复杂型腔的凸模及流道加工方法的研究论文

本科毕业设计论文 题 目 复杂型腔的凸模及流道加工方法的研究 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 2014 年 6 月 毕业 任务书 一、 题目 复杂型腔的凸模及流道加工方法的研究 二、指导思想和目的要求 针 对 复杂型腔的凸模及流道加工的特点，进行刀路规划，合理地划分加工区域、选择 适合的加工方法 ， 制成以提高加工精度兼顾效率的 NC 加工专用程序。 三、主要技术指标 1 完成指定翻译文献 5000 字 ； 2 完成复杂型腔的凸模及流道加工的粗加工程编； 3 完成复杂型腔的凸模及流道加工精加工及流道清根加工的程编； 4. 完成复杂型腔的凸模及流道虚拟仿真加工及生成 NC 指令 。 四、进度和要求 第一阶段：（共计 5 周） 1第一周及第二周，翻译并完成教师指定的英文文献翻译； 2第三周，熟悉复杂型腔的凸模及流道加工工艺及工艺模型处理； 3. 第四周 ，去工厂现场参观调研； 4第五周，熟悉及掌握 CADCAM 软件关于复杂型腔凸模及流道加工方法； 第二阶段：（共计 5 周） 1第六周及第七周，完成复杂型腔的凸模及流道加工工艺模型建立和处理； 2. 第八周，完成复杂型腔的凸模及流道加工的粗加工编程； 3. 第九周，完成复杂型腔的凸模及流道精加工编程； 4. 第十周，完成仿真加工及数控加工代码生成； 第三阶段：（共计 5 周） 1 .第十一周，检测复杂型腔的凸模及流道加工程序的通用性； 2第十二周，检测复杂 型腔的凸模及流道加工刀路工艺规划的合理性； 设计 论文 3第十三周，进行刀路优化、过切检查 ； 4. 第十四及第十五周，生成通用的数控指令 (G 代码和 M 代码 )； 5. 第十六周及第十七周，撰写论文及评阅 。 五、主要参考书及参考资料 1 谢龙汉等 . CATIAV5 数控加工 M.北京：清华大学出版社， 2005 年 4 月 . 2 谢龙汉等 .CATIAV5 机械设计 M.北京：清华大学出版社， 2005 年 4 月 . 3 谢龙汉等 .CATIAV5 机械设计应用实例 M.北京：清华大学 出版社， 2005 年 4 月 . 4 谢龙汉等 .CATIAV5 逆向造型设计 M.北京：清华大学出版社， 2005 年 4 月 . 5 谢龙汉等 .CATIAV5 自由曲面造型 M.北京：清华大学出版社， 2005 年 4 月 . 6 谢龙汉等 .CATIAV5 数控加工实例 M.北京：清华大学出版社， 2005 年 4 月 . 7 卜昆等 .计算机辅助制造 M.北京：机械工业出版社， 2006. 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 I 摘 要 数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心 技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现管家综合国力的水平。 数控技术是当今先进制造技术和装备最核心的技术，机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。在计算机技术迅猛发展的同时，数控技术也迎来了革命性的变化，计算机仿真、模拟技术已成为实际加工的前提，它省去了大量的工作量，提高了生产效率，最重要的是模拟、仿真技术将实际加工中的材料损失降到了最低，大大节约了加工成本。 数控技术的应用要求数控编程人员熟练掌握 UG、 Pro-E、 Master CAM 等软件，而本论文主要是运用 CATIA 软件进行数控加工，运用 VERICUT 软件进行机床仿真。目前， CATIA 软件 在 CAD/CAE/CAM 以及 PDM 领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认， 并 广泛应用于航空航天、 汽车 制造、造船、机械制造、电子 /电器、消 费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的 DMU电子样机 模块功能及混合建模技术更是推动着企业 竞争力和生产力的提高。 VERICUT 软件也广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种 CNC 系统，既能仿真刀位文件，又能仿真 CAD/CAM 后置处理的 NC 程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。 本论文中以 复杂型腔的凸模及流道 作为加工对象，在 CATIA 中涉及到零件区域粗加工、零件凹槽内扫描加工、零件凹槽内槽加工等等，最终生成 NC 代码。然后在 VERICUT 环境下 在机床上进行数控加工仿真。 关键词 ： 数控技术 ， CATIA， VERICUT，仿真 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 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 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 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 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 IV 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题研究的意义 . 