摘 要
激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性材料以及精密细小和形状复杂的零件，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。
本文设计了一台单片机控制的数控激光切割机床，主要完成了：机床整体结构设计，Z轴、XY轴的结构设计计算、滚珠丝杠、直线滚动导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算；以89C51为主控芯片的数控系统硬件电路设计、系统初始化设计及系统软件方案设计和步进电机的控制程序设计。
关键词 CNC，激光切割机床，结构，设计
目 录
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2现实意义 1
1.3设计任务 1
1.4总体设计方案分析 2
2 机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计 4
2.1 XY工作台的设计 4
2.1.1主要设计参数及依据 4
2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析 4
2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量 4
2.2 Z轴随动系统设计 5
3 滚珠丝杠传动系统的设计计算 6
3.1 强度计算 6
3.2 滚珠丝杠副的传动效率 6
4 直线滚动导轨的选型 8
5 步进电机及其传动机构的确定 9
5.1 步进电机的选用 9
5.1.1 脉冲当量和步距角 9
5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算 9
5.1.3确定步进电机最高工作频率 10
5.2齿轮传动机构的确定 10
5.2.1传动比的确定 10
5.2.2齿轮结构主要参数的确定 11
5.3步进电机惯性负载的计算 11
6 传动系统刚度的讨论 13
6.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 13
6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 13
7 消隙方法与预紧 15
7.1消隙方法 15
7.1.1偏心轴套调整法 15
7.1.2锥度齿轮调整法 16
7.1.3双片齿轮错齿调整法 16
7.2预紧 17
8 数控系统设计 18
8.1 确定机床控制系统方案 18
8.2 主要芯片配置 18
8.2.1主要芯片选择 18
8.2.2 主要管脚功能 18
8.2.3 EPROM的选用 19
8.2.4 RAM的选用 20
8.2.5 89C51存储器及I/O的扩展 20
8.2.6 8155工作方式查询 21
8.2.7状态查询 22
8.2.8 8155定时功能 22
8.2.9 芯片地址分配 23
8.3 键盘设计 24
8.3.1键盘定义及功能 24
8.3.2 键盘程序设计 24
8.4 显示器设计 28
8.4.1显示器显示方式的选用 28
8.4.2显示器接口 29
8.4.3 8155扩展I/O端口的初始化 29
8.5 插补原理 30
8.6光电隔离电路 31
8.7越界报警电路 31
8.8总体程序控制 32
8.8.1流程图 32
8.8.2总程序 32
9 步进电机接口电路及驱动 34
结 论 38
参考文献 39
致 谢 40
一，我国数控系统的发展史
1.我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。
2.在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五"(81----85年)的引进国外技术，“七五”(86------90年)的消化吸收和“八五”(91~一-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。
3.我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1 9 9 5年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1 9 9 9年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。
三，数控车的工艺与工装削
阅读：133
数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。
1. 合理选择切削用量
对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。
切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。
进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。
用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。
最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。
然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。
2. 合理选择刀具
1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。
3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
3. 合理选择夹具
1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；
2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。
4. 确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。
1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；
2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
5. 加工路线与加工余量的联系
目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。
6. 夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，如图1。液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。
四，进行有效合理的车削加工
阅读：102
有效节省加工时间
Index公司的G200车削中心集成化加工单元具有模块化、大功率双主轴、四轴联动的功能，从而使加工时间进一步缩短。与其他借助于工作轴进行装夹的概念相反，该产品运用集成智能加工单元可以使工件自动装夹到位并进行加工。换言之，自动装夹时，不会影响另一主轴的加工，这一特点可以缩短大约10％的加工时间。
此外，四轴加工非常迅速，可以同时有两把刀具进行加工。当机床是成对投入使用的时候，效率的提高更为明显。也就是说，常规车削和硬车可以并行设置两台机床。
常规车削和硬车之间的不同点仅仅在于刀架和集中恒温冷却液系统。但与常规加工不同的是：常规加工可用两个刀架和一个尾架进行加工；而硬车时只能使用一个刀架。在两种类型的机床上都可进行干式硬加工，只是工艺方案的制造者需要精心设计平衡的节拍时间，而Index机床提供的模块结构使其具有更强的灵活性。
以高精度提高生产率
随着生产效率的不断提高，用户对于精度也提出了很高的要求。采用G200车削中心进行加工时，冷启动后最多需要加工4个工件，就可以达到±6mm的公差。加工过程中，精度通常保持在2mm。所以Index公司提供给客户的是高精度、高效率的完整方案，而提供这种高精度的方案，需要精心选择主轴、轴承等功能部件。
G200车削中心在德国宝马Landshut公司汽车制造厂的应用中取得了良好的效果。该厂不仅生产发动机，而且还生产由轻金属铸造而成的零部件、车内塑料装饰件和转向轴。质量监督人员认为，其加工精度非常精确：连续公差带为±15mm，轴承座公差为±6.5mm。
