復(fù)雜型腔的凸模及流道加工方法的研究論文

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 復(fù)雜型腔的凸模及流道加工方法的研究 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時(shí)間 2014 年 6 月 I 摘 要 數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)管家綜合國(guó)力的水平。數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)，機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是數(shù) 控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展的同時(shí)，數(shù)控技術(shù)也迎來了革命性的變化，計(jì)算機(jī)仿真、模擬技術(shù)已成為實(shí)際加工的前提，它省去了大量的工作量，提高了生產(chǎn)效率，最重要的是模擬、仿真技術(shù)將實(shí)際加工中的材料損失降到了最低，大大節(jié)約了加工成本。 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用要求數(shù)控編程人員熟練掌握 UG、 Pro-E、 Master CAM 等軟件，而本論文主要是運(yùn)用 CATIA 軟件進(jìn)行數(shù)控加工，運(yùn)用 VERICUT 軟件進(jìn)行機(jī)床仿真。目前， CATIA 軟件在 CAD/CAE/CAM 以及 PDM 領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位，已得到世界范圍內(nèi)的承認(rèn)，并廣泛應(yīng) 用于航空航天、 汽車 制造、造船、機(jī)械制造、電子 /電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的 DMU電子樣機(jī) 模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。 VERICUT 軟件也廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)，其最大特點(diǎn)是可仿真各種 CNC 系統(tǒng)，既能仿真刀位文件 ，又能仿真 CAD/CAM 后置處理的 NC 程序，其整個(gè)仿真過程包含程序驗(yàn)證、分析、機(jī)床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。 本論文中以復(fù)雜型腔的凸模及流道作為加工對(duì)象，在 CATIA 中涉及到零件區(qū)域粗加工、零件凹槽內(nèi)掃描加工、零件凹槽內(nèi)槽加工等等，最終生成 NC 代碼。然后在 VERICUT 環(huán)境下在機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控加工仿真。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)控技術(shù)， CATIA， VERICUT，仿真 II ABSTRACT Numerical control technology is the base on machining automation technology. And it is the core technology of Numerical control machine, the level of its strategic position in relation to the level of the countrys comprehensive national strength and reflect the housekeeper. Numerical control technology is the core technology of the advanced manufacturing technology and equipment, machinery manufacturing competition, and its essence is the competition of numerical control technology. Numerical control technique has already become the central technique of the manufacture. Meanwhile, it is faced with revolutionary changes while the computer technique is developing swiftly and violently. Computer emulation and simulation technique is now the pre-requisite for practical processing. It reduces much of the workload and improves the work efficiency as well. The most important thing is the technique has already cut down the waste of the raw materials in the production procedure and even saved a lot of costs. Numerical control technology requirements programmers to master UG, Pro-E, Master CAM software for application, and this