鼠標(biāo)蓋凹模加工及機(jī)床可視化仿真的研究

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 鼠標(biāo)蓋凹模加工及機(jī)床可視化仿真的研究 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時(shí)間 2014 年 6 月 畢業(yè) 任務(wù)書 一 、題目 鼠標(biāo)蓋凹模加工及機(jī)床可視化仿真的研究 二、研究主要內(nèi)容 本課題來源于實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品，研究內(nèi)容和研究方法上的要求是 針對 鼠標(biāo)蓋凹模 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 鼠標(biāo)蓋凹模加工 粗加工程編； 3完成 鼠標(biāo)蓋凹模 精加工 及清根加工的程編； 4. 完成 鼠標(biāo)蓋凹 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 16 周（ 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 鼠標(biāo)蓋凹模 加工 工藝及工藝模型處理； 3. 第四周，去工廠現(xiàn)場參觀調(diào)研； 4第五周，熟悉及掌握 CADCAM 軟件相關(guān)的 鼠標(biāo)蓋凹模 加工方法； 第二階段：（共計(jì) 5 周） 1第六周及第七周，完成 鼠標(biāo)蓋凹模 加工 工藝模型建立和處理； 2. 第八周，完成 鼠標(biāo)蓋凹模的粗加工編程； 3. 第九周，完成 鼠標(biāo)蓋凹模的精加工編程； 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 鼠標(biāo)蓋凹模 加工程序的通用性； 2第十二周，檢測 鼠標(biāo)蓋凹模 加工刀路工藝規(guī)劃的 合理性； 設(shè)計(jì) 論文 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. I 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，制造業(yè)也發(fā)生著革命性的變化，數(shù)控加工 技術(shù)的應(yīng)用是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命。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。現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的普遍應(yīng)用，使產(chǎn)品的加工周期大幅度縮短，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭能力。因此數(shù)控加工技術(shù)的研究成為各國的研究重點(diǎn)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以鼠標(biāo)蓋及餐盤的仿真加工為研究對象，首先熟悉了 CATIA V5 R20 軟件，特別是對其中的數(shù)控加工仿真技術(shù)進(jìn)行深刻的認(rèn)識和研究，并在查閱和搜索了大量與本畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料的基礎(chǔ)上，分析模型，根據(jù)加工區(qū)域的特征 ，有的區(qū)域是平面，而有的區(qū)域?yàn)椴灰?guī)則的曲面，運(yùn)用掃描加工，型腔銑和輪廓驅(qū)動銑對零件先進(jìn)行粗加工 ,半精加工，最后在精加工。然后利用 CATIA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。最后，結(jié)合 CATIA中設(shè)計(jì)好了的模型實(shí)例展現(xiàn)了在 VERICUT 環(huán)境下數(shù)控加工仿真的全過程。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)控加工， CATIA， VERCUIT，輪廓銑 II ABSTRACT Along with the advance of science and technology and social production, manufacturing and the revolutionary change, the application of nc machining technology is a technical revolution in mechanical manufacturing industry- Computer simulation, the simulation technology saves a lot of work, greatly saves the