第一章數控工具機的加工特點
數控加工是指在數控工具機上進行自動加工零件的一種工藝方法。數控工具機加工零件時，將編制好的零件加工數控程式，輸入到數控裝置中，再由數控裝置控制工具機主運動的變速、啟停、進給運動的方向、速度和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊鬆開和冷卻潤滑的啟、停等動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照數控程式規定的順序、路程和引數進行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。
一般來說，數控加工主要包括以下方面的內容：
（1）選擇並確定零件的數控加工內容；
（2）對零件圖進行數控加工的工藝分析；
（3）設計數控加工的工藝；
（4）編寫數控加工程式單（數控程式設計時，需對零件圖形進行數學處理；自動程式設計時，需進行零件cad、刀具路徑的產生和後置處理）；
（5）按程式單製作程式介質；
（6）數控程式的校驗與修改；
（7）首件試加工與現場問題處理；
（8）數控加工工藝技術檔案的定型與歸檔。
與常規加工相比，數控加工具有如下特點：
（1）適應性強數控加工是根據零件要求編制的數控程式來控制裝置執行機構的各種動作，當數控工作要求改變時，只要改變量控程式軟體，而不需改變機械部分和控制部分的硬體，就能適應新的工作要求。因此，生產準備周期短，有利於機械產品的更新換代。
（2）精度高，質量穩定數控加工本身的加工精度較高，還可以利用軟體進行精度校正和補償；數控工具機加工零件是按數控程式自動進行，可以避免人為的誤差。因此，數控加工可以獲得比常規加工更高的加工精度。尤其提高了同批零件生產的一致性，產品質量穩定。
（3）生產率高數控裝置上可以採用較大的運動用量，有效地節省了運動工時。還有自動換速、自動換刀和其它輔助操作自動化等功能，而且無需工序間的檢驗與測量，故使輔助時間大為縮短。
（4）能完成複雜型面的加工許多複雜曲線和曲面的加工，普通工具機無法實現，而數控加工完全可以完成。
（5）減輕勞動強度，改善勞動條件因數控加工是自動完成，許多動作不需操作者進行，故勞動條件和勞動強度大為改善。
（6）有利於生產管理採用數控加工，有利於向計算機控制和管理生產方向發展，為實現製造和生產管理自動化創造了條件。
第二章數控加工
（一）數控加工概述
一數控裝置的工作原理與組成
1．數控裝置的工作原理
操作者根據數控工作要求編制數控程式，並將數控程式記錄在程式介質（如穿孔紙帶、磁帶、磁碟等）上。數控程式經數控裝置的輸入輸出介面輸入到數控裝置中，控制系統按數控程式控制該裝置執行機構的各種動作或運動軌跡，達到規定的工作結果。圖0-1是數控裝置的一般工作原理圖。
2．數控裝置的組成與功能
數控裝置的基本結構：主要由輸入輸出裝置、計算機數控裝置、伺服系統和受控裝置等四部分組成。
(1)輸入輸出裝置
輸入輸出裝置主要用於零件數控程式的編譯、存貯、列印和顯示等。簡單的輸入輸出裝置只包括鍵盤和發光二極體顯示器。一般的輸入輸出裝置除了人機對話程式設計鍵盤和crt外，還包括紙帶、磁帶或磁碟輸入機、穿孔機等。
高階的輸入輸出裝置還包括自動程式設計機或cad/cam系統。
(2)計算機數控裝置
計算機數控裝置是數控裝置的核心。它根據輸入的程式和資料，經過數控裝置的系統軟體或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理後，輸出各種訊號和指令。
(3) 伺服系統
伺服系統由伺服驅動電路和伺服驅動裝置組成，並與裝置的執行部件和機械傳動部件組成數控裝置的進給系統。它根據數控裝置發來的速度和位移指令，控制執行部件的進給速度、方向和位移。
(4) 受控裝置
控裝置是被控制的物件，是數控裝置的主體，一般都需要對它進行位移、角度和各種開關量的控制。在閉環控制的受控裝置上一般都裝有位置檢測裝置，以便將位置和各種狀態訊號反饋給計算機數控裝置。
二數控裝置的分類
數控裝置的種類很多，各行業都有自己的數控裝置和分類方法。在工具機行業，數控工具機通常從以下不同角度進行分類。
1．按工藝用途分類
按其工藝用途可以劃分為以下四大類：
（1）金屬切削類指採用車、銑、鏜、鑽、鉸、磨、刨等各種切削工藝的數控工具機。它又可分為兩類：
