摘要
在全球经济一体化的今天，我国的制造业发展速度很快，生产规模和水平也逐渐达到了国际先进水平，零部件的需求量也在不断增长，因此，对零部件的工艺要求也在不断提高。本文从CNC编程的角度，对方壳类零件的NC编程的方向、方法、工艺处理等方面进行了分析，并利用NC编程系统实现了对方壳的选型、分析、判定、运算等方面的模拟。首先，我们要对这些零件进行分析，然后再进行编程。其次，要制定出对零件的处理次序，一个好的处理过程可以降低零件的损耗和误差。最终，我选择了MasterCam作为最终的NC程序。MasterCam产品是一款具有很好的表面粗糙加工和曲面精切削加工能力，它的表面精加工方式多种多样，可以完全满足各种复杂的工件的表面处理，并且可以完成多个轴线的切削。
关键词：数控加工；数控编程；方形壳体；工艺；仿真
第1章引言
1.1课题背景
在全球经济一体化的今天，我国的制造业空前强盛，其生产规模、技术水平已居世界前列，而国产数控技术的发展，恰恰标志着我国制造业的发展与现代化。CNC技术，就是利用计算机的计算机程序，对各种机器和设备进行自动的控制，从而使整个工业的数字化、智能化。
数控技术的诞生是信息技术和网络技术的飞速发展的衍生物，使我们能够有效地利用大量的数字信息对机器及其工作内容进行精确的控制，从而提高机器的精确度和质量，提高了机械生产与加工的效率。与此同时，CNC技术也可以实现对工业机械的自动化、大批量的生产，使企业的人力资源配置得到了极大的减少，随着CNC技术的广泛应用，为机械加工制造提供了一种新的生产方式。但是，这类软件的设计和编程依然是以加工曲面和其它加工工具为主，在实际生产中，尤其是一些复杂的零件，在实际应用中并没有太多的优化，因此，在实际应用中，效率并不高。因此，本文是以AutoCAD软件为例子展开,根据壳体零件加工过程的复杂性，编制和研究其程序。下图为我们亚洲（中国）的第一台数控机床。
图1.1中国第一台数控机床“金日成万岁”
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
X麻省理工学院的伺服机构实验机构于20世纪50年代研究并开发出了首个数控机床，并于1957年投入运行。1972年，加利福尼亚洛克希德航空公司洛克希德公司率先研发出了一套三维CADAM系统，该系统是以3D图形测量软件为主要技术手段，设计和制作了多种新型的CNC CAD/CAM图形系统。1975年，法国达索航空公司首次引入三维CADAM影像系统，为国内已有的CALIBRB三维CALIBRB提供了多项辅助设计、立体测绘等功能，并于1978年进行了技术扩展，并且研制出了三维CATIA系统[8]。随着现代计算机技术的飞速发展，图形设备的使用越来越广泛，CAD/CAM集成的时代也随之到来，1983年，X麦登纳汽车公司开始研制和推广UG II系统，并在此基础上继续向前发展。使其成为当今最通用的CNC程序设计体系。
1970年，英国剑桥三一学院的Grayer利用零件实体模型，成功地提取了其NC加工工具的几何图形，然后利用这些特征来计算刀具的运动轨迹并编制程序加工。
上世纪五十年代，X麻省理工大学将其第一台MIT涡流式I型CNC机器应用于机床试验室，通过计算机程序设计，完成了数控机床的自动控制及软件的编制，并将其主要的研究成果发布在了ATP旋风系统上，这是数控机床软件开发的重要依据。
M.HOU等人采用FB-Mch模块化集成层，可以将加工特征信息经由载体传送到UG平台，并能自动产生刀具的运动轨迹，从而生成数控加工轨迹。
Karadka等人利用特征作为载体，将NC代码通过数据接口传送给CAD和CAM，实现了NC的自动生成。
