汽弹枪配件数控加工工艺及编程
摘 要
本论文论述了我们厂的新产品—汽弹枪配件的生产加工工艺和数控编程的完整过程，首先介绍了汽弹枪配件的加工工艺分析的详细过程，着重写了工艺的一般技术要求，适合加工中心加工的表面以及加工顺序的一般步骤等工艺规程编制；最后重点写了汽弹枪配件的手工编程全过程，手工编程主要根据前面的工艺分析、机床选择、工艺设计、工艺卡片来编写。
关键词：汽弹枪配件； 加工工艺； 数控编程
一、本课题研究的意义
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
所谓数控编程，又称数控机床程序编制，是指编程者（程序员或数控机床操作者）根据零件图样和工艺文件的要求，编制出可在数控机床上运行以完成规定加工任务的一系列指令的过程。具体来说，数控编程是由分析零件图样和工艺要求开始到程序检验合格为止的全部过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutter location point简称CL点）。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。
所以说：数控编程就是对刀路的研究，对加工工艺的研究，对参数的研究。而这些都需要我们在实践中认真总结，认真思考的一些问题。
本课题重在工件的设计和编程加工。目的是为了：一方面拓宽了自己的专业知识，充分利用自己所学的知识，开阔了自己在编程设计方面的视野，扩展了自己的设计思维；另一方面提高了自己的编程与实践操作能力。
二、本课题发展概况
CNC新进展
自1952年世界上第一台数控机床诞生以来，数控技术的发展非常迅速，数控系统也由原先的硬连接数控发展成为今天的计算机数控（CNC）。但是，现代化的生产对CNC的要求也越来越高，系统之间不兼容、编程困难、智能化程度低等诸多问题大大限制了现代化生产以及数控技术本身的发展。与此同时，人们逐渐意识到数控系统一直采用的G、M代码（ISO 6983）已不能适应现代化生产和技术发展的需要。这种面向运动和开关控制的数控程序限制了CNC系统的开放性和智能化发展，同时也使得CNC与CAX技术之间形成了瓶颈，严重阻碍了机械制造业的发展。1997年欧共体通过OPTIMAL计划开发了一种遵从STEP标准、面向对象的数据模型，重新定义了面向对象的数据模型，重新定义了面向铣削加工的编程界面，提出了STEP-NC的概念。STEP-NC将产品数据转换标准STEP扩展至CNC领域，重新定义了CAD/CAM与CNC之间的接口。它要求CNC系统直接使用符合STEP标准（ISO 10303）的CAD三维产品数据模型（包括几何数据、设计和制造特征），加上工艺的信息和刀具信息，直接产生加工程序来控制机床。随后STEP-NC成了世界工业化国家研究的热点，其中较具代表性的研究项目有欧洲的STEP-NC项目、美国的Super Modal项目、日本的Digital Master项目等。目前STEP-NC项目的研究已取得了实质性的进展。据美国STEP Tools公司的预测STEP-NC控制器将在本世纪的第一个十年内出现，届时人们将会看到自动化制造的全新景象。
STEP-NC数据模型
STEP-NC是为CNC系统重新定义的数据标准，它在STEP的基础上面向对象的形式将产品的设计信息与制造信息联系起来。STEP-NC定义了一个新的STEP应用协议（AP-238，尚在完善中）作为CAM与CNC之间的数据交换规范。AP-238涵盖了产品从概念到成品（零件）全过程所需的全部信息，其中包括三维几何信息（AP-214）、工艺信息（如铣、车、放电加工等）、检测信息（AP-219）等。目前STEP-NC标准草案（ISO-DIS-14694）已经形成。有关基本规则与铣削加工的标准（草案）已完成，包括基本概念和规则（Part 1）、通用标准（Part 10）、数控铣削加工工艺（Part 11）、铣削刀具（Part 111）等。正在制订的STEP-NC标准有：数控车削加工（Part 12）、放电加工（Part 13）、木材和玻璃加工（Part 14）、检测（Part 15）等。如通用数据的一个简化模型，包括工件和工作计划两部分。其中工件指最终的成品，工件上需要去除材料的区域由一系列加工特征定义。工作计划包括若干工作步骤（如平面、复杂曲面、孔等）与具体操作联系起来。这里操作本身也是ISO-14649中定义的概念，设计加工方法、刀具、导轨、工艺策略等。
基于STEP-NC的数据程序结构
