数控机床刀架设计及运动控制毕业设计说明书

目录前言 11国内外数控开展历史 31.1国内外数控车床的研究状况与成果 31.2数控刀架的开展趋势 62数控刀架整体方案设计 82.1数控机床刀架应满足的要求 82.2动力刀架的整体方案设计 92.3数控机床刀架的类型 102.4数控转塔刀架的开发应用 12刀架的工作原理 132.6刀架定位精度及重复定位精度 153数控机床自动回转刀架机构设计 163.1步进电机的选用 163.2.1齿轮传动的分类和特点 173.2.2齿轮传动类型选择的原那么 183.3蜗杆及蜗轮的选用与校核 18选择传动的类型 183选择材料和确定许用应力 18按接触强度确定主要参数 193.4蜗杆轴的设计 213.4.1蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 213.4.2按扭转强度初步估算轴的最小直径 213.4.3确定各轴段的直径和长度 21蜗杆轴的校核 223.4.5键的选取与校核 263.5蜗轮轴的设计 273.5.1蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 273.5.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径 27确定各轴段的直径和长度 27中心轴的设计 283.6.1刀架轴的结构设计及计算 283.6.2确定各轴段的直径和长度 28轴的校核 303.7齿盘的设计 30齿盘的材料选择和精度等级 313.7.2确定齿盘参数 313.7.3按接触疲劳强度进行计算 313.8轴承的选择 333.8.1.轴承内部结构 333.8.2.轴承分类与特点 333.8.3滚动轴承的配合 343.8.4滚动轴承的润滑 353.8.5滚动轴承的密封装置 354．电气控制局部设计 374.1硬件电路设计 374.2.控制软件设计 395总结 45致谢 46参考文献 47附录A 49附录Ｂ 60前言制造业是一个国家或地区经济开展的重要支柱，其开展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。自从20世纪60年代世界上第一台数控机床问世以来，随着计算机技术、微电子技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和机械制造技术等各相关领域的开展，数控技术已成为现代先进制造系统(FMS，CIMS等)中不可缺少的根底技术。由于机床数控系统技术复杂，种类繁多。现在数控机床的“使用难、维修难”问题，已经是影响数控机床有效利用的首要问题。工业兴旺国家都非常注重机械制造业的开展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先开展。比照之下，我国目前机械制造业的装备水平还比拟落后，表现在大局部工厂的机械制造装备根本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度根本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业兴旺国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。本课题数控机床刀架设计及运动控制，该刀架能够在一次装夹中完成多道工序，使加工范围扩大，大大提高了加工精度和生产效率。本次设计的主要内容为：1〕数控机床动力转塔刀架总体布局设计；2〕动力刀架传动局部设计；3〕动力刀架分度机构设计；4〕动力刀架运动控制；刀架整体设计和刀架运动控制局部设计是这次设计中的重点内容，同时也是难点。通过广泛查阅文献资料，参观数控车床实物样机以及与指导老师相互讨论等途径，拟定了如下的研究手段：回转刀架的换刀分为刀盘抬起、刀架锁紧和刀盘转位三个动作，刀架转位那么由伺服电机来驱动。刀盘转位动作的实现顺经以下步骤：数控系统发出刀盘转位的命令伺服电机启动涡轮蜗杆转动刀架主轴转动实现刀盘转位。1国内外数控开展历史国内外数控车床的研究状况与成果本章重点介绍数控机床在国内外的开展情况，以及国内数控机床的开展趋势美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的开展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重根底科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分开展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统根底扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於根底科研，无视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，根底科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口普及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。日本政府对机床工业之开展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导开展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广阔市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床开展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地开展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的开展起了重大促进作用。日本机械工业协会已制定2010至2025年机床技术革新战略，重点在强调网络连接加工型态、信息化/智能化对应技术、远距离诊断/控制、三维电脑辅助设计/电脑辅助制造〔3DCAD/CAM〕、环境调和、省能源、微小化、高精度、高速化对应技术等。日本虽经历十年不景气，但机床厂对未来十年市场仍乐观。各厂纷纷加强信息科技技术及网络应用、环境保护、人材培养、经营弹性、顾客满意度、收益能力等我国从1958年开始研究数控机床，一直到20世纪60年代中期还处于研制开发时期。当时，一些高等院校，科研单位研制出试样样机，是从电子管起步的。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。20世纪60年代末至70年代初研制成了圆锥数控铣床，数控非圆齿轮插齿机。CIL—18晶体管数控系统及Z53K—1G从20世纪70年代开始,数控技术在车、铣、镗、磨，齿轮加工，电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海，北京研制成功。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平差，致使数控系统的可靠性,稳定性末行到解决，因此未能广泛推广。20世纪80年代，我国从昌本发那科公司引进了3,5,6,7等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机等制造技术，以及引进美国GE公司的MCI系统和交流伺服系统，德国西门子VS系列可控硅调速装置，并进行了商品化生产.这些系统可靠性高，功能齐全。与此同时，还自行开发了3、4、5轴联动的数控系统以及双电机驱动的同步数控系统(用于火焰切割机)和新品种的伺服电机，推动了我国数控机床稳定开展，使我国数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年，我国数控机床的品种有了新的开展。数控机床品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床，重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外现代制造技术的开展，北京机床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造单元和柔性制造系统。这个时期，我国在引进，消化国外技术的根底上，进行了大量开发工作。一些较高档次的数控系统(5轴联动)，分辨率为的高精度数控系统，数字模仿型数控系统为柔性单元配套的数控系统都开发出来了，并造出样机。我国的数控技术经过“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的开展，根本上掌握了关键技术，建立了数控开发，生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。“十五”攻关开发的成果：华中号、中华号、航天号和蓝天号4种根本系统建立了具有中国自主版机的数控技术平台。具有中国特色经济型数控系统经过这些年来的开展，有了较大的提高。它们逐渐被用户认可，在市场上站住了脚。目前我国数控机床生产厂有100多家，生产数控机床配套产品的企业有300余家，产品品种包括八大类2000种以上。目前已新开发出数控系统80余种，分为3种型级，即经济型，普及型和高级型。“九五”期间数控机床开展已进入实现产业化阶段，数控机床新开发品种300余种，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大局部到达期际上20世纪80年代中期水平，局部到达90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。数控刀架的开展趋势随着数控车床的开展，数控刀架开始向快速换刀、电、液组合驱动和伺服驱动方向开展。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正在向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向开展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储藏量、占地面积小、平安可靠等特性。数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的开展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心那么进一步采用了刀库和换刀机械手，定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和表达了机床的设计和制造技术水平2数控刀架整体方案设计数控机床刀架应满足的要求1〕满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件外表，而工件的外表形状和外表位置的不同，要求刀架能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件外表，为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地转位。

