数控零件加工与工艺分析毕业论文.docx

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数控零件加工与工艺分析毕业论文

毕业设计文件

设计题目:

数控零件加工与工艺分析

姓名:

盛加明

指导教师：

韩迷辉

完成期限:

2011年10月10日至2011即年12月08日

毕业设计（论文）任务书

姓名：

盛加明专业班级：

数控技术09291

学号：

0929114号所属系部：

机电系

题目：

数控零件加工与工艺分析

任务内容：

1：

用AutoCAD画出零件平面二维图。

2：

按照图纸尺寸加工零件，保证加工精度，并用AutoCAD画出合理的工艺流程图和刀具列表，工艺设计的每个参数都要有句可查，需打印。

3：

根据零件图纸进行编程，编出的程序必须经行校验。

4：

对零件进行仿真加工。

5：

编写完成上述的论文。

技术参数和论文撰写要求：

论文内容完整，包括封面、目录、任务书、摘要、正文、参考文献、致谢、评审表等八项内容；各项内容按模板格式和要求进行排版；字数6000字以上（含图表）。

设计进程：

第１周：

接受和明确任务，查找资料和相关文献指导书，完成写作提纲。

第２周—第５周：

绘制设计零件平面二维图，实体图。

第６周—第10周：

编制设计零件中车加工工艺、填写相应技术规程文件。

第11周：

完成说明书及答辩PPT的制作，进行答辩。

答辩后修改说明书，上交所有电子资料和纸介质材料。

指导教师签字：

赵宏立教研室主任签字：

徐慧

日期：

2011年8月30日日期：

2011年8月31日

前言

随着时代的发展，社会的进步，人们的生活水平需要不断的改善和提高，这就要求制造业的需要发展和前进，必须走在时代的前端，而数控技术就在这样时代发展的大背景下应运而生并且不断发展着。

数控加工技术是一门综合性技术，由传统机械加工技术和先进的计算机数字控制技术、信息处理技术等集成。

制造自动化技术是先进技术中的重要组成部分，其核心技术是数控技术。

数控技术随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术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设计、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，并为实现绿色制造打下了基础。

数控技术在现代企业的大量应用事制造技术正朝着数字化的方向迈进。

出现了以信息驱动的现代制造技术，其核心就是数控加工设备替代了传统的加工设备。

与此同时，数控技术正朝着高精度、高速度、高柔性、高可靠性以及复合化的方向发展。

掌握属于高新技术的范围的数字控制技术，又要具备操作数控加工的能力。

从数控应用角度看，数控技能型人才既要掌握属于高新技术的范围的数字控制技术，又要具备操作数控加工的能力。

这就要求我们的不断进步，把自己培养成适应社会潮流的高等技能型人才。

毕业设计是大学学习的最后一个教学环节，全国高职高专及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。

在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。

通过这次毕业设计，我在数控加工工艺分析、数控编程、数控仿真方面的知识都受到全面的综合训练，使我受益匪浅。

特别是韩老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。

由于类似的大型课题在本校第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。

摘要

数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用，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。

随着自动编程系统的发展，如CAD，PRO/E等软件的普及应用，数控机床编程工作越来越简化，为保证零件加工质量，除了数控机床自身的精度外，还与数控加工中的工艺措施密切相关，它的发展是信息技术（1T）与制造技术（MT）结合发展的结果。

因此，在用数控机床进行机械零件加工时，要充分考虑工艺问题对零件加工质量的影响。

本篇论文主要说明数控加工的工艺过程以及如何根据实际情况合理选择机床和夹具，在零件的工艺分析中主要是数控加工工艺路线的设计，能够根据给出的图纸中准确的设计出数控加工工艺路线。

