639 螺紋軸車削加工及數(shù)控車削機(jī)床仿真的研究

639 螺紋軸車削加工及數(shù)控車削機(jī)床仿真的研究,639,螺紋軸車削加工及數(shù)控車削機(jī)床仿真的研究,螺紋,羅紋,車削,加工,數(shù)控,機(jī)床,仿真,研究,鉆研 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 螺紋軸車削加工及數(shù)控車削機(jī)床仿真的研究 畢業(yè) 任務(wù)書 一、題目 螺紋軸車削加工及數(shù)控車削機(jī)床仿真的研究 二、研究主要內(nèi)容 本課題來源于《飛機(jī)結(jié)構(gòu)件高效數(shù)控加工系統(tǒng)研究》項(xiàng)目，研究?jī)?nèi)容和 研 究方法上的要求是針對(duì)螺紋軸車削加工的特點(diǎn)，進(jìn)行刀路規(guī)劃，合理地劃分 加 工區(qū)域、選擇適合的加工方法。制成以提高加工精度兼顧效率的 NC 加工專用 程序。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1．完成指定翻譯文獻(xiàn)； 2．完成螺紋軸車削加工粗加工程編； 3．完成螺紋軸車削加工加工的程編； 4. 完成螺紋軸車削加工虛擬仿真加工及生成 NC 指令； 四、進(jìn)度和要求 要求學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)從第 1 周開始至第 17 周結(jié)束；主要的工作量及進(jìn)度要求如下： 第一階段：（共計(jì) 5 周） 1．第一周及第二周，翻譯并完成教師指定的英文文獻(xiàn)翻譯； 2．第三周，熟悉螺紋軸車削加工工藝及工藝模型處理； 設(shè)計(jì) 論文 3. 第四周，去工廠現(xiàn)場(chǎng)參觀調(diào)研； 4．第五周，熟悉及掌握 CAD\CAM 軟件相關(guān)的螺紋軸車削加工方法； 第二階段：（共計(jì) 5 周） 1．第六周及第七周，完成螺紋軸車削加工工藝模型建立和處理； 2. 第八周，完成螺紋軸車削加工的粗加工編程； 3. 第九周，完成螺紋軸車削加工精加工編程； 3. 第十周，完成仿真加工及數(shù)控加工代碼生成； 第三階段：（共計(jì) 5 周） 1 .第十一周，檢測(cè)螺紋軸車削加工程序的通用性； 2．第十二周，檢測(cè)螺紋軸車削加工刀路工藝規(guī)劃的合理性； 3．第十三周，進(jìn)行刀路優(yōu)化、過切檢查; 4. 第十四及第十五周，生成通用的數(shù)控指令(G 代碼和 M 代碼)； 5. 第十六周及第十七周，撰寫論文及評(píng)閱; 五、主要參考書及參考資料 [1]謝龍漢等. CATIAV5 數(shù)控加工[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [2] 謝龍漢等.CATIAV5 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [3] 謝龍漢等.CATIAV5 機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [4] 謝龍漢等.CATIAV5 逆向造型設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [5] 謝龍漢等.CATIAV5 自由曲面造型[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [6]謝龍漢等.CATIAV5 數(shù)控加工實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [7] 卜昆等.計(jì)算機(jī)輔助制造[M].北京：：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006. IV 摘 要 隨著全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù) 的普遍應(yīng)用，使得產(chǎn)品的加工周期大幅度縮短，產(chǎn)品的加工質(zhì)量不斷改善，加速了產(chǎn) 品的更新?lián)Q代，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因此數(shù)控加工技術(shù)的研究已成為研究重點(diǎn)。 在這個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，新科技日新月異的信息社會(huì)中，制造業(yè)也發(fā)生著革 命性的變化。計(jì)算機(jī)模擬、仿真技術(shù)省去了大量的工作量，大大節(jié)約了原材料成本， 提高了生產(chǎn)效率。工廠里現(xiàn)在大部分機(jī)床使用的都是數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工出來的零件 既符合外觀及精度有要求，又方便操作者進(jìn)行操作。掌握計(jì)算機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)是新時(shí) 代我們勢(shì)在必行的必須課。 作者在查閱和搜索大量與本畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)控加工進(jìn)行研究， 并在老師的耐心指導(dǎo)下，首先分析零件模型，根據(jù)零件的外形特點(diǎn)，確定加工方法。 利用 CATIA P3 V5R20 進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制，設(shè)計(jì)出該零件的 NC 加工方法，并且 嘗試找出最合理的加工方法。從而進(jìn)行零件的動(dòng)態(tài)模擬數(shù)控加工。此次設(shè)計(jì)中以螺紋 軸為加工對(duì)象，利用粗車，精車，切空槽，切溝槽，鉆孔，鉆螺紋孔等進(jìn)行加工。最 后，結(jié)合 CATIA 中設(shè)計(jì)好了的模型實(shí)例展現(xiàn)了 VERICUT 環(huán)境下數(shù)控加工仿真的全過程。 關(guān)鍵詞：粗車，精車，CATIA，仿真，VERICUT V ABSTRACT Since the competition of global manufacturing industry is increasingly intense, advanced manufacturing technologies appeared continuously. The general application of the modern Numerical Control Manufacturing technology, has made the processing cycle of the products shorten by a large margin, has improved the processing quality of the products, has accelerated the update of the products, and has strengthened the competitive power of the products. So the research of the process technology of numerical control has become the focal point of studying. The manufacturing method changes a lot with the development of the computer technology in the modern society. Computer simulation saves a lot of time for the workers and greatly saves the cost of raw materials. Also computer simulation increases production efficiency. At present, most of the factory machines are used in CNC machine tools. CNC machining parts achieved the requirement both in the appearance and in the accuracy. To master the computer manufacturing technology for the engineering working in the field of aviation is imperative. After