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1、江西赣江职业技术学院毕业论文题目：浅谈CIMS系统与数控加工技术学 院 机 械 工 程 学 院 姓 名 学 号 专 业 数控技术 届 别 08 指导教师 职 称 助 教 二 O 一 0 年 11 月毕业论文（设计）诚信承诺书毕业论文（设计）题 目浅谈CIMS系统与数控加工技术学生姓名专业数控技术学 号指导老师职 称助教所在学院机械工程学院诚信承诺本人慎重承诺和声明：在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：赵杨2010年 11 月 6 日摘
2、要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。 本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通
3、过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。【关键词】数控技术 加工工艺 编程 CIMAbstractNC and NC machine tool technology in todays machine manufacturing industry in an important position and great benefits that its national infrastructure in the industrial modernization of the strategic role and has become a traditional machinery ma
4、nufacturing industries to transform and enhance automation, flexible, Integrated production and an important means of signs. NC technology and the widespread application of NC machine tools, machinery manufacturing to the industrial structure, product variety and quality and production methods broug
5、ht about a revolutionary change. NC machine tool processing workshop is the most important modern equipment. It is the development of information technology (1 T) and manufacturing technology (MT) with the result of the development. Modern CAD / CAM, FMS, CIMS, agile manufacturing and intelligent ma
6、nufacturing technology, are built on the technology in the NC. NC master modern technology of modern machinery and electronic knowledge is essential to professional students. The design of the content on the characteristics of the NC, processing and analysis of the general steps NC programming. And,
7、 through a detailed example of the NC on the process of analysis. t【Key words】NC programming technology processing technology CIMS目 录1 数控加工技术1.1 数控加工的特点（6）1.2 数控机床（7）1.3 数控加工（7）1.4 数控编程系统（8）1.5 CAD/CAM系统（9）1.6 CAXA制造工程师进行自动编程的基本步骤（9）1.7数控加工技术的发展方向（11）2 CIMS系统2.1 CIMS的概念和组成（13）2.2 CIMS的总体结构（13）2.3 CI
8、MS的技术构成（13）2.4 CIMS的应用（14）3参考文献（15）4致谢（16） 1数控加工技术1.1 数控加工的特点数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：1.1.1提高生产效率 1.1.2不需熟练的
9、机床操作人员1.1.3提高加工精度并且保持加工质量1.1.4可以减少工装卡具；1.1.5可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；1.1.6容易进行加工过程管理；1.1.7可以减少检查工作量；1.1.8可以降低废、次品率；1.1.9便于设计变更，加工设定柔性；1.1.10容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；1.1.11操作容易，极大减轻体力劳动强度 随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技
10、术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。1.2 数控机床20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究的发展。我国于是1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数
11、控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：数控铣床、数控电火花成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服
12、驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行重复加工）、自动换刀（可交换指定的刀具）、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。1.3 数控加工数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所示：【零件信息】【CAD系统造型】【CAM系统生成加工代码】【数控机床】【零件】 1.3.1零件数据准
13、备：系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图纸，特别在广泛采用Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。1.3.2确定粗加工、半精加工和精加工方案。1.3.3生成各加工步骤的刀具轨迹。1.3.4刀具轨迹仿真。1.3.5后期处理输出加工代码。1.3.6输出数控加工工艺技术文件。1.3.7传给机床实现加工。1.4 数控编程系统数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相
14、互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于
15、其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。1.5 CAD/CAM系统20世纪90年代以前，市场上销售的CA
16、D/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了CAXA制造工程师数控编程系统。这套系统集CAD、CAM于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入成本，而且提高了经济效益。CAXA制造工程师
17、数编程系统，现正在一个更高的起点上腾飞。1.6利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤CAM系统的编程基本步骤如下：l 理解二维图纸或其它的模型数据l 建立加工模型或通过数据接口读入l 确定加工工艺（装卡、刀具等）l 生成刀具轨迹l 加工仿真l 后期处理生成NC代码l 输出加工代码现在分别予以说明。1、加工工艺的确定加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：l 核准加工零件的尺寸、公差和精度要求l 确定装夹位置l 选择刀具l 确定加工路线l 选定工艺参数2、加工模型建立利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具
18、轨迹的依据。加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据
