数控加工工艺与传统加工工艺比较.docx

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数控加工工艺与传统加工工艺比较

数控加工工艺与传统加工工艺比较

摘要

数控加工工艺是数控加工过程中较为复杂又非常重要的环节，与加工程序的编制、零件加工的质量、效益都有着密切的关系。

工艺设计的好坏，不仅会影响机床效率的发挥，而且还将直接影响零件的加工质量。

因此，对数控加工工艺进行研究对提高被加工零件的精度，提高工作效率，从而提高企业的经济效益，是非常必要的。

随着CAD/CAM技术的飞速发展，使得企业可加工精度更高、形状更复杂的零件。

另外一方面市场竞争的日益加剧，要求企业在产品质量不断提高的前提之下不断压缩产品生产时间。

所以如何利用计算机对数控加工工艺设计过程进行辅助，以期提高数控加工工艺设计的质量，减少生产时间就成为当务之急。

在数控加工中，正确合理地选择切削参数对确保产品质量、提高生产率、降低生产成本起着十分重要的作用。

近年来，随着数控技术的普遍应用，以及各种先进制造技术的迅速发展，生产辅助时间大大降低。

因此缩短切削加工时间，对提高生产率起着重要的作用。

目前，大多数工厂在生产中凭经验或参考切削用量手册来选择切削用量，这往往达不到切削参数的最优选。

运用现代切削理论、数学建模和模型分析方法寻求切削参数的最优组合，是切削参数选择的一个重要方向。

本设计通过对传统加工工艺和数控加工工艺的主要内容、工艺问题、零件图分析、工艺装备的选择、工艺规程、工艺路线的拟订等几方面进行了介绍，并举了一些实例对数控加工工艺与传统加工工艺进行比较。

提出了数控加工工艺的效率比传统加工工艺高，精度比传统加工工艺精确，加工复杂产品应用数控加工工艺能降低成本等观点，为选择加工工艺提供参考。

关键词：

传统加工工艺，数控加工工艺，工艺特点，工艺内容。

CNCmachiningtechnologycomparedwithtraditionalprocessingtechnology

Abstract

CNCmachiningCNCmachiningprocessismorecomplicatedprocessandveryimportantpartofthepreparationandprocessingprocedures,sparepartsprocessing,qualityandefficiencyarecloselyrelated.Processdesignisgoodorbad,willnotonlyplaythemachinetoolefficiency,butalsodirectlyaffectthemachiningquality.Therefore,researchonnumericalcontrolprocessingtechnologytoimprovetheaccuracyoftheprocessedparts,improveefficiency,therebyenhancingtheeconomicefficiencyofenterprisesisverynecessary.WiththeCAD/CAMtechnology,rapiddevelopment,sobusinessescanprocessmoreprecise,morecomplexshapeparts.Ontheotherhandincreasingcompetitioninthemarket,requiresenterprisestoimproveproductqualitycontinuouslycompressedwithoutsacrificingproductiontime.Therefore,theuseofcomputernumericalcontrolmachiningprocessplanningontheauxiliary,inordertoimprovetheNCmachiningprocessdesignquality,reduceproductiontimetobecomeatoppriority.

InNCforreasonablechoiceofcuttingparameterstoensureproductquality,increaseproductivity,reduceproductioncostsplayanimportantrole.Inrecentyears,withthewidespreadapplicationofCNCtechnology,andavarietyofadvancedmanufacturingtechnology,rapiddevelopment,productionassistanttimereducedsignificantly.Thereforedecreasethecuttingtime,andplaysanimportantroleinincreasingproductivity.Atpresent,mostfactoriesintheproductionofcuttingexperienceorreferencemanualtoselectthecuttingparameters,whichoftenreachthemostoptimizedcuttingparameters.Useofmoderncuttingtheory,mathematicalmodelingandmodelanalysisfortheoptimalcombinationofcuttingparameters,cuttingparametersisanimportantdirection.

ThedesignonthetraditionalprocessingtechnologyandCNCmachiningtechnologymaincontent,processproblems,partsdiagramanalysis,processandequipmentselection,processplanning,processdevelopmentandotheraspectsrouteswereintroducedsimultaneouslyanumberofexamplesofthemachiningprocessandcomparisonoftraditionalprocessingtechnology.CNCmachiningprocessmademoreefficientthantraditionalprocessingtechnologyofhighprecisionandaccuracythanconventionalprocessing,processing,CNCmachiningprocessofcomplexproductapplicationscanreducethecostpointofview,provideareferencefortheselectionofprocessingtechnology.

Keywords:

traditionalprocessingtechnology,CNCmachiningtechnology,Technologicalfeatures,processthecontent.