looking up plenty of relevant articles, author researched the process technology of Numerical Control. Under the guidance of the teacher's patience，author analysis the mold of the part at first and according to the shape characteristics of parts , assure the method of processing. Finally utilized CATIA P3 V5R20 carrying on characteristic modeling and carry on Numerical Control establishment to process procedure and designed NC processing method of the part and try to find out the most reasonable method of processing .Thus the dynamic simulation Numerical Control of carrying on the part is processed. Regarding thread spindle as the target of processing in this design . author has used Rough Turning operation, Profile Finish Turning operation, Recess Turning operation, Groove Turning operation, Drilling, Reverse Threading. Further，the whole process of NC simulation under VERICUT is shown combining with designed model instance in CATIA． VI KEYWORDS: rough turning operation，profile finish turning operation，CATIA，simulation，VERICUT VII 前 言 近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè) 領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī) 械所代替。目前國(guó)外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到 85%以上，而我國(guó)的機(jī)械設(shè)備的數(shù) 控化率不足 20%，隨著我國(guó)制造行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)世界制造業(yè)加工中心地位 形成，數(shù)控機(jī)床的使用、維修、維護(hù)人員在全國(guó)各工業(yè)城市都非常緊缺，再加上數(shù)控 加工人員從業(yè)面非常廣，可在現(xiàn)代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè)、中小制造業(yè)、 從事相應(yīng)公司企業(yè)的電腦繪圖、數(shù)控編程設(shè)計(jì)、加工中心操作、模具設(shè)計(jì)與制造、 電火花及線切割工作，所以目前現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)人才無法滿足制造業(yè)的需求，而且人 才市場(chǎng)上的這類人才儲(chǔ)備并不大，企業(yè)要在人才市場(chǎng)上尋覓合適的人才顯得比較困難， 以至于導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)、CAD/CAM 工程師、數(shù)控編程、數(shù)控加工等已成為我國(guó)各人才 市場(chǎng)招聘頻率最高的職位之一?，F(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得產(chǎn)品的加工周期 大幅度縮短，產(chǎn)品的加工質(zhì)量不斷改善，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)能力。因此數(shù)控加工技術(shù)的研究已成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)的重要標(biāo)志之 一，更是體現(xiàn)一個(gè)機(jī)械制造企業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。正是基于上述形勢(shì)，許多制造 行業(yè)都已經(jīng)采用數(shù)控加工方式來提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，利用和發(fā)展數(shù)控加工，實(shí) 現(xiàn)高效數(shù)控加工已成為了制造類企業(yè)所普遍關(guān)心的大事。進(jìn)一步提高我國(guó)國(guó)防軍工行 業(yè)的數(shù)控效率以及數(shù)控制造能力，是加強(qiáng)軍工國(guó)防建設(shè)的迫切需要。 VIII 目錄 第一章 緒論 9 1.1 課題研究的意義 .9 1.2 CATIA 軟件的簡(jiǎn)單介紹 9 1.3 VERICUT 軟件的簡(jiǎn)單介紹 10 第二章 螺紋軸右端加工 .11 2.1 初始化 CATIA 加工環(huán)境 .11 2.2 螺紋軸的粗加工 .15 2.3 螺紋軸的精加工 .23 3.4 端面加工 .30 2.5 空槽加工 .32 2.6 溝槽加工 37 2.7 鉆孔 .42 2.8 鉆螺紋孔 46 第三章 螺紋軸左端加工 50 3.1 拷貝加工程序 .50 3.2 粗車 50 3.3 精車 52 3.4 切溝槽 53 3.5 加工螺紋 .55 第四章 VERICUT 數(shù)控仿真加工 .58 4.1 數(shù)控加工仿真技術(shù)概述 .58 4.2 數(shù)控加工仿真技術(shù)的操作步驟 61 4.3 數(shù)控加工的發(fā)展趨勢(shì) .62 4.4 VERCUT 仿真加工步驟 .63 IX 第五章 總結(jié)與展望 74 5.1 論文總結(jié) .74 5.2 后續(xù)展望 .75 參考文獻(xiàn) .77 致謝 .78 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) .79 7 第一章 緒論 1.1 課題研究的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，產(chǎn)品更新的速度越來越快， 多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。同時(shí)，隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工業(yè)消 費(fèi)品生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高。此外，激烈 的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研制、生產(chǎn)周期越來越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適 應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效、高質(zhì)量加工要求。因此，近幾十年來， 世界各國(guó)十分重視發(fā)展能有效解決復(fù)雜、精密、小批量、多變零件加工的數(shù)控加工技 術(shù)。在機(jī)械制造業(yè)中，大量采用以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)，并將 機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在 一起，使其生產(chǎn)方式發(fā)生了革命性變化。因此研究該課題意義在于使數(shù)控技術(shù)和數(shù)控 機(jī)床不斷更新?lián)Q代，向高速度、多功能、智能化、開放型以及高可靠性等方面迅速發(fā) 發(fā)展。 