数控加工工艺与编程论文精编.docx

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数控加工工艺与编程论文精编

Documentnumber：

WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986

数控加工工艺与编程论文精编

摘要·······························2

一、数控加工的特点························3

二、数控设备的概述························4

数控机床的特点·······················4

数控机床的发展·······················4

数控车床的发展史····················4

数控车床的最新发展···················5

数控机床的应用·······················6

数控机床加工的对象···················6

数控机床在机械制造中的应用···············6

三、数控加工工艺与程序编制····················7

数控加工工艺分析······················7

数控加工程序编制简介····················10

四、盘类零件的加工工艺与程序编制·················11

盘类零件的选择·······················11

零件加工工艺分析······················11

零件加工程序编制······················12

五、总结·····························13

参考文献······························14

摘要

本文通过对数控加工的特点，数控设备的特点，发展以及应用的一般阐述，对数控技术的发展历史以及最新的发展进行了阐述，和对数控加工工艺过程以及数控程序的编制等方面对《数控加工工艺与编程》课程，进行了一系列的理论与实际操作的论述，对数控编程方法做出了一些简单的描述，以及在数控加工工艺中要注意的几个方面进行了一定的说明，最后再以盘类零件作为数控编程的例子，对数控工艺以及编程过程进行了详细的说明。

关键字：

数控工艺数控编程数控加工

一、数控加工的特点

数控加工体现了精度高、效率高，能适应多品种中小批量、形状复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到了广泛的应用。

概括起来，数控加工有以下几方面的特点；

1、精度高、质量稳定

数控机床是在数控加工程序控制下进行的，一般情况下加工过程不需要人工干预，这就避免了操作者人为产生的误差。

在设计制造数控机床时，采取了多种措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。

此外，数控机床的传动系统与和机床结构都具有很高的刚度和热稳定性。

通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度，尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。

2、适应性强

适应性是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。

在数控机床上加工不同的零件时，不需要改变机床的机械结构和控制系统的硬件，只需要按照零件的轮廓编写新的加工程序，输入新的加工程序后就能加工新的零件。

这就为复杂结构零件的单件、小批量生产新产品试制提供了极大的方便。

3、生产效率高

零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。

数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，而且是无级变化的，因此数控机床每一个工序、工步都可选用最合理的切削用量。

由于数控机床结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。

数控机床的移动部件空行程运动速度快，自动换刀时间短，辅助时间比一般机床大为减少。

数控机床在批量生产更换被加工零件时不需要重新调整机床，可以节省用于停机零件安装调整的时间。

由于数控机床的加工精度比较稳定，一般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检查，因而可以减少停机检验的时间。

在使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心机床时，采用工序集中的方法加工零件，减少了半成品的周转时间，大大提高了生产效率。

4、劳动强度低

数控机床对零件的加工是在程序控制下自动完成的，操作者除了控制按钮与开关、装卸工件、关键工序的中间测量以及观察切削状态是否正常之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度可大为减轻，劳动条件也得到了相应的改善。

5、有利于生产管理的现代化

在数控机床上加工零件所需要的时间基本上是固定的，工时费用可以计算的更精确。

这有利于合理编写生产进度计划，有利于实现生产管理现代化。

6、易于建立计算机通信网络

由于数控机床与计算机联系紧密，且使用数字化信息，易于与计算机建立通信网络，便于与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）系统相连接，形成计算机辅助设计和辅助制造一体化。

7、价格较贵、调试和维修困难

数控机床采用了许多先进技术，使得数控机床的整体价格较高，并且由于数控机床的机械结构、控制系统都比较复杂，所以要求操作人员、调试和维修人员应具有专门的知识和较高的专业技术水品，或经过专门的技术培训，才能胜任相应的工作。

二、数控设备的概述

数控机床（NumericalControlMachineTools）是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

数控机床的特点

数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床主要由工人手工操作来加工零件。

在数控机床上加工零件只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。

因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂，要求精度高的零件。

由于数控加工是一种程序控制过程，使其相应的形成了以下几个特点：

1、自动化程度高，可以减轻工人的劳动强度。

数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、安装刀具、完成关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作（有的数控机床可以自动装卸零件、安装刀具等）；劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。

