墊板凸模加工及三數(shù)控機(jī)床視化仿真的研究

1、畢業(yè)設(shè)計題目：墊板凸模加工及三數(shù)控機(jī)床視化仿真的研究系 別 機(jī)電工程系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 姓 名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時間 2014.06 摘要隨著世界工業(yè)化發(fā)展的需要，制造業(yè)的競爭日益激烈，先進(jìn)的制造技術(shù)不斷出現(xiàn)，尤其是數(shù)控技術(shù)，在先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的引領(lǐng)下，工業(yè)產(chǎn)品的加工質(zhì)量不斷完善，生產(chǎn)周期不斷縮短，數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)的核心技術(shù)。在計算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展的同時，數(shù)控技術(shù)也迎來了革命性的變化，計算機(jī)仿真、模擬技術(shù)已成為實際加工的前提，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)將實際加工中的材料損失降到了最低，大大節(jié)約了加工成本。作者在查閱和搜索了大量與本畢業(yè)設(shè)計相

2、關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對數(shù)控技術(shù)，特別是其中的模擬仿真技術(shù)進(jìn)行深刻的認(rèn)識和研究，并在指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)下，首先熟悉了catia v5 r20 軟件，設(shè)計出此次兩個零件的墊板凸模任務(wù)是根據(jù)模型設(shè)計出他它們的加工方法，利用輪廓銑對復(fù)雜曲面進(jìn)行粗加工和精加工，最后，結(jié)合catia中設(shè)計好了的模型實例展現(xiàn)了vericut環(huán)境下數(shù)控加工仿真的全過程。關(guān)鍵字：數(shù)控，仿真，墊板凸模abstractwith the development of world industrialization, the manufacturing industry competition is intense, advanced m

3、anufacturing technology appears unceasingly, especially in advanced numerical control technology, numerical control technology, the machining quality of industrial products continue to improve, production cycles continue to shorten, numerical control technology has become the core technology for man

4、ufacturing industry.with the rapid development of computer technology, numerical control technology also ushered in a revolutionary change, computer simulation, simulation technology has become the premise of the actual processing, it saves a lot of workload, improves the production efficiency, the

5、most important is simulated, simulation technology will be the actual processing of material loss was reduced to the minimum, greatly saving the processing cost.author search on the search and a lot of graduation design and the related data, the numerical control technology, especially the understan

6、ding and study of deep simulation techniques, and in guiding the teacher under the guidance of the patient, the first familiar with catia v5 r20 software, design plate punch task this time two parts according to the model design the processing method, the contour milling of complex curved surface is

7、 rough and fine processing, finally, combined with the model instance in catia to design the present nc simulation under vericut all over.keyword:nc ，simulation ，plate punch目錄第一章緒論61.1課題研究的意義61.2論文章節(jié)的安排7第二章 catia軟件簡介82.1catia常用模塊92.2 catia v5軟件的特點(diǎn)92.2.1重新構(gòu)造的新一代體系結(jié)構(gòu)92.2.2支持不同應(yīng)用層次的可擴(kuò)充性92.2.3與nt和unix硬件

8、平臺的獨(dú)立性92.2.4專用知識的捕捉和重復(fù)使用92.2.5給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級102.3 catia 軟件的競爭優(yōu)勢10第三章 數(shù)控編程的工藝處理11第四章 墊板凸模加工方法的研究144.1引入零件及進(jìn)入加工模塊154.2零件定義操作164.2.1機(jī)床的設(shè)置184.2.2定義坐標(biāo)系194.2.3定義加工目標(biāo)零件194.2.4定義毛坯零件204.2.5定義安全平面214.3零件區(qū)域粗加工（roughing）214.3.1幾何參數(shù)定義224.3.2刀具參數(shù)定義234.3.3刀具路徑定義244.3.4仿真254.4外形切削（profile contouring）254.4.1幾何參數(shù)的定義264.4

9、.2刀具參數(shù)的定義274.4.3刀具路徑的定義284.4.4仿真294.5孔鉆（drilling）304.5.1幾何參數(shù)的定義304.5.2刀具參數(shù)的定義314.5.3刀具路徑的定義324.5.4仿真334.6面加工（facing）334.6.1幾何參數(shù)的定義334.6.2刀具參數(shù)的定義344.6.3刀具路徑的定義344.6.4仿真354.7等高加工（zlevel）和（pocketing）364.7.1幾何參數(shù)定義364.7.2刀具參數(shù)定義374.7.3刀具路徑定義374.7.4仿真394.8掃描粗加工（sweep roughing）404.8.1幾何參數(shù)的定義404.8.2刀具參數(shù)的定義40