基于STEP-NC的数控程序废弃了传统的数控程序中直接对坐标轴和刀具动作进行编程的做法，采用了ISO-10303数据格式和面向特征的编程原则。它以工作步骤作为加工流程的基本单位，将特征与技术信息联系到一起。每个工作步骤只定义一种操作（“干什么”、“如何干”等，但只能用一种刀具和一种策略）。
程序本身也采用ISO-10303规定的文件格式，从结构上可分为两部分：文件头和数据段。文件头以“HEADER”为标记，主要说明文件名、编程者、日期以及注释等。数据段以“DATA”开始，包含了加工零件所需的所有信息和操作任务。根据规定，它首先要一个PROJECT语句，其后的内容可分为三部分：工作计划与可执行语句（Executable,包括工作步骤、一般NC功能如信息显示等、以及流程的控制）、技术描述（刀具、机床功能、加工策论等）、几何描述（几何数据、加工特征等）。
STEP-NC为CNC提供的发展空间
STEP-NC的发展设计使得STEP标准延伸到了自动化加工的底层设备，建立了一条整制造网的高速公路。可以预见，将来CNC系统将从结构、功能、在制造系统中的地位各方面发生了根本的变化，同时这种变化必然会影响到相关的CAX技术（如CAD、CAPP、CAM、CAE、PED、ERP等）、刀具、机床本体和夹具等的发展以及先进生产模式的事实等。仅就目前的研究成果而言，可以预见的比较直接的影响主要由以下几个方面：
１）数控编程界面：以ISO-14649取代ISO-6983使得编程界面大为改观，现场编程方便而且取代易于再利用。当被加工工件某些特征略有改变时，只需改变有关特征的几何描述，其他元素无须改变。另外，统一程序可以直接在不同型号的机床上运行。
２）数控系统的开放性：目前，由于ISO-6983的覆盖面太窄，CNC厂家不得不开发自己的扩展指令。所以CAM和CNC必须使用同一套代码，否则必须选用特定的后置处理程序。对于STEP-NC控制器而言，其数据格式（AP-238）完全一样，他告诉CNC“要加工什么”而不是具体动作，因而不需要后置处理程序，具体的动作由CNC确定，程序具有良好的互操作性和可移植性。
３）数控系统的智能化：作为目前CAM与CNC之间的接口，G、M代码的形成过程造成大量有用信息的流失，这也是目前的CNC智能程度低的一个主要原因。与此相反，STEP-NC数控包含了加工产品所需的所有信息，为CNC系统在全面了解产品的基础上进行自主加工提供了基本条件。
４）CMA/CNC之间功能的重新划分：CNC比CAM或CAPP系统更了解机床的运行情况，在CNC内进行的具体的工艺处理（如刀具的选择、补偿、走带路线的确定等）更有可能得到最优的加工效果。因此，将来的CNC将完成CAM系统的一部分功能，并在此基础上将可能安装由嵌入式CAM系统，直接根据CAD数据模型进行加工。
５）加工质量和效率：STEP-NC的提出改变了目前CNC系统作为加工任务的被动执行者的地位。CNC功能的加强还能提高其上游环节的效率。STEP Tools公司的研究表明，STEP与STEP-NC的应用可是CAD阶段的生产数据准备减少75%，加工工艺规划（CAM）时间减少35%，加工时间（CNC五轴高速铣）减少50%。
６）数据共享与网络制造：STEP-NC的发展使得基于STEP-NC的CNC系统与基于STEP的所有CAX系统之间实现了双向无缝连接（例如CAD系统可以直接从CNC系统读取STEP-NC数据中的几何信息），为基于网络的制造模式和技术创造了条件。
STEP-NC既是正在完善中的CNC接口标准，又是提升现代CNC的实施技术。它为CNC开放性和智能化提供了广阔的发展空间，同时它也解决了CNC与CAX之间双向无缝连接的核心问题，对未来的自动化制造有着难以预料的深远影响。相对于此前提提出的开放式数控而言，STEP-NC控制器（基于STEP的CNC）的意义更大（它着眼于产品全生命周期的无缝链接），实施技术更实际有效（从数据模型入手）。目前，STEP-NC控制器的研究虽然尚处于起步阶段，但发展非常迅速（西门子公司已成功开发了一个原型），前景非常光明。这也是我国缩小差距、发展国产数控乃至全面提升我国自动化制造水平的一个决好的机会）。
编程的发展
为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（Automatically Programmed Tool）。其后，APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APT-AC（Advanced contouring）(增加切削数据库管理系统)和APT-/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。