1.2 CATIA 軟件的簡(jiǎn)單介紹 CATIA 是法國(guó)的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成 部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、 分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。新的 V5 版本界面更加友好，功 能也日趨強(qiáng)大，并且開創(chuàng)了 CAD/CAE/CAM 軟件的一種全新風(fēng)格。 CATIA V5 版本具有： 1.重新構(gòu)造的新一代體系結(jié)構(gòu) 為確保 CATIA 產(chǎn)品系列的發(fā)展，CATIA V5 新的體系結(jié)構(gòu)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)， 采用了新一代的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，可快速地適應(yīng)企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，使客戶具有更大的 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 2.支持不同應(yīng)用層次的可擴(kuò)充性 8 CATIA V5 對(duì)于開發(fā)過程、功能和硬件平臺(tái)可以進(jìn)行靈活的搭配組合，可為產(chǎn)品 開發(fā)鏈中的每個(gè)專業(yè)成員配置最合理的解決方案。允許任意配置的解決方案可滿足從 最小的供貨商到最大的跨國(guó)公司的需要。 3.與 NT 和 UNIX 硬件平臺(tái)的獨(dú)立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平臺(tái)和 UNIX 平臺(tái)上開發(fā)完成的，并在所有所支持的 硬件平臺(tái)上具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、功能、版本發(fā)放日期、操作環(huán)境和應(yīng)用支持。CATIA V5 在 Windows 平臺(tái)的應(yīng)用可使設(shè)計(jì)師更加簡(jiǎn)便地同辦公應(yīng)用系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)；而 UNIX 平 臺(tái)上 NT 風(fēng)格的用戶界面，可使用戶在 UNIX 平臺(tái)上高效地處理復(fù)雜的工作。 4.專用知識(shí)的捕捉和重復(fù)使用 CATIA V5 結(jié)合了顯式知識(shí)規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)，可在設(shè)計(jì)過程中交互式捕捉設(shè)計(jì)意圖， 定義產(chǎn)品的性能和變化。隱式的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)變成了顯式的專用知識(shí)，提高了設(shè)計(jì)的自動(dòng) 化程度，降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。 5.給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級(jí) CATIA V4 和 V5 具有兼容性，兩個(gè)系統(tǒng)可并行使用。對(duì)于現(xiàn)有的 CATIA V4 用戶， V5 能引領(lǐng)他們邁向 NT 世界。對(duì)于新的 CATIA V5 客戶，可充分利用 CATIA V4 成熟的 后續(xù)應(yīng)用產(chǎn)品，組成一個(gè)完整的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 本次設(shè)計(jì)主要用到 CATIA 軟件中的仿真加工部分。 1.3 VERICUT 軟件的簡(jiǎn)單介紹 VERICUT 可以是可以進(jìn)行 NC 程序的驗(yàn)證、機(jī)床的模擬和 NC 程序的優(yōu)化的一款數(shù) 控模擬仿真軟件，它是美國(guó)的 CGTech 公司于 1988 年開發(fā)的，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了 VT7.3 版本。該軟件的基本思想就是在進(jìn)行真實(shí)的加工之前，盡可能真實(shí)的在虛擬的環(huán)境里 模擬加工的整個(gè)過程和加工的結(jié)果，避免在真實(shí)的加工中出現(xiàn)零件的過切、欠切，避 免發(fā)生機(jī)床碰撞，并最大程度的優(yōu)化 NC 程序、延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高的加工的效 率和加工質(zhì)量。程序驗(yàn)證就是驗(yàn)證程序的正確性，說的通俗一點(diǎn)就是檢查 G 代碼的正 確性。任何一個(gè)機(jī)械加工廠，其最基本也是最簡(jiǎn)單的要求就是要盡量提高零件的合格 率。就是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的基本要求，機(jī)械加工廠并不是那么容易就能達(dá)到。影響零件 合格率的因素有很多，最根本、最重要的就是加工工藝方案和數(shù)控加工程序，因?yàn)檫@ 兩個(gè)因素是根本、源頭，是指導(dǎo)生產(chǎn)零件的，二者出現(xiàn)錯(cuò)誤，報(bào)廢或造成故障的就不 9 是單個(gè)零件，而是一批零件，造成的損失也是巨大的。因此，我們要杜絕加工工藝方 案和數(shù)控加工程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，對(duì)于加工工藝方案，在此不多作敘述，是可以通過人的 校對(duì)來保證其正確性的，但是對(duì)于數(shù)控加工程序，這樣是不能保證其正確性的，特別 是復(fù)雜的 NC 程序，人工校對(duì)根本不可能，VERICUT 的 NC 程序驗(yàn)證功能很好的解決了 這個(gè)問題。機(jī)床模擬就是模擬加工過程中機(jī)床各個(gè)組件之間的相互運(yùn)動(dòng)，其過程和真 實(shí)機(jī)床一樣，這樣就可以檢查機(jī)床碰撞，避免發(fā)生，這樣就很好保護(hù)了機(jī)床，延長(zhǎng)機(jī) 床的使用壽命。NC 程序優(yōu)化可以最大限度的優(yōu)化加工的進(jìn)給率，計(jì)算最合適刀具長(zhǎng) 度，提高生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高刀具使用效率。對(duì)于企業(yè)來說， VERICUT 的這三個(gè)基本功能的目標(biāo)很明確：提高加工零件的合格率，提高機(jī)床和刀具 的使用效率，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，使之 在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地。因此，對(duì)于從事機(jī)械加工行業(yè)的人來說，學(xué)習(xí)和掌握 VERICUT 就顯得尤為重要。 本次設(shè)計(jì)主要用到 VERICUT 中的仿真部分。 10 第二章 螺紋軸右端加工 2.1 初始化 CATIA 加工環(huán)境 a) 打開毛坯 在 CATIA 中打開螺紋軸毛坯并進(jìn)入到加工環(huán)境（毛坯為 R105 X 570） 圖 2.1 毛坯 圖 2.2 導(dǎo)入毛坯 11 b) 選擇機(jī)床 在此，選擇 Horizontal Lathe Machine（臥式車床） ，機(jī)床的各種參數(shù)都不用修改， 使用默認(rèn)值。 圖 2.3 選擇機(jī)床 c) 選擇坐標(biāo)系 把坐標(biāo)系名稱命名為 XOY，位置固定于左側(cè)軸心處，并定義 Z 軸方向沿軸向。 圖 2.4 選擇坐標(biāo)系 d) 選取幾何圖形 12 在 Geometry 中選擇加工零件以及毛坯。 圖 2.5 選擇零件和毛坯 e) 然后指定刀具起點(diǎn)位置 position 為了進(jìn)退刀方便，指定刀具起點(diǎn)位置為（200 0 800） 。 圖 2.6 設(shè)置換刀點(diǎn) 13 2.2 螺紋軸的粗加工 a) 進(jìn)入粗車環(huán)境 選擇制造程序，然后點(diǎn)擊 Rough Turning operation 進(jìn)入粗車。選擇毛坯元素和 零件元素。 圖 2.7 粗車 b) 設(shè)置加工余量 1、加工余量：為了保證零件的質(zhì)量（精度和粗糙度值），在加工過程中，需要 從工件表面上切除的金屬層厚度，稱為加工余量。