1、论数控加工技术传统加工技术分类号 密级U D C 编号本科毕业论文(设计) 题目论数控加工技术与传统加工技术 系 别 专 业 名 称年 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 二0一0年十二月摘要：随着科学技术的不断发展，社会对产品的加工精度也越来越高。通过对数控加工工艺的特点及传统的加工和工艺进行分析，充分论述了在零件的生产和加工过程中，要发挥数控机床加工工艺的优势，把数控加工工艺和传统加工工艺相结合。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生，不断发展和逐步完善起来的一门应用技术，研究的对象是数控设备完成数控加工全过程相关的集成化技术，最直接的研究对象是与数控设备息息相关的数控装置、控制系统、
2、数控程序及编制方法。高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。数控加工取代传统加工占据生产制造的主导地位已成为一种趋势，但由于历史的原因，传统的加工设备与先进的数控机床并存，是目前乃至今后很长一段时期内大多数制造企业的设备现状。如何从工艺的角度根据各企业的设备现状、产品生产规模、零件结构形式与加工精度要求等方面来合理地进行产品工艺方案设计，充分发挥企业现有数控设备与传统设备的加工效率，使企业设备资源与人力资源得到充分利用，需要从多个方面来探讨。其中数控编程系统正向集成化，网络化和智能化方向发展。关键词：数控加工；加工精度；加工工艺；结合Abstract：With continuing d
3、evelopment of science and technology, to product machined is also high precision. by subjecting processing and traditional processing and analysis, fully described in part of the production and processing process, we must develop machining process, the processing technology and traditional processin
4、g process of integrating.Process.process is accompanied by machine tools, growing and gradually improved one of the application of technology, the equipment is finished processing relevant technology, the direct object of research and equipment related the device and control systems and procedures a
5、nd methods. The.Efficient, high precision processing is machining the main features of the process of replacing traditional process. occupied the manufacture of the leading position has become a trend, but owing to historical reasons, the traditional manufacturing equipment with advanced machine too
6、ls, is the present and future for a long period of the majority of manufacturing enterprises equipment status quo. From the perspective of the process of each enterprise equipment and products and components in their structural forms and the processing requirement as reasonable precision to the prod
7、uct design process of giving full play to the existing traditional businesses devices and equipment for manufacturing efficiency, the device resources and human resources are used in multiple ways to programming. the system is, the net and intellectualized direction.Key words: processing ；Processing
8、 precision ；Processing ；Combination引论随着科学技术的迅猛发展，现在制造业中需要精密加工的零件越来越多，加工精度和对工件表面复杂程度要求也越来越高。而数控机床最适宜加工这类形状复杂精度要求高的零件。在零件的加工和生产过程中不是靠单一的数控加工和单一的传统的机械加工来完成的。而是把数控加工工艺和传统加工工艺有机的结合起来，在一定的设备、装备的辅助下完成零件的生产和加工过程。我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。在改革开放后，我国数控技术才逐步取
9、得实质性的发展。经过“六五(81-85年)的引进国外技术，“七五”(86-90年)的消化吸收和“八五”(91一-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。一、数控加工技术概述数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统 加工过程机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件
10、品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。（一）数控加工技术的发展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，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 数控机床工作流程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。