1 1.2 论文的章节安排 . 2 第二章 CATIA 软件及 VERICUT 软件介绍 . 3 2.1 CATIA 软件介绍 . 3 2.1.1 CATIA 软件简介 . 3 2.1.2 CATIA 入口 . 3 2.1.3 CATIA V5 功能模块简介 . 3 2.1.4 CATIA V5 软件的特点 . 6 2.2 VERICUT 软件介绍 . 6 2.2.1 VERICUT 模块简介 . 6 2.2.2 VERICUT 功能简介及应用 . 7 第三章 复杂型腔凸模的数控加工技术（ CATIA） . 8 3.1 引入零件及进入加工模块 . 9 3.2 创建零件毛坯 . 9 3.3 零件定义操作 . 10 3.4 进行零件加工 . 13 3.4.1 零件表面粗加工（ Roughing） . 13 3.4.2 零件扫描加工 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 零件等高线加工（ ZLevel） . 23 3.4.6 零件轮廓驱动加工（ Contour-driven） . 26 3.4.7 零 件扫描加工 2（ Sweeping） . 27 3.4.8 零件清根加工（ Pencil） . 28 3.4.9 零件面铣精加工（ Facing） . 29 3.5 输出 NC 代码 . 31 第四章 复杂型腔凸模的机床仿真加工（ VERICUT） . 33 4.1 设置仿真环境 . 33 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 V 4.1.1 创建一个三坐标轴机床 . 33 4.1.2 定义毛坯 . 33 4.1.3 设置机床坐标 . 34 4.1.4 加载刀具库 . 34 4.1.5 添加数控程序 . 35 4.2 运行仿真 . 36 4.3 分析视图 . 38 第五章 流道的数控加工技术（ CATIA） . 40 5.1 零件加工前的设定 . 40 5.2 进行零件加工 . 41 5.2.1 零件面铣加工（ Facing） . 41 5.2.2 零件粗加工（ Roughing） . 43 5.2.3 零件等高线加工（ ZLevel） . 44 5.2.4 零 件腔槽加工（ Pocketing） . 45 5.2.5 零件扫描加工（ Sweeping） . 47 5.2.6 零件表面轮廓铣加工（ Profile Contouring） . 48 5.3 输出 NC 代码 . 50 第六章 流道的机床仿真加工（ VERICUT） . 52 6.1 设置仿真环境 . 52 6.1.1 创建一个三坐标轴机床 . 52 6.1.2 定义毛坯 . 52 6.1.3 设置机床坐标 . 53 6.1.4 加载刀具库 . 53 6.1.5 添加数控程序 . 54 6.2 运行仿真 . 54 第七章 总结与展望 . 57 7.1 论文总结 . 57 7.2 后续展望 . 57 参考文献 . 59 致 谢 . 60 毕业设计小结 . 61 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 绪论 1.1 课题研究的意义 数控加工是一种现代化的加工手段，数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志，利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。 总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下 优点： 1、 具有较大的柔性 数控机床是按照记录在载体上的信息指令自动进行加工的，当加工对象改变时只需要重新编制数控加工程序，而无需对机床结构进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助机械装置。这样，便可以快速地从一种零件的加工变到另一种零件的加工，使生产准备周期大为缩短。 2、 加工效率高 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。 3、加工精度高 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置 ,提高分 辨率 ,减少为误 差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 4、有 利 于加工复杂形状的零件 数控机床能同时控制多个坐标联动，可以加工其他机床难以加工甚至不可能加工的复杂零件，如曲线的二维复杂轮廓零件、含曲面的三维实体零件。 5、劳动强度低 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。 