加工余量又有總余量和工序余 量之分。 2、總余量：某一表面毛坯尺寸與零件設(shè)計(jì)尺寸之差稱為總余量。 3、工序余量：該表面加工相鄰兩工序尺寸之差稱為工序余量。 工序余量有單邊余量和雙邊余量之分 14 圖 2.8 余量 1）單邊余量： 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱表面的加工余量，稱為單邊余量，用 Zb 表示。 表 2-1 余量公式 Zb＝la-lb 式中：Zb——本工序的工序余量； lb——本工序的基本尺寸； la——上工序的基本尺寸。 2）雙邊余量：對(duì)稱結(jié)構(gòu)的對(duì)稱表面的加工余量，稱為雙邊余量。 對(duì)于外圓與內(nèi)孔這樣的對(duì)稱表面，其加工余量用雙邊余量 2Zb 表示， 對(duì)于外圓表面有： 2Zb＝da-db； （2-1） 對(duì)于內(nèi)圓表面有： 2Zb＝Db-Da （2-2） 總余量=所有工序余量之和 加工余量的確定——計(jì)算法、查表法和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法 （1）經(jīng)驗(yàn)估算法：靠經(jīng)驗(yàn)估算確定，從實(shí)際使用情況看，余量選擇都偏大，一般用 于單件小批生產(chǎn)。 15 （2）查表法(各工廠廣泛采用查表法)：根據(jù)手冊(cè)中表格的數(shù)據(jù)確定，應(yīng)用較多。 （3）分析計(jì)算法(較少使用)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料和計(jì)算公式，綜合確定，比較科學(xué)，數(shù) 據(jù)較準(zhǔn)確，一般用于大批大量生產(chǎn)。 加工余量選取原則 余量過大——〉材料浪費(fèi)，成本增大；余量過小——〉不能糾正 加工誤差，質(zhì)量降低。所以，在保證質(zhì)量的前提下，選余量盡可能小。 c) 刀具的選擇 刀具的選擇原則： a.刀具半徑 R 應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑，約為 (0.8~0.9）R min. b.切削深度取(1/4～1/2)D，以保證刀具有足夠的加工剛度。 數(shù)控加工對(duì)刀具的要求很高。不僅要?jiǎng)偠群?、精度好，還要使用壽命長(zhǎng)。 1)材料 : 優(yōu)質(zhì)高速鋼,硬質(zhì)合金,耐磨涂層,陶瓷材料等 2)類別 : 種類繁多 車刀可分為： ⑴整體車刀 ⑵焊接車刀 ：其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，刀具剛度好，抗振性能強(qiáng)，制造方便， 適用靈活。其缺點(diǎn)是切削性能較低，刀桿不能重復(fù)利用，輔助時(shí)間 常。 ⑶機(jī)夾車刀 ⑷可轉(zhuǎn)位車刀：使用可轉(zhuǎn)位刀片的機(jī)夾車刀。其優(yōu)點(diǎn)是刀具使用壽命常，生產(chǎn)效 率高，有利于推廣新技術(shù)，新工藝，有利于降低刀具成本。 (5)成形車刀：用在各類車床上加工內(nèi)，外回轉(zhuǎn)體成形表面，其刀形根據(jù)工件輪廓 設(shè)計(jì)。該種車刀有平體，棱體，圓體三種型式。 車刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、后刀面和副后刀面等組成。 它的幾何形狀由前角 γo、后角 αo、主偏角 κr、刃傾角 γs、副偏角 κ′r 和刀尖圓 弧半徑 rε 所決定。車刀幾何參數(shù)的選擇受多種因素影響，必須根據(jù)具體情況選取。 16 圖 2.9 刀具組成 圖 2.10 車刀參數(shù) 刀柄：主軸與刀具的聯(lián)系環(huán)節(jié), 用以?shī)A持刀具 17 作用：傳遞扭矩、夾持刀具 分類：１）普通刀柄 ２）液壓刀柄 圖 2.11 刀片參數(shù) d) 走刀方式 走刀路線的規(guī)劃 走刀路線是指數(shù)控加工過程中刀位點(diǎn)相對(duì)于被加工工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。 確定走刀路線的原則： a. 保證零件的加工精度和光潔度 b. 方便數(shù)值計(jì)算，減少程序段數(shù) c. 縮短走刀路線，減少空程 d. 易于增加零件剛性 e．盡量避免刀具在加工中向下 f. 刀具軌跡變化盡量做到平緩 g. 精加工最好采用順 18 圖 2.13 縱向走刀 e) 轉(zhuǎn)速和切削速度的選擇 1、轉(zhuǎn)速 一般與直徑有關(guān)系，徑大的轉(zhuǎn)速低，徑小的轉(zhuǎn)速高，提高它的線速度。與吃 刀量大小也有關(guān)系。 2、切削速度 vc 切削速度 vc 是刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)線速度。由于 切削刃上各點(diǎn)的切削速度可能是不同，計(jì)算時(shí)常用最大切削速度代表刀具的切削 速度。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)： （2-2） 式中 d—切削刃上選定點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑，mm; n—主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，r/s 或 r/min. 此次轉(zhuǎn)速和切削速度由 CATIA 系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，設(shè)置加工精度為 0.1mm/turn， 退刀量為 0.3mm/turn 19 圖 2.14 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 f) 進(jìn)退刀方向 選擇垂直進(jìn)刀，水平退刀。 圖 2.15 進(jìn)退刀 g) 形成刀軌 20 圖 2.16 刀軌 h) 動(dòng)畫仿真 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.17 仿真 i) 分析余量和過切 21 圖 2.18 余量分析 在 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng)用, 主要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 圖 2.19 過切分析 到此步為止就完成了螺紋軸的右端粗車加工。 2.3 螺紋軸的精加工 a) 進(jìn)入精車加工環(huán)境 選擇精加工零件表面，零件的加工余量設(shè)為零。 22 圖 2.20 精加工環(huán)境 b) 選擇走刀方式 刀具的走刀方式為外部走刀 圖 2.21 外部走刀 c) 刀具參數(shù) 刀具參數(shù)的設(shè)定同粗加工，參數(shù)不變，刀片的參數(shù)也不變 23 圖 2.22 刀具和刀片參數(shù) d) 切削速度及轉(zhuǎn)速 1) 切削速度與切削溫度理論 理論核心：Vc Tv 上升一定程度后達(dá)到極限之后 高速加工的特點(diǎn)： Vc Tv 高轉(zhuǎn)速+高進(jìn)給+小切削量 24 圖 2.23 理論圖 2) 轉(zhuǎn)速(S)的確定： 如果有切削參數(shù)庫(kù)，可直接查切削參數(shù)庫(kù)； 否則，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),并配合刀具廠家提供的刀具切削線速度 vc (m/min) 查 表計(jì)算來確定。 刀具廠商根據(jù)被切削材料、刀具材料、切削深度、切削寬度等建立了刀具切 削線速度 vc(m/min)查詢表 主軸轉(zhuǎn)速 n (r/min)根據(jù)允許的切削速度 vc (m/min)選取 （2- 3） D----工件或刀具的直徑 (mm) 40302010切 削 速 度 （ m/in)傳遞熱量(kW)0.51.01.52.0 50切 屑 刀 具工 件高 速 切 削 刀 具 、 工 件 、 切 屑 吸 收 的 熱 量10nD?? 25 圖 2.24 材料與轉(zhuǎn)速 由上述理論，此次精加工選擇較大進(jìn)給量 0.4mm_turn，較高轉(zhuǎn)速 1500turn_mn。 圖 2.25 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 26 e) 進(jìn)退刀方向 選擇垂直進(jìn)刀，水平退刀。 