螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究

西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 本科毕业设计论文本科毕业设计论文 题题 目目 螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 郭发成 指导教师 李海滨 毕业时间 2014 年 6 月 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 毕业 任务书 一 题目 螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究 二 研究主要内容 本课题来源于 飞机结构件高效数控加工系统研究 项目 研究内容和 研究方法上的要求是针对螺纹轴车削加工的特点 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 2 完成螺纹轴车削加工粗加工程编 3 完成螺纹轴车削加工加工的程编 4 完成螺纹轴车削加工虚拟仿真加工及生成 NC 指令 四 进度和要求 要求学生毕业设计从第 1 周开始至第 17 周结束 主要的工作量及进度要求如下 第一阶段 共计 5 周 设计 论文 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 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 熟悉螺纹轴车削加工工艺及工艺模型处理 3 第四周 去工厂现场参观调研 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 4 第五周 熟悉及掌握 CAD CAM 软件相关的螺纹轴车削加工方法 第二阶段 共计 5 周 1 第六周及第七周 完成螺纹轴车削加工工艺模型建立和处理 2 第八周 完成螺纹轴车削加工的粗加工编程 3 第九周 完成螺纹轴车削加工精加工编程 3 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 检测螺纹轴车削加工程序的通用性 2 第十二周 检测螺纹轴车削加工刀路工艺规划的合理性 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 学生学号 103306 学生姓名 郭发成 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 指导教师 李海滨 系主任 魏生明 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 I 摘 要 随着全球制造业竞争的日益激烈 先进制造技术的不断出现 现代数控加工技术 的普遍应用 使得产品的加工周期大幅度缩短 产品的加工质量不断改善 加速了产 品的更新换代 增强了产品的竞争力 因此数控加工技术的研究已成为研究重点 在这个计算机技术发展迅速 新科技日新月异的信息社会中 制造业也发生着革 命性的变化 计算机模拟 仿真技术省去了大量的工作量 大大节约了原材料成本 提高了生产效率 工厂里现在大部分机床使用的都是数控机床 数控加工出来的零件 既符合外观及精度有要求 又方便操作者进行操作 掌握计算机制造技术已经是新时 代我们势在必行的必须课 作者在查阅和搜索大量与本毕业设计相关资料的基础上 对数控加工进行研究 并在老师的耐心指导下 首先分析零件模型 根据零件的外形特点 确定加工方法 利用 CATIA P3 V5R20 进行数控加工程序的编制 设计出该零件的 NC 加工方法 并且 尝试找出最合理的加工方法 从而进行零件的动态模拟数控加工 此次设计中以螺纹 轴为加工对象 利用粗车 精车 切空槽 切沟槽 钻孔 钻螺纹孔等进行加工 最 后 结合 CATIA 中设计好了的模型实例展现了 VERICUT 环境下数控加工仿真的全过程 关键词 粗车 精车 CATIA 仿真 VERICUT 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 II 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 III ABSTRACT Since the competition of global manufacturing industry is increasingly intense advanced manufacturing technologies appeared continuously The general application of the modern Numerical Control Manufacturing technology has made the processing cycle of the products shorten by a large margin has improved the processing quality of the products has accelerated the update of the products and has strengthened the competitive power of the products So the research of the process technology of numerical control has become the focal point of studying The manufacturing method changes a lot with the development of the computer technology in the modern society Computer simulation saves a lot of time for the workers and greatly saves the cost of raw materials Also computer simulation increases production efficiency At present most of the factory machines are used in CNC machine tools CNC machining parts achieved the requirement both in the appearance and in the accuracy To master the computer manufacturing technology for the engineering working in the field of aviation is imperative After looking up plenty of relevant articles author researched the process