cost of raw materials, improve the production efficiency- Modern nc machining technology of commonly used, make products to greatly shorten the processing cycle, improve the processing quality of products, and accelerate the upgrading of products, enhance the competitive capability of product- Therefore the numerical control processing technology research became the various countries research focus. The graduation design in the mouses cover and plate the simulation machining for research object, material is aluminum alloy parts used- First of all, familiar with CATIA V5 R20 software, especially for the nc machining simulation technology for deep understanding and research, and the access and search a large amount of data associated with this graduation design, on the basis of the analysis model, according to the characteristics of the processing area, some area is flat, and some areas for irregular surface, so used to scan processing, drive the contours and cavity milling milling to rough machining of parts first, semi-finishing, finally in finish machining- Then using CATIA NC machining program, design the NC machining method of the parts- Finally, combining with the designed in CATIA model instance shows the whole process of nc machining simulation in VERICUT environment. KEYWORDS: CNC machining, CATIA, VERCUIT, contour milling III 目 錄 摘 要 . I 第一章 緒 論 . 1 1.1 課題研究的意義 . 1 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 . 2 1.3 論文的章節(jié)安排 . 2 第二章 CATIA 及 VERICUT 軟件簡介 . 3 2.1 CATIA/入口 . 3 2.2 CATIA 常用模塊 . 3 2.3 CATIA 軟件的特點(diǎn) . 5 2.4 VERICUT 介紹 . 6 第 三章 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 . 7 3.1 數(shù)控編程的定義 . 7 3.2 數(shù)控程編研究的基本內(nèi)容 . 7 3.3 數(shù)控編程的工藝處理 . 8 3.4 數(shù)控加工的誤差來源 . 11 第四章 鼠標(biāo)蓋凹模加工的研究 . 12 4.1 引入零件并打開加工模塊 . 12 4.2 創(chuàng)建零件毛坯 . 13 4.3 零件初始化操作 . 13 4.4 零件表面及凹槽粗加工（ Roughing） . 17 4.5 零件區(qū)域凹槽面半精加工（ Sweeping） . 21 4.6 腔槽上表面精加工（ Pocketing） . 23 4.7 零件凹槽內(nèi)曲面精加工（ Contour-driven） . 25 4.8 零件凹槽內(nèi)表面凸臺輪廓驅(qū)動加工（ Contour-driven） . 27 4.9 生成 NC 代碼 . 29 4.10 本章小結(jié) . 31 第五章 餐盤加工方法的研究 . 32 5.1 餐盤表面積六個(gè)凹槽快速加工（ Power machining） . 32 5.2 餐盤表面輪廓銑削加工（ Profile Contouring） . 35 IV 5.3 餐盤上表面面銑（ Facing） . 37 5.4 餐盤凹槽面精加工（ ZLevel 等高線加工） . 41 5.5 餐盤凹槽底面精加工（ Spiral milling） . 