机械毕业设计99山东理工大学三角凸台凸模设计VIP

数控技术课程设计 说 明 书 课题名称： 三角凸台凸模 设计 姓 名： 杨杨 指导教师： 杨振宇 班 级： 机械 0303 日 期： 2007 年 4 月 2 日 山东理工大学 工 程 技 术 学 院 1.1 设计题目 ： 三角凸台凸模 图 1-1 1.2 设计目的 通过 数控 技术课程设计，掌握零件的参数化建模、自动 编程、 仿真加工、数控加工工艺的编制及实践加工方法， 自主设计零件，并自动编程，并上机加工，对零件的出产过程有个完整地认识并初步锻炼了我们参与实际生产的能力 1.3 使用设备仪器 使用仪器设备：计算机、 TH7640 加工中心、球头铣刀、立铣刀、数显千分尺、数显卡尺。 使用软件： Master CAM、 UG 或 Solidwors、 V-CNC。 1.4 设计步骤 一、三维建模 根据所提供的毛坯的尺寸，直径为 100mm，高度为 30mm 的圆柱形钢材，使用软件 SolidWorks 完成三维建模，建模过程如下： 步骤 1： 绘制草图 1-2 ， 草图半径为 100mm 的圆 图 1-2 2 步骤 2： 拉伸 向上拉伸，厚度为 5.00mm，如图 1-3 所示，图 1-4 为拉伸后的实体图 图 1-3 图 1-4 步骤 3：绘制草图 1-5 以拉伸后的薄圆柱体上面为基面，作如图所示图形，范围限制在 94mm（构造线圆）圆内， 图形两端圆弧均为 5.00mm，大圆弧为 R120.00mm，两圆径夹角为 120 图 1-5 步骤 4：拉伸草图 1-5 拉伸草图 1-5，拉伸高度 8.00mm，如图 1-6 图 1-6 步骤 5： 阵列草图 1-5 以草图 1-5 所在的圆面圆心所在的轴为基准轴，对拉伸后的草图 1-5 作 360 圆周阵列，阵列数为 3,得到三角台 图 1-7 图 1-7 步骤 6：绘制草图 1-8 以草图 1-5 所在的基面为基面 ，以基面圆心出发，作 80.00mm 的圆 ，图 1-8 图 1-8 4 步骤 7：拉伸草图 1-8 向上拉伸 80.00mm 的圆，厚度为 5.00mm，如图 1-9 图 1-9 步骤 8：绘制草图 1-10 以三角台对称中心为圆心，以三角台上面为基面，作 14.00mm 的圆 图 1-10 步骤 9：切除 -拉伸草图 1-10 孔深 2.00mm，如图 1-11 所示 图 1-11 步骤 10： 拔模凸台 （图 1-7） 对三角凸台侧面设计拔模角为 10的拔模斜度，如图 1-12 所示 图 1-12 步骤 11：拔模凸台 （图 1-9） 拔模斜度为 10，如图 1-13 图 1-13 步骤 12：倒所有 圆角 R0.5-2.0mm，如图 1-14 图 1-14 步骤 13：写文字 以三角台上面为基面，三角台对称中心为对称中心，写字 “ Z”、“ Q”、“ L” ，在以对称中心出发的直径为 16.5mm 的圆上，字体为 Century Gothic,大小为一 号，字体样式为常规 ，字体分布为 120均列分布 ，如图 1-15 图 1-15 6 步骤 14：拉伸字体 高度为 1.00mm，如图 1-16 图 1-16 步骤 15：倒字体圆角 0.50mm-2.00mm，如图 1-17 图 1-17 至此应用 SolidWorks 完成三维建模，导出 IGS 文件和工程图 二、零件的工艺分析 1、 给定零件的工艺分析 零件结构及工艺分析 ： 三角凸台模 是由一个 三角 凸台与 圆柱 体 组成，另外在 三角 凸台上还要加工一 圆坑 和字 ，它的材料为 塑 料。如图 1-17。 该零件需铣 十 个平面，粗糙度 为 6.3，铣床粗、精铣两次可达要求 ; 三角 凸台高 8mm,粗糙度为 3.2， 由于表面粗糙度较高，所以粗加工完后留余量再进行精加工，分 两次铣，确保 三角 凸台边粗糙度 ; 圆柱凸台高为 5mm,直径 80mm ,粗糙度为 3.2， 由于表面粗糙度较高，所以粗加工完后留余量再进行精加工，分 两 次铣，确保圆柱外表面粗糙度 ; 圆 凹 坑 深 2.00mm,直径 14.00mm， 粗糙度为 3.2， 由于表面粗糙度较高，所以粗加工完后留余量再进行精加工，分 两 次铣，确保 圆 凹 坑 边 和地面 粗糙度 ; 三角凸台 上部分加工，粗糙度为 6.3， 由于表面粗糙度较高，所以粗 加工完后留余量再进行精加工，分两次铣，确保 三角土台上 部分粗糙度 ; 凸台斜面度数为 10，先粗后精铣削两次可达要求。 