technology of Numerical Control Under the guidance of the teacher s patience author analysis the mold of the part at first and according to the shape characteristics of parts assure the method of processing Finally utilized CATIA P3 V5R20 carrying on characteristic modeling and carry on Numerical Control establishment to process procedure and designed NC processing method of the part and try to find out the most reasonable method of processing Thus the dynamic simulation Numerical Control of carrying on the part is processed Regarding thread spindle as the target of processing in this design author has used Rough Turning 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 IV operation Profile Finish Turning operation Recess Turning operation Groove Turning operation Drilling Reverse Threading Further the whole process of NC simulation under VERICUT is shown combining with designed model instance in CATIA KEYWORDS rough turning operation profile finish turning operation CATIA simulation VERICUT 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 V 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 目前国外机械设备的数控化率已达到 85 以上 而我国的机械设备的数 控化率不足 20 随着我国制造行业新技术的应用 我国世界制造业加工中心地位 形成 数控机床的使用 维修 维护人员在全国各工业城市都非常紧缺 再加上数控 加工人员从业面非常广 可在现代制造业的模具 钟表业 五金行业 中小制造业 从事相应公司企业的电脑绘图 数控编程设计 加工中心操作 模具设计与制造 电火花及线切割工作 所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求 而且人 才市场上的这类人才储备并不大 企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难 以至于导致模具设计 CAD CAM 工程师 数控编程 数控加工等已成为我国各人才 市场招聘频率最高的职位之一 现代数控加工技术的普遍应用 使得产品的加工周期 大幅度缩短 产品的加工质量不断改善 加速了产品的更新换代 增强了产品的市场 竞争能力 因此数控加工技术的研究已成为衡量一个国家机械制造工业的重要标志之 一 更是体现一个机械制造企业技术水平的重要标志 正是基于上述形势 许多制造 行业都已经采用数控加工方式来提高产品的竞争力 此外 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 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 VI 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 VII 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 9 1 1 课题研究的意义 9 1 2 CATIA 软件的简单介绍 9 1 3 VERICUT 软件的简单介绍 10 第二章第二章 螺纹轴右端加工螺纹轴右端加工 11 2 1 初始化 CATIA 加工环境 11 2 2 螺纹轴的粗加工 15 2 3 螺纹轴的精加工 23 3 4 端面加工 30 2 5 空槽加工 32 2 6 沟槽加工 37 2 7 钻孔 42 2 8 钻螺纹孔 46 第三章第三章 螺纹轴左端加工螺纹轴左端加工 50 3 1 拷贝加工程序 50 3 2 粗车 50 3 3 精车 52 3 4 切沟槽 53 3 5 加工螺纹 55 第四章第四章 VERICUTVERICUT 数控仿真加工数控仿真加工 58 4 1 数控加工仿真技术概述 58 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 VIII 4 2 数控加工仿真技术的操作步骤 61 4 3 数控加工的发展趋势 62 4 4 VERCUT 仿真加工步骤 63 第五章第五章 总结与展望总结与展望 74 5 1 论文总结 74 5 2 后续展望 75 参考文献参考文献 77 致谢致谢 78 毕业设计小结毕业设计小结 79 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 IX 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 7 第一章 绪论 1 11 1 课题研究的意义课题研究的意义 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 近几十年来 世界各国十分重视发展能有效解决复杂 精密 小批量 多变零件加工的数控加工技 术 在机械制造业中 大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术 并将 机械技术与现代控制技术 传感检测技 信息处理技术 网络通信技术有机地结合在 一起 使其生产方式发生了革命性变化 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 1 21 2 CATIACATIA 软件的简单介绍软件的简单介绍 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 新的 V5 版本界面更加友好 功 能也日趋强大 并且开创了 CAD CAE CAM 软件的一种全新风格 CATIA V5 版本具有 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 