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1、河南工业职业技术学院毕业论文题目：手动气阀主要零件的造型设计与数控加工班 级：姓 名：专 业：数控技术及应用指导教师：答辩日期：2008年6月20日摘 要数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大（
2、目前已占到70%以上），传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求，因而，以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术等有机地结合在一起，使机器制造行业的生产方式和机器制造技术发生了深刻的、革命性的变化。数控技术，简称数控（Numerical Control），是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气
3、动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速主轴正反转换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即平常说的数控加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等)，然后由机床上的数控系统读入( 或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入 )，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件）。有效提高了加工质量和效率，实
4、现了柔性自动化（相对于传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。在高性能、高精度、高自动化的数控机床家族中值得一提的是数控加工中心的出现。数控加工中心是一种带有刀库能够自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作数控机床。在加工中工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。由于加工中心能集中地、
5、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，经济效益显著，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流，也是现代机械制造企业在市
6、场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求。随着社会生产和科学技术的进步，数控技术不仅应用于机床的控制，还用于控制其他的设备，诸如数控线切割机、数控绘图机、数控测量机、数控冲剪机等，仅数控机床就有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及数控加工中心等。因此，在学习完数控技术这门课的同时，应进一步增强数控技术实践操作能力，以便能够系统、完整地掌握数控机床技术，更快更好地适应机械行业发展的需要。本文通过对客车开关门用手动气阀进行结构分析，需要对其不同部件进行车削、铣削焊接等数控加工，能较好地满足了实际精度要求，提高了加工质量和设计效率。关键词：数控加工 数控编程 Pro/E MasterC
7、AM AutoCAD目 录摘 要I目 录III1.绪 论11.1 数控技术的发展及其重要性11.2 数控机床的组成及分类21.2.1数控机床的组成21.2.2常见的数控机床的类型21.3 数控机床的特点31.4 本课题研究的主要内容52.系统功能及总体结构53.数控加工工艺与编程83.1 数控加工的工艺路线分析83.2 夹具、刀具的选择及切削用量的确定83.3 数控编程的有关问题164.手动气阀的各零件的加工工艺分析224.1 毛坯的分析与制作224.2 零件数控加工工艺分析274.3 气阀各零件数控加工程序285.手动气阀的装配工艺与过程316.气阀各零件加工结果分析337.结论与展望347
8、.1 本文总结347.2 将来展望348.致 谢359.参考文献36？1. 绪 论1.1 数控技术的发展及其重要性随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出来为越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要的措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。机械制造工业中大批量生产的产品，广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位多面同时加工，以达到高效率和高自动化。但是，约有机械加工总量的75%80%是属于单件小批量生产，尤其是一些宇航、造船、机床、重型机械及国防工业部门的零件，精度要求高、形状
9、复杂、加工批量小、且改型频繁，采用普通机床加工这些零件效率低、劳动强度大，有时甚至不能加工。采用组合机床或自动机床加工也极其不合理，因为需要经常改装和调整设备。数控机床的产生极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。在数控机床上，工件加工的全过程是由数字指令控制的，在加工前要用指定的数字代码按照工件图样编制出程序，然后输入到数控系统中去，数控机床即按照程序中的指令自动的进行工作，加工程序有若干程序段组合而成，每个程序段中，均有加工工件某一部分所需要的各种数据信息及机床操作的各种指令。数控机床与其他自动机床的主要区别在于，当被加工工件改变时，除了重新装
10、夹工件和更换刀具之外，只需要输入新的程序，不需要对机床做任何调整。今天数控机床的技术有了飞跃的发展，在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。美国在1983年的机床总数比1973年下降了23.1%，而同期数控机床的总数却增加了2.6倍，产值为总产值的70.9%。由于数控机床集高精度、高效率于一身，故在许多企业的生产中，已替代坐标镗床，万能铣床，完成精密加工任务。随着数控机床的精度和自动化程度不断提高，数控机床已从满足单件、小批量生产中的精密复杂零件，逐步扩大到批量生产的柔性加工系统。数控机床是高度机电一体化的典型产品，是现代机床技术的重要标志，是体现现代机械制造业工艺水平的重要标志。1.2 数控机床
11、的组成及分类1.2.1数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CN C单元）、 伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控(CNC)系统。图1-1 数控机床的组成1.2.2常见的数控机床的类型数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，各种类型的数控机床基本上起源于同类型的普通机床，从应用角度出发，常见的数控机车有以下几种：1) 数控车床数控车床分为立式和卧式两种。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件的车削加工，卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。2) 数控
