基于mastercam的軸零件加工工藝及數(shù)控仿真加工

基于mastercam的軸零件加工工藝及數(shù)控仿真加工,基于,mastercam,零件,加工,工藝,數(shù)控,仿真 摘 要 數(shù)控車床技術(shù)在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，已經(jīng)顯示了其在國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)中的戰(zhàn)略性作用，而且已成為了傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控車床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控車床是現(xiàn)代加工車間里面重要的加工設(shè)備，現(xiàn)代的CAD/CAM都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)知識(shí)是現(xiàn)代機(jī)械專業(yè)里面必不可少的。在數(shù)控加工過程中，從零件的設(shè)計(jì)圖紙到零件成品的合格。不僅要考慮到數(shù)控程序的編制，還要考慮到零件加工工藝路線的安排、加工機(jī)床型號(hào)的選擇、切削刀具的選擇、零件加工的定位裝夾等一系列因素的影響。在開始編程前，必須要對(duì)零件設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)控加工工藝分析。來最終確定哪些是零件的技術(shù)關(guān)鍵，哪些是數(shù)控加工的難點(diǎn)，以及程序的編制難易程度。 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為車削軸類零件數(shù)控加工工藝及編程加工。具體介紹了數(shù)控車床加工的特點(diǎn)、加工工藝分析以及數(shù)控編程加工過程，以及夾具的確定等等。 關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；數(shù)控編程；數(shù)控加工工藝 目 錄 摘 要 1 第1章 緒論 2 1.1按加工工藝方法分類 2 1.2按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類 3 1.3按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類 4 1.4數(shù)控未來的發(fā)展 6 第2章 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 10 2.1加工方案的確定 10 2.2裝夾方案的確定 11 2.3加工工序的劃分 12 2.4加工刀具的選擇 15 2.5切削用量的確定 16 2.6數(shù)控加工工藝卡片的擬定 17 第3章 軸零件數(shù)控程序編制 21 3.1編程理論依據(jù) 21 3.2編程指令的選擇 23 第4章 軸零件數(shù)控加工仿真 26 4.1仿真加工軟件簡(jiǎn)介 26 4.2仿真加工過程 27 4.2.1軸零件1仿真加工 27 4.2.2軸零件右端的仿真加工 33 總 結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 24 第1章 緒論 1.1按加工工藝方法分類 1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、 數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控 制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。 在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了 普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加 了一個(gè)容量較大的刀庫和自動(dòng)換刀裝置形成的，工軸零件次裝夾后，可以對(duì)箱體零件的四面甚至五 面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加 工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地 面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 2.特種加工類數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型 機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 3.板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等。近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。 1.2按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類 1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐 標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同 時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。 這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī) 床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 2.直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直 線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車床， 只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工。 代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算 是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào) 整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。 3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的 平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)， 而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電 火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控 系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會(huì)帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能 1.3按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類 1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn) 電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直 線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的 信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行 監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都 將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別 是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位 移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng) 部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，也 與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3 所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中 A 為速度傳感器、C 為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，若工作臺(tái)沒有移 動(dòng)，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過A 將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過C 將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差 值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時(shí)為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 3.