数控编程论文

1、 机械与车辆学院 CADCAM及其应用结课大作业 CAM（数控编程）技术的原理及其应用 组员班级-学号-姓名： 组员班级-学号-姓名： 组员班级-学号-姓名： 组员班级-学号-姓名： 组员班级-学号-姓名： 指导教师： 2013年 12 月1日- 13 -北京理工大学珠海学院摘 要 制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分，其核心技术是数控技术。数控加工工艺分析与编程则是数控加工的核心，合理的工艺是保证数控加工质量。数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高技术的产物，随着它们的发展而得到飞速发展。数控技术极大地推动了计算机辅助制造、柔性制造系统、计算机集成制造系统、虚拟制

2、造系统和敏捷制造的发展，将朝着高速化、高精度化、多功能化、系统化与高可靠性等方向发展。随着社会的不断发展和先进技术的提高，在当今的制造业的各个企业中，不仅仅只是需要生产出质量合格的零件，而是对整个生产工艺提出了更高的要求以便提高加工效率生产出既经济又合格的零件，以谋求最大的利益。本论文对玩具车轮进行了详细的工艺分析包括齿轮轴图工艺分析，确定装夹方案.确定走刀路线.选择刀具.工艺卡片。通过实例进一步说明数控技术的特点以及在制造业中所起的作用。关键词： 数控技术 玩具车轮 加工工艺与编程 目 录第一章 数控加工技术的概述1.1 数控技术简介 - 1.2 数控加工技术的特点 - 1.3 数控技术的现

3、状及发展趋势 - 1.4 数控技术发展策略 - 1.5 小 结 - 第二章 数控仿真技术 2.1 计算机仿真的概念及应用 - 2.2 数控仿真技术的现状及趋势 - 2.3 数控仿真技术的加工方法 - 第三章 数控编程技术3.1 数控加工工艺设计 - 3.2 数控加工工艺的基本特点 - 3.3 数控加工工艺的主要内容 - 3.4 计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）的介绍及应用 - 第四章 CAD/CAM技术在玩具车轮模具设计中的应用4.1 CAD/CAM系统数控编程原理 4.2 加工工艺决策 4.3 建立产品的三维造型4.4 数控仿真加工4.4.1 选择加工内容及加工方式4.4.2 设置加工

4、参数及生成刀具路径4.4.3 生成加工程序 4.4.4 程序输出4.4.4 小结第五章 总结 5.1 总结 - 参考文献 -第一章 数控加工技术的概述1.1数控技术简介当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控

5、制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术；（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。1.2 数控加工技术的特点为满足现代机械加工的多样化需求，数控加工技术的特点具有以下特点：（1）作用和地位上的战略性；（2）技术上的综合性；（3）控制上的实时性；（4）软件上的领域性；（5）推广应用上的适应性；（6）跟踪上的滞后性；（7）发展上的开放性。1.3 数控技术的现状及发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的

6、变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：1.高速、高精加工技术及装备的新趋势：效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工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。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。2.智能化、开放式、网络化成为当代数控系

7、统发展的主要趋势 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，如前馈控制、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。1.4 数控技术发展策略1用系统的方法，选择能够主导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。 2在竞争前数

8、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。3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。1.5 小 结数控技术自问世以来，就体现出了它的机加工优势。尤其是对单件、小批量生产，特别是复+杂型面零件的自动化加工，数控机床更是大显身手。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它将带动整个社会经济的发展。第二章 数控仿真技术2.1计算机仿真的概念及应用从工程的角度来看，仿真就是通过对系统模

9、型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。分析复杂的动态对象，仿真是一种有效的方法，可以减少风险，缩短设计和制造的周期，并节约投资。计算机仿真就是借助计算机，利用系统模型对实际系统进行实验研究的过程。它随着计算机技术的发展而迅速地发展，在仿真中占有越来越重要的地位。建模活动是通过对实际系统的观测或检测，在忽略次要因素及不可检测变量的基础上，用物理或数学的方法进行描述，从而获得实际系统的简化近似模型。这里的模型同实际系统的功能与参数之间应具有相似性和对应性。仿真模型是对系统的数学模型（简化模型）进行一定的算法处理，使其成为合适的形式（如将数值积分变为迭代运算模型）之后，成为能被计算机接受的“可计算