由于考虑要降低成本，决定把铣 十 面放在立式万能铣床上铣削。但又因 三角 凸台、圆柱凸台、 圆形凹坑 、 凸台 的倒角 为 2.00mm、斜度为 10的 拔模斜度 在普通铣床难以加工，因此我们改用数控铣床。把三角 凸台、圆柱凸台、 圆形 凹 坑 、 三角凸台 倒角、斜度为 10的斜面、工字下半部分凸台的程序编写好输入计算机，但编写程序时应该注意，用同一种刀具加工时应尽量一次完成，减少换刀的次数。同时也要精简程序。 如果是金属， 在后 期 边模还要进行热处理、发蓝，热处理目的要把边模金属内部的应力消除，防止变型和开裂。发蓝是为了在边模的表面 形 成一层致密的保护膜，起防锈作用 ，但由于是塑料材料，所以这些可不必考虑。 *确定毛坯 在不影响毛坯制造的经济性、机加工的经济性的同时，还要考虑到热加工以及影响毛坯的各方面因素的前提下，合理的科学的选择毛坯，以便从确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。 根据零件图的结构特点、材料、技术要求以及经济性等，该工件属于 单件 生产，热处理方面要求不高，决定毛坯采用外协所提供的锻造件。由于该模 十 个 面中，且 有 四 个为重点 加工表面，要求除了 三角凸台 、 圆柱凸台、圆形凹坑粗糙 度为 3.2 和 6.3 外，其余粗糙度 为 12.5。所以选择毛坯的尺寸为 100*30，因为毛坯放在普通铣床上就可以容易达到其要求，加工余量少、铣削速度快，粗糙度也可以保证。 如图1-18： 图 1-18 2、 数控加工的工艺分析 随着现代科学技术的发展，对零件的技术要求也越来越高，一些零件的加工在普通加工设备上无法完成，数控加工的广泛应用，使其加工精度等完全可以满足零件的技术要求，且生产效率高，特别适用于生产批量大，技术要求高的零件的加工。 零件的技术要求 零件的加 工要求是： 三角凸台的高位 8.00mm， 所限圆直径为 94.00mm; 圆柱台的高度为 5.00mm,直径为 80.00mm; 圆凹坑的深度为 2.00mm，直径为 14.00mm; 毛坯直径为 100.00mm，高 30.00mm; 拔模斜度为 10; 倒圆角直径为 1.50mm 和 2.00mm; 表面及壁面 的表面粗糙度 为 3.2 和 6.3; 显然，在普通铣 床上加工，很难达到加工技术要求，而利用数控 铣 床加工可以满足。实践证明，在数控 铣 床上完全可以达到此精度要求，并且加工的效率 高，劳动强度较小，适合于批量生产及单件生产。 理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的 2 3 倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。 由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。 8 图 1-19 图 1-20 *毛坯材料及刀具 毛坯材料为塑料棒。 在保证图低技术要求的前提下，为了提高加工效率，选用的外圆刀、尖刀、圆弧刀均采用硬质合金涂层刀片，刀片的基体材料为 YB435。 选用的设备是数控 加工中心 。在刀形上， 圆弧刀的刀尖直径 为 8.00mm。另外，由于 2.00mm 铣 刀的刚性较差，容易产生 断裂 和振动，会在工件上留下振纹，所以，圆弧刀制作了特定刀杆 ，以提高切削刀具的刚性。 在数控机床上加工零件之前，首先得编程，而编程之前，又先得考虑工艺问题。采用什么设备，什么刀具，怎么安装，切削用量、走刀路线、加工余量怎么选取。普通机床上零件加工的工艺过程是一个工艺过程卡，参数由操作人员自行决定。数控机床是按照程序进行加工的，加工过程是自动的，因此，加工中的所有工序、工步、每道工序的切削用量、走刀路线、加工余量和所有刀具的尺寸、类型等都要预先确定好并编入程序中。为此，要求对 CNC 机床的性能、特点和应用、切削规范和标准刀具系统等非常熟悉，做到全面、周到地考虑零件加工的 全过程并正确、合理地编制零件加工程序 ； *确定刀具与工件的相对位置 ： 对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设 置 在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就 选择在 零件的加工原点。 *对刀点的选择原则如下： （ 1）所选的对刀点应使程序编制简单； （ 2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； （ 3）对刀点应 选 在加工时检验方便、可靠 的位置； （ 4） 对刀点的选择应 有利于提高加工精度。 例如，加工图 1-20 所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具定位元件圆柱销的中心线与定位平面 A 的交点作为加工的对刀点。显然，这里的对刀点也恰好是加工原点。 在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行 “对刀 ”。所谓对刀是指使 “刀位点 ”与 “对刀点 ”重合的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。 “刀位点 ”是指刀具的定位基准点。如图 1-21 所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头 铣刀的刀位点是球头的球心点 或球头顶点 ；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。各类数控机床的对刀方法是不完全一样的，这一内容将结合各类机床分别讨论。 图 1-21 换刀点是为加工中心、数控车床等 采用 多刀 进行 加工 的 机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点 常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。 该凸模中对刀点选择为 三角台对称 中心 如图 1-22： 图 1-22 *数控机床的刀具 刀具的类型与选用数控机床用刀具通常可分为标准刀具和专用刀具两大类。为了提高加工的适应性，应尽量减少使用专用刀具，而选用通用标准刀具或刀具标准组合件。常用的刀具有：可转位车刀、高速钢麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、立铣刀、面铣刀、丝锥和各种复合刀具等。刀具的选用，一般可遵循如下原则：（ 1）铣削平面 应选用不重磨硬质合金端铣刀和立铣刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用 端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。选好每次走刀宽度和铣刀直径，使接刀刀痕不影响精铣精度。因此加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些，精加工时铣刀直径要选大些，最好能包容加工面的整个宽度。（ 2）加工凸台、凹槽和箱口面 应选用立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能铣槽的两边。（ 3）平面零件的周边轮廓 一般采用立铣刀。 刀具的结构参数可以参考如下： * 刀具半径 R应小于零件内轮廓的最小曲率半径 r。 一般取 R=（ 0.80.9） r； * 零件的加工高度 H （ 1/41/6） R，以保证刀具有足够的刚度； * 加工时的铣削宽度一般取 aw D/3； （ D：铣刀直径）； 图 1-23 10 * 粗加工内型面时，刀具直径可按下述公式估算 图 1-24 式中， d1 为槽的精加工余量； d 为加工内型面时的最大允许精加工余量； j 为零件内壁的最小夹角。 （ 4） 加工型面和变斜角轮廓外形 常用球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀。图 1-25 中的 O 点表示刀位点，即编程时用来计算刀具位置的基准点。 