较少的工序内完成,而每一工序的加工内容却
较多。其特点:
1)采用高效专用设备和工艺装备,生产率较高。
2)工序数目少,可减少机床的数量,操作工人数和生产面积,还可简化生产计划和生产组织等工作。
3)工件装夹次数减少,易于保证表面间的位置精度,还能减少工序之间运输量,缩短生产周期。
4)因采用结构复杂的专用设备和工艺装备,使投资变大,维修复杂,生产准备工作量大,转换新产品比较费时。
(2)工序分散
所谓工序分散就是将工件的加工分散在较多工序内进行,每道工序的加工内容较少,
最少时即每道工序只有一个简单工步。其特点:
1)设备及工艺装备比较简单,调整和维修较方便,工人容易掌握,生产准备工作量较少,又易于平衡工序时间,易适应产品的更换。
2)可采用最合理的切削用量,减少其基本时间。
3)设备数量多,操作工人多,占用生产面积较大。
从生产批量或设备等方面考虑，本零件属于中批生产，工序越集中，加工周期越短，加工的精度也高。本零件部分加工在普通机床上无法加工，所以粗精加工必须在数控机床上一起完成，这样虽提高了生产率，但同时也提高了成本，因此，此零件采用工序集中原则。
3.3.3加工顺序的安排
（1）机械加工工序的安排原则
1)对于那些形状复杂、尺寸较大的毛坯或尺寸偏差较大的毛坯,应首先安排划线工序,为精基准的加工提供找正基准。
2)按“先基面后其它”的原则,先加工精基准面。
3)在重要表面的加工前,应对精基准进行修正。
4)按“先主后次，先粗后精”的原则，对精度要求较高的各主要表面进行粗加工、半精加工和精加工。
5)对于与主要表面位置精度要求的次要表面,应安排在主要表面加工之后加工。
6)对于易出现废品的工序,精加工和光整加工应适当提前,一般情况主要表面的精加
工和光整加工应放在最后的阶段进行。
（2）热处理工序安排的原则
调质的目的是为了提高工件的综合力学性能，减少工件的变形或为以后的表面热处理做好准备。因此，一般安排在粗加工后、精加工前进行，这样可以保证淬透性差的钢种表面调质层（回火索氏体）的组织不会被切削掉。
（3）辅助工序安排的原则
1)中间检验一般安排在粗加工之后，精加工之前，送往外车间加工的前后，花费工时较多和重要工序的前后。
2)荧光检验、磁力探伤等特种检验，主要用于表面质量检验，通常安排在精加工阶段。荧光检验如用于检验毛坯的裂纹，则安排在加工之前。
3)电镀、涂层、发蓝、氧化等表面的处理工序，一般安排在工艺过程的最后进行。
通过前面对定位基准的选择，零件表面的加工方法的选择及加工顺序的安排的分析说明，再结合本零件的结构特点及其制定工艺路线的出发点：保证加工质量、提高生产率、降低成本，从而获得最好的经济性。确定零件的加工方案如下。
零件1制定的加工方案是：
零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。图1 轴类零件可分为粗车、精车两个阶段。从图形轮廓形状和尺寸
来看，此零件至少需要装夹两次。因为轴的左端由非圆曲线外轮廓组成，不能作为装夹面。所以，应按如下工艺步骤进行轴的数控加工。
第一步：为了给右端的加工提供精基准，提高其加工精度，应该先装夹毛坯的右端外圆柱面，粗车左端圆柱Φ52×20；
第二步：装夹毛坯的左端加工右端：车右端面→钻孔Φ18×32→粗车外轮廓→精车外轮廓→粗加工内孔（保留精车余量1mm）→精加工内孔
第三步：装夹右端外圆柱面，车左端面→粗车外轮廓→精车外轮廓→粗镗内孔→车内槽→精加工内轮廓→车内槽→粗车内螺纹→精车内螺纹
零件2制定的加工方案是：
图2 轴类零件可分为粗车、精车两个阶段。从图形轮廓形状和尺寸来看，此零件要经过两次装夹然后和零件1装配之后才能加工，因为轴的左端由非圆曲线外轮廓组成，不能作为装夹面，零件的右端为螺纹不能装夹。所以，应按如下工艺步骤进行轴的数控加工。
第一步：为了给右端的加工提供精基准，提高其加工精度，应该先装夹毛坯的右端外圆柱面，粗车左端圆柱Φ59×40；
第二步：装夹毛坯的左端加工右端：车右端面→粗车外轮廓→精加工外轮廓→车槽→车Φ36处的槽→粗车螺纹→精车螺纹→倒角
第三步：将零件2与零件1装配之后装夹零件1Φ56的外圆柱面，车左端面→粗车外轮廓→精车外轮廓→粗加工内轮廓→精加工内轮廓→粗车凹球面→精车凹球面
通过以上分析可知，一个工艺员应对数控加工工艺方案制定工作，以及数控机床的性能、特点和应用等各个方面，都有比较全面的了解，通过对零件工艺分析采用最合理的加工方法，在较短时间内加工出合格零件。数控加工工艺安排得当，可节省很多加工时间，提高生产效率，达到降本增效目的。可见全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。
3.4工艺的制定
3.4.1 工序基准的选择：
工序基准是在工艺图上以标定被加工表面的位置尺寸和位置精度的基准，所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求。工序尺寸和工序技术要求的内容，在加工后应进行测量，测量所用的基准称为测量基准，通常工序基准与测量基准相重合。
对于设计基准尚未最后加工完毕的中间工序，应选择各工序的定位基准作为工序基准和测量基准。
在各表面的最后精加工时，当定位基准与设计基准相重合时，显然工序基准和测量基准就应选用这个重合的基准；当所选定位基准未与设计基准重合时，在这两种基准都能作为测量基准的情况下，工序基准的选择应注意以下几点：
（1）选设计基准作为工序基准时，对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验，有利于减少检验得工作量。
