南昌航空大学 论文 3.doc

南昌航空大学自考本科生毕业论文（设计）题 目： 数控加工工艺与程序设计 学 院： 江西工业工程职业技术学院 专业班级： 数控技术 学生姓名： 杜明宝 论文编号： 准考证号： 036910300365 指导教师： 谢燕琴 完成时间： 2011 年 3 月毕业设计（论文）开题报告一、选题的背景和意义随着数控机床在航空、航天、造船、汽车、模具等机械制造领域的广泛应用，现代机械制造技术发生了巨大的变化。大力发展、应用数控加工技术已成为全体机械制造企业的重中之重。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。中国当前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万，即我国机床数控化率不到3%。近10年来，机床的年产量数控化率为6%。中国机床役龄10年以上的占60%以上;10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%,自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60%以上)。可见大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。在70年代末、80年代初工业发达国家的军、民机械工业已开始大规模应用数控机床，本质是采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竟争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年，每年都有大量机电产品进口。我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。为推动我国机电一体化系统的发展，作为数控专业的一名大学生，有责任做出自己的努力。随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。数控机床能否充分发挥其高精度高效率的功能，数控程序的编制、数控加工工艺两者的有机结合是关键。二. 研究方法和技术路线研究方法:1、 实验法：利用CAD/CAM UG等软件，画图，分析零件的加工工艺，手动和自动编写程序，通过反复的实验获得最有效的加工方法，从而得出理论成果。2、 文献研究法：根据“数控加工工艺与程序设计”研究题目，调查相关的文件获得资料，从而全面的，正确的了解掌握课题的研究方法。3、 实证研究法：根据现有的科学理论提出设计，利用现有的仪器、设备，有目的操纵、记录，确定条件和现象的因果关系。4、 定性分析法：对获得的各种材料进行思维加工，去粗取精，去伪存真，揭示其内在规律。技术路线： 1、 确定研究课题。 2、收集资料 3、实验反馈 4、整理 5、总结三、主要技术问题及解决方案：1、运用大学期间所学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决数控加工中的工艺分析、编程工艺计算、加工零件的难易程度等问题。2、提高数控编程的能力，通过对零件进行该零件数控铣床加工获得根据所生产制品来设计出经济高效、省力合理且能保证加工质量的模具的能力。获得根据所生产制造出来零件，总结出加工经济高效、省力合理且能保证加工质量的数控加工的能力。3、经常进行加工总结，对数控经常出现的问题进行归纳。写下数控维修的次数。4、对编程首先要确定加工工艺方案。5、对所选数控车、铣床因根据不同车、铣床的特点加工所加工的零部件。6、熟练掌握数控车、铣床册图表资料文献。充分利用与零加加工有关的各种资料，做到科学合理的熟练运用数控机床。四、论文总体时间安排与进度。1、11月21日下午，集中指导论文如何写作。2、11年1月30号前，完成论文一稿写作。3、11年3月5前，完成论文二稿写作。4、11年3月30号前，完成论文正稿写作。五、指导教师审核意见：毕业设计（论文）任务书一、毕业设计（论文）题目：数控加工工艺与程序设计二、毕业设计（论文）内容：1、对数控机床结构、工作原理主要结构组成和数控机床类型进行了解。综合运用数控技术课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决数控加工问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化2、重点对铣床加工零件的平面、内外轮廓、孔、螺纹等。通过两轴联动加工零件的平面轮廓进行论述，通过二轴半、三轴或多轴联动来加工零件的空间曲面。3、通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养数控加工的基本技能。熟练计算加工有关加工所需的计算。4、学习数控加工的一般方法，了解和掌握常用数控机床加工零部件的工艺过程和计算方法，培养正确的加工思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体加工和计算的能力。对数控机床程序编辑的计算与编程的能力。5、数控机床昂贵加工工具，保养是数控机床延长寿命的必要措施。因此要学会对数控机床保洁。机电一体化专业 学生姓名 姚愿愿 指导教师 宋国庆 目 录第一章 概论.8 1.1 数控机床的组成与分类.8 1.2 数控编程与CAD/CAM系统. 11 1.3 数控加工技术的发展.15第二章 数控加工工艺概述.16 2.1数控加工工艺及其特点.16 2.2 数控加工工艺的内容.16 第三章 数控加工零件的工艺性分析.18 3.1 零件图分析.18 3.2 零件的结构工艺性分析.18 第四章 数控加工工艺路线设计.19 4.1 加工工序划分.19 4.2 加工顺序安排. .19 4.3 数控加工工序与普通工序的衔接.19 4.4 数控机床加工工序和加工路线的设计. 194.5 工件的安装与夹具的选择. 22第五章 各部分综合应用.23总结.25参考文献. 26附录. 27 致谢. 29数控加工工艺与程序设计摘 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。现代机械产品日趋复杂，产品零件呈现出形状复杂，精度高的特点，同时对机械产品的质量和生产率的要求也不断提高，多品种、中小批量生产的比重越来越大，从而使得传统的普通机床设备已难以适应。