圖 2.26 進(jìn)退刀 f) 模擬仿真加工 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.27 仿真 27 g) 分析余量和過切 圖 2.28 余量分析 在 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng)用, 主要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 圖 2.29 過切分析 28 2.4 端面加工 a) 進(jìn)入粗車加工環(huán)境 選擇零件元素與毛坯元素 其中的余量設(shè)為零，走刀方式為端面走刀，其余參數(shù)設(shè)置同上述的粗加工 圖 2.30 車端面 圖 2.31 走刀方式 29 圖 2.32 走到軌跡 b) 仿真加工及分析 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.32 仿真 30 圖 2.33 剩余材料分析 圖 2.34 過切分析 2.5 空槽加工 a) 進(jìn)入空槽加工環(huán)境 選擇加工的零件元素和毛坯元素 由于空槽加工可以一步到位，所以不用預(yù)留余量。 31 圖 2.35 進(jìn)入空槽加工環(huán)境 b) 選擇刀具走刀方式 平行外形走刀，徑向切削深度設(shè)為 1mm。 圖 2.36 走刀方式 32 c) 定義空槽加工刀具 選擇直刃刀具，其余參數(shù)使用系統(tǒng)默認(rèn)值。 圖 2.37 刀具參數(shù) d) 定義刀具刀片 左刀尖半徑=右刀尖半徑=0.2mm。 圖 2.38 刀片參數(shù) 33 e) 進(jìn)給速度與轉(zhuǎn)速同粗加工 圖 2.39 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 f) 進(jìn)退刀方式 圖 2.40 進(jìn)退刀 g) 仿真加工 34 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.41 仿真 h) 剩余材料與過切分析 圖 2.42 剩余材料分析 35 在 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng)用, 主要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 圖 2.43 過切分析 2.6 溝槽加工 a) 進(jìn)入溝槽加工環(huán)境 單擊 Groove Turning operation 進(jìn)入溝槽加工模塊， b) 選擇要加工的零件元素和毛坯元素 由于可以一步完成加工，所以不用留余量。 圖 2.44 溝槽加工 36 c) 走刀方式 在 strategy 中選擇 orientation 為外部走刀。 圖 2.45 走刀方式 d) 選擇刀具并定義刀具參數(shù) 在刀具選項(xiàng)中選擇切槽刀，在 More 中定義各種參數(shù)。在 Hand Style 中選擇 Left Hand,其中的最大切削深度定位 20mm（防止刀具與工具干涉）。 圖 2.46 刀具參數(shù) e) 切削深度和轉(zhuǎn)速 切削深度不要太大，其中 Lead_in = 0.1 mm_turn；First_plunge = 0.3 37 mm_turn；Next_plunge = 0.4 mm_turn；Lift_off = 0.8 mm_turn。轉(zhuǎn)速 =1500turn_mn。 圖 2.47 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 f) 進(jìn)退刀方向 選擇進(jìn)到方向?yàn)樗竭M(jìn)刀，由用戶自己定義，并激活；選擇推刀方向?yàn)榇怪?退刀，由用戶自己定義，并激活。 圖 2.48 進(jìn)退刀 g) 刀軌及仿真加工 38 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.49 生成刀軌 圖 2.50 仿真加工 h) 分析過切 在 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng) 用,主要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 39 圖 2.51 過切分析 2.7 鉆孔 a) 進(jìn)入鉆孔加工環(huán)境 單擊 Drilling 進(jìn)入鉆孔加工。 b) 選擇鉆孔加工位置 在鉆孔位置出單擊，然后再選擇零件上的孔，之后在空白處雙擊。 圖 2.52 鉆孔 c) 鉆孔方式選項(xiàng) 在 approach clearance 中取 5 mm，first compensation 默認(rèn)取 1。 40 圖 2.53 鉆孔參數(shù) d) 選擇鉆刀參數(shù) 首先單擊刀具，然后選擇 Drill,之后打開 More 選項(xiàng)，選擇 nominal diameter = 30mm，overall length = 200mm, cutting length = 100mm, length =150mm, body diameter = 33mm,其余參數(shù)默認(rèn)。 41 圖 2.54 鉆刀參數(shù) e) 進(jìn)給速度與轉(zhuǎn)速 選擇 approach = 300mm_turn, plunge = 10 mm_turn，machining = 800 mm_turn，retract = 300 mm_turn，spindle speed = 1500turn_mn。 圖 2.55 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 f) 進(jìn)退刀方向 進(jìn)刀和退刀都由用戶自己定義并激活，進(jìn)刀選擇垂直方向，退刀也選擇垂直方向。 42 圖 2.56 進(jìn)退刀 g) 仿真加工 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.57 仿真 h) 過切分析 在 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng) 用,主要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 43 圖 2.58 過切分析 2.8 鉆螺紋孔 a) 進(jìn)入鉆螺紋孔環(huán)境 單擊 Reverse Threading 進(jìn)入鉆螺紋孔加工環(huán)境。 b) 選擇鉆螺紋孔加工位置 圖 2.59 位置在圓心 c) 鉆螺紋孔方式選項(xiàng) 44 在 approach clearance 中取 5 mm，first compensation 默認(rèn)取 1。 圖 2.60 鉆螺紋參數(shù) a) 選擇鉆刀參數(shù) 首先單擊刀具，然后選擇 Reverse Threading,之后打開 More 選項(xiàng)，選擇 nominal diameter = 30mm，overall length = 200mm, cutting length = 100mm, length = 150mm, body diameter = 33mm，其余參數(shù)默認(rèn)。 45 圖 2.61 螺紋刀參數(shù) d) 進(jìn)給速度與轉(zhuǎn)速 選擇 approach = 300mm_turn, plunge = 10 mm_turn，machining = 1mm_turn，retract = 300 mm_turn，spindle speed = 1500turn_mn。都是默認(rèn)值。 圖 2.62 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 e) 進(jìn)退刀方向 進(jìn)刀和退刀都由用戶自己定義并激活，進(jìn)刀選擇垂直方向，退刀也選擇垂直方向。 該步驟同上一章的鉆孔進(jìn)退刀步驟。 f) 仿真加工 46 單擊 進(jìn)入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進(jìn)行仿真演示。 圖 2.63 仿真 47 第三章 螺紋軸左端加工 3.1 拷貝加工程序 拷貝 Part Operation.1，然后選擇性粘貼，簡(jiǎn)單粘貼，刪除其中的空槽加工部分， 端面加工部分，鉆孔加工部分以及螺紋孔加工部分。留下粗車，精車和切溝槽部分。 圖 3.1 拷貝程序 3.2 粗車 單擊 Part Operation.2 中的粗車部分，修改其中的零件元素和毛坯元素，其他 的各種參數(shù)都不用改。 48 圖 3.2 粗車 然后仿真加工，分析是否有過切現(xiàn)象 圖 3.3 刀軌 在 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng)用, 主要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 49 圖 3.4 分析余量和過切 3.3 精車 修改精車中的零件元素，其他的各種參數(shù)都不用改。 