基于UG的曲轴的数控加工

1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 题目： 基于UG的曲轴的数控加工班 级：G14204姓 名：专 业：数控技术及应用指导教师：答辩日期：2008年10月14日II河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 摘 要曲轴是内燃发动机的中心零件，是引擎的心脏，如果它的功能无法准确的执行，那么引擎的马力就无法正常的发挥。曲轴的各相对角度必须正确，否则点火正时和气门正时就无法精确有序的一个汽缸接着一个汽缸的运作。如果这顺序出了问题，可以想见这结果就是爆震连连。曲轴是最难加工的工件之一，它极不对称，又长又纤细，所用材料的加工性也很差，但质量限制很严，对制造的要求又非常高。

2、而运用当前广泛使用的三维软件平台，通过对其三维实体造型不断完善，就可以大大提高曲轴的设计精度，进而也为提高其工作性能打下了基础。目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用曲轴磨床，通常靠手工操作，加工质量不稳定，尺寸的一致性差。具有加工能力强、精度高、效率高、一致性好的优点，许多单靠普通车床难以加工或不能加工的零件都可以通过数控机床来加工，并能保证优良的加工质量。但用数控机床进行加工时，需要首先进行编程，而曲轴形状比较复

3、杂，单靠手工编程，既效率低，又容易出错，并且也难以保证质量。有鉴于此，本文作者进行了运用UG对曲轴进行三维建模、自动编程的尝试！希望通过UG软件与数控机床的结合，克服曲轴加工的难题！关键词： 曲轴 UG 三维建模 自动编程 数控加工 目 录摘 要11.绪论31.1 UG软件平台介绍31.2. 数控加工81.3 数控技术的发展前景82.曲轴加工工艺112.2.数控编程的原则步骤152.1.数控加工工艺的编制113.曲轴的三维建模184.曲轴数控仿真225. 结论与展望.36致谢 38参 考 文 献 39 1. 绪论1.1 UG软件平台介绍UnigraphicsNX融线框模型、曲面造型、实体造型为

4、一体，是参数化和特征化的CAD/CAM/CAE系统。系统建立在统一的富有关联性的数据库基础上，提供了工程上的完全关联性，使CAD/CAM/CAE各部分数据自由切换。以基本特征作为交互操作的基础单位，利用特征技术，用户可以在更高层次上进行产品设计、模具设计、数控加工编程和工程分析，实现并行工程CAD/CAPP/CAM的集成与联动。这不仅有利于CAD/CAM系统之间交换信息，而且有利于信息的共享。应用好Unigrahpics NX提供的强大的数控加工编程功能，包括数控车削、铣削、线切割等编程模块等，是提高企业数控加工技术应用水平的一个重要途径。 Unigrahics NX/CAM数控加工模块由以下

5、重要组成部分：三维建模、刀具轨迹设计、刀具轨迹编辑修改、加工仿真、后置处理、数控编程模板、切削参数库设计和二次开发功能接口等。 【1】 数控编程模板 使用数控编程模板有利于利用已有的经验和专家知识，达到企业内部资源共享的目的。系统提供了加工程式模板、刀具模板、加工对象模板和刀具轨迹模板。在模板中不断注入数控编程员、加工工艺师和技术工人等的知识、经验和习惯，建立起规范的数控加工工艺过程，为强化企业生产管理、提高产品的加工效率和质量打下良好的工艺技术基础。CAM系统创建用户自己的模板可以将预先的加工顺序、工艺参数和切削参数设置好。针对相似的零件加工对象，应用模板可以大幅度提供数控编程的效率和质量，

6、尤其是在模具行业对形似的成组零件的加工。例如，在制造模具时将加工凸模和凹模时的最佳工艺过程定义为加工模板，在加工新的产品对象时，只需调用模板文件，选择所需的几何体，并起动这个流程即可。用户通过加工向导非常容易地从模板中获得专家级的制造过程指导。通过向导，预先定义的模板可以被激活，并通过简单的交互快速生成数控加工刀具轨迹。 Unigraphics NX系统提供了基本的数控编程模板，用户也可以根据本企业的经验创建自己的程式、粗精加工、刀具、产品等类型的编程模板。利用模板之前，需要对不同产品类的零件的不同加工方式的模板进行整理与收集。在创建模板时可按加工方式进行分类，对于系列化或相似的加工工艺，如凸

7、凹模具类零件的加工等，则可以包含粗精加工方案、刀具及工艺参数的选择等完整的加工流程模板。模板的定义可根据产品加工要求与几何特征划分，也可根据产品加工要求与材料等多种方式进行划分。 【2】 刀具轨迹的生成 系统提供了钻孔循环、攻丝和镗孔等点位加工编程模块，具有多种轮廓加工、等高环切、行切以及岛屿加工平面铣削等编程功能。其提供的35坐标复杂曲面的固定轴与变轴加工编程功能，可以任意控制刀具轴的矢量方向，具有曲面轮廓、等高分层、参数线加工、曲面流线、陡斜面和曲面清根等多种刀具轨迹控制方式。 (1)UG/Planar Milling(UG平面铣削) UG平面铣削模块功能，包括多次走刀轮廓铣、仿形内腔铣、

8、Z字形走刀铣削，规定避开夹具和进行内部移动的安全余量，提供型腔分层切削功能、凹腔底面小岛加工功能，对边界和毛料几何形状的定义、显示未切削区域的边界，提供一些操作机床辅助运动的指令，如冷却、刀具补偿和夹紧等。 (2)UG/Core & CavityMilling(UG型芯、型腔铣削) 利用UG型芯、型腔铣削可完成粗加工单个或多个型腔，可沿任意类似型芯的形状进行去除大余量的粗加工，对非常复杂的形状产生刀具运动轨迹，确定走刀方式。通过容差型腔铣削可加工设计精度低、曲面之间有间隙和重叠的形状，而构成型腔的曲面可达数百个，发现型面异常时，它可以或自行更正，或在用户规定的公差范围内加工出型腔来。

9、(3) UG/Fixed AxisMilling(UG固定轴铣削) UG固定轴铣削模块功，包括产生3轴联动加工刀具路径功能、加工区域选择功能，有多种驱动方法和走刀方式可供选择，如沿边界切削、放射状切削、螺旋切削及用户定义方式切削等。在沿边界驱动方式中，又可选择同心圆和放射状走刀等多种走刀方式，提供逆铣、顺铣控制以及螺旋进刀方式，自动识别前道工序未能切除的未加工区域和陡峭区域，以便用户进一步清理这些地方。 (4) UG/Flow Cut (UG自动清根) 自动找出待加工零件上满足“双相切条件”的区域，一般情况下这些区域正好就是型腔中的根区和拐角。用户可直接选定加工刀具，UG/Flow Cut模块

10、将自动计算对应于此刀具的“双相切条件”区域并将其作为驱动几何，自动生成一次或多次走刀的清根程序。当