第一章绪论

数控加工工艺使传统的加工工艺在多方面产生很大的影响,数控加工工艺使工人的劳动强度下降，提高了加工效率，对传统加工工艺与数控加工工艺进行比较对我们的生产有重要意义，合理确定数控加工工艺，对实现优质、高效的数控加工有重要作用，所以必须了解这些差别,才能很好地利用数控加工方式,保证加工过程顺利和加工质量稳定。

1.1数控系统发展史

从1952年美国麻省理工学院与PARSONS公司合作研制出世界上第一台试验性数控系统，到现在已走过了58年历程。

数控系统由当初的电子管式起步，经历了以下几个发展阶段：

分立式晶体管式—小规模集成电路式—大规模集成电路式—小型计算机式—超大规模集成电路—微机式的数控系统。

前三个阶段的数控系统主要是有电路的硬件和连线组成，称为接线逻辑数控系统（WiedlogicNC）或硬数控系统。

特点是具有很多硬件电路和连接节点，电路复杂，可靠性不好。

后三个阶段的数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，称CNC数控系统，它最突出的特点是利用存储在存储器里的软件控制系统工作，这种系统容易扩大功能，柔性好，可靠性高。

我国对数控机床的研制和发展起始于50年代，并于60年代末70年代初研制成功劈锥数控铣床、CJK一18晶体管数控系统及X53K一lG立式数控铣床等。

到70年代开始，数控技术在车、铣、钻、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加一工一中心也研制成功。

我国在二十世纪八十年代初期通过引进、消化、吸收国外的先进技术。

从美国、德国等国家引进了一些新技术。

又在“七五”、“八五”、“九五”期间对伺服驱动技术进行重大科技项目攻关，取得了重大成果。

代表我国当前数控机床水平的中华1型、航天1型数控系统已能够向国内各机床制造厂配套自身的数控系统所需的伺服系统，还应用于一些老设备的技术改造。

目前，我国的机床工业正从生产大国逐渐变为机床强国，主要体现在数控机床产品的技术水平和质量不断发展和提高。

其中，特别是数控系统和数控机床的可靠性不断提高。

由于科学技术人员的不懈努力，新的数控产品不断涌现，如多坐标轴高速高精度等数控机床的研制成功。

在国家自然科学基金委员会等单位的支持下，我国进行了开放性数控系统的理论与实践研究。

总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。

1.2研究本课程的目的、意义

制造技术市场全球化使竞争空前剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，因而市场对适合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求己逐步超过对大型单一功能的制造系统的需求。

数控技术向高速化、高精度、多轴控制和复合方向发展，向模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。

这一系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造厂提供了将其技术与任何第三方的技术或产品进行集成的可能性。

在激烈的市场竞争中，各企业总结前期低水平和无序竞争造成的产品质量低下，损失市场的沉痛经验，迫切需要成本低、效率高、技术含量高的新型设备来武装自己，以增强其产品的竞争力、提高企业的知名度。

所以对数控加工工艺与传统加工工艺进行比较、研究，找出它们的相同点和不同点，从而利用它们来指导生产。

1.3本论文研究的主要内容

基于查阅大量资料的前提下，了解数控机械加工工艺的数字化：

1、了解传统加工工艺

2、了解数字化加工工艺（电脑、单片机的实际应用）

3、选择某一具体加工方式进行数字与传统的比较

4、今后的发展趋势、新技术的应用等

第二章传统加工工艺

传统加工工艺，就是使用普通机床加工零件时所运用的各种工艺方法和工艺手段。

传统加工是以传统的机械加工、半机械半人工操作、纯人工操作进行加工的过程。

工艺是指制造产品的技巧、方法、和程序。

机械制造过程中，凡是直接改变零件形状、尺寸、相对位置关系和性能等，使其成为成品或半成品的过程，称为机械制造工艺过程。

它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。

而为保证工艺过程正常进行所需的刀具、夹具制造,机床调整维修等则属于辅助过程。

通常,机械加工是获得机器零件的最主要手段。

要进行传统加工工艺与数控加工工艺比较，必须先弄清楚传统加工工艺的内容和相关的术语。

2.1传统机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程是指采用机械加工的方法按一定顺序直接改变毛坯的形状,尺寸及表面质量,使其成为合格零件的工艺过程。

为便于工艺过程的编制、执行和生产组织管理,需要把工艺过程划分为不同层次的单元。

它们分别是工序、安装、工位、工步、走刀。

其中工序是工艺过程中的基本单元。

零件的机械加工工艺过程由若干工序组成。

在一个工序中可能包含一个或几个安装,每一个安装中又可能包含有一个或几个工步及每一工步中包含一次或几次走刀。

2.1.1工序

工序是一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程。

划分的主要依据是工作地是否变动和工作地是否变动和工作是否连续。

如果其中一个变动或者加工不是连续完成，则应划分为另一道工序。

“工作地”是指一台机床、一个钳工台或一个装配地点，“连续”是指对一个具体的工件的加工是连续进行的，中间没有插入另一个工件的加工。

图1-1阶梯轴

现以图1-1所示的阶梯轴的加工来说明。

若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高，单间小批量生产时，其工艺过程见表1-1；大批量生产时，其工艺过程见表1-2。

