数控技术论文--浅谈数控加工技术的应用.doc

毕业设计浅谈数控加工技术的应用班 级： 姓 名： 指导教师： 田 智 实习单位：2008 年 5 月34摘 要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。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是我们现代机械类专业学生必不可少的。本次设计内容介绍了数控加工的特点，就数控技术及数控加工技术作了简要地介绍，对数控机床和CAD/CAM的发展作了回顾，并对一些数控仿真软件作了了解及对基于CAXA环境下的数控加工作了阐述，并利用CAXA制造工程师软件完成对凸块的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。本文简明扼要地介绍了数控加工技术的基础知识。内容包括数控加工技术概述、CAXAZ制造工程师软件应用、数控加工工艺分析与工艺设计、数控铣床自动编程等。【关键词】 数控技术 CAXAZ制造工程师 数控机床 仿真目 录摘 要1前 言1第一章 数控加工技术概述21.1数控机床的加工原理21.2数控技术发展的特点21.3数控技术的发展趋势31.3.1国内外数控系统发展概况：31.3.2数控技术发展趋势41.3.3性能发展方向51.3.4体系结构的发展61.4数控加工技术的加工对象6第二章 CAXA制造工程师软件应用82.1 CAXA数控加工概述82.2 基于CAXA制造工程师的工艺加工过程8第三章 数控加工工艺分析与工艺设计113.1 数控加工工艺性分析113.1.1数控加工工艺基础113.1.2数控加工工艺的基本特点113.1.3数控加工工艺的主要内容113.1.4数控加工工艺的特殊要求123.2零件图的结构工艺性123.3 数控加工的设计实例133.4 编制程序20第四章 数控铣床自动编程254.1 数控编程概述254.1.1程序段的格式254.1.2程序的一般结构254.1.3编程的规定264.2 数控铣自动编程实例264.2.1主要操作步骤及加工程序264.2.2 后置处理294.3 加工完成的零件30结束语31参考文献32致 谢33前 言数字控制简称数控（NC），是近代发展起来的一种自动控制技术，是利用数字化信息实现机械设备控制的一种方法，在数控技术方面得到了广泛的应用。随着科学技术的不断发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新换代越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，数控加工技术是20世纪40年代末，为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动加工技术。1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，开始研究数控机床，1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构实验室的协助下，开始数控机床的研究，并于1952年，成功研制出第一台数控铣床，揭开了数控加工技术的序幕。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。本次的设计是根据所给的零件图来制造出的零件刚件，并根据此零件图作出的设计说明书，再次设计说明书中，首先，我先对零件理论进行研究分析，主要是从零件的图形分析尺寸、尺寸公差、等来分析开始，再者是根据材料以及所选用机床、夹具来制定出盘类零件的机械加工方案。第二步是根据所选用的刀具以及切削用量来采取列表的形式进行分析所选的刀具角度几何参数，再做计算出切削用量的准确数字，第三步，制定工艺的坐标系再对刀，根据对刀点以及做出编程时点的坐植，第四步，填写工艺卡片，最后，再写出来程序。本次设计的特点要求是，采用了更多的表格形式，这样才能更详细的说明设计的根本问题。由于经验以及时间的紧迫，此设计中或许有不足之处，还恳请各位指导老师见谅。 第一章 数控加工技术概述1.1数控机床的加工原理在数控机床上加工零件时，要事先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控零件加工程序，然后通过手动数据输入（MDIManual data input）的方式或与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规定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。1.2数控技术发展的特点1.自动化程度高，劳动程度低在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都可由机床自动完成。 在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都可由机床自动完成，这样大大减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。2.