6、 适应能力强 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部 分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 本文所要研究的内容就是针 对 复杂型腔的凸模及流道加工的特点， 利用数控加工 进行刀路规划，合理地划分加工区域、选择适合的加工方法 ， 制成以提高加工精度兼顾效率的 NC 加工专用程序。通过计算机模拟 三 坐标 轴 机床实际加工过程，达到对数控加工程序验证、切削过程优化和加工结果预测的目的。 1.2 论文的章节安排 根据论文选题的要求，作者在近三个月的论文阶段，基于 CATIA 软件及VERICUT 仿真软件平台，在导师的认真指导下完成了大量的工作，对计 算机辅助数控加工进行了深入的研究，在此基础上并对复杂型腔的凸模及流道进行仿真模拟加工。这些内容在论文中都得到了 充分的 反映，论文内容的章节安排如下： 第一章 绪论 第二章 CATIA 软件及 VERICUT 软件 介绍 第三章 复杂型腔凸模 的数控加工技术 （ CATIA） 第四章 复杂型腔凸模 的机床仿真加工 （ VERICUT） 第五章 流道 的数控加工技术 （ CATIA） 第 六 章 流道 的机床仿真加工 （ VERICUT） 第 七 章 总结与展望 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 第二 章 CATIA 软件及 VERICUT 软件介绍 2.1 CATIA软件 介绍 2.1.1 CATIA 软件 简介 CATIA 是法国 Dassault System 公司旗下的 CAD/CAE/CAM 一体化软件 ，Dassault System成立于 1981 年， CATIA是英文 Computer Aided Three-Dimensional Interface Application 的缩写。从 1982 年到 1988 年， CATIA 相继发布了 1 版本、2 版本、 3 版本，并于 1993 年发布了功能强大的 4 版本，现在的 CATIA 软件 分为 V4 版本和 V5 版本两个系列。 V4 版本应用于 UNIX 平台， V5 版本应用于UNIX 和 Windows 两种平台。 CATIA 如今其在 CAD/CAE/CAM 以及 PDM 领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认，广泛应用于航空航天、 汽车 制造、造船、机械制造、电子 /电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU 电子样机 模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。 2.1.2 CATIA 入口 该模块是连接所有 CAITA 模块的基础。它支持一些关键操作。如打开存在的 CATIA 零部件文件、创建新的零部件文件、绘制工程图、以及输入、输出各种不同格式的文 件。同时该模块还提供层控制、视图定义、屏幕开局、消隐 /再现对象和在线帮助功能。另外，在该模块中，可以进行导航、动画、实体、和表面模型着色等高级可视化操作。 2.1.3 CATIA V5 功能模块简介 在 CATIA V5 R20 中共有 13 个模组，分别是：基础结构、机械设计、形状、分析与模拟、 AEC 工厂、加工、数字化装配、设备与系统、制造的数字化处理、加工模拟、人机工程学设计与分析、知识工程模块和 ENOVIA V5 VPM，各个模组里又有一个到几十个不同的模块。认识 CATIA 中的模块，可以快速的了解它西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 的主 要功能，下面将介绍 CATIA V5 R20 中的一些主要模组。 1、 “基础结构”模组 “基础结构”模组主要包括产品结构、材料库、 CATIA 不同版本之间的转换、图片制作、实时渲染 (Real Time Rendering)等基础模块。 2、 “机械设计”模组 从概念到细节设计，再到实际生产， CATIA V5 的“机械设计”模组可加速产品设计的核心活动。“机械设计”模组还可以通过专用的应用程序来满足钣金与模具制造商的需求，已大幅提升其生产力并缩短上市时间。 “机械设计”模组提供了机械设计 中所需要的绝大多数模块，包括零部件设计、装配件设计、草图绘制器、工程制图、线框和曲面设计等模块。 3、 “形状”模组 CATIA 外形设计和风格造型提供给用户有创意、易用的产品设计组合，方便用户进行构建、控制和修改工程曲面和自由曲面，包括了自由曲面造型(freestyle)、汽车白车身设计 (automotive class design)、创成式曲面设计(generative shape design)和快速曲面 (quick surface reconstruction)重建等模块。 “ 自由曲面造型”模块提供用户一系列工具，俩定义复杂的曲线和曲面。对的支持使得曲面的建立和修改以及与其他 CAD 系统的数据交换更加轻而易举。 “ 汽车白车身设计”模块对设计类似于汽车内部车体面板和车体加强筋这样复杂的薄板零件提供了新的设计方法。可使设计人员定义并重新使用设计和制造规范，通过 3D 曲线对这些形状的扫掠，便可自动的生成曲面，从而得到高质量的曲面和表面，并避免了重复设计，节省了时间。 “创成式曲面设计”模块的特点是通过对设计方法和技术规范的捕捉和重新使用，从而加速设计过程，在曲面技术规范编辑 器中队设计意图进行捕捉，使用户在设计周期中的任何时候都能快速方便的实施重大设计更改。 4、 “分析与模拟”模组 CATIA V5 创成式和基于知识的工程分析解决方案可快速对任何类型的零件或装配件进行工程分析，基于知识工程的体系结构，可方便的利用分析规则和分析结果优化产品。 5、 “ AEC 工厂”模组 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 “ AEC 工厂”模组提供了方便的厂房布局设计功能，该模组可以优化生产设备布置，从而达到优化生产过程和产出的目的。“ AEC 工厂”模组主要用于处理空间利用和厂房内物品的布置问题，可实现快速的厂 房布置和厂房布置的后续工作。 6、 “加工”模组 CATIA V5 的“加工”模组提供了高效的编程能力及变更管理能力，相对于其他现有的数控加工解决方案，其优点如下： 高效的零件编程能力。 高度自动化和标准化。 高效的变更管理。 优化刀具路径并缩短加工时间。 减少管理和技能方面的要求。 7、 “数字化装配”模组 “数字化装配”模组提供了机构的空间模拟、机构运动、结构优化的功能。 8、 “设备与系统”模组 “设计与系统”模组可用于在 3D 电子样机配置中模拟复杂电气、液压传动和机械系 统的协同设计和集成、优化空间布局。 CATIA V5 的工厂产品模块可以优化生产设备布置，从而达到优化生产过程和产出的目的，它包括了电气系统设计、管路设计等模块。 9、 “人机工程学设计与分析”模组 “人机工程学设计与分析”模组使工作人员与其操作使用的作业工具安全而有效地加以结合，使作业环境更适合工作人员，从而在设计和使用安排上统筹考虑。“人机工程学设计与分析”模组提供了人体模型构造 (human measurements editor)、人体姿态分析 (human podture analysis)、人体行为分析 (human activety analysis)等模块。 10、 “知识工程模块“模组 “知识工程模块“模组可以方便的进行自动设计，同时还可以有效地捕捉和重用知识。 CATIA 是个功能 极其 强大的软件 ， 除了上述模块外，还有大量 其他 模块，西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 在此就不详细介绍了。 2.1.4 CATIA V5 软件的特点 1、 重新构造的新一代体系结构 为确保 CATIA 产品系列的发展， CATIA V5 新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使 客户具有更大的竞争优势。 2、 支持不同应用层次的可扩充性 CATIA V5 对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。 3、 与 NT 和 UNIX 硬件平台的独立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平台和 UNIX 平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5 在 Windows 平台的应用 可使 设计师 更加简便地同办公应用系统共享数据；而 UNIX 平台上 NT风格的用户界面，可使用户在 UNIX 平台上高效地处理复杂的工作。 4、 专用知识的捕捉和重复使用 CATIA V5 结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 5、 给现存客户平稳升级 CATIA V4 和 V5 具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的 CATIA V4用户， V5 能引领他们迈向 NT 世界。对于新的 CATIA V5 客户，可充分利用 CATIA V4 成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。 2.2 VERICUT 软件 介绍 2.2.1 VERICUT 模块简介 VERICUT 软件是美国 CGTECH 公司开发的数控加工仿真系统，由 NC 程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 实体比较模块和 CAD/CAM 接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和 多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进行 NC 程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误 ； 具有真实的三维实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工 ； 具有 CAD/CAM 接口，能实现与 UG、 CATIA 及 Master CAM 等软件的嵌套运行。 