2〕在刀架以要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具进还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证刀具和工件间准确的相对位置。刀架的运动精度将直接反映到加工工件的几何形状精度和外表粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到位应准确。面且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。

3〕刀架应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力。考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架必须具有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。

4〕可靠性高。由于刀架在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高，所以必须充分重视它的可靠性。

5〕—6秒之间不等。而且还在进一步缩短。

6〕操作方便和平安。刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方便和平安，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄〔或手轮〕要省力，应尽量设置在便于操作的地方。2.2动力刀架的整体方案设计刀架是车床的重要组成局部，加工中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀夹和动力刀夹进行加工，用于夹持加工用的刀具,因此其结构直接影响到车床的加工性能和加工效率。刀架采用端齿分度，转位由步进电动机驱动，刀位由二进制绝对编码器识别，动力刀具由变频电机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。各类数控机床的自动换到装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表1-1。表1-1自动换刀装置类型Table1-1tradetheknifeinstallmenttypeautomatically类别型式特点适用范围转塔式回转刀架多为顺序换刀，换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少各种数控车床，数控车削加工中心转塔头顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑。但刚性较差，刀具主轴数受限制数控钻、镗、铣床刀库式刀具与主轴之间直接换刀换刀运动集中，运动不见少。但刀库容量受限各种类型的自动换刀数控机床。尤其是对使用回转类刀具的数控镗、铣床类立式、卧式加工中心机床要根据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置类型用机械手配合刀库进行换刀刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，刀库容量大数控机床刀架的类型按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式，下面对这三种形式的刀架作简单的介绍。1〕排式刀架：排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。其结构形式为：夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X坐标轴方向排列在横向滑板上。刀具的典型布置方式如下图。这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。宝鸡机床厂生产的CK7620P全功能数控车床配置的就是排式刀架。

2〕回转刀架：回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，一般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装4把、6把或更多的刀具。回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指令完成的。回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。

3〕带刀库的自动换刀装置：上述排式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架，对刀具的数目也有一定限制。当由于某种原因需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成。