圖 3.5 精車 然后仿真加工 50 圖 3.6 仿真 3.4 切溝槽 修改其中的零件元素和毛坯元素，其他的各種參數(shù)都不用改。仿真加工之后分析 過切現(xiàn)象。 圖 3.7 零件毛坯元素 51 圖 3.8 刀軌 圖 3.9 仿真加工 Video 窗口中選擇 Analyze 進(jìn)入到 Analysis 選項(xiàng)卡，選擇 Gouge,然后點(diǎn)應(yīng)用,主 要分析刀具對(duì)工件是否有過切現(xiàn)象。 52 圖 3.10 過切分析 3.5 加工螺紋 a) 進(jìn)入螺紋加工環(huán)境 單擊 進(jìn)入螺紋加工，然后按要求選擇起止位置和零件元素。 圖 3.11 螺紋元素 53 b) 選擇螺距 螺紋用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)，orientation 為 external，螺距=3mm 。 圖 3.12 選擇螺距 c) 選擇螺紋刀具參數(shù) 圓柱螺紋主要幾何參數(shù) ①外徑（大徑），與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱體直徑。螺紋的 公稱直徑即大徑。 ②內(nèi)徑（小徑），與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱體直徑。 ③中徑，母線通過牙型上凸起和溝槽兩者寬度相等的假想圓柱體直徑。 ④螺距，相鄰牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 ⑤導(dǎo)程，同一螺旋線上相鄰牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 ⑥牙型角，螺紋牙型上相鄰兩牙側(cè)間的夾角。 ⑦螺紋升角，中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之間的夾角。 54 圖 3.13 螺紋刀參數(shù) d) 進(jìn)給速度與轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速度 Vf(單位 mm/min)：刀具上的基準(zhǔn)點(diǎn)沿著刀具軌跡相對(duì)于工件移動(dòng)時(shí) 的速度。計(jì)算公式： Vf=n*fz*z; (3- 1) (n 為刀具或工件轉(zhuǎn)速.單位為 r/min，fz 為每齒進(jìn)給量,z 為刀齒數(shù))。 圖 3.14 進(jìn)給率和轉(zhuǎn)速 55 e) 進(jìn)退刀 圖 3.15 進(jìn)退刀 56 第四章 VERICUT 數(shù)控仿真加工 4.1 數(shù)控加工仿真技術(shù)概述 仿真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信 息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng) 進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。 數(shù)控加工仿真利用計(jì)算機(jī)來模擬實(shí)際的加工過程，是驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可 靠性和預(yù)測(cè)切削過程的有利工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。 試切環(huán)境的模型化、仿真計(jì)算和圖形顯示等方面是數(shù)控仿真研究熱點(diǎn)，目前 正向提高模型的精確度、仿真計(jì)算實(shí)時(shí)化和改善圖形顯示的真實(shí)感等方向發(fā)展。 數(shù)控仿真可分為幾何仿真和物理仿真 ● 幾何仿真 不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具-工件幾何 體的運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證NC程序的正確性，減少或消除因程序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的機(jī)床損傷、 夾具破壞或刀具折斷、零件報(bào)廢等問題 幾何仿真——根據(jù)數(shù)控程序，仿真工藝系統(tǒng)部件的幾何相對(duì)運(yùn)動(dòng) 切削過程仿真 圖4.1切削仿真 機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真 57 圖4.2機(jī)床運(yùn)動(dòng) 加工仿真的應(yīng)用： ? 避免碰撞，降低事故發(fā)生率 ? 驗(yàn)證加工路線是否合理 ? 避免了試切過程 ? 實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的優(yōu)化選取 物理仿真的產(chǎn)生背景 ?新材料、新結(jié)構(gòu)應(yīng)用 → 研制過程中的廢品率高 ?新刀具、涂層、冷卻液及加工技術(shù)應(yīng)用 → 以前積累的工藝參數(shù)不再適 用，加工效率得不到提升 ?依靠試切方式進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā) → 產(chǎn)品研發(fā)周期長(zhǎng)，無法全面預(yù)估潛 在的加工問題 ? 需要采用科學(xué)的分析方法，在盡可能少 浪費(fèi)情況下對(duì)任何材料、任何工件以及 → 減少研發(fā)周期與試生產(chǎn)時(shí)間 加工工藝進(jìn)行分析，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn) 可更快的引入新材料與新工 藝 ● 物理仿真 物理仿真是在幾何仿真的基礎(chǔ)上，在數(shù)控加工過程中添加切削動(dòng)態(tài)力學(xué) 特性，用來預(yù)測(cè)數(shù)控機(jī)床的加工條件產(chǎn)生的一些參數(shù)的變化，如：刀具的磨 損、刀具的振動(dòng)以及變形，從而相應(yīng)的調(diào)節(jié)切削參數(shù)，達(dá)到優(yōu)化切削過程的 目的。 數(shù)控仿真加工技術(shù)主要針對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，使用特定的數(shù)控加工軟件對(duì) 工件的加工過程進(jìn)行模擬仿真，一方面可以對(duì)在加工過程中，所用到的數(shù)控 程序進(jìn)行檢驗(yàn)，制定出更加合理的加工程序，另一方面還可以對(duì)加工期間出 現(xiàn)的一些問題進(jìn)行提前預(yù)知，并制定出相應(yīng)的解決方案，達(dá)到提高生產(chǎn)效率 的目的。 物理仿真的作用：切削參數(shù)范圍優(yōu)化 預(yù)測(cè)切屑形狀和切削力 58 研究切削溫度與應(yīng)力分布 研究刀具磨損和失效形式 研究機(jī)床-工件-刀具系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 研究工件加工表面完整性 數(shù)控加工仿真存在問題 ? 幾何仿真技術(shù)的應(yīng)用不夠全面 ? 缺乏機(jī)床庫(kù)，軟件中機(jī)床配置繁瑣 ? 現(xiàn)有軟件運(yùn)行占用計(jì)算機(jī)資源嚴(yán)重 ? 仿真時(shí)間冗長(zhǎng) ? 仿真過程和結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行仍有差異 ? 物理仿真與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 ? 計(jì)算模型與實(shí)際過程存在差異 ? 邊界條件的選取依賴于實(shí)際切削工況 ? 應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際開展加工過程的優(yōu)化 ? 目前幾何仿真和物理仿真正在走向集成和融合 本文主要基于VERICUT軟件的平臺(tái)，進(jìn)行幾何仿真的應(yīng)用技術(shù)研究。 