paper is the use of CATIA software for CNC machining, using VERICUT software for machine simulation.At present, CATIA is now in the CAD / CAE / CAM and PDM in the field of leadership has been recognized worldwide, are widely used in the aerospace, automobile manufacturing, shipbuilding, machinery manufacturing, electrical / electronic consumer goods industry, its integrated solution the programs cover all product design and manufacturing, its unique DMU electronic prototype module function and hybrid modeling technology is to promote the competitiveness of enterprises and increased productivity.VERICUT is also widely used in aerospace, automotive, mold manufacturing and other industries, its most important feature is the simulation of III various CNC systems, both simulation cutter location file, but also the NC program simulation CAD/CAM post-processing, the entire simulation verification process includes procedures, analysis, machine simulation, optimization and model output. Punch with the complex cavity and runner as a processing object in this paper, it related to the roughing, sweeping and pocketing in CATIA , and generate NC-code ultimately. Then simulation on the machine in VERICUT. KEY WORDS: numerical control technology, CATIA, VERICUT, simulation IV 目 錄 第一章 緒論 . 1 1.1 課題研究的意義 . 1 1.2 論文的章節(jié)安排 . 2 第二章 CATIA 軟件及 VERICUT 軟件介 紹 . 3 2.1 CATIA 軟件介紹 . 3 2.1.1 CATIA 軟件簡(jiǎn)介 . 3 2.1.2 CATIA 入口 . 3 2.1.3 CATIA V5 功能模塊簡(jiǎn)介 . 3 2.1.4 CATIA V5 軟件的特點(diǎn) . 6 2.2 VERICUT 軟件介紹 . 6 2.2.1 VERICUT 模塊簡(jiǎn)介 . 6 2.2.2 VERICUT 功能簡(jiǎn)介及應(yīng)用 . 7 第三章 復(fù)雜型腔凸模的數(shù)控加工技術(shù)（ CATIA） . 8 3.1 引入零件及進(jìn)入加工模塊 . 9 3.2 創(chuàng)建零件毛坯 . 9 3.3 零件定義操作 . 10 3.4 進(jìn)行零件加工 . 13 3.4.1 零件表面粗加工（ Roughing） . 13 3.4.2 零件掃描加工 1（ Sweeping） . 18 3.4.3 零件腔槽加工 1（ Pocketing） . 20 3.4.4 零件腔槽加工 2（ Pocketing） . 22 3.4.5 零件等高線加工（ ZLevel） . 23 3.4.6 零件輪廓驅(qū)動(dòng)加工（ Contour-driven） . 26 3.4.7 零件掃描加工 2（ Sweeping） . 27 3.4.8 零件清根加工（ Pencil） . 28 3.4.9 零件面銑精加工（ Facing） . 29 3.5 輸出 NC 代碼 . 31 第四章 復(fù)雜型腔凸模的機(jī)床仿真加工（ VERICUT） . 33 4.1 設(shè)置仿真環(huán)境 . 33 V 4.1.1 創(chuàng)建一個(gè)三坐標(biāo)軸機(jī)床 . 33 4.1.2 定義毛坯 . 33 4.1.3 設(shè)置機(jī)床坐標(biāo) . 34 4.1.4 加載刀具庫 . 34 4.1.5 添加數(shù)控程序 . 35 4.2 運(yùn)行仿真 . 36 4.3 分析視圖 . 38 第五章 流道的數(shù)控加工技術(shù)（ CATIA） . 40 5.1 零件加工前的設(shè)定 . 40 5.2 進(jìn)行零件加工 . 41 5.2.1 零件面銑加工（ Facing） . 41 5.2.2 零件粗加工（ Roughing） . 43 5.2.3 零件等高線加工（ ZLevel） . 44 5.2.4 零件腔槽加工（ Pocketing） . 45 5.2.5 零件掃描加工（ Sweeping） . 47 5.2.6 零件表面輪廓銑加工（ Profile Contouring） . 48 5.3 輸出 NC 代碼 . 50 第六章 流道的機(jī)床仿真加工（ VERICUT） . 52 6.1 設(shè)置仿真環(huán)境 . 52 6.1.1 創(chuàng)建一個(gè)三坐標(biāo)軸機(jī)床 . 52 6.1.2 定義毛坯 . 