(a)回转刀架(b)排式刀架图机床刀架类型结构图Figure2.1typesofmachinetoolstructure本次设计的刀架是四工位刀架，刀位较少，且要求精度较高，所以可以选择回转刀架和排式刀架，且一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少屡次安装所引起的加工误差保证转位具有高的重复定位精度具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。而电动机最低转速为35r/min，最高转速为4000r/min，额定转速为ne=2000r/min刀具顺利换刀，因此需要很高的稳定性。对于以上三种刀架，排式刀架加工棒料或盘类零件为主，局限性较大，同时定位精度不高，况且排式刀架往复运动幅度较大，占用空间多。综上，本次设计选用回转刀架作为设计对象，其具有换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少的特点，所以较为适宜，对于回转刀架根据安装方式的不同可分为立式和卧式两种根据机械定位方式的不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。由于本人初次设计数控刀架，所以选择较为简单的端齿盘定位，结构简单。同时，自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。为了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现的。发信转位采用霍尔元件，使用寿命长。根据以上对机床刀架类型、性能及其使用场合的综合比拟，并结合现有数控车床的实例，本次设计的动力刀架为伺服电机驱动的转塔式自动回转刀架。数控转塔刀架的开发应用数控转塔刀架是加工中心、数控车床必备的机床附件，尤其适用全功能数控车床。当前，数控机床开展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面开展，同时，在制造行业中广泛存在原有设备的数控改造和系统升级问题。作为关键附件，高性能的数控转塔刀架对于提高机床整体运行的可靠性、稳定性和效率有着重要意义，数控转塔刀架是由数控系统来控制的，因此，在转塔刀架本身性能提高的情况下，如何实现控制任务就显得十分重要了。数控转塔刀架是以回转分度实现刀具自动交换及回转动力刀具的传动。因此技术含量高，已趋向专业化开发生产。所以对数控转塔刀架的研究开发及应用已引起数控机床行业重视。典型数控转塔刀架一般由动力源〔电机或油缸、液压马达〕、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、刀具安装台〔刀盘〕、动力刀座等组成。数控转塔刀架的动作循环为：T指令〔换刀指令〕刀盘放松转位刀位检测预分度精确定位刀盘锁紧结束信号。2.5刀架的工作原理 回转刀架的工作原理为机械螺纹自动回转刀架，其工作过程如下：1)刀架抬起当数控系统发出换刀指令后,通过接口电路使电机正转,经传动装置驱动蜗杆蜗轮机构3、蜗轮螺纹即螺母机构延逆时针旋转,此时由于上下齿盘40、6处于啮合状态，在丝杆螺母机构转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将上齿盘40松开并抬起,直至两定位齿盘40、6脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。2)刀架转位当圆套13逆时针转过150°时，齿盘40、6完全脱开，此时销钉准确进入圆套13中的凹槽中，带动刀架体转位。3)刀架定位当上刀架转到需要到位后〔旋转90°、180°或270°〕，数控装置发出的换刀指令使霍尔开关19中的某一个选通,当磁性板18与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反应信号使电机反转,插销39在弹簧力作用下进入反靠盘7地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构使上刀架移到齿盘40、6重新啮合,实现精确定位。4)刀架压紧刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时，电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。图2.2自动回转刀架Figure2.2AutomaticRotaryTool2.6刀架定位精度及重复定位精度定位精度是指转塔到位后，刀架指定工位把刀孔中心线与设计中心线在竖直平面内的偏差。重复定位精度是指刀架各工位反复锁紧屡次后的偏差平均值。由于该刀架转塔到位前，控制刀架初定位的霍尔元件发出信号使控制电机的电磁阀断电，此时电机内部的机械自锁部件使电机停在预定位置上，所以刀架具有较高的定位精度和重复定位精度。3数控机床自动回转刀架机构设计数控机床加工中心自驱动回转刀架主要由三局部组成：动力源，变速传动装置和刀架体。采用变频电机作为其动力源，涡轮蜗杆传动作为其变速传动装置3.1步进电机的选用动力刀架的转位需要涡轮蜗杆机构来实现，而驱动蜗轮轴旋转是由电机来实现的，电机的选择要满足所需负载和转矩。从而需要我们对电机进一步的选择。许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在开环系统中，广泛采用步进电机作为执行单元。这是因为步进电机具有以下优点：1〕直接采用数字量进行控制;2〕转动惯量小，启动、停止方便；3〕本钱低；4〕无误差积累；5〕定位准确；6〕低频率特性比拟好；7〕调速范围较宽；采用步进电机作为驱动单元，其机构也比拟简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等缺乏。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用步进电机的细分驱动技术。由于课题要求电动机最低转速为35r/min，最高转速为4000r/min，额定转速为ne=2000r/min。要求4把刀更换。因为刀架上升、下降各转150°，刀架转位至少需90°，所以蜗轮转的角度ａ=390°考虑刀架只需小功率驱动，为减少生产本钱，选用JD60电动机，其转速为1400r/min,额定功率为60W。3.2变速传动装置的选择3齿轮传动的分类和特点其特点：1〕瞬时传动比恒定。非圆齿轮传动的瞬时传动比又能按需要的变化规律来设计。2〕传动比范围大，可用于减速或增速。3〕速度〔指节圆圆周速度〕和传动功率的范围大，可用于高速(v>40m/s)、中速和低速(v>25m/s)的传动功率可从小于1W到105W。4〕传动效率高，一对高精度的渐开线圆柱齿轮，效率可达99%以上。5〕结构紧凑，适用于近距离传动。6〕制造本钱较高，某些具有特殊齿形或精度很高的齿轮，因需要专用或高精度的机床、刀具和量仪等，故制造工艺复杂，本钱高。7〕精度不高的齿轮，传动时噪声、振动和冲击大，污染环境。8〕无过载保护作用。3.2.2齿轮传动类型选择的原那么1〕满足使用要求，如对传动结构尺寸、重量、功率、速度、传动比、寿命、可靠性的要求等。对以上要求应作全面的、深入分析，满足主要的要求，兼顾其他。如对大功率长期运转的固定式设备，那么着重于齿轮的寿命长和提高齿轮的传动效率；对短期间歇运动的移动式设备，应要求结构紧凑为主；对重要的齿轮传动，那么要求可靠性高。2〕考虑工艺条件，如制造厂的工艺水平、设备条件、生产批量等。3〕考虑合理性、先进性和经济性等。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。由于本次设计的数控动力刀架的动力刀具传递范围和切削功率比拟大以及加工的难易程度，为了满足要求，所以选择以蜗轮蜗杆来完成刀架的旋转。3.3蜗杆及蜗轮的选用与校核3.3.1选择传动的类型考虑到传递的功率不大，转速较低，选用2A蜗杆，精度8级，GB10089-883选择材料和确定许用应力由《机械设计》表6-7查得蜗杆选用45钢，外表淬火，硬度为45～55HRC，蜗轮齿圈用ZCuSn10P1砂模铸造，为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT150制造。［ð］H=200MPa，查表6-9得到［ð］f=500MPa3按接触强度确定主要参数根据闭式蜗杆传动的设计准那么，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：(4-1)1〕确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，取效率η，那么T2=T*η*i=3.5382N.M(4-2)2〕确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1；由使用系数KA表从而选取K；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV；那么K=KA*Kβ*KV≈(4-3)3〕确定弹性影响系数ZE因选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故4〕确定接触系数Zρ先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a，从而可查出Zρ。5〕确定许用应力[σH]根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度＞45HRC，从而可查《机械设计》6-7得蜗轮的根本许用应力[σH]‘=268MPA。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN，那么[σH]=KHN[σH]‘×≈247MPA(4-4)6〕计算中心距(4-5)取中心距a=50mm，m=1.6mm，蜗杆分度圆直径d1=29mm，这时d1/a，从而可查得接触系数，因为＜Zρ蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算1〕蜗杆分度圆直径：d1=29mm直径系数：q=d1/m=18.125，蜗杆头数：Z1=1分度圆导程角：γ=3°11′38″蜗杆轴向齿距：PA==mm；(4-6)蜗杆齿顶圆直径：(4-7)蜗杆齿根圆直径：〔4-8〕蜗杆轴向齿厚：=mm(4-9)蜗杆轴向齿距：〔4-10〕2〕蜗轮蜗轮齿数：Z2=45变位系数Χ=0验算传动比：i=/=45/1=45(4-11)蜗轮分度圆直径：d2=mz2=72mm(4-12)蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=(4-13)蜗轮喉母圆直径：=50-1/2=(4-14)蜗轮齿顶圆直径：〔4-15〕蜗轮齿根圆直径：〔4-16〕蜗轮外圆直径：当在z=1时，〔4-17〕3.4蜗杆轴的设计3.4.1蜗杆轴的材料选择，确定许用应力考虑蜗杆轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。