具有加工复杂形状零件的能力复杂形状零件在飞机、汽车、造船、模具、动力设备和国防工业等部门的产品制造中具有十分重要地位，其加工质量直接影响整机产品的性能。数控加工运动的任何可控性使其能完成普通加工方法难以完成或者无法进行的复杂型面加工。3.生产准备周期短在数控机床上加工新的零件，大部分准备工作是根据零件图样编制的数控程序，而不是去准备靠模、专用夹具等工艺装备，而且编程工作可以离线进行。这样大大缩短了生产的准备时间，因此应用数控机床十分有利于产品的升级换代和新产品的开发。4.加工精度高、质量稳定目前，普通数控加工的尺寸精度通常可达0.005mm，最高的尺寸精度可达0.01m。数控机床是按预先编制好的加工程序进行工作的，加工过程中无需人的参与或调整，因此不受操作工人的技术水平或情绪的影响，加工精度稳定。另外，数控机床可以通过采用在线自动补偿（实时补偿）技术来消除或减少热变形、力变形和刀具磨损的影响，使加工精度的一致性得到保证。这在传统机床上则是无法做到的，因此采用数控加工技术可以提高零件的加工精度和产品质量。5.生产效率高数控机床的加工效率一般比普通机床高23倍，尤其在加工复杂零件时，生产率可提高十几倍甚至几十倍。一方面是因为其自动化程度高，具有自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，而且工序集中，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是加工中可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削工时。数控机床在配有适当的刀库、工件毛坯库、上下料装置和多种传感器的条件下，不仅具有全自动的加工功能，而且具有对加工过程进行自动监控、检测、报警及修正误差等功能。因此，数控机床可以实现白班有人看管和做好各种准备工作后，二、三班则可以在“无人看管”的条件下（国外称为“熄灯生产”）进行24小时乃至72小时的连续加工。这不仅改善了劳动条件，解决了晚上和节假日（含周六、周日）连续工作的问题，也大大提高了劳动生产率、设备利用率，缩短了生产周期，增加了企业的经济效益6.易于建立计算机通信网络由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统联结，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。另外，数控机床通过因特网（Internet）、内联网（Intranet）、外联网（Extranet）现在已可实现远程故障诊断及维修，以初步具备远程控制和调度，进行异地分散网络化生产的可能，从而为今后进一步实现制造过程网络化、智能化提供了必备的基础条件。当然，数控加工在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难等。 1.3数控技术的发展趋势1.3.1国内外数控系统发展概况：随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。1.3.2数控技术发展趋势我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等1.3.3性能发展方向 (1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。1.3.4体系结构的发展(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。(2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统(3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。(4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。1.4数控加工技术的加工对象数控加工时一种可编程的柔性加工方法，但其设备费用相对较高，故目前数控加工主要应用于加工零件形状比较复杂、精度要求较高，以及产品更换频繁、生产周期要求短的场合。具体地说，席面这些类型的零件最适合于数控加工：1.几何形状复杂，加工精度要求高或用数学方法定义的复杂的曲线、曲面轮廓。2.公差带小、互换性高、要求精确复杂的零件。3.用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用工装或需要很长调整时间的零件。4.价值高的零件。5.小批量生产的零件。6.钻、镗、铰、攻螺纹及削加工联合进行的零件。由于现代工业生产的要求，目前应用数控机床进行加工的部分典型行业及典型复杂零件如下：1.电器、塑料制造业和汽车制造业等模具型面。2.航空航天工业高压泵体、导弹仓、喷气叶片、框架、机翼、大梁等。3.动力工业叶片、叶轮、机座、壳体等。4.机床工具业箱体、盘轴类零件，凸轮非圆齿轮、复杂形状刀具与工具。5.造船业螺旋桨。6.兵器工业炮架件体、瞄准陀螺仪壳体、恒速器壳件。另外，20世纪6080年代，以数控机床应用为基础的柔性制造技术在汽车、飞机及一些行业中得到发展，其应用结果表明，柔性制造适于多品种、变化批量产品的生产。