典型零件的数控加工与仿真及实体造型论文

课题：典型零件的数控加工与仿真及实体造型系科： 机械工程系 专业： 机械制造与自动化 班级： 姓名： 指导老师： 完成日期： 200804-16 目 录摘 要 3-4第一部分 绪论5（1）数控机床的介绍5-13（2）数控编程的介绍13-18第二部分 数控加工工艺设计18（1）零件的工艺分析18-21（2）刀具的选择 21-22（3）编制加工工艺路线22（4）FANUC 系统编程22-26第三部分 数控加工仿真操作27（1）CRT/MDI 操作面板介绍27-30（2）机床操作面板介绍30-33（3）Vnuc 软件程序仿真34-40第四部分 工件的 CAXA 实体造型加工 41（1）工件造型及加工 41-43（2）自动编程与手动编程比较44第五部分 设计小结45第六部分 参考文献46摘要数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：1、 零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。2、 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。3、 能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。4、 加工精度高、加工质量稳定可靠。5、 生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。6、 生产效率高。一7、 从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。关键词:自动化、精度、效率SummaryThe number controls milling to process in addition to having the characteristics that the plain milling machine process, return like descend a characteristics:1, the parts process of the adaptability be strong, vivid good, can process the parts of the specially complicated or hard control size of the outline shape, like molding tool parts, housing body parts.etc.2, can process common engine bed the parts canting process or canning hardly process, if use complicated curve parts and 3D space curved face parts of description of the mathematics pattern.3, need to carry on to have another pass work after can process to pack a clip fixed position at a time the preface process of parts.4, process accuracy Gao and process a mass stability credibility.5, produce automation procedure Gao, can ease labor strength of operate.Be advantageous to production control automation.6, produce effciency Gao.A7, from slice to pare priniple to up speak, regardless carry milling or cycle millings to all belong to break to continuously slice to pare a way, but slice to pare not as in a row as truning, so request tool angel higher, have good anti- impact, tenacity and wear resistance.Also request to there is good red rigidity under the sistuation that the dry type slice to pare.Keyword:automate, accuracy, effciency第一部分 绪论数控机床的介绍（1） 、数控系统发展趋势 从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统.到现在已走过了 46年历程。数控系统由当初的电子管式起步.经历了以下几个发展阶段： 分立式晶体管式小规模集成电路式大规模集成电路式小型计算机式超大规模集成电路微机式的数控系统。到 80 年代.总体发展趋势是：数控装置由 NC向 CNC 发展；广泛采用 32 位 CPU 组成多微处理器系统；提高系统的集成度.缩小体积.采用模块化结构.便于裁剪、扩展和功能升级.满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC 装置向人工智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高。总之.数控机床技术不断发展.功能越来越完善.使用越来越方便.可靠性越来越高.性能价格比也越来越高。到1990 年.全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约 13 万台套。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是： 新一代数控系统采用开放式体系结构 进入 90 年代以来.由于计算机技术的飞速发展.推动数控机床技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用 PC 机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性.并向智能化、网络化方向大大发展。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统.