44 5.6 生成 NC 代碼 . 47 5.7 本章小結(jié) . 48 第六章 鼠標(biāo)蓋凹模加工及餐盤加工的 VERICUT 仿真 . 49 6.1 數(shù)控加工仿真技術(shù)概述 . 49 6.2 VERICUT 數(shù)控加工仿真技術(shù)的操作步驟 . 49 6.3 導(dǎo)入 NC 程序 . 52 6.4 加工仿真的驗(yàn)證 . 53 6.5 本章小結(jié) . 55 第七章 總結(jié)與展望 . 56 7.1 論文總結(jié) . 56 7.2 后續(xù)展望 . 56 參考文獻(xiàn) . 58 致 謝 . 59 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) . 60 1 第一章 緒 論 1.1 課題研究的意義 通過對鼠標(biāo)蓋凹模加工及機(jī)床可視化仿真的研究，鞏固了我們對機(jī)械專業(yè)課本知識的學(xué)習(xí)及理解，培養(yǎng)我們綜合應(yīng)用所學(xué)知識理論和專業(yè)知識，對我們四年的大學(xué)課程學(xué)習(xí)有一個(gè)全面的總結(jié)升華，進(jìn)一步加強(qiáng)了我的數(shù)控加工方面的基礎(chǔ)，通過仿 真過程，我們吸取了深刻的經(jīng)驗(yàn)，為將來從事從此方面工作打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。 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進(jìn)行加工的，當(dāng)加工對象改變時(shí)只需要重新編制數(shù)控加工程序，而無需對機(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.有力于加工復(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，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.勞動強(qiáng)度低 由于采用了自動控制方式，也就是說加工的全部過程是由數(shù)控系統(tǒng)完成，省去傳統(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 2 態(tài)。所以勞動強(qiáng)度 很低。 6.適應(yīng)能力強(qiáng) 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。 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 從生產(chǎn)中可以看出， CAM 技術(shù)對企業(yè)的影響舉足輕重，可以極大的提高企業(yè)的市場競爭力。但是，由于我國計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)發(fā)展滯后，受到 CAM 軟件的限制，盡管 CAM 技術(shù)在國外已有大量的科研人員進(jìn)行研究，并不斷的有成果出現(xiàn)，我國在 CAM 技術(shù)領(lǐng)域方面的研究卻不是很成熟。這對我國原本落后的制造業(yè)的發(fā)展極為不利。制造業(yè)不僅僅是一個(gè)國家的國民經(jīng)濟(jì)的支柱，而且是國力 強(qiáng)弱的象征，對其在世界上的政治和經(jīng)濟(jì)地位都有著決定性的影響。為了適應(yīng)制造技術(shù)今后的發(fā)展趨勢，有必要針對其進(jìn)行研究，使我國的制造技術(shù)上一個(gè)新臺階，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并為我國制造業(yè)的發(fā)展提供一條新途徑。 1.3 論文的章節(jié)安排 根據(jù)本科生畢業(yè)論文的選題要求，作者在近三個(gè)月的論文寫作階段，基于CATIA V5 系列軟件和 VERICUT 仿真軟件平臺，在論文指導(dǎo)老師耐心的指導(dǎo)下完成了大量的研究和寫作工作，在此基礎(chǔ)上對鼠標(biāo)蓋凹模及餐盤加工方法進(jìn)行設(shè)定，并在軟件平臺下進(jìn)行仿真模擬加工。這些內(nèi)容在以下論文章節(jié)中都有 詳細(xì)說明，論文內(nèi)容的章節(jié)安排如下： 第一章 緒論 第二章 CATIA 軟件簡介 第三章 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 第四章 鼠標(biāo)蓋凹模加工方法的研究 第五章 餐盤加工方法的研究 第六章 鼠標(biāo)蓋凹模加工及餐盤加工的 VERICUT 仿真 3 第二章 CATIA 及 VERICUT 軟件簡介 CATIA（ Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application）是法國 Dassault 公司于 1975 年起開始發(fā)展的一套完整的 3D CAD/CAM/CAE 一體化軟件。