10、模型”。仿真模型对实际系统来讲是一个二次简化的模型。仿真实验是指将系统的仿真模型在计算机上运行的过程。仿真是通过实验来研究实际系统的一种技术，通过仿真技术可以弄清系统内在结构变量和环境条件的影响。 计算机仿真技术的发展趋势主要表现在两个方面：应用领域的扩大和仿真计算机的智能化。计算机仿真技术不仅在传统的工程技术领域（航空、航天、化工等方面）继续发展，而且扩大到社会经济、生物等许多非工程领域，此外，并行处理、人工智能、知识库和专家系统等技术的发展正影响着仿真计算机的发展。数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具，以减少工件的试切，提高生产效率

11、。2.2 数控仿真技术的研究现状及趋势目前我国国产数控机床的市场占有率还很低（数量50%、价值量30%左右），形成一定规模的生产企业不多；功能部件的专业化生产及社会化配套能力不高，大量功能部件依靠进口使得我国生产数控机床的成本增高，特别是数控系统品种和功能少，可靠性不高，一直是我国数控机床生产中的薄弱环节，严重影响了我国数控机床的市场信誉。同时，我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。这些都极大的影响了我国数控机床产业化的发展。数控机床加工零件是靠数控指令程序控制完成的。为确保数控程序的正确性，防止加工过程中干涉和碰撞的发生，在实际生产

12、中，常采用试切的方法进行检验。但这种方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。后来又采用轨迹显示法，即以划针或笔代替刀具，以着色板或纸代替工件来仿真刀具运动轨迹的二维图形（也可以显示二维半的加工轨迹），有相当大的局限性。对于工件的三维和多维加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蜡、木料、改性树脂和塑料等）来检验加工的切削轨迹。但是，试切要占用数控机床和加工现场。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的计算机仿真方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展，目前正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展。2.3 数控仿真

13、技术的加工方法几何仿真技术的发展是随着几何建模技术的发展而发展的，包括定性图形显示和定量干涉验证两方面。目前常用的方法有直接实体造型法，基于图像空间的方法和离散矢量求交法。 1直接实体造型法这种方法是指工件体与刀具运动所形成的包络体进行实体布尔差运算，工件体的三维模型随着切削过程被不断更新。 2基于图像空间的方法这种方法用图像空间的消隐算法来实现实体布尔运算。3离散矢量求交法这种方法将曲面按一定精度离散，用这些离散点来表示该曲面。以每个离散点的法线方向为该点的矢量方向，延长与工件的外表面相交。通过仿真刀具的切削过程，计算各个离散点沿法线到刀具的距离。第三章 数控编程技术 数控编程的主要内容包括

14、：分析零件图纸，进行工艺处理，确定工艺过程；数学处理，计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据；编制零件加工程序；制备控制介质；校核程序及首件试切。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。3.1 数控加工工艺无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工

15、路线等）也需要做一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。3.2 数控加工工艺的基本特点 在普通机床上加工零件时，是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡上规定的“程序”加工零件。而在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质（如穿孔纸 带，磁盘等）上，用它控制机床加工。由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其特点。 1.工序的内容复杂。这是由于数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排

16、较复杂的工序，甚至在普通机床上难以完成的工序。 2.工步的安排更为详尽。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。 3.3 数控加工工艺的主要内容1.择适合在数控上加工的零件,确定工序内容。2.分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量。3.调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。4.分配数控加工中的误差。5.处理数控机床