如美国科学制造中心（NCMS）与空军共同领导的“ 下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC.欧共体的“ 自动化系统中开放式体系结构”OSACA.日本的 OSEC 计划等。开发研究成果已得到应用.如 Cincinnati-Milacron 公司从 1995 年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的 A2100 系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术.如多媒体技术.实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。数控系统继续向高集成度方向发展.每个芯片上可以集成更多个晶体管.使系统体积更小.更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多 CPU 的优势.实现故障自动排除；增强通信功能.提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代数控系统.其硬件、软件和总线规范都是对外开放的.由于有充足的软、硬件资源可供利用.不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持.而且也为用户的二次开发带来极大方便.促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用.既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统.又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统.开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随 CPU 升级而升级.结构上不必变动。 新一代数控系统控制性能大大提高 数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展.数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理.不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能.而且人机界面极为友好.并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置.能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统已实用化。 总之.新一代数控系统技术水平大大提高.促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展.使柔性自动化加工技术水平不断提高。 二、数控机床发展趋势 为了满足市场和科学技术发展的需要.为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求.当前.世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面： 1、高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率.首先必须提高切削和进给速度.同时.还要缩短加工时间；要确保加工质量.必须提高机床部件运动轨迹的精度.而可靠性则是上述目标的基本保证。为此.必须要有高性能的数控装置作保证。 高速、高效 机床向高速化方向发展.可充分发挥现代刀具材料的性能.不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本.而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。90 年代以来.欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床.加快机床高速化发展步伐。 高速主轴单元（电主轴.转速/min） 、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度 60120m/min.切削进给速度高达 60m/min） 、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破.达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具.大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决.应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。 依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理.由于采用了新型刀具.车削和铣削的切削速度已达到 5000 米8000 米/分以上；主轴转数在 30000 转/分(有的高达 10 万转/ 分)以上；工作台的移动速度：（进给速度）.在分辨率为 1 微米时.在 100 米/分（有的到 200 米/ 分）以上.在分辨率为 0.1 微米时.在 24 米/分以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到 12 米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展 .高速直线电机的推广应用.开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快.模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。 高精度 从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工）.是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级.乃至纳米级（ LE （2）循环语句WHILEDom(m=1,2,3);ENDm;当条件式满足时，就遵循执行 WHILE 与 END 之间的程序段，若条件不满足就执行 ENDm 的下一个程序段。注意：若指定了 Dom 而没有 WHILE 语句，循环将在 Dom 和 END 之间无限执行下去。