（2）当本工序中位置精度是由夹具保证而不需进行试切调整的情况下，应使工序基准与设计基准相重合。
（3）对一次安装下的加工出来的各个表面，各加工面之间的工序尺寸应选与设计尺寸相一致。
本零件在加工时，其轴向尺寸是以零件的两端作为工序基准，径向尺寸是以零件的轴心线作为工序基准。它的工序基准与设计基准相重合，为加工和检测提供了方便。
3.4.2 确定工序尺寸的方法：
（1）对外圆和内孔简单加工的情况工序尺寸可由后续加工的工序尺寸加上（对被包容面）或减去（对包容面）公称工序余量而求得，工序的公差按所加工方法的经济精度选定。
（2）当工件上的位置尺寸精度或技术要求在工艺过程中是由两个或更多的工序所间接保证时，需通过尺寸链的计算，来确定有关工序尺寸，公差和技术要求。
（3）对于同一位置尺寸方向有较多尺寸，加工时定位基准又需多次转换加工的工件，由于工序尺寸相互联系的关系比较复杂，就需要从整个工艺过程的角度用工艺尺寸链作综合计算，以求出各工序尺寸、公差和技术要求。
根据本零件的加工工艺路线和技术要求，其工序尺寸确定如下：
工序1：粗车件1左端轮廓
工步一：平端面
此端面经过两次车削，粗车和精车。查表知，其轧制件端面加工余量为1mm,粗车余量为0.5mm，车削后达到的表面粗糙度为Ra1.6。
工步二：粗车左端外轮廓
本工序采用粗车-半精车-精车的加工方式，经查表知，其切削余量为2mm，故该工序车削后基本尺寸应为50+2=52mm。
工序2：加工件1右轮廓
工步一：平端面
此端面经过两次车削，粗车和精车。查表知，其轧制件端面加工余量为1m,粗车余量为0.5mm，车削后达到的表面粗糙度为Ra1.6
工步二：粗车加工右端轮廓
本工序采用粗车-半精车-精车的加工方式，经查表知，其切削余量为2mm，其基本尺寸是56+2=58mm，与该尺寸对应的公差值是0.021mm，按入体原则标注，工序尺寸为φmm。
工步三：粗加工右端内孔
每次背吃刀量1mm，退刀量0.5mm
工步四：精加工右端内孔
切削余量为0.1mm
工序3
工步一：精车加工左端外轮廓
本工序采用粗车-半精车-精车的加工方式，经查表知，其切削余量为2mm，工序尺寸为φ50，车削后达到的表面粗糙度为Ra1.6。
工步二：粗加工左端内孔
每次背吃刀量1mm，退刀量0.5mm
工步三：精加工左端内孔
切削余量为0.1mm
工步四：车内槽
此槽是作为加工螺纹时的退刀槽，其工序尺寸应为φ32mm。
工步八：车削内螺纹
查表知，M30×1.5-6H的螺纹EI=0，中径公差是0.19mm，小径公差是0.3mm。
工序1：粗车件2轮廓
工步一：平端面
此端面经过两次车削，粗车和精车。查表知，其轧制件端面加工余量为1mm,粗车余量为0.5mm，车削后达到的表面粗糙度为Ra1.6。
工步二：粗车左端外轮廓
本工序采用粗车-半精车-精车的加工方式，经查表知，其切削余量为2mm，故该工序车削后基本尺寸应为58+2=60mm，与该尺寸对应的公差值分别是-0.025mm，按入体原则标注，工序尺寸为φmm,。
工序2：加工件2右端轮廓
工步一：平端面
此端面经过两次车削，粗车和精车。查表知，其轧制件端面加工余量为1mm,粗车余量为0.5mm，车削后达到的表面粗糙度为Ra1.6。
工步二：粗车加工右端轮廓
本工序采用粗车-半精车-精车的加工方式，经查表知，其切削余量为2mm，故该工序车削后基本尺寸应为30+2=60mm，工序尺寸为32
工步三：车外槽
槽宽4，切削余量为0
工步四：椭圆左端槽
槽宽5，切削余量为0
工步五：车削外螺纹
查表知，M30×1.5-6H的螺纹EI=0，中径公差是0.19mm，小径公差是0.3mm。
工步六：倒角
车C1倒角
工序3
工步一：平端面
此工步同工序10中工步一，但其加工余量是0.5mm。
工步二：粗车加工左端轮廓
此工步同工序10中工步二，其基本尺寸是58+2=32mm，与该尺寸对应的公差值是
0.025mm，按入体原则标注，工序尺寸为φmm。
工步三：粗加工左端内孔
每次背吃刀量1mm，退刀量0.5mm
工步四：精加工左端内孔
切削余量为0.1mm
3.4.3 加工余量的确定
加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。其余量的大小对工艺过程有一定影响，余量不足不能保证零件的加工质量，不但增加了机械加工的劳动量，而且增加了刀具，能源及材料的消耗，从而增加了成本，降低了生产率，所以必需合理的安排加工余量。确定加工余量的方法有查表法、经验仿计法和分析计算法。本零件采用查表法，参照《数控加工技术》表3-1：
零件的加工精度很大程度上取决于所用机床，因此必须合理的选择机床，对于单件小批量生产一般选择通用机床；对于中批量则广泛采用专用机床、数控机床和组合机床。
在选择机床时应注意以下几点：
1）机床的加工尺寸范围与零件外形尺寸相适应。
2）机床精度与工件精度相适应。
3）与现有加工条件相适应。
4）机床的生产率应与工件的生产类型相适应。
本零件尺寸小、重量轻、属中批生产，其毛坯是棒料，加工余量不大，加工时选择数控机床,根据现有的生产条件，选择的机床型号是：
CJK6032A教学型数控车床
3.4.5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。
3.4.6刀具的选择