此外，加工的万向节使用了Index公司全自动智能加工单元。首批的两台车削中心用来进行工件打号之前的预加工，加工后进行在线测量，然后通过传送带送出进行滚齿、清洗和淬火处理。最后一道工序中，采用了第二个Index加工系统。由两台G200车削中心对转向节的轴承座进行硬车。在机床内完成在线测量，然后送至卸料单元。集成的加工单元完全融合到车间的布局之中，符合人类工程学要求，占地面积大大减少，并且只需两名员工看管制造单元即可。
五，数控车削加工中妙用G00及保证尺寸精度的技巧
数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业，如何高效、合理、按质按量完成工件的加工，每个从事该行业的工程技术人员或多或少都有自己的经验。笔者从事数控教学、培训及加工工作多年，积累了一定的经验与技巧，现以广州数控设备厂生产的GSK980T系列机床为例，介绍几例数控车削加工技巧。
一、程序首句妙用G00的技巧
目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50 Xα Zβ作为程序首句。根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为(Xα Zβ)(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面)。采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。
1. 对刀后，装夹好工件毛坯；
2. 主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A；
3. Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50 Z0，电脑记忆该点；
4. 程序录入方式，输入G01 W-8 F50，将工件车削出一台阶；
5. X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入G50 Xγ，电脑记忆该点；
6. 程序录入方式下，输入G00 Xα Zβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50 Xα Zβ，电脑记忆该程序原点。
上述步骤中，步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到XαZβ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件坐标系。鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50 XαZβ改为G00 Xα Zβ后，问题迎刃而解。其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即可。即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。中国金属加工在线
二、控制尺寸精度的技巧
1. 修改刀补值保证尺寸精度
由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：
a. 绝对坐标输入法
根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。
b. 相对坐标法
如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。
同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。
2. 半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度
对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。
3. 程序编制保证尺寸精度
a. 绝对编程保证尺寸精度
编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。
b. 数值换算保证尺寸精度
很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中，除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中， φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。
4. 修改程序和刀补控制尺寸
数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下：
a. 修改程序
原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；
b. 改刀补
在1号刀刀补001处输入U-0.06。
经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。
六，数控机床故障排除方法及其注意事项
由于经常参加维修任务，有些维修经验，现结合有关理论方面的阐述，在以下列出，希望抛砖引玉。
一、故障排除方法
（1）初始化复位法：一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。
（2）参数更改，程序更正法：系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。
（3）调节，最佳化调整法：调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如某厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。如在某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。
最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到即有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。
（4）备件替换法：用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。
（5）改善电源质量法：目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。
（6）维修信息跟踪法：一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据，可正确彻底地排除故障。
二、维修中应注意的事项
（1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。
（2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。
（3）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。
（4）线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。
（5）不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。
（6）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。
（7）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。
（8）更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。
（9）记录线路上的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。
（10）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。
最后，我觉得：维修不可墨守陈规，生搬理论的东西，一定要结合当时当地的实际情况，开阔思路，逐步分析，逐个排除，直至找到真正的故障原因。