程序执行 GOTO 分支语句时。要进行顺序号的搜索，所以反向执行的时间比正向执行的时间长。可用 WHILE 语句减少处理时间。在使用 EQ 或 NE 的条件表达式中，空值和零的使用结果不同，而含其他操作符的条件表达式将空值看作零。第二部分 数控加工工艺设计一、零件图数控铣削加工顺序的安排加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排：（1）先粗后精 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。（2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。（3）先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。（4）先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。数控铣削加工参数的确定原则 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能，最大限度地提高生产率，降低成本。（1）主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)的直径来选择。其计算公式为：n=1000v/(D)计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。（2）进给速度的确定 进给速度 F 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。确定进给速度的原则：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在 100200mm/min 范围内选取。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 2050mm/min 范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在 2050mm/min 范围内选取。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。（3）背吃刀量确定 背吃刀量(a p)根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留 0.20.5mm 精加工余量。1、工艺分析此零件加工中需要保证的精度是孔之间的位置精度，以及孔的精度。由于外形轮廓已预先加工，装两侧夹以与底面定位，用平口虎钳装夹并找正。2、刀具参数及切削用量的选择工艺卡片零件号 1 零件名称典型零件加工材料 程序编号 O0001 机床型号 制表 刀具种类工序内容 工步号 刀具号种类 直径长度主轴转速进给速度补偿量 备注铣最外面第一台阶 N01 T1立铣刀16 实测 S1000 F100 D01铣外面第二台阶 N02 T1立铣刀 16 S1000 F100铣内台阶 N03 T1 立铣刀 16 S1000 F100铣椭圆 N04 T2 立铣刀 14 S1000 F100钻中心孔 N05 T3 麻花钻 11.8 S350 F60铰孔 N06 T4 立铣刀 12 S500 F100铣球面 N07 T5 球铣刀 10 S1000 F1003、工艺路线：铣最外面第一台阶，外面第二及内台阶；铣椭圆；钻中心孔；铰孔；铣球面。4、加工程序：加工前已完成对刀，零件的加工由刀具中心轨迹控制。加工程序%O0001T01M03S1000;G21G17G40G54G90G00X0Y0Z20.; (铣外面第一台阶)X-95.Y-63.;G01G41Z-15.F100.D01; (通过刀补控制加工精度)X0.Y-63.;X50.;G03X68.Y-45.R18.;G01Y40.;G03X30.67Y66.4R28.;G02X-30.67Y66.4R92.;G03X-68.Y40.R28.;G01Y-20.;G03X-49.15Y-46.46R28.;G01X-2.62Y-62.56.;X50.Y-63.;G00Z20.;X-95.Y-63.;G01Z-15.;X0Y-79.;X50.;G03X84.Y-45.R34.;G01Y40.;G03X25.33Y81.48R44.;G02X-25.33Y81.48R76.;G03X-84.Y40.R44.;G01Y-20.;G03X-54.38Y-61.58R44.;G01X-7.85Y-77.68.;G00G40Z20.;O0002 (铣第二台阶)T01M03S1000.;G21G40G54G90G00X0Y0Z20.;X-75.Y-80.;G01G42Z-10.F100.D01; (通过刀补控制加工精度)G01X-53.Y-20.;Y15.;G02X-3.6Y51.25R38.;G03X3.6Y51.25R12.;G02X50.91Y2.26R38.;X-4.28Y-52.07R88.;X-13.36Y-52.68R18.;X-45.Y-37.44R68.;X-53.Y-20.R23.;G00Z20.;X-75.Y-80.;G01Z-10.;G01X-69.Y-20.;Y15.;G02X0.Y66.87R54.;G02X66.02Y-2.68R54.;X0.8Y-67.24R104.;X-16.35Y-68.4R34.;X-55.43Y-49.57R84.;X-69.Y-20.R39.;G00Z20.;X-75.Y-80.;G01Z-10.;X5.89Y-82.41.;G03X81.14Y-7.92R120.;G00G40Z20.;O0003 (铣内台阶)T01M03S1000.;G21G40G54G90G00X0Y0Z50.;G01G41X-35.Y-20.F100.D01; (通过刀补控制加工精度)Z-10.;G01Y15.;G02X-9.Y34.08R20.;G03X9.Y34.08R30.;G02X33.9Y8.45R20.;X-10.Y-35.R70.;X-33.26Y-23.79R50.;X-35.Y-20.R5.;G01Y14.9.;G01X-30.Y14.9.;G02X-10.5Y29.21R15.;G00G40Z20.;O0004; (铣椭圆)G54G90G0X0Y0Z10.T02M03S1000;G68X0Y0R30.;G0X32.;G01Z-10.F100.;#1=0 ;N100 #2=32.*COS#1;#3=22.