VERICUT 采用了先进的三维显示及虚拟技术 ， 对数控加工过程的模拟达到了及其逼真的程度 ， 并且 对 机床的运行过程和工厂环境也能虚拟出来 ,以检测加工过程中可能存在的问题 ， 为用户挽回 了 不 必要的损失 。 作为机床控制系统的佼佼者 ,为 CAD/CAM 产品市场和用户提供了最佳的数控机床仿真工具 。 2.2.2 VERICUT 功能简介及应用 CGTech Vericut 6.0 可 支援用户利用专案结构树，浏览、配置多个机床设置，每个机床设置有自己单独的机床结构、夹具、刀具、控制系统和仿真设定。切削毛坯可以从一个机床任务移到另一个机床任务，同时能够自动定位。一旦用户选定了机床配置，毛坯、夹具和设计模型，这些资讯就和机床捆绑在一起了，接下来就可以类比整个加工过程。 VERICUT 具有较强的仿真功能，该软件 不但可以提高零件试切成功率，减少废品，也可以模拟机床加工零件，避免机床碰撞事故，可以同时进行刀具轨迹和机床仿真 。 还可以对程序进行优化，提高生产效率，提高零件表面质量。同时 VERICUT 支持 G 代码并配有制造商提供的控制库 。 VERICUT 软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种 CNC 系统，既能仿真刀位文件，又能仿真 CAD/CAM 后置处理的 NC 程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 第三章 复杂型腔凸模 的数控加工技术（ CATIA） 本章 研究的主要 内容：复杂型腔凸模 加工方法的选择 、 刀具路径 的优化、 几何参数 和 刀具参数 的选择 ，以提高加工精度和切削效率。从而制定出一套切实可行的 三 轴型面加工方法。 本论文使用 一个复杂型腔的凸模模型进行研究， 下图为 凸模 的零件图（图3-1）以及毛坯图（图 3-2）。 图 3-1 零件图 图 3-2 毛坯图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 3.1 引入零件及进入加工模块 打开已经建立好的零件模型（图 3-3） ，点击 lyy.CATPart，打开文件 ， 出现如图 3-1 所示零件 。 点击“开始”，在“加工”栏选择 surface machining，切换工作环境，进行表面加工。 图 3-3 打开文件对话框 3.2 创建零件毛坯 1、 在工具栏中点 ，出现 rough stock 的对话框， Destination 选零件， Part Body选 零件几何体 ， Z 最大偏置改为 35mm，选择确定 ， 如图 3-4 所示 ，得到如图 3-2所示 毛坯。 图 3-4 创建毛坯 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 3.3 零件定义操作 1、 在定义零件操作之前，先在零件表面 定义一个原点。点击特征树之前的加号，展开子菜单，选择 ， 单击，工具栏发生变化，选择做点工具，出现如图 3-5 所示点定义菜单。 点类型选择之间，在点 1 中点击右键，选择创建终点，选择毛坯上对角线上的一点，点二重复点一步骤，点击中点，确定。这样就产生了一个在毛坯上表面正中间的点，如图 3-6 所示。 图 3-5 点定义 图 3-6 创建坐标系原点 2、 在特征树中双击 “ Part Operation”，系统弹出如图 3-7 所示“ Part Operation”对话框。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 图 3-7 Part Operation 设置完成 图 3-7 所示的“ Part Operation”对话框中各按钮的说明如下 ： 按钮：用于选择数控机床和设置机床参数。 按钮：设定加工坐标系。 按钮：选择目标加工文件。 按钮：选择毛坯零件。 按钮：设定安全平面。 （ 1） 机床的设置 单击 “ Part Operation”对话框中的 机床 按钮 ，将机床设置为 3 坐标轴机床，完成机床设置。 （ 2） 定义坐 标系 单击 “ Part Operation”对话框中的 坐标系 按钮， Axis Name 定义为“ xoy”，选择坐标原点，选刚刚建立的表面中点为原点， 点击 确定。 如图 3-8 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 图 3-8 定义坐标系 （ 3） 定义加工目标零件 单击 “ Part Operation”对话框中的 按钮，再单击零件 几何体 作为目标加工零件。在图形区双击鼠标左键，系统回到“ Part Operation”对话框。 （ 4） 定义毛坯零件 单击“ Part Operation”对话框中的 按钮， 选择 刚 刚创建的 毛坯，双击左键，系统回到“ Part Operation”对话框。 （ 5） 定义安全平面 为防止刀具干涉，损坏工件，设定安全坐标系。 单击 “ Part Operation”对话框中的 按钮 ，选择毛坯的最高平面， 在 offset 中将 thickness 设置为 -30mm。如图 3-9 所示。 图 3-9 定义安全平面 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 3.4 进行零件加工 零件加工主要从零件的粗加工、半精加工和精加工三个方面进行。 