10、4.8.3刀具路徑的定義414.8.4仿真424.9掃描加工（sweeping ）424.9.1幾何參數(shù)的定義434.9.2刀具參數(shù)的定義434.9.3刀具路徑的定義444.9.4仿真454.10點(diǎn)到點(diǎn)加工（point to point）464.10.1刀具參數(shù)的定義464.10.2刀具路徑的定義474.10.3仿真474.11外形切削 （profile contouring）484.11.1幾何參數(shù)的定義494.11.2刀具參數(shù)的定義494.11.3刀具路徑的定義504.11.4仿真504.12仿真51第五章vericut仿真加工過程525.1vericut仿真技術(shù)的概述525.2veric

11、ut模塊545.3 數(shù)控加工仿真技術(shù)的操作步驟575.3.1 建立機(jī)床模型：575.3.2 選擇機(jī)床控制系統(tǒng)：575.3.3 添加毛坯實體：575.3.4 建立加工坐標(biāo)系：585.3.5導(dǎo)入已在catia 上導(dǎo)出的nc代碼595.4 加工仿真的驗證：62第六章 總結(jié)與展望666.1論文總結(jié)666.2后續(xù)展望67致謝72參考文獻(xiàn)73畢業(yè)設(shè)計小結(jié)74第一章緒論1.1課題研究的意義數(shù)控加工是一種用計算機(jī)來控制的機(jī)床，用來控制機(jī)床的計算機(jī)不管是專用還是通用計算機(jī)都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。它是解決零件多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題和實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。從總體來看，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工相

12、比具有的優(yōu)點(diǎn)有：1）、適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性即柔性，指數(shù)控機(jī)床隨生產(chǎn)對象變化而變化的適應(yīng)能力。在數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時，只需要重新編制程序，輸入新的程序后就能實現(xiàn)對新零件的加工，這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的單件、小批量生產(chǎn)提供了極大的方便。適應(yīng)性強(qiáng)是數(shù)控機(jī)床得以生產(chǎn)和迅速發(fā)展的主要原因。2）、精度高，質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的，一般情況下工作過程不需要人工干預(yù)，這就消除了操作者人為生產(chǎn)的誤差，在設(shè)計制造數(shù)控機(jī)床是，采取了許多措施，使數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分達(dá)到了較高的精度和剛度。3）、生產(chǎn)效率高由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)鋼性好，因此允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，這就提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了機(jī)動

13、時間。數(shù)控機(jī)床的移動部件空行程運(yùn)動速度快，工件裝夾時間短，刀具可自動更換，輔助時間比一般機(jī)床大為減少。4）、能實現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動普通機(jī)床難以實現(xiàn)或根本無法實現(xiàn)軌跡為三次以上的曲面運(yùn)動，而數(shù)控機(jī)床則可實現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運(yùn)動和加工任何形狀的空間曲面，適應(yīng)于復(fù)雜異形零件的加工。5）、良好的經(jīng)濟(jì)效益數(shù)控機(jī)床雖然設(shè)備昂貴，加工是分?jǐn)偟矫總€零件上的設(shè)備折舊費(fèi)較高，但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，使用數(shù)控機(jī)床加工可減少調(diào)整、加工和檢驗時間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用。而且加工零件不用制作家具，節(jié)省了工藝裝備費(fèi)用。6）、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，特別是在數(shù)控機(jī)床上上使用計算機(jī)控制，為

14、計算機(jī)輔助設(shè)計、制造以及管理一體化奠定了基礎(chǔ)。本文所要的研究內(nèi)容就是基于catia軟件平臺上，通過計算機(jī)模擬實際加工過程，達(dá)到對數(shù)控加工過程的優(yōu)化和加工結(jié)果預(yù)測的目的。1.2論文章節(jié)的安排根據(jù)本科生畢業(yè)論文的選題要求，作者在近三個月的論文寫作階段，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)上對復(fù)雜曲面加工方法進(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： 緒論 catia軟件的主要功能介紹 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 連接板凹模加工方法的研究 總結(jié)與展望第二章

15、catia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、工業(yè)設(shè)計、三維建模、分析計算、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)計與分析、人機(jī)交換等實用模塊。catia不但能夠保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計部分之間的協(xié)同設(shè)計功能，而且還可以提供企業(yè)整個集成的設(shè)計流程和端對端的解決方案。catia大量用于航空航天、汽車/摩