HuiKang等人利用I-DEAS软件开发了一系列基于NC加工特性的软件模块，并利用I-DEAS平台开发了一套带有NC工艺加工与决策功能的模块，并成功地完成了NC编程的自动生成。Kurian Kthomas等人提出了一个新的概念，即包装和中间数据集成，以达到CAD/CAM集成的目的。
1.2.2国内研究现状
中国在CNC数控编程技术方面的研究，很有可能是从古代到近代中国的航空业[16]起步的。在1965年，以APT-II塑料为基础，开发和设计了PCL塑料加工系统SKC-1。CKC-2（基于四角水平标五角垂直标矩形平面角变矩形斜角）、SKC-3（基于五角标矩形平面角可变矩形斜角）、CAM251（根据三角竖直标的各种参数对表面进行基本定义和控制处理）和CAM251（根据三角竖标的不同参数对表面进行基本定义和控制处理）。“八五”运动引入了部分CAD/CAM软件，并在世界范围内的工程机械、造船、航空航天、建筑电子、轻纺等领域得到了快速的发展，同时，我们还从国外引进了CAD/CAM软件，并开始了自主的开发。在20多年的努力下，华中科技大学在20、90年代就开始了对NC系统的深入研究，并成功地实现了InteCAM系统的自主研发。但总的来说，我国的CAD/CAM技术与国外的先进技术相比，还存在着很大的差距。
付龙等人对汽车的三维建模进行了研究，利用UG软件对零部件的特性进行了编程，通过软件对其进行了识别，从而实现了基于特征的快速编写。
王明河等人对叶轮的外框结构进行了工艺加工与零件模型分析，并通过数控软件UG等等对叶片机、各个转轮等进行了粗精铣削，使用数控软件UG将变轴函数对刀具与加工表面的距离进行了测量，避开了由于零件和选取的刀具摩擦而导致的工艺不良与损坏这种情况，从而有效地提升了工艺质量和加工效率。。
李艳春等人利用Pro/E软件对CAD/CAM/CAPP进行了分析和开发，实现了数控加工和NC编码的自动化。
廖友军等通过计算机辅助设计，利用计算机辅助设计软件，研制出一套新的数控机床系统，并能实现数控机床的自动编程。
闫梅等人在数控编程软件UG上建立了模型，生成了相应的加工流程，既能实现自动化，又能提高工作效率。
随着生产技术的发展，生产过程中的各类复杂零件层出不穷，以至于时代对我们提高数控技术水平提出了更高的要求。当前，数控技术的发展主要是数字化、自动化、智能化。
第2章零件的分析
2.1零件图分析
产品的材质为LY12-CZ铝板，尺寸为130*140*56毫米，需要加工13个深度4.5毫米的螺孔，4个6毫米深9毫米的贯通孔，16个6毫米深7毫米的贯通孔，深5.5 mm的沉孔需要五个，并且粗铣、半精铣、精铣等不同的工艺加工方法都是它所需要的。
零件图如下图所示：
图2.1零件图
2.2零件的工艺分析
该零件内有两个平面，在零件图上标明了工件的位置。下装配体的长度和尺寸都是以孔道的左端区为参考，所以在不同的工艺加工规范中，各个工序的大小都要尽可能地与之一致。在制造过程中，由于材料的内应力而引起的变形是最难解决的事情。因此，制定一份合理的工艺路线是完成该产品的基本条件。
从图表中，我们可以看出，该部件主要由平面、孔、槽、外轮廓组成，其主要功能是支撑零件的构架。
在加工中需要达到技术标准的是以下几个方面：尺寸精度、形貌精度、位移精度、表面粗糙度，并确保其工作性能和耐久性。分析零部件的技术需求，主要是分析其合格率、实现概率、可行性，重点分析其表面、结构等部件的制作工艺和工艺要求，从而确定合理的制造工艺。在此过程中，需要进行大量的仿真和分析。同时还要进行多次的模拟分析，以确定工艺过程中的关键点是不是过低了，还是太高了，太高的精确度和粗糙度都会使流程极大地复杂化，在处理过程中会遇到更大的困难，从而增加不必要的成本，所以我们要避免这种情况。