它的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分析計(jì)算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的生成到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計(jì)與分析、人機(jī)交換等實(shí)用模塊。 CATIA 不但能夠保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)部分之間的協(xié)同設(shè)計(jì)功能，而且還可以提供企業(yè)整個(gè)集成的設(shè)計(jì)流程和端對端的解決方案。 CATIA 大量用于航空航天、汽車 /摩托車行業(yè)、機(jī)械、電子、家電與 3C 產(chǎn)業(yè)及 NC 加工等各方面。由于其功能強(qiáng)大而完美， CATIA已經(jīng)幾乎成為 3D CAD/CAM 領(lǐng)域的一面旗幟 和爭相遵從的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在航空航天、汽車及摩托車領(lǐng)域， CATIA 一直居于統(tǒng)治地位。 2.1 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)對象和在線幫助功能。另外，在該模塊中，可以進(jìn)行導(dǎo)航、動畫、實(shí)體、和表面模型著色等高級可視化操作。 2.2 CATIA 常用模塊 1 裝配設(shè)計(jì) (Assembly Design) CATIA 裝配設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)師建立并管理基于 3D 零件機(jī)械裝配件。裝配件可以由多個(gè)主動或被動模型中的零件組成。零件間的接觸自動地對連接進(jìn)行定義，方便了 CATIA 運(yùn)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行早期分析?；谙惹岸x零件的輔助零件定義和依據(jù)其之間接觸進(jìn)行自動放置，可加快裝配件的設(shè)計(jì)進(jìn)度，后續(xù)應(yīng)用可利用此模型進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)、分析、制造等。 4 2 Drafting(DRA) CATIA 制圖產(chǎn)品是 2D 線框和標(biāo)注產(chǎn)品的一個(gè)擴(kuò)展。制圖產(chǎn)品使用戶可以方便地建立工程圖樣，并為文本、尺寸標(biāo)注、客戶化標(biāo)準(zhǔn)、 2D 參數(shù)化和 2D 瀏覽功能提供一整套 工具。 3.CATIA 特征設(shè)計(jì)模塊 (FEA) 該模塊用工程特征定義設(shè)計(jì)信息，提供了多種常用設(shè)計(jì)特征，如孔、槽、型腔、凸臺、墊、柱體、塊體、錐體、球體、倒圓角和倒直角等。并可挖空實(shí)體建立薄壁件。各設(shè)計(jì)特征可以用參數(shù)化定義，其尺寸大小和位置可以被編輯。用戶自定義特征存儲在公共目錄下，可以被添加到其他設(shè)計(jì)模型中。各特征可相對于其他特征或?qū)嶓w定位，也可被引用建立相關(guān)特征組。 4. 高級曲面設(shè)計(jì) (ASU) CATIA 高級曲面設(shè)計(jì)模塊提供了可便于用戶建立、修改和光順零件設(shè)計(jì)所需曲面的一套工具。高級曲面設(shè) 計(jì)產(chǎn)品的強(qiáng)項(xiàng)在于其生成幾何的精確度和其處理理想外形而無需關(guān)心其復(fù)雜度的能力。無論是出于美觀的原因還是技術(shù)原因，曲面的質(zhì)量都是很重要的。 5. 自由外形設(shè)計(jì) (FRF) CATIA 自由外形設(shè)計(jì)產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)師一系列工具，來實(shí)施風(fēng)格或外形定義或復(fù)雜的曲線和曲面定義。對 NURBS 的支持使得曲面的建立和其它 CAD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換更加輕而易舉。 6.曲面設(shè)計(jì) (SUD) CATIA 曲面設(shè)計(jì)模塊使設(shè)計(jì)師能夠快速方便地建立并修改曲面幾何。它也可作為曲面、面、表皮和閉合體建立和處理的基礎(chǔ)。曲面設(shè)計(jì)產(chǎn)品有許多自動化功能， 包括分析工具、加速分析工具、可加快曲面設(shè)計(jì)過程。 7.裝配模擬 (Fitting Simulation) CATIA 裝配模擬產(chǎn)品可使用戶定義零件裝配或拆卸過程中的軌跡。使用動態(tài)模擬，系統(tǒng)可以確定并顯示碰撞及是否超出最小間隙。