当前，柔性制造技术发展了以数控加工中心、数控加工模块及多轴加工模块组成的柔性自动线，使自动线柔性化，给单一品种的大量生产方式带来了转机，例如，现已广泛应用于汽车制造业发动机零件的制造中。目前，世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。第二章 CAXA制造工程师软件应用2.1 CAXA数控加工概述CAXA制造工程师以CAD生成的零件几何信息为基础，采用人机交互对话方式，在计算机屏幕上指定被加工件的几何特征，定义相关的加工参数，由计算机进行数据处理，并动态显示加工路径，最后输出NC代码数据，特别是它所提供的仿真切削功能，能模拟加工环境进行切削，并检查刀具是否干涉。 用CAXA制造工程师实现数控加工的过程如图2-1所示。 图2-1 CAXA制造工程师实现数控加工的流程 中国热模网首发 2.2 基于CAXA制造工程师的工艺加工过程2.2.1 CAXA制造工程师制造功能模块的主要功能 CAXA制造工程师是一个曲面实体相结合的CAD/CAM一体化的国产CAM软件，是基于三维的零件设计、制造和分析的软件包。其制造功能模块主要具有以下功能： (1)保证数据的唯一性和相关性 如果对一个零件模型进行了修改，与此零件相关的装配图、零件图等都会自动更新。 (2)强大的加工环境设计能力 能够模拟加工条件，建立三维的组装式夹具装配、刀具装配、加工毛坯系列；图形交互式人机对话；有多种进刀方式，可自动生成加工刀具路径。能进行铣削、镗削、车削、铰孔、线切割等多种加工。每种加工都提供多种加工方式；能图形显示刀具路径；屏幕模拟实际切削过程，显示材料去除过程和进行刀具干涉检查；可提供完整的工艺过程信息。可提供刀具装配、安装、使用信息，夹具安装、使用信息，机床使用信息，工艺参数设置信息等。2.2.2 用CAXA制造工程师在数控机床上进行工艺分析及加工的过程 基于CAXA制造工程师的技术支持，在数控机床上进行零件加工工艺分析及加工的过程，可分为下面的几个阶段：CAM系统的编程基本步骤如下：(1)准备工作 在这个阶段里，主要完成加工环境设计工作，即在完成工艺方案设计的前提下，在计算机上完成数控机床参数设置，刀具元件建库、刀具组装，通用夹具元件建库、专用夹具元件建模、夹具组装等，目的是建立一个三维工件的加工环境。 此篇文章来自中国热点模具网。(2)工件模型造型设计 利用CAXA-CAD提供的直线、圆弧以及样条线等平面绘图功能和拉伸、除料、放样等实体造型功能，可以将设计元素加工混合，进行三维加工数据的建模，用曲线、曲面和实体表达工件。在对零件造型过程中，可以直接使用软件提供的三维设计功能，也可以将二维制图中参数线等元素，引入到CAXA建模中，实现CAD数据的准确交换，生成满足数控加工的三维数据模型，实现复杂零件的三维实体造型设计。 (3)加工方案设计 对以上零件的三维建模进行分析，按工艺方案的要求，根据零件毛坯、夹具装配之间空间几何关系及刀具特征和参数，筛选最适合的加工方法。对实体造型进行进一步的工艺分析，根据加工性质修改增补造型，根据加工特点以及加工能力，确定需要加工的三维实体面，再分析实体的组成情况，拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径，找到刀具在运动中可能发生干涉的部位，并及时地进行加工环境调整。(4)生成加工轨迹根据需加工零件的形状特点及工艺要求，利用CAXA制造工程师中提供的曲面、导动、参数线、投影、等高等加工方法，灵活选定需要加工的实体部分，输入相关的数据参数和要求，可快速显示图形、生成刀具轨迹和刀具切削路径。根据实际需要，灵活地选择加工部位和加工方法。加工轨迹生成后，利用刀位编辑、轨迹的连接和打断编辑以及参数修改等功能对相关轨迹进行编辑和修针对实体不同加工性质和加工部位的特点，采用不同的加工方法从而生成不同的粗加工和精加工轨迹。编程人员可以根改。运用轨迹仿真功能，即可屏幕模拟实际切削过程，显示材料去除过程和进行刀具干涉检查，检验生成的刀具轨迹是否满足要求，查看切削后的工件截面，确保不会出现过切。 (5)生成G代码 数控编程的核心工作就是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。当加工轨迹生成后，按照当前机床类型的配置要求，把已经生成的刀具轨迹自动转化成合适的数控系统加工G代码，即CNC数控加工程序。但不同的机床其数控系统是不尽相同的，不同的数控系统其G代码功能不同，加工程序的格式也有所区别，所以要对G代码进行后置处理，以对应于相应的机床。利用软件的加工工艺参数后置处理功能，可以通过对“后置处理设置”进行修改，使其适用于机床数控系统的要求，或按机床规定的格式进行定制。定制后，可以保存设置，用于今后与此类机床匹配需要。G代码生成后，可根据需要，自动生成加工工序单，程序会根据加工轨迹编制中的各项参数自动计算各项加工工步的加工时间，这非常便于生产管理识别和加工工时的计算。我们还可通过直观的加工仿真和代码反读来检验加工工艺和代码的质量。(6)G代码传输和机床加工 生成的G代码要传输给机床，如果程序量少而机床内存容量允许的话，可以一次性地将G代码程序传输给机床。如果程序量巨大，就需要进行DNC在线传输，将G代码通过计算机标准接口直接与机床连通，在不占用机床系统内存的基础上，实现计算机直接控制机床的加工过程。