在选择刀具方面,通常优先用通用夹具,对于不同材料的零件,一般都有适合将其切削的刀具。刀具的选择不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量，与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装方便，这就要采用新型优质材料制造数控教工刀具，并优选刀具参数。在选用刀具时应考虑工序种类，生产率，经济性，工件材料，生产批量，加工精度及表面粗糙度与所用机床的性能选用了标准刀具。刀具材料应当选择高硬度、高耐磨性、高耐热性的材料，并有足够的强度和韧性，较好的工艺。
选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。
数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并
应兼顾刀尖本身的强度。二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉；该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。
根据以上所述和现场加工条件，本零件选用YT类硬质合金刀具进行加工.
3.4.7量具的选择
量具的选择主要是根据生产类型和检测的精度来选择，一般选用通用量具，对于尺寸精度要求较高，检测不方便的选用专用量具，为了在机械加工过程中保证零件的加工尺寸精度和提高测量效率的要求，需要恰当合理地选择相应的各种通用及专用量具。此零件需选用的专用量具有：
椭圆—专用样板
M30×1.5-6H— M30螺纹塞环规
椭圆弧—专用样板
其它尺寸选用0-100mm外径千分尺、0-100mm内径千分尺、0-150mm游标卡尺即可。
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。
3.4.8冷却液的选择
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3-3所示
表3-3 常用冷却液
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。综上所述应当选择乳化液来作为切削液。
3.4.9切削用量的确定
一、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。
切削用量的合理选择,是指在保证加工质量的前提下,充分利用刀具和机床的性能,获得高生产效率和低加工成本的切削用量三要素的最佳组合。
（1）粗加工时切削用量的选择
粗加工时精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大，因此选择粗加工用量时，要尽可能保证较高的单位时间、金属切除量和必要的刀具耐用度，以提高生产率和降低成本。先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量；其次选择一个较大的进给量f；最后确定一个适合的切削速度v。根据上述原则，选择粗加工切削用量，对于提高生产率、减少刀具消耗、降低加工成本是比较有利的。
1）切削深度的选择：应根据零件的加工余量和由夹具、机床、刀具和工件所组成的工艺系统的刚性来确定。
2）进给量f的选择：限制进给量，提高的因素主要是切削力。
3）切削速度v的选择：主要受刀具耐用度和机床功率的限制。
（2）精加工时切削用量的选择
精加工时的加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀，因此选择精加工切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。精加工时应选择较小的背吃刀量和进给量f，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。
1）切削深度的选择：应根据精加工留下的余量来确定。
2）进给量f的选择：限制进给量，提高的主要因素是表面粗糙度。
3）切削速度v的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力也有所减小，也不易产生积屑瘤和毛刺。
二、背吃刀量的选择
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0.2～0.5mm
三、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=1000vπD
式中
v----切削速度，单位为mmin，由刀具的耐用度决定；
n----主轴转速，单位为 rmin；
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：
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800 mmr，精加工转速为1200 mmr。螺纹转速为700 mmr。
四、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车刀沿进给方向的相对位移量，单位为mmr或mmmin。
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（mmin）。
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F200左右。精加工时选取较少的加工余量F200—F300。
五、数控加工工艺工程卡片的编制
用数控加工工序卡的形式，可以把工步作业内容、刀具、进给速度、切削量集中反映在一张卡片上，做到一目了然。表3-4到3-7为数控加工工艺卡片。