螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究答辩稿

西北工业大学明德学院2010级本科生毕业设计,系别：机电工程系,指导教师：,姓名：,要求：完成指定翻译文献完成螺纹轴车削加工粗加工程编完成螺纹轴车削加工精加工程编完成螺纹轴车削加工虚拟仿真加工及生成 NC指令,题目：螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究,前言,近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。利用和发展数控加工，实现高效数控加工已成为了制造类企业所普遍关心的大事。进一步提高我国国防军工行业的数控效率以及数控制造能力，是加强军工国防建设的迫切需要。,1.1 课题研究的意义,随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新的速度越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工业消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制、生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效、高质量加工要求。因此研究该课题意义在于使数控技术和数控机床不断更新换代，向高速度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方面迅速发发展。,第一章 绪论,1.2 CATIA的简单介绍,CATIA是法国的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。CATIA先进的混合建模技术CATIA所有模块具有全相关性并行工程的设计环境使得设计周期大大缩短CATIA覆盖了产品开发的整个过程,第一章 绪论,1.3 VERICUT的简单介绍,VERICUT可以是可以进行NC程序的验证、机床的模拟和NC程序的优化的一款数控模拟仿真软件，它是美国的CGTech公司于1988年开发的，现在已经发展到了VT7.3版本。该软件的基本思想就是在进行真实的加工之前，尽可能真实的在虚拟的环境里模拟加工的整个过程和加工的结果，避免在真实的加工中出现零件的过切、欠切，避免发生机床碰撞，并最大程度的优化NC程序、延长刀具使用寿命，提高的加工的效率和加工质量。,第一章 绪论,第二章 螺纹轴右端加工,有用到的加工方法：Rough Turning（粗车）Profile Finish Turning（精车）Recess Turning（车空槽）Groove Turning（车凹槽）Drilling（钻孔）Reverse Threading（攻丝）,2.1 初始化加工环境,第二章 螺纹轴右端加工,(1).选择机床,第二章 螺纹轴右端加工,2.1 初始化加工环境,(2).选择坐标系,第二章 螺纹轴右端加工,2.1 初始化加工环境,(3).选择几何图形,第二章 螺纹轴右端加工,2.1 初始化加工环境,(4).设置换刀点,第二章 螺纹轴右端加工,2.1 初始化加工环境,2.2 粗车,(1) .进入粗车环境,第二章 螺纹轴右端加工,(2).设置加工余量,加工余量：为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量选取原则 余量过大材料浪费，成本增大；余量过小不能纠正加工误差，质量降低。所以，在保证质量的前提下，选余量尽可能小。,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,(3).刀具的选择,刀具的选择原则： a.刀具半径R应小于零件内轮廓的最小曲率半径，约为 (0.80.9）R min. b.切削深度取(1/41/2)D，以保证刀具有足够的加工刚度。刀具的类型：平底刀 球头刀 环形刀 锥形刀 鼓形刀等车刀可分为：整体车刀、 焊接车刀、机夹车刀、 可转位车刀、（5）成形车刀刀柄：主轴与刀具的联系环节, 用以夹持刀具作用：传递扭矩、夹持刀具分类：）普通刀柄 ）液压刀柄,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,1）车刀参数,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,2）刀片参数,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,(4).走刀方式,刀位点：刀具的基准点刀尖或刀心走刀路线的规划走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。确定走刀路线的原则： a. 保证零件的加工精度和光洁度b. 方便数值计算，减少程序段数c. 缩短走刀路线，减少空程d. 易于增加零件刚性e尽量避免刀具在加工中向下f. 刀具轨迹变化尽量做到平缓g. 精加工最好采用顺,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,纵向走刀,第二章 螺纹轴右端加工,(4).走刀方式,(5).转速和切削速度的选择,1)、转速 一般与直径有关系，径大的转速低，径小的转速高，提高它的线速度。与吃刀量大小也有关系。 2)、切削速度vc 切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时： 式中d切削刃上选定点的回转直径，mm; n主运动的转速，r/s或r/min.,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,切削速度与切削温度理论理论核心：Vc Tv 上升一定程度后达到极限之后 Vc Tv,高速加工的特点：,高转速 + 高进给+小切削量,第二章 螺纹轴右端加工,(5).转速和切削速度的选择,2.2 粗车,材料与切削速度,第二章 螺纹轴右端加工,(5).转速和切削速度的选择,2.2 粗车,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,(6).转速和进给速度的选择,第二章 螺纹轴右端加工,(7).进退刀方向,2.2 粗车,(8).形成刀轨,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,(9).动画仿真图,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,(10).