1、 摘 要本文简单的介绍了数控技术、数控的发展趋势、数控加工工艺、UG 在数控方面的应用及手工编程。主要运用所学知识对零件图进行工艺分析、制定工艺路线、确定工艺方案，包括机床的选择、基准的选择、确定装夹方式、刀具的介绍与选择、切削用量及切削液的选择。深入了解了零件制造的全过程，加工完成后零件也达到了加工要求。并运用 UG 软件在数控加工方面的功能进行加工，通过三维图可以更好的对零件图结构的理解，通过 UG 的模拟加工可以清楚的知道加工路线和了解对零件图加工内容。目录摘要 .1第一章 绪 论 .31.1 数控技术概述 .31.1.1 数控机床的产生和发展 .31.1.2 数控技术的发展趋势 .31
2、.2 UG 的简介 .51.2.1 UG 简述 .51.2.2 UG 的功能 .6第二章 复杂零件图样分析 .62.1 加工内容以及技术要求： .8第三章 复杂形零件数控加工工艺分析 .83.1 数控机床的选择 .83.1.1 编程特点 .93.1.2 基准选择 .93.2 夹具的选择 .103.3 刀具的选择 .103.3.1 数控刀具介绍 .113.3.2 铣刀的选择 .133.4 切削用量的选择 .143.4.1 背吃刀量 p 或侧吃刀量 e .143.4.2 进给速度 Vf 进给速度 .153.4.3 切削速度 vc .153.5 主轴速 度 确定 .163.6 量具及冷却方式的选择
3、.163.7 工艺设计 .173.7.1 零件工艺性分析 .173.7.2 加工方案的确定 .183.7.3 加工工序的确定 .18参考文献 .20致谢 .20第 一 章 绪 论1.1 数 控 技 术 概 述1.1.1 数 控 机 床 的 产 生 和 发 展数控控制（NC，numerical control)简称数控，是指利用数字化的代码构成的程序对控制对象的工作过程实现自动控制的一种方法。数控系统（NCS）是指利用数字控制技术实现的自动控制系统。数控系统中的控制信息是数字两 0和 1，它与模拟控制相比较具有很多的优点，如不同的字长表示不同的精度，对数字化信息进行逻辑的运算、数字运算等复杂的信
4、息处理工作，特别是可用软件来改变信息的处理方式或过程，具有很强的“柔性”。数控设备则是采用数控系统实现控制的机械设备，其的操作命令是用数字或数字代码的形式来描述，工作的过程是按照指定的程序自动的进行，装备了数控系统的机床称为数控机床。数控机床是数控系统的典型的代表；其他的数控设备也包括数控雕刻机、数控火焰切割机、数控测量机，数控描绘机数控插件机电脑绣花机、工业机器等数控系统的硬件的基础是数字逻辑电路，最初的数控系统是由数控逻辑电路的构成，因而称之为硬件数控系统，随着微型计算机的发展，硬件数控系统已经被淘汰，取而代之的是当前广泛应用的计算机数控系统（CNC）。CNC 系统的是由计算机承担数控中的
5、命令发生器和控制器，他采用存储程序的方式实现部分或全部基本数控功能，从而具有了真正的柔性，并可以处理硬件落件电路难以处理的复杂信息，使数控系统的性能大大的提高。从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。1.1.2 数 控 技 术 的 发 展 趋 势为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于 PC 的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等
6、方向发展。1、 开 放 式 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。 2、 高 速 化 、 高 效 化 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。90 年代以来，随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和
7、防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000100000r/min） 、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度 60120m/min，切削进给速度高达 60m/min） 、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。 根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。 3、 高
8、精 度 化 精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工） ，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm） ，其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣） 、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等） 。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加
9、工技术，以适应现代科技的发展。 随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近 10 多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m 提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11.5m。 4、 高 可 靠 性 数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 16 小时内连续正常工作，无故障率P(t)99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必须大于 3000小时。MTBF 大于
10、 3000 小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10：1 的话（数控的可靠比主机高一个数量级） 。此时数控系统的 MTBF 就要大于 33333.3 小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的 MTBF 就必须大于 10 万小时。 5、 智 能 化 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面。 （ 1） 应 用 自 适 应 控 制 技 术 数 控 系 统 能 检 测 过 程 中 一 些 重 要 信 息 ， 并 自 动 调 整 系 统 的 有 关 参
11、数 ， 达到 改 进 系 统 运 行 状 态 的 目 的 。 （ 2） 引 入 专 家 系 统 指 导 加 工 将 熟 练 工 人 和 专 家 的 经 验 ， 加 工 的 一 般 规 律 和 特 殊 规 律 存 入 系 统 中 ， 以工 艺 参 数 数 据 库 为 支 撑 ， 建 立 具 有 人 工 智 能 的 专 家 系 统 。 （ 3） 引 入 故 障 诊 断 专 家 系 统 （ 4） 智 能 化 数 字 伺 服 驱 动 装 置 可 以 通 过 自 动 识 别 负 载 ， 而 自 动 调 整 参 数 ， 使 驱 动 系 统 获 得 最 佳 的 运 行 。可 以 通 过 自 动 识 别 负