图 1-25 数控机床使用的刀具与一般刀具的结构，性能没有太大的差别，唯一不同之处是数控机床刀具刀体上有定位面，一般有 2 3 个定位面，（ X， Y， Z 方向）从刀尖至定位面的尺寸精度要求很高，其目的是为了避免机床在加工工件过程中，如刀具磨损，或损坏，因更换刀具而改变了刀具与工件的相对位置，和重新修改机床控制程序参数。所以数控机床大多采用，刀片可转位，机夹式，不重磨刀具。技术资料与普通刀具制造工艺完全一样。 *加工中心编程 加工中心的换刀： 除换刀程序外，加工中心的编程方法和普通数控铣床相同。不同的数控机床，其换刀程序 是不同的，通常选刀和换刀分开进行，换刀动作必须在主轴停转条件下进行。换刀完毕启动主轴后，方可执行下面程序段的加工动作，选刀动作可与机床的加工动作重合起来，即利用切削时间进行选刀，因此，换刀M06 指令必须安排在用新刀具进行加工的程序段之前，而下一个选刀指令 TXX 常紧接安排在这次换刀指令之后。 多数加工中心都规定了“换刀点”位置，即定距换刀，主轴只有走到这个位置，机械手才能执行换刀动作。一般立式加工中心规定换刀点的位置在 Z0 处 (即机床 Z 轴零点 )，当控制机接到选刀 T 指令后，自动选刀，被选中的刀具处于 刀库最下方；接 到换刀 M06 指令后，机械手执行换刀动作。因此换刀程序可采用两种方法设计。 方法一： N010 G00 Z0 T02； N011 M06； 返回 Z 轴换刀点的同时，刀库将 T02 号刀具选出，然后进行刀具交换，换到主轴上的刀具为 T02，若 Z 轴回零时间小于 T 功能执行时间 (即选刀时间 )，则 M06 指令等刀库将 T02 号刀具转到最下方位置后才能执行。因此这种方法占用机动时间较长。 方法二： N010 G01 Z T02 N017 G00 Z0 M06 N018 G01 Z T03 N017 程序段换上 N010 程序段选出的 T02 号刀具；在换刀后，紧接着选出下次要用的 T03 号刀具，在 N010 程序段和 N018 程序段执行选刀时，不占用机动时间，所以这种方式较好。 切削用量的选择 切削用量是指在切削过程中，选取的切削速度、进给量和切削深度的具体数值。合理选择切削用量，对于保证质量、提高生产率和降低成本具有重要作用。提高切削速度、加大进给量和切削深度，都使得单位时间内金属的切除量增多，因而都有利于生产率的提高。但受工件材料、加工要求、刀具耐用度、机床动力、机床和工件的刚性等因素的限制，不可能任意选取 。合理选择切削用量，就是在一定条件下选择切削用量三要素的最佳组合。 1粗加工时切削用量的选择 粗加工时应尽快地切除多余的金属，同时还要保证规定的刀具耐用度。实践证明，对刀具耐用度影响最大的是切削速度，影响最小的是切削深度。 （ 1）切削深度的选择 在机床有效功率允许的条件下，应尽可能选取较大的切削深度，使大部分余量在一次或少数几次走刀中切除。在切削表层有硬皮的铸、锻件或切削不锈钢等加工硬化较严重的材料时，应尽量使切削深度越过硬皮或硬化层深度。 （ 2）进给量的选择 根据机床 -夹具 -工件 -刀具组成的工艺 系统的刚性，尽可能选择较大的进给量。 （ 3）切削速度的选择 根据工件材料和刀具材料确定切削速度，使之在已选定的切削深度和进给量的基础上能够达到规定的刀具耐用度。粗加工的切削速度一般选用中等或较低的数值。 2精加工时切削用量的选择 精加工时，首先应保证零件的加工精度和表面质量，同时也要考虑刀具耐用度和获得较高的生产率。 （ 1）切削深度的选择 精加工通常选用较小的切削深度来保证加工精度。 （ 2）进给量的选择 进给量的大小主要依据表面粗造度的要求选取，表面粗造度 Ra 的数值较小时，一般选取较小的进给量。 （ 3）切削速度的选择 精加工的切削速度选择应避开积屑瘤形成的切削速度区域，硬质合金刀具一般多采用较高的切削速度，高速钢刀具则采用较低的切削深度。 综上所述， 主轴转速 1500rm 1、经过 MasterCAM 及 V-CNC 软件的模拟加工，证明该零件在加工过程中没有不可加工的因素，即该零件可加工 2、三维数控机床（加工中心）使用 8mm 铣刀具走两刀即可完成该零件的粗加工和精加工 2、 根据所选刀具，适当选取抬刀高度和走刀量及主轴转速 *确定零件夹具 在加工中心上，夹具的任务不仅是夹紧工件，而且还要以各个方向的定位面为 参考基准，确定工件编程的零点。在加工中心上加工的零件一般都比较复杂。