20100410220311 - 邱冯平 - 典型数控加工类零件的数控编程与仿真(2)

邱冯平： 典型数控加工类零件的数控编程与仿真加工

1数控技术概论

1.1数控技术简介

数控加工（Numerical Control Manu facturing）是指采用数字信息编制程序语言，对零件加工过程进行定义，并控制数控机床进行自动运行的一种自动化加工方式。数控机床加工与传统机床相比优势在于，采用数字信息控制零件和刀具的移动，解决了零件品种多变、批量小、外形复杂、精度高、质量稳定等问题，实现了高效、优质和改善劳动条件等等提升。

制造业是全部与制造相关的产业机构的总体，是一个国家国民经济的重要产业之一。它为全社会生产日用消费品，提供生产产品和配备。据统计，工业化国家大约75%左右的物质经济源于制造业，大约25%的人口从事制造业生产。

随着现今科学技术突飞猛进的发展，机电产品越来越精密和复杂，更新换代频率加速，用户的要求日渐提升。这对制造业的高效率、高精度和高柔性的三高提出了更优质的需求，希望它可以满足各类使用者加工需求的迅速高效、低成本的制造体系，并能大幅度的降低维护成本和使用成本。

随着社会经济发展对制造业不断提出更高的新要求和计算机技术的迅猛发展，过去的制造业已经发生巨大的变革，以数控技术为主的现代制造技术占据了重要地位。数控技术是制造业实现便捷、集中、智能和高效的重要基础。这个基础是否牢固，直接影响到一个国家的生产力状况和战略布局。

1.2数控机床加工的特点

数控机床加工与传统机床相比有下列特点： 1.可以加工具有复杂型面的工件

在数控机床上加工零件，零件的形状取决于加工程序，因此只要编写出程序，外形复杂的零件也可以加工。

2.加工精度高，品质稳定

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华东交通大学理工学院毕业设计

一般数控机床定位精度为±0.01mm，重复定位精度为±0.005mm，在加工过程中，工件的加工精度全部通过数控机床确保，消除了人为误差。由于数控加工过程中，减少工件夹紧次数，也减少了工件的加工精度的不利影响，因此，精度高，质量稳定。

3.生产效率高

数控机床能较多的减少零件的加工与辅助时间。数控机床的主轴转速和进给量可调限度大，允许机床采取大切削量加工模式，节约了加工时间。数控机床移动部件在定位中拥有加速和减速措施，并可使用空行程快速移动，缩小了定位和非加工时间。

4.改善劳动条件

利用数控机床加工，操作人员的主要任务是编制程序、输入程序、装卸零件、准备刀具、观测加工情况、检验零件等。操作人员工作将更轻松和更多的采用智力。另外，数控加床加工是封闭式的，确保了安全和干净。

5.有利于生产管理现代化

采用数控机床加工工件，能够较早精确计算零件工作时间，对要用的刀具和夹具进行规范和标准式管理。

1.3国内外数控技术情况

美国、德国和日本这三个国家是目前世界上数控技术最先进，投入研究经费最多，经验最充足的国家。因其社会条件不同，各有特点。

1.美国的数控发展史

美国政府注重机床工业在其军事方面的需求，便不断更新机床的发展方向和科研计划,并且给予做够的金钱，在全世界搜罗高技术人才，更是讲求“效率”和“创新”，还很看重基础科研。所以在机床技术和产品上能一直创新，像是在1952 年造出全世界第一台数控机床、1958 年领先他国创造出加工中心、70 年代初又最早研制成攻FMS和1987年第一个做出开放式数控系统等等。美国又是首先结合汽车和轴承生产需求，开展了大批大量自动化生产所需自动线的国家，又在电子和计算机等行业领先世界一步，其数控技术和数控系统等基础就非常扎实。重视科研和创新的原因，保证美国的数控机床技术一直无人可以超越。不过美国在高性能航空产品数控机床的启发是，偏重于基础科学，轻视实用技术，有因为上世纪80年代的放松，导致数控机床产量增张变慢，被1982年时的日本赶超，又大批进口。不过90年代后，纠正错误偏向，数控机床技术上回归实用，产量又快速回升。 2.德国的数控发展史

德国政府非常清楚机床工业的战略地位，于是在多个方面给予支持。在1956年研制出德国自己的第一台数控机床。德国很注重科学试验、理论与实际三者的相结合性，注重基础科研应该与实用技术科研同等地位。企业应该和大学科研部门加强合作，一起对数控机床的开发前景进行深入研究，在质量最求更好。德国的数控机床实用又便宜，出口遍布世

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邱冯平： 典型数控加工类零件的数控编程与仿真加工 界各地，特别是重型、大型、精密型数控机床出口深受各国喜爱。德国特别讲求数控机床主机及配套件应该保证先进实用，所以它生产的机、电、液、等等的各种功能部件性能都是世界前列。 3.日本的数控发展史