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測(cè)裝 置（如光電編碼器等），通過檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控 裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。通過測(cè)速元件A 和光電編碼盤B 可間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，10從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和 伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 4.混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床。混合控制數(shù)控機(jī)床特別 適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其 傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán) 調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： （1）開環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 （2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)上的直線位移測(cè) 量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中A 是速度測(cè)量元件（如測(cè)速發(fā)電機(jī)），B是角度測(cè)量元件，C是直線位移測(cè)量元件。 1.4數(shù)控未來的發(fā)展 1.數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展 20 世紀(jì)90 年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上 許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC 機(jī)豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。 開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。近幾年許多國(guó)家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國(guó)科學(xué)制造中心(NCMS)與空軍共 同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開放式體系結(jié) 構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的OSEC 計(jì)劃等。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作 以及技術(shù)升級(jí)和更新變得更加簡(jiǎn)單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總 線規(guī)范都是對(duì)外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行的系統(tǒng)集成，同時(shí) 它也為用戶根據(jù)實(shí)際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開 發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí)，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU 升級(jí)而升級(jí)，而結(jié)構(gòu)可 以保持不變。 2.數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 現(xiàn)在，實(shí)際用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā) 展階段，對(duì)不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開放體系結(jié)構(gòu) 發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢(shì)。 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0 系統(tǒng)、MITSUBISHI M50 系統(tǒng)、SINUMERIK 810M/T/G 系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。 但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。 “PC 嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i 系統(tǒng)、SINUMERIK 840D 系統(tǒng)、 Num1060 系統(tǒng)、AB 9/360 等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù) 和當(dāng)今計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC 部分仍 然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。 17 “NC 嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) 它由開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡和PC 機(jī)共同構(gòu) 成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP 作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC 控制能力。它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS 平臺(tái)下自行開發(fā) 構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。 如美國(guó)Delta Tau 公司用PMAC 多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC-NC 數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK 公司 用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC 64 構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC 等。 SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng),這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng).它提供給用戶最大的選擇和靈活性,它的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中,而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口.就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣.用戶可以在WINDOWS平臺(tái)上,利用開放的CNC內(nèi)核,開發(fā)所需的各種功能,構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng),與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比,SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比,因而最具有生命力.通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件,正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì).其他型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)Power Automation 公司的PA8000 NT等。 3.數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展 智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)補(bǔ)償?shù)裙δ埽胰藱C(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，使自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)化調(diào)整參數(shù)。 世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會(huì)針對(duì)鉆削的智能加工方案具有代表。 4.數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其他控制系統(tǒng)或尚未計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接盒網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國(guó)際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用。越來越多的國(guó)內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)（數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控符合加工機(jī)床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨(dú)立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)。同時(shí)注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善、數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 5.數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 隨著數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化英語的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。對(duì)于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P（t）=99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF就必須大于3000小時(shí)。我們只對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比10:1（數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)）。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于3333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬小時(shí)。如果對(duì)整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。 當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。 6.數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展 在零件加工過程中有大量的無用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、環(huán)島和主軸的升降速上，為了盡可能降低這些無用時(shí)間，人們希望不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。 柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念時(shí)指將工軸零件次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個(gè)復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。 普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對(duì)不同類型的機(jī)床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統(tǒng)和802D系統(tǒng)就有車床版本和銑床版本之分。復(fù)合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商能提供高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。 7.數(shù)控系統(tǒng)問多軸聯(lián)動(dòng)化方向發(fā)展 由于在加工自由曲面時(shí)，3軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進(jìn)而對(duì)工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動(dòng)控制對(duì)球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡(jiǎn)單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系統(tǒng)開發(fā)商不遺余力地開發(fā)5軸、6軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及。5軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。 最近，國(guó)外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在6軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在6軸聯(lián)動(dòng)加工中心上可以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化。 