用戶可以重放零件運(yùn)動軌跡，以確認(rèn)設(shè)計(jì)更改的效果。 8.刀具庫存取 (Tool-shop Access) CATIA 刀具庫存取對用戶提供一個(gè)實(shí)時(shí)環(huán)境，以運(yùn)行和管理將 CATIA 刀具 5 軌跡轉(zhuǎn)換成機(jī)器專業(yè)的 NC 代碼文件所需的各種作業(yè)。用戶可以編輯、拷貝、更名、刪除和存儲自己的 NC 文件。該程 序可使用戶檢查批處理作業(yè)執(zhí)行報(bào)告，改變作業(yè)執(zhí)行的優(yōu)先級，從作業(yè)隊(duì)列中刪除不需要的作業(yè)等。 9.繪圖 -空間 (2D/3D) Integration(DRS) CATIA 繪圖 -空間 (2D/3D)集成產(chǎn)品將 2D和 3D CATIA 環(huán)境完全集成在一起。該產(chǎn)品使設(shè)計(jì)師和繪圖員在建立 2D 圖樣時(shí)從 3D 幾何中生成投影圖和平面剖切圖。通過用戶控制模型間 2D 到 3D 相關(guān)性，系統(tǒng)可以自動地由 3D 數(shù)據(jù)生成圖樣和剖切面。 10.鈑金設(shè)計(jì) (Sheetmetal Design) CATIA 鈑金設(shè)計(jì)產(chǎn)品使設(shè)計(jì)和制造工程師可以定義 、管理并分析基于實(shí)體的鈑金件。采用工藝和參數(shù)化屬性，設(shè)計(jì)師可以對幾何元素增加象材料屬性這樣的智能，以獲取設(shè)計(jì)意圖并對后續(xù)應(yīng)用提供必要的信息。 CATIA 是個(gè)功能激起強(qiáng)大的軟件除了上述模塊外，還有大量模塊，在此就不詳細(xì)介紹了。 2.3 CATIA 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爭優(yōu)勢。 2.支持不同應(yīng)用層次的可擴(kuò)充性 CATIA V5 對于開發(fā)過程、功能和硬件平臺可以進(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公司的需要。 3.與 NT 和 UNIX 硬件平臺的獨(dú)立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平臺和 UNIX 平臺上開發(fā)完成的，并在所有所支持的硬件平臺上具有統(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平臺的應(yīng)用可使設(shè)計(jì)師更加簡便地同辦公應(yīng)用系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)；而 UNIX 平臺上 NT 風(fēng)格的用 戶界面，可使用戶在 UNIX 平臺上高效地處理復(fù)雜的工作。 6 4.專用知識的捕捉和重復(fù)使用 CATIA V5 結(jié)合了顯式知識規(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)知識變成了顯式的專用知識，提高了設(shè)計(jì)的自動化程度，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 CATIA V4 和 V5 具有兼容性，兩個(gè)系統(tǒng)可并行使用。對于現(xiàn)有的 CATIA V4用戶， V5 年引領(lǐng)他們邁向 NT 世界。對于新的 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。 2.4 VERICUT 介紹 VERICUT 軟件是美國 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)動仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級機(jī)床特征模塊、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，可以對切削模型進(jìn)行尺寸測量，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 MasterCAM 等軟件的嵌套運(yùn)行。 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。 7 第三章 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 計(jì)算機(jī)輔助制造 CAM 從狹義上講就是計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械加工，也就是數(shù)控加工，其核心是數(shù)控編程和數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)。 在這一章中將介紹與數(shù)控加工技術(shù)有關(guān)的內(nèi)容。 