零件在一次装夹中，既要粗铣、粗镗，又要精铣、精镗，需要多种多样的刀具，这就要求夹具既能承受大切削力，又要满足定位精度要求。而加工中心的自动换刀 (ATC)功能又决定了在加工中不能使用支架、位置检测及对刀元件。加工中心的高柔性要求其夹具比普通机床结构紧凑，简单，夹紧动作迅速、准确，尽量减少辅助时间，操作方便、，要想合理应用好夹具，首先要对加工中心的加工特点有比较深刻的理解和掌握，同时还要考虑如下因素： 加工零件的精度；批量大小；制造周期； 制造成本。 根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具结构类型有专用夹具、组合夹具；可调整夹具和成组夹具。在选择时要综合考虑各种因素，选择最经济、最合理的夹具形式。 1)组合夹具 组合夹具是由一套结构已经标准化，尺寸已经规格化的通用组合元件构成。可以按工件的加工需要组成各种功用的夹具。组合夹具有槽系组合夹具和孔系组合夹具。如图 5-7 为一孔系组合夹具。 组合夹具的基本特点是满足三化：标准化、系列化、通用化，具有组合性，可调性，模拟性，柔性，应急性和经济性，使用寿命 长，能适应产品加工中的周期短、成本低等要求，比较适合加工中心应用。在加工中心上应用组合夹具，有下列优点： 12 节约夹具的设计制造工时；缩短生产准备周期；节约钢材和降低成本；提高企业工艺装备系数。 但是，由于组合夹具是由各种通用标准元件组合而成的，各元件间相互配合的环节较多，夹具精度、刚性仍比不上专用夹具，尤其是元件连结的接合面刚度，对加工精度影响较大。通常，采用组合夹具时其尺寸加工精度只能达到 IT8 IT9 级，这就使得组合夹具在应用范围上受到一定限制。此外，使用组合夹具首次投资大 (当然，采取租赁方式会节 省一笔投资 )，总体显得笨重，还有排屑不便等不足。对中、小批量，单件 (如新产品试制等 )或加工精度要求不十分严格的零件，在加工中心上加工时，应尽可能选择组合夹具。 2)专用夹具 对于工厂的主导产品，批量较大，且轮番上场加工，精度要求较高的关键性零件，在加工中心上加工时，选用专用夹具是非常必要的。 专用夹具是根据某一零件的结构特点专门设计的夹具，具有结构合理，刚性强，装夹稳定可靠，操作方便，提高安装精度及装夹速度等优点。选用这种夹具，一批工件加工后尺寸比较稳定，互换性也较好，可大大提高生产率。但是，专用夹具 所固有的只能为一种零件的加工所专用的狭隘性，与产品品种不断变型更新的形势不相适应，特别是专用夹具的设计和制造周期长，花费的劳动量较大，加工简单零件显然不太经济。 3)可调整夹具 可调整夹具能有效地克服以上两种夹具的不足，既能满足加工精度，又有一定的柔性，是一种很有发展前途的新颖的机床夹具结构形式。加工中心为它开辟了广阔的道路。 可调整夹具与组合夹具有很大的相似之处，所不同的是它具有一系列整体刚性好的夹具体。在夹具体上，设置有可定位、夹压等多功能的 T 型槽及台阶式光孔、螺孔，配制有多种夹紧定位元件。可调整夹具扩 大了夹具的使用范围，只要配制通用夹具元件，即可实现快速调整。其刚性好的特点，能良好地保证加工精度，它不仅适用于多品种、中小批量生产，而且在少品种、大批量生产中也会体现出明显的优越性。 4)成组夹具 成组夹具是随成组加工工艺的发展而出现的。使用成组夹具的基础是对零件的分类 (即编码系统中的零件族 )。通过工艺分析，把形状相似、尺寸相近的各种零件进行分组，编制成组工艺，然后把定位、夹紧和加工方法相同的或相似的零件集中起来，统筹考虑夹具的设计方案。对结构外形相似的零件，采用成组夹具，具有经济、夹紧精度高等特点。 总之 ，加工中心上零件夹具的选择要根据零件精度等级，零件结构特点，产品批量及机床精度等情况综合考虑。在此，推荐选择顺序：优先考虑组合夹具，其次考虑可调整夹具，最后考虑专用夹具、成组夹具。当然，还可使用三爪卡盘、虎钳等大家熟悉的通用夹具。 （ 2）夹紧与安装 即使用刚度较高的机床进行加工，如果加工的工件及其夹具没有足够的刚性，也会出现自激振动或尺寸偏差，因此，在考虑夹紧方案时，应注意工件的稳定性。不合理的装夹也有同样的后果，它会在装夹过程中使刚性不好的工件发生变形。 夹具在机床上的安装误差和工件在夹具中的定位、安装误 差对加工精度将产生直接影响。即使在程序零点与工件本身的基准点相符合的场合，也要求工件对机床坐标轴线上的角度进行准确地调整。