UG自动编程的叶轮加工（五轴联动加工中心）.doc

重庆三峡学院毕业设计（论文）题目 UG自动编程的叶轮加工（五轴联动加工中心） 院 系 应 用 技 术 学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 08 机 械 学生姓名 牟 松 学生学号 2 0 0 8 1 5 1 4 4 1 5 0 指导教师 何晶昌 职称 副教授 完成毕业设计（论文）时间 2011 年 12 月目录 摘要第一章：绪论1.1：五轴联动简介1.2：五轴联动加工中心的特点1.3：五轴联动加工中心的分析1.4：五轴联动加工中心的应用领域第二章：FANUC系统编程方法 2.1 FANUC系统概述2.2 FANUC系统编程指令第三章：叶轮轴加工的工艺分析3.1 概述3.2 零件三维模型与零件图3.3叶轮轴的加工工艺分析第四章：叶轮轴加工的UG自动编程4.1 建立零件的UG三维模型4.2 叶轮轴加工的UG自动编程4.3 叶轮轴加工的UG程序后处理第五章：总结致谢语参考文献基于UG自动编程的数控铣削加工牟松重庆三峡学院 应用技术学院 机械设计制造及其自动化08机械 重庆万州 404000摘要 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等 行业有着举足轻重的影响力。 目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。关键字 五轴联动加工中心 UG 自动编程 第一章：绪论1.1：五轴联动简介所谓五轴加工这里是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标)，而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。 1： 对于五轴立式加工来说，必须要有C轴，即旋转工作台，然后再加上一个轴，要么是A轴要么是B轴。2： 主轴头旋转类型，立式结构的两个回转轴A，C轴。该机床将A，C回转轴设置在主轴上。铣头绕Z轴旋转360度形成C轴，绕X轴旋转90度形成A轴。这样的结构形式工作台上无旋转轴。3：工作台旋转类型，工作台绕X轴旋转，工作台绕Z轴旋转，主轴无需摆动。4：工作台绕Z轴旋转，主轴头绕Y轴摆动称B轴。1.2：五轴联动加工中心的特点五轴联动机床的使用，让工件的装夹变得更容易。加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高了模具加工的精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外，由于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了道具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削长度，减小了切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。采用五轴联动机床加工模型，交货快，更好的保证了模具的加工质量，是模具加工边的更加容易，并且是模具的修改变得更加容易。在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。现在模具加工普遍使用球头道来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，如果使用四丶五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。1.3：五轴联动加工中心的分析立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。 工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底 面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。1.4五轴联动加工中心的应用领域五轴联动加工中心也十分很多种，有新型的立丶卧五轴联动加工中心，可用于航空，航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能联动加工中心；集成三维CAD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有时用于汽车丶摩托车大批量零件加工的高速联动加工中心，生产效率高且具备柔性化.