采用APT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素椀恪⑾摺⒚娴母呒队镅约叮?/FONT>APT仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。
针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为为CATIA。随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。到了80年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，为了适应CIMS及CE发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化方向发展。
在集成化方面，以开发符合STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）标准的参数化特征造型系统为主，目前已进行了大量卓有成效的工作，是国内外开发的热点；在智能化方面，工作刚刚开始，还有待我们去努力。
三、本课题的研究方法与手段
本课题是我一方面通过到工厂进行实地工作，仔细观察，认真总结，搜取公司资料和图表，在得到公司上司的许可情况下，结合公司的实际情况进行设计的；另一方面查阅相关手册与书本，上网查阅与本课题相关的一些资料，并在指导老师的指导下进行相关设计完成。
四、进程安排
3.15—3.20 收集一手资料，并设计两副图纸
3.21—3.25 完成毕业任务书，并写好提纲
3.26—4.5 开始写开题报告，并修改
4.6 --4.15 完成论文并进一步修改至完善
4.26—开始答辩
五、本课题研究的步骤
对于本课题的设计和完成，我是从以下四个方面进行系统的研究的：
1、加工工艺的编写
2、手工编程析例（包括图表，程式）
3、自动编程析例（只有内容分析）
4. 毕业小结
目 录
任务书 …………………………………………………………………………………………Ⅱ
开题报告 ………………………………………………………………………………………Ⅲ
摘要 ……………………………………………………………………………………………Ⅷ
第1章 汽弹枪配件加工工艺的编制 ………………………………………………………1
1.1 概述 …………………………………………………………………………………1
1.2 汽弹枪配件零件图的工艺分析 …………………………………………………1
1.3 汽弹枪配件加工表面的选择 ……………………………………………………2
1.4 汽弹枪配件加工顺序的安排 ……………………………………………………2
1.5 汽弹枪配件工艺过程的定义及工艺设计 ……………………………………………3
1.6 汽弹枪配件工艺过程的组成 …………………………………………………………5
1.7 汽弹枪配件加工机床的选择 …………………………………………………………5
第2章汽弹枪配件手工编程 …………………………………………………………6
2.1手工编程的定义 …………………………………………………………………6
2.2汽弹枪配件手工编程内容与步骤 …………………………………………………6
2.2.1 分析汽弹枪配件零件图 ……………………………………………………6
2.2.2 汽弹枪配件工艺处理…………………………………………7
2.2.3 汽弹枪配件数据计算 ……………………………………………………7
2.2.4 编写汽弹枪配件加工程序单 ………………………………………………7
2.2.5 制作汽弹枪配件加工控制介质 ……………………………………………8
2.2.6 汽弹枪配件加工程序检验与首件试切…………………………………………8
2．3编程 ………………………………………………………………………………………9
第3章 总结与展望………………………………………………………………………………17
3.1 工艺分析 ………………………………………………………………………………17
3.2 程序 ……………………………………………………………………………………18
第4章 结论 …………………………………………………………………………………20
参考资料 …………………………………………………………………………………21
致谢 ………………………………………………………………………………22
附录 …………………………………………………………………………………23