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 8 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 本次设计主要用到 CATIA 软件中的仿真加工部分 1 31 3 VERICUTVERICUT 软件的简单介绍软件的简单介绍 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 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 9 率和加工质量 程序验证就是验证程序的正确性 说的通俗一点就是检查 G 代码的正 确性 任何一个机械加工厂 其最基本也是最简单的要求就是要尽量提高零件的合格 率 就是这样一个简单的基本要求 机械加工厂并不是那么容易就能达到 影响零件 合格率的因素有很多 最根本 最重要的就是加工工艺方案和数控加工程序 因为这 两个因素是根本 源头 是指导生产零件的 二者出现错误 报废或造成故障的就不 是单个零件 而是一批零件 造成的损失也是巨大的 因此 我们要杜绝加工工艺方 案和数控加工程序出现错误 对于加工工艺方案 在此不多作叙述 是可以通过人的 校对来保证其正确性的 但是对于数控加工程序 这样是不能保证其正确性的 特别 是复杂的 NC 程序 人工校对根本不可能 VERICUT 的 NC 程序验证功能很好的解决了 这个问题 机床模拟就是模拟加工过程中机床各个组件之间的相互运动 其过程和真 实机床一样 这样就可以检查机床碰撞 避免发生 这样就很好保护了机床 延长机 床的使用寿命 NC 程序优化可以最大限度的优化加工的进给率 计算最合适刀具长 度 提高生产效率 延长刀具使用寿命 提高刀具使用效率 对于企业来说 VERICUT 的这三个基本功能的目标很明确 提高加工零件的合格率 提高机床和刀具 的使用效率 帮助企业降低生产成本 提高生产效率 增强企业的核心竞争力 使之 在激烈的竞争中处于不败之地 因此 对于从事机械加工行业的人来说 学习和掌握 VERICUT 就显得尤为重要 本次设计主要用到 VERICUT 中的仿真部分 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 10 第二章 螺纹轴右端加工 2 12 1 初始化初始化 CATIACATIA 加工环境加工环境 a 打开毛坯打开毛坯 在 CATIA 中打开螺纹轴毛坯并进入到加工环境 毛坯为 R105 X 570 图 2 1 毛坯 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 11 图 2 2 导入毛坯 b b 选择机床选择机床 在此 选择 Horizontal Lathe Machine 卧式车床 机床的各种参数都不用修改 使用默认值 图 2 3 选择机床 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 12 c c 选择坐标系选择坐标系 把坐标系名称命名为 XOY 位置固定于左侧轴心处 并定义 Z 轴方向沿轴向 图 2 4 选择坐标系 d d 选取几何图形选取几何图形 在 Geometry 中选择加工零件以及毛坯 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 13 图 2 5 选择零件和毛坯 e e 然后指定刀具起点位置然后指定刀具起点位置 positionposition 为了进退刀方便 指定刀具起点位置为 200 0 800 图 2 6 设置换刀点 2 22 2 螺纹轴的粗加工螺纹轴的粗加工 a a 进入粗车环境进入粗车环境 选择制造程序 然后点击 Rough Turning operation 进入粗车 选择毛坯元素和 零件元素 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 14 图 2 7 粗车 b b 设置加工余量设置加工余量 1 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 加工余量又有总余量和工序余 量之分 2 总余量 某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量 3 工序余量 该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量 工序余量有单边余量和双边余量之分 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 15 图 2 8 余量 1 单边余量 非对称结构的非对称表面的加工余量 称为单边余量 用 Zb 表示 表 2 1 余量公式 Zb la lb 式中 Zb 本工序的工序余量 lb 本工序的基本尺寸 la 上工序的基本尺寸 2 双边余量 对称结构的对称表面的加工余量 称为双边余量 对于外圆与内孔这样的对称表面 其加工余量用双边余量 2Zb 表示 对于外圆表面有 2Zb da db 2 1 对于内圆表面有 2Zb Db Da 2 2 总余量 所有工序余量之和 加工余量的确定 计算法 查表法和经验估计法 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 16 1 经验估算法 靠经验估算确定 从实际使用情况看 余量选择都偏大 一般用 于单件小批生产 2 查表法 各工厂广泛采用查表法 根据手册中表格的数据确定 应用较多 3 分析计算法 较少使用 根据实验资料和计算公式 综合确定 比较科学 数 据较准确 一般用于大批大量生产 加工余量选取原则加工余量选取原则 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 c c 刀具的选择刀具的选择 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 8 0 9 R min b 切削深度取 1 4 1 2 D 以保证刀具有足够的加工刚度 数控加工对刀具的要求很高 不仅要刚度好 精度好 还要使用寿命长 1 材料 优质高速钢 硬质合金 耐磨涂层 陶瓷材料等 2 类别 种类繁多 车刀可分为 整体车刀 焊接车刀 其优点是结构简单 紧凑 刀具刚度好 抗振性能强 制造方便 适用灵活 其缺点是切削性能较低 刀杆不能重复利用 辅助时间 常 机夹车刀 可转位车刀 使用可转位刀片的机夹车刀 其优点是刀具使用寿命常 生产效 率高 有利于推广新技术 新工艺 有利于降低刀具成本 5 成形车刀 用在各类车床上加工内 外回转体成形表面 其刀形根据工件轮廓 设计 该种车刀有平体 棱体 圆体三种型式 车刀的切削部分由主切削刃 副切削刃 前刀面 后刀面和副后刀面等组成 它的几何形状由前角 o 后角 o 主偏角 r 刃倾角 s 副偏角 r 和刀尖圆 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 