16、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。功能強(qiáng)大的catia軟件是由大量的功能模塊組成的。圖2-1 catia模塊圖2.1catia常用模塊在catia v5 r20中共有13個模組，分別是：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計、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)計與分析、知識工程模塊和enovia v5 vpm(圖3.2.1)，各個模組里又有一個到幾十個不同的模塊。認(rèn)識c

17、atia中的模塊，可以快速的了解它的主要功能，下面將介紹catia v5 r20中的一些主要模組。2.2 catia v5軟件的特點(diǎn)2.2.1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。2.2.2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。2.2.3與nt和unix硬件平臺的獨(dú)立性cat

18、ia 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。2.2.4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)計過程中交互式捕捉設(shè)計意圖，定義產(chǎn)品的性能和變化。隱式的經(jīng)驗知識變成了顯式的專用知識，提高了設(shè)計的自動化程度，降低了設(shè)計錯誤的風(fēng)險。2.2.5給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級catia v4和v5具有兼容性，兩個系統(tǒng)

19、可并行使用。對于現(xiàn)有的catia v4用戶，v5能引領(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，組成一個完整的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。2.3 catia 軟件的競爭優(yōu)勢catia的競爭對手包括ug nx，pro/e，topsolid,cimatron。其中nx和pro/e與catia可謂三分天下。目前catia在設(shè)計與工程軟件中占有最多的市場份額。這來源于其如此強(qiáng)大的客戶來源和軍工背景。與其競爭對手相比，catia的優(yōu)勢在于賞心悅目的界面，易用而強(qiáng)大的功能，在汽車、航空航天、造船等專用行業(yè)強(qiáng)大的功能支持等，it老大ibm的全球銷售合作。還有很重要的一點(diǎn)

20、，就是來自catia母公司，達(dá)索系統(tǒng)dassault systemes其他兄弟軟件的支持：1 delmia，強(qiáng)大的生產(chǎn)線規(guī)劃和管理軟件，配合catia完成制造可行性分析和實施；2 enovia，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和設(shè)計支持系統(tǒng)3 smarteam，強(qiáng)大的plm軟件，與ugs team center并列為plm最成功的軟件，plm的鼻祖。4 vpm，設(shè)計數(shù)據(jù)共享平臺，跨國公司各設(shè)計中心可使用此軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)共享5 solidworks，三維工程軟件在全球中端市場的統(tǒng)治者，被達(dá)索公司收購后，成為打擊其他中端軟件的招牌武器，并且有效的支持高端軟件catia在中低端市場的滲透6 abaqus，最強(qiáng)

21、大的fem軟件之一，優(yōu)勢是非線性、動態(tài)、隱式計算，成為可以有效解決汽車與航空航天領(lǐng)域復(fù)雜問題的有效工具。第三章 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2.制定加工方案，選擇加工機(jī)床類型3.確定零件的裝夾方式 4.確定加工坐標(biāo)系原點(diǎn) 5.走刀路線的選擇 6.刀具的選擇 7.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。機(jī)床、工件和刀具的剛度越好，切深可越大若機(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。若剛性不允許，切削寬度、深度越大，則切削

22、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：加工時每相鄰兩刀之間的距離l，又稱為行距。圖3-1 切寬示意圖粗加工切削寬度由刀具、機(jī)床、零件的剛性決定；精加工可根據(jù)零件的粗糙度計算確定。(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)實際經(jīng)驗,并配合刀具廠家提供的刀具切削線速度vc (m/min) 查表計算來確定。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/m

23、in)根據(jù)允許的切削速度vc (m/min)選取d-工件或刀具的直徑 (mm)（4）進(jìn)給速度（量）f (mm/min)a. 定義：刀具每分鐘移動的路徑之和。b. 確定方式：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. 控制方式：i. 編程人員在程序中給定一個值；ii. 操作人員可根據(jù)實際情況用倍率調(diào)節(jié)旋扭進(jìn)行調(diào)節(jié) 。程序編制中的誤差主要有三部分組成：1)逼近誤差 ：用近似方程所表述的形狀與原始零件之間的誤差。（一次逼近誤差）。2)插補(bǔ)誤差：用直線或圓弧段逼近零件輪廓曲線所產(chǎn)生的編程誤差。3)圓整化誤差：這是將工件尺寸換算成機(jī)床的脈沖當(dāng)量時由于圓整化所產(chǎn)生的誤差。