数控机床作为机电一体化的主导产品，集高精度、高效率、通用灵活为一体，目前不仅在航空航天、造船军工等领域普遍使用，而且在汽车、机床、仪器等民用机械制造行业也得到广泛应用。随着数控机床应用范围的不断扩大，促进了机械制造系统适应各种生产条件变化的能力不断提高，同时对数控编程与加工技术也提出了更高的要求。本次论文涉及数控编程与加工技术理论的主要方面，包括现代数控机床编程与加工、数控加工工艺理论及设计、数控编程指令及程序编制方法以及数控编程的一般步骤。并利用CAXA制造工程师软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。利用SEMENS仿真软件完成仿真加工。利用CAD/CAM软件及G代码指令进行手工编程。关键字：数控编程加工工艺数控技术加工工序第一章概论1.1.数控机床的组成与分类 数控机床是数值控制工作母机总称。一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。数控机床的组成框图：1输入输出设备 输入输出设备主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。硬件配置视需要而：功能简单的机床可能只配键盘和发光二极管(LED)显示器；功能普通的机床则可能加上纸带阅读机和纸带穿孔机、磁带和磁盘读人器、人机对话编程操作键盘和视频信号显示器(CRT)；功能较高的可能还包含有一套自动编程机或计算机辅助设计/计算机辅助制造系统。2数控装置数控装置是数控机床的核心。它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。数控装置通常是指一台专用计算机或通用计算机与输人输出接口板以及机床控制器(可编程序控制器)等所组成的控制装置，机床控制器的主要作用是实现对机床辅助功能M、主轴转速功能S和刀具功能T的控制。3 伺服系统 伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件(如主轴驱动、进给驱动)。组成：伺服控制电路、功率放大线路和伺服电动机等。常用的伺服电动机：步进电动机、电液马达、直流伺服电动机和交流伺服电动机。4测量反馈装置组成:测量部件和响应的测量电路。作用：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统。常用的测量部件：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。5机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。 机床是被控制的对象，其运动的位移和速度以及各种开关量是被控制的。数控机床采用高性能的主轴及进给伺服驱动装置，其机械传动结构得到了简化。为保证功能充分发挥，还有配套部件（如冷却、排屑、防护、润滑、照明等）和辅助装置（编程机和对刀仪等）。数控机床分类：按加工工艺方法分类：1.金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。2.特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。3.板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。按控制运动轨迹分类：1.点位控制数控机床位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 2、直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。3、轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。按驱动装置的特点分类1.开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。2、闭环控制数控机床接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。3、半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。4、混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式：（1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。（2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件（如测速发电机），B是角度测量元件，C是直线位移测量元件。1.2.数控编程与CAD/CAM系统控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。CAD/CAM系统20世纪90年代以前，市场上销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了CAXA制造工程师数控编程系统。这套系统集CAD、CAM于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入成本，而且提高了经济效益。CAXCAM系统的编程基本步骤如下：l理解二维图纸或其它的模型数据l建立加工模型或通过数据接口读入l确定加工工艺（装卡、刀具等）l生成刀具轨迹l加工仿真l后期处理生成NC代码l输出加工代码现在分别予以说明。1、加工工艺的确定加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：l核准加工零件的尺寸、公差和精度要求l确定装夹位置l选择刀具l确定加工路线l选定工艺参数2、加工模型建立 利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。 加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。 被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。