11、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。25轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
12、图121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，如图2 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。以上分别是数控装置（图1）与数控机床(图2)，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。4. 重视新技术标准、规范的建立（1） 关于数控系统设计开发规范，（2） 关于数控标准。（二）数控机
13、床与普通机床相比具有的优越性1数控机床与普通机床的区别数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有以下明显特点： 1、适合于复杂异形零件的加工，数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。2、加工精度高。3、加工稳定可靠实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。4、高柔性，加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统FMS。5、高生产率
14、，数控机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的 35 倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。6、劳动条件好，机床自动化程度高，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好。7、有利于管理现代化，采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。8、投资大，使用费用高。9、生产准备工作复杂。由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。10、维修困难，数控机床是典型的机电一体化产品，技术含量高，对维修人员的技术要求很高。2、数控机床的适用范围由于数控机床的上述特点，适用于数
15、控加工的零件有：1、批量小而又多次重复生产的零件；2、几何形状复杂的零件；3、贵重零件加工；4、需要全部检验的零件；5、试制件。对以上零件采用数控加工，才能最大限度地发挥出数控加工的优势。二、数控加工工艺和数控加工的特点数控加工工艺源于传统的加工工艺，将传统的加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术有机地结合在一起，它的一个典型特征是将普通加工工艺完全融入数控加工工艺中。数控加工工艺是数控编程的基础，高质量的数控加工程序，源于周密、细致的技术可行性分析、总体工艺规划和数控加工工艺设计。（一）数控加工的特点1、工序集中数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动
16、进行，因此，工序比较集中。工序集中带来的巨大经济效益。（）减少机床占地面积，节约厂房。（2）减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。2.、加工自动化数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显。（1）对操作工人的要求降低：一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省。（2）降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力。（3）产品质量稳
17、定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。（4）加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。（二）数控加工工艺的特点1数控加工工艺远比普通机械加工工艺复杂数控加工工艺要考虑加工零件的工艺性，加工零件的定位基准和装夹方式，也要选择刀具，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。2数控加工工艺设计要有严密的条理性由于数控加工的自动化程度较高，相对而言，数控加工的自适应能力就
18、较差。而且数控加工的影响因素较多，比较复杂，需要对数控加工的全过程深思熟虑，数控工艺设计必须具有很好的条理性，也就是说，数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨，没有错误。3数控加工工艺的继承性较好凡经过调试、校验和试切削过程验证的，并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺，都可以作为模板，供后续加工相类似零件调用，这样不仅节约时间，而且可以保证质量。作为模板本身在调用中也是一个不断修改完善的过程，可以达到逐步标准化、系列化的效果。因此，数控工艺具有非常好的继承性。4数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产由于数控加工的自动化程度高，安全和质量是至关重要的。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生
19、产。在普通机械加工中，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产，一般不需要上述的复杂过程。三、数控加工工艺的主要内容（1）选择并确定数控加工的内容；（2）对零件图进行数控加工的工艺分析；（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；（4）数控加工工艺方案的制定；（5）工步、进给路线的确定；（6）选择数控机床的类型；（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；（8）切削参数的确定；（9）加工程序的编写、校验与修改；（10）首件试加工与现场问题的处理；（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档二）建立管理会计系统与理论相结合的企业管理模式。四、传统加工及加工工艺术主要包括:车、铣、刨、钻、磨等，