选用45号钢，正火处理，3按扭转强度初步估算轴的最小直径〔4-18〕扭转切应力为脉动循环变应力，取α，抗弯截面系数取=15.5mm3确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。图3.1蜗杆轴结构Figure3.1Structureofthewormshaftd1=d5同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承类型。d5轴上有一个键槽，故槽径增大5%d1=d5=d1′×(1+5%)=,圆整d1=d5=17mm所选轴承类型为深沟球轴承，型号为6203，B=12mm，D=40mm，d2起固定作用，定位载荷高度可在〔0.07～0.1〕d1范围内，d2=d1+2a～20.04mm，故d2取d3为蜗杆与蜗轮啮合局部，故d3=24mmd4=d2=20mm,便于加工和安装L1为与轴承配合的轴段，查轴承宽度为12mm，端盖宽度为10mm，那么L1=22mmL2尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为65mm，故L2=43mmL3为蜗杆局部长度L3≥〔11+0.06z2〕m=圆整L3取30mmL4取55mm，L5在刀架体局部长度为〔12+8〕mm，伸出刀架局部通过联轴器与电动机相连长度为50mm，故L5=70mm两轴承的中心跨度为128mm，轴的总长为220mm3作用在蜗杆轴上的圆周力(4-19)其中d1=28mm那么径向力(4-20)切向力(4-21)图轴向受力分析Figure3.2AxialForceAnalysis(4-22)(4-23)求水平方向上的支承反力图水平方向支承力Figure3.3supportshorizontalforce(4-24)(4-25)求水平弯矩,并绘制弯矩图图水平弯矩图Figure3.4thelevelofbendingmomentdiagram求垂直方向的支承反力(4-26)—4，，，，其中，，(4-27)图垂直方向支承反力Figure3.5supportstheverticalreactionforce求垂直方向弯矩，绘制弯矩图图垂直弯矩图Figure3.6theverticalbendingmomentdiagram求合成弯矩图，按最不利的情况考虑(4-28)图合成弯矩图Figure3.7Synthesisofbendingmomentdiagram计算危险轴的直径(4-29)查文献[9]表15—1，材料为调质的许用弯曲应力，那么所以该轴符合要求。3.4.5键的选取与校核考虑到d5=105%×15.14=,实际直径为17mm，所以强度足够由GB1095-79查得，尺寸b×h=5×5，l=20mm的A型普通平键。按公式进行校核，，，。查文献[9]表6—2，取那么(4-30)该键符合要求。由普通平键标准查得轴槽深t=30mm,毂槽深t1=3.5蜗轮轴的设计3蜗轮轴材料的选择，确定需用应力考虑到轴主要传递蜗轮转矩，为普通中小功率减速传动装置选用45号钢，正火处理，，［ðь］-1=55MPa3按扭转强度，初步估计轴的最小直径由公式查文献[9]表15—1，取45号调质刚的许用弯曲应力，那么由于轴的平均直径为34mm，因此该轴平安。确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度，d1即蜗轮轮芯为68mmd2为蜗轮轴轴径最小局部取34mmd3轴段与上刀架体有螺纹联接，牙形选梯形螺纹，根据文献表8-45取公称直径为d3=44mm，螺距P=12mm，H=查表8-46得，外螺纹小径为31mm内、外螺纹中径为38mm内螺纹大径为45mm内螺纹小径为32mm旋合长度取55mmL2尺寸长度为34mm，蜗轮齿宽b2当z1≤3时，b2≤0.75da1=取b2=15mm3.6中心轴的设计通过计算来确定刀架轴各段的尺寸与受力情况。3.6.1刀架轴的结构设计及计算轴是组成刀架的重要零部件之一，在设计当中主要考虑的是轴的刚度，而碳钢与合金钢的弹性模数相差很小，所以通常选用轴的材料35和45钢，这里选用的是45钢，正火处理，，［ðь］-1=55MPa，以改善装配工艺和保证装配的精度。3.6.2确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度d1=15mm,d2与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm所以d2=17mmd3与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为51204，d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm图中心轴受力图Centralaxisbytryingto图刀架轴示意图Figure3.9toolrestaxis分配各轴段的长度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm3轴的校核轴横截面的惯性矩 车床切削力F=2KN,E=210GPa(4-31) (4-32)因此＜［］y＜［y］中心轴满足刚度条件3.7齿盘的设计本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互咬合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正传，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。目前在刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆锥销定位精度较高，它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压力、气动力，圆锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成，由于啮合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。3齿盘的材料选择和精度等级上、下齿盘均选用45号钢，淬火，180HBS初选7级精度等级3.7.2确定齿盘参数考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角齿形，上下齿盘由于需相互啮合，参数可相同当蜗轮轴旋转150°时，上刀架上升5mm，齿盘的齿高取4mm由(4-33)得算式4=〔2×1+0.25〕m求出m=,取标准值m=2mm故齿盘齿全高h=〔2ha*+c*〕m=(2×1+0.25)×2=取齿盘内圆直径d为120mm，外圆直径为140mm齿顶高ha=ha*m=1×2=2mm齿根高hf=(ha*+c*)m=齿数z=38齿宽b=10mm齿厚(4-34)齿盘高为5mm3.7.3按接触疲劳强度进行计算⑴确定有关计算参数和许用应力(4-35)⑵⑶由文献表9-12取齿宽系数Ф⑷，取ａ=20°⑸查图9-34取бHlim1=380取бHlim2=380⑹Lh=60×24×1×(8×300×15)×107⑺⑻计算接触疲劳需用应力取平安系数SH=1，由式〔9-44〕得(4-36)按齿根抗弯强度设计由式〔9-46〕得抗弯强度的设计公式为(4-37)确定公式内的各参数数值1〕由文献图9-37查得，抗弯疲劳强度极限 2〕3〕查图取 4〕计算抗弯疲劳许用应力，取抗弯疲劳平安系数SF由式〔9-47〕得(4-38)5〕弯曲疲劳强度验算(4-39)故满足弯曲疲劳强度要求图齿盘示意图Figure3.10toothplateschematicdrawing3.8轴承的选择轴承一般都为标准件，要根据所设计轴的特点合理选择轴承。3.轴承内部结构轴承内部一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成通常称为四大件。对于密封轴承，再加上润滑剂和密封圈〔或防尘盖〕又称六大件。3.轴承分类与特点总的可以分为球轴承和滚子轴承两大类。球轴承分为深沟球轴承、角接触球轴承、调心球轴承、推力球轴承、推力角接触球轴承。滚子轴承分为圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、推力滚子轴承、推力圆锥滚子轴承、推力调心滚子轴承。表3-1刀架轴向所选轴承的特点TheTable3-1toolrestsaxialchoosebearing'scharacteristic深沟球轴承1.转速高2.精度高3.噪声、振动小6.制造简单，本钱低滚针轴承2.能承受较高的径向载荷〔比径向尺寸相同的其他轴承承受的径向载荷大〕推力球轴承考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比拟好的深沟球轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，安装时可调整轴承的游隙。然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：62033.8.3滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。3.8.4滚动轴承的润滑考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。3.8.5滚动轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，密封唇应朝外。刀架体设计刀架体设计首先要考虑刀架体内零件的布置及与刀架体外部零件的关系，应考虑以下问题：1)满足强度和刚度要求。因为刀架体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。2)结构设计合理。如支点的安排、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高刀架体的强度和刚度。3)工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。4)造型好、质量小。刀架体的常用材料有：铸铁，多数刀架体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和机加工性能好，价格适度。参加合金元素还可以提高耐磨性。铸造铝合金，用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强化，有足够的强度和较好的塑性。我所设计的下刀架体采用HT150铸造，其具体结构见零件图。图下刀架体结构图Figure3.11lowerslidebodystructuredrawing4．电气控制局部设计4.1硬件电路设计