24、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)相對于被加工工件的運(yùn)動軌跡。1) 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)值計算，減少程序段數(shù)c. 縮短走刀路線，減少空程d.易于零件剛性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。2) 逆銑和順銑逆銑: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。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 (0.80.9）rmin.b.切削深度取(1/41/2)d，以保證刀具有足夠的加工剛度。第四章 墊板凸模加工方法的研究本章研究的主要內(nèi)容

25、：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可行的三軸型面加工方法。本論文使用一個墊板凸模模型進(jìn)行研究，下圖為墊板凸模的零件圖（圖4-1）以及毛坯圖（圖4-2）。圖4-1 零件圖 圖4-2 毛培圖 4.1引入零件及進(jìn)入加工模塊粗加工的目的是將毛培的大部分材料切除，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、減少加工時間、降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效率。打開已經(jīng)建立好的毛培按圖操作圖 4-1-1 進(jìn)入加工界面雙擊出現(xiàn)下圖 圖4-1-2 基礎(chǔ)設(shè)置4.2零件定義操作 在定義零件操作之前，先在零件表面定義一個原點(diǎn)。點(diǎn)擊特征樹boa

26、rd之前的加號，展開子菜單，選擇零件幾何體，單擊，工具欄發(fā)生變化，選擇做點(diǎn)工具，出現(xiàn)如圖4.3.1所示點(diǎn)定義菜單。 圖4-2-1 定義點(diǎn)點(diǎn)類型選擇之間，點(diǎn)1選毛培的左上角點(diǎn)，點(diǎn)2選擇毛培右上角點(diǎn)，確定，這樣就產(chǎn)生了一個在毛培上表面正中間的點(diǎn)，如圖所示。圖4-2-2零件圖圖4-2-3 part operation圖所示的“part operation”對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：加入一個裝配模型文件或一個加工目標(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。 按鈕：選定5個平

27、面定義一個整體的阻礙體。 按鈕：選定一個平面作為零件整體移動平面。 按鈕：選定一個平面作為零件整體旋轉(zhuǎn)平面。4.2.1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4-2-4 基礎(chǔ)設(shè)置單擊其中的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。4.2.2定義坐標(biāo)系單擊“part operation”對話框中的按鈕，出現(xiàn)如所示對話框。點(diǎn)擊圖中原點(diǎn)對話框消失 再點(diǎn)擊毛坯表面的中點(diǎn)。圖4-2-5 定義好的界面點(diǎn)擊確定。4.2.3定義加工目標(biāo)零件點(diǎn)擊圖中的圖標(biāo)選擇建好的模型圖4-2-7 打開界面4.2.4定義毛坯零件單擊“part operat

28、ion”對話框中的按鈕，再單擊所示特征樹的 圖4-2-8 基礎(chǔ)設(shè)置界面4.2.5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40mm。毛坯零件定義完成，在圖形區(qū)雙擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)回到“part operation”對話框。如圖4.3.6所示，點(diǎn)確定。圖4-2-9基礎(chǔ)設(shè)置界面（毛坯）4.3零件區(qū)域粗加工（roughing）鼠標(biāo)單擊特征樹的manufacturing program.1，單擊菜單插入roughing operationroughing如圖所示，進(jìn)行零件表面

29、粗加工，彈出roughing.1對話框，如圖所示圖4-2-10添加4.3.1幾何參數(shù)定義選擇要加工平面，菜單下，單擊對話框中間紅色的面，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)，此時剛才紅色的面變?yōu)榫G色。position選為on圖4-3-1 幾何元素的選擇圖4-3-2 進(jìn)退刀路線4.3.2刀具參數(shù)定義單擊定義刀具，直徑改為d 10，把ballend tool之前的對勾點(diǎn)掉，單擊more按鈕，彈出子菜單，如圖所示圖4-3-3刀具參數(shù)的定義圖4-3-4 刀具參數(shù)把表格里的數(shù)據(jù)改為如圖。4.3.3刀具路徑定義單擊按鈕，出現(xiàn)如圖19所示菜單，tool path style選擇z