電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進(jìn)了現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展。數(shù)控機(jī)床性能在高速度、高精度、高可靠性和復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。現(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場(chǎng)新的技術(shù)革命。 第2章 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，數(shù)控加工技術(shù)對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、 汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)樾省①|(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。 高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 能力。而對(duì)于數(shù)控加工,無論是手工編程還是自動(dòng)編程，在編程前都要對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝 分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對(duì)一些工藝問題(如對(duì)刀點(diǎn)、加工路線 等)也需做一些處理。并在加工過程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的產(chǎn)品. 2.1加工方案的確定 零件圖紙工藝分析－確定裝夾方案－確定工序方案－確定工步順序－確定進(jìn)給路線－確定 所用刀具－確定切削參數(shù)－編寫加工程序 具體零件圖紙工藝分析。 圖2.1 軸零件 該零件主要由軸類零件。都屬于長(zhǎng)軸類零件。軸零件由圓柱面組成；軸零件由三角螺紋、螺紋退刀槽、圓柱面、圓弧曲線等部分組成。螺紋退刀槽是為了車螺紋時(shí)退刀方便, 螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調(diào)整螺母。 根據(jù)工作性能與條件，軸零件加工尺寸尺寸精度都比較難。圖紙的難點(diǎn)之一在于零件調(diào)頭的裝夾部分，為了保證調(diào)頭裝夾時(shí)三角螺紋不被破壞，需要在夾持左端時(shí)用銅皮包住，以防夾傷。 2.2裝夾方案的確定 形位精度的要求確定了零件的裝夾方案，從該兩個(gè)零件可看出，零件均需要經(jīng)過掉頭裝夾才能達(dá)到要求。先夾住2-1右端，加工2-1左端的，然后掉頭加工2-1左端。2-2圖先夾住2-2左端，加工2-2右端，然后掉頭。端面定位需采用百分表找正，保證同軸度，還需注意，薄壁處易變形（特別是梯形螺紋部分），加緊力要適當(dāng)。 由于夾具確定了零件在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，即加工原點(diǎn)的位置，因而首先要求夾具能保證零件在機(jī)床坐標(biāo)系中的正確坐標(biāo)方向，同時(shí)協(xié)調(diào)零件與機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸。除此之外，主要考慮下列幾點(diǎn)：? ?小批量或成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專用夾具，但應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；??夾具要開敞，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）；?裝卸零件要方便可靠，以縮短準(zhǔn)備時(shí)間，有條件時(shí)，批量較大的零件應(yīng)采用氣動(dòng)或液壓夾具、多工位夾具。? 綜合零件（圖2.1）的工藝路線擬定。典型的軸類零件,形狀很規(guī)則，故夾具選用三爪自定心卡盤如圖（2-2），三爪卡盤裝夾工件時(shí)可自動(dòng)定心，不需找正。但需要注意的是，用三爪卡盤夾緊工件時(shí)，為保證足夠的夾緊力，一般要留有20mm以上的夾持長(zhǎng)度。 如圖2-2 三爪卡盤 2.3加工工序的劃分 以高切削速度、高進(jìn)給速度和高加工精度為主要特征的高速切削技術(shù)，最近十幾年發(fā)展迅在 航空航天、模具制造及精密微細(xì)加工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，高速加工技術(shù)的研究已成為國(guó)內(nèi)外制造領(lǐng)域重要的研究項(xiàng)目之一。 1.確定刀具路徑應(yīng)滿足的基本要求 高速切削不僅提高了對(duì)機(jī)床、夾具、刀具和刀柄的要求，同時(shí)也要求改進(jìn)刀具路徑策略，因?yàn)槿?路徑不合理，在切削過程中就會(huì)引起切削負(fù)荷的 突變，從而給零件、機(jī)床和刀具帶來沖擊，破壞加工質(zhì)量，損傷刀具。在高速切削中由于切削速度和進(jìn)給速度都很快，這種損害比在普通切削 中要嚴(yán)重的多，因此， 必須研究適合高速切削的路徑，將切削過程中切削負(fù)荷的突變降至最低。 可以說，高速切削機(jī)床只有有了合理的高速刀具軌跡才能真正獲得最大效益。 為了消除切削過程中切削負(fù)荷的突變，刀具路徑應(yīng)滿足以下基本要求： 切削是等體積切削，即切削過程中切削力恒定。 盡量減少空行程。 盡量減少進(jìn)給速度的損失。 通用的刀具路徑 2.刀具進(jìn)給要求 進(jìn)刀時(shí)采用螺旋或弧進(jìn)刀，使刀具逐漸切入零件，以保證切削力不發(fā)生突變，延長(zhǎng)刀具壽命。 切削速度的連續(xù)和無突變，使切削連續(xù)平穩(wěn)，否則，將產(chǎn)生沖擊。 切削時(shí)使用順銑使切削過程穩(wěn)定，不易過切，刀具磨損小，表面質(zhì)量好。 采用小的軸向切深以保證小的切削力、少的切削熱和排屑的順暢。無切削方向突變，即刀具軌跡 是無尖角的，普通加工軌跡的尖角處用圓弧或其他曲線來取代，從而保證切削方向的變化是逐漸 的而不 是突變的。這樣有兩點(diǎn)好處：一是現(xiàn)代高速機(jī)床的控制系統(tǒng)都有程序段前視和尖角自動(dòng) 減速功能，即在到達(dá)尖角前，將自動(dòng)降低進(jìn)給速度，這樣雖然減小了沖擊，且 避免了過切，但卻損失了進(jìn)給速度。軌跡是無尖角的，自然也就避免了這種情況的發(fā)生；二是在尖角處切削負(fù)荷 會(huì)突然加大，引起沖擊。軌跡是無尖角的 時(shí)候這種問題同樣不存在。 采用等高線軌跡，加工余量均勻的走刀路線可取得好的效果。為采用等高線法的刀具軌跡，刀具沿 X 或 Y 軸方向平動(dòng)，完成金屬的切除， 這樣可保證高速加工中切削余量均勻，對(duì)加工穩(wěn)定，尤其是刀具壽命的延長(zhǎng)有利. 3.粗加工刀具要求 粗加工時(shí)常用的刀具路徑有： Z向等高線層切法，即將零件分成若干層，一層一層逐層往下切，在每層中將零件的所有區(qū) 域加工完再進(jìn)人下一層，在每一層均采用螺旋或圓弧進(jìn)刀，同時(shí) 采用無尖角刀具軌跡。這樣有 利于排屑，也避免了切削力發(fā)生突變。對(duì)薄壁件來說，更應(yīng)采用這種刀具軌跡，因?yàn)檫@種刀具軌 跡在切削過程中還能使薄壁 保持較好的剛性。 插銑刀具路徑。對(duì)于深度很深的腔體的粗加工可采用插銑的方法來進(jìn)行，因?yàn)榍惑w很深時(shí)，需要很長(zhǎng)的刀具，這時(shí)刀具的剛性很差，按常規(guī)的切削路線切削刀具易變形，而且也易產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工質(zhì)量和效率，采用插銑的軌跡正好可解決這一問題。 擺線刀具路徑。另一種更新的粗加工刀具軌跡是擺線刀具軌跡，“擺線”是指當(dāng)一個(gè)圓沿著一條曲線作純滾動(dòng)時(shí)，圓上某一固定點(diǎn)的軌跡。采用 這種刀具軌跡使刀具在切削時(shí)距某條曲線(一 般是零件的輪廓線及其平移線)保持一個(gè)恒定的半徑，從而可使進(jìn)給速度在加工過程中可保持不 變，而且這時(shí)的徑向吃刀量一般取刀具直徑的 5%左右，因此刀具的冷卻條件良好，刀具的壽命 較長(zhǎng)。