3、刀具轨迹生成 建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承， 为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。4、后期G代码生成 在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后期处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。5、加工代码输出 生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。 随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。我们相信当你认识了CAXA制造工程师以后，CAXA制造工程师一定会走到你的身边，成为你身边的不可多得的造型能手，忠实可靠的编程高手，数控加工工艺的良师益友。1.3.数控加工技术的发展数字控制（Numerical Control）技术，简称数控（NC）技术，是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是指用数字化信息对机械设备的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控设备就是采用了数控技术的机械设备，或者说是装备了数控系统的机械设备。数控机床是数控设备的典型代表，其他数控设备还有数控冲剪机、数控压力机、数控弯管机、数控坐标测量机、数控绘图仪、数控雕刻机等等。数控机床是为了解决复杂、精密、小批多变零件加工的自动化要求而产生的。数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到机床的数控系统中，以控制刀具与工件的相对运动，从而加工出合格零件的方法。该项技术是20世纪40年代后期为适应复杂外形零件的精密加工而发展起来的一种自动化加工技术。1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院（MIT）的协助下，于1952年研制成功了世界上第一台三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床。此后，很多厂家都开展了数控机床的研制开发和生产。1958年，美国K&T公司首先研制成功带有自动换刀装置的加工中心（MC）。1968年，英国首次将多台数控机床及无人化搬运小车、自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，即柔性制造系统（FMS）。我国于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。数控系统是能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件的程序控制系统。数控系统的发展到现在已经有了两个阶段。第一阶段为普通数控（NC）阶段，即逻辑数字控制阶段，数控系统主要是由电路的硬件和连线组成，故又称为硬件数控系统。其特点是具有很多硬件电路和连接结点，电路复杂，可靠性不好。这个阶段数控系统的发展经历了三个时代，即电子管时代（1952年）、晶体管时代（1959年）和小规模集成电路时代（1965年）。自1970年小型计算机开始用于数控系统，数控系统的发展进入第二阶段，即计算机数字控制（CNC）阶段，数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，其突出特点是利用存储在存储器里的软件控制系统工作，故又称为软件控制系统。这种系统容易扩大功能，柔性好，可靠性高。第二阶段数控系统的发展也经历了三个时代。20世纪60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC，又称群控系统），及采用小型计算机控制的计算机数控系统，使数控系统进入了以小型计算机化为特征的第四代。从1974年微处理器开始用于数控系统，数控系统发展到第五代，即微型机数控（MNC）系统。经过几年的发展，数控系统从性能到可靠性均得到了很大的提高，自70年代末到80年代，数控技术在全世界得到了大规模的发展和应用。从90年代开始，PC机的发展日新月异，基于个人计算机（PC）平台的数控系统（称为PC数控系统）应运而生，数控系统的发展进入第六代。现在市场上流行和企业普遍使用的仍然是第五代数控系统，其典型代表是日本的FANUC-0系列和德国的SINUMERIK810系列数控系统。当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重要的地位，是柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、自动化工厂（FA）的基本构成单位。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：性能发展方面:高精高速高效化速度效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若采用高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系统、高分辨率检测元件、交流数字伺服系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在今后的几年，超精密数控机床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床。柔性化数控系统采用新一代模块化设计，功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足不同用户的需求。同一群控系统能根据不同生产流程，自动进行信息流动态调整，发挥群控系统的功能。多轴化多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。软硬件开放化用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。实时智能化在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等方面发展。