30、ig-zag（之字形加工）。圖4-3-5 刀軌定義界面4.3.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖20所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看，可以拉動進(jìn)度條把加工速度調(diào)快，結(jié)果如圖所示。圖4-3-6 仿真圖4.4外形切削（profile contouring）鼠標(biāo)單擊特征樹的manufacturing program.1，單擊菜單插入roughing operationroughing如圖4-4-1所示，進(jìn)行零件表面粗加工，彈出roughing.1對話框，如圖所示圖4-4-1 添加roughing4.4.1幾何參數(shù)的定義圖4-4-2 外輪廓幾何元素選擇1圖4-4-3 外輪廓幾何元素選擇24.4.2刀具參數(shù)的定

31、義單擊定義刀具，點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)圖4-4-4 刀具參數(shù)的定義圖4-4-5 刀具參數(shù)4.4.3刀具路徑的定義 圖4-4-6 刀具路徑 圖4-4-7 進(jìn)退刀4.4.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看。圖4-4-8圖4-4-9仿真4.5孔鉆（drilling）4.5.1幾何參數(shù)的定義圖4-5-1 幾何元素4.5.2刀具參數(shù)的定義單擊定義刀具，點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)。圖4-5-3 刀具參數(shù)4.5.3刀具路徑的定義圖 4-5-4刀具參數(shù)圖 4-5-5進(jìn)退刀路線4.5.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖31所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看。

32、圖4-5-6仿真4.6面加工（facing）4.6.1幾何參數(shù)的定義圖4-6-1 幾何參數(shù)4.6.2刀具參數(shù)的定義點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)圖4-6-2 刀具參數(shù)4.6.3刀具路徑的定義圖4-6-3 刀路圖 4-6-4 進(jìn)退刀路線4.6.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖35所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看。圖 4-6-7 仿真4.7等高加工（zlevel）和（pocketing）圖4-7-1 添加清根加工4.7.1幾何參數(shù)定義圖4-7-2 幾何元素4.7.2刀具參數(shù)定義點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)。圖4-7-3刀具參數(shù)4.7.3刀具路徑定義圖4-7-4 走刀路線圖4

33、-7-5走刀路線圖4-7-64.7.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖4.4.5所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看，可以拉動進(jìn)度條把加工速度調(diào)快，結(jié)果如圖4.4.6所示。圖4-7-7圖4-7-8刀路圖4-7-9 刀路4.8掃描粗加工（sweep roughing）按照圖示操作圖4-8-0 添加掃描粗加工4.8.1幾何參數(shù)的定義4.8.2刀具參數(shù)的定義單擊定義刀具，點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)。圖4-8-1 刀具參數(shù)4.8.3刀具路徑的定義圖4-8-2走刀路線圖4-8-3進(jìn)退刀路線4.8.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖46所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看。圖4-8-4仿真4.9掃描加工（swe

34、eping ）單擊插入，machining operationssweeping operationssweeping如圖所示，彈出對話框sweeping.1。圖4-9-1 添加掃描加工4.9.1幾何參數(shù)的定義圖4-9-2幾何元素定義4.9.2刀具參數(shù)的定義單擊定義刀具，點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)。圖4-9-3 刀具參數(shù)4.9.3刀具路徑的定義圖4-9-4 刀路圖4-9-5進(jìn)退刀路線4.9.4仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖49所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看。圖4-9-6 仿真4.10點(diǎn)到點(diǎn)加工（point to point）圖4-9-7 加工區(qū)域4.10.1刀具參數(shù)的定義單擊定義

35、刀具，點(diǎn)擊按鈕出現(xiàn)如圖示菜單之后按圖示修改表格數(shù)據(jù)。圖4-10-1 參數(shù)設(shè)置4.10.2刀具路徑的定義圖4-10-2 刀路4.10.3仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖52所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看。圖4-10-3 刀軌4.11外形切削 （profile contouring）圖4-10-4這一步加工是對已經(jīng)加工好的墊板凸模輪廓進(jìn)行加工如圖黑色圈的區(qū)域。圖4-10-5 加工區(qū)域4.11.1幾何參數(shù)的定義圖4-11-1圖4-11-2 幾何參數(shù)定義4.11.2刀具參數(shù)的定義單擊定義刀具，按照圖示定義刀具。圖4-11-3 刀具參數(shù)定義4.11.3刀具路徑的定義圖4-11-4 刀路定義4.11.4仿真單擊

36、進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看，可以拉動進(jìn)度條把加工速度調(diào)快，結(jié)果如圖所示。每步都點(diǎn)擊此按鈕之后點(diǎn)擊播放按鈕就可以觀看。圖4-11-5 刀軌4.12仿真單擊進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖所示對話框，單擊，進(jìn)行觀看，可以拉動進(jìn)度條把加工速度調(diào)快，結(jié)果如圖所示。圖4-12-1 仿真圖4-12-2 仿真結(jié)果圖第五章vericut仿真加工過程5.1vericut仿真技術(shù)的概述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、