2加工精度高，加工质量稳定可靠，重复性好。

加工误差一般能控制在左右。

数控机床进给传动链的反向间隙与与丝杠螺距误差等均可以由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度。

此外数控机床传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性，从而提高了它的制造精度和重复性，特别是数控机床的自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，同一批加工零件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量十分稳定。

3、加工生产率高。

零件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间两部分。

数控机床能够有效的减少这两部份的时间，因而加工生产率比普通机床高得多。

数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选择最合理的加工切削量；良好的结构刚性允许机床进行大切削量的强力切削，有效的节省了机动时间。

数控机床移动部件的快速移动和定位时间比一般机床少得多。

数控机床在更换被加工零件时，几乎不需要重新调整机床，而零件都装夹在简单地定位装置中，用于停机进行零件装夹，调整时间可以节省很多。

4对零件加工的适应性强、灵活性好、能加工形状复杂的零件。

5有利于生产管理现代化。

用数控机床加工零件，能准确地计算加工零件的加工工时，并有效的简化检验和管理工装夹具、半成品的工作。

这些特点有利于使生产管理现代化，便于实现计算机辅助制造。

数控机床及其加工技术是计算机辅助制造系统的基础。

6随着市场经济的发展，产品更新周期变短，中小批量的生产所占的比例越来越大，对机械产品的精度和质量要求也在不断的提高，普通机床越来越难以满足加工的要求。

同时，由于技术水平的提高，数控机床的价格也在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用将越来越普遍。

数控机床的发展

数控机床的发展史

1.第一代数控机床产生于1952年（电子管时代）。

美国麻省理工学院研制出一套试验性数字控制系统，并把它装在一台立式铣床上，成功地实现了同时控制三轴的运动。

这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床，但是这台机床毕竟是一台试验性的机床。

到了1954年11月，在帕尔森斯专利基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司。

2.第二代数控机床产生于1959年（晶体管时代）。

电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印制电路板，使数控机床跨入了第二代。

同年3月，由美国克耐·杜列克公司（Keaney＆TreckerCorp）发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。

现在加工中心已成为数控机床中一种非常重要的品种，在工业发达的国家中约占数控机床总量的l/4左右。

3.第三代数控机床产生于1960年（集成电路时代）。

研制出了小规模集成电路。

由于它的体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。

以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统（NC）。

4.第四代数控机床产生于1970年前后。

随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降、小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系统（NC），数控的许多功能由软件程序实现。

由计算机作控制单元的数控系统（CNC），称为第四代。

1970年，在美国芝加哥国际展览会上，首次展出了这种系统。

5.第五代数控机床产生于1974年。

美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床。

30多年来，微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛的应用，这就是第五代数控（MNC）。

后来，人们将MNC也统称为CNC。

世纪80年代初，国际上又出现了柔性制造单元FMC—FlexibleManufacturingCell。

这种单元投资少、见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。

所以近几十年来，得到快速发展。

数控机床的最新发展

1.高速化

随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。

2.高精度化

数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。

3．功能复合化

复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。

根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。

工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。

采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

4．控制智能化

随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。

5.极端化（大型化和微型化）

国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。

而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工（车、铣、磨）机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。

6.新型功能部件

为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然

7.多媒体技术的应用

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，因此也对用户界面提出了图形化的要求。

合理的人性化的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。

除此以外，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，应用于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，因此有着重大的应用价值。

数控机床的应用

数控加工的对象

1用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用夹具或需要很长调整时间的零件。

2.多品种、多规格、中小批量的零件生产，特别适合新产品的试制生产。

3.加工精度、表面粗超度要求较高的零件。

4.形状、结构复杂，尤其是具有复杂曲线、曲面轮廓。

5价格高，一旦出现废品就会造成严重的经济损失的零件。

6钻、扩、铰、镗、攻丝等工序联合进行，相对位置精度要求较高的零件。

7.在普通机床上生产效率低，劳动强度大，质量难以稳定控制的零件。

数控技术在机械制造中的应用?