综上所述，数控技术的发展是与现代计算机技术、电子技术发展同步的，同时也是根据生产发展的需要而发展的。现在数控技术已经成熟，发展将更深更广更快。未来的CNC系统将会使机械更好用，更便宜。
参考资料：参考资料：1.张耀宗.机械加工实用手册编写组.机械工业出版社，1997
我有一篇论文不是是否适合你,题目是《如何提高薄壁零件的加工精度》
先拟题，如：浅谈数控机床故障判断与维护
【论文关键词】：数控技术;数控机床;故障;维护
【论文摘要】：数控技术是用数字信心对机械运动和工作过程控制的技术。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，更使制造业成为工业化的象征。
数控机床是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物。具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点，在各个行业受到广泛欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常进行的关键。
1.数控机床的维护
对于数控机床来说，合理的日常维护措施，可以有效的预防和降低数控机床的故障发生几率。
首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。
其次，在一般的工作车间的空气中都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦他们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，很容易引起元器件之间绝缘电阻下降，甚至倒是元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。
另外，对数控系统的电网电压要实行时时监控，一旦发现超出正常的工作电压，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件的损坏。所以配电系统在设备不具备自动检测保护的情况下要有专人负责监视，以及尽量的改善配电系统的稳定作业。
当然很重要的一点是数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，要注意将电刷从直流电动机中取出来，以免由于化学腐蚀作用，是换向器表面腐蚀，造成换向性能受损，致使整台电动机损坏。这是非常严重也容易引起的故障。 摘自无忧无虑论文网
巧了，我的毕业课题也是轴类的，复合轴
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复合轴数控车工艺分析及程序编制
目 录
前言………………………………………………………………1
第一章 绪论………………………………………………………………2
1.1本文的研究背景及意义………………………………………………… 2
1.2数控编程技术的历史…………………………………………………… 2
数控编程中的加工工艺分析及设计……………………………4
2.1数控加工工艺…………………………………………………………… 4
2.1.1分析零件图…………………………………………………………… 4
2.1.2数控加工工艺概念与工艺过程………………………………………… 5
2.1.3数控车床加工工艺主要内容…………………………………………… 7
2.2加工方法选择及加工方案确定…………………………………………… 7
2.2.1数控机床的合理选用………………………………………………… 7
2.2.2加工方法的选择……………………………………………………… 8
2.2.3加工方案设计的原则………………………………………………… 8
2.3数控加工工艺路线的设计……………………………………………… 8
2.3.1数控车削加工零件的工序顺序…………………………………………9
2.3.2按零件装夹定位方式划分工序…………………………………………9
2.3.3数控车削工序的格工步顺序………………………………………… 10
2.3.4数控加工工序与普通加工工序的衔接…………………………………11
2.4走刀路线的设计…………………………………………………………11
2.5确定零件夹紧的方法和夹具的选择…………………………………… 12
2.5.1工件定位和夹紧方案的确定………………………………………… 12
2.5.2夹具的选择………………………………………………………… 12
2.6刀具的选择…………………………………………………………… 13
2.7切屑用量的确定……………………………………………………… 14
2.7.1吃刀量的选择……………………………………………………… 14
2.7.2每齿进给量的选择………………………………………………… 15
2.7.3主轴转速的确定…………………………………………………… 15
2.8数控加工工艺文件………………………………………………………16
第三章 数控加工工序分析…………………………………………… 14
3.1分析零件图…………………………………………………………… 14
3.2数控加工顺序………………………………………………………… 14
3.3加工用量的选择与确定…………………………………………………14
第四章 加工程序编写及主要操作步骤……………………………… 18
4.1 GSK980TD简介………………………………………………………… 18
4.2程序编写的基本步骤和内容…………………………………………… 18
4.3编写加工程序单…………………………………………………………19
结论……………………………………………………………………… 20
致谢……………………………………………………………………… 21
参考文献………………………………………………………………… 22
附录……………………………………………………………………… 23
摘 要 ：
能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到实践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位.夹紧以及工艺路线安排.工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量
学会使用图表资料以及手册，掌握与本本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练运用。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。
关键词：夹具 走刀路线 加工用量
Abstract：Can through the utilization machine manufacture technology curriculum in elementary theory as well as in the productive practice middle school to the practice knowledge, a correct solution components in processing process localization. Clamp as well as craft route arrangement. Questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality The academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the notebook the name, the source, can achieve the skilled utilization. Therefore, it holds the important status in ours university life. To my own opinion, I hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. Because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes.