52 6.1.3 設(shè)置機(jī)床坐標(biāo) . 53 6.1.4 加載刀具庫 . 53 6.1.5 添加數(shù)控程序 . 54 6.2 運(yùn)行仿真 . 54 第七章 總結(jié)與展望 . 57 7.1 論文總結(jié) . 57 7.2 后續(xù)展望 . 57 參考文獻(xiàn) . 59 致 謝 . 60 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) . 61 1 第一章 緒論 1.1 課題研究的意義 數(shù)控加工是一種現(xiàn)代化的加工 手段，數(shù)控加工技術(shù)也成為一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的標(biāo)志，利用數(shù)控加工技術(shù)可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的準(zhǔn)確性和精度都可以得到很好的保證。 總體上說，和傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段相比數(shù)控加工技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、具有較大的柔性 數(shù)控機(jī)床是按照記錄在載體上的信息指令自動(dòng)進(jìn)行加工的，當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)只需要重新編制數(shù)控加工程序，而無需對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，也不需要制造凸輪、靠模一類的輔助機(jī)械裝置。這樣，便可以快速地從一種零件的加工變到另一種零件的加工，使生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。 2、加工效率高 利用數(shù)字化的控制手段可以加工復(fù)雜的曲面。而加工過程是由計(jì)算機(jī)控制，所以零件的互換性強(qiáng)，加工的速度快。 3、加工精度高 同傳統(tǒng)的加工設(shè)備相比，數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)化了傳動(dòng)裝置 ,提高分辨率 ,減少為誤 差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 4、有利于加工復(fù)雜形狀的零件 數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制多個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，可以加工其他機(jī)床難以加工甚至不可能加工的復(fù)雜零件，如曲線的二維復(fù)雜輪廓零件、含曲面的三維實(shí)體零件。 5、勞動(dòng)強(qiáng)度低 由于采用了自動(dòng)控 制方式，也就是說加工的全部過程是由數(shù)控系統(tǒng)完成，傳統(tǒng)加工手段那樣煩瑣，操作者在數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，只需要監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。所以勞動(dòng)強(qiáng)度很低。 6、適應(yīng)能力強(qiáng) 2 數(shù)控加工系統(tǒng)就象計(jì)算機(jī)一樣，可以通過調(diào)整部分參數(shù)達(dá)到修改或改變其運(yùn)作方式，因此加工的范圍可以得到很大的擴(kuò)展。 本文所要研究的內(nèi)容就是針對(duì)復(fù)雜型腔的凸模及流道加工的特點(diǎn)，利用數(shù)控加工進(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。通過計(jì)算機(jī)模擬三坐標(biāo)軸機(jī)床實(shí)際加工過程，達(dá)到對(duì)數(shù)控 加工程序驗(yàn)證、切削過程優(yōu)化和加工結(jié)果預(yù)測(cè)的目的。 1.2 論文的章節(jié)安排 根據(jù)論文選題的要求，作者在近三個(gè)月的論文階段，基于 CATIA 軟件及VERICUT 仿真軟件平臺(tái)，在導(dǎo)師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成了大量的工作，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工進(jìn)行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上并對(duì)復(fù)雜型腔的凸模及流道進(jìn)行仿真模擬加工。這些內(nèi)容在論文中都得到了充分的反映，論文內(nèi)容的章節(jié)安排如下： 第一章 緒論 第二章 CATIA 軟件及 VERICUT 軟件介紹 第三章 復(fù)雜型腔凸模的數(shù)控加工技術(shù)（ CATIA） 第四章 復(fù)雜型腔凸模的機(jī)床仿真加工（ VERICUT） 第五章 流道的數(shù)控加工技術(shù)（ CATIA） 第六章 流道的機(jī)床仿真加工（ VERICUT） 第七章 總結(jié)與展望 3 第二章 CATIA 軟件及 VERICUT 軟件介紹 2.1 CATIA 軟件介紹 2.1.1 CATIA 軟件簡(jiǎn)介 CATIA 是法國(guó) Dassault System 公司旗下的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件 ，Dassault System 成立于 1981 年， CATIA 是英文 Computer Aided Three-Dimensional Interface Application 的縮寫。