如编程专家系统故障诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。第二章数控加工工艺概述2.1数控加工工艺及其特点所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的方法，是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善的一种应用技术。数控机床本身自动化程度高，设备费用较高，设备功能较强，使数控加工形成了如下几个特点：1.数控加工的工艺内容十分明确且具体在编制加工程序前，需要对影响加工过程的各种工艺因素，如切削用量、进给路线、刀具的几何形状，甚至工步的划分与安排一一做出安排，对每一个问题都要给出确切的答案和选择。2.数控加工的工艺工作相当准确而且严密数控加工不能像通用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题由操作者自由地进行调整。比如加工内螺纹时，在普通机床上操作者于一个字符、一个小数点或一个逗号的差错都有可能酿成重大机床事故和质量事故。因为数控机床比同类的普通机床价格高得多，其加工的也往往是一些形状比较复杂、价值也较高的工件，万一损坏机床或工件报废都会造成较大损失。3.数控加工工序相对集中般来说，在普通机床上加工是根据机床的种类进行单工序加工。而在数控机床上加工往往是在工件的一次装夹中完成工件的钻、扩、铰、铣、螳、攻螺纹等多工序的加工。这种“多序合一”现象也属于“工序集中”的范畴，极端情况下，在一台加工中心上可以完成工件的全部加工内容。加工精度高，尺寸一致性好适应性强，可加工有复杂型面的工件。自动化程度高，劳动强度低。生产效率高经济效益明显有利于生产管理的现代化2.2数控加工工艺的内容数控加工和普通数控机床的加工方法和内容上很相似，但加工过程的控制方式却大有不同。实现数控加工编程是关键。但必须有编程前的数控工艺作必要准备工作和编程后的善后处理工作。严格来说数控编程也属于数控工艺的范畴。因此数控加工工艺主要包括以下几方面的内容：(1)选择并确定需要进行数控加工的零件和内容。(2)进行数控加工工艺设计。(3)对零件图进行必要的数学处理。(4)编写加工程序(5)按程序单制作控制介质(6)对程序进行校验和修改(7)首件试加工与现场问题处理。(8)数控加工工艺技术文件的编写与归档 第三章 数控加工零件的工艺性分析3.1零件图分析 1.零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。零件设计人员在尺寸标注时，一般总是较多地考虑装配等使用特性，因而常采用局部分散的标注方法，这样就给工序安排和数控加工带来诸多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局部的分散标注法改为同一基准标注或直接标注坐标尺寸。 2.分析被加工零件的设计图纸，根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息，将加工表面区分为重要表面和次要表面，并找出其设计基准，进而遵循基准选择的原则，确定加工零件的定位基准，分析零件的毛坯是否便于定位和装夹，夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动，夹紧变形是否对加工质量有影响等。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。 3.构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)，是数控编程的重要依据。手工编程时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标；自动编程时，则要根据这些条件对构成零件的所有几何元素进行定义，无论哪一个条件不明确，都会导致编程无法进行。因此，在分析零件图样时，务必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题及时与设计人员协商解决。3.2零件的结构工艺性分析 1.零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，方便编程，提高生产效益。 2.内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。转角圆弧半径R大，可以采用直径较大的立铣刀来加工；加工平面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因而工艺性较好。反之，工艺性较差。通常R0.2H(H为被加工工件轮廓面的最大高度)时，可以判定零件该部位的工艺性不好。 3.零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径dD-2r(D为铣刀直径)，当D一定时，r越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。 4.应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，会因工件重新安装产生定位误差，从而使加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调，因此，为保证二次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的定位基准。第四章 控加工工艺路线设计数控加工的工艺路线设计必须全面考虑，注意工序的正确划分、顺序的合理安排和数控加工工序与普通工序的衔接4.1加工工序划分数控机床与普通机床加工相比较，加工工序更加集中，根据数控机床的加工特点，加工工序的划分有以下几种方式：1.根据装夹定位划分工序这种方法一般适应于加工内容不多的工件，主要是将加工部位分为几个部分，每道工序加工其中一部分。如加工外形时，以内腔夹紧；加工内腔时，以外形夹紧。2.按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数和空程时间，可以采用刀具集中的原则划分工序，在一次装夹中用一把刀完成可以加工的全部加工部位，然后再换第二把刀，加工其他部位。