12、铣床数控铣床按机构形式可以分为立式、卧式、龙门铣床，按控制轴数可以分为三轴、四轴和多轴数控铣床。3) 加工中心加工中心可分为车削加工中心和铣削加工中心。A. 车削加工中心车削加工中心是在普通卧式数控车床的基础上，增加了C轴（刀具的旋转）和动力头，更高级的车削加工中心还带有刀库。除工件旋转运动外，车削加工中心还可控制刀具的纵向、横向进给运动和旋转运动，这使其加工能力大大的增强，除可以进行一般的车削加工外还可以进行径向和轴向铣削以及中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削加工。B. 铣削加工中心铣削加工中心是在数控铣床的基础上增加了刀库和自动换刀装置，刀库可容纳16100把左右的刀具。由于具有自动
13、换刀功能，工件一次装夹后，加工中心能自动的完成或接近完成工件各面的所有加工工序。铣削加工中心按结构形式可分为立式加工中心和卧式加工中心。1.3 数控机床的特点与普通机床相比，数控机床具有以下特点。1) 适应性强由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能完成复杂型面的加工，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的形状复杂的零件，加工非常方便。当改变加工零件时，数控机床只需更换零件加工的NC程序，不必用凸轮、靠模、样板或其它模具等专用工艺装备，且可采用成组技术的成套夹具。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的迅速更新换代。所以，数控机床的适应性非常强。2) 加工质量稳定对于同一批零件，由于使用
14、同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同， 且数控机床是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差，这就保证了零件加工的一致性好且质量稳定。3) 生产效率高数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。还有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量，所以，比普通机床的生产率高34倍甚至更高。数控机床的主轴转速及进给范围都比普通机床大。目前数控机床的最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01m。 一般来说，数控机床的生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。数控机床的时间利用率高达90%，而普通机床仅为30%
15、50% 。4) 加工精度高数控机床有较高的加工精度，一般在0.0050.1mm之间。数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿，其定位精度比较高，同时还可以利用数控软件进行精度校正和补偿。5) 工序集中，一机多用数控机床特别是带自动换刀的数控加工中心，在一次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工工序，一台数控机床可以代替数台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省车间的占地面积，带来较高的经济效益。加工中心的工艺方案更与普通机床的常规工艺方案不同，常规工艺以“工序分散”为特点，
16、而加工中心则以工序集中为原则，着眼于减少工件的装夹次数，提高重复定位精度。6) 减轻劳动强度在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至零件加工完毕。这样就简化了工人的操作，使劳动强度大大降低。数控机床是一种高技术的设备，尽管机床价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修，但是数控机床的优点很多，它有利于自动化生产和生产管理，使用数控机床的经济效益还是很高的。1.4 本课题研究的主要内容数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床,机床的控制系统对输入信息进行运算与控制,并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然
17、后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件。所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。手动气阀的数控加工就是采用手工编程与MasterCAM自动编程软件进行数控编程和G代码的生成相结合的方法对不同零部件进行的加工。装配图如下：2. 系统功能及总体结构推拉式手动换向阀是用来控制压缩空气流通方向或气路的通断，从而达到自动控制各种气动执行机构的目的，用作操纵机构。以下对气阀各部件系统功能及总体结构进行详细的介绍：1) 手柄球手柄球采用酚醛塑料制成，与气阀杆连接后，手握控制气阀的运动。由于手柄球应用较为广泛，已形成系列标准件，无需设计，可直接选用标准件。2) 气阀杆手动气阀的主要组成元件，
18、与阀体配合使用控制气路的通断。3) 螺母该固定螺母是用来将气阀固定在控制面板上，使气阀方便使用。4) 阀体气阀的主要构件，其他元件的连接体。5) O型密封圈密封圈用于芯杆与阀体之间的密封，防止气路漏气。6) 芯杆用于连接手柄球和芯杆。3. 数控加工工艺与编程3.1 数控加工的工艺路线分析通过数控技术的学习，我们已知道，数控加工是把编制好的加工程序输入数控装置，数控装置再将输入的信息进行运算处理后转换成驱动伺服机构的指令信号，最后由伺服机构控制机床的各种动作，自动地加工出零件。由此可看出，用数控机床加工零件，程序编制是一项重要的工作，它对有效利用数控机床起主要作用。数控加工的程序编制也称数控编程
19、，数控编程时，必须对零件进行分析，将加工零件的全部工艺过程、工艺参数、位移数据等以规定的代码、程序格式写出。我们在学习了数控编程的基本知识（坐标系的确定、基本数控指令、指令格式等）后，如何编制出适合某一数控机床的实用加工程序？这在编程前，必须对该数控机床的规格、性能、切削范围、CNC系统所具备的功能、编程指令及指令格式等有较全面的了解，并将机床的运动过程、零件的工艺过程、切削用量和走刀路线等都编入程序，最后通过上机床进行加工模拟、试切加工等来验证程序的正确性、合理性。由此可以看出，数控编程是集工艺于程序中，且其实践性很强。通过数控编程的学习，能够了解数控编程的一般步骤、基本方法和常用编程技巧，