*SIN#1;G01 X#2 Y#3 F100.;#1=#1+1.;IF #1 LT 360. GOTO100;G69;G0 Z100.;M30;O0005 (钻中心孔)T03M03S500G54G90G00X0Y0Z20.;G73X-60.Y-45.Z-3.R5.Q5.F60.;Z20.;X40.Y-35.;Z-3.;Z20.;O0006 (铰孔)T04M03S500G54G90G00X0Y0Z20.;G01X-60.Y-45.Z-30.F100.;Z20.;X40.Y-35.;Z-30.;Z20.;O0008; (铣球面)G54G90G0X0Y0Z10.T05M03S1000;X40.Y-35.;G1Z-7.51F100.;#1=-7.51;N100 #2=SQRT100.-#1+2.52*#1+2.52+40.;#3=#2-40.;G01 X#2 F1000.;Z#1;G02 I-1*#3 J0 ;#1=#1-0.2;IF#1 GT -11.68 GOTO100;G0Z100.;M30;%第三部分 数控加工仿真操作1. CRT/MDI 操作面板介绍系统操作键盘在视窗的右上角，其左侧为显示屏，右侧是编程面板。如图 3-13所示。CRT/MDI 操作面板在视窗的右上角，其左侧为坐标和程序 CRT 显示屏，右侧是 MDI 键盘。如图所示。CRT 显示屏主要用来显示相关坐标位置、程序、图形、参数、诊断、报警等信息。MDI 手动数据输入主要包括字母键和数值键以及功能键等，可以进行程序、参数以及机床指令的输入。1、数字/字母键数字/字母键用于输入数据到输入区域，系统自动判别取字母还是取数字。字母和数字键通过 键切换输入，如：OP， 7A。图 3-13加工中心的 CRT/MDI 面板数控铣床的操作面板2、编辑键替换键 用输入的数据替换光标所在的数据。删除键 删除光标所在的数据；或者删除一个程序或者删除全部程序。插入键 把输入区之中的数据插入到当前光标之后的位置。取消键 消除输入区内的数据。回车换行键 结束一行程序的输入并且换行。上档键3、页面切换键位置显示页面。按下此按钮，屏幕显示当前主轴坐标值，该状态有三种子状态（由软按键控制）：（1）绝对（ABSOLUTE）：显示绝对坐标值，即当前主轴在工件坐标系中的位置（默认值） ，绝对坐标系只有当工件坐标系被正确设定后才有意义。（2）相对（RELATIVE）：显示当前相对坐标值，相对坐标系为由用户临时设定的坐标系，与其它坐标值没有确定的换算关系。（3）综合（ALL）：显示绝对、相对、机械坐标及一些相关参数，其中机械坐标为找正工件坐标系的读数基准。显示当前正在编辑或正在执行的程序内容。在 MDI 模式下，可以在当前MDI 执行程序和 EDIT 正在编辑的程序之间切换；在 EDIT 模式下，可以在正在编辑的模式下和 LIB 模式下切换，其余状态下均显示当前正在执行的程序。（1）当前正被执行的程序。（2）LIB：显示当前系统存储器中保存的程序（3）MDI：显示当前系统中 MDI 中未被执行的程序。参数输入页面。在该项中，可以进行工件坐标系设定、刀具半径补偿、刀具长度补偿、刀具磨损补偿等操作。按第一次进入坐标系设置页面，按第二次进入刀具补偿参数页面。进入不同的页面以后，用 PAGE 按钮切换。或按软键切换。（1） 补正：显示当前刀具的半径补偿和长度补偿的设置页面。（2） 相关参数。（3） 坐标系：显示工件坐标系、扩展坐标系的设定界面。00EXT 扩展坐标系，是对所有工件坐标系的数值进行偏移的。扩展坐标系中的数值将被叠加到所有的工件坐标系中。G54G59 中保存的数据是工件坐标系与机床坐标系之间的 X、Y、Z方向的距离。系统参数页面。信息页面，如“报警”。图形参数设置页面。系统帮助页面。复位键。4、翻页按钮（PAGE）向上翻页。 向下翻页。 5、光标移动（CURSOR）向上移动光标。 向左移动光标。向下移动光标。 向右移动光标。6、输入键输入键把输入区内的数据输入参数页面。2.机床操作面板介绍机床操作面板在整个操作面板的下面，如图 3-14 所示。机床操作面板主要进行机床调整、机床运动控制、机床动作控制等。一般有急停、方式选择、轴向选择、切削进给速度调整、主轴速率修调、主轴的起停、程序调试功能及其他 M、S、T 功能等。面板上各按钮、旋钮、指示灯的说明如下。1、启动先旋开紧急停止旋钮 ，再接通 CNC 电源按钮，按下此钮 启动 CNC 电源。2、停止CNC 电源按钮，按下此钮 断开 CNC 电源。图 3-14数控机床操作面板3、超程/释放在运行或者操作时出现超程报警时，按下此按钮 可以将超程的轴释放，恢复到行程范围内。4、各种模式说明AUTO：自动加工模式。EDIT：编辑模式。MDI：手动数据输入。INC： 增量进给。HND：手轮模式移动机床。JOG：手动模式，手动连续移动机床。DNC：用 232 电缆线连接 PC 机和数控机床 ，选择程序传输加工。REF：回参考点 。程序运行控制开关：程序运行开始；模式选择旋钮在“AUTO”和“MDI”位置时按下有效，其余时间按下无效。程序运行停止；在程序运行中，按下此按钮停止程序运行。机床主轴手动控制开关：手动主轴正转 手动主轴反转手动停止主轴5、手动移动机床各轴按钮手动快速进给当前轴正方向移动当前轴负方向移动6、进给率(F)调节旋钮调节程序运行中的进给速度，调节范围从 0120% 。置光标于旋钮上，点击鼠标左键向左转动，点击鼠标右键向右转动。主轴转速倍率调节旋钮调节主轴转速，调节范围从 0120%。点击鼠标左键向左转动，点击鼠标右键向右转动。8、特殊功能按钮单步执行开关每按一次程序启动执行一条程序指令。程序段跳读自动方式按下此键，跳过程序段开头带有“/”程序。程序停自动方式下，遇有 M00 程序停止。机床空运行按下此键, 各轴以固定的速度运动。手动示教程序编辑锁定开关置于“ ”位置，可编辑或修改程序。程序重启动由于刀具破损等原因自动停止后，程序可以从指定的程序段重新启动。机床锁定开关按下此键，机床各轴被锁住，只能程序运行。程序停止程序运行中，M00 停止。（4） Vnuc 软件程序仿真用 16 的铣刀铣第一台阶用 16 的铣刀铣第二台阶用 16 的铣刀铣内台阶用 14 的铣刀铣椭圆用 11.8 的钻头钻孔用 12 的铣刀铣孔用 10 的球刀铣球孔第四部分 工件的 CAXA 实体造型加工AXA 是我国制造业信息化 CAD/CAM/PLM 领域自主知识产权软件的优秀代表和知名品牌。CAXA 十多年来坚持“软件服务制造业 ”理念，开发出 20 多个系列软件产品，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域，曾连续五年荣获“国产十佳优秀软件”以及中国软件行业协会 20 年“金软件奖”等荣誉；CA