机床根据接收到的G代码加工程序，就可进行在线DNC加工或单独加工了。第三章 数控加工工艺分析与工艺设计3.1数控加工工艺性分析 工艺分析也既是拟定加工路线和加工方法，是程序编制首先要解决的问题，也是编制程序的工艺基础，数控加工实践表明：工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。因此，在充分分析研究的基础上，提出多种方案进行比较，然后选择一种比较符合优质高产，低消耗的加工路线。3.1.1数控加工工艺基础在CNC机床上加工零件，编程之前，首先遇到的就是工艺编制问题。在普通机床上零件加工的工艺过程实际上只是一个工艺过程卡，机床加工的切削用量，走刀路线，工艺内的工步安排的等，往往都是由操作工人自行决定。而CNC机床时按照程序进行加工的，加工过程时自动的。因此，加工中的所有程序，工步，每道工序的切削用量，走刀路线，加工余量和所用刀具的尺寸，类型等都要预先确定好并输入程序中。为此，要求一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，对CNC机床的性能，特点和应用，切削规范和标准刀具系统等要非常熟悉，否则就无法做到全面，周到的考虑零件加工的全过程并正确，合理的编程零件加工程序。3.1.2数控加工工艺的基本特点数控加工工艺的基本特点：合理确定数控加工工艺对实现优质、高效和经济的数控加工具有极为重要的作用。数控加工工艺问题的处理与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、设备使用费用高等特点。具体如下：1.内容十分明确而具体2.工艺工作要求相当准确而严密3.采用多坐标联动自动控制加工复杂表面4.采用先进的工艺设备5.采用工序集中3.1.3数控加工工艺的主要内容 根据实际应用需要，数控加工工艺主要包括以下内容：1.选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容。 2.对零件图样机型数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求。3.具体设计数控加工工序。4.处理特殊的工艺问题如对刀点、换刀点的选择，刀具补偿等。5.称便误差控制及其控制。6.处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。3.1.4数控加工工艺的特殊要求数控加工工艺的特殊要求：1、由于数控机床较普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因而在同等情况下，所采用的切削用量通常比普通机床大，加工效率也较高。选择切削用量时要充分考虑这些特点。2、由于数控机床的功能复合化程度越来越高，因此，工序相对集中是现代数控加工工艺的特点，明显表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。3、由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。3.2零件图的结构工艺性零件结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性，它是评价零件结构设计优劣的主要技术指标之一。零件切削加工的结构工艺性涉及到零件加工时装夹、对刀、测量和切削效率等。零件的结构工艺性差会造成加工困难，耗费工时，甚至无法加工。零件结构的工艺性的好与差是相对的，与生产的工艺过程、生产批量、工艺装备条件和技术水平等因素有关。零件和产品的制造需要经过很多工艺过程，因此必须全面考虑，使零件在个工艺过程中都具有良好的工艺性。在确定了设计目的和设计内容之后,接下来我们要做的最重要的一件事就是对零件的零件图进行分析,零件图是制订规程最主要的原始资料,它是整个零件的形状、尺寸、形位公差、技术要求等一切信息的最直接的几何信息的体现，分析零件图是整个机械工艺过程设计的奠基石。只有通过对零件图中零件的形状进行认真的分析，我们才能弄清楚零件各组成表面的连接形式以及它们之间的相互位置关系，才能在我们头脑中建立起零件的模型，进而可以让我们初步确定在制订工艺规程的时候加工该零件可能要用到的哪些机床以加工这些形状的时候可能要用到的刀具、量具和夹具。只有通过对零件图中零件的各尺寸以及尺寸公差进行仔细的分析我们才能够更进一步的弄清该零件的立体空间大小，从零件图中的尺寸公差中可以知道该零件在哪些地方的尺寸要求严格、精度要求高，从而使我们在制订工艺规程的时候注意选择合适的机床、刀具、夹具，加工的时候选择什么样的定位基准，选择什么样的加工路线，编制怎么样的程序来保证零件图中的这些尺寸和这些尺寸的公差要求符合零件的精度要求。只有通过对零件图形位公差和粗糙度的要求进行仔细的分析，我们才能够了解组成零件的各成形面或成形体的形状要求，以及它们之间的位置要求和它们表面的粗糙程度的要求，同样为我们在制订工艺规程的时候起到了不可忽视的要求和指导方向。综合上述所说，我们可以了解到在制订零件的工艺规程的过程中对零件图的分析是必不可少的一个步骤。零件图是制订工艺规程最主要的原始资料，在制订工艺时，必须认真分析。