從 1982 年到 1988 年， CATIA 相繼發(fā)布了 1 版本、2 版本、 3 版本，并于 1993 年發(fā)布了功能強(qiáng)大的 4 版本，現(xiàn)在的 CATIA 軟件 分為 V4 版本和 V5 版本兩個(gè)系列。 V4 版本應(yīng)用于 UNIX 平臺(tái)， V5 版本應(yīng)用于UNIX 和 Windows 兩種平臺(tái)。 CATIA 如今其在 CAD/CAE/CAM 以及 PDM 領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位，已得到世界范圍內(nèi)的承認(rèn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、 汽車 制造、造船、機(jī)械制造、電子 /電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的DMU 電子樣機(jī) 模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企 業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。 2.1.2 CATIA 入口 該模塊是連接所有 CAITA 模塊的基礎(chǔ)。它支持一些關(guān)鍵操作。如打開存在的 CATIA 零部件文件、創(chuàng)建新的零部件文件、繪制工程圖、以及輸入、輸出各種不同格式的文件。同時(shí)該模塊還提供層控制、視圖定義、屏幕開局、消隱 /再現(xiàn)對(duì)象和在線幫助功能。另外，在該模塊中，可以進(jìn)行導(dǎo)航、動(dòng)畫、實(shí)體、和表面模型著色等高級(jí)可視化操作。 2.1.3 CATIA V5 功能模塊簡(jiǎn)介 在 CATIA V5 R20 中共有 13 個(gè)模組，分別是：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計(jì)、形狀、分析與模擬、 AEC 工廠、加工、數(shù)字化裝配、設(shè)備與系統(tǒng)、制造的數(shù)字化處理、加工模擬、人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析、知識(shí)工程模塊和 ENOVIA V5 VPM，各個(gè)模組里又有一個(gè)到幾十個(gè)不同的模塊。認(rèn)識(shí) CATIA 中的模塊，可以快速的了解它 4 的主要功能，下面將介紹 CATIA V5 R20 中的一些主要模組。 1、“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”模組 “基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”模組主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料庫、 CATIA 不同版本之間的轉(zhuǎn)換、圖片制作、實(shí)時(shí)渲染 (Real Time Rendering)等基礎(chǔ)模塊。 2、“機(jī)械設(shè)計(jì)”模組 從概念到細(xì)節(jié) 設(shè)計(jì)，再到實(shí)際生產(chǎn)， CATIA V5 的“機(jī)械設(shè)計(jì)”模組可加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心活動(dòng)?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”模組還可以通過專用的應(yīng)用程序來滿足鈑金與模具制造商的需求，已大幅提升其生產(chǎn)力并縮短上市時(shí)間。 “機(jī)械設(shè)計(jì)”模組提供了機(jī)械設(shè)計(jì)中所需要的絕大多數(shù)模塊，包括零部件設(shè)計(jì)、裝配件設(shè)計(jì)、草圖繪制器、工程制圖、線框和曲面設(shè)計(jì)等模塊。 3、“形狀”模組 CATIA 外形設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型提供給用戶有創(chuàng)意、易用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)組合，方便用戶進(jìn)行構(gòu)建、控制和修改工程曲面和自由曲面，包括了自由曲面造型(freestyle)、汽車白車 身設(shè)計(jì) (automotive class design)、創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)(generative shape design)和快速曲面 (quick surface reconstruction)重建等模塊。 “自由曲面造型”模塊提供用戶一系列工具，倆定義復(fù)雜的曲線和曲面。對(duì)的支持使得曲面的建立和修改以及與其他 CAD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換更加輕而易舉。 “汽車白車身設(shè)計(jì)”模塊對(duì)設(shè)計(jì)類似于汽車內(nèi)部車體面板和車體加強(qiáng)筋這樣復(fù)雜的薄板零件提供了新的設(shè)計(jì)方法。可使設(shè)計(jì)人員定義并重新使用設(shè)計(jì)和制造規(guī)范，通過 3D 曲 線對(duì)這些形狀的掃掠，便可自動(dòng)的生成曲面，從而得到高質(zhì)量的曲面和表面，并避免了重復(fù)設(shè)計(jì)，節(jié)省了時(shí)間。 “創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)”模塊的特點(diǎn)是通過對(duì)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)規(guī)范的捕捉和重新使用，從而加速設(shè)計(jì)過程，在曲面技術(shù)規(guī)范編輯器中隊(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行捕捉，使用戶在設(shè)計(jì)周期中的任何時(shí)候都能快速方便的實(shí)施重大設(shè)計(jì)更改。 4、“分析與模擬”模組 CATIA V5 創(chuàng)成式和基于知識(shí)的工程分析解決方案可快速對(duì)任何類型的零件或裝配件進(jìn)行工程分析，基于知識(shí)工程的體系結(jié)構(gòu)，可方便的利用分析規(guī)則和分析結(jié)果優(yōu)化產(chǎn)品。 5、“ AEC 工廠”模組 5 “ AEC 工廠”模組提供了方便的廠房布局設(shè)計(jì)功能，該模組可以優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備布置，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過程和產(chǎn)出的目的?！?AEC 工廠”模組主要用于處理空間利用和廠房?jī)?nèi)物品的布置問題，可實(shí)現(xiàn)快速的廠房布置和廠房布置的后續(xù)工作。 6、“加工”模組 CATIA V5 的“加工”模組提供了高效的編程能力及變更管理能力，相對(duì)于其他現(xiàn)有的數(shù)控加工解決方案，其優(yōu)點(diǎn)如下： 高效的零件編程能力。 高度自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。 高效的變更管理。 優(yōu)化刀具路徑并縮短加工時(shí)間。 減少管理和技能方面的要求。 7、“數(shù)字化裝配”模組 “數(shù)字化裝配”模組提供了機(jī)構(gòu)的空間模擬、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的功能。 8、“設(shè)備與系統(tǒng)”模組 “設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”模組可用于在 3D 電子樣機(jī)配置中模擬復(fù)雜電氣、液壓傳動(dòng)和機(jī)械系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)和集成、優(yōu)化空間布局。 CATIA V5 的工廠產(chǎn)品模塊可以優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備布置，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過程和產(chǎn)出的目的，它包括了電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)等模塊。 9、“人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析”模組 “人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析”模組使工作人員與其操作使用的作業(yè)工具安全而有效地加以結(jié)合，使作 業(yè)環(huán)境更適合工作人員，從而在設(shè)計(jì)和使用安排上統(tǒng)籌考慮。“人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析”模組提供了人體模型構(gòu)造 (human measurements editor)、人體姿態(tài)分析 (human podture analysis)、人體行為分析 (human activety analysis)等模塊。 10、“知識(shí)工程模塊“模組 “知識(shí)工程模塊“模組可以方便的進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以有效地捕捉和重用知識(shí)。 CATIA 是個(gè)功能極其強(qiáng)大的軟件，除了上述模塊外，還有大量其他模塊， 6 在此就不詳細(xì)介紹了。 2.1.4 CATIA V5 軟件的特點(diǎn) 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 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。 2.2 VERICUT 軟件介紹 2.2.1 VERICUT 模塊簡(jiǎn)介 VERICUT 軟 件是美國(guó) CGTECH 公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，由 NC 程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級(jí)機(jī)床特征模塊、 7 實(shí)體比較模塊和 CAD/CAM 接口等模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程，也能進(jìn)行 NC 程序優(yōu)化，縮短加工時(shí)間、延長(zhǎng)刀具壽命、改進(jìn)表面質(zhì)量，檢查過切、欠切，防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤；具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，可以對(duì)切削模型進(jìn)行尺寸測(cè)量，并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序切削加工；具有 CAD/CAM 接口，能實(shí)現(xiàn)與 UG、 CATIA 及 Master CAM 等軟件的嵌套運(yùn)行。 