①普通數控工具機普通數控工具機一般指在加工工藝過程中的乙個工序上實現數字控制的自動化工具機，有數控車、銑、鑽、鏜及磨床等。普通數控工具機在自動化程度上還不夠完善，刀具的更換與零件的裝夾仍需人工來完成。
②數控加工中心數控加工中心mc是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控工具機。在加工中心上，可使零件一次裝夾後，實現多道工序的集中連續加工。加工中心的型別很多，一般分為立式加工中心、臥式加工中心和車削加工中心等。
加工中心由於減少了多次安裝造成的定位誤差，所以提高了零件各加工面的位置精度，近年來發展迅速。
（2）金屬成形類指採用擠、壓、衝、拉等成形工藝的數控工具機，常用的有數控彎管機、數控壓力機、數控衝剪機、數控折彎機、數控旋壓機等。
（3）特種加工類主要有數控電火花線切割機、數控電火花成形機、數控雷射與火焰切割機等。
（4）測量、繪圖類主要有數控繪圖機、數控座標測量機、數控對刀儀等。
2．按控制運動的方式分類
（1）點位控制數控工具機這類數控工具機有數控鑽床、數控座標鏜床、數控沖床等。
（2）點位直線控制數控工具機這類工具機有數控車床和數控銑床等。
（3）輪廓控制數控工具機這類工具機有數控車床、銑床、磨床和加工中心等。
3．按伺服系統的控制方式分類
（1）開環數控工具機它沒有位置檢測元件，其結構較簡單、成本較低、除錯維修方便，但由於受步進電機的步距精度和傳動機構的傳動精度的影響，難於實現高精度的位置控制，進給速度也受步進電機工作頻率的限制。一般適用於中、小型經濟型數控工具機。
（2）半閉環控制數控工具機它是將位置檢測元件安裝在驅動電機的端部或傳動絲杆端部，間接測量執行部件的實際位置或位移。這類控制可以獲得比開環系統更高的精度，除錯比較方便，因而得到廣泛應用。
（3）閉環控制數控工具機它是將位置檢測元件直接安裝在工具機工作台上。由於它採用了反饋控制，可以清除包括工作台傳動鏈在內的傳動誤差，因而定位精度高，速度更快。但由於系統複雜，除錯和維修較困難，成本高，一般適用於精度要求高的數控工具機。
此外，按所用數控系統的檔次通常把數控工具機分為低檔、中檔、高檔三類數控工具機。中檔、高檔數控工具機一般稱為全功能數控或標準型數控。
（二） 數控加工在機械製造中的地位和作用
隨著科學技術和社會生產的不斷發展，機械製造技術發生了深刻的變化，機械產品的結構越來越合理，其效能、精度和效率日趨提高，因此對加工機械產品的生產裝置提出了高效能、高精度和高自動化的要求。
在機械產品中，單件和小批量產品佔到70﹪～80﹪。由於這類產品的生產批量小、品種多，一般都採用通用工具機加工，其自動化程度不高，難於提高生產效率和保證產品質量。要實現這類產品生產的自動化成為了機械製造業中長期未能解決的難題。
為解決大批大量生產的產品的高產優質問題，一般採用專用工具機、組合工具機、專用自動化工具機以及專用自動生產線和自動化車間進行生產。但其生產周期長，產品改型不易，因而使新產品的開發周期增長，生產裝置使用的柔性很差。
現代機械產品的一些關鍵零部件，往往都精密複雜，加工批量小，改型頻繁，顯然不能在專用工具機或組合工具機上加工。而借助靠模和仿形工具機，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產效率受到很大的限制。特別對空間的複雜曲線曲面，在普通工具機上根本無法實現。
為了解決單件、小批量生產，特別是複雜型面零件的自動化加工，數控加工應運而生。自2023年美國parsons公司與麻省理工學院（mit）合作研製了第一台三座標立式數控銑床以來，機械製造行業發生了技術革命，使機械製造業的發展進入了乙個新的階段。以後成功研製了數控轉塔式沖床、數控轉塔鑽床、加工中心mc等。
隨著cnc技術、資訊科技、網路技術以及系統工程學的發展，在20世紀60年代以後先後出現了直接數字控制系統dnc、柔性製造系統fms、柔性製造單元fmc、計算機整合製造系統cims等。
數控加工是機械製造中的先進加工技術。它的廣泛使用給機械製造業的生產方式、產品結構、產業結構帶來了深刻的變化，是製造業實現自動化、柔性化、整合化生產的基礎，為機械製造行業和國民經濟產生了巨大的效益。
第三章零件圖的審查分析與技術要求的確定
在制訂零件的機械加工工藝規程之前，對零件進行工藝性分析，以及對產品零件圖提出修改意見，是制訂工藝規程的一項重要工作。