37、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、超行程等錯誤;具有真實的三維實體顯示效果，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、后續(xù)工序切削加工;具有cad/cam接口，能實現(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，其整個仿真過程包含程序驗證、分析、機(jī)床仿真、優(yōu)化和模型輸出等世界最強(qiáng)的數(shù)控模擬仿真，vericu

38、t是全世界nc驗證軟體的領(lǐng)導(dǎo)者；cgtech vericut 6.0支援用戶利用專案結(jié)構(gòu)樹，瀏覽、配置多個機(jī)床設(shè)置，每個機(jī)床設(shè)置有自己單獨(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機(jī)床任務(wù)移到另一個機(jī)床任務(wù)，同時能夠自動定位。一旦用戶選定了機(jī)床配置，毛坯、夾具和設(shè)計模型，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加工過程。最新版vericut 7.0 包括英文及簡體中文vericut 7.0亦重新設(shè)計了刀具管理器，使vericut的程式優(yōu)化模組optipath變得更容易使用。刀具優(yōu)化庫將設(shè)置在刀具管理器 ，這樣不僅簡化了使用過程，而且不同的刀具可以參考同一個優(yōu)化庫。

39、新的刀具裝配向?qū)г试S用戶在一個簡單的用戶介面里，通過對話方塊的形式創(chuàng)建一把新銑刀。如果用戶已經(jīng)在其他刀具庫 建立了一把刀，用戶可以參考或復(fù)制整個刀具，或刀片、刀柄，建立新的刀具。vericut模型輸出功能在7.0里得到了加強(qiáng)，能夠輸出catia v5、acis sat和step模型，模型輸出能夠在vericut類比nc程式的任何過程中創(chuàng)建cad模型。這個模型包含了各種加工特征，如：孔、倒角、圓弧、凹槽、凸臺，這些特征非常精確，和實際加工特征一樣。在vericut 6.0里面，模型輸出可以輸出能夠產(chǎn)生的特征，單獨(dú)的不能生成的特征或不好的特征（如球頭刀生成的“凹坑”）可以輸出綜合特征。其他的增強(qiáng)功

40、能使模型的表面和邊界更光順。輸出的文件使用nurbs修整曲線，減小了文件的大小。此外，vericut能夠生成過程模型，是生成探頭程式的理想工具。利用vericut類比過程中留下的幾何特征，來創(chuàng)建探頭程式使得在機(jī)床上即時檢測成為可能。另外，vericut 7.0版本還可以創(chuàng)建html或pdf格式的檢測文件，供機(jī)床操作工和質(zhì)量控制人員使用。vericut是一款專為制造業(yè)設(shè)計的cnc數(shù)控機(jī)床加工仿真和優(yōu)化軟件。取代了傳統(tǒng)的切削實驗部件方式，vericut通過模擬整個機(jī)床加工過程和校驗加工程序的準(zhǔn)確性 ，來幫助您清除編程錯誤和改進(jìn)切削效率。5.2vericut模塊* verification 仿真、驗

41、證和分析三軸銑削、鉆削、車削、車銑復(fù)合和線切割刀路* machine simulation 建立并仿真cnc機(jī)床及各種控制系統(tǒng)，檢驗機(jī)床干涉與碰撞* optipath 通過修改切削速度，優(yōu)化刀路，實現(xiàn)高效切削* model export 將仿真后的模型以iges或stl格式輸出* multi-axis 仿真與驗證四軸與五軸銑削、鉆削、車削和車銑復(fù)合加工* advanced machine features 增強(qiáng)vericut仿真高級加工功能的能力* machine developers kit 增強(qiáng)vericut仿真復(fù)雜機(jī)床的功能* cnc machine probing 模擬機(jī)床探測頭操作，

42、減少潛在錯誤，節(jié)省購買探測設(shè)備的成本* inspection sequence 快速準(zhǔn)確地為用戶提供零件加工過程中的各部位尺寸，并以pdg、txt或html的格式輸出，供各個部門引用* edm die sinking 模擬驗證電火花加工，支持多電極加工* auto-diff 通過比較設(shè)計模型與vericut輸出模型，進(jìn)行過切檢查* cutter/grinder verification 驗證多軸磨削* cutter/grinder machine simulation 模擬多軸磨削，檢驗機(jī)床碰撞* cad/cam interfaces cad/cam軟件與vericut的接口* mold &