20、它们主要依靠机械外力用更硬的工具来完成多余金属层的剥离过程。现代加工技术：主要是指利用声、光、电、化学等非机械能来完成材料的剥离过程，一般它可以用较底硬度的材料实现对高硬度材料的加工。比如线切割、激光切削加工、电火花加工等都是现代的特种加工方法。（）传统机械加工工艺组成传统的机械加工工艺体系一般是由机床工具（夹具）工件组成，而工具环节按传统的分类无非是车刀、铣刀、镗刀、钻头、拉刀、砂轮、冲模、压模之类。而所有这些工具无非都是具有一定硬度的实体，如高速钢、工具钢、硬质合金、立方氮化硼、单晶及聚晶金刚石、陶瓷等材料制成的工具。（二）传统工艺规程及编制步骤第一步分析设计图中有无现有设备及加工方法无法
21、加工和无法达到的要求。若有，则反馈给设计部门，协商解决。确保没有加工上的障碍。 第二步分析零件的结构特点和毛坯类型，确定加工基准。 第三步分析零件有无精加工必要，决定采取哪种模式。 第四步分析零件有无热表处理要求，若有，则增加相应的热表处理工序。 第五步查看零件有无冲洗和实验要求。若有，则在最终检验工序前增加冲洗和实验工序。完成以上工作后，基本上就可以确定工艺路线的主体框架了。图1是这部分工作的流程图。1、以SDB1-110-01为例，按此步骤得出下面框架：加工毛基加工光基中间工序段（粗加工）毛刺工序洗涤工序冲洗工序检验工序表面处理工序中间工序段（精加工）毛刺工序洗涤工序冲洗工序实验工序检验工
22、序2确定中间工序段确定中间工序段需要做两方面的工作：A确定工序的数量。 B确定工序的顺序。传统的方法主要是凭工艺员的经验来决定安排多少工序，然后再视工序间的相互关系排定顺序。显然计算机并不具备所需的经验，要让计算机来完成这些工作，就要把我们平时的思维合乎逻辑地归纳为逻辑和运算过程。（1）确定工序数量 由于加工中心具有强大的加工能力，处于同一加工工位的几何体素基本上能一次加工完成。所以确定了加工工位的数量也就确定了工序的基本数量。在CAPP系统开发中零件信息的描述起着极为重要的作用，同时也是一个较为复杂的问题。为与实际加工统一，将零件的几何信息按加工工位和加工位置两个级别来描述。将法线和轴线方向
23、一致的加工要素（面、孔、凸台等）统称为面；将同一轴线上的加工要素（孔、螺纹、槽、倒角等）统称为孔。实际上每一个面就对应着一个加工工位，每一个孔对应着一个加工位置。这样，一个零件就可以表示成图2那样的树状结构。图2 零件加工要素的树状结构（2）排序 工序间的顺序对工艺规程的优劣影响最大，它直接关系到加工的难易和生产周期的长短。同时也是最体现工艺员个性的地方。不同的工艺员对同一零件编制的工艺规程在工艺流程的安排上总有差别。要统一顺序必需先统一排序的标准和方法。排序的标准这里暂不讨论。首先应找出一种明确按逻辑方式判断的排序方法。在上一步工作中得出的工序中，有些工序是完全独立的，如钻锁紧孔。即完成它不
24、需要先决条件。而大部分工序则受到其他因素的约束。如图3所示结构。从工艺上来说应当先加工孔1，再加工孔2，最后加工孔3。这种关系可用有向图表示出来，见图4。图3图4 图中的三个工序称为节点，有向线段称为有向边，表示先决条件和优先关系。箭头引出节点为前趋节点，指向的节点为后继节点。这样的有向图称为AOV网（ACTIVITY ON VERTEX NETWORK）。在确定了工序的数量后，依据工艺路线的安排原则，工序间的相互关系可以用AOV网表达出来。由于影响工序间关系的因素很多，一道工序的前趋和后继工序往往不只一个，得出的AOV网大多数会象图5那样。图5 工艺路线工序的AOV网这就需要采取一种可以为计
25、算机接受的排序方法。这里采用了反向拓扑法。以图5A的情况为例，其过程如下：（1）在AOV网中选出没有后继节点（即没有后继工序）的节点，并将其输出。 （2）在AOV网中删除该点及与其相连的所有有向边。重复以上步骤，直到全部节点输出完毕（见图5A、B、C、D）。输出的结果可能不止一个，如图5就有以下两种结果：（1）BACDEF； （2）BCADEF A和C没有相互关系，在工艺上属于可互相超越的工序。选用哪一种结果关系不大。对上步工作得出的工序编号，根据判断条件建立AOV网，再按以上方法对粗、精加工的中间工序段排序，将排好顺序的中间工序段插入主体框架，就可得出完整的工艺路线了。2、判别条件 前面谈的
26、只是编制的方法，而要建立AOV网还需要分析判断工序间的相互关系。分析判断的条件往往是根据个人的经验。把这些经验以明确的方式写入计算机内，作为判断的依据，就可以让计算机来完成以上工作了。这里只简单谈一下加工中主要考虑的原则。（1）基准的选取加工基准对于整个零件的加工极为重要。基准的作用是定位，目的是限制加工中零件在各个方向的位移。由于壳体类零件较复杂，为保证精度，一般要分毛基和光基。以棒料和板料为毛坯的零件毛基较好选择。铸件毛坯的毛基选择要难一些。通常是以三点确定一个面，再用两点限制其旋转。也有用圆弧面和加点定位的。基本的原则是选取部位的尺寸要稳定，不要选在合模线上。有时毛坯上没有合适的基准，则
27、要求设计增加专门的工艺基准。光基的选取原则上是以一个较大的平面和两个精度较高的孔定位。（2）工序间的先后顺序安排工序间的顺序时，首先应考虑的是可加工性。顺序安排不当会给加工带来额外的困难。其次，应考虑生产效率。合理的顺序能缩短生产周期。最后还应该考虑设备的利用率。每一道工序在工艺路线中的位置是由许多因素决定的，其中有一般机械制造工艺的通用原则：基准先行原则、先粗后精逐渐减少误差的原则、工序集中的原则。五、数控加工工艺与传统工艺在加工中的结合数控工艺与普通工艺合理衔接，最重要的是针对产品的设计状态、批量要求、生产周期、加工精度、生产成本的不同特点分别采取不同的措施。在工艺方案设计过程中，应对产品
28、的设计状态、加工方式、工装夹具的设计制造、刀具的选择、粗精加工方式的结合、工序的集中划分、企业的设备现状与能力等方面来综合考虑。实际应用时还需要结合企业设备能力、技术工人和技术人员的水平等因素。针对研制产品和批生产产品的加工特点，采取适合各自要求的研制工艺与批产工艺对策，实现数控加工与传统加工的完美结合。、结语本文从现阶段企业在数控加工技术应用方面的实际出发，结合作者丰富的实际经验，从数控加工的工艺技术信息的管理与工艺信息化建设、CAD/CAM/CAPP软件的应用、数控程序的编制与技术应用开发、车间生产管理等多个方面探讨了实现高效数控加工的途径参考文献1 程叔重 数控加工工艺 2003 2 罗
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