17、上部分工艺指令。3.4 计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）的介绍及应用计算机辅助设计/计算机辅助制造，简称CAD/CAM，该技术是以计算机数控技术、计算机图形技术、计算机数据分析技术及计算机网络技术为基础发展起来的，是计算机在工程应用中最有影响的技术之一，推动了几乎一切领域的设计革命，在机械行业的应用中尤以模具制造业的应用成果最为突出。CAD/CAM技术的引入，不仅提高了产品质量，缩短了新产品的开发周期，也为工厂实现由产品设计、生产到管理的一体化，无图纸化奠定了基础。CAD/CAM的最终结果常常是以穿孔带等形式输出零件的加工程序，在当前使用的CAD/CAM系统中，输出的零件程序可以直接送入

18、CNC机床的控制计算机中。 CAD/CAM系统用于设计和制造全过程。它们包括制定产品规格、方案设计、最后设计、绘图、制造和检验。在该过程的每一阶段，数据都可以进行增加、修改、调用，并分布于计算机和终端的网络中。这就减少了单独数据库提供的人为误差，大大缩短了从产品基本设想的形成到最后实际产品的制造所需的时间。第四章 CAD/CAM技术在玩具车轮模具设计中的应用4.1 CAD/CAM系统数控编程原理 CAD/CAM系统数控编程原理4.2 加工工艺决策 加工工艺决策内容包括定义毛坯尺寸、边界、刀具尺寸、刀具基准点、进给率、快进路径以及切削加工方式。首先按模型形状及尺寸大小设置毛坯的尺寸形状，然后定义

19、边界和加工区域，选择合适的刀具类型及其参数，并设置刀具基准点。 CAM系统中有不同的切削加工方式供编程中选择，可为粗加工、半精加工、精加工各个阶段选择相应的切削加工方式。4.3 建立产品的三维造型 根据玩具车轮的具体尺寸，通过拉伸、复制几何、填充、剪切、合并、阵列、倒圆角、拔模、实体化等命令建成三维实体模型，如图所示。4.4 数控仿真加工4.4.1 选择加工内容及加工方式按照先主后次，先粗后精，先面后孔，先基准后其他的原则，确定工序顺序的安排，拟定加工工艺路线。加工工艺路线如下： 1） 平铣端面； 2）外形铣削； 3) 曲面粗加工挖槽加工； 4) 曲面粗加工等高外形加工； 5）曲面精加工等高外

20、形加工； 6）曲面精加工浅平面加工； 7）曲面精加工环绕等距加工； 8）曲面精加工交线清角。4.4.2 设置加工参数及生成刀具路径 包括刀具尺寸与刀具类型的选择，主轴转速与进给速率的设定，曲面加工参数的设置，限定深度，间隙设定，整体误差的规定，进给步距的设置，进刀方式的设置等生成刀具路径后，可进行刀具路径的模拟检查。4.4.3生成加工程序 将生成的加工程序输送到数控加工中心或数控铣床的控制系统进行自动加工。部分NC后处理程序如图所示。4.4.4程序输出 图形交互式自动编程软件在计算机内自动生成刀位轨迹图形文件和数控程序文件，可采用打印机打印数控加工程序单，也可在绘图机上绘制出刀位轨迹图，使机床

21、操作者更加直观地了解加工的走刀过程，还可使用计算机直接驱动的纸带穿孔机制作穿孔纸带，提供给有读带装置的机床控制系统使用，对于有标准通信接口的机床控制系统可以和计算机直接联机，由计算机将加工程序直接送给机床控制系统。 4.4.5小结数控编程是数控加工的重要步骤，本章在以前所设计的的零件工艺规程基础上，对其进行相应的刀具参数设置、切削参数设置、机床后置处理、在相关软件上生成加工轨迹。第五章 总结本课题作者首先运用绘图软件绘制出需要的零件图，然后自动生成程序。通过论文巩固和扩展了所学的基本理论和专业知识；培养综合运用所学知识技能分析和解决实际问题的能力，正确的工程设计和技术研究思想、理论联系实际、实事求是的科学态度和严谨求实的工作作风；进一步训练和提高资料利用、理论计算、数据处理、资料的阅读、计算机使用、文字表达等方面的能力和技巧。通过毕业论文，综合性地运用所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一