2.1.2安装

工件加工前，使其在机床或夹具中占据一正确而固定位置的过程称为安装。

在一道工序中，工件可能安装一次，也可能安装几次。

表1-1中的工序1和2都是两次安装，而工序3以及表1-2中的各道工序中都是一次安装。

工件加工过程中应尽可能减少安装次数，以免影响加工精度和增加辅助时间。

2.1.3工位

为了减少安装次数，常采用回转工作台、回转夹具或移动夹具等多工位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工。

此时，工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位。

如图1-2所示为一种利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和绞孔四个工位加工的实例。

表1-1单件小批量生产的工艺过程

工序号

工序内容

设备

1

车端面，钻中心孔；调头车端面，钻中心孔

车床

2

车大外圆及倒角；调头车小外圆及倒角

车床

3

铣键槽

铣床

4

去毛刺

钳工台

表1-2大批量生产的工艺过程

工序号

工序内容

设备

1

车端面，钻中心孔

车床

2

车大外圆及倒角

车床

3

车小外圆及倒角

车床

4

铣键槽

铣床

5

去毛刺

钳工台

2.1.4工步

在加工表面、切屑刀具和切屑用量（不包括切屑深度）不变的条件下，连续完成的那部分工序称为工步。

一道工序可能包括几个工步，也可能只有一个工步。

如表1-1所示工序1中，包括四个工步：

两次车端面，两次钻中心孔；工序2中也也包括四个工步；而表1-2工序4只有一个工步。

为了化简工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干个相同的工步，常看做为一个工步（可称为合并工步）。

如用一把转头连续钻削几个相同尺寸的孔，就认为是一个工步，而不看成几个工步。

为了提高生产效率，采用复合刀具或多刀加工的工步称为复合工步。

如图1-3所示。

在工艺文件上，复合工步应看为一个工步。

图1-2多工位加工图1-3复合工步

2.1.5走刀

走刀是指切削工具在加工表面上切削一次所完成的那部分工艺过程。

在一个工步中，当加工表面上需要切除的材料较厚，无法一次全部切除掉，需要分几次切除时，则每切去一层材料称为一次走刀。

一个工步可以包括一次或几次走刀。

如图1-4所示为工序、安装、工位、工步和走刀的关系示意图。

2.2传统机械加工工艺规程

工艺规程是指规定产品或零件部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。

其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。

正确的工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实践的基础上，依据科学理论和必要的工艺实验并考虑具体的生产条件而制定的。

不同的生产类型对工艺规程的要求不同，单件小批量生产由于生产的分工比较粗糙，通常只需说明零件的加工工艺路线（即其加工工序顺序），填写工艺过程卡。

对于大批量生产，因其生产组织严密、分工细致，工艺规程应尽量详细，要求对每道工序的加工精度、操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等均作出具体规定。

因此，除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡。

此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。

中小批量生产经常采用机械加工工艺卡，其详细程度介于工序过程卡和加工工序卡之间。

2.2.1制定机械加工工艺规程的基本要求

制定工艺规程的基本要求是在保证生产质量的前提下，尽量提高生产效率和降低成本，使经济效率最大化，另外，还应在充分利用本企业现有的生产条件下，尽可能采用国内外的先进技术和经验，并保证工人具有良好而安全的劳动条件。

同时工艺规程还应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、单位、编号等都要符合相应标准，并积极采用国际标准。

2.2.2传统机械加工工艺规程的设计步骤及内容

设计零件的机械加工工艺规程的步骤及其内容如下：

1）分析零件工作图和产品装配图

阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功能及其主要的技术要求。

2）工艺审查

主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制定的依据，找出其的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施施予保证；审查零件的结构工艺性。

3）确定毛坯的种类及其制造方法

毛坯是由原材料变成零件过程的第一步。

正确确定毛坯有重大的技术经济意义，它不但影响毛坯制造的工艺和费用，而且对零件机械加工工艺过程也有极大的影响，是保证规程设计质量的重要环节。

常用机械零件的毛坯有铸件、短件、焊接件、型件、冲压件以及粉末冶金、成型轧制见等。

零件的毛坯种类有的在图纸上明确，如焊接件。

有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件。

对于材料问哦结构钢的零件，除了重要零件如曲轴、连杆明确是锻件外，大多数只规定了材料及其热处理要求，这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用、尺寸和结构形状来确定毛坯种类。