這對(duì)高速加工是非常有利的。 4.精加工刀具路徑要求 加工時(shí)常用的刀具路徑有： 先在陡峭面用Z 向等高線層切法加工，然后在非陡峭面采用表面輪廓軌跡法加工； 先用表面輪廓軌跡法加工所有面，再在垂直方向上加工陡峭面。 薄壁件的精加工采用Z 向等高線層切法。 當(dāng)然在加工過程中同樣每一層都要盡量作到螺旋或園弧進(jìn)刀，采用無尖角刀具軌跡。 5.其他刀具路徑要求 如加工的是單一型腔的薄壁件，它比單純的等高線逐層切法對(duì)保持薄壁的剛性更好，從而保 證加工余量均勻，零件變形小。 對(duì)薄底零件應(yīng)采用所示的走刀軌跡。即從離支撐最遠(yuǎn)的點(diǎn)開始切削，分層切削直到深度到位；每次深度銑到以后再向支撐處移動(dòng)一個(gè)徑向切深，重復(fù)上一步的過程，直至切削完成。相當(dāng)于將薄壁件的等高線逐層切法轉(zhuǎn)動(dòng)90°。這樣才能在切削時(shí)較好地保持零件剛性，避免振動(dòng)。 因此軸零件共分為兩個(gè)工序： 工序1：夾住2-1零件右端，使伸出長(zhǎng)65mm，加工2-1左端外圓、切槽及外螺紋。 圖2-3 工序2：夾住2-1零件左端的Φ52,伸長(zhǎng)95mm，加工內(nèi)孔Φ40及右端外圓及外圓槽，程序保證零件長(zhǎng)度145mm。 圖2-4工序2 2.4加工刀具的選擇 確定進(jìn)給路線的工作重點(diǎn)，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線，因精加工切削過程的進(jìn)給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。 進(jìn)給路線泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)（或機(jī)床固定原點(diǎn)）開始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序 所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程。 在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工程序具有最短的進(jìn)給路線，不僅可以節(jié)省整個(gè)加工過程的 執(zhí)行時(shí)間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損等。 而刀具的選擇也是數(shù)控加工中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加 工質(zhì)量。編程時(shí)，選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。如下是對(duì)該零件工步順序、刀具的選擇。 1.粗車外圓表面。刀具：93°外圓刀。Φ52、Φ39外圓。 2.精車外圓表面。刀具：93°外圓刀。Φ52、Φ39外圓。 3.切槽。刀具：寬3mm外槽刀。 4.車螺紋。刀具：60°螺紋刀。 M25X1.5外螺紋。 2.5切削用量的確定 切削用量是衡量工作運(yùn)動(dòng)大小的數(shù)值，它的選擇與保證工件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有密切的關(guān)系。切削用量主要包括切削速度、進(jìn)給量和切削深度。切削用量大小決定著加工時(shí)間、刀具壽命 和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是合理的選擇了切削用量。如下是對(duì)該零件切削用量的選擇。 ① 外圓柱面 粗車:S=600r/min F=80mm/min ap=2mm 精車: S=800r/min F=100mm/min ap=1mm ② 內(nèi)圓柱面 粗車:S=600r/min F=60mm/min ap=2mm 精車:S=800r/min F=80mm/min ap=1mm ③ 外螺紋S=500r/min ④ 外槽S=500r/min F=40mm/min ap=2mm 2.6數(shù)控加工工藝卡片的擬定 機(jī)械加工工藝卡是以工序?yàn)閱挝粊砗?jiǎn)單明確的說明工件的加工工藝路線，主要用來表示工件的加工流向，共安排生產(chǎn)計(jì)劃、組織生產(chǎn)調(diào)度用；而機(jī)械加工工序卡是在工藝卡的基礎(chǔ)上，按照每道工序所編制的一種工藝文件，主要是用于指導(dǎo)工人完成某一工序所使用的卡片。將前面分析的各項(xiàng)內(nèi)容綜合成數(shù)控加工工藝卡片，具體卡片請(qǐng)查看下表。 表2-1 工藝過程卡片 機(jī)械加工工藝過程 產(chǎn)品名稱 軸 材料 45鋼 毛坯尺寸 Φ55mm×150mm 序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 設(shè)備 工裝 1 鍛造 下料，制造毛坯Φ55mm×150mm圓棒料 2 車 夾住零件右端，使伸出長(zhǎng)65mm，加工2-1左端外圓、切槽及外螺紋 數(shù)控 數(shù)控車床 三爪卡盤 3 車 夾住零件左端的Φ52,伸長(zhǎng)95mm，加工內(nèi)孔Φ40及右端外圓及外圓槽，程序保證零件長(zhǎng)度145mm 數(shù)控 數(shù)控車床 三爪卡盤 4 鉗工 去毛刺 5 終檢 檢驗(yàn)圖上各尺寸 6 入庫 表2-2 軸零件工序卡1 零件名稱 軸零件 加工方法 數(shù)控車 零件圖號(hào) 機(jī)床型號(hào) CK6140 夾具 標(biāo)準(zhǔn)三爪卡盤 零件材料 鋼 序號(hào) 工步內(nèi)容 刀具 主軸轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速度 背吃刀量 加工控制 代號(hào) r/min mm/r mm 1 安裝工件 2 平端面 T0101 800 0.15 0.3 手動(dòng) 3 4 粗、精車外圓 T0101 600、650 0.2/ 0.1 2/0.5 自動(dòng) 表2-3 軸零件工序卡2 零件名稱 軸零件1右 加工方法 數(shù)控車 零件圖號(hào) 機(jī)床型號(hào) CK6140 夾具 標(biāo)準(zhǔn)三爪卡盤 零件材料 鋼 序號(hào) 工步內(nèi)容 刀具 主軸轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速度 背吃刀量 加工控制 代號(hào) r/min mm/r mm 1 調(diào)頭安裝 切斷 T0808 650 0.1 50 手動(dòng) 2 平端面 T0101 800 0.1 0.8 手動(dòng) 3 粗、精鏜內(nèi)孔 T0404 650/ 700 0.15/ 0.08 1.5、0.5 自動(dòng) 表2-4 軸零件刀具卡 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具名稱 刀具材料 數(shù)量 加工內(nèi)容 刀補(bǔ) 1 T0101 93°外圓刀 硬質(zhì) 合金 1 粗，精車外圓輪廓 01 2 T0202 4mm外槽刀 硬質(zhì) 合金 1 切退刀槽 02 3 T0303 60°外螺紋刀 硬質(zhì) 合金 1 切螺紋 03 4 T0404 55°尖刀 硬質(zhì) 合金 1 車外圓曲線 04 第3章 軸零件數(shù)控程序編制 3.1編程理論依據(jù) 1.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)，包括坐標(biāo)系、坐標(biāo)原點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)于數(shù)控加工及 編程，是一個(gè)十分重要的概念。每一個(gè)數(shù)控編程員和數(shù)控機(jī)床的操作者，都必須 對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)有一個(gè)完整且正確的理解，否則，程序編制將發(fā)生混亂， 操作時(shí)更會(huì)發(fā)生事故。 2.