自动回转刀架的电气控制局部主要包括收信电路和发信电路两达块。1〕收信电路：发信盘上的4只霍尔开关〔图4.1〕，都有3个引脚，第1+12V电源，第2角接+12V地，第3角输出，如图a所示。转位时刀台带动磁铁旋转，当磁铁对准某一个霍尔开关时，其输出端第3角输出低电平；当磁铁离开时，第3角输出高电平。

图4.1霍尔开关Figure4.1Hallswitch1、电源2、地3、输出4只霍尔开关输出的4个刀位信号T1-T4分别送到4只光耦合〔图4.2〕进行处理，经过光电隔离的信号再送给I/O接口芯片8255的PC4-PC7图4.2光耦合器Figure4.2opticalcoupler2)发信电路：图为刀架电动机正反转控制电路，I/O接口芯片8255A的PA6与PA7分别控制刀架电动机的正转与反转。其中KA1为正转继电器的线圈，KA2的反转继电器的线圈。因刀架电动机的功率只有90W，所以图中刀架电动机与380V市电的接通可以选用大功率直流继电器，而不必采用继电器-接触器电路，以节省本钱，降低故障率。图中，正转继电器的线圈KA1与反转继电器的一组常闭触点串联，而反转继电器的线圈KA2又与正转继电器的一组常闭触点串联，这样就构成了正转与反转的互锁电路，以防止系统失控时导致短路现象。当KA1或KA2的触点接通3图4.3发信电路图Figure4.2opticalcoupler4.2.控制软件设计在清楚了自动回转刀架的机械结构和电气控制电路后，就可以着手编制刀架自动转位的控制软件了。对于四工位自动回转刀架来说，它最多装有4把刀具，设计控制软件的任务，就是选中任意一把刀具，让其回转到工作位置。由于1#刀工作方式与其他三把刀的方式相同，顾本次设计只对1#刀具进行说明。本次运动控制是选用8255A单片机，其引脚如图4.4，其内部结构如图4.5。