20、学会数控机床的调整、参数设置和数控系统的基本操作等。在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。3.2 夹具、刀具的选择及切削用量的确定3.2.1夹具的选择、工件装夹方法的确定1) 夹具的选择数控加工对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：A. 尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通
21、用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。B. 在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。C. 装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。D. 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。2) 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，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（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架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：通用台虎钳、数控分度转台等。3) 零件的安装数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选
22、择定位基准和夹紧方案，注意两点：一、力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。二、尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。3.2.2 刀具的选择及对刀点、换刀点的设置3.2.2.1 刀具材料的选择 当前使用的金属切削刀具材料主要有五类：高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石。表5.2列出了各种刀具材料的特性和用途。刀具材料的特性和用途材料主要特性用途优点高速钢（HSS）比工具钢硬低速或不连续切削刀具寿命较长，加工的表面较平滑高性能高速钢强韧、抗边缘磨损性强可粗切或精切几乎任何材料，包括铁、钢、不锈钢、高温合金、非铁和
23、非金属材料切削速度可比高速钢高，强度和韧性较粉末冶金高速钢好粉末冶金高速钢良好的抗热性和抗碎片磨损切削钢、高温合金、不锈钢、铝、碳钢及合金钢和其它不易加工的材料切削速度可比高性能高速钢高15硬质合金耐磨损、耐热可锻铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金的精加工寿命比一般传统碳钢高20倍陶瓷高硬度、耐热冲击性好高速粗加工，铸铁和钢的精加工也适合加工有色金属和非金属材料不适合加工铝、镁、钛及其合金高速切削速度可达5000m/s立方氮化硼CBN超强硬度和耐磨性好硬度大于450 HBW材料的高速切削刀具寿命长聚晶金刚石超强硬度和耐磨性好粗切和精切铝等有色金属和非金属材料刀具寿命长3.2.2.2刀具的选择与
24、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。（1）车削用刀具及其选择 数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。尖形车刀 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
25、，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。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：一是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；二是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。成型车刀 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
26、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。（2） 铣削用刀具及其选择 数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：1）铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=(0.80.9)Rmin：2）零件的加工高度H（1/4-1/6）RD，以保证刀具有足够的刚度。3）粗加工内轮廓时，铣刀最大直径D可按下式计算（参见图2-10）：式中D1轮廓的最小凹圆角半径；圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；1精加工余量；j圆角两邻边的最小夹角。4）用平底立铣刀铣削内
27、槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r,如图2-11 所示，即直径为d=2 Re=2（R-r）,编程时取刀具半径为Re=0.95（R-r）。 对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。如图2-12所示。标准化刀具 目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号；对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为TSGJT，直柄刀具系统的标准代号为DSGJZ。此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺
28、寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。对刀点、换刀点的设置工件装夹方式在机床确定后，通过确定工件原点来确定了工件坐标系，加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：某程序开始第一个程序段为N0010 G90 G00 X100 Z20 ，是指刀具快速移动到工件坐标下 X=100mm Z=20mm处。究竟刀具从什么位置开始移动到上述位置呢？所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又
