目录
1.零件的分析 (1)
2.工艺处理 (2)
2.1刀具、工夹具的设计和选择 (2)
2.2选择对刀点和换刀点 (3)
2.3确定加工路线 (3)
2.4确定切削用量 (3)
2.5制作数控加工工艺卡片 (4)
3.刀具轨迹设计分析及轨迹计算 (4)
4.数控加工程序 (6)
5.加工程序的调试及运行结果 (8)
6.小结与体会 (9)
7.参考资料 (10)
1.分析阶梯轴零件图样
图1 阶梯轴零件图
该零件为阶梯回转轴，零件表面由两段圆锥表面，Φ50、Φ60、Φ80的三段圆柱表面，R10,R8，R14的三段圆弧表面，φ44*5，φ65*5的两个退刀槽以及M80*2的螺纹表面组成，如图1所示。零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件的材料为45钢，无热处理和硬度要求。
由于该零件表面粗糙度为Ra6.3，最高达到Ra0.8，故需精密机床来加工；未给出同轴度和垂直度要求，故按一般位置精度处理。
首先，由于该零件为回转轴类，显尔需在车床上加工。其次，该回转零件表面较复杂，至少需要换三把刀具，如果采用人工加工，生产效率低下，精度也难以得到保证，因此本次设计采用数控车床来加工。它在加工本零件时至少具有以下三方面的优点：
(1) 生产率高。由于数控机床能合理选用切削用量，机加工时间短，又由于其定位精度高，停机检测次数少，加工准备时间也因采用通用夹具而大大缩减。
(2) 减少工人劳动强度。本零件各圆锥表面，圆柱表面需用粗、精车刀加工，退刀槽需要那个切槽刀，螺纹加工需用螺纹刀。由于数控机床主要是自动加工，能自动换刀，开/关切削液，自动变速，其大部分操作不需要人工完成，因而改善了劳动条件。由于操作失误少，液降低了废品率和次品率。
(3) 加工精度高，产品质量稳定。本零件表面有较高的表面要求，而数控车床自动加工，人为因素干扰少。其加工精度可采用软件来校正和补偿误差，因此，能获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。
综上所述，本零件采用数控车床加工。
图2 UG软件绘制的零件三维仿真图
图3 毛坯三维仿真图
2.工艺处理
本次设计选用华中数控世纪之星车削加工中心加工本零件。由于最大回转直径Dmax=80mm，选用的毛坯为直径D=82mm的棒料。在数控车削之前，由普通车床完成毛坯外圆柱面和端面的粗车加工。
图3 棒料的三维仿真图
2.1刀具、工夹具的设计和选择
零件毛坯材料为45钢，无热处理和硬度要求，选用刀具材料为硬质合金。外圆柱面和圆锥面的粗加工和精加工分别采用外圆粗车刀和精车刀。为防止刀具副后刀面与工件轮廓干涉，车刀均选用45°硬质合金右偏刀；退刀槽的加工采用宽度为4mm切断刀；M80*2的螺纹加工采用螺纹刀。具体的所选刀具参数见下表：
表1 数控加工刀具卡片
零件毛坯为棒料，装夹方案为左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧。
加工过程中使用合成切削液。
2.2选择对刀点
对刀点是工件坐标系的原点，所选对刀点应使程序编制简单，对刀点容易找正，并在加工过程中便于检查的位置上，减小加工误差。根据零件坯料和所选车床情况，选择零件坯料右端中心为对刀点。即图2中的O点，并以此点建立工件坐标系，编制加工程序。
换刀点是工件加工过程中刀具换刀点，要正确选择换刀点，以避免换刀时刀具与机床，工件夹具发生碰撞现象。本设计选择换刀点为上述工件坐标系的P（100，100）点，具体见图4。
2.3确定加工路线
首先确定刀具的刀位点。车削过程中刀位点在车刀刀尖。
加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.2mm精车余量），然后从右到左进行精车。
数控车床具有粗车循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和精车循环不需要人为确定进给路线。故其刀具轨迹的设计计算只需要分析设计精车路线即可。
2.4确定切削用量