2.3毛坯的确定
该零部件采用LY12-CZ铝合金板材料，这种材料具有良好的抗腐蚀能力，具有良好的焊接特性和较高的冷加工质量，是这次加工的最佳选择.其毛坯图如下所示。
图2.2毛坯图
第3章数控加工工艺部分
3.1数控加工工艺分析
在对CNC加工内容进行适当的选取与设计时，必须对零件图形进行细致的工艺分析。基于对CNC技术的基本需求，以及以后所用到的数控机床的各种功能特点，我希望在此基础上，尽可能地做到详细、精确，以便在以后的工作中减少不必要的损失。
本文从实用和可靠性两个方面对CNC加工进行了重点分析。探讨了产品在图形中的尺寸标注及标注方法，并对其与数控加工的特征进行了比较，对数控加工特性的内容，我将以同样的标准尺寸标注或以坐标形式表示。参照零件图，方壳零件尺寸以中央孔为标准，减小因局部分布而产生的误差。本文对定位基准的概念及可行性进行了分析，特别是对数控机床的定位基准进行了重点研究。我们在处理方形外壳时，必须要对多个侧面的形状进行定位，对零件要求的加工精度进行了分析。分析了零件的加工精度。由数控机床的选择来确定，在绘制的零件图上比较精确度、尺寸公差等参数，以确保在设计时达到所要求的精度与尺寸标准。
3.2拟定工艺路线
根据以前的零件图，可以看出，工件的外型需要粗加工和精加工。通孔要经过钻孔到绞合，其尺寸精度和表面粗糙度一般，加工时仅需一次铣削即可，而沟槽则是由粗到细。
图3.2常规加工工序步骤
经上述分析，本产品的加工路线如下：
下料→制造毛坯
130*140*56→铣
两表面→铣
零件外轮廓→铣
凹槽→钳钻
通孔沉孔及螺纹孔→去毛刺→检验→入库。
3.3数控加工内容的确定
普通的方形壳体加工部件上的表面和孔，都是需要粗糙的加工和精细的材料才能完成的，但要想获得一个合适的方形加工方案，还需要对加工方案有一定的了解。它是从坯料的品质到成形的过程中，使用了一种金属模具，它要求制品不能有任何的铸造缺陷，因此，它的毛坯铸造工艺比较严格。比如，每一次铣削7个洞，都要用一把铣刀，然后用一把铣刀（用一把精铣刀可以保证完成后的零件表面上的大量多余的零件），然后用一把精铣刀来完成最后的精加工。用试切的方式，对精度和表面的粗糙度都没有太大的要求，只要进刀的速度再快一些，就能使工件的表面变得更加平滑。
3.4工序尺寸及公差的确定
在每个工艺结束后，零件大小的变化就是制程的大小。在每道工序加工后，工件上的设计尺寸与其尺寸的容差就能测量出来。每个工艺规模和工程规模都是不同的。为确保成品的设计目标，必须对各个工艺过程的尺寸、容差进行计算和确定。
确定工艺余量可以很好地保证工艺尺寸的计算，工艺尺寸和公差的确定，主要取决于所采用的工艺参考或位置准则与采用的设计准则的一致性，从而再一次采用不同的工艺尺寸。
3.5数控设备的选择
在工件表面加工时，由于工艺简单，仅需要一个铣平面，所以加工会比较粗糙，精度不会很高。所以，一般的铣削机都是用普通的铣床来加工。在钻孔时，要使用很多种尺寸的刀具，因此可以在CNC上进行工件的加工。
对于外型面的铣削，一般的铣床是无法实现的，因此要用CNC铣床来进行零件的加工。在铣槽时，用CNC铣床进行工件的加工。
3.6定位方案与夹具设计
此时的工件，要保证零件的精确性和品质。在各类机床上对零件进行定位和夹紧的过程，也称为零件定位夹紧。在加工过程中，正确地确定位置是确保工件尺寸精度最重要的因素。所谓的定位，就是能够让工件在不同的机器上进行准确的定位。
第二就是夹紧，在工件放置后，能保持部件的稳定性，因此，在加工时，工件的位置不会改变。从确定，定位，夹持，最后夹紧。