坐標(biāo)系 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用右手直角坐標(biāo)系，其基本坐標(biāo)軸為X、Y、Z 直角坐 標(biāo)，相對(duì)于每個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)為A、B、C。 3.坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向 不論機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，還是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，數(shù) 控機(jī)床的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)指的是刀具相對(duì)靜止的工件坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)。ISO對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向均有一定的規(guī) 定：Z 軸定義為平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸，如果機(jī)床有一系列主軸，則選盡可能 垂直于工件裝夾面的主要軸為 Z 軸，其正方向定義為從工作臺(tái)到刀具夾持的方 向，即刀具遠(yuǎn)離工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向；X 軸作為水平的，平行于工件裝夾平面的坐 標(biāo)軸，它平行于主要的切削方向，且以此方向?yàn)橹鞣较?；Y 軸的運(yùn)動(dòng)方向則根據(jù) X 軸和 Z 軸按右手法則確定。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸 A、B、C 相應(yīng)地在 X、Y、Z 坐標(biāo)軸正方向上，按右手螺紋前進(jìn)方向來確定。 4.坐標(biāo)原點(diǎn) 機(jī)床原點(diǎn)——現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般都有一個(gè)基準(zhǔn)位置（set location），稱為機(jī)床 原點(diǎn)（machine origin 或home position）或機(jī)床絕對(duì)原點(diǎn)（machine absolute origin）， 是機(jī)床制造商設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理位置，其作用是使機(jī)床與控制系統(tǒng)同步， 建立測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始點(diǎn)。 機(jī)床參考點(diǎn)——與機(jī)床原點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的還有一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)（reference point）， 它也是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，一般不同于機(jī)床原點(diǎn)。一般來說，加工中心的參考 點(diǎn)為機(jī)床的自動(dòng)換刀位置。 程序原點(diǎn)——對(duì)于數(shù)控編程和數(shù)控加工來說，還有一個(gè)重要的原點(diǎn)就是程序 原點(diǎn)（program origin），是編程人員在數(shù)控編程過程中定義在工件上的幾何基準(zhǔn) 點(diǎn)，有時(shí)也稱為工件原點(diǎn)（part origin）。程序原點(diǎn)一般用 G92 或 G54~G59（對(duì) 于數(shù)控鏜銑床）和G50（對(duì)于數(shù)控車床）指定。 裝夾原點(diǎn)——除了上述三個(gè)基本原點(diǎn)以外，有的機(jī)床還有一個(gè)重要的原點(diǎn)， 即裝夾原點(diǎn)（fixture origin）。裝夾原點(diǎn)常見于帶回轉(zhuǎn)（或擺動(dòng)）工作臺(tái)的數(shù)控機(jī) 床或加工中心，一般是機(jī)床工作臺(tái)上的一個(gè)固定點(diǎn)，比如回轉(zhuǎn)中心，與機(jī)床參考 點(diǎn)的偏移量可通過測(cè)量存入CNC 系統(tǒng)的原點(diǎn)偏移寄存器（origin offset register） 中，供CNC 系統(tǒng)原點(diǎn)偏移計(jì)算用。 5.原點(diǎn)偏移 現(xiàn)代 CNC 系統(tǒng)一般都要求機(jī)床在回零操作，即使機(jī)床回 到機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床參考點(diǎn)之后，通過手動(dòng)或程序命令（比如G92X0 Y0 Z0）初始 化控制系統(tǒng)后，才能啟動(dòng)。機(jī)床參考點(diǎn)和機(jī)床原點(diǎn)之間的偏移值存放在機(jī)床常數(shù) 中。初始化控制系統(tǒng)是指設(shè)置機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)X，Y，Z，A，B 等的顯示為零。 對(duì)于程序員而言，一般只要知道工件上的程序原點(diǎn)就夠了，與機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)及裝夾原點(diǎn)無關(guān)，也與所選用的數(shù)控機(jī)床型號(hào)無關(guān)。但對(duì)于機(jī)床操作者來說，必須十分清楚所選用的數(shù)控機(jī)床上上述各原點(diǎn)及其之間的偏移關(guān)系。 6.絕對(duì)坐標(biāo)編程和增量坐標(biāo)編程 數(shù)控系統(tǒng)的位置/運(yùn)動(dòng)控制指令可采用兩種編程坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行編程，即絕對(duì) 坐標(biāo)編程（absolute programming）和增量坐標(biāo)編程（incremental programming）。 絕對(duì)坐標(biāo)編程——在程序中用 G90 指定，刀具運(yùn)動(dòng)過程中所有的刀具位置 坐標(biāo)是以一個(gè)固定的編程原點(diǎn)為基準(zhǔn)給出的，即刀具運(yùn)動(dòng)的指令數(shù)值（刀具運(yùn)動(dòng) 的位置坐標(biāo)），與某一固定的編程原點(diǎn)之間的距離給出的。 增量坐標(biāo)編程——在程序中用 G91 指定，刀具運(yùn)動(dòng)的指令數(shù)值是按刀具當(dāng)前所在位置到下一個(gè)位置之間的增量給出的。 3.2編程指令的選擇 1.數(shù)控車編程指令介紹 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車的編程指令及其指令格式 FANUC 0-TD系統(tǒng) G 代碼命令 代碼組及其含義“模態(tài)代碼” 和 “一般” 代碼“形式代碼” 的功能在它被執(zhí)行后會(huì)繼續(xù)維持，而 “一般代碼” 僅僅在收到該命令時(shí)起作用。定義移動(dòng)的代碼通常是“模態(tài)代碼”，像直線、圓弧和循環(huán)代碼。反之，像原點(diǎn)返回代碼就叫“一般代碼”。每一個(gè)代碼都?xì)w屬其各自的代碼組。在“模態(tài)代碼”里，當(dāng)前的代碼會(huì)被加載的同組代碼替換。 