VERICUT 采用了先進(jìn)的三維顯示及虛擬技術(shù)，對(duì)數(shù)控加工過程的模擬達(dá)到了及其逼真的程度，并且對(duì)機(jī)床的運(yùn)行過程和工廠環(huán)境也能虛擬出來 ,以檢測(cè)加工過程中可能存在的問題，為用戶挽回了不必要的損失。作為機(jī)床控制系統(tǒng)的佼佼者 ,為 CAD/CAM 產(chǎn)品市場(chǎng)和用戶提供了最佳的數(shù)控機(jī)床仿真工具。 2.2.2 VERICUT 功能簡(jiǎn)介及應(yīng)用 CGTech Vericut 6.0 可支援用戶利用專案結(jié)構(gòu)樹，瀏覽、配置多個(gè)機(jī)床設(shè)置，每個(gè)機(jī)床設(shè)置有自己?jiǎn)为?dú)的機(jī)床結(jié)構(gòu)、夾具、刀具、控制系統(tǒng)和仿真 設(shè)定。切削毛坯可以從一個(gè)機(jī)床任務(wù)移到另一個(gè)機(jī)床任務(wù)，同時(shí)能夠自動(dòng)定位。一旦用戶選定了機(jī)床配置，毛坯、夾具和設(shè)計(jì)模型，這些資訊就和機(jī)床捆綁在一起了，接下來就可以類比整個(gè)加工過程。 VERICUT 具有較強(qiáng)的仿真功能，該軟件不但可以提高零件試切成功率，減少?gòu)U品，也可以模擬機(jī)床加工零件，避免機(jī)床碰撞事故，可以同時(shí)進(jìn)行刀具軌跡和機(jī)床仿真。還可以對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，提高零件表面質(zhì)量。同時(shí) VERICUT 支持 G 代碼并配有制造商提供的控制庫。 VERICUT 軟件目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)， 其最大特點(diǎn)是可仿真各種 CNC 系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真 CAD/CAM 后置處理的 NC 程序，其整個(gè)仿真過程包含程序驗(yàn)證、分析、機(jī)床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。 8 第三章 復(fù)雜型腔凸模的數(shù)控加工技術(shù)（ CATIA） 本章研究的主要內(nèi)容：復(fù)雜型腔凸模加工方法的選擇、刀具路徑的優(yōu)化、幾何參數(shù)和刀具參數(shù)的選擇，以提高加工精度和切削效率。從而制定出一套切實(shí)可行的三軸型面加工方法。 本論文使用一個(gè)復(fù)雜型腔的凸模模型進(jìn)行研究，下圖為凸模的零件圖（圖3-1）以及毛坯圖（圖 3-2）。 圖 3-1 零件圖 圖 3-2 毛坯圖 9 3.1 引入零件及進(jìn)入加工模塊 打開已經(jīng)建立好的零件模型（圖 3-3） ，點(diǎn)擊 lyy.CATPart，打開文件，出現(xiàn)如圖 3-1 所示零件。點(diǎn)擊“開始”，在“加工”欄選擇 surface machining，切換工作環(huán)境，進(jìn)行表面加工。 圖 3-3 打開文件對(duì)話框 3.2 創(chuàng)建零件毛坯 1、在工具欄中點(diǎn) ，出現(xiàn) rough stock 的對(duì)話框， Destination 選零件， Part Body選零件 幾何體， Z 最大偏置改為 35mm，選擇確定，如圖 3-4 所示，得到如圖 3-2所示毛坯。 圖 3-4 創(chuàng)建毛坯 10 3.3 零件定義操作 1、在定義零件操作之前，先在零件表面定義一個(gè)原點(diǎn)。點(diǎn)擊特征樹之前的加號(hào)，展開子菜單，選擇 ，單擊，工具欄發(fā)生變化，選擇做點(diǎn)工具，出現(xiàn)如圖 3-5 所示點(diǎn)定義菜單。點(diǎn)類型選擇之間，在點(diǎn) 1 中點(diǎn)擊右鍵，選擇創(chuàng)建終點(diǎn)，選擇毛坯上對(duì)角線上的一點(diǎn)，點(diǎn)二重復(fù)點(diǎn)一步驟，點(diǎn)擊中點(diǎn)，確定。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)在毛坯上表面正中間的點(diǎn)，如圖 3-6 所示。 圖 3-5 點(diǎn)定義 圖 3-6 創(chuàng)建坐標(biāo)系原點(diǎn) 2、 在特征樹中雙擊“ Part Operation”，系統(tǒng)彈出如圖 3-7 所示“ Part Operation”對(duì)話框。 11 圖 3-7 Part Operation 設(shè)置完成 圖 3-7 所示的“ Part Operation”對(duì)話框中各按鈕的說明如下： 按鈕：用于選擇數(shù)控機(jī)床和設(shè)置機(jī)床參數(shù)。 按鈕：設(shè)定加工坐標(biāo)系。 按鈕：選擇目標(biāo)加工文件。 按鈕：選擇毛坯零件。 按鈕：設(shè)定安全平面。 （ 1）機(jī)床的設(shè)置 單擊“ Part Operation”對(duì)話框中的 機(jī)床按鈕，將機(jī)床設(shè)置為 3 坐標(biāo)軸機(jī)床，完成機(jī)床設(shè)置。 （ 2）定義坐標(biāo)系 單擊“ Part Operation”對(duì)話框中的 坐標(biāo)系按鈕， Axis Name 定義為“ xoy”，選擇坐標(biāo)原點(diǎn)，選剛剛建立的表面中點(diǎn)為原點(diǎn)，點(diǎn)擊確定。如圖 3-8 所示。 12 圖 3-8 定義坐標(biāo)系 （ 3）定義加工目標(biāo)零件 單擊“ Part Operation”對(duì)話 框中的 按鈕，再單擊零件幾何體作為目標(biāo)加工零件。