43、die 模具行業(yè)專用模塊。該模塊集中了模具行業(yè)常用的vericut功能（三軸加工、線切割、電火花加工、auto-diff功能、優(yōu)化功能），節(jié)約用戶在軟件上的投資1vericut 切削模擬vericut是全世界nc驗證軟體的領(lǐng)導(dǎo)者。使用vericut可在產(chǎn)品實際加工之前、模擬nc加工過程，以檢測刀具路徑中可能存在的錯誤，并可用于驗證g代碼和cam軟體輸出結(jié)果，vericut可在unix、windows nt/95/98/2000系統(tǒng)下進(jìn)行。本系統(tǒng)有三大主要功能：常規(guī)工作模擬/驗證與分析、刀具路徑最佳化/工具機(jī)與控制器系統(tǒng)模擬。vericut-工件模擬驗證與分析vericut用于交互模擬25軸銑、

44、鉆、車、edm在銑/車組含加工操作時易于識別和更正引起撞坯另件及破坯夾具或折斷刀具的錯誤，vericut模擬過程中可確實執(zhí)行過切偵測。vericut可將切削另件與設(shè)計原型進(jìn)行比較，以識別差異保證加工后的另件滿足設(shè)計意識，使用者可以建構(gòu)任何工具、夾具或刀桿形狀可作任意旋轉(zhuǎn)、剖視圖以及測量另件尺寸。節(jié)省時間和金錢 * 培訓(xùn)程式與機(jī)械操作人員* 減少程式錯誤* 加速產(chǎn)品開發(fā)* 提高工廠生產(chǎn)率* 改善另件品質(zhì)* 減少殘料或空刀* 增強(qiáng)信心* 提供更好的檔案管理vericut-optipath 刀具路徑最佳化根據(jù)切削條件與nc工具能力，ptipath可自動修正nc程序，使其更快、效率更高。optipat

45、h工作原理非常簡單；就是在少量切削時增快切削進(jìn)給率，大量切削時削降低進(jìn)給率，把切削傳動分成小段，根據(jù)材料切削量optipath決定每一段的理想進(jìn)給率不會改變刀具路徑，新的信息會自動加入到新的刀具路徑文件之中。* 減少加工時間達(dá)50%以上或更多最佳化的切削進(jìn)給* 改善加工面品質(zhì)* 增加生產(chǎn)效率* 減少機(jī)械和刀具磨損* 減少操作人員工作量vericut-optipath 刀具路徑最佳化一次nc機(jī)床撞機(jī)可能花費(fèi)數(shù)萬元，除了機(jī)床損壞外，而且延誤整個產(chǎn)品開發(fā)計劃，vericut能多可用于檢測機(jī)床，控制器在指令上的沖突避免機(jī)床碰撞。vericut的nc機(jī)械與控制器模擬，特色是它可以去建構(gòu)模擬nc機(jī)床和制器

46、，由于有者相同功能驅(qū)動，所以在電腦上模擬的機(jī)床傳動會與工廠的機(jī)床傳動完全一樣。* 培訓(xùn)程式與機(jī)械操作人員，而不必使用機(jī)床* 減少碰撞與擦撞* 檢查機(jī)床功能* 增強(qiáng)信心* 改善文件檔案5.3 數(shù)控加工仿真技術(shù)的操作步驟5.3.1 建立機(jī)床模型：導(dǎo)入已經(jīng)建立好的三軸立式數(shù)控銑床，文件名：3_axis_mill_template_metric.vcproject打開的機(jī)床如所示：5.3.2 選擇機(jī)床控制系統(tǒng)：機(jī)床采用fanuc 15i系統(tǒng)5.3.3 添加毛坯實體：在項目中選擇項目樹，如圖71單擊方塊，設(shè)置毛坯尺寸：長：146寬：86高：20。圖5-3-1 毛胚設(shè)定5.3.4 建立加工坐標(biāo)系：在項目樹