Key Words:Fixture Moving Path Processing amount
前言
这次毕业设计，我的设计题目是：数控复合轴加工工艺规程设计。由于设计的需要，我仔细研究了零件图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代表能不能干好。所以我积极与设计指导老师、操作指导老师沟通，在各位老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到各位老师优良工作品质的影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并树 立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。通过毕业设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运用所学理论知识和实际操作知识去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基本理论知识和基本操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、编写数控程序、数控机床操作、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风。由于本人能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请各位老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位老师表示我虔诚和衷心的感谢！
绪论
1.1本文的研究背景及意义：数控加工技术概况：
数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。
数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。
数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。
数控加工原理及加工过程：
零件图→阅读零件图→工艺分析→制定工艺→数控编程→程序传输→数控机床
数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。
1.2数控编程技术的历史
目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔
性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展：
1．高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。
为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。
2．多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多cpu结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。
3．智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对cnc系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。
4．数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前cad／cam图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用cad绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成nc零件加工程序，以实现cad与cam的集成。随着cims技术的发展，当前又出现了cad／capp／cam集成的全自动编程方式，它与cad／cam系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的capp数据库获得。
5．可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。
6．控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。
第二章数控编程中的加工工艺分析及设
2.1数控加工工艺
2.1.1分析零件图
1. 零件的完整性和正确性的分析
本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件，生产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精度。可以看出这根轴是由M30的螺纹；φ25长为5mm的槽，及1：10的锥度组合而成的外圆结构，在轴的右端还有深30的φ25的内孔。从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配合。
总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。如果是内孔的直径过大那么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，也体现出了数控技术的精度高的特点。
2.零件材料的分析
工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料，它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。可分为刚和铸铁两大类，其主要区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于2.11%，铸铁的含碳量则在2.11%以上。
钢的韧性、塑性较好，强度较高。常以热锻、轧制等方法成形。强度要求较高、形状较复杂的零件可用铸钢。
由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承受拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。
3.零件精度的分析
零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都会影响到零件的加工精度。图1-2-1是各种加工方法得到的加工精度
图1-3-1
如图1-3-2就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：φ40圆柱段，φ521圆柱孔，φ50 0圆柱孔，φ35圆柱沟槽。零件其他径向加工部位相对容易加工。零件的轴向加工部位：零件左端φ40圆柱段的轴向长度为25,.零件右端φ25圆柱孔的轴向长度为300mm，由上述尺寸可以确定零件的轴向尺寸应该以零件左端面为基准，这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。
图1-3-2
4、表面粗糙度的分析
表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。
表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。
表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。我国执行的表面粗糙度国家标准有三个：
GB/T3505—2000 《表面粗糙度 术语 表面及参数》
GB/T1031—1995 《表面粗糙度 参数及其数值》
GB/T131—1993 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》
附图（机械制造基础81页）
在这里我参考的是国标GB/T131—1993，由图1-3-2可以知道这根复合轴表面粗糙度的要求不是很高，M30的螺纹的表面粗糙值为Ra2.5；φ36+0.1 -0.1的槽表面、φ500 -0.025长度为5mm的左端面、以及φ52+0.04 -0.01、φ25+0.1 0的内孔表面的表面粗糙度值为Ra3.2；这些的粗糙度的要求都不是很高，可以通过精加工和半精加工得到，R10 ,R20长度为15mm的圆弧段表面、及左端的圆锥的表面粗糙度Ra1.6。Ra.16的精度可以通过精车之后再通过磨削可以得到。其他未注的粗糙度为Ra6.3也是通过半精车可以达到。