如果编程零点不是根据工件本身，而是按着夹具的基准来测量，则在编制工艺文件时，根据零件的加工精度数控机床用的立铣刀 a) 轴向进给加工的立铣刀 b) 非等距立铣刀刀齿 c) 加强刚度的立铣刀 图 1-26 对装夹提出特殊要求。夹具中工件定位面的任何磨损以及任何污秽都会引起加工误差，因此，操作者在装夹工件时一定要将污物擦干净，并按工艺文件上的要求找正定位面，使其在一定的精度范围内。 夹具必须保证最小的夹紧变形。零 件在粗加工时，切削力大，需要夹紧力大，但又不能把零件夹压变形，因此，必须慎重选择夹具的支 承点、定位点和夹紧点。压板的夹紧点要尽量接近支承点，避免把夹紧力加在零件无支承的区域。（ 3）确定零件在机床工作台上的最佳位置在卧式加工中心上加工零件时，由于要进行多工位加工，就要考虑零件 (包括夹具 )在机床工作台上的最佳位置，该位置是在技术准备过程中考虑机床行程，各种干涉情况，优化匹配各部位刀具长度而确定的。 三、编程中工艺指令的处理 数控编程是从零件图纸到获得合格的数控加工程序的过程，其任务是计算加工中的刀位点。刀位点一般为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。数控编程的主要内容包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数学处理、编写零件加工程序、输入数控系统、程序检验及首件试切。 根据问题复杂程度的不同，数控加工程序可通过手工编程或计算机自动编程来获得。目前计算机自动编程采用图形交互式自动编程，即计算机辅助编程。这种自动编程系统是 CAD(计算机辅助设计 )与CAM(计算机辅助制造 )高度结合的自动编程系统，通常称为 CAD/CAM系统，其工作流程如图所示。 CAM 编程是当前最先进的数控加工编程方法，它利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何形状计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程全过程，操作过程形象生 动，效率高、出错几率低。而且还可以通过软件的数据接口共享已有的 CAD设计结果，实现 CAD/CAM集成一体化，实现无图纸设计制造。 计算机辅助编程的步骤： 为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工，一般计算机辅助编程的步骤为： (1)零件的几何建模 对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控编程，其首要环节是建立被加工零件的几何模型。 (2)加工方案与加工参数的合理选择 数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的优化选择是满足加工要求 、机床正常运行和刀具寿命的前提。 (3)刀具轨迹生成 刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要的内容，能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。刀具轨迹生成的首要目标是使所生成的刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。 (4)数控加工仿真 由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题十分困难，其中最主要的是加工过程中的过切与欠切、机床各部件之 间的干涉碰撞等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。 (5)后置处理 后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据的数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、 进给速度校核修正及代码转换等。因此后置处理对于保证加工质量、效率与机床可靠运行具有重要作用序生成 对于难加工的部位，应适当选取刀具；适当调整走刀量；调整走刀高度 *数控机床的坐标系统 数控机床各坐标轴按标准 JB3051-82 确定后，还要确定坐标系原点的位置，这样坐标系才能确定下来。