零件程序的编写，根据零件的形状，采用手动方式，运用自己所学的数控编程的知识编写出正确合理的程序。

使其能够达到图纸要求的尺寸，其中包括加工精度、表面粗糙度，垂直度等。

这些问题都是我们在数控加工中应该注意的问题。

关键词：

数控机床；自动编程；加工工艺；

Abstract

CNCmachineisplayingamoreandmoreimportantpartinthemodernproduction.revolutionarychangeNCtechnologyandthewidespreadapplicationofNCmachinetools,machinerymanufacturingtotheindustrialstructure,productvarietyandqualityandproductionmethodsbroughtaboutaWiththedevelopmentoftheautomaticprogrammingsysterm,forezampleCAXA、PRO/Eandsoon..Theyhavebeenusedinallfilds.TheprogrammingofCNCmachineisbecomingeasierandeasier.Inoredertokeepthequalityofthepartmaching.ItrelectsnotonlytheCNCmachineitselfbutalsothewayofCNCmachining.Itisthedevelopmentofinformationtechnology（1T）andmanufacturingtechnology（MT）withtheresultofthedevelopment.SowhenweuseCNCmachinetomakepaer,weshouldconsidertheeffectofartproblemtothequalityofthepartmaching.Thistextexplainthemachingprocessandhowtochoosethecorrectmachineandtoolsaccordingtothematter.ThedesignisthesubjectofCNCmillingandprocessingcomponents,inthedesignprocess,theteacheraskedustousetheknowledgeofNCcompletionofthedesignfeatures,includingpartsofNCmachiningprocessanalysis,thepreparationoftheproceduresparts,sparepartsSimulation.InpartsoftheprocessisthemainlineofCNCmachiningprocessdesignedtobegiveninaccordancewiththedrawingsinthedesignoftheNCaccurateprocessingline.Partofthepreparationprocedures,accordingtotheshapeofpartsusedmanually,usetheirownmostoftheNCprogrammingknowledgetowritecorrectandreasonableprocedure.Enablethemtomeetthesizerequirementsofthedrawings,includingthemachiningprecision,surfaceroughness,thedegreeofvertical.TheseproblemarenoticedinCNCmaching.

Keywords:

CNCmachinetools;automaticprogramming;processing

1绪论

本次设计主要是设计在数控车床上加工零件，车床主要加工轴类回转体零件.还用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床加工。

下面主要浅谈下数控技术的发展与本次设计的内容、目的、此类零件的应用。

1.1数控技术的应用

机床数控系统，即计算机数字控制（cnc）系统是在传统的硬件数控（nc）的基础上发展起来的。

它主要由硬件和软件两大部分组成。

通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。

cnc系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。

使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零件。

1.2数控技术的发展趋向

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：

1.2.1　性能发展方向

（1）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。

（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。

1.2.2　功能发展方向

（1）用户界面图形化　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。

由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。

当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。

图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

（2）科学计算可视化　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。

可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。

在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

（3）插补和补偿方式多样化　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样条）、多项式插补等。

多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

（4）内装高性能PLC　数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。

编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

（5）多媒体技术应用　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。

在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

1.2.3　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、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。

1.4ＵＧ及CAD

1.4.1UG的发展史及其应用

UG为userguide的简写，意思：

用户指南。

UG（UnigraphicsNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

UnigraphicsNX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

UG同时也是用户指南（userguide）和普遍语法（UniversalGrammer）的缩写；在DOTA中也被称为幽鬼。

这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构

UG在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。

UGNX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。

其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。

因此软件可对许多不同的应用再利用。

一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域（自然科学或工程）、数学（分析和数值数学）及计算机科学的知识。

然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。

这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。

最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。

一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。

UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。

一个如UGNX这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。

UG具有三个设计层次，即结构设计（architecturaldesign）、子系统设计（subsystemdesign）和组件设计（componentdesign）。

至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。

所有陈述的信息被分布于各子系统之间。

NX是UGSPLM新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。

NX独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。

NX可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。

NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。

通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新，NX的成功已经得到了充分的证实。

这些目标使得NX通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。

1.4.2CAD的发展史及其应用

CAD即计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDesign）利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称cad。

