HyperMILL软件高速切削数控编程策略与实例研究开题报告

大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院、系：机械工程与自动化学院机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：HyperMill软件高速切削数控编程策略与实例研究指导教师: 年 月 15 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、本课题的研究背景及意义制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志【1】。20世纪中、后期，机械加工的主要特点是【2】：不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度；利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平；研究和改进难加工的新型金属和非金属材料的成形和切削加工技术。随着工业化水平的提高，制造业逐渐向网络化、智能化发展，利用计算机编程来控制机床进行高速度、高精度的加工也成为当代制造业的趋势。切削加工是当前离散机械制造业的主要工艺手段，是应用比例最高的机械加工工艺，切削加工的劳动量约占总劳动量3040【3】。据统计，全世界工业发达国家（包括俄罗斯）在20世纪90年代中期每年用于切削加工的费用就已超过了2500亿美元，美国每年消耗在切削加工方面的费用达1000亿美元【4】。我国每年用在切削加工方面的费用约为320亿元人民币，每年创造的价值约为8000亿元人民币。切削加工数据是衡量切削技术水平高低的一个基本量值，对机床及CAD、CAM、CAPP等而言，是基础数据的提供者，已被中华人民共和国科学技术部科学数据共享工程技术标准（SDST 2122-2004）列入基础科学门类（代码F）中的先进制造科学亚门类（代码P）中，彰显出我国对切削加工技术及切削加工数据的重视。国际标准化组织（ISO）也已制订了切削加工数据的计算机处理（ISO 13399/1-4）标准。目前，切削加工技术已发展到“高速、高效、智能、复合、环保”的新阶段，出现了高速切削加工技术，为制造业开发新产品、提高加工效率和加工质量、降低制造成本、缩短交货周期发挥了重要的作用，带动着整体切削加工水平的全面提高，并已成为数控加工技术的共性关键技术。由于世界各国尚未统一对高速切削速度范围的认识，通常把切削速度比常规高出510倍以上的切削加工称为高速切削【5】。但高速切削的技术又并不单只是主轴实现高转速就可以的，因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程，由机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控及切削机理等方面形成的【6】【9】。高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。据统计，美国波音747飞机的设计制造，由于应用了CAD/CAM技术，使开发周期由原来的9-10年缩短为4-5年【10】。目前的CAM软件的主要功能包括数据输入输出、加工轨迹计算与编程、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等【11】。常用的CAM软件种类较多，其基本功能大同小异，并在此基础上发展出各自的特色。如：UG、Solid Edge、Pro/E、CATIA、SolidWork、Mastercam、SurfCAM、EdgeCAM、PowerMILL和HyperMILL等，而PowerMILL【12】和HyperMILL是目前新一代采用面向整体模型对象、面向工艺特征的基木处理方式自动化和智能化最高的CAM系统【13】。其中HyperMILL 是德国OPEN MIND公司开发的集成化NC编程CAM软件。hyperMILL向用户提供了完整的集成化CAD/CAM解决方案，具有方便的后置处理、丰富的加工策略、逼真的渲染仿真等特点，它包含了众多的优化功能，在产品的生命周期中，提高了从初试设计到生产出合格产品整个过程的效率。在2D、3D以至5轴加工中，高效的新功能，大大地缩短了编程与加工的时间，保证了整个设计与制造流程的可靠性。其专业化及独有的高速加工策略成为高速铣削数控编程的首选【14】【15】。这也是学习和研究HyperMILL高速切削数控编程策略的意义之所在。二、 本课题国内外研究现状机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化，切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。50年来，切削技术的极大进步说明了这一点：今天切削速度高达8000m/min【16】，材料切除率达1501500cm3/min，超硬刀具材料硬度达30008000HV，强度达1000Mpa，加工精度从10um到0.1um。干（准）切削日益广泛应用。随切削速度提高，切削力降低大致为2530以上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降低12级；生产效率提高，生产成本降低【17】【19】。高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料【20】，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。高速切削技术在国内起步较晚，20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用【21】，其后引起对高速切削加工的普遍关注。高速切削技术的发展经历了高速切削的理论探索阶段、应用探索阶段、初步应用阶段、较成熟阶段等四个阶段【22】。国外对高速切削技术非常重视，20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力、财力，研究开发高速切削技术及理论和相关技术【23】【25】，现在国外高速切削技术已经广泛地运用到各个行业。同时CAM也得到迅速的发展，德国艾克斯特公司HpyerMILL的CAM软件与英国DELCAM公司的Powermill软件模块；日本MAKINO公司的FFCUT软件(其FFCUT加工模块己集成到美国UGS公司的CAM软件中)；以色列的CIMATRON软件；美国PTC公司的Pro/ENGINEER软件等【26】。目前国内外广泛用于高速切削的刀具材料主要有：聚晶金刚石刀具(PCD)、聚晶立方氮化硼刀具（PCBN）、陶瓷刀具、TiC(N)基硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层刀具、粉末冶金高速钢刀具等。硬质合金刀具切削速度100200m/min，高速钢刀具在40m/min以内。 但在汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济效益。三、 总结目前，切削加工技术已发展到“高速、高效、智能、复合、环保”的新阶段，出现了高速切削加工技术，高速加工已成为机械制造的一种趋势，高速切削具有比传统多很多的优点【27】【28】，为制造业开发新产品、提高加工效率和加工质量、降低制造成本、缩短交货周期发挥了重要的作用，带动着整体切削加工水平的全面提高，并已成为数控加工技术的共性关键技术。但高速切削加工是一个多因素的复杂过程，参与切削的各因素如工件材料、刀具性能、切削条件等在切削中的行为很难定量地描述它们，也不能用数学计算的方法定量地确定和预测切削的进程和效果，因此需要一定的辅助软件。hyperMILL 是集成化的CAM 解决方案，它实现了与MDT、CATIA 和Thnkdesign 三种平台的无缝集成。用户经过较短时间的培训，即可形成设计与生产能力。hyperMILL提供了强大而丰富的加工循环功能，使用hyperMILL你可以自始至终在你熟悉的CAD环境下工作，直接生成用于加工的NC代码，能减少了50-60%的加工时间。此外HyperMILL 的功能还体现在进行高速加工的能力上，并且3D等距加工，高速抛光、自动余量加工等多种加工方式为加工高质量曲面提供了可靠的保证。因此研究HyperMILL高速切削软件的数控编程策略具有一定的意义和可行性。参考文献：【1】王爱玲 . 机床数控技术 . 高等教育出版社【2】力学学科组 . 普通中等专业教育机电类规划教材 . 机械工业出版社 . 1999-6-14 . 【3】刘战强，武文革，万熠 . 高速切削数据库与数控编程技术 . 国防工业出版社【4】KomanduriR.,Desai JD., Tool Materials for Machining.Aug,1982【5】武文革，辛志杰 . 金属切削原理及刀具 . 国防工业出版社 . 2009年 . 第十章：168【6】周忆超高速铣削加工技术研究.博士学位论文2004年2月【7】陆海钰高速及超高速切削加工技术的发展与应用机械制造，1998 (5): 68【8】Kahles J FHigh Speed MachiningAnnais of the CIRP，1987，27(2) ：551560【9】Schulz H ,etc High Speed MachiningAnnais of the CIRP，1992，41(2) ：637643【10】李梦群，庞学慧，吴伏家 . 先进制造技术 . 中国科学技术出版社 . 2005年 . 第二章：106【11】姜洪奎 张蔚波 苏树朋 等 . 数控加工行业应用实践 . 机械工业出版社【12】夏天 单岩 . 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