所以每种五轴联动加工中心所应用的行业都是不尽相同的。如上海鼎迪数控设备的意大利丶巴吉的五轴联动加工中心的具体的应用行业就有：人造石及亚克力卫浴产品加工及其木模造型，曲木浴室家具修边，厚片吸塑产品修边，吸塑模具造型及塑料修边丶宝丽龙模具丶石蜡模具丶石膏模具油泥模型丶玻璃钢莫及修边等。五轴联动加工中心对一个国家的航空丶航天丶军事丶科研丶精密仪器丶高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响.即使是发达工业化国家，也无不高度重视.五轴联动加工中心是高品质丶高精度的加工设备。第二章 FANUC系统编程方法2.1 FANUC系统概述FANUC中文译名为发那科，FANUC系统广泛应用于数控机床。常见型号有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等，使用最为广泛的是FANUC0系列。FANUC系统具有性能稳定，操作界面好等优点。FANUC系统对环境要求不高，适应性很强。2.2 FANUC系统编程指令（1）插补指令G00快速进给指令G01线性插补指令G02 顺时针圆弧插补指令G03逆时针圆弧插补指令G04 暂停G15开始极坐标G16取消极坐标G17-G19 选择加工平面为XY/XZ/YZ面G20 英制编程G21 公制编程G28 返回参考点G41顺铣G42逆铣 G90 绝对坐标编程 G91 增量坐标编程G98 每分进给G99 每转进给（2）刀具补偿指令 G43刀具长度正补偿G44刀具长度负补偿G49取消刀具长度补偿（3）固定循环指令 通用格式： G_X_Y_Z_(G91时孔底到R点的距离，G90时初始点到孔底的距离)R_（R点到初始点的距离）Q_（每次进刀的深度）P_（暂停时间）F_ K_（重复次数） 注：三个点从上到下依次为：初始点、R点（距工件表面约2-5mm）、孔底点。 高速深孔钻循环 G73X_Y_Z_R_Q_F_ K_ 深孔往复排屑钻孔循环 G83X_Y_Z_R_Q_F_ K_ 钻孔循环 G81X_Y_Z_R_F_ K_ 忽孔循环 G82X_Y_Z_R_P_F_ K_ 精镗孔循环 G76X_Y_Z_R_P_F_ K_ 镗孔循环 G85X_Y_Z_R _F_ K_ 精镗阶梯孔 G89X_Y_Z_R_ P_F_ K_ 攻左螺纹循环 G74/G84X_Y_Z_ R_Q_F_P_ K G80 取消固定循环（4）其他指令 G92 工件坐标系的设定 G54-G59 设定多个工件坐标系（5）辅助指令 M00 程序暂停 M01选择停止 M02 程序结束 M03/M04/M05主轴正/反/停转 M06 换刀 M30 程序结束并返回第三章 叶轮轴加工的工艺分析3.1 概述本论文是对一个叶轮轴加工，使用五轴联动数控机床可以提高叶轮加工的精度和效率。下面将对叶轮轴进行工艺分析。3.2 零件三维模型与零件图 叶轮轴的三维模型和零件图如图31到图33所示： 图31 叶轮轴的三维模型图32 叶轮轴的零件图图33叶轮轴叶片数据图3.3叶轮轴的加工工艺分析叶轮轴需要使用车削、铣削等加工。根据图34，其加工工艺如下（叶轮轴的外形已在车床上加工完成）：图34 叶轮轴工艺简图工序1：用直径为10mm的立铣刀铣削三个矩形槽，采用型腔铣。主轴转速为800r/min，进给速度为100mm/min。工序2：铣削叶轮头部球形孔工步1：粗铣-用直径为10mm的立铣刀进行粗细，采用型腔铣。主轴转速为800r/min，进给速度为100mm/min。工步2：精铣-用直径为8mm的球头铣刀进行精细，采用可变轴轮廓铣进行曲面精加工，驱动方式选择“边界”方法，刀轴方向为“朝向点”。主轴转速为3000r/min，进给速度为450mm/min。工序3：铣削叶片工步1：用直径为10mm的球头铣刀粗铣叶片，采用多叶片粗铣。主轴转速为2000r/min，进给速度为300mm/min。工步2：用直径为8mm的球头铣刀精铣叶毂，采用精铣叶毂。主轴转速为3000r/min，进给速度为450mm/min。工步3：用直径为8mm的球头铣刀精铣叶片，采用叶片精铣。主轴转速为3000r/min，进给速度为450mm/min。第四章 叶轮轴加工的UG自动编程4.1 建立零件的UG三维模型（1）进入UG的草图模块创建叶轮轴的截面草图如图41所示：图41叶轮轴的截面草图 （2）利用旋转生成叶轮轴的外形，再挖槽。