在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。

CAD还包含：

电气CAD、外贸结算CAD、加拿大元、冠状动脉性心脏病、计算机辅助诊断、服装CAD等含义。

在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

CAD能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。

人类在表达思想、传递信息时，最初采用图形，后来逐渐演化发展为具有抽象意义的文字,这是人类在信息交流上的一次伟大革命。

在信息交流中，图形表达方式比文字表达方式具有更多的优点。

一幅图纸能容纳下许多信息，表达内容直观，一目了然，在不同的民族与地区具有表达思想的相通性，而往往可以反映用语言、文字也难以表达的信息。

在早期，工程师采用手工绘图。

他们用草图表达设计思想，手法不一。

后来逐渐规范化，形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。

但由于项目的多样性、多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。

于是，人们想方设法地提高劳动效率，将工程技术人员从繁琐重复的体力劳动中解放出来，集中精力从事开创性的工作。

例如，工程师们为了减少工程制图中的许多繁琐重复的劳动，编制了大量的标准图集，提供给不同的工程以备套用。

工程师们梦想着何时能甩开图板，实现自动化画图，将自己的设计思想用一种简洁、美观标准的方式表达出来，便于修改，易于重复利用，提高劳动效率。

随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图（ComputerAidedDrafting）应运而生。

早期的计算机辅助设计系统是在大型机、超级小型机上开发的，一般需要几十万甚至上百万美元，往往只有在规模很大的汽车、航空、化工、石油，电力、轮船等行业部门中应用，工程建设设计领域各单位则难以望其项背。

进入80年代，微型计算机的迅速发展，使计算机辅助工程设计逐渐成为现实。

计算机绘图是通过编制计算机辅助绘图软件，将图形显示在屏幕上，用户可以用光标对图形直接进行编辑和修改。

由微机配上图形输入和输出设备（如键盘、鼠标、绘图仪）以及计算机绘图软件，就组成一套计算机辅助绘图系统。

2机械加工工艺设计

2.1车削零件工艺分析

2.1.1零件图分析

分析产品的零件图与装配图，分析零件图的加工要求、结构工艺性，检验图样的完整性；零件图如图2-1所示。

图2-1

对以上零件图分析得：

零件图样的尺寸视图都完整，表达清楚，几何关系明确，零件的工艺也很好，可以看出零件在很多地方都有形位公差的要求，部分表面还有粗糙度要求，本零件的表面粗糙度都在1.6以上，故只要用车床加工就可以达到了，所以可以把加工分为粗精加工两个阶段，但在工艺安排上要考虑装夹的先后，装夹的次数，如何装夹，如何加工才能保证工件的精度，这才是关键，在定位装夹方面要考虑在一次装夹完成车的加工，保证位置精度。

并且工件的左右都需要加工。

左右装夹掉头时要注意定位的准确以及对刀的准确性。

2.1.2毛坯的选择

在零件的加工过程中，毛坯的选择也非常重要，因为在这里涉及到毛坯的成本问题，一个零件在设计，加工的过程中，首先考虑的就是加工的成本问题，零件要满足功能的需要，还要考虑到在加工时一定要便于加工，即使设计的再完美，但不利于加工，会给加工带来很大的麻烦，提高成本，这样是不可取的，我们只要考虑怎么样把零件加工出来就好，只要简单的考虑一下毛坯的的成本，还有一点要说明的是，在选择毛坯时，还要考虑到装夹的问题，采用三爪自定心卡盘装夹两端。

该零件可选用毛坯类型：

铸件；毛坯大小：

φ55×160；如图2-2所示。

图2-2

2.1.3选择定位基准，确定零件的加工路线

基准的选择很重要，在基准的选择过程中要考虑到装卡时给工件带来的变形，还要考虑到工件的刚性，如果不能正确的选择好定位的基准，会给加工带来很多不必要的麻烦，在基准的选择时应注意一定要在一次装卡中加工多的零件形状，也就是说避免重复定位带来的误差，一