在圖形區(qū)雙擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)回到“ Part Operation”對(duì)話框。 （ 4）定義毛坯零件 單擊“ Part Operation”對(duì)話框中的 按鈕，選擇剛剛創(chuàng)建的毛坯，雙擊左鍵，系統(tǒng)回到“ Part Operation”對(duì)話框。 （ 5）定義安全平面 為防止刀具干涉，損壞工件，設(shè)定安全坐標(biāo)系。單擊“ Part Operation”對(duì)話框中的 按鈕，選擇毛坯的最高平面，在 offset 中將 thickness 設(shè)置為 -30mm。如圖 3-9 所示。 圖 3-9 定義安全平面 13 3.4 進(jìn)行零件加工 零件加工主要從零件的粗加工、半精加工和精加工三個(gè)方面進(jìn)行。 3.4.1 零件表面粗加工（ Roughing） 粗加工的目的是將毛坯的大部分材料切除，去除大量的工件材料，留少量余量以備進(jìn)行精加工，可以提高加工效率、減少加工時(shí)間、降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效率。 單擊工具欄右側(cè)圖標(biāo) Roughing，彈出如下圖 3-10 所示對(duì)話框，進(jìn)行零件表面粗加工。 圖 3-10 零件表面粗加工 圖 3-10 對(duì)話框中部分選項(xiàng)卡說明如下： ：刀具路徑參數(shù)選項(xiàng)卡。 14 ：幾何參數(shù)選項(xiàng)卡。 ：刀具參數(shù)選項(xiàng)卡。 ：進(jìn)給率選項(xiàng)卡。 ：進(jìn)刀 /退刀路徑選項(xiàng)卡。 1、幾何參數(shù)定義 刀具路徑菜單下，單擊 part 紅色的面，對(duì)話框消失，選擇零件幾何體，余量改為 0.5mm，如圖 3-11 所示。 圖 3-11 幾何參數(shù)定義 2、刀具路徑定義 點(diǎn)擊 Machining，出現(xiàn)如圖 3-12 所示菜單，走刀方式改為 by plane（以平面），Tool path style（刀具路徑）選擇 Zig-zag（之字形加工），變形??；點(diǎn)擊 Radial（徑向模式下） ,出現(xiàn)如圖 3-13 所示菜單，將 Stepover（步進(jìn)）設(shè)置為 Stepover ratio，Tool diameter ratio 設(shè)為 75mm。點(diǎn)擊 Axial（軸向模式下） ，出現(xiàn)如圖 3-14 所示菜單，最大切削深度設(shè)為 3mm。 15 圖 3-12 加工模式下菜單 圖 3-13 徑向模式下菜單 圖 3-14 軸向模式下菜單 3、刀具參數(shù)定義 根據(jù)刀具選 擇原則： a.刀具半徑 R 應(yīng)小于零件被加工內(nèi)輪廓的最小曲率半徑，約為 (0.80.9） Rmin； b.切削深度取 (1/4 1/2)D，以保證刀具有足夠的加工剛度。將刀具直徑改為 D20r2，圓鼻銑刀，單擊 More 按鈕 ，彈出子菜單，如圖 3-15 所示。 16 圖 3-15 刀具參數(shù)定義 將 Nominal diameter（直徑）改為 20mm， Corner radius（圓角半徑）改為 2mm，Body diameter（刀具本體直徑）改為 20mm。 4、進(jìn)給率的設(shè)定 毛坯材料為鈦合金，查圖 3-16 知：切削速度設(shè)為 1000mm/min。 圖 3-16 切削速度 根據(jù)公式： DvnfznFcz1000主軸轉(zhuǎn)速：進(jìn)給率： 17 為齒數(shù)。為每齒進(jìn)給量，為切削速度，其中： zfv zc 由此可計(jì)算出：進(jìn)刀、退刀可均設(shè)為 300mm/min，轉(zhuǎn)速設(shè)為 1500r/min，如圖 3-17 所示。 圖 3-17 進(jìn)給率的設(shè)定 5、進(jìn)刀 /退刀路徑的設(shè)定。 在沒加工之前，在安全平面上；加工完之后，回到安全 平面上，如圖 3-18所示。 圖 3-18 進(jìn)退刀路徑的設(shè)定 18 6、仿真模擬 單擊 ，模擬的刀具路徑如圖 3-19 所示。單擊 ，進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果如圖 3-20 所示。 圖 3-19 模擬的刀具路徑 圖 3-20 仿真結(jié)果 3.4.2 零件掃描加工 1（ Sweeping） 此步掃描加工為零件半精加工， Sweeping 指令一般是銑曲面。 1、幾何參數(shù)定義 part 紅色平面，選擇零件幾何體，限制線選凸模輪廓，檢查面選擇整個(gè)凸出所有曲面，余量設(shè)為 0.3mm，方向設(shè)為向外 outsaid。如圖 3-21 所示。 圖 3-21 幾何參數(shù)定義 19 2、刀具路徑定義 Tool path sryle（刀具路徑）選 Zig-zag（之字形），其余保持默認(rèn)值。 3、刀具參數(shù)定義 根據(jù)刀具的選擇原則，刀具直徑改為 D10r5，球頭刀。 4、進(jìn)給率的設(shè)定保持不變。 5、進(jìn)刀 /退刀路徑的設(shè)定 進(jìn)刀選擇 back，將數(shù)據(jù)都設(shè)為 6mm；退刀高度設(shè)為 20mm，如圖 3-22 所示。 圖 3-22 進(jìn)退刀路徑的設(shè)定 6、仿真模擬 刀具路徑，如圖 3-23 所示。仿真結(jié)果如圖 3-24 所示。 圖 3-23 模擬的刀具路徑 圖 3-24 仿真結(jié)果 20 3.4.3 零件腔槽加工 1（ Pocketing） 此步掃描加工為零件精加工，單擊工具欄 Pocketing，彈出對(duì)話框Pocketing.1。 