47、中單擊坐標(biāo)系，設(shè)置加工原點(diǎn)位于毛坯上表面中心。如圖5.2.4：圖5-3-2 機(jī)床示圖5.3.5導(dǎo)入已在catia 上導(dǎo)出的nc代碼圖5-3-3圖5-3-4圖5-3-5點(diǎn)擊圖5-3-6 nc代碼圖5-3-7 nc代碼圖5-3-7添加nc按照catia上定義的刀具 在vericut定義同樣的刀具如圖圖5-3-8 刀具5.4 加工仿真的驗證：圖5-4-1仿真圖5-4-2 第一把刀圖5-4-3第二把刀圖5-4-4鉆孔圖5-4-5 結(jié)果圖圖5-4-6掃描加工以上實在vericut里邊仿真的驗證以上圖為每換一次刀具加工后的截圖。第六章 總結(jié)與展望6.1論文總結(jié)在近三多月的畢業(yè)設(shè)計時間里，在指導(dǎo)教師認(rèn)真的輔

48、導(dǎo)下，完成了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中的全部內(nèi)容。對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：基于catia軟件平臺，深入地研究了catia軟件加工模塊中的平面銑和型腔銑兩種粗加工銑削方式的應(yīng)用。 通過提取結(jié)構(gòu)件倒角及型腔側(cè)表面的特征，借助ugii軟件中的曲面輪廓銑和順序曲面銑加工加工模塊，編制了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件倒角及型腔清根程序，通過模擬仿真加工，取得較為滿意的結(jié)果。 對加工刀位源文件進(jìn)行了后置處理，生成數(shù)控機(jī)床可識別的加工指令程序，為實際加工奠定基礎(chǔ)。 通過一個案例驗證完成了vericut仿

49、真，分析了刀位軌跡在加工中的過切問題，為正確的選擇數(shù)控機(jī)床的刀具提出了一般指導(dǎo)性原則，具有一定的工程應(yīng)用價值。通過這一階段的畢業(yè)設(shè)計鍛煉，對ug軟件有了大致的認(rèn)識和基本操作的掌握。但是ug軟件的精通并非幾個月就可以達(dá)到的。所以我要在今后工作和學(xué)習(xí)中將認(rèn)真的繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，掌握好ug軟件的各個模塊的各種操作，做一名合格的工程技術(shù)人員。6.2后續(xù)展望數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。為了滿足市場的需要，達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面技術(shù)特征： 1、高速、高效 機(jī)床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工

50、成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。 20世紀(jì)90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動部件（快移速度60120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中

51、關(guān)鍵技術(shù)的解決，為開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達(dá)到50008000m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分（有的高達(dá)10萬r/min）以上；工作臺的移動速度（進(jìn)給速度）：在分辨率為1微米時，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率為0.1微米時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到12m/min。 2、高精度 從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（<10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。 當(dāng)前，在機(jī)械加工高精度的要求下，普通

52、級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m；精密級加工中心的加工精度則從35m，提高到11.5m，甚至更高；超精密加工精度進(jìn)入納米級（0.001微米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.010.05微米，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度ra=0.003微米等。這些機(jī)床一般都采用矢量控制的變頻驅(qū)動電主軸（電機(jī)與主軸一體化），主軸徑向跳動小于2m，軸向竄動小于1m，軸系不平衡度達(dá)到g0.4級。 高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，主要有“回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速滾珠絲杠”和“直線電機(jī)直接驅(qū)動”兩種類型。此外，新興的并聯(lián)機(jī)床也易于實現(xiàn)高速進(jìn)給。 滾珠絲杠由于工藝成熟，應(yīng)用廣泛，不僅精度能達(dá)到較高（iso3408 1級

53、），而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機(jī)床所采用。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機(jī)床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。 滾珠絲杠屬機(jī)械傳動，在傳動過程中不可避免存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)地造成運(yùn)動滯后和其它非線性誤差，為了排除這些誤差對加工精度的影響，1993年開始在機(jī)床上應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動，由于是沒有中間環(huán)節(jié)的“零傳動”，不僅運(yùn)動慣量小、系統(tǒng)剛度大、響應(yīng)快，可以達(dá)到很高的速度和加速度，而且其行程長度理論上不受限制，定位精度在高精度位置反饋系統(tǒng)的作用下也易達(dá)到較高水平，是高速高精加工機(jī)床特別是中、大型機(jī)床較理想的驅(qū)動方式。目前使用直線電機(jī)的高速高精加工機(jī)床最大快移速度已達(dá)208m/min，加速度2g，并且還有發(fā)展余地。 3、高可靠性 隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床制造商追求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(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)行時間mtbf就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1（數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個數(shù)量級）。此時數(shù)控系統(tǒng)的mtbf就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的mtbf就必須大于10萬小時。 當(dāng)前國外數(shù)控裝置的mtbf值