根据叶片的样条线数据，画出叶片的截面曲线采用拉伸、布尔运算等，建立的叶轮轴的三维模型如图42所示：图42叶轮轴的三维模型4.2 叶轮轴加工的UG自动编程（1）叶轮轴矩形槽的加工 进入UG加工模块,加工环境选择铣削，如图41图41加工环境创建叶轮轴加工的加工坐标系，如图42所示： 图42 叶轮轴加工的加工坐标系加工叶轮轴的槽，创建加工槽的毛坯几何与工件几何体，工件几何体即为整个叶轮轴，如图43所示：图43 加工槽的毛坯几何体创建直径为10mm的立铣刀铣削矩形槽，采用型腔铣。注意选择铣削区域为槽底面，刀轴设为X轴。主轴转速为800r/min，进给速度为100mm/min。得到单个刀轨后，采用对象-变换阵列除其他两个刀轨。加工后得到铣削单个矩形槽的刀轨如图44所示：图44 铣削矩形槽的单个刀轨（2）叶轮轴头部球形孔加工的UG自动编程创建叶轮轴头部球形孔加工的毛坯几何体，工件几何体任然为整个叶轮轴，如图45所示:图45 叶轮轴头部球形孔加工的毛坯几何体创建直径为10mm和8mm的立铣刀分别对球形孔进行粗、精铣。粗铣采用型腔铣，精细采用可变轴轮廓铣进行曲面精加工。粗铣主轴转速为800r/min，进给速度为100mm/min。精铣轴转速为3000r/min，进给速度为450mm/min。注意：精铣时动方式选择“边界”方法，刀轴方向为“朝向点”。铣削球形槽后的刀轨如图46、图47所示：图46 叶轮轴头部球形孔粗加工刀轨图47 叶轮轴头部球形孔精加工刀轨（3）叶轮轴叶片加工的UG自动编程 创建叶轮轴叶片加工的毛坯几何体，工件几何体任然为整个叶轮轴，如图48图48 叶轮轴叶片加工的毛坯几何体创建直径为10mm和8mm的球头铣刀粗铣叶片。粗铣叶片采用多叶片粗铣，主轴转速为2000r/min，进给速度为300mm/min。多叶片粗铣指定几何体时各个几何体的具体含义如图49图49 多叶片粗铣指定几何体时各个几何体的具体含义操作完成后得到单个叶片粗铣的加工刀轨，然后采用对象变换，生成剩余刀轨，单个叶片粗铣刀轨如图410所示：图410 单个叶片粗铣刀轨精铣叶毂，采用直径为8mm的球头铣刀，采用精铣叶毂的方式。主轴转速为3000r/min，进给速度为450mm/min。精铣叶毂同多叶片粗铣指定几何体一样，得到精铣叶毂的单个刀轨，然后采用对象变换，生成剩余刀轨，单个精铣叶毂刀轨如图411所示：图411 单个精铣叶毂刀轨精铣叶片，采用直径为8mm的球头铣刀，采用叶片精铣的方式。主轴转速为3000r/min，进给速度为450mm/min。精铣叶片同多叶片粗铣指定几何体任然是一样的，得到精铣叶片的单个刀轨，然后采用对象变换，生成剩余刀轨，单个精铣叶片刀轨如图412所示：图412 单个精铣叶片刀轨4.3 叶轮轴加工的UG程序后处理叶轮轴加工的程序视图如图413所示：图413 叶轮轴加工的程序视图选择程序，采用五轴后处理器，后处理单位设置为公制/部件。后处理之后叶轮的部分程序如图414：图414 叶轮轴加工叶轮的部分程序第五章：总结本文用UG对一个典型的五轴联动叶轮加工的零件进行了从制图到自动编程的过程，说明了UG可以对高科技产品，对航空航天的编程是可行的。致 谢 语本文是在何晶昌老师的悉心指导下完成的。从选题、确定研究方案到最终定稿都倾注了老师的心血。在课题遇到困难的时候老师给我鼓励，给我指引继续前进的方向，并且以他渊博的学识和丰富的经验帮助我解决困难，引导我建立了正确的思路。何晶昌老师渊博的学识、严谨求实的治学态度、积极进取的科研品德和严于律己、宽以待人的生活作风激励着本人奋发进取、努力学习，使学生终生受益。在此，深深的感谢何老师，感谢您为众多学子的无私付出。其次，我要在此向大学中关心过、帮助过、辅导过我的各位领导、辅导员、任课教师、代课教师致以诚挚的谢意和真诚的祝福。最后，要向我辛劳一生的父母表达我最崇高的敬意和最真挚的谢意，是他们默默无私的奉献让我顺利渡过这四年的学习阶段！参 考 文 献【1 】 刘江 王骏 UG NX6.0多轴数控加工实例详解 电子工业出版社【2 】 云杰漫步科技CAM设计教程教研室 UG NX7.0中文版模具设计与数控加工教程 清华大学出版社【3 】 王国业 胡仁喜 刘昌丽 UG NX7.0中文版 机械工业出版社【4 】 康士廷 王敏 刘昌丽 UG NX6.0中文版钣金设计从入门到精通 机械工业出版社【5 】 刘江涛 陈仁越 谢龙汉 UG NX6中文版数控加工视频精讲 人民邮电出版社【6 】 展迪优 UG NX7.0 快速入门教程 机械工业出