1、幾何參數(shù)定義 凸臺(tái)選零件整個(gè)凸起的部分，加工平面選零件表面，邊緣選零件底部邊緣。雙擊鼠標(biāo)左鍵，彈出對(duì)話框，其余數(shù)據(jù)默認(rèn)，保持不變，如圖 3-25 所示。 圖 3-25 幾何參數(shù)定義 2、刀具路徑定義 Tool path style（刀具路徑）改為 Inward helical（向內(nèi)螺旋加工），如圖 3-26所示。 菜單中， Mode選 maximum distance， distance between paths為 15mm（切寬）。其余數(shù)據(jù)保持不變，如圖 3-27 所示 。 圖 3-26 刀具路徑定義 圖 3-27 徑向模式下切寬定義 21 3、刀具直接選用 1 號(hào)刀具。 4、進(jìn)給率的設(shè)定保持不變。 5、進(jìn)刀退刀路徑設(shè)定 進(jìn)刀：采用圓弧進(jìn)刀；退刀：返回到安全平面，如圖 3-28 所示。 圖 3-28 進(jìn)退刀路徑設(shè)定 6、仿真模擬 刀具路徑結(jié)果如圖 3-29 所示，仿真結(jié)果如圖 3-30 所示。 圖 3-29 模擬的刀具路徑 圖 3-30 仿真結(jié)果 22 3.4.4 零件腔槽加工 2（ Pocketing） 1、幾何參數(shù)定義 凸臺(tái)選零件整個(gè)凸起的部分，加工平面選零件凹槽表面，邊緣選零件凹槽底部邊緣。其余數(shù)據(jù)默認(rèn)，保持不變，如圖 3-31 所示。 圖 3-31 幾何參數(shù)定義 2、刀具路徑定義 Tool path style 改為 Outward helical（向外螺旋加工）； Radial 菜單中，切寬設(shè)為 3mm。 3、刀具參數(shù)定義 刀具直徑改為 D 6， 圓角半徑設(shè)為 0mm， Body diameter（刀柄本體直徑）改為 8mm。 4、進(jìn)給率的設(shè)定保持不變。 5、進(jìn)刀退刀路徑設(shè)定。 進(jìn)刀：采用螺旋進(jìn)刀，如圖 3-32 所示。退刀，返回到安全平面，如圖 3-33所示。 23 圖 3-32 螺旋進(jìn)刀 圖 3-33 垂直退刀 6、仿真模擬 刀具路徑結(jié)果如圖 3-34 所示，仿真結(jié)果如圖 3-35 所示。 圖 3-34 模擬的刀 具路徑 圖 3-35 仿真結(jié)果 3.4.5 零件等高線加工（ ZLevel） 點(diǎn)擊工具欄中 ZLevel，彈出對(duì)話框 ZLevel.1。 1、幾何參數(shù)定義 在紅色 part 區(qū)域點(diǎn)擊右鍵，選擇面，選擇零件整個(gè)凸起的部分。雙擊鼠標(biāo)左 24 鍵，彈出對(duì)話框，其余數(shù)據(jù)保持不變，如圖 3-36 所示。 圖 3-36 幾何參數(shù)定義 2、刀具路徑定義 Machining 中將 Machining tolerance 設(shè)為 0.01mm， 如圖 3-37 所示； Axial 中將距離設(shè)為 0.399mm，高度設(shè)為 0.01mm 如圖 3-38 所示。 圖 3-37 加工模式下設(shè)定 圖 3-38 軸向模式下設(shè)定 25 3、刀具參數(shù)定義 刀具直徑為 D4，球頭刀，點(diǎn)擊 more： Nominal diamerter 改為 4mm， Corner radius 自動(dòng)改為 2mm， Overall length（全長(zhǎng)）改為 60mm， Cutting length（切刃長(zhǎng)）改為 30mm， length（長(zhǎng)度）改為 50mm， Body diameter 改為 8mm。 4、進(jìn)給率的設(shè)定保持不變。 5、進(jìn)刀退刀路徑設(shè)定 進(jìn)刀模式選擇 Ramping，如圖 3-39 所示。退刀高度設(shè)為 20mm，如圖 3-40所示。 圖 3-39 Ramping 進(jìn)刀 圖 3-40 垂直退刀 6、仿真模擬 單擊 進(jìn)行刀路觀察，結(jié)果如圖 3-41 所示。點(diǎn) 進(jìn)行仿真操作，結(jié)果如圖3-42 所示。 26 圖 3-41 模擬的刀具路徑 圖 3-42 仿真結(jié)果 3.4.6 零件輪廓驅(qū)動(dòng)加工（ Contour-driven） 點(diǎn)擊工具欄中 Contour-driven，彈出對(duì)話框 Contour-driven.1。 1、幾何參數(shù)定義 點(diǎn)擊 part，選擇零件幾何體，其余參數(shù)保持不變。 2、刀具路徑定義 紅色限制線 Guide.1 選零件凹槽側(cè)面的外輪廓， Guide.2 選擇零件凹槽側(cè)面的內(nèi)輪廓，如圖 3-43 所示。將 Tool path style 改為 Zig-zag。 Radial 菜單中， Stepover選 Constant 3D（刀路在一個(gè)垂直投影方向的平面內(nèi)是等距的），距離為 0.2mm，方向從 Guide.2 到 Guide.1。其余參數(shù)保持不變，如圖 3-44 所示。 圖 3-43 限制線的選擇 圖 3-44 刀具路徑選擇 27 3、刀具參數(shù)的設(shè)定保持不變，仍為 4 號(hào)球頭刀。 4、進(jìn)給率的設(shè)定保持不變。 5、進(jìn)刀退刀路徑定義 進(jìn)刀模式選擇 back，數(shù)據(jù)均設(shè)為 6mm；退刀高度設(shè)為 6mm。 6、仿真模擬 刀 具路徑結(jié)果如圖 3-45 所示，仿真結(jié)果如圖 3-46 所示。 圖 3-45 模擬的刀具路徑 圖 3-46 仿真結(jié)果 3.4.7 零件掃描加工 2（ Sweeping） 1、幾何參數(shù)定義 在紅色 part 區(qū)域點(diǎn)擊右鍵，選擇面，選擇零件兩側(cè)凸起部分，如圖 3-47 所示 。雙擊鼠標(biāo)左鍵，彈出對(duì)話框，其余數(shù)