19、的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。3、刀具轨迹生成建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中
20、数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。4、后期G代码生成在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后期处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相
21、匹配的加工代码。5、加工代码输出生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。我们相信当你认识了CAXA制造工程师以后，CAXA制造工程师一定会走到你的身边，成为你身边的不可多得的造型能手，忠实可靠的编程高手，数控加工工艺的良师益友。1.7数控加工技术的发展方向现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体
22、化、网络化和智能化等方向发展。1.7.1 高速切削 受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。 高主轴转速可减少切削力，减小切削深度，有利于克服机床振动，传入零件中的热量大大减低，排屑加快，热变形减小，加工精度和表面质量得到显著改善。因此，经高速加工的工件一般不需要精加工。1.7.2 高精度控制 高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。 提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术
23、和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到0.1 m，并进入了亚微米级，不久超精度加工将进入纳米时代。(加工精度达0.01 m)1.7.3高柔性化 柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。 数控系统在21世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途。具体是指具有开放性体系结构，通过重构和编辑，视需要系统的组成可大可小；功能可专用也可通用，功能价格比可调；可以集成用户的技术经验，形成专家系统。1.7.4 高一体化 CNC系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主
24、机设计与数控系统设计一体化。 1.7.5网络化 实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。建立分布式网络化制造系统，可便于形成“全球制造”。 1.7.6 智能化 21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要求等。 第二章：
25、CIMS系统的概述2.1.CIMS的基本概念与基本组成CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。计算机集成制造-CIM的概念最早是由美国学者哈林顿博士提出的，其基本出发点是： 2.1.1企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑； 2.1.2整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。 CIMS 定义：CIMS是通过计算机硬软件。并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息
26、与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。CIMS通常由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统，共六个部分有机组成。2.2CIMS的总体结构 CIMS建设的目标是在统一的数据库和网络支持下，建立生产经营管理分系统和工程技术（CAD/CAM/CAPP/PDM）分系统，实现企业信息的全面集成。为实现这个总体目标，CIMS由两个功能分系统和两个支撑分系统组成。两个功能分系统为生产经营管理分系统和工程技术分系统；两个支撑分系统为计算机网络和数据库分系统。整个系统将以关系型数据库为核心，并由各应用系统通过INTERNET/INTRANET/EXT
27、RANET访问数据库，这样就使得几个服务器上的数据在逻辑上成为一个整体，以保证整个系统的数据共享和数据的唯一性。2.3CIMS的技术构成2.3.1工程技术分系统 可简称为TIS分系统，即技术信息系统。通常包括CAD、CAE、CAPP、CAM和PDM等部分。 制造自动化系统 制造自动化系统（MAS）是CIMS中信息流与物流的结合点，CIMS最终完成产品制造、创造效益的关键环节。系统一般由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、自动化立体仓库，以及柔性制造系统（FMS）等组成。 生产经营管理分系统 可以简称MIS分系统，即管理信息系统。它是CIMS的一个重要分系统，MIS分系统当前体现在ER
28、P（企业资源计划）的实施，通常由经营决策、生产计划管理、销售管理、财务管理、库存管理、车间任务和作业管理、物资供应、设备管理、人事劳资管理等模块组成，指挥和控制CIMS其他分系统的运行，使企业各部门工作协调一致，完成企业的生产经营任务。支撑分系统包括计算机网络、数据库、中间件、集成平台以及协同工作环境等。计算机网络和数据库实现计算机系统互连，作为CIMS信息交换和共享的主要支撑。其计算机网络子系统支持CIMS开放型网络通信，采用国际标准和协议，满足各分系统的网络支持服务。数据库子系统则支撑各分系统及覆盖企业全部信息的数据存储和管理，保证数据的完整性、一致性和安全性，实现全企业数据共享。2.4.
29、CIMS的应用 随着CIMS的实施应用，公司领导层的管理理念及运作模式也将逐步发生转变，整个公司的生产经营情况每天都会实时的显示在领导人员的显示屏上，成效显而易见。CIM技术的应用,势必推动我国制造业的进一步发展。 实施CIMS工程不仅仅涉及技术问题,更重要的是运用技术的方法促进企业的组织结构、管理方式、业务流程及人员素质等全面提高。企业方在进行软件选择时，首先考虑的是适用性，比如国外有许多好的管理软件，应用后却效果不佳，有些企业就是勉强用了也用不好。究其原因，主要是中国的企业管理水平和现状很难与国外软件的标准管理模式融合。企业花了很大的代价，花了很长的时间，实施的结果是弃之不舍，留之难用。其
30、次是售后服务，软件特别是象ERP、PDM这样大型软件的实施都会有一个较长的周期，企业应用咨询、软件原理培训、软件应用培训、软件客户化修改都是必不可少的，有些软件的封闭性使企业的软件人员很难进行修改和变动，而RS10软件的大部分源代码相对开放，处理起企业的个性化需求就比较灵活，而且一般性的修改完全可以由企业技术人员在实施顾问的指导下完成，既提高了人员的技术水平，也节省了实施的费用。RS10软件的这两个方面都提供给用户最贴心的支持，我们从专业的管理角度出发，以解决用户管理上的难点和合理需求为根本，为客户提供从管理咨询到项目实施、客户应用培训等全方位的解决方案。 CIMS虽然包含了许多先进的生产和管
31、理技术，但是一个企业CIMS实施的成功与否主要在于如何将这些先进的技术有机地结合起来。随着各种高新制造技术的发展和先进制造哲理的提出，CIMS的内容日益丰富，适用范围也日趋扩大。当前的CIMS结构体系中，人和组织已经处于核心的位置，如何将人、技术和组织管理集成起来是当前CIMS工程研究的重要课题。企业经营过程重构的思想大大充实了CIMS“集成”的内涵，使原先的被动集成变成了主动集成。将企业经营过程重构的思想运用到CIMS工程的实施和开发过程中，将会使CIMS的内部结构更加合理，集成效率大大提高。参考文献1 颜伟主编，数控加工技术，西南交通大学出版社2 田春霞主编，数控加工技术，机械工业出版社。
32、3 刘万菊主编，数控加工工艺及编程，机械工业出版社4 张超英、罗学科主编，数控机床加工工艺、编程及操作实训，高等教育出版社5 孙延明,赖朝安.现代制造信息系统M.北京: 机械工业出版社6 赵良才.计算机辅助工艺设计M.北京:机械工业出版社7 孙志辉.计算机集成制造技术M.南京:东南大学出版社,.8 王秋成.机械CAD/CAM基础M.北京:高等教育出版社9 孙春华.CAD/CAPP/CAM技术基础及应用M.北京:清华大学出版社.致 谢非常感谢董燕老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，她放弃了自己的休息时间，她的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向她表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下。