在最初的加工中，一般都会使用原始的基准表面材料来确定毛坯的位置。因此，将其称为精密定位基准。在进行各种定位精度基准时，应从怎样确保定位精度这一点出发。所以，在分析某一参考点的测量准则时，所选取的时序可以被看作是由精细或精细的基准到粗或者细的基准方法。
精密基准所使用的不同的参考控制原理有：（1）不同的参考和其它的不同的控制原理（2）不同的参考之间存在一致的控制原理（3）自己主导的参考控制原理（4）不同的相互影响的参考控制原理（5）不同的参考作用原理。从零件的分析可知，精密基准是4-Ф9号孔与底表面的对角斜孔。
3.7夹具的选择
数控机床的四个主要特点是：1.保证机床的加工精度，提高加工效率，延长机床的使用寿命，改善其经济性。2.是这种方法需要能够准确地调整各种形变的工件和加工中心的运动坐标。根据我对方型外壳的加工，也要注意：首先，夹具的结构要简单；其次，为了将工件加工的部分固定，夹持装置中的部件不得阻碍刀具的移动（也就是说，两个刀具不能碰撞）；3.拆卸的工件要简单方便；4,在机床上对夹具进行精确的交装（确保工件能在适当的地方进行加工）。
对零件进行工艺分析，可以选择常用的平口虎钳，用在平面上。钻孔的时候，可以选择一个组合的夹具，作为工件的下表面。外表面及沟槽的处理要求特殊的专业刀具。
刀具的大小和型号的选取与刀具表面面积、刀具切削精度、刀具表面粗糙度、生产率和成本效益有很大的关系。根据需要，可选择专用工具或其它复合工具。通常，铣刀在平面上都会选择带锯齿形的角铣刀，而铣面则是由CNC自动铣床的铣刀来完成加工的。而麻花镗刀，则是按照每一种麻花钻孔的大小来选择钻头的大小.在进行钻机时，我们一般都会选择选择一种圆锥形的钻杆来移动麻花钻，这样可以使麻花钻头有一个充分的运动强度，这样做目的在于方便排屑。在切削加工中，切削工具的切削部位始终保持着正常的工作运动，而切削部位的压力越大，切削部位的温度越高，切削部位的磨损就会越快。因此，在进行碳钢工具的设计时，我们必须充分认识到碳钢工具的机械特性及其要求：1.机械硬度高，在常温下，碳钢刀具的机械硬度一般在60 hrc左右，高速钢在62-65 hrc之间，而硬质的铝合金，则是89-95 hrc之间。2.为了保证零件具有充分的加工机械运动强度和柔性（即刚性），该加工机械综合切削中心的所有要求和使用的所有工具组件都应该具有柔性和高硬度，以满足高速的自动切割和柔性高强度。3.高耐久性：在加工时，中央刀可以连续或短时间内完成自动加工，如果刀具不耐久，会加速磨损，也会影响零件的外观和加工精度，增加更换时需要调整变量的次数，从而降低工作效率，严重时会造成机床损坏，甚至造成人员伤亡。4.为了提高工具的精确度，我们要制作的机壳具有很高的精度，同时，对其形状、大小的精度也有一定的要求。
根据工件的加工特点，刀具选择如下表所示：
3.8切削用量的确定
切削用量的选择是一个非常复杂的问题，但是我们可以根据现有的技术知识和经验，选择合适的切割量，然后在实际操作中进行试验，最终得出合适的切削用量。因为这些问题太过复杂，再加上自己缺乏经验，只能对各种工具和材料进行多次分析。铣削用量的选择是：切削深度、进给量和切削速度的确定。为了满足不同的机械加工工艺管理系统的刚性强度要求，以及机械加工装置所需的转速，我们首先认为，应该尽可能地选择更大的机械铣深系数ap和更小的自动铣削单元宽度系数ac；其次，最大的磨床单位为每一锯齿增大推力的进给系数fz；根据所选择的速度和耐用性系数，可以得到加工过程中的转速因子vc。
(1)选择铣削钻深系数ap，并按铣削孔宽系数ac的单位进行选取。