3.1 數(shù)控編程的定義 生成數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工的數(shù)控程序的過程，稱為數(shù)控編程（ NC programming）。數(shù)控編程可以手工完成，即手工編程（ manual programming），也可以由計(jì)算機(jī)輔助完成，即計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程（ computer aided NC programming）。采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程需要一套專用的數(shù)控編程軟件，現(xiàn)在數(shù)控編程軟件主要分為批處理命令方式為主的各種類型的 APT 語言和以CAD/CAM 軟件為基礎(chǔ)的圖形交互式自動編程如 UG 軟件、 CATIA 軟件等。 3.2 數(shù)控程編研究的基本內(nèi)容 1.數(shù)控加工工藝分析及規(guī)劃 通過對模型的分析，確定工件的哪些部位需要在數(shù)控機(jī)床或在數(shù)控加工中心加工 ，確定加工對象， 對 其 進(jìn)行分析，按其形狀特征、功能特征及精度、光潔度 ，要 求將加工對象分成若干個(gè)加工區(qū)域 ，最后進(jìn)行加工工藝路線的規(guī)劃 。 2.完善零件的加工模型 由于 CAD 造型人員更多地考慮零件設(shè)計(jì)的完整性，較少地考慮地零件模型對 CAM加工的影響，因此，要根據(jù)加工對象的確定及加工區(qū)域劃分對模型進(jìn)行一些。 3.加工參數(shù)的優(yōu)化 加工參數(shù)的設(shè)置可視為利用 CATIA 軟件進(jìn)行數(shù)控程編的主要內(nèi)容，它直接影響生成數(shù)控程序的質(zhì)量，它是根據(jù)所輸入的零件工藝過程設(shè)計(jì)的工藝文件，對各工序設(shè)定切削用量，刀具補(bǔ)償，加工坐標(biāo)原點(diǎn)（刀具起點(diǎn)）等，其所需原始 8 數(shù)據(jù)均取至工藝文件，按實(shí)際所選數(shù)控機(jī)床的情況進(jìn)行設(shè)置。 4.刀位軌跡的形成 其作用是設(shè)計(jì)刀具的運(yùn)動軌跡，產(chǎn)生歷史文件和刀位文件。根據(jù)加工工藝調(diào)用相應(yīng)加工程序，自動產(chǎn)生加工的詳細(xì)描述，這些描述及零件的圖形被紀(jì)錄為歷史文件（類似數(shù)控 APT 語言的描述），同時(shí)也產(chǎn)生了刀位文件（二進(jìn)制或ASCII 格式）。加工子程序是各種加工方法的處理程序，它 是對各種加工方法的具體描述，所提供的加工方法越多，軟件應(yīng)用的范圍越廣。 5.到位軌跡的驗(yàn)證 為了保證數(shù)控程序的安全性，必須對生成的刀位軌跡進(jìn)行檢查效驗(yàn)，檢查刀軌是否過切或者加工不到位，同時(shí)檢查是否發(fā)生與工件及夾具干涉。對檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)該進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，再進(jìn)行重新計(jì)算、效驗(yàn)，直到 準(zhǔn)確無誤（可通過可視化仿真軟件 VERICUT 來實(shí)現(xiàn)）。 3.3 數(shù)控編程的工藝處理 1.認(rèn)真分析零件圖紙，明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求 1）加工部位。 2）精度要求（決定加工方案）：公差、對稱度、同心度、表面粗糙度 等。 3）加工基準(zhǔn) -要求加工基準(zhǔn)能夠找正 , 否則必須采取特殊的工藝措施。 4）毛坯狀態(tài) -鑄件、鍛件、焊接件、材料類別。 2.制定加工方案，選擇加工機(jī)床類型 在滿足精度和工期的要求下 , 盡可能選用低坐標(biāo)數(shù)的低成本 NC 機(jī)床完成加工任務(wù)。 3.確定零件的裝夾方式 1）夾具的作用：將零件固定在工作臺上以進(jìn)行加工。 2）選擇夾具時(shí)注意事項(xiàng)：保證加工零件時(shí)的開敞性和穩(wěn)定性。 3）夾具的類型： a.組合夾具：可根據(jù)被加工零件的特點(diǎn)由通用元件拼裝組合出不同類型的夾 具，具有重復(fù)使用、效率高、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)。 b.真空 (磁力 )平臺裝夾：零件與工作臺間抽真空，形成壓緊力。具有裝夾快， 工件夾持均勻，開敞性好等優(yōu)點(diǎn)。 9 c.專用夾具：為加工某種零件而特制的夾具。 4.確定加工坐標(biāo)系原點(diǎn) 1)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。 2)確定原則： 便于數(shù)學(xué)處理，簡化程序 機(jī)床上易找正 加工過程易于檢查 5.