首先應熟悉零件在產品中的作用、位置、裝配關係和工作條件，搞清楚各項技術要求對零件裝配質量和使用效能的影響，找出主要的和關鍵的技術要求，然後對零件圖樣進行分析。
1.零件圖的完整性和正確性
在了解零件形狀和結構之後，應檢查零件檢視是否正確、足夠，表達是否直觀、清楚，繪製是否符合國家標準，尺寸、公差以及技術要求的標註是否齊全、合理等。
2. 零件的技術要求
零件的技術要求包括下列幾個方面：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形狀精度；主要加工表面之間的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面質量方面的其它要求；熱處理要求；其它要求(如動平衡、未注圓角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)要注意分析這些要求在保證使用效能的前提下是否經濟合理，在現有生產條件下能否實現。
3. 零件的材料分析
即分析所提供的毛坯材質本身的機械效能和熱處理狀態，毛坯的鑄造品質和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夾砂、疏鬆等。判斷其加工的難易程度，為選擇刀具材料和切削用量提供依據。所選的零件材料應經濟合理，切削效能好，滿足使用效能的要求。
4.零件的尺寸標註
零件圖上的重要尺寸應直接標註，而且在加工時應盡量使工藝基準與設計基準重合，並符合尺寸鏈最短的原則。
零件圖上標註的尺寸應便於測量，不要從軸線、中心線、假想平面等難以測量的基準標註尺寸。
零件圖上的尺寸不應標註成封閉式，以免產生矛盾。
零件上非配合的自由尺寸，應按加工順序盡量從工藝基準注出。
零件上各非加工表面的位置尺寸應直接標註，而非加工面與加工面之間只能有乙個聯絡尺寸。根據生產、技術條件和對產品的使用要求，從工藝的角度出發，審查零件圖樣的檢視、尺寸、公差和技術要求的完整性與正確性;加工要求的合理性；零件結構的工藝性等
畢業設計該零件為軸類零件，需通過旋轉運動的加工方法進行切削加工，所以使用車床進行加工。
零件檢視完整清晰，尺寸標註與公差要求合理，工藝正確，加工要求合理，加工精度要求一般，其他技術要求有表面粗糙度，要求ra最大值為6.3，並只對軸的右端由此要求，以方便與其他零件進行配合。
零件輪廓曲線形狀比較複雜，左端部還要求要攻m36×1.5要求的螺紋，輪廓上要求要加工一段球形sr20±0.05，四段圓弧，從右到左分別為一段r10圓弧、一段r5圓弧，兩段r1圓弧。
此外還要求加工兩個2的倒角。
第四章毛坯的確定
在制訂機械加工工藝規程時，正確選擇合適的毛坯，對零件的加工質量、材料消耗和加工工時都有很大的影響。顯然毛坯的尺寸和形狀越接近成品零件，機械加工的勞動量就越少，但是毛坯的製造成本就越高，所以應根據生產綱領，綜合考慮毛坯製造和機械加工的費用來確定毛坯，以求得最好的經濟效益
1.冷沖壓件
冷沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機械、儀表、輕工電子產品方面應用廣泛。但因沖壓模具昂貴而僅用於大批大量生產。
2.焊接件
焊接件是根據需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯件，它簡單方便，生產周期短，但需經時效處理後才能進行機械加工。
3.型材
型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋適用於尺寸較大、精度較低的毛坯；冷拉適用於尺寸較小、精度較高的毛坯。
4.鍛件
鍛件適用於強度要求高、形狀比較簡單的零件毛坯。其鍛造方法有自由鍛和模鍛兩種。自由鍛毛坯精度低、加工餘量大、生產率低，適用於單件小批生產以及大型零件毛坯。
模鍛毛坯精度高、加工餘量小、生產率高，但成本也高，適用於中小型零件毛坯的大批大量生產。
5.鑄件
鑄件適用於形狀較複雜的零件毛坯。其鑄造方法有砂型鑄造、精密鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造等。較常用的是砂型鑄造，當毛坯精度要求低、生產批量較小時，採用木模手工造型法；當毛坯精度要求高、生產批量很大時，採用金屬型機器造型法。
鑄件材料有鑄鐵、鑄鋼及銅、鋁等有色金屬。
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