零件结构工艺性，是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。3.3数控加工的设计实例数控加工工艺设计与普通加工工艺设计相似。首先需要选择定位基准；在确定所有加工方面的加工方法和加工方案；然后确定所有的工步的加工顺序，把相邻工步划分为一个工序，最后再将需要的其他工步输入，并衔接于数控加工工步序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。图31 凸块零件图1.分析零件工艺性能如图31所示，该零件外形尺寸长宽高=12010042,属于盘类小零件。100尺寸两侧面、宽50凸台两侧面和上顶面要求Ra3.2。孔分布在上下两个平面上且下平面中间有“高山”不连续，下平面上有6M10-7H螺纹孔、416H8孔，上平面上有25H7、20H7同轴孔。螺纹孔的位置精度是0.1、所有光孔的位置精度是0.04，光孔的孔径精度H7-H8、25H7和20H7的同轴精度0.02，光孔的表面粗糙度Ra.1.6，光孔孔径较小，精度要求较高。工件下平面Ra3.2，120两侧面不要求加工。该零件以孔加工为主,面加工要求不高。2.选定加工内容底平面、120和100的四侧面在普通机床上加工完成后上加工中心加工顶面、凸台及所有孔，以保证孔的位置精度等。3.选用毛坯或明确来料状况所用材料：45半成品外形尺寸：12010045,六面全部加工过，且除45高度尺寸的一侧面表面粗糙度未达Ra3.2外，其余各面均已达图纸表面粗糙度要求。4确定装夹方案和夹具选择在数控加工时，无论是数控机床本身具有多高精度，如果工件因庄家不合理而产生变形或外邪，就会因此降低零件加工精度。要正确装夹工件，必须合理选用数控夹具，才能保证加工高质量的产品。（1）工件装夹的基本原则数控加工时，工件装夹的基本原则与普通机床相同，都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案。在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面。避免采用占机人工调整方案，以充分发挥数控机床的效能。对于加工中心，工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。（2）选择夹具的基本原则: 数控加工对夹具要求有两个方面：一是要保证夹具的坐标方向与机床的方向对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。此外，尚需考虑以下五点：1. 在单件小批量生产时才考虑采用组合、可调夹具及其他通用夹具，以缩短生产准 备时间，提高生产率。2. 在成批生产时才考虑采用专用家具，并力求结构简单。3. 采用辅助时间短的夹具，即共建的装卸要迅速、方便、可靠。4. 为满足数控加工精度，要求夹具定位、加紧精度高。5. 夹具上各零件应不妨碍机床各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、加紧机构原 件不能影响加工刀具的进给（如生产碰撞）。6. 便于清扫切屑。数控加工对夹具要有两方面要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。此外，尚需考虑以下四点：1、夹具结构应力求简单。当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用；成批生产时考虑采用专用夹具。2、零件的装卸要迅速、方便，以缩短机床的停顿时间；3、夹具要开敞，其定位、夹紧机构或其它元件不得影响加工中的走刀；4、夹具在机床上的安装及工件在夹具上的安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上按程序加工。该图选用虎钳装夹工件。底面朝下垫平，工件毛坯面高出虎钳22+3+3=28,夹100两侧面，120任一侧面与虎钳侧面取平夹紧，实际上限制六个自由度，工件处于完全定位状态。5确定加工方案表3-1 加工方案加工部位加工方案顶面粗铣精铣凸台粗铣精铣6M10-7H钻中心孔钻底孔倒角攻丝416H8钻中心孔钻底孔扩倒角铰320H7钻中心孔钻底孔扩粗镗精镗325H7粗镗精镗6确定加工顺序、选择加工刀具数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量以及其他相关因素。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下， 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大吃刀量、大进给量的要求。精车时，要选择精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。此外，为了减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。加紧刀片的方式要选择得比较合理，刀片的选择可根据零件的材料种类、硬度、加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件来决定刀片的几何结构、进给量、切削速度和刀片型号。刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库中，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、扩、镗、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库中去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。加工顺序、刀具选择见表3-2。表3-2 加工顺序、刀具选择序号加工顺序刀具刀具编号1粗铣顶面120端铣刀T012精铣顶面3粗铣凸台40立铣刀T024精铣凸台5钻6M10-7H中心孔2中心钻T036钻416H8中心孔7钻320H7中心孔8钻320H7底孔8.6钻头T049钻416H8底孔10钻6M10-7H底孔11扩416H815.8钻头T0512扩320H719钻头T0613416H8倒角146M10-7H倒角15粗镗320H719.8镗刀T0716粗镗325H724.8平底镗刀T0817精镗325H725H7平底镗刀T0918精镗320H720H7镗刀T1019铰416H816H8铰刀T1120攻6M10-7H螺纹M10-丝锥T127确定加工路线端铣刀铣削顶面的进给路线如图32箭头所示，立铣刀铣削凸台侧面的进给路线如图33所示，孔加工进给路线如图34所示。图32 铣顶面进给路线（a）加工螺纹孔图34 孔加工进给路线图33 铣凸台侧面进给路线（b）加工16H8孔（c）加工20H7、25H7孔图34 孔加工进给路线8填写工艺卡片表33 凸块数控加工工序卡片工步号工步内容刀刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm量具备注1粗铣顶面留余量0.2T01120端铣刀5002002.8100游标卡尺2精铣顶面控制高度尺寸达Ra3.2T015001500.21003粗铣凸台留侧余量0.5,底余量0.2T0240立铣刀1805021.834.54精铣凸台成T0218040220.55钻6M10-7H、416H8、320H7中中心孔T032中心钻8007016钻320H7、416H8、6M10-7H至8.6T048.6钻头700704.37扩416H8至15.8T0515.8钻头300603.6表33（续）工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm量具备注8扩320H7至19T0619钻头200505.29倒416H8、6M10-7H角T062004010粗镗320H7至19.8T0719.8镗刀12001200.411粗镗325H7至24.8深9.9T0824.8平底镗刀10001002.512精镗325H7（）深10成T0925H7平底镗刀1000800.1内径表千分尺13精镗320H7（）成T1020H7镗刀12001000.1内径表千分尺14铰416H8（）成T1116H8铰刀150700.1内径表千分尺15攻6M10-7H螺纹成T12M10-丝锥20030016清理、防锈、入库3.4 编制程序(1)子程序O5；-凸台加工子程序N10G90G00G41D02X-25Y-75；N20G01X-25Y75；N30G00X25；N40G01Y-75；N50G00G40X0Y-100；N60M99；O9；-换刀子程序N10G90G00G53G40G49G80M19M09；N20G28Z0；N30M06；N40M99；O10；-6M10-7H子程序N10G99G90X-50Y0；N20G98Y-30；N30G99X50；N40Y0；N50G98Y30；N60M99；O16； -416H8子程序N10G98G90X-40Y-15；N20G99X40；N30G98Y15；N40M99；O25； -325H7子程序N10GG90X0Y30；N20Y0；N30Y-30；N40M99；(2)主程序O100；T01；M98P9006；T02；N10N40G90G00G54X130Y0F200S500M03；G43H01Z-2.8；G01X-130；-粗铣顶面M01； -测量Z向尺寸，并修改Z向尺寸Z-3； -Z向尺寸试切确定X130F150；-精铣顶面M98P9006；T03；N20G90G00G54X0Y-65F50S180M03；G43H02Z-21.8M08；M98P5；-粗铣凸台Z-22F40；M01； -测量凸台尺寸，并修改刀补D值和Z向尺寸M98P5；-精铣凸台M98P9006；T04；N30G90G00G54X-50Y30F70S800M03；-打6XM10-7H中心孔G43H03Z5M08；G81R-17Z-27；M98P10；X-40Y15；-打4X16H8中心孔M98P16；X0Y30R5Z-5； -打3X25H7中心孔M98P25；M98P9006；T05；N40G90G00G54X0Y30F70S700M03；-钻3X20H7底孔8.6G43H04Z5M08；G73R5Z-48Q8；M98P25；G73X-40Y15R-17Z-48Q8；-钻4X