如作用一般的阶梯轴，若各阶梯的直径差较小，则可直接以圆棒料毛坯；重要的轴或直径差大的阶梯轴，为了减少材料消耗和切削加工量，这宜采用锻件毛坯。

4）拟定机械加工工艺路线

这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：

选择定位基准；确定加工方法；安排热处理、检验和其他工序等。

5）确定工序所需的机床和工艺装备

工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。

机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍想适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分领用现有条件，以降低生产准备费用。

对必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论和论证的基础上提出设计任务书。

6）确定工序的加工余量，计算工序尺寸和公差。

7）确定切削用量。

8）确定各工序时间定额。

9）评鉴工艺路线对制订的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最有工艺方案。

10）填写或打印工艺文件。

2.2.3工艺路线的拟定

拟定工艺路线是工艺规程的关键步骤。

工件路线的优劣，对零件的加工质量、生产效率、生产成本以及工人的劳动强度，都有很大的影响。

通常，具体拟定是，往往设定几个工艺路线方案，经分析比较后，选择其中最优的一个方案。

选择加工方法的基本原则是：

既要保证零件的加工质量，又要使加工成本低。

1.加工经济精度

加工经济精度可以定义为：

在正常的加工条件下（使用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、合理的工时定额）所能达到的加工精度和表面粗糙度。

加工经济精度是一个精度范围而不是一个值。

一定的生产条件下,可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案,此时，应通过核算或相互对比,选择经济上最合理的方案,使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。

2.加工方法的选择

在分析研究零件图的基础上，选择各表面的加工方法时，一般先选择零件上精度最高的表面的加工方法，这通常是指该表面的终加工方法。

主要应考虑以下问题：

1）加工表面的精度和表面粗糙度要求

根据这些要求，选择与之相符合的加工经济季度对应的加工方法。

满足要求的加工方法可能会有多种，再结合其他条件，最后确定一种。

2）零件的材料和热处理要求

零件材料和热处理是影响加工方法选择的重要因素。

如有色金属精加工。

因材料过软容易堵塞砂轮而不宜采用磨削；钢件和铸铁可采用磨削，而一般淬火表面只能采用磨削。

3）零件的生产类型

所选用的零件方法应与生产类型相适应。

大批量生产，应采用一些高生产率的加工方法，如加工孔、内键槽、内花键等可以用拉削的方法；当批量不大时，则采用一般的钻、铰、镗、插等方法。

4）本厂现有水平、生产条件等

技术人员应对本单位的设备种类和数量、加工范围、精度水平以及工人的技术水平有充分的了解，应尽量利用本厂资源，并不断对原来设备和工艺装备进行技术改造，挖掘企业潜力，创造经济效率。

2.2.4加工阶段的划分

当加工零件的质量要求比较高时，往往不可能在一两个工序中完成全部的加工工作，而必须分几阶段来进行加工。

一般来说，整个加工过程可分为粗加工、半精加工、精加工等几个阶段。

加工精度和表面质量要求较高时，还可以增设光整加工和超精加工阶段。

加工过程中将粗、精加工分开进行，有粗到精使逐步到达所要求的精度水平。

粗加工阶段的主要任务主要是尽快从毛坯上去除大部分余量，并加工出精基准，关键问题是提高生产率。

一般粗加工阶段背吃刀量选在3mm左右。

半精加工阶段的主要任务是在粗加工阶段的基础上提高零件精度和表面质量，并留合适的余量，为精加工做好准备工作。

一般半精加工背吃刀量取0.5-2mm。

精加工阶段的主要任务是从工件表面切除少量余量，达到工件设计要求的加工精度和表面粗糙度。

一般精加工取背吃刀量0.2-0.4。

光整加工阶段的主要任务是对于零件尺寸精度和表面质量要求很高的表面，还要安排光整加工阶段，这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和表面粗糙度。

通过上面的分析，可用图1-5来说明传统机械加工工艺过程。

第三章数控加工工艺

数控加工工艺，就是使用数控机床加工零件时所运用的各种工艺方法和工艺手段。

在数控机床上加工零件，首先要根据零件的尺寸和结构特点进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的夹具和刀具，确定每把刀具加工时的切削用量。

然后将全部的工艺过程，工艺参数等编制成程序，输入数控系统。

整个加工过程是自动进行的，因此程序编程前的工艺分析与设计是一项十分重要的工作。

数控加工是数控机床按照事先编好的加工程序自动对工件进行加工的过程。

在普通机床上加工工件时，对许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排、刀具的几何形状、走刀路线与切削用量等，在很大程度上都是操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，并可以根据实际加工情况随时进行调整，一般无需工艺人员在设计规程时做过多的规定。

而在数控加工时，数控机床受控于加工程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动完成的，这些具体的工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还必须做出正确的选择并编入加工规程中，也就是说，本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工