图4.48255A引脚图Figure4.48255Apinchart图4.58255A内部结构图Figure4.58255Ainteriorstructuredrawing本次设计的刀架可以旋转,上面装有4把刀和一个磁钢。静止,上面装有霍尔接近开关。由霍尔接行刀具位置检测,每一把刀对应一个霍尔满足刀架能够以捷径方向旋转,按所需刀号正确换刀，其流程图如图4.6。流程图Figure4.6flowchart设控制系统的CPU为AT89C51单片机。扩展8255A芯片作为回转刀架的收信与发信控制，8255T01

MOV

DPTR,

#2FFEH

；指向8255的PC口MOVX

A,

@DPTR

；读取PC口的内容JNB

ACC.4,

TEND

；测试PC4=0?假设是，那么说明1#已在工作位置，程序转到TENDMOV

DPTR,

#2FFCH

；指向8255的PA口地址MOVX

A,

@DPTR

；读取PA口锁存器的内容CLR

ACC.6

；令PA6=0,刀架电动机正转有效SETB

ACC.7

；令PA7=1,刀架电动机无效MOVX

@DPTR,

A

；刀架电动机开始正转CALL

DE20MS

；延时20msYT01:

MOVX

DPTR,#2FFEH

；指向8255的PC口MOVX

A,

@DPTR

；第二次读取PC口内容JB

ACC.4.