3.4.1 零件表面粗加工（ Roughing） 粗加工的目 的是将毛 坯 的大部分材料切除，去除大量的工件材料，留少量余量以备进行精加工，可以提高加工效率、减少加工时间、降低成本并提高经济效率 。 单击工具栏右侧图标 Roughing，弹出如下图 3-10 所示对话框，进行 零件表面粗加工。 图 3-10 零件表面粗加工 图 3-10 对话框中部分选项卡说明如下： ：刀具路径参数选项卡。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 ：几何参数选项卡。 ：刀具参数选项卡。 ：进给率选项卡。 ：进刀 /退刀路径选项卡。 1、 几何参数定义 刀具路径 菜单下， 单击 part 红色的面，对话框消失，选择零件几何体 ， 余量改为 0.5mm，如图 3-11 所示。 图 3-11 几何参数定义 2、刀具路径定义 点击 Machining，出现如 图 3-12 所示菜单，走刀方式改为 by plane（以平面） ，Tool path style（刀具路径） 选择 Zig-zag（之字形加工） ，变形小； 点击 Radial（径向模式下） ,出现如图 3-13 所示菜单， 将 Stepover（步进） 设置为 Stepover ratio，Tool diameter ratio 设为 75mm。 点击 Axial（轴向模式下） ， 出现如图 3-14 所示菜单， 最大切削深度设为 3mm。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 图 3-12 加工模式下菜单 图 3-13 径向模式下菜单 图 3-14 轴向模式下菜单 3、 刀具参数定义 根据刀具选择原则： a.刀具半径 R 应小于零件被加工内轮廓的最小曲率半径，约为 (0.80.9） Rmin； b.切削深度取 (1/4 1/2)D，以保证刀具有足够的加工刚度。 将刀具直径改为 D20r2， 圆鼻铣刀， 单击 More 按钮 ，弹出 子菜单，如图 3-15 所示 。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 图 3-15 刀具参数定义 将 Nominal diameter（直径） 改为 20mm， Corner radius（圆角半径） 改为 2mm，Body diameter（刀具本体直径） 改为 20mm。 4、 进给率 的设定 毛坯材料为钛合金，查图 3-16 知：切削速度 设为 1000mm/min。 图 3-16 切削速度 根据公式： DvnfznFcz1 0 0 0主轴转速：进给率： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 为齿数。为每齿进给量，为切削速度，其中： zfv zc 由此可计算出：进刀、退刀可均 设为 300mm/min，转速设为 1500r/min，如图 3-17 所示。 图 3-17 进给率的设定 5、 进刀 /退刀路径 的设定。 在没加工之前，在安全平面上 ； 加工完之后，回到安全平面上 ，如 图 3-18所示 。 图 3-18 进退刀路径的设定 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 6、仿真模拟 单击 ，模拟的刀具路径如图 3-19 所示。单击 ， 进行仿真模拟，结果如图 3-20 所示。 图 3-19 模拟的刀具路径 图 3-20 仿真结果 3.4.2 零件扫描加工 1（ Sweeping） 此步扫描加工为零件半精加工， Sweeping 指令一般是铣曲面。 1、 几何参数定义 part 红色平面，选择零件几何体，限制线选凸模轮廓 ， 检查面选择整个凸出所有曲面 ， 余量设为 0.3mm，方向设为向外 outsaid。如图 3-21 所示。 图 3-21 几何参数定义 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 2、刀具路径定义 Tool path sryle（刀具路径） 选 Zig-zag（之字形） ，其余保持默认值 。 3、 刀具参数定义 根据刀具的选择原则， 刀具直径改为 D10r5，球头刀。 4、 进给率 的设定 保持不变。 5、 进刀 /退刀路径 的设定 进刀 选择 back， 将数据都设为 6mm； 退刀高度设为 20mm，如 图 3-22 所示。 图 3-22 进退刀路径的设定 6、仿真模拟 刀具路径，如图 3-23 所示。 仿真 结果如图 3-24 所示 。 图 3-23 模拟的刀具路径 图 3-24 仿真结果 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 3.4.3 零 件腔槽加工 1（ Pocketing） 此步扫描加工为零件精加工， 单击工具栏 Pocketing，弹出对话框Pocketing.1。 1、几何参数定义 凸台选零件整个凸起的部分，加工平面选零件表面，边缘选零件底部边缘。双击鼠标左键，弹出对话框，其余数据默认，保持不变 ，如图 3-25 所示 。 图 3-25 几何参数定义 2、刀具路径定义 Tool path style（刀具路径） 改为 Inward helical（ 向内 螺旋加工） ，如 图 3-26所示。 