中、高档半精铣刀的设计原则是：一台机床一次切削的残余刀具数不超过8mm，而机床的加工机构系统具有较大的运动刚度和足够的加工能力时，在半精铣刀上切削剩余的刀具量为0.5-2mm之后，应尽量一次性地清除多余的机床渣屑。此外，在剩余长度大于8mm的情况下，可按一定的间隔对刀具进行二次或多次的切削。铣削角度的宽度和每个端表面，以及铣削角度的刀具角度直径的减少，应该保持以下的测量关系：
d0=(l.l至1.6)ac（单位：毫米）
(2）进给量的选择
每齿磨铣进给速度fz是一项重要的测试性能指标，它反映了不同类型铣削加工设备的加工质量和生产率。粗铣时，f与fz的最大不同在于，fz在铣削时所受的切削力最大限度地受限于半精铣与非全精铣。
(3)铣削速度vc的确定
3.9加工工艺卡的确定
根据以上所述，确定处理工艺的顺序如下：
表3.9.1粗精铣毛坯外表面
总体上讲，粗加工是为了使工件的剩余速度更快，在粗加工中要选择大的进料和大的切削深度，这样才能在最短的时间里最大限度地切割出更多的切屑。粗加工并不需要太高的表面质量，而刀具的磨钝标准通常是切削力显著增加，也就是今后刀面的磨削宽度VB。
在顺铣、顺铣、逆铣、顺铣时，在进给方向上的切削速度和进给速度的方向是一致的。为了得到较好的表面质量，顺铣是一种常用的加工工艺。其后刀面磨损少，机床运行平稳，适合在高合金切削条件下进行高合金钢的加工。操作说明：对带有硬化层的工件（例如铸造）进行处理是不可取的，因为此时的刀片必须从外面穿过被强化的工件，因此会造成更大的磨耗。
表3.9.4粗精铣孔系
第4章数控加工
4.1数控编程的定义
数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
4.2数控编程的分类
数控机床编程可以分为手动和自动（加工）
(1)如果是手动。这就要求程序员既要精通应用程序代码和程序设计的基本规则，又要有一定的程序设计能力。对于一些需要进行点位变形处理的零件，或者是按照几何对象的外形来进行加工，人工编程相对来说要容易的多，它无需编写大量的程序，因此可以轻松实现。
(2)如果是自动，就是通过计算机，对机器的零件、图纸等进行修改，从而实现对各种机床的加工。这也就意味着，数控电脑可以实现大部分的技术操作。从人可以实现大批量加工。
4.3数控程序的编写加工
第5章总结
本毕业设计先是通过课题“方形壳体零件数控加工程序及加工工艺编制”查找对应文献，我在认真阅读了大量的国内外学术文献和参考资料，并根据自己的学习的知识和实习经验，完成了毕业设计中的方形壳体数控设计，对各种非矩形塑料外壳的数控控制和数控加工过程进行了初步的研究。主要工作内容如下：
首先通过维普期刊、知网等学术网站对本次毕业设计进行文献查找学习。探寻课题的国内外研究现状及其意义。
其次对老师给的零件图进行分析：确定材料、刀具选择、制定工序、思考误差等等。
最后对零件进行数控加工工艺分析，编制数控程序。
本文从加工工艺分析、制定工艺路线开始着手，讲解了数控加工工艺、数控机床原理、刀具选用、夹具选择、调整模型参数、数控编程等方面进行了论述。
这一次的毕业设计，最大的收获就是对设计的娴熟，这是我们对设计的理解。我们不仅要熟悉数控机床的基本技术和使用方法，还要掌握一些基本的加工工艺知识，还要对夹具的选用、参数的确定，这样我们的编程就会更加的得心应手。
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致谢
在这里首先要感谢我的指导老师，他治学严谨，学识渊博。从开题，设计思路，论文大纲到论文撰写都离不开老师的指导和帮助。他对我的设计给予了很大的肯定与帮助，对于我毕业设计的完善有着不可或缺的作用。师恩难忘，铭记于心。
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