17 弧半径 r 所决定 车刀几何参数的选择受多种因素影响 必须根据具体情况选取 图 2 9 刀具组成 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 18 图 2 10 车刀参数 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 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 19 图 2 11 刀片参数 d d 走刀方式走刀方式 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 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 20 图 2 13 纵向走刀 e e 转速和切削速度的选择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 2 2 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 此次转速和切削速度由 CATIA 系统自动计算 设置加工精度为 0 1mm turn 退刀量为 0 3mm turn 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 21 图 2 14 进给率和转速 f f 进退刀方向进退刀方向 选择垂直进刀 水平退刀 图 2 15 进退刀 g g 形成刀轨形成刀轨 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 22 图 2 16 刀轨 h h 动画仿真动画仿真 单击进入仿真环境 选择 然后单击进行仿真演示 图 2 17 仿真 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 23 i i 分析余量和过切分析余量和过切 图 2 18 余量分析 在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应用 主要分析刀具对工件是否有过切现象 图 2 19 过切分析 到此步为止就完成了螺纹轴的右端粗车加工 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 24 2 32 3 螺纹轴的精加工螺纹轴的精加工 a a 进入精车加工环境进入精车加工环境 选择精加工零件表面 零件的加工余量设为零 图 2 20 精加工环境 b b 选择走刀方式选择走刀方式 刀具的走刀方式为外部走刀 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 25 图 2 21 外部走刀 c c 刀具参数刀具参数 刀具参数的设定同粗加工 参数不变 刀片的参数也不变 图 2 22 刀具和刀片参数 d d 切削速度及转速切削速度及转速 1 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 高速加工的特点 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 26 Vc Tv 高转速 高进给 小切削量 图 2 23 理论图 2 转速 S 的确定 如果有切削参数库 可直接查切削参数库 否则 根据实际经验 并配合刀具厂家提供的刀具切削线速度vc m min 查 表计算来确定 刀具厂商根据被切削材料 刀具材料 切削深度 切削宽度等建立了刀具切 削线速度 vc m min 查询表 主轴转速n r min 根据允许的切削速度vc m min 选取 2 3 D 工件或刀具的直径 mm 400300200100 切切削削速速度度 m m m mi in n 传传 递递 热热 量量 k k W W 0 5 1 0 1 5 2 0 500 0 切切屑屑 刀刀具具 工工件件 高高速速切切削削刀刀具具 工工件件 切切屑屑吸吸收收的的热热量量 1000 c v n D 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 27 图 2 24 材料与转速 由上述理论 此次精加工选择较大进给量 0 4mm turn 较高转速 1500turn mn 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 28 图 2 25 进给率和转速 e e 进退刀方向进退刀方向 选择垂直进刀 水平退刀 图 2 26 进退刀 f f 模拟仿真加工模拟仿真加工 单击进入仿真环境 选择 然后单击进行仿真演示 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 29 图 2 27 仿真 g g 分析余量和过切分析余量和过切 图 2 28 余量分析 在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应用 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 30 主要分析刀具对工件是否有过切现象 图 2 29 过切分析 2 42 4 端面加工端面加工 a a 进入粗车加工环境进入粗车加工环境 选择零件元素与毛坯元素 其中的余量设为零 走刀方式为端面走刀 其余参数设置同上述的粗加工 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 31 图 2 30 车端面 图 2 31 走刀方式 图 2 32 走到轨迹 b b 仿真加工及分析仿真加工及分析 单击进入仿真环境 选择 然后单击进行仿真演示 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 32 图 2 32 仿真 图 2 33 剩余材料分析 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 33 图 2 34 过切分析 2 52 5 空槽加工空槽加工 a a 进入空槽加工环境进入空槽加工环境 选择加工的零件元素和毛坯元素 由于空槽加工可以一步到位 所以不用预留余量 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 34 图 2 35 进入空槽加工环境 b b 选择刀具走刀方式选择刀具走刀方式 平行外形走刀 径向切削深度设为 1mm 图 2 36 走刀方式 c c 定义空槽加工刀具定义空槽加工刀具 选择直刃刀具 其余参数使用系统默认值 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 35 图 2 37 刀具参数 d d 定义刀具刀片定义刀具刀片 左刀尖半径 右刀尖半径 0 2mm 图 2 38 刀片参数 