菜单中， Mode选 maximum distance， distance between paths为 15mm（切宽） 。其余数据保持不变 ，如 图 3-27 所示。 图 3-26 刀具路径定义 图 3-27 径向模式下切宽定义 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 21 3、刀具直接选用 1 号刀具。 4、进给率的设定保持不变。 5、进刀退刀路径设定 进刀： 采用圆弧进刀； 退刀 ： 返回到安全平面，如图 3-28 所示。 图 3-28 进退刀路径设定 6、仿真模拟 刀具路径 结果如图 3-29 所示 ， 仿真结果如图 3-30 所示。 图 3-29 模拟的刀具路径 图 3-30 仿真结果 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 22 3.4.4 零件腔槽加工 2（ Pocketing） 1、几何参数定义 凸台选零件整个凸起的部分，加工平面选零件凹槽表面，边缘选零件凹槽底部边缘 。 其余数据默认，保持不变 ，如 图 3-31 所 示。 图 3-31 几何参数定义 2、刀具路径定义 Tool path style 改为 Outward helical（ 向外 螺旋加工） ； Radial菜单中， 切宽设 为 3mm。 3、 刀具参数定义 刀具直径改为 D 6， 圆角半径设为 0mm， Body diameter（刀柄本体直径） 改为 8mm。 4、进给率的设定保持不变。 5、进刀退刀路径设定 。 进刀： 采用螺旋进刀，如 图 3-32 所示。 退刀，返回到安全平面 ，如 图 3-33所示 。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 23 图 3-32 螺旋进刀 图 3-33 垂直退刀 6、仿真模拟 刀具路径 结果如图 3-34 所示 ， 仿真结果如图 3-35 所示。 图 3-34 模拟的刀具路径 图 3-35 仿真结果 3.4.5 零件等高线加工（ ZLevel） 点击工具栏中 ZLevel，弹出对话框 ZLevel.1。 1、几何参数定义 在红色 part 区域点击右键，选 择面，选择零件整个凸起的部分。双击鼠标左西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 24 键，弹出对话框，其余数据保持不变 ，如 图 3-36 所示 。 图 3-36 几何参数定义 2、刀具路径定义 Machining 中将 Machining tolerance 设为 0.01mm，如 图 3-37 所示； Axial中将距离设为 0.399mm，高度设为 0.01mm如 图 3-38 所示 。 图 3-37 加工模式下设定 图 3-38 轴向模式下设定 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 25 3、刀具参数定义 刀具直径为 D4，球头 刀，点击 more： Nominal diamerter 改为 4mm， Corner radius 自动改为 2mm， Overall length（全长） 改为 60mm， Cutting length（切刃长） 改为 30mm， length（长度） 改为 50mm， Body diameter 改为 8mm。 4、进给率的设定保持不变。 5、进刀退刀路径设定 进刀 模式选择 Ramping，如 图 3-39 所示。 退刀 高度设为 20mm，如图 3-40所示 。 图 3-39 Ramping 进刀 图 3-40 垂直退刀 6、仿真模拟 单击 进行刀路观察，结果如图 3-41 所示。点 进行仿真操作，结果如图3-42 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 26 图 3-41 模拟的刀具路径 图 3-42 仿真结果 3.4.6 零件轮廓驱动加工（ Contour-driven） 点击工具栏中 Contour-driven，弹出对话框 Contour-driven.1。 1、 几何参数定义 点击 part，选择 零件 几何体， 其余参数保持不变 。 2、刀具路径定义 红色限制线 Guide.1 选零件凹槽侧面的外轮廓， Guide.2 选择零件凹槽侧面的内轮廓，如图 3-43 所示。将 Tool path style 改为 Zig-zag。 Radial菜单中， Stepover选 Constant 3D（刀路在一个垂直投影方向的平面内是等距的） ，距离为 0.2mm，方向从 Guide.2 到 Guide.1。其余参数保持不变 ，如 图 3-44 所示 。 图 3-43 限制线的选择 图 3-44 刀具路径选择 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 27 3、 刀具参数的设定保持不变，仍为 4 号球头刀。 4、 进给率的设定保持不变。 5、进刀退刀路径定义 进刀 模式选择 back，数据均设为 6mm； 退刀 高度设为 6mm。 6、仿真模拟 刀具路径 结果如图 3-45 所示，仿真结果如图 3-46 所示。 图 3-45 模拟的刀具路径 图 3