日本政府知道振兴经济必须重视机床发展，于是通过规划、法规(如“机振法”、 、“机电法”、“机信法”等)引导本国数控机床的发展。学习德国重视人才和讲究机床元部件配套上的要求，学习美国的管理方式和数控技术。在美国、德国面前有些方面做到了青出于蓝而胜于蓝。自1958年造出日本第一台数控机床后，产量上开始赶超美国。战略上先仿制后创造，起初生产中档数控机床，大量出口，占了大量世界市场。上世纪80 年代加强科研，直指尖端数控机床发展方向。日本的FANUC 公司因为它正确的战略，采用先仿造后创造的模式，在产量上居世界首位。 4.我国的现状

我国数控技术起步于1949新中国成立之后， 我国在1958年研制出自己的第一台机床。2004年机床工业总产值进入世界前5名。我国的数控机床产量在2005年达到大约6万台，、不过产品数控化程度偏低。我国在2011年时金属加工机床产量突破100万台，数控机床产量超过25万台，创下历史新高。在保持较快增长速度的同时，我国依靠自主创新开始调整数控机床发展方向，技术产品向高端精密产品进军。

我国也是一个机床出口大国，但由于历史的原因，我国目前出口的数控机床品种仍然是以中低档为主，近些年来出口增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等。

1.4数控仿真

数控仿真采用计算机对系统的结构和功能参照人的思维加工模式进行加工制造。它是描述性的技术，可以说是一种定量分析方法。通过建立一种过程和系统采用计算机来进行有目标和条件的仿真，通过计算机得出所需的量然后给予理论依据。

1.数控仿真技术介绍

数控仿真是用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。

2.仿真定义

仿真是对抽象系统的建模实体化，人们再利用建立的模型进行试验，并得到所要的信息，然后对实际的问题做出解决。仿真只是对真实情况的逼近并非绝对的严谨。

3.仿真方法

传统的仿真方法简单概括为对实际的问题建立一个模型，然后进行输入变量的假设，再进行实验，然后由实验者判断得出的结果是否正确，如果不正确则改变变量重新实

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验，如此周而复始的一个迭代过程。

1.5设计目的

毕业设计可以说是在校大学生的最后一次学习知识和检测知识的环节，毕业设计的目的是检测大学生对大学期间综合知识的应用，以及运用专业知识和基本技能处理现实问题的能力。

“典型数控加工类零件的数控编程与仿真加工的毕业设计”是在完成了《机械制图》、《机械制造技工艺学》、《机床数控技术》、《计算机绘图》、《金属切削机床》、《机械原理》、《机械设计》、《互换性与技术测量》等课程的学习并进行实习后，进行的一个重要环节。通过毕业设计，一方面运用专业知识解决实际问题，一方面培养实践和创新精神。通过此次毕业设计，我们将在以下各个方面得到提升：

1. 熟悉以前所学过的基本理论知识，掌握从零件图到正确编制加工程序的整个步骤和方

法。

2. 提高编程能力。根据被加工零件的技术要求，编织出经济、合理、快速、高效，又能

保证加工质量的数控程序。

3. 对CAD、Pro/E、斯沃等所学软件有更深层次的了解 4. 提升对零件机械加工工艺过程的编制能力。

数控加工技术对我国的国民生产和可持续发展政策具有重大的意义。当前我国的企业生产方式正在由原来的粗放型转向经济节约型，产品质量也由原先的粗制转变为精制。为了保证产品质量、生产效率、降低成本，企业在未来的生产中，自动化程度将大大的提高，普通生产模式将转向机电一体化，数控化生产。未来的生产形式告诉我们，机械生产加工不仅要学会操作传统机床，而且要学会对数控机床的使用，此外还要求我们这些大学生具备分析、判断、处理生产过程中突发情况的能力，要求我们具备开拓创新、团队协作和勤劳勇敢。

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2典型车削零件的数控加工工艺分析与编程

图2-1 车削零件

图2-2 车削零件实体

2.1零件的分析

图1-1中车削零件为典型的轴类零件。加表面多、具有一定的精度要求、工序繁杂。零件材料45钢，材料的切削性能较好。该零件由倒角、外螺纹、退刀槽、外圆面、外圆锥面、退刀槽、外圆面、内孔组成。

从图1-1中可以看出Φ20mm、Φ30mm、Φ50外螺纹等几处有明显的精度要求和位置度要求、工艺要求较高。

2.2毛坯的选择

轴类零件毛坯常用棒料和锻件，一些复杂的大型轴类零件会用铸件。毛坯在经过热处理工艺后，内部组织发生变化抗拉抗扭的强度都会的到提高，所以除光轴外径相差不大的阶梯轴可以使用热轧棒料或冷轧棒料，一般比较重要的轴大部分都采用锻件，这样既可以

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