分析余量和过切,第二章 螺纹轴右端加工,2.2 粗车,2.3 螺纹轴的精加工,第二章 螺纹轴右端加工,2.4 端面加工,第二章 螺纹轴右端加工,走刀轨迹,第二章 螺纹轴右端加工,2.4 端面加工,2.5 空槽加工,(1). 选择加工元素,第二章 螺纹轴右端加工,(2).走刀方式(平行外形),第二章 螺纹轴右端加工,2.5 空槽加工,(3).刀具（直刃）,第二章 螺纹轴右端加工,2.5 空槽加工,(4).刀片,第二章 螺纹轴右端加工,2.5 空槽加工,2.6沟槽加工,第二章 螺纹轴右端加工,刀具参数,第二章 螺纹轴右端加工,2.6沟槽加工,第二章 螺纹轴右端加工,2.6沟槽加工,生成刀轨及模拟仿真,2.7 钻孔,第二章 螺纹轴右端加工,第二章 螺纹轴右端加工,2.7 钻孔,第二章 螺纹轴右端加工,2.7 钻孔,2.8钻螺纹孔,第二章 螺纹轴右端加工,第三章 螺纹轴左端加工,3.1粗加工,3.2精加工,3.4加工螺纹,3.3切沟槽,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.1数控加工仿真技术概述,几何仿真,不考虑切削参数、切削力及其它物理因素的影响，只仿真刀具-工件几何体的运动，验证NC程序的正确性，减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具折断、零件报废等问题 几何仿真根据数控程序，仿真工艺系统部件的几何相对运动物理仿真物理仿真是在几何仿真的基础上，在数控加工过程中添加切削动态力学特性，用来预测数控机床的加工条件产生的一些参数的变化，如：刀具的磨损、刀具的振动以及变形，从而相应的调节切削参数，达到优化切削过程的目的。,数控加工的过程,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.2 数控加工仿真技术的操作步骤,4.2 数控加工仿真技术的操作步骤,建立机床模型,数控机床模型由几何模型和运动学模型构成，几何模型由VERICUT软件模块所提供的基本体素的运算所构成，运动学模型则根据机床的运动关系建立。选择机床控制系统软件本身提供了近百种配有制造商提供的机床控制文件库, 支持国内和国外的许多控制系统，包括从三坐标到五坐标的各种数控系统,足以满足了用户的实际需要。如果控制系统不能满足用户要求,可以把已有的控制系统加入到控制系统库文件中进行操作。 添加夹具和毛坯实体选择刀具，并建立刀具库，向模拟数控机床添加相应的工件夹具，调入NC程序，按照要求设定机床相应参数。,第四章 VERICUT数控仿真加工,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.3 数控加工的发展趋势,第一： 多任务机床的使用会越来越广泛。现代的机床正朝多功能、多主轴、多通道或多个运动轴的方向发展。CIMdata所了解的最复杂的机床已经发展到22轴，像这种机床的编程和使用都会很复杂。第二： 五轴加工越来越多。五轴加工在航空航天领域和叶片加工已经应用了好多年，并且在模具制造行业，五轴加工使用的越来越广泛第三： 高速铣。高度铣技术已经日趋成熟，大多数的工厂都在使用这种技术。支持高速铣的软件必须要能够快速的传输数据，并且较少刀轨的突然变向，保持切屑体积的恒定，这样就可以对答限度的延长刀具的使用寿命，加工出表面质量很好的零件。第四： 更加真实的模拟。机床模拟、刀轨验证的一些软件已经有了很大的进步，像Machine-Works、CGTech一些公司在这方面贡献比较大。整个加工过程的真实的模拟包括机床工具、刀柄、机床组件、切削刀具、零件毛坯都会给使用者在视觉上对机床的动作有很好的了解。模拟刀轨就需要验证刀轨的精确性。碰撞、过切、切削不完全和任何和目标零件之间的偏离都会被显示出来。,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,基本步骤主要包括以下几个方面：选择控制系统选择机床结构定义毛坯对刀（机床坐标系与工件坐标系重合）构建刀具库添加NC程序，模拟仿真加工,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,4.4.1 控制系统和机床结构,（1）首先双击vericut 图标，打开该软件。,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,（2）然后选择 、，建立一个新的操作项目。,4.4.1 控制系统和机床结构,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,（3）点击，选择找到3_axis_mill_template_metric.vcproject文件 并打开。得到一个控制系统为fan15im.ctl，机床为3_axis的新项目。,4.4.1 控制系统和机床结构,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,在夹具的第二个模型中选择“方块”，然后在模型选项中输入毛坯的长=200mm、宽=120mm、高=55mm。,4.4.2 定义毛坯,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,移动坐标系，使之与设定的加工程序原点重合。,4.4.3对刀,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,双击，新建加工所用的刀具。,4.4.4构建刀具库,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,4.4.4构建刀具库,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,4.4.5 添加NC加工程序,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,首先选择 重置模型，再点击 仿真到末端。在信息中打开数控程序，可以观察到仿真步骤与数控程序的同步性。,4.4.6 仿真加工,第四章 VERICUT数控仿真加工,4.4 VERCUT仿真加工步骤,4.4.6 仿真加工,在CATIA加工模块中会根据不同的加工类型选择机床系统，加工坐标系以及加工起点的设定。利用车床编制粗加工及精加工程序，并进行了模拟仿真加工。分析了剩余材料及过切现象，取得较为满意的仿真加工结果。利用车床编制了空槽加工程序和沟槽加工程序，验证分析后并获得了较为理想的数据。使用钻孔命令编制了钻孔程序，并进行了模拟仿真加工。利用车床中的车螺纹命令编制了轴端外螺纹的加工程序，并进行模拟仿真加工。通过一个案例验证完成了VERICUT仿真，了解了VERICUT仿真加工的一般流程，具有一定的工程应用价值