1.数控技术在煤矿机械中的应用?

我国是一个煤炭大国，煤炭资源在我国的能源系统中占有举足轻重的地位。

这就决定了我国的煤机企业的任务是为煤炭系统生产高质量、高可靠性的煤炭开采及保护装备。

在激烈的市场竞争的条件下，如何谋生存、求发展，煤机行业本身的水平关键要看创新能力、人员素质和企业素质的提高。

企业设备数字化化程度高低（数控设备占主要设备拥有量比率）是代表工业化水平的标志，同时要组建符合厂情的生产模式，机床的配置上要根据被加工零件的图纸的复杂程度、精度、材质、数量和热处理等因素来选择机床

2.数控技术在汽车工业中的应用?

汽车工业近20年来发展尤为迅猛。

在快速发展的过程中，汽车零部件的加工技术也在快速发展，数控技术的出现，更加快了复杂零部件快速制造的实现过程。

将高速加工中心和其它高速数控机床组成的高速柔性生产线集“高柔性”与“高效率”于一体，既可满足产品不断更新换代的要求，做到一次投资，长期受益，又有接近于组合机床刚性自动线的生产效率，从而打破汽车生产中有关“经济规模”的传统观念，实现了多品种、中小批量的高效生产。

数控技术中的虚拟制造技术、柔性制造技术、集成制造技术等等，在汽车制造工业中都得到了广泛深入的应用。

21世纪的汽车加工制造业已经离不开数控加工技术的应用了。

三、数控加工工艺与程序编制

数控加工工艺分析

1、数控加工工艺的主要内容

（1）了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；

（2）根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；

（3）根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息——如：

加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；

（4）根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；

2、零件的工艺分析

在确定数控加工零件和加工内容后，根据所了解的数控机床性能及实际工作经验，需要对零件图进行工艺分析，以减少后续编程和加工中可能出现的失误，零件图的工艺分析可以从以下几个方面考虑。

（1）审查零件图的完整性和正确性。

对轮廓零件，审查构成轮廓各几何元素的尺寸或相互关系的标准是否准确完整。

例如：

在实际工件中常常会遇到图纸中给出的几何元素的相互关系不正确、缺尺寸，使编程计算无法完成。

或虽然给出了几何元素的相互关系，但同时又给出了引起矛盾的相关尺寸、尺寸多余等同样给编程带来困难。

（2）审查零件图中的尺寸标准方式是否适应数控加工的特点。

对数控加工来说，最倾向于以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸，这种标准方法便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计、工艺、检测基准与编程原点位置的一致性方面带来很大方便，由于零件设计人员往往在尺寸标准中较多地考虑装机等使用性能，而不得不采取局部分散的标准方法，这样会给工序安排与数控加工带来诸多不全。

事实上，由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因而改变局部分散标准法为集中引注或坐标式标注是安全可行的。

（3）审查和分析零件所要求的加工精度，尺寸公差是否都可以得到保证。

数控机床尽管比普通机床加工精度高，但数控加工车普通加工一样，在加工过程中都会遇到受力变形的困扰，因此对于薄壁零件、刚性差的零件加工，一定注意加强零件加工部位的刚性，防止变形的产生。

（4）特殊零件的处理。

对于一些特殊零件，由于某些原因可能影响加工精度，可以选择恰当的粗精加工。

3、走刀路线与加工顺序的确定

在数控加工过程中，每道工序的走刀路线直接影响零件的加工精度与表面粗糙度。

刀具刀位点相对于零件运动的轨迹称为走刀路线，包括切削加工的路径和刀具切入、切出等空行程。

在普通机床加工中，走刀路线由操作者靠工作经验直接把握，工序设计时无须考虑。

但是在数控加工中，走刀路线直接由数控程序控制的，因此，工序设计时，必须拟定好刀具的走刀路线，并绘制好走刀路线图，来指导数控程序的编写。

走刀路线的确定，应该遵循以下几点原则：

（1）走刀路线应该保证被加工零件的精度和表面粗糙度。

在进行数控加工时，根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，应遵循粗、精加工分开原则来划分工序，即先粗加工全部完成之后再进行半精加工、精加工。