加工表面粗糙度影響刀具的結(jié)構(gòu)形狀和切削用量； 4.2 數(shù)控加工仿真技術(shù)的操作步驟 ● 建立機(jī)床模型： 數(shù)控機(jī)床模型由幾何模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型構(gòu)成，幾何模型由VERICUT軟件模 塊所提供的基本體素的運(yùn)算所構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型則根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 建立。 ● 選擇機(jī)床控制系統(tǒng)： 軟件本身提供了近百種配有制造商提供的機(jī)床控制文件庫(kù), 支持國(guó)內(nèi)和國(guó) 外的許多控制系統(tǒng)，包括從三坐標(biāo)到五坐標(biāo)的各種數(shù)控系統(tǒng),足以滿足了用戶 的實(shí)際需要。如果控制系統(tǒng)不能滿足用戶要求,可以把已有的控制系統(tǒng)加入到 控制系統(tǒng)庫(kù)文件中進(jìn)行操作。 ● 添加夾具和毛坯實(shí)體 59 選擇刀具，并建立刀具庫(kù)，向模擬數(shù)控機(jī)床添加相應(yīng)的工件夾具，調(diào)入NC 程序，按照要求設(shè)定機(jī)床相應(yīng)參數(shù)。 數(shù)控機(jī)床模型的建立可以按照上述方法來完成，本文數(shù)控機(jī)床模型即是按 照上述步驟來建立的，本文所建立的數(shù)控機(jī)床模型為數(shù)控立式銑床，數(shù)控立式 銑床為加工非回轉(zhuǎn)工件效率最高的機(jī)床，立式數(shù)控銑床的加工空間大，所以在 有限的空間內(nèi)，其加工能力比其他類型的機(jī)床強(qiáng)的多。Bridgeport機(jī)床為三軸 立式數(shù)控銑床，該機(jī)床具有高剛性，熱穩(wěn)定性的主軸，獨(dú)特的載重式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，提高了導(dǎo)軌的剛性、吸振性以及表面接觸性能。 4.3 數(shù)控加工的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前數(shù)控的發(fā)展趨勢(shì)主要是以下三大趨勢(shì)： 第一：多任務(wù)機(jī)床的使用會(huì)越來越廣泛?，F(xiàn)代的機(jī)床正朝多功能、多主軸、多 通道或多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的方向發(fā)展。CIMdata 所了解的最復(fù)雜的機(jī)床已經(jīng)發(fā)展到 22 軸， 像這種機(jī)床的編程和使用都會(huì)很復(fù)雜。很多的 NC 軟件商都想能夠熟悉、支持這種 復(fù)雜的機(jī)床，這樣就可以成為該領(lǐng)域的佼佼者。隨著技術(shù)的進(jìn)步，使用的多通道、 多主軸的復(fù)合加工機(jī)床將會(huì)越來越多?，F(xiàn)在用得最多的就是車銑復(fù)合機(jī)床，在這 種機(jī)床上可以同時(shí)進(jìn)行車和銑的操作。以車削為主的機(jī)床，一般是四軸雙刀塔另 外一種使用的比較多的機(jī)床就是機(jī)床有兩個(gè)主軸，一個(gè)主主軸一個(gè)副主軸，主主 軸還帶 B 軸，加工時(shí)，該機(jī)床可以同時(shí)進(jìn)行車和銑的操作，其每一個(gè)主軸都可以 夾緊零件，零件的兩端都可以進(jìn)行加工。為了能有效的利用這種多功能機(jī)床，就 需要特殊的軟件來編程控制刀具的移動(dòng)、模擬機(jī)床的加工過程。然而對(duì)于機(jī)床操 作者來說，機(jī)床模擬就是最重要的，因?yàn)樵谀M的過程中可以看見零 件最終的加工狀態(tài)，避免機(jī)床碰撞，優(yōu)化數(shù)控程序。 第二：五軸加工越來越多。五軸加工在航空航天領(lǐng)域和葉片加工已經(jīng)應(yīng)用了 好多年，并且在模具制造行業(yè)，五軸加工使用的越來越廣泛。在歐洲，五軸加工 已經(jīng)成為制造業(yè)的主流機(jī)床。加工有復(fù)雜幾何外形的零件時(shí)，如果使用五軸機(jī)床， 不僅可以減少工序，還可以減少換刀次數(shù)，有些情況下還可以縮短刀具的工作長(zhǎng) 度，這樣就能很好的提高加工質(zhì)量好額刀具壽命。除此之外，五軸機(jī)床的價(jià)格也 日益低廉，新的編程軟件的自動(dòng)化成都也提高了，更容易學(xué)習(xí)和掌握。 第三：高速銑。高度銑技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，大多數(shù)的工廠都在使用這種技術(shù)。 60 支持高速銑的軟件必須要能夠快速的傳輸數(shù)據(jù)，并且較少刀軌的突然變向，保持 切屑體積的恒定，這樣就可以對(duì)答限度的延長(zhǎng)刀具的使用壽命，加工出表面質(zhì)量 很好的零件。 第四：更加真實(shí)的模擬。機(jī)床模擬、刀軌驗(yàn)證的一些軟件已經(jīng)有了很大的進(jìn)步， 像 Machine-Works、CGTech 一些公司在這方面貢獻(xiàn)比較大。整個(gè)加工過程的真實(shí) 的模擬包括機(jī)床工具、刀柄、機(jī)床組件、切削刀具、零件毛坯都會(huì)給使用者在視 覺上對(duì)機(jī)床的動(dòng)作有很好的了解。模擬刀軌就需要驗(yàn)證刀軌的精確性。碰撞、過 切、切削不完全和任何和目標(biāo)零件之間的偏離都會(huì)被顯示出來。通過過程毛坯與 零件模型的比較，剩余的材料則可以顯示出來。這些軟件還可以提供加工的零件 的真實(shí)的照片。并且驗(yàn)證和模擬軟件和編程軟件的交互程度變得越來越高。對(duì)于 編程者、工藝員和機(jī)床操作者來說，驗(yàn)證中間過程變得越來越重要。除此之外， 隨著機(jī)床控制器變得功能越來越強(qiáng)大，功能越來越多，有些機(jī)床可以在自己的控 制器進(jìn)行機(jī)床模擬。在加工零件的同時(shí)，機(jī)床能預(yù)先對(duì)程序進(jìn)行模擬，這樣就能 在碰撞發(fā)生之前檢測(cè)到碰撞，這樣機(jī)床就會(huì)停止運(yùn)行，保護(hù)機(jī)床。 （WFL 就有這種 功能） 。西門子在 CAM 軟件開發(fā)和機(jī)床控制器制造的主導(dǎo)者，他們已經(jīng)在他們的 CAM 軟件中加入了世紀(jì)控制機(jī)床的代碼，像 G 和 M 代碼，這樣就能在 CAM 軟件中 進(jìn)模擬所有的實(shí)際的機(jī)床運(yùn)動(dòng)。這樣機(jī)床模擬和刀軌驗(yàn)證就更加的真實(shí)。機(jī)床造 者在進(jìn)行某個(gè)實(shí)際加工，就可以虛擬的進(jìn)行下一個(gè)程序的加工。 4.4 VERCUT 仿真加工步驟 基本步驟主要包括以下幾個(gè)方面： 1. 控制系統(tǒng) 2. 機(jī)床結(jié)構(gòu) 3. 定義毛坯 4. 對(duì)刀（機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系重合） 5. 構(gòu)建刀具庫(kù) 6. 添加 NC 程序，開始仿真 61 4.4.1 控制系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu) a) 首先雙擊 vericut 圖標(biāo)，打開該軟件。 圖 4.3 打開軟件 b) 然后選擇 、、，建立一個(gè)新的操作項(xiàng)目。 62 圖 4.4 新建項(xiàng)目 c) 點(diǎn)擊，選擇，找到 3_axis_mill_template_metric.vcproject 文件 并打開。得到一個(gè)控制系統(tǒng)為 fan15im.ctl，機(jī)床為 3_axis 的新項(xiàng)目。 圖 4.5 導(dǎo)入系統(tǒng) 4.4.2 定義毛坯 在夾具的第二個(gè)模型中選擇“方塊”，然后在模型選項(xiàng)中輸入毛坯的長(zhǎng)=200mm、寬 =120mm、高=55mm。 63 圖 4.6 定義毛坯 4.4.3 對(duì)刀 移動(dòng)坐標(biāo)系，使之與設(shè)定的加工程序原點(diǎn)重合。 機(jī)床坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系和造型(建模)坐標(biāo)系三者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別,均符合 右手規(guī)則。 圖 4.7 坐標(biāo)系右手定則 64 1、機(jī)床坐標(biāo)系(XNCYNCZNC)：數(shù)控機(jī)床本身的坐標(biāo)系，其方向由生產(chǎn)商設(shè)定, 原點(diǎn) 在機(jī)床安裝調(diào)試中設(shè)置 ，一般不做更改。 