走刀路線的選擇 1)走刀路線的規(guī)劃 數(shù)控加工過程中刀位點(diǎn)相對于被加工工件的運(yùn)動軌跡叫做走刀路線。 走刀路線的分類： （ 1）之字形 Zigzig （ 2）回字形 Follow periphery （ 3）單行 Zig 2）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.精加工最好采用順銑 3) 逆銑和順銑 a.定義： 10 逆銑 :如果刀具的切削方向和刀具的前進(jìn)方向相同 ; 順銑 :如果刀具的切削方向和刀具的前進(jìn)方向相反。 b.順逆銑的加 工特點(diǎn)： 逆銑：一般會出現(xiàn)啃刀，加工易產(chǎn)生過切； 順銑：一般會出現(xiàn)讓刀，加工不到位。 6.確定加工用量 加工用量包括切削深度和寬度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等。 1)切削深度的確定 主要根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度決定。 a.機(jī)床、工件和刀具的剛度越好，切深可越大。 b.若機(jī)床、工件、刀具的剛性允許，如果能一次切完，可留 0.20.5mm 余量再精加工一次，以提高零件的光潔度和精度。 c.若剛性不允許， 切削寬度、深度越大，則切削力、殘余應(yīng)力、振動越 大加工表面光潔度、精度越低。 2)切削寬度：加工時(shí)每相鄰兩刀之間的距離 L，又稱為行距。 a.粗加工切削寬度由刀具、機(jī)床、零件 的剛性決定； b.精加工可根據(jù)零件的粗糙度計(jì)算確定。 要降低表面粗糙度，可縮小行距，但加工效率降 低；因此在保證行距不變的前提下，應(yīng)選擇較大半 徑的刀具 ,可明顯降低殘留高度。 3)轉(zhuǎn)速 (S)的確定： 如果有切削參數(shù)庫，可直接查切削參數(shù)庫；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。 主軸轉(zhuǎn)速 n (r/min)根據(jù)允許的切削速度 vc (m/min)選取 1000 cvnD D-工件或刀具的直徑 (mm) 11 4）進(jìn)給速度（量） F (mm/min) a.定義：刀具基準(zhǔn)點(diǎn)每分鐘移動的路徑之和。 b.進(jìn)給量確定：根據(jù)零件的加工精度、表面光潔度、切削深度、寬度以 及刀具和工件材料而選擇。 c.計(jì)算： zfznF n-轉(zhuǎn)速， z-齒數(shù)， zf -每齒進(jìn)給量 3.4 數(shù)控加工的誤差來源 1.編程誤差 2.數(shù)控機(jī)床帶來的誤差 3.環(huán)境帶來的誤差 4.裝夾找正帶來的誤差 5.刀具帶來的誤差 6.加工工藝方法帶來的誤差 12 第四章 鼠標(biāo)蓋凹模加工的研究 本章研究的主要內(nèi)容：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。 4.1 引入零件并打開加工模塊 點(diǎn)擊開始，選擇加工下的 Surface Manufacturing 選項(xiàng)，進(jìn)入加工環(huán)境模塊，幾何體的建立包括零件幾何體，毛坯幾何體，零件和毛坯幾何體之間的材料是被去除的材料，這部分材料通常叫做移去的材料量。在這里兩個(gè)零件的毛坯如圖 4-1 所示，既是是第一步的毛坯，也是整個(gè)零件加 工的毛坯。零件幾何體如圖4-2 所示。 圖 4-1 毛坯 圖 4-2 零件 加工零件一般先進(jìn)行粗加工，目的是將毛培的大部分材料切除，留少量余量以備進(jìn)行精加工，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。 打開已經(jīng)建立好的零件模型，點(diǎn)擊 mouse_upper_mold.CATPart，進(jìn)入加工模塊。點(diǎn)擊 “開始 ”，在 “加工 ”欄選擇 surface machining 環(huán)境下進(jìn)行零件初始化，如圖 4-3 所示。 13 圖 4-3 4.2 創(chuàng)建零件 毛坯 在加工界面右部的工具欄中的點(diǎn) ，出現(xiàn) rough stock 的對話框，如圖 4-4所示。 圖 4-4 零件創(chuàng)建 Destination 選零件， Part Body 選零件幾何體， Z 最大偏置改為 35mm，選擇確定。 4.3 零件初始化操作 在零件初始化操作之前，先在零件表面定義一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)。點(diǎn)擊特征樹mouse 之前的加號，展開子菜單，選擇零件毛坯 Rough stock1，單擊，加工界面右部的樹形圖發(fā)生變化，選擇做點(diǎn) 圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖 4-5 所示點(diǎn)定義菜單。 