表3.2.1 常用G代碼 G代碼 功能 說明 G代碼 功能 說明 G00 快速點(diǎn)定位 模態(tài)指令 G53 機(jī)床坐標(biāo)系設(shè)定 非模態(tài)指令 G01 直線插補(bǔ) G54-G59 選擇工件坐標(biāo)系1~6 G02 順時(shí)針圓弧插補(bǔ) G65 調(diào)用宏程序 非模態(tài)指令 G03 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ) G70 精加工循環(huán) G04 暫停 非模態(tài)指令 G71 外徑/內(nèi)徑粗車復(fù)合循環(huán) G20 英制尺寸編程 G72 端面粗車復(fù)合循環(huán) G21 米制尺寸編程 G73 輪廓粗車復(fù)合循環(huán) G27 返回參考點(diǎn)檢查 非模態(tài)指令 G76 多頭螺紋復(fù)合循環(huán) G28 返回參考點(diǎn)位置 G90 外徑/內(nèi)徑自動(dòng)車循環(huán) 模態(tài)指令 G32 螺紋切削 模態(tài)指令 G92 螺紋自動(dòng)車循環(huán) G40 取消刀具半徑補(bǔ)償 G94 端面自動(dòng)車循環(huán) G41 刀具半徑左補(bǔ)償 G96 恒表面切削速度控制 G42 刀具半徑右補(bǔ)償 G97 恒表面切削速度控制取消 G50 主軸最大速度設(shè)定 非模態(tài)指令 G98 每分鐘進(jìn)給 G52 局部坐標(biāo)系設(shè)定 G99 沒轉(zhuǎn)進(jìn)給 2.編程指令選擇 G00 定位 （1）格式 G00 X_ Z_ 這個(gè)命令把刀具從當(dāng)前位置移動(dòng)到命令指定的位置 (在絕對(duì)坐標(biāo)方式下)， 或者移動(dòng)到某個(gè)距離處 (在增量坐標(biāo)方式下)。 （2） 非直線切削形式的定位 我們的定義是：采用獨(dú)立的快速移動(dòng)速率來決定每一個(gè)軸的位置。刀具路徑不是直線，根據(jù)到達(dá)的順序，機(jī)器軸依次停止在命令指定的位置。 （3） 直線定位 刀具路徑類似直線切削(G01)那樣，以最短的時(shí)間（不超過每一個(gè)軸快速移動(dòng)速率）定位于要求的位置。 （4）舉例 N10 G0 X100 Z65 G01 直線插補(bǔ) （1） 格式 G01 X(U)_ Z(W)_ F_ ;直線插補(bǔ)以直線方式和命令給定的移動(dòng)速率從當(dāng)前位置移動(dòng)到命令位置。X, Z: 要求移動(dòng)到的位置的絕對(duì)坐標(biāo)值。U,W: 要求移動(dòng)到的位置的增量坐標(biāo)值。 圓弧插補(bǔ) (G02, G03) （2） 格式 G02(G03) X(U)__Z(W)__I__K__F__ ;G02(G03) X(U)__Z(W)__R__F__ ; G02 – 順時(shí)鐘 (CW)G03 – 逆時(shí)鐘 (CCW)X, Z –在坐標(biāo)系里的終點(diǎn)U, W – 起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離I, K – 從起點(diǎn)到中心點(diǎn)的矢量 (半徑值)R – 圓弧范圍 (最大180 度)。 （3）舉例① 絕對(duì)坐標(biāo)系程序G02 X100. Z90. I50. K0. F0.2或G02 X100. Z90. R50. F02;② 增量坐標(biāo)系程序G02 U20. W-30. I50. K0. F0.2;或G02 U20. W-30. R50. F0.2; 功能螺紋切削循環(huán)。 內(nèi)外直徑的切削循環(huán)(G90) （1） 格式 直線切削循環(huán):G90 X(U)___Z(W)___F___ ;按開關(guān)進(jìn)入單一程序塊方式，操作完成如圖所示 1→2→3→4 路徑的循環(huán)操作。U 和 W 的正負(fù)號(hào) (+/-) 在增量坐標(biāo)程序里是根據(jù)1和2的方向改變的。錐體切削循環(huán):G90 X(U)___Z(W)___R___ F___ ;必須指定錐體的 “R” 值。切削功能的用法與直線切削循環(huán)類似。 38 3.3數(shù)控程序編制 先編寫圖2-1軸零件左端為例，先編寫外圓部分，用G71車外圓，然后編寫內(nèi)槽用G00,G01切內(nèi)槽，最后用G76編寫內(nèi)螺紋。 再編寫圖2-1軸零件右端，編寫外圓部分，用G71指令車外圓和外弧面。 車T型螺紋部分程序： T0303G99(選擇T螺紋車刀) G00X100Z100(定位安全距離) M03S450(主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速450r/min) G00X27Z3(定位到循環(huán)點(diǎn)) G76 P01060 Q50 R0.02(G76循環(huán)螺紋切削) G76 X41 Z-55. P20 Q15 F1.5 G00X100Z100(退至安全距離) M30(結(jié)束) 第4章 軸零件數(shù)控加工仿真 4.1仿真加工軟件簡(jiǎn)介 Mastercam是美國(guó)CNC Software NC公司研制與開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。自1981年推出第一代產(chǎn)品開始就以其強(qiáng)大的加工功能聞名于世。二十年來在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷地更新與完善，Mastercam是被工業(yè)界及學(xué)校廣泛采用。 Mastercam作為眾多CAD/CAM軟件中的一種，之所以能有第一位的裝機(jī)量，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。它對(duì)硬件的要求不高，在一般配置的計(jì)算機(jī)上就可運(yùn)行；它操作靈活，界面友好，易學(xué)易用，適用于大多數(shù)用戶，能使企業(yè)迅速使用并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，Mastercam的性價(jià)比，是其他同類軟件所不能比擬的。隨著我國(guó)加工制造業(yè)的崛起， Mastercam在中國(guó)的銷量逐步提升，在全球的CAM市場(chǎng)份額雄居榜首。因此對(duì)每個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工人員來說，學(xué)習(xí)Mastercam是十分必要的。 Mastercam x是Mastercam的最新版本，它在以前版本的基礎(chǔ)上做了較大的改進(jìn)，特別是在三維造型及加工方面增加了新的功能和模塊，使其操作更方便，功能更強(qiáng)大，更適合用戶的要求。 Mastercam包括4大模塊：Design、Lathe、Mill和Wire。Design模塊用于被加工零件的造型設(shè)計(jì)，Mill模塊主要用于生成銑削加工刀具路徑，Lathe模塊主要用于生成車削加工刀具路徑，Wire模塊主要用于生成線切割刀具路徑。這4個(gè)模塊可單獨(dú)使用，在Mill模塊，Lathe模塊和Wire模塊中也可以進(jìn)行Design模塊中的完整的造型設(shè)計(jì)，在其中一個(gè)模塊中就可以實(shí)現(xiàn)造型設(shè)計(jì)與加工過程的統(tǒng)一。Mastercam x還增加了Router模塊和 The MetaCut Utullities模塊。本書僅對(duì)Mastercam X版本中的Mill模塊進(jìn)行介紹。 4.2仿真加工過程 4.2.1軸零件1仿真加工 1.外圓仿真加工 (1)機(jī)床選擇 打開Mastercam，點(diǎn)擊工具欄,,選擇“車削”，點(diǎn)擊“默認(rèn)”。 （2）材料設(shè)置 點(diǎn)擊左側(cè)機(jī)床設(shè)置中的，點(diǎn)擊Stock的按鈕，根據(jù)工藝設(shè)置如圖（4-1）所示的毛坯，設(shè)置“外徑”，“內(nèi)徑”，“長(zhǎng)度”，“軸向位置”，然后點(diǎn)擊“√”設(shè)置完畢。 圖4-1 （3）刀具選取和仿真加工 點(diǎn)擊工具欄，選擇“粗車”，選擇加工路徑如圖（4-2）所示，然后確定，選取外圓刀，設(shè)置“進(jìn)給率”，“下刀速率”，“主軸轉(zhuǎn)速”等參數(shù)如圖（4-2）。然后點(diǎn)擊“粗加工參數(shù)”，如圖（4-3）所示。 圖4-2 圖4-3 （4）仿真驗(yàn)證。 點(diǎn)擊右側(cè)驗(yàn)證按鈕，點(diǎn)擊驗(yàn)證，粗加工仿真如圖4-4所示仿真圖，表示仿真正確；精加工仿真如圖4-45所示仿真圖，表示仿真正確。 圖4-4 2.切槽仿真加工 機(jī)床選擇、材料設(shè)置以及驗(yàn)證請(qǐng)參考內(nèi)圓仿真加工。 （1）刀具選擇和仿真加工點(diǎn)擊工具欄，選擇“徑向車削刀具路徑”，選擇加工路徑如圖（4.-5），然后確定，選取槽刀，設(shè)置“進(jìn)給率”，“下刀速率”，“主軸轉(zhuǎn)速”等參數(shù)如圖（4-6）。然后點(diǎn)擊“徑向粗車參數(shù)”，設(shè)置如圖（4-7）所示，最后點(diǎn)擊“徑向精車參數(shù)”，設(shè)置如圖（4-8）所示。 圖（4-5） 圖（4-6） 圖（4-7） （2）仿真驗(yàn)證。 點(diǎn)擊右側(cè)驗(yàn)證按鈕，點(diǎn)擊驗(yàn)證，切槽仿真如圖4-8所示仿真圖，表示仿真正確。 圖4-8 3．車螺紋仿真加工 機(jī)床選擇、材料設(shè)置以及驗(yàn)證請(qǐng)參考外圓仿真加工。 （1）刀具的選擇和仿真加工 點(diǎn)擊工具欄，選擇“車螺紋”，選擇加工路徑然后確定，選取螺紋刀，設(shè)置“進(jìn)給率”，“下刀速率”，“主軸轉(zhuǎn)速”等參數(shù)設(shè)置如圖（4-9）。然后點(diǎn)擊“車螺紋參數(shù)”，設(shè)置如圖（4-10）。 圖4-9 圖4-10 （2）仿真驗(yàn)證。 點(diǎn)擊右側(cè)驗(yàn)證按鈕，點(diǎn)擊驗(yàn)證，切槽仿真如圖4-11所示仿真圖，表示仿真正確。 圖4-11 4.2.2軸零件右端的仿真加工 軸零件右端的仿真加工與軸零件左端相似，如下圖所示。 圖4-12右端外圓 圖4-13外圓槽 圖4-14右端內(nèi)孔 總 結(jié) 控制機(jī)床時(shí)用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)來自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。對(duì)于數(shù)控加工，無論是手工編程還是自動(dòng)編程，在編程前都要對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對(duì)一些藝問題（如對(duì)刀點(diǎn)、加工路線等）也需要一些處理。并在加工過程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的產(chǎn)品為了更好地運(yùn)用數(shù)控技術(shù)，合理編程，現(xiàn)將數(shù)控車床編程指令中意思新近功能相似，格式參數(shù)較多，軌跡復(fù)雜的指令加以分析。 文章介紹了它們的異同點(diǎn)，難點(diǎn)，以便于合理運(yùn)用我不僅學(xué)到了許多加工工藝方面的只是，更學(xué)到了課本上沒有的知識(shí)。在實(shí)訓(xùn)的過程中遇到了不少問題，而犯的錯(cuò)誤也不少，通過實(shí)訓(xùn)讓我學(xué)會(huì)虛心求教，細(xì)心體察，大膽實(shí)踐。任何能力都是在實(shí)踐中積累起來的，都會(huì)有一個(gè)從不會(huì)到會(huì)，從不熟練到熟練的過程，人常說“生活是最好的老師”或是說只有在生活實(shí)踐中不斷磨練，才能提高獨(dú)立思考和解決問題的能力；同時(shí)也培養(yǎng)了自己優(yōu)良的學(xué)風(fēng)、高尚的人生、團(tuán)結(jié)和合作的精神；學(xué)會(huì)了勤奮、求實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度。勤奮就是要發(fā)奮努力、不畏艱難。 當(dāng)然，在實(shí)訓(xùn)過程中，我們也收獲了快樂，與同學(xué)的快樂，于老師的快樂。因?yàn)槊慨?dāng)自己或自己和同學(xué)完成了一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，或多或少有些欣慰，會(huì)感到開心，信息時(shí)和老師的交流的也是一種快樂。然然實(shí)訓(xùn)時(shí)間不長(zhǎng)，但對(duì)我今后的學(xué)習(xí)有很大幫助。這只是起點(diǎn)，終點(diǎn)離我們還有一定距離，所以還是需要我們繼續(xù)努力去走以后的路。而我們要把握好每一次的機(jī)會(huì)。錯(cuò)過了就再也找不回來了。 參考文獻(xiàn) 1 許鎮(zhèn)宇.機(jī)械零件.北京：高等教育出版社，1983； 2 孔慶復(fù).計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994； 3 雷宏.機(jī)械工程基礎(chǔ).哈爾濱：黑龍江出版社 2002 4 王中發(fā).實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社，1998； 5 唐宗軍.機(jī)械制造基礎(chǔ).大連：機(jī)械工業(yè)出版社，1997； 6 吳組育，秦鵬飛.數(shù)控機(jī)床.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003； 7 許翔秦，劉艷芳.數(shù)控加工編程實(shí)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000； 8 吳明友.數(shù)控機(jī)床加工技術(shù) 江蘇：東南大學(xué)出版社.2000； 9 王寶成.現(xiàn)代想問機(jī)床.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2000； 10 廖效果，朱啟俅.數(shù)字控制機(jī)床.江西：華中科技大學(xué)出版社，2002； 11 張樹森.機(jī)械工程學(xué).遼寧：東北大學(xué)出版社，2001； 12 應(yīng)云天.俄文翻譯手冊(cè). 北京：高等教育出版社，1999； 13 鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制（第三版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001； 14 曹錟.數(shù)控機(jī)床應(yīng)用與維修.北京：電子工業(yè)出版社，1994； 15 李福生.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè).北京：北京出版社，1993； 16王愛玲.實(shí)用數(shù)控與編程技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993 致 謝 本設(shè)計(jì)是在我在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的，這篇設(shè)計(jì)的每個(gè)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師的細(xì)心指導(dǎo)，而老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)和寬容的教學(xué)態(tài)度都深深地感染和激勵(lì)著我。并在此同時(shí)您還在思想上、學(xué)習(xí)上給予了我無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意。 我也要感謝我的母校，回想我在學(xué)院的兩年多的時(shí)間里，感謝各位老師對(duì)我的栽培，他們不僅在學(xué)習(xí)方面給了我很大的幫助。而且，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思維方式給予我無盡的啟迪，這些都將使我終生受益。 借此機(jī)會(huì)對(duì)他們表示深深的感謝，并祝福他們?cè)谝院蟮娜松猛局杏肋h(yuǎn)幸?？鞓?。我在這里生活和學(xué)習(xí)了兩年多的時(shí)間，我們同學(xué)、朋友們無論是在學(xué)習(xí)還是在生活及其它各個(gè)方面都給了我很多的幫助和支持。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的編寫過程當(dāng)中，我認(rèn)真地聽取他們的意見，使畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書表述更加清晰，內(nèi)容更加完善。 同時(shí)感謝自己的家人 ，謝謝你們。也謝謝那么多提供我資料的人。