29、称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：1）便于数值处理和简化程序编制。2）易于找正并在加工过程中便于检查。3）引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。例：以外圆或孔定位零件，可以取外圆或孔的中心与端面的交点作为对刀点。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操
30、作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。三、切削用量的确定数控编程时，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。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。1 主轴转速的确定2 主轴
31、转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为：n=1000v/D式中 ：v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n- -主轴转速，单位为 r/min；D-工件直径或刀具直径，单位为mm。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。3 进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。2）在切断、
32、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3背吃刀量确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者
33、能相互适应，以形成最佳切削用量。3.3 数控编程的有关问题3.3.1 数控机床的坐标系统数控机床各坐标轴按标准JB3051-82 确定后，还要确定坐标系原点的位置，这样坐标系才能确定下来。依原点的不同，数控机床的坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。1 机床坐标系以机床原点为坐标原点建立起来的X、Y、Z轴直角坐标系，称为机床坐标系。机床原点为机床上的一个固定点，也称机床零点。机床零点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点也是机床上的一个固定点，其与机床零点间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的X、Y、Z正向最大极限位置。在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回机床零点操作，使刀具运动到机床参
34、考点，其位置由机械档块确定。这样，通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，一般情况下，机床坐标系在机床出厂前已经调整好，不允许用户随意变动。2 工件坐标系工件图样给出以后，首先应找出图样上的设计基准点。其他各项尺寸均是以此点为基准进行标注。该基准点称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立的X、Y、Z轴直角坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件原点的位置是人为设定的，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的，所以也称编程原点。数控
35、车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面、左端面或卡爪的前端面与Z轴的交点上。图2-13所示，是以工件右端面与Z轴的交点作为工件原点的工件坐标系。数控铣床加工零件的工件原点选择时应该注意：工件原点应选在零件图的尺寸基准上，对于对称零件，工件原点应设在对称中心上；对于一般零件，工件原点设在工件外轮廓的某一角上，这样便于坐标值的计算。对于Z轴方向的原点，一般设在工件表面，并尽量选在精度较高的工件表面。同一工件，由于工件原点变了，程序段中的坐标尺寸也随之改变。因此，数控编程时，应该首先确定编程原点，确定工件坐标系。编程原点的确定是在工件装夹完毕后，通过对刀确定。3.3.2 对刀在数控加工中，工件坐
36、标系确定后，还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置，即常说的对刀问题。其中以手动试切对刀最为常见。1数控车床的对刀数控车床对刀方法基本相同，首先，将工件在三爪卡盘上装夹好之后，用手动方法操作机床，具体步骤如下：1）回参考点操作 采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时CRT上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。2）试切对刀 先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0）；然后，停止主轴，测量工件外圆直径D。如图2-14所示。再将工件端面车一刀，当CR
37、T上显示的X坐标值为-（D/2）时，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。3）建立工件坐标系 刀尖（车刀的刀位点）当前位置就在编程零点（即工件原点）上。2数控铣床的对刀假设零件为对称零件，并且毛坯已测量好长为L1、宽为L2，平底立铣刀的直径也已测量好。如图2-15所示，将工件在铣床工作台上装夹好后，在手动方式操纵机床，具体步骤如下：1） 回参考点操作 采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时CRT上将显示铣刀中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。2）手工对刀 先使刀具靠拢工件的左侧面（
38、采用点动操作，以开始有微量切削为准），刀具如图A位置，按设置编程零点键，CRT上显示X0、Y0、Z0，则完成X方向的编程零点设置。再使刀具靠拢工件的前侧面，刀具如图B位置，保持刀具Y方向不动，使刀具X向退回，当CRT上X坐标值0时，按编程零点设置键，就完成X、Y两个方向的编程零点设置。最后抬高Z轴，移动刀具，考虑到存在铣刀半径，当CRT上显示X坐标值为（L1/2+铣刀半径），Y的坐标值为（L2/2+铣刀半径）时，使铣刀底部靠拢工件上表面，按编程零点设置键，CRT屏幕上显示X、Y、Z坐标值都清成零（即X0，Y0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。就把铣刀的刀位点设置在工件对称中心上，即工
