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数控编程技术毕业论文
江苏科技大学
本科生毕业论文（设计）
题目:
数控编程技术
姓名:
高午阳
学院:
专业:
机械制造及其自动化
班级:
学号:
10042037105
指导教师:
肖维进职称:
工程师
20 年 月 日
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。
本论文对泵盖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 泵盖 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
1.2数控加工技术的特点…………………………………………………………………1
1.3数控技术的现状及发展趋势…………………………………………………………1
1.4数控技术发展策略……………………………………………………………………2
1.5小结 …………………………………………………………………………………3
第二章 数控仿真技术
2.1计算机仿真的概念及应用……………………………………………………………4
2.2数控仿真技术的现状及趋势…………………………………………………………4
2.3数控仿真技术的加工方法……………………………………………………………5
第三章 数控编程技术
3.1数控加工工艺设计………………………………………………………………………7
3.2数控加工工艺的基本特点………………………………………………………………7
3.3数控加工工艺的主要内容………………………………………………………………7
3.4计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）的介绍及应用……………………………………8
第四章 泵盖的数控加工工艺编制与仿真
4.1泵盖简介…………………………………………………………………………………9
4.2零件图工艺分析…………………………………………………………………………9
4.3零件图工艺设计………………………………………………………………………10
4.3.1编制加工工艺…………………………………………………………………… 10
4.3.2确定装夹方案………………………………………………………………………10
4.3.3确定加工顺序及走刀路线…………………………………………………………10
4.3.4切削用量选择 ……………………………………………………………………10
4.3.5拟订数控加工工序卡片……………………………………………………………11
4.4泵盖仿真程序…………………………………………………………………………12
第五章 总结
5.1总结 …………………………………………………………………………………28
参考文献……………………………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………………………30
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。
现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。
现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。
主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。
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。
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。
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。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。
近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。
这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
2.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
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。
数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。
所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。
目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
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。
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。
从试切环境的模型特点来看，目前NC切削过程仿真分几何仿真和力学仿真两个方面。
几何仿真不考虑切削参数、切削力及其它物理因素的影响，只仿真刀具工件几何体的运动，以验证NC程序的正确性。
它可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具折断、零件报废等问题；同时可以减少从产品设计到制造的时间，降低生产成本。
切削过程的力学仿真属于物理仿真范畴，它通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、控制切削参数，从而达到优化切削过程的目的。
2.3数控仿真技术的加工方法
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：
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。
AutoCAD技术一直处于不断发展与探索之中。
应用AutoCAD技术起到了提高企业设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度，缩短设计周期，加强设计标准化等作用。
越来越多的人认识到AutoCAD是一种巨大的生产力，特别是它的开放性结构优越性，使AutoCAD技术必将广泛地应用于机械、电子、航天、化工、建筑、测量与勘察等行业，使设计与生产向数字化和无纸化方向发展。
第四章数控加工工艺编制与仿真
4.1泵盖简介
齿轮泵的一个重要组成部分是齿轮轴。
齿轮泵的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，齿轮泵工作时，液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合（齿与齿啮合前），然后进入压油管排出。
因此，齿轮轴的制造精度就决定了齿轮泵的工作效率。
泵的主要特点是结构紧凑、体积小、重量轻、造价低。
齿轮泵适合于输送黏稠液体，因为泵体绝不可能无间隙配合，而外啮合齿轮泵高压腔的压力油向低压腔泄露泵的端面泄露有三种途径：
（1）通过齿轮啮合处的间隙；
（2）泵体内表面与齿顶圆间的径向间隙；（3）通过齿轮两端面与两端盖间的端面轴向间隙。
其中端面轴向间隙的泄露量最大，所以应提高加工精度来减小端面轴向间隙来提高效率。
4.2零件图工艺分析
本设计课题为：
泵盖的加工工艺编制与加工仿真。
分析零件的形状、结构及尺寸特点，检查零件的加工要求，泵盖零件图如4-1所示
。
4.3零件图工艺设计
4.3.1编制加工工艺：
1．毛坯的选择：
毛坯为铸造件。
2．铣外形；Ф12铣刀铣Ф28圆台至尺寸
3．铣28.6-34圆锥台至尺寸。
4．铣底台至尺寸
5．用Ф14钻头钻Ф15孔
6.用Ф12铣刀铣Ф19孔至Ф18.5
7.用Ф12铣刀铣Ф15孔至Ф14.5
8.精镗Ф19和Ф15孔至尺寸
9.用Ф6钻头钻Ф7通孔
10.用Ф5铣刀铣Ф7孔至Ф6.5
11.用Ф5铣刀铣Ф12孔至Ф11.5
12.精镗Ф7和Ф12孔至尺寸
13．去毛刺、清洗、检验、入库。
4.3.2确定装夹方案：
由于本零件为批量活，为了提升加工效率，保证加工质量，所以有固定工装。
4.3.3确定加工顺序及进给路线：
按照先粗后精、先近后远的原则确定加工顺序，尽量减少用刀数量。
1、先用Ф50的面铣刀
4.3.4切削用量选择
一般铣削的精加工余量为0.2-0.5mm，
1．背吃刀量的选择铣削时固定循环每次1mm.钻孔时每5mm一抬刀。
2．主轴转速的选择铣削时S=800mm/min,钻孔时S=500mm/min.