2.1.2数控加工工艺概念与工艺过程
1.数控加工工艺概念
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。
2.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、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。
2.1.3数控车床加工工艺的主要内容
4 机械加工工艺卡 产品型号 零件图号 4 共1页
产品名称 零件名称 复合轴 第1页
车间 工序号 工序名称 材料牌号
5 车 45
毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数
45号钢 1 1
设备名称 设备型号
GSK980TD 设备编号 同时加工数
数控车床 GSK980TD 1
工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数
1 调头、精车零件左端外圆成型 800r/min F=100 2 3
2 车削M30的螺纹，加工后零件达到图纸的 要求。 800r/min F=100
3 车B=5mm的槽 400r/min F=40
4 倒角 600r/min
设计日期 审核日期 会签日期
标记 处数 更改文件号 签字
汤伟建 日期 2010.3..27 3010.3.27 2010.3.27 2010.3.27
在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工艺的形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下：
1.零件左、右端打B型中心孔B2.5.目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准 。
2. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数控粗车加工零件右端外形以及倒角1×45°，加工后的零件各部尺寸留下精加工的余量。
3. 零件调头后用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹不顶进行装夹定位，先用φ8、φ25的钻头手动加工φ25的孔，然后数控粗车加工零件左端内、外形以及倒角1×45°，加工后的零件各部分尺寸留下精加工的余量。
4. 精车、零件右端B型中心孔，为精车加工提供可靠的定位基准。
5. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，数控精车加工零件内形以及倒角1×45°与内孔空刀槽，加工后的零件各部尺寸达到图纸技术的要求。
6. 用双顶尖一鸡心夹装夹零件，数控精车加工零件左端外形以及倒角1×45°与空刀槽，加工后的零件各部尺寸。
7. 零件调头后用一夹一顶的方式夹紧定位好零件，数控精车加工零件右端外形，并进行B=5mm的切槽加工，加工后零件各部尺寸达到图纸的要求。
2.2加工方法选择及加工方案确定
2.2.1数控机床的合理选用
本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择广数GSK980TD数控车床。操作简单易掌握！
2.2.2加工方法的选择
一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成本随之增大。同样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概念。每一种加工方法都有一个加工精度的范围，例如在普通车床上加工外圆，所能获得尺寸的加工经济精度为：IT8~IT9级，加工经济表面粗糙度为：Ra＞1.25~2.5μm。普通外圆磨床磨削外圆，尺寸的加工经济精度为：IT5~IT6 级，加工经济表面粗糙度Ra＞0.16~0.32μm.各种的加工方法到达的加工经济精度和加工经济表面粗糙度都可以查阅各种金属切削加工工艺手册。
机械零件都是一些简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的，因此的零件的工艺路线的就是这些表面加工路线的恰当的组合。表3-2-1、表3-2-2是外圆柱、孔的典型加工路线。
可以通过对我们这次加工的轴的分析和上表的参考，来选择我们我们零件的加工路线。由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道这根轴的精度和表面粗糙度的要求都不是很高，最高的表面粗糙度值也是Ra1.6，如果是我们所使用的数控车精度比较高的话，精车也就可以达到了。 ⑴外圆加工方法：粗车—半精车—精车。它能达到的公差等级为IT7～IT8，表面粗糙度也能达到Ra0.8～1.6μm。完全复合零件的加工要求。
⑵内孔的加工方法：钻—粗车—半精车，它能达到的公差等级是IT10～IT8,粗糙度 Ra1.6 ～6.3μm，而我们此次加工的零件的内孔的表面粗糙度的值Ra 3.2，内圆的公差最小的也有0.05mm，所以这样的的加工方法也能到达我们的要求。
⑶端面的加工方法：粗车。端面一边是用来做基准的，因此在端面没有作具体的要求的时候我们一般只是采用粗车的方法来加工。在这里我们只采用粗车的原因主要是，我们通过粗车端面作为我们打B型中心孔的基准，然后再以B型的中心孔作为精基准来加工其他的表面。
2.2.3加工方案设计的原则
本次零件加工的原则是，以达到图纸规定的要求为基础，一步步来
确保零件尺寸和图纸规定的相符。
2.3数控加工工艺路线的设计
2.3.1数控车削加工零件的工序顺序
在轴的数控加工中，分为粗车加工和精车加工二次切削进行，起工序如下：
粗车加工Ⅰ：使用外圆车刀车削加工零件右端各部外圆与所在端面。工件各部位均留精车余量。
粗车加工Ⅱ：零件调头重新安装装夹定位后，先用φ8、φ25的钻头手动加工φ24的孔，再使用外圆车刀、内孔精镗刀。车削加工端各部内型型面与所在端面达到要求零件左端各部内、外圆型面与所在的端面，零件各部均留精车余量。
精车加工Ⅰ：使用内孔镗刀精车加工零件右。
精车加工Ⅱ：使用外圆精车车刀、切槽车刀，精车加工左端各部外圆型面与所在端面达到要求。
零件调头重新安装装夹定位后，使用外圆精车车刀、切槽刀、螺纹刀车削加工零件右端各部外圆型面与所在端面达到精车的要求。
2.3.2按零件装夹定位方式划分工序
三抓卡盘夹住左端，先粗加工右端外圆，然后精加工右端外圆及螺纹
三抓卡盘夹住右端，先粗加工左端外形面，然后换精加工，达到图纸要求。
换镗刀，镗孔右端内形。
2.3.3数控车削工序的各工步顺序
数控加工工序卡
1 机械加工工序卡
产品型号 零件图号 1 共1页
产品名称 零件名称 复合轴 第1页
车间 工序号 工序名称 材料牌号
1 车、钻
毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数
45号钢 Φ60×150 1 1
设备名称 设备型号
GSK980TD 设备编号 同时加工数
数控车床
GSK980TD 1
工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数
1 车右端面 T1 600 120 1
2 左、右两端钻B形中心孔 φ2.5钻头 600 120
设计日期 审核日期 会签日期
标记 处数 更改文件号 签字 日期 10.3.27
2 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 2 共1页
产品名称 零件名称 复合轴 第1页
车间 工序号 工序名称 材料牌号
2 车 45
毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数
45号钢 Φ60×150 1 1
设备名称 设备型号
设备编号 同时加工数
数控车床 GSK980TD 1
工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min