39、件坐标系的工件原点上。3）建立工件坐标系 1、 规定原则（1） 右手笛卡儿坐标系标准的机床系是一个右手笛卡儿坐标系，用右手螺旋法则判定，如下图所示右手的拇指、食指、中指相互垂直，并分别代表+X、+Y、+Z轴。围绕+X、+Y、+Z轴的回转运动分别用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定则确定。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用带“”的+X、+Y、+Z、+A、+B、+C表示。（2） 运动坐标系与工件运动坐标系数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。数控铣床进给运动是工件相对刀具的运动。（3） 运动的正方向规定使刀具与工件距离增大的方向为正方向。3.3.3 数控加工程序的编制
40、数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床,机床的控制系统对输入信息进行运算与控制,并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件。所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控机床和普通机床不同,整个加工过程中不需要人的操作,而由程序来进行控制.在数控机床上加工零件时,首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据：然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开与关、变速、换刀等）按动动顺序，用规则的指令代码及程序格
41、式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或称程序载体）上；最后输入到数控机床的数控装置中，以此控制数控机床不完成工件的全部加工过程。因此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。数控编程一般人为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程。手工编程是程序编制的整个步骤几乎全部是由手工来完成。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这样用手工编程方便又经济，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但是工件轮廓复杂，特别是加工非轮廓曲线、曲面等表面，或工件加工程序较长时，使用手工编程将十分繁琐、费时
42、，而用容易出错，常会出现在手工编程工作跟不上数控机床加工的情况，影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程方法编制程序。（2）自动编程。自动编程有两种：APT软件编程和CAM软件编程。APT软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外（有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、作控制介质、程序检验等各项工件均有计算机自动完成。编程人员只需要根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件
43、加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动突出数控加工纸带，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。MasterCAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算、前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使的一些计算繁琐、手工编程困难、或手工无法编出的程序都能够实现。4. 手动气阀的各零件的加工工艺分析4.1 毛坯的分析与制作确定毛坯的主要任务是：根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的要求，合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状、毛坯的尺寸等，最后绘出毛坯图
44、。毛坯的确定，不仅影响毛坯制造的经济性，而且影响机械加工的经济性。所以在确定毛坯时，既要考虑加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。以下是对气阀主要零件毛坯的选材与制作：1、查表对手动气阀的不同零件进行选材，表格如下：表3-1常用碳素铸钢的成分、力学性能能和用途铸钢牌号化学元素最高含量/%室温下力学性能最小值用途举例WCWSiWMnWS、WPs或0.20/MPab b/MPa/%/%AKV /J ZG200-4000.200.500.80.04200400254030有良好的塑性、韧性和焊接性能。用于受力不大，要求韧性好的各种机械零件，如机座、变速
45、箱壳等ZG230-4500.300.9230450223225有一定强度和较好的塑性、韧性和焊接性。用于受力不大，要求韧性较好的各种机械零件，如砧座、外壳、轴承盖、底板等ZG270-5000.40270500182522有较高强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削性好，用作轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体等 ZG310-5700.500.60310570152115强度和切削性良好，塑性、韧性较低。用于载荷较高的零件，如大齿轮，缸体、制动轮、辊子等 ZG340-6400.60340640101810有高的强度、硬度和耐磨性、切削性良好，焊接性较差，流动性好。用作起重运输机齿轮、
46、棘轮、联轴器等重要零件表3-2常用工具钢的牌号、成分、性能和用途牌号化学成分Me/硬度用途举例CMnSi退火状态试样淬火HBS不大于淬火温度/和冷却剂HRC不小于T7、T7A0.650.740.400.35187800820水62淬火、回火后，常用于制造能承受震动、冲击，并且在硬度适中情况下有较好韧性的工具，如凿子、冲头、木工工具、大锤等T8、T8A0.750.840.400.35187780800水62淬火、回火后，常用于制造要求有较高硬度和耐磨性的工具、如冲头、木工工具、剪切金属用剪刀等。T8Mn、T8MnA0.800.900.400.600.35187780800水62性能和用途和T8相似，但加入了锰提高淬透性，故可以制作横截面较大的工具。T9、T9A0.850.940.400.35192760780水62用于制造一定韧性的工具，如冲模、冲头、凿岩石用凿子等。T10、T10A0.951.040.400.35197760780水62用于制造耐磨性要求较高，不受剧烈震动，具有一定韧性及具有锋利刃口的各种工具，如刨刀、车刀、钻头、丝锥、手锯锯条、拉丝模、冷冲模等。T11、T11