12、载 ， 而 自 动 调 整 参 数 ， 使 驱 动 系 统 获 得 最 佳 的 运 行 。综 上 所 述 ， 由 于 数 控 机 床 不 断 采 纳 科 学 技 术 发 展 中 的 各 种 新 技 术 ， 使 得其 功 能 日 趋 完 善 ， 数 控 技 术 在 机 械 加 工 中 的 地 位 也 显 得 越 来 越 重 要 ， 数 控 机床 的 广 泛 应 用 是 现 代 制 造 业 发 展 的 必 然 趋 势 。1.2 UG 的 简 介1.2.1 UG 简 述UG 是 Unigraphics 的 缩 写 ， 这 是 一 个 交 互 式 CAD/CAM(计 算 机 辅 助 设 计与 计 算
13、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 。 它 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 。 UG NX 是 一个 在 二 和 三 维 空 间 无 结 构 网 格 上 使 用
14、 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
15、 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
16、 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 。1.2.2 UG 的 功 能UG NX 加工基础模块提供联接 UG 所有加工模块的基础框架，它为 UG NX 所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按
17、用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG 软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。 UG NX 的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC 机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于轴或更多轴的铣削加工、轴的车削加工和电火花线切割。第 二 章 复 杂 零 件 图 样 分 析本设计对一个配合形零件进行数控加工工艺分析，制定工艺方案，编写工艺过程，完成加工程序的编制和检验。该配合
18、件由车身、炮筒、炮塔、车轮和轴承组成。是由我们一个组的成员共同完成，我主要负责车身部分。零件毛坯尺寸为 125mm*85mm*40mm 的板材，材料为 45 钢，经调质处理后，具有良好的工艺性。下图为零件图：图 2-1 图 2-2图 2-3三维实体图：图 2-42.1 加 工 内 容 以 及 技 术 要 求 ： 加工的内容有：(1) 根据图纸要求铣出平面(2) 加工角度为 60的斜面(3) 钻孔 (4) 加工角度为 45的斜面技术要求：零件材料为 45 钢，切削加工性能较好，无需热处理和硬度要求。第 三 章 复 杂 形 零 件 数 控 加 工 工 艺 分 析3.1 数 控 机 床 的 选 择对
19、于某个零件而言，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择时，应考虑各方面因素，充分发挥数控加工的优势。选择时应考虑以下因素：（1）通用机床无法加工的内容。（2）通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。（3）通用机床效率低、工人劳动强度大的内容。从精度和效率两方面对数复杂零件的加工艺进行分析，加工精度必须达到图纸的要求，同时又能充分合理地发挥机床的功能，提高生产效率。根据以上条件可选择两轴以上的数控铣床。本零件选用 TK7640 型数控铣床，采用
20、FANUC0i-MB 系统。该铣床的功能参数以及编程特点如下。机床重：3000Kg工作台：800mm 长 400mm 宽行程：X600 Y400mm Z600mm主轴转速：201280、12803000rminGOO 进给：5000mmminGO1 进给：2500mmmin刀柄型号：BT-40电源：380V气压：0.6MPA工作台允许荷载：300KG3.1.1 编 程 特 点数控铣床与铣削加工中心具备多种加工功能，所以在编制数控加工程序时，从加工工序的确定、刀具的选择、加工路线的安排，到数控加工程序的编制，都比一般数控机床要复杂一些。其编程具有以下特点:（1）工艺分析 由于零件加工的工序多，使
21、用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗加工、半精加工与精加工，周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高加工精度和提高生产效率。（2）尽量按刀具集中法安排加工工序，减少换刀次数。（3）足够的换刀空间 有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要有足够的换刀空间，避免发生撞刀。（4）尽量采用刀具机外预调 将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数，提高机床利用率。（5）认真检查程序 由于手动编程比自动编程出错率要高，特别是在操作现场，为加工而临时编程时，出错率更高，认真检查程序并安排好试运行就更为必要。（6）尽量采用子程序 当零件加工工序较多时，为了便于程序的调试
22、，一般将各工序内容分别安排到不同的子程序中，主程序主要完成换刀及子程序的调用。这种安排便于按每一工序独立调试程序，也便于因加工工序不合理而做出重新调整。3.1.2 基 准 选 择基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。为了保证零件的加工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定以后，再考虑合理地选择粗基准。基准重合原则以设计基准为定位基准，避免基准不重合误差，调整法加工零件时，如果基准不重合将出现基准不重合误差。所谓调整法，是在预先调整好刀具与机床的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置的加工方法。与之相对应的是试切法加工，即试切一测量一调整一再试切，循环
23、反复直到零件达到尺寸要求为止。试切法适用于单件小批生产下的逐个零件加工。该零件设计基准在毛坯料中心线。根据基准重合的原则，将工件坐标系的原点设定在毛坯中心点。为使数控编程方便，将图纸转化为坐标。3.2 夹 具 的 选 择机床夹具的种类很多，按使用的机床类型分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具等。而按专门化程度划分来说，该零件使用的是立式数控铣床。零件又属于平面类零件，应使用通用夹具，通用夹具是已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。对于这个配合零件的尺寸我使用的是精密平口虎钳，也适用于铣床、立式加工中心。其装夹如图所示。 根据本零件图样选择台虎钳装夹，为增加夹紧力，选取 160mm 长的方向平行于装夹面。