2、造型坐標(biāo)系(XYZ) ：設(shè)計(jì)人員在利用計(jì)算機(jī)建模時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，其方向原點(diǎn)無 任何限制。為了便于編程計(jì)算和檢查加工程序, 盡量使造型坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系重 合。 3、編程坐標(biāo)系(XMYMZM)：工藝人員在編程時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，其方向必須與機(jī)床坐標(biāo) 系一致。 零件的找正： 調(diào)整零件的裝夾方向使編程坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系平行,并找出零件編程 坐標(biāo)系原點(diǎn) OM 在機(jī)床坐標(biāo)系 XNCYNCZNC 中的坐標(biāo)位置的過程,為零件的找正。編程 原點(diǎn)坐標(biāo)值可記入機(jī)床的專用指令（G51~G59）,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換。 i. 坐標(biāo)系原點(diǎn)定義： 加工坐標(biāo)系原點(diǎn)是數(shù)控加工中刀具運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。程序中刀位點(diǎn)的坐標(biāo) 計(jì)算以該點(diǎn)為基準(zhǔn)，所以也稱為程序原點(diǎn)。 它可以設(shè)在零件面上、夾具表面上或機(jī)床工作臺(tái)面上，但必須與零件的 定位基準(zhǔn)有已知的準(zhǔn)確關(guān)系。程序原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝 基準(zhǔn)上。 ii. 確定原則： (1).便于數(shù)學(xué)處理，簡(jiǎn)化程序 (2).機(jī)床上易找正 (3).加工過程易于檢查 點(diǎn)擊 ,選擇，然后點(diǎn)擊，之后再將鼠標(biāo)放在毛 坯的表面中心處單擊鼠標(biāo)左鍵（加工坐標(biāo)系選在表面中位置），這樣就將坐標(biāo)系對(duì)齊。 65 圖 4.8 加工坐標(biāo)系 4.4.4 構(gòu)建刀具庫(kù) 雙擊，新建加工所用的刀具。 66 圖 4.9 構(gòu)建刀具 1. 雙擊第一把刀，選擇第三個(gè)道具組件，直徑（D）=16mm，角圓半徑 （R）=1mm，高（H）=100mm，刃長(zhǎng)=50mm，刀柄直徑=16mm。如圖所示： 67 圖 4.9 刀具參數(shù) 2. 雙擊第二把刀，選擇第三個(gè)道具組件，直徑（D）=6mm，角圓半徑 （R）=3mm，高（H）=60mm，刃長(zhǎng)=30mm，刀柄直徑=10mm。如圖所示： 圖 4.10 刀具參數(shù) 68 4.4.5 添加 NC 加工程序 點(diǎn)擊，添加已經(jīng)導(dǎo)出的 NC 加工程序。 圖 4.11 加載 NC 程序 圖 4.12 選擇路徑 69 圖 4.13 程序代碼 4.4.6 仿真加工 首先選擇 重置模型，再點(diǎn)擊 仿真到末端。在信息中打開數(shù)控程序，可 以觀察到仿真步驟與數(shù)控程序的同步性。 70 圖 4.14 仿真一 圖 4.15 仿真二 71 第五章 總結(jié)與展望 5.1 論文總結(jié) 在近三多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間里，在指導(dǎo)教師認(rèn)真的輔導(dǎo)下，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任 務(wù)書中的全部?jī)?nèi)容。對(duì) CATIA 軟件數(shù)控加模塊及 VERICUT 仿真軟件有了一定的了解和 掌握，為從事數(shù)控加工方面的工作打下了基礎(chǔ)，本人深感受益匪淺。 通過辛勤努力，主要完成的工作有： ● 在CATIA加工模塊中會(huì)根據(jù)不同的加工類型選擇機(jī)床系統(tǒng)，加工坐標(biāo)系以及 加工起點(diǎn)的設(shè)定。 ● 利用車床編制粗加工及精加工程序，并進(jìn)行了模擬仿真加工。分析了剩余材 料及過切現(xiàn)象，取得較為滿意的仿真加工結(jié)果。 ● 利用車床編制了空槽加工程序和溝槽加工程序，驗(yàn)證分析后并獲得了較為理 想的數(shù)據(jù)。 ● 使用鉆孔命令編制了鉆孔程序，并進(jìn)行了模擬仿真加工。 ● 利用車床中的車螺紋命令編制了軸端外螺紋的加工程序，并進(jìn)行模擬仿真加 工。 ● 通過一個(gè)案例驗(yàn)證完成了 VERICUT 仿真，了解了 VERICUT 仿真加工的一般流 程，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。 通過這一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉，對(duì) CATIA 軟件中的加工部分有了基本的認(rèn)識(shí)。但 是 CATIA 軟件的精通并非幾個(gè)月就可以完成的，正所謂“冰凍三尺非一日之寒”，所 以需要大量的時(shí)間來練習(xí)和熟悉才能夠慢慢掌握。所以我在今后的工作和學(xué)習(xí)中將認(rèn) 真繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，掌握好 CATIA 軟件的除了加工模塊以外的其他各個(gè)模塊的各種操作， 做一名合格的工程技術(shù)人員。 5.2 后續(xù)展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然在一個(gè)階段上取得了一些成果，但是在此過程中，自己感覺到還是 72 有許多不足之處，針對(duì)自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我個(gè)人認(rèn)為還有以下工作需要進(jìn)一步完善。 ● 在數(shù)控加工中，影響加工的各個(gè)因素是至關(guān)重要的，應(yīng)該更深一步的了解各 個(gè)因素的具體內(nèi)涵，以便在以后的工作和學(xué)習(xí)中運(yùn)用自如。 ● CATIA 軟件加工模塊中的參數(shù)較多，因時(shí)間的關(guān)系，很多參數(shù)了解很膚淺， 這些參數(shù)的物理意義非常重要，應(yīng)在今后的工作中花大力氣掌握。 ● VERICUT 仿真軟件是一款很好的數(shù)控仿真軟件，雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段對(duì)此軟 件有所學(xué)習(xí)，但我感覺操作還是生疏，需要投入更多的精力在此項(xiàng)學(xué)習(xí)。 ● 今后要更關(guān)注 CAD\CAM 的新發(fā)展趨勢(shì)：如：虛擬裝制造、 、敏捷制造、綠色制 造。 干切削是綠色制造中的一種典型加工工藝 冷卻液成本占整個(gè)切削加工費(fèi)用的 15-17%。同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境造成的生態(tài)危害大， 且制備、利用、回收和處理成本高，同時(shí)對(duì)人體健康也有不利的影響。 加 工 過 程 中 各 項(xiàng) 所 占 成 本 加 工 30% 切 切 切 16% 停 機(jī) 7% 換 刀 26% 其 他 19% 刀 具 3% 加 工 刀 具 其 他 換 刀 停 機(jī) 切 削 液 圖 5.1 百分比 干切削是在停止使用切削液的同時(shí)保證高效率、高產(chǎn)品質(zhì)量、高的刀具使用壽命 以及切削過程的可靠性。 干切削的工藝方法： ? 完全干切削：不加任何輔助冷卻、潤(rùn)滑介質(zhì) ? 風(fēng)冷干切削：利用風(fēng)冷卻系統(tǒng) ? 液氮冷卻干切削 73 ? 高速干切削 ? 準(zhǔn)干切削：亞干切削或最小潤(rùn)滑技術(shù)（MQL） 參考文獻(xiàn) 74 [1] 謝龍漢等. CATIAV5 數(shù)控加工[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [2] 謝龍漢等.CATIAV5 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005 年 4 月. [3] 謝龍漢等