在粗加工时，选择背吃刀量为2mm，切削速度为80 m·mm-1，主轴转速为800r/min，进给量为
80mm/min。
在精加工时，选择背吃刀量为0.2mm，切削速度为120 m·mm-1，主轴转速为1200r/min，进给量为40 mm/min。
表2 数控车床切削用量简表
2.5制作数控加工工艺卡片
表3 数控加工工艺卡片
将前面分析的各项内容综合成表2所示的数控加工工艺卡片，主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。
3.刀具轨迹设计分析及轨迹计算
由于零件的轮廓加工，不论是粗车循环还是精车循环不需要人为确定进给路线，故其刀具轨迹的编程只需按工件实际轮廓进行各点的坐标计算和轨迹计算（粗车要指定所留余量），机床会自动选择合适的加工路线和相应的切削用量，计算来回切削次数，切削时间等，轨迹基点及加工路线图如图4所示。
图4 轨迹基点及加工路线图
如图2所示，O为工件坐标原点，P为换刀点，Q为粗精车循环起点，其余各点均为轮廓上基点。该加工路线先车削外形轮廓，待循环车削完毕，再逐一车退刀槽和螺纹。
根据图1给定尺寸计算各点坐标值（X，Z)如下:
表4 各点坐标值
4.数控加工程序
由表3工序卡片以及表4各点坐标，即可以编制该零件的数控加工程序。首先需说明三点，数控程序编制采用G代码，不同的数控系统各代码的含义有所不同，本设计按FANUC数控系统代码编程。
另外，切5mm退刀槽时，由于切断刀只有4mm宽，故需分两次切削，切削轨迹重合4mm。
最后，车削螺纹时，编程终点坐标值是螺纹底径终点坐标，而工程图纸上标出的是螺纹公称直径（大径），这就必须计算牙深，而螺纹牙深理论值H=0.866×螺距，但是理论值是无法实现的，一般按经验计算螺牙深度，即实际值约为0.65×螺距。因而本设计，h=0.65×2=1.3mm，则螺纹底径
D1=80-2×0.65×2=77.4mm。为避免在加减速过程中进行螺纹切削，要设置引入距离δ1和超越距离δ2。一般δ1=（2-3）f，δ2=? f，本设计取δ1=3mm，δ2=1mm。
数控加工程序如下所示：
表5 数控加工程序单
5.加工程序的调试及运行结果
本程序的调试是在实验室里的华中数控世纪之星加工中心完成的，虽然所编制程序采用的是FANUC 数控系统的G代码，但大部分程序和代码与华中数控系统是兼容的，只有个别G代码功能不同。比如FANUC 系统的粗、精车循环分别为G70和G71，但华中数控统一由G71代码完成粗、精加工，至于各自切削用量，切削时间等均由数控车床自动生成。再比如，FANUC的螺纹切削指令为G92，但华中数控系统默认的是G73。但这些差别并不影响程序的移植，只需要更改个别指令，华中数控系统就能调试和运行该程序。
开机床
回零
输入加工程序
夹持工件，对刀
调试，模拟加工路径
图5 加工程序调试流程图
图6 实际运行后的刀具加工轨迹图
6.收获与体会
本次课程设计，是根据给定的零件轮廓尺寸及其尺寸工艺要求，进行数控工艺路线设计，并按照手工编程的步骤，编制数控加工（包括粗、精加工）程序，最后在数控机床上实现其加工。
虽然给定的零件为简单的回转轴类零件，工艺路线的拟定以及数控程序编制并不繁琐，但由于是首次进行数控加工工艺路线设计以及加工工序的编制，在设计之初仍感艰难和生疏。当然这次数控课程设计，收获也颇多，一方面，它不仅加深了我们对数控加工的认识，巩固了我们的理论知识，另一方面，它也锻炼了我们的实际动手能力，机床操作能力以及工程思维分析能力。
由于课程设计时间紧，且各科课程设计和实验重叠，这次课程设计过程中难免会有不少纰漏和错误，恳请老师指正。
7.主要参考资料：
[1]朱晓春等主编.数控技术（第二版）[M] .机械工业出版社，2007年2月.
[2]熊良山等主编. 机械制造技术基础（第三版）[M] .华中科技大学出版社，2006年1月.
[3]高凤英主编. 数控机床（第二版）.东南大学出版社，2009年3月.
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