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 36 e e 进给速度与转速同粗加工进给速度与转速同粗加工 图 2 39 进给率和转速 f f 进退刀方式进退刀方式 图 2 40 进退刀 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 37 g g 仿真加工仿真加工 单击进入仿真环境 选择 然后单击进行仿真演示 图 2 41 仿真 h h 剩余材料与过切分析剩余材料与过切分析 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 38 图 2 42 剩余材料分析 在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应用 主要分析刀具对工件是否有过切现象 图 2 43 过切分析 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 39 2 62 6 沟槽加工沟槽加工 a a 进入沟槽加工环境进入沟槽加工环境 单击 Groove Turning operation 进入沟槽加工模块 b b 选择要加工的零件元素和毛坯元素选择要加工的零件元素和毛坯元素 由于可以一步完成加工 所以不用留余量 图 2 44 沟槽加工 c c 走刀方式走刀方式 在 strategy 中选择 orientation 为外部走刀 图 2 45 走刀方式 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 40 d d 选择刀具并定义刀具参数选择刀具并定义刀具参数 在刀具选项中选择切槽刀 在 More 中定义各种参数 在 Hand Style 中选择 Left Hand 其中的最大切削深度定位 20mm 防止刀具与工具干涉 图 2 46 刀具参数 e e 切削深度和转速切削深度和转速 切削深度不要太大 其中 Lead in 0 1 mm turn First plunge 0 3 mm turn Next plunge 0 4 mm turn Lift off 0 8 mm turn 转速 1500turn mn 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 41 图 2 47 进给率和转速 f f 进退刀方向进退刀方向 选择进到方向为水平进刀 由用户自己定义 并激活 选择推刀方向为垂直 退刀 由用户自己定义 并激活 图 2 48 进退刀 g g 刀轨及仿真加工刀轨及仿真加工 单击进入仿真环境 选择 然后单击进行仿真演示 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 42 图 2 49 生成刀轨 图 2 50 仿真加工 h h 分析过切分析过切 在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应 用 主要分析刀具对工件是否有过切现象 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 43 图 2 51 过切分析 2 72 7 钻孔钻孔 a a 进入钻孔加工环境进入钻孔加工环境 单击 Drilling 进入钻孔加工 b b 选择钻孔加工位置选择钻孔加工位置 在钻孔位置出单击 然后再选择零件上的孔 之后在空白处双击 图 2 52 钻孔 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 44 c c 钻孔方式选项钻孔方式选项 在 approach clearance 中取 5 mm first compensation 默认取 1 图 2 53 钻孔参数 d d 选择钻刀参数选择钻刀参数 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 45 首先单击刀具 然后选择 Drill 之后打开 More 选项 选择 nominal diameter 30mm overall length 200mm cutting length 100mm length 150mm body diameter 33mm 其余参数默认 图 2 54 钻刀参数 e e 进给速度与转速进给速度与转速 选择 approach 300mm turn plunge 10 mm turn machining 800 mm turn retract 300 mm turn spindle speed 1500turn mn 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 46 图 2 55 进给率和转速 f f 进退刀方向进退刀方向 进刀和退刀都由用户自己定义并激活 进刀选择垂直方向 退刀也选择垂直方向 图 2 56 进退刀 g g 仿真加工仿真加工 单击进入仿真环境 选择 然后单击进行仿真演示 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 47 图 2 57 仿真 h h 过切分析过切分析 在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应 用 主要分析刀具对工件是否有过切现象 图 2 58 过切分析 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 48 2 82 8 钻螺纹孔钻螺纹孔 a a 进入钻螺纹孔环境进入钻螺纹孔环境 单击 Reverse Threading 进入钻螺纹孔加工环境 b b 选择钻螺纹孔加工位置选择钻螺纹孔加工位置 图 2 59 位置在圆心 c c 钻螺纹孔方式选项钻螺纹孔方式选项 在 approach clearance 中取 5 mm first compensation 默认取 1 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 49 图 2 60 钻螺纹参数 a a 选择钻刀参数选择钻刀参数 首先单击刀具 然后选择 Reverse Threading 之后打开 More 选项 选择 nominal diameter 30mm overall length 200mm cutting length 100mm length 150mm body diameter 33mm 其余参数默认 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 50 图 2 61 螺纹刀参数 d d 进给速度与转速进给速度与转速 选择 approach 300mm turn plunge 10 mm turn machining 1mm turn retract 300 mm turn spindle speed 1500turn mn 都是默认值 图 2 62 进给率和转速 e e 进退刀方向进退刀方向 