14 圖 4-5 定義坐標(biāo)原點(diǎn) 點(diǎn)類型選擇之間，點(diǎn) 1 模式中，右鍵選擇創(chuàng)建終點(diǎn)，再選毛坯的左上角點(diǎn)，點(diǎn) 2 模式中，右鍵選擇創(chuàng)建終點(diǎn)，再選擇毛坯右下角點(diǎn)，點(diǎn)擊中點(diǎn)確定，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)在毛培上表面正中間的點(diǎn)，如圖 4-6 所示。 圖 4-6 創(chuàng)建點(diǎn) 在特征樹中雙擊 “ Part Operation”，系統(tǒng)彈出如圖 4-7 所示 “Part Operation.1”對話框。 15 圖 4-7 零件初始化 圖 4-7 所示的 “Part Operation”對話框中所用到的按鈕說明如下： 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：加入一個(gè)裝配模型文件或一個(gè)加工目標(biāo)模型文件。 按鈕：選擇目標(biāo)加工文件。 按鈕：選擇毛坯零件。 按鈕：選擇夾具。 按鈕：設(shè)定安全平面。 1.機(jī)床的設(shè)置 單擊 “Part Operation”對話框中的 按鈕，彈出對話框如圖 4-8 所示 16 圖 4-8 定義數(shù)控機(jī)床 選擇 3-axis Machine 按鈕 ，保持系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，然后確認(rèn)，完成機(jī)床設(shè)置。 2.定義坐標(biāo)系 單擊 “Part Operation”對話框中的 按鈕，出現(xiàn)如圖 4-9 所示對話框。 圖 4-9 定義坐標(biāo)系 Axis Name 定義為 “xoy”，選擇軸原點(diǎn)，選剛剛建立的表面中點(diǎn)為原點(diǎn)，確定。出現(xiàn)如圖 4-10 對話框。 17 圖 4-10 坐標(biāo)系 該圖中 Z 軸的方向向下，若想要改變 Z 軸的方向，需要點(diǎn)擊圖 4-3-5 對話框中 Z 軸，然后使毛坯中 Z 軸向下的紅色箭頭改為向上即可。 3.定義加工目標(biāo)零件 單擊 “Part Operation”對話框中的 按鈕，再單擊零件作為目標(biāo)加工零件。在圖形區(qū)雙擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)回到 “Part Operation”對話框。 4.定義毛坯 單擊 “Part Operation”對話框 中的 按鈕，再單擊所示特征樹的。 5.定義安全平面 單擊 “Part Operation”對話框中的 按鈕，將鼠標(biāo)放到特征樹的上，選擇隱藏。選擇零件的最高平面，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 offset thickness 設(shè)置為 30mm，初始化完成。 4.4 零件表面及凹槽粗加工（ Roughing） 在 Surface Manufacturing 加工環(huán)境中，單擊加工界面工具欄中 Roughing 圖標(biāo)進(jìn)行零件表面粗加工，彈出 Roughing.1 對話框，如圖 4-11 所示。 18 圖 4-11 粗加工對話框 圖 4-11 對話框中部分選項(xiàng)卡說明如下： ：刀具路徑參數(shù)選項(xiàng)卡。 ：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 選擇要加工平面，在 菜單下，單擊對話框中間紅色的 part 面，對話框消失，選擇零件幾何體，鼠標(biāo)雙擊空白處，消失的對話框再次出現(xiàn)，此時(shí)剛才紅色的 part 面變?yōu)榫G色。 Minimum thickness to machine 為 0.3mm Position 選為 On 2.刀具參數(shù)定義 單擊 定義刀具，直徑改為 D 16，圓鼻銑刀，單擊 More 按鈕 ， 19 彈出子菜單，如圖 4-12 所示 圖 4-12 刀具參數(shù) Nominal diameter(名義直徑 )改為 16mm， Corner radius（圓角半徑）改為 5mm， Body diameter（本體直徑）改為 16mm。 3.進(jìn)給速率的定義 單擊定義進(jìn)給速率參數(shù)，彈出子菜單，如圖 4-13 圖 4-13 進(jìn)給速率參數(shù) Retract（退刀量）設(shè)置為 300mm_mn， 20 Machining（主 軸轉(zhuǎn)速）中的數(shù)據(jù)設(shè)置為 1500turrn_mn。 4.刀具路徑定義 單擊 按鈕，彈出子菜單，如圖 4-14 圖 4-14 刀具路徑參數(shù) Machining mode（加工模式）選擇為 By plane（以平面加工）， Tool path style 選擇 Zig-zag（之字形加工，減小變形）， Axial 中 Maximum cut depth（最大切削深度）改為 3mm 。 5.仿真 單擊 進(jìn)行