依原点的不同，数控机床的坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。 1.机床坐标系 以机床原点为坐标原点建立起来的 X、 Y、 Z 轴直角坐标系，称为机床坐标系。机床原点为机床上的一个固定 点，也称机床零点。机床零点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点也是机床上的一个固定点，其与机床零点间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的 X、 Y、 Z正向最大极限位置。在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回机床零点操作，使刀具运动到机床参考点，其位置由机械档块 14 确定。这样，通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，一般情况下，机床坐标系在机床出厂前已经调整好，不允许用户随意变动。 2.工件坐标系 工件图样给出以后，首先应找出图样上的设计基准点。其他各项尺寸均是以此点为基准进行标注。该基准点称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立的 X、 Y、 Z轴直角坐标系，称为工件坐标系。 工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件原点的位置是人为设定的，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的，所以也称编程原点。 数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面、左端面或卡爪的前端面与 Z轴的交点上。 数控铣床加工零件的工件原点选择时应该注意：工件原点应选在零件图的尺寸基准上，对于对称零件，工 件原点应设在对称中心上；对于一般零件，工件原点设在工件外轮廓的某一角上，这样便于坐标值的计算。对于 Z轴方向的原点，一般设在工件表面，并尽量选在精度较高的工件表面。 同一工件，由于工件原点变了，程序段中的坐标尺寸也随之改变。因此，数控编程时，应该首先确定编程原点，确定工件坐标系。编程原点的确定是在工件装夹完毕后，通过对刀确定。 对刀 在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置。即常说的对刀问题。数控机床上，目前，常用的对刀方法为手动试切对刀。 *数控铣床的对刀 假设零件为对称零件 ，并且毛坯已测量好长为 L1、宽为 L2，平底立铣刀的直径也已测量好。将工件在铣床工作台上装夹好后，在手动方式操纵机床，具体步骤如下： 1）回参考点操作 采用 ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时 CRT 上将显示铣刀中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。 手工对刀 先使刀具靠拢工件的左侧面（采用点动操作，以开始有微量切削为准），刀具如图 A位置，按设置编程零点键， CRT上显示 X0、 Y0、 Z0，则完成 X方向的编程零点设置。再使刀具靠拢工件的前侧面，刀具如图 B位置，保持刀 具 Y方向不动，使刀具 X向退回，当 CRT上 X坐标值 0时，按编程零点设置键，就完成 X、 Y两个方向的编程零点设置。最后抬高 Z轴，移动刀具，考虑到存在铣刀半径，当 CRT上显示 X坐标值为（ L1/2+铣刀半径）， Y的坐标值为（ L2/2+铣刀半径）时，使铣刀底部靠拢工件上表面，按编程零点设置键， CRT屏幕上显示 X、 Y、 Z坐标值都清成零（即 X0， Y0， Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。就把铣刀的刀位点设置在工件对称中心上，即工件坐标系的工件原点上。 3）建立工件坐标系 此时，刀具（铣刀的刀位点）当前位置就在编程 零点（即工件原点）上。由于手动试切对刀方法，调整简单、可靠，且经济，所以得到广泛的应用。 