对于某一加工表面，应按粗加工—半精加工—精加工顺序完成，粗加工时应当在保证加工质量、刀具耐用度和机床—夹具—刀具—工件工艺系统的刚性所允许的条件下，充分发挥机床的性能和刀具切削性能，尽盘采用较大的切削深度、较少的切削次数得到精加工前的各部余童尽可能均匀的加工状况，即粗加工时可快速切除大部分加工余量、尽可能减少走刀次数，缩短粗加工时间，精加工时主要保证零件加工的精度和表面质量，故通常精加工时零件的最终轮廓应由最后一力连续精加工而成

（2）应该使加工路线最短，来缩短数控加工程序，缩短空走刀时间，提高加工效率。

在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省加工时间，还能减少一些不必要的刀具磨损及其它消耗。

走刀路径的选择主要在于粗加工及空行程的走刀路径的确定，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿着其零件轮廓顺序进行的。

一般情况下，若能合理选择起刀点、换刀点，合理安排各路径间空行程衔接，都能有效缩短空行程长度。

（3）要尽量简化数值计算，以减少编程的工作量。

（4）当某段走刀路线重复使用时，为了简化编程，缩短程序长度，应该使用子程序。

4、工艺顺序的安排原则：

先加工基准面?

（1）一般情况下先加工平面，后加工孔。

（2）先加工主要表面，再加工次要表面。

（3）先安排粗加工工序，再安排精加工工序。

5、对于数控铣床

（1）对于铝镁合金，钛合金和热合金来说，建议采用顺铣加工，对于降低表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。

（2）对于零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬且余量一般较大，这时采用逆铣较为有利。

6、数控加工刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。

应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

（1）选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀，加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

（2）在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。

而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

（3）在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和按刀动作。

因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。

编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。

（4）在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则：

①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

7、切削用量的确定

1.切削用量的选择原则

合理选择切削用量的原则是：

粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

具体数值应根据机床说明书切削用量手册，并结合经验而定。

2.背吃刀量的选定

背吃刀量由机床、工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的情况下，应该尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。

确定背吃刀量的一般方法：

（1）在工件表面粗糙度值要求为μm时，如果数控加工的加工余量小于5-6mm，粗加工一次尽给就可以达到要求。

但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可以多次尽给完成。

（2）在工件表面粗糙度要求为时，可以分为粗加工和半精加工两步进行。

粗加工的背吃刀量同

（1）中的要求相同。

粗加工后留余量，在半精加工时切除。

（3）在工件表面粗糙度值要求为时，可以分为粗加工、半精加工、精加工三步进行。

半精加工时的背吃刀量取。

精加工时背吃刀量取。

3、进给量的确定

（1）当工件的质量达到要求能够保证时，为了提高生产效率，可以选择较高的进给速度。

一般在100-200m/min范围内选取。

（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选用较低的进给速度，一般在20-50m/min范围内选取。

（3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应该选小一点，一般在20-50m/min范围内选取。

（4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统设定的最高进给速度。

4、切削速度的选择

（1）工件材料的强度和硬度以及切削加工性等因素，加工材料的强度和硬度越高时，选较低的切削速度，反之取较高的速度，刀具材料切削性能越好，切削速度越高。

（2）断续切削时，为减小冲击力和热应力，要适当降低切削速度。

（3）在容易发生震动的情况下，切削速度应该避开自激震动的临界速度。

（4）加工大件、细长件和薄壁件时，选用较低切削速度。

（5）加工带外皮的工件时，适当降低切削速度。

（6）应该尽量避开积削瘤产生的区域。

主轴转速计算公式：

N=1000Vc/（πD）Vc为切削速度，N为主轴转速，D为工件直径。

计算主轴转速要根据机床说明书选取机床具有的或是接近的转速。

数控加工程序编制简介

1、数控编程的内容与方法

1．数控编程的内容?

数控编程的主要内容有：

分析零件图样，确定数控加工工艺方案、数值计算、编写零件加工程序、校对程序及首件试切。

2．数控编程的步骤?

（1）分析图样。

（2）确定加工