在专用数控机床或加工中心上大多采用这种方法。3.以粗、精加工划分工序对易产生加工变形的零件，考虑到工件的加工精度，变形等因素，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗后精。在工序的划分中，要根据工件的结构要求、工件的安装方式、工件的加工工艺性、数控机床的性能以及工厂生产组织与管理等因素灵活掌握，力求合理。4.2加工顺序安排加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，重点保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下原则：1.上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧2.先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓3.尽量减少重复定位与换刀次数4.在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序。4.3数控加工工序与普通工序的衔接由于数控加工工序穿插在工件加工的整个工艺过程之中，各道工序需要相互建立状态要求，如加工余量的预留，定位面与孔的精度和形位公差要求，矫形工序的技术要求，毛坯的热处理等要求，各道工序必须前后兼顾综合考虑。4.4数控机床加工工序和加工路线的设计数控机床加工工序设计的主要任务：确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹，为编制程序作好准备。其中加工路线的设定是很重要的环节，加工路线是刀具在切削加工过程中刀位点相对于工件的运动轨迹，它不仅包括加工工序的内容 ，也反映加工顺序的安排，因而加工路线是编写加工程序的重要依据。1.确定加工路线的原则(1)加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。(2)设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。(3)简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。(4)据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。(5)合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法，避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。(6)合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式，一般来说，数控机床采用滚珠丝杠，运动间隙很小，因此顺铣优点多于逆铣。2.数控机床加工路线 数控车床加工路线(1)数控车床车削端面加工路线如图1所示A-B-0p-D，其中A为换刀点，B为切入点，C-0p为刀具切削轨迹，0p为切出点，D为退刀点。图1数控车床车削端面加工路线 (2)数控车床车削外圆的加工路线如图2所示A-B-C-D-E-F，其中A为换刀点，B为切入点，C-D-E为刀具切削轨迹，E为切出点，F为退刀点。图2数控车床车削外圆加工路线3.数控铣床加工路线(1)立铣刀侧刃铣削平面零件外轮廓时避免沿零件外轮廓的法向切入和切出，如图3所示，应沿着外轮廓曲线的切向延长线切入或切出，这样可避免刀具在切入或切出时产生的刀刃切痕，保证零件曲面的平滑过渡。当铣削封闭内轮廓表面时，刀具也要沿轮廓线的切线方向进刀与退刀，如图4所示，A-B-C为刀具切向切入轮廓轨迹路线，C-D-C为刀具切削工件封闭内轮廓轨迹，C-E-A为刀具切向切出轮廓轨迹路线。图3外轮廓铣削的加工路线图4内轮廓铣削的加工路线 (2)孔加工定位路线 合理安排孔加工定位路线能提高孔的位置精度，如图5所示，在XY平面内加工A、B、C、D四孔，安排孔加工路线时一定要注意各孔定位方向的一致性，即采用单向趋近定位方法，完成C孔加工后往左多移动一段距离，然后返回加工D孔，这样的定位方法避免因传动系统反向间隙而产生的定位误差，提高了D孔与其它孔之间的位置精度。图5孔加工定位路线4.5工件的安装与夹具的选择1.工件的安装(1)力求符合设计基准、工艺基准、安装基准和工件坐标系的基准统一原(2)减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹后能加工全部待加工表面。(3)尽可能采用专用夹具，减少占机装夹与调整的时间。2.夹具的选择根据数控机床的加工特点，协调夹具坐标系、机床坐标系与工件坐标系的三者关系，此外还要考虑以下几点：(1)小批量加工零件，尽量采用组合夹具，可调式夹具以及其它通用夹具成批生产考虑采用专用夹具，力求装卸方便。(2)夹具的定位及夹紧机构元件不能影响刀具的走刀运动。(3)装卸零件要方便可靠，成批生产可采用气动夹具、液压夹具和多工位夹具。第五章 各部分综合应用轴类零件题：已知毛坯为30mm x 150mm的棒料,要求加工图如下：图5-11.零件工艺分析该轴类零件表面由圆柱、圆锥、圆弧及螺纹表面组成。各段尺寸的精度要求不高，尺寸完整，轮廓描述清楚。零件材料为铝合金，无热处理要求。2.确定装夹方案采用车床通用夹具三爪盘装夹定位。工件原点选在右端面。3.确定加工顺序加工顺序按由粗到精确定，先粗车各外圆圆柱面，圆锥面、圆弧面，再精车各段外圆，圆锥及弧面，并切槽、车螺纹。4.选择刀具(1) 粗车选用高速钢90度外圆车刀，副偏角不能太小，应保证车削圆弧面时不与工件发生干涉。(2) 精车选用硬合金90度外圆刀，也要保证车圆弧面时不与工件干涉。(3) 车螺纹选用硬质合金60度外螺纹车刀，取刀尖为59度30分。由于本零件所用刀具较少，而且都是常用刀具，故刀具调整图省略。5.选择切削用量(1)粗车循环时，确定ap=24mmf=0.3mm/rs=500rpm(2)精车时：ap=0.25mmf=300rpm切削深度按规律递减。6.填写工艺卡片文件(1)按加工顺序将各工步的加工内容，所用刀具及切削用量等填入下表，数控加工工序卡片中（见表4-1）。表4-1单位名称南昌航空大学自考本科产品名称和代号零件名称零件图号轴类零件01工序号程序代号夹具名称使用设备车间11