四、 程序编制及动态模拟软件的使用 1、 做好三维图后，另存为 .IGS 格式； 2、 打开 MasterCAM 软件，打开 .IGS 格式文件； 3、 找到落刀点，并生成毛坯 100*30； 4、 模拟加工，生成走刀路径； 5、 生成数控加工程序，并保存； 6、 打开 V-CNC 软件，导入加工程序； 7、 选取刀具，仿真走刀路径，检查错误信息； 8、 一切无误，打开 CNC 软件，设置刀具状态和材料状态。 首先在 Master CAM 中导入我们前面保存的 IGS 文件，按下 F9 显示系统坐 标系。设置加工种类：选择机床种类，我们选择 3 轴立式加工中心，并设置毛坯 100*30,如图 1-27 所示 ；设置粗加工参数：主轴转速为 1500r/min，下刀速率为 763.84mm/min，采用球头铣刀，直径为 8mm，曲面放射状加工如图 1-28， 1-29 所示。设置精加工参数：刀具直径为 2mm，进给率 1.68mm/r，主轴转速9000r/min。其结果如图 1-31 所示。 图 1-27 图 1-28 16 图 1-29 图 1-30 图 1-31 用 mastercam 进行模拟仿真，并生成 NC 文件。设置 好刀具加工路径后 , 利用 MasterCAM 系统提供的零件加工模拟功能 ,能够观察切削加工的过程。可用来检测工艺参数的设置是否合理 , 零件在数控实际加工中是否存在干涉 ,设备的运行动作是否正确 , 实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中 ,系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程 ,可降低材料消耗 ,提高生产效率。通过计算机模拟数控加工 , 确认符合实际加工要求时 , 就可以利用 MasterCAM的后置处理程序来生成 NCI 文件或 NC 数控代码。对于具体的数控设备 ,应选用对应的后置处理程序 ,后置 处理生成的 NC 数控代码经适当修改后 , 如能符合所用数控设备的要求 , 就可以输出到数控设备 ,进行数控加工使用。 用 VCNC 进行实体的模拟仿真：虚拟数控加工过程仿真主要包括数控机床建模和虚拟切削过程仿真两个部分。数控机床模型主要由机床的硬件部分和软件部分组成。硬件部分由机床部件、加工零件、刀具、夹具等构成。软件部分则由 CNC 控制器构成。虚拟数控系统的建模主要包括虚拟机床模型、虚拟工件模型、虚拟操作面板建模。对数控机床建模 ,即建立虚拟数控机床 (Virtual NC Machine Tool) ,是虚拟数控加工过 程仿真的关键。下面就具体的设置我们加以阐述，如图 1-32 所示： 打开 V-CNC 的特性表，进行毛坯设置：选取毛坯尺寸 100mm 100mm 30mm，工件精度 X栅格： 1， Y 栅格： 1，材料： Plastic。刀具设置：设置粗加工刀具 8.00mm，长度为 100.00mm 的球头铣刀，设置精加工 8.00mm，长度为 100.00mm 的球头铣刀，然后载入并保存（如图 1-32 所示）。 图 1-32 18 图 1-33 用 CIMCO Edit V5 进行程序的模拟，用该软件模拟和真实的模拟是一样的结果。导入 NC 文件。如 图 1-34 所示 图 1-34 五、零件工艺编制 1采用 TH7640 加工中心完成加工任务。 2零件以毛坯底面为定位基准，平面定位。夹具采用三爪卡盘，刀具选用 8mm 端铣刀和 2mm 球铣刀。 3该零件加工有一道工序， 2 个工步：粗加工、精加工。 数控加工工序卡 图 1-35： （日期）审核更改文件号装订号标记处数底图号描校描图更改文件号日期签字标记处数设计日期签字（日期）产品名称产品型号（日期）会签共页零件名称零件图号第页毛坯种类毛坯外形尺寸机械加工工序卡片车间工序号工序名称材料牌号每台件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时 准终单件进给 次数切削 深度mm工 步 号工步 名称工步内容设备型号设备名称设备编号工步工时 机动辅助主轴 转速切削 速度工艺装备山东理工大学 工程技术学院5000三角凸台凸模100*30朱清龙010030铣端面 粗铣精铣铣棒料端面至30