YT11

；PC4=0?CALL

DE20MS

；延时20msYT21

MOV

DPTR,

#2FFEH

；指向8255的PC口MOVX

A,

@DPTR

；第三次读取PC口内容JB

ACC.4,

YT21

；PC4=0？MOV

DPTR,#2FFCH

；指向PC口MOVX

A,@DPTR

；读取PA口锁存器内容SETB

ACC.6

；令PA6=1，刀架电动机正转无效SETB

ACC.7

；令PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX

@DPTR,A

；刀架电动机停转CALL

DE150MS

；延时150ms

；令PA7=0,刀架电动机反转无效SETB

ACC.6

；令PA6=1,刀架电动机正转无效MOVX

@DPTR,A

；刀架电动机开始反转CALL

DELAY

；延时设定的反转锁紧时间SETB

ACC.6

；令PA6=1,刀架电动机正转无效SETB

ACC.7

；令PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX

@DPTR,

A

；刀架电动机停转TEND:RET

；换13刀结束

5总结本次设计的内容：1)刀架抬起和夹紧采用了步进电机来实现。这样稳定性好，使动力刀架的可靠性有了很大程度的提高。2)刀架转位通过蜗轮蜗杆机构来实现，传动可靠，平稳，适应高转速要求。3)通过霍尔开关来检测刀位信号，这样可使刀架转位更加的精确。4〕使用单片机来控制刀架运动，方便快捷。5〕利用反靠盘来进行初定位，简单方便，使设计更容易到达理想要求。毕业设计的缺乏：1)本次设计的动力刀架工作使每把动力刀具都一起旋转，这样造成了平安问题，里面缺少一种装置来实现各把刀具的自琐功能。2〕本次设计，由于本人知识的局限，对单片机的驾驭还有待提高，数控运用还有很多需要提高。3〕本次刀架设计未能考虑到以后维修问题，以后需要进一步改致谢在这次毕业设计中得到了很多老师和同学的热心帮助，在这里我要一一向他们表示感谢。首先我要感谢我们的指导老师焦丽。从毕业设计开始到期末辩论，焦老师一直严格要求我们，为我们安排了理合的作息时间，防止了由于作息时间无序而出现的懒散现象的发生。为了能使我们按时顺利的完成毕业设计任务，焦老师屡次带着我们实地进行集体讨论，争取最正确方案，加深了我们对课题的理性认识。正是在焦老师有效的指导下，使得我们每个同学的进度都到达了学院的要求。我很欣赏焦老师严谨的治学态度，敬佩她的为人；感谢她对我们的耐心指导。我相信这三个月来她对我的教诲一定会使我终身受益。其次我要感谢我们小组的所有同学，在设计过程中他们给了我无私的帮助。我们互相交流，互相帮助，争取最正确方案。再次我要感谢我们系部的所有老师以及曾在毕业设计中给予我们帮助的学长们。尽管他们不是我们的指导老师，但是还是很乐于帮助我们解决问题，感谢他们为我们提供了毕业设计的场所以及无私的帮助。最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授。参考文献[1]蔡厚道[4]江力.单片机原理与应用技术.北京:清华大学出版社,[8]孙恒.陈作模．葛文杰.机械原理．北京：高等教育出版社，2006.12[9]陈立德．机械设计根底．北京：高等教育出版社，(2005重印〕[14][18][19][20]李立强.马蕾.王梅.数控车床自动转位刀台设计[J].《制造技术与机床》[21]机械工程手册编委会.机械工程手册〔第二版〕[S].北京：机械工业出版社，2005[22]范钦珊主编.材料力学〔上、下〕[M].北京：高等教育出版社，2003[23]汪信远主编.机械设计课程设计[M].北京：高等教育出版社，1999[24]刘朝儒等主编.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2002[25]王三民，诸文俊.机械原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2001[26]盛晓敏，邓朝晖．先进制造技术[M]．北京：机械工业出版社，2002、附录Ｂ数字控制加工技术1．数控编程及其开展数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。下面就对数控编程及其开展作一些介绍。数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点〔cutterlocationpoint简称CL点〕。刀位点一般取为刀具轴线与刀具外表的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT〔AutomaticallyProgrammedTool〕。其后，APT几经开展，形成了诸如APTII、APTIII〔立体切削用〕、APT〔算法改良，增加多坐标曲面加工编程功能〕、APTAC〔Advancedcontouring〕(增加切削数据库管理系统)和APT/SS〔SculpturedSurface〕(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。采用APT语言编制数控程序具有程序简练，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。针对APT语言的缺点。1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析NC加工一体化的系统，称为为CATIA。随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。到了80年代，在CAD/CAM一体化概念的根底上，逐步形成了计算机集成制造系统〔CIMS〕及并行工程〔CE〕的概念。目前，为了适应CIMS及CE发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化方向开展。在集成化方面，以开发符合STEP〔StandardfortheExchangeofProductModelData〕标准的参数化特征造型系统为主，目前已进行了大量卓有成效的工作，是国内外开发的热点；在智能方面，工作刚刚开始，还有待我们去努力。