3．进给速度的选择铣削时F=500mm/min,钻孔时F=80mm/min。
综合前面分析的各项内容，并将其填入下表所示的数控加工工艺卡片。
此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。
主要内容包括：
工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。
4.3.5拟订数控铣削加工工序卡片
为更好地指导编程和加工操作，把该零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表1所示的泵盖零件数控加工工序卡片中。
泵盖零件数控加工工序卡片
单位名称
苏州农业职业技术学院
产品名称或代号
零件名称
零件图号
加工中心铣削工艺分析
泵盖
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
自制工装
加工中心
加工中心车间
工序号
工步内容
刀具号
刀具规格（㎜）
主轴转速（r/min）
进给速度
㎜/min
背吃刀量（㎜）
备注
1
铣刀
T01
Ф12
800
500
1
2
钻头
T02
Ф14
500
80
5
3
精镗刀
T03
Ф14.5
600
60
0.2
4
精镗刀
T04
Ф18.5
600
60
0.2
5
钻头
T05
Ф6
500
80
5
6
铣刀
T06
Ф5
800
500
1
7
精镗刀
T07
Ф6.5
600
60
0.2
8
精镗刀
T08
Ф11.5
600
60
0.2
4.4泵盖仿真程序
采用加工中心加工，部分程序如下：
（程式名=123）
（刀具名称= 5.FLATENDMILL 刀具号码=1刀径补正=1刀长补正=1刀具直径=5.刀角半径=0.）
（加工余量:
XY方向=.5 Z方向=0.）
（工件坐标=G54）
粗加工路线如图4-2所示
图4-2泵盖的粗加工轨迹图
粗加工仿真如图4-3所示
图4-3泵盖的粗加工仿真图
N100G0G17G40G49G80G90
N102G91G28Z0.
N104S4000M3
N106G0G90G54X31.Y27.061
N108Z5.3
N110Z3.3
N112G1Z.3F1000.
N114Y-27.061F300.
N116G0Z1.3
N118Z3.3
N120Z5.3
N122X26.867Y-33.925
N124Z3.3
N126G1Z.3F1000.
N128Y33.925F300.
N130G0Z1.3
N132Z3.3
N134Z5.3
N136X22.733Y38.375
N138Z3.3
N140G1Z.3F1000.
N142Y-38.375F300.
N144G0Z1.3
N146Z3.3
N148Z5.3
N150X18.6Y-41.546
N152Z3.3
N154G1Z.3F1000.
N156Y41.546F300.
N158G0Z1.3
N160Z3.3
N162Z5.3
N164X14.467Y43.864
N166Z3.3
N168G1Z.3F1000.
N170Y22.412F300.
N172Y22.348Z.354
N174Y22.215Z.403
N176Y22.1Z.44
N178Y22.043Z.462
N180Y21.668Z.5
N182Y4.532
N184Y4.157Z.462
N186Y4.1Z.44
N188Y3.992Z.406
N190Y3.852Z.354
N192Y3.788Z.3
N194Y-43.863
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