进刀和退刀都由用户自己定义并激活 进刀选择垂直方向 退刀也选择垂直方向 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 51 该步骤同上一章的钻孔进退刀步骤 f f 仿真加工仿真加工 单击 进入仿真环境 选择 然后单击 进行仿真演示 图 2 63 仿真 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 52 第三章 螺纹轴左端加工 3 13 1 拷贝加工程序拷贝加工程序 拷贝 Part Operation 1 然后选择性粘贴 简单粘贴 删除其中的空槽加工部分 端面加工部分 钻孔加工部分以及螺纹孔加工部分 留下粗车 精车和切沟槽部分 图 3 1 拷贝程序 3 23 2 粗车粗车 单击 Part Operation 2 中的粗车部分 修改其中的零件元素和毛坯元素 其他 的各种参数都不用改 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 53 图 3 2 粗车 然后仿真加工 分析是否有过切现象 图 3 3 刀轨 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 54 在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应用 主要分析刀具对工件是否有过切现象 图 3 4 分析余量和过切 3 33 3 精车精车 修改精车中的零件元素 其他的各种参数都不用改 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 55 图 3 5 精车 然后仿真加工 图 3 6 仿真 3 43 4 切沟槽切沟槽 修改其中的零件元素和毛坯元素 其他的各种参数都不用改 仿真加工之后分析 过切现象 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 56 图 3 7 零件毛坯元素 图 3 8 刀轨 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 57 图 3 9 仿真加工 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡 选择 Gouge 然后点应用 主 要分析刀具对工件是否有过切现象 图 3 10 过切分析 3 53 5 加工螺纹加工螺纹 a a 进入螺纹加工环境进入螺纹加工环境 单击进入螺纹加工 然后按要求选择起止位置和零件元素 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 58 图 3 11 螺纹元素 b b 选择螺距选择螺距 螺纹用 ISO 标准 orientation 为 external 螺距 3mm 图 3 12 选择螺距 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 59 c c 选择螺纹刀具参数选择螺纹刀具参数 圆柱螺纹主要几何参数 外径 大径 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径 螺纹的 公称直径即大径 内径 小径 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径 中径 母线通过牙型上凸起和沟槽两者宽度相等的假想圆柱体直径 螺距 相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离 导程 同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离 牙型角 螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角 螺纹升角 中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角 图 3 13 螺纹刀参数 d d 进给速度与转速进给速度与转速 进给速度 Vf 单位 mm min 刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 60 的速度 计算公式 Vf n fz z 3 1 n 为刀具或工件转速 单位为 r min fz 为每齿进给量 z 为刀齿数 图 3 14 进给率和转速 e e 进退刀进退刀 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 61 图 3 15 进退刀 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 62 第四章 VERICUT 数控仿真加工 4 14 1 数控加工仿真技术概述数控加工仿真技术概述 仿真技术是一门多学科的综合性技术 它以控制论 系统论 相似原理和信 息技术为基础 以计算机和专用设备为工具 利用系统模型对实际的或设想的系统 进行动态试验 数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程 是验证数控加工程序的可 靠性和预测切削过程的有利工具 以减少工件的试切 提高生产效率 试切环境的模型化 仿真计算和图形显示等方面是数控仿真研究热点 目前 正向提高模型的精确度 仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展 数控仿真可分为几何仿真和物理仿真 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 切削过程仿真 图4 1切削仿真 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 63 机床运动仿真 图4 2机床运动 加工仿真的应用 避免碰撞 降低事故发生率 验证加工路线是否合理 避免了试切过程 实现工艺参数的优化选取 物理仿真的产生背景 新材料 新结构应用 研制过程中的废品率高 新刀具 涂层 冷却液及加工技术应用 以前积累的工艺参数不再适 用 加工效率得不到提升 依靠试切方式进行新产品的研发 产品研发周期长 无法全面预估潜 在的加工问题 需要采用科学的分析方法 在尽可能少 浪费情况下对任何材料 任何工件以及 减少研发周期与试生产时间 加工工艺进行分析 指导实际生产 可更快的引入新材料与新工 艺 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 数控仿真加工技术主要针对数控机床而言 使用特定的数控加工软件对 西北工业大学明德学西北工业大学明德学 院本科毕业设计论文院本科毕业设计论文 64 工件的加工过程进行模拟仿真 一方面可以对在加工过程中 所用到的数控 程序进行检验 制定出更加合理的加工程序 另一方面还可以对加工期间出 现的一些问题进行提前预知 并制定出相应的解决方案 达到提高生产效