数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。下面就刀具轨迹产生方法作一些介绍。

2.1基于点、线、面和体的NC刀轨生成方法

CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型开展阶段，一直到现在的参数化特征造型。在二维绘图与三维线框阶段，数控加工主要以点、线为驱动对象，如孔加工，轮廓加工，平面区域加工等。这种加工要求操作人员的水平较高，交互复杂。在曲面和实体造型开展阶段，出现了基于实体的加工。实体加工的加工对象是一个实体〔一般为CSG和BREP混合表示的〕，它由一些根本体元素经集合运算〔并、交、差运算〕而得。实体加工不仅可用于零件的粗加工和半精加工，大面积切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的数控编程系统的研究与开发，是特征加工的根底。实体加工一般有实体轮廓加工和实体区域加工两种。实体加工的实现方法为层切法〔SLICE〕，即用一组水平面去切被加工实体，然后对得到的交线产生等距线作为走刀轨。本文从系统需要角度出发，在ACIS几何造型平台上实现了这种基于点、线、面和实体的数控加工。

参数化特征造型已有了一定的开展时期，但基于特征的刀具轨迹生成方法的研究才刚刚开始。特征加工使数控编程人员不在对那些低层次的几何信息〔如：点、线、面、实体〕进行操作，而转变为直接对符合工程技术人员习惯的特征进行数控编程，大大提高了编程效率。W.R.Mail和A.J.Mcleod在他们的研究中给出了一个基于特征的NC代码生成子系统，这个系统的工作原理是：零件的每个加工过程都可以看成对组成该零件的形状特征组进行加工的总和。那么对整个形状特征或形状特征组分别加工后即完成了零件的加工。而每一形状特征或形状特征组的NC代码可自动生成。目前开发的系统只适用于零件的加工。

LeeandChang开发了一种用虚拟边界的方法自动产生凸自由曲面特征刀具轨迹的系统。这个系统的工作原理是：在凸自由曲面内嵌入一个最小的长方块，这样凸自由曲面特征就被转换成一个凹特征。最小的长方块与最终产品模型的合并就构成了被称为虚拟模型的一种间接产品模型。刀具轨迹的生成方法分成三步完成：〔1〕、切削多面体特征；〔2〕、切削自由曲面特征；〔3〕、切削相交特征。JongYunJong研究了基于特征的非切削刀具轨迹生成问题。文章把基于特征的加工轨迹分成轮廓加工和内区域加工两类，并定义了这两类加工的切削方向，通过减少切削刀具轨迹到达整体优化刀具轨迹的目的。文章主要针对几种根本特征〔孔、内凹、台阶、槽〕，讨论了这些根本特征的典型走刀路径、刀具选择和加工顺序等，并通过IP〔InterProgramming〕技术防止重复走刀，以优化非切削刀具轨迹。另外，JongYunJong还在他1991年的博士论文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路径。特征加工的根底是实体加工，当然也可认为是更高级的实体加工。但特征加工不同于实体加工，实体加工有它自身的局限性。特征加工与实体加工主要有以下几点不同：

从概念上讲，特征是组成零件的功能要素，符合工程技术人员的操作习惯，为工程技术人员所熟知；实体是低层的几何对象，是经过一系列布尔运算而得到的一个几何体，不带有任何功能语义信息；实体加工往往是对整个零件〔实体〕的一次性加工。但实际上一个零件不太可能仅用一把刀一次加工完，往往要经过粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具进行加工；有时一个零件既要用到车削，也要用到铣削。因此实体加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工那么从本质上解决了上述问题；特征加工具有更多的智能。对于特定的特征可规定某几种固定的加工方法，特别是那些已在STEP标准规定的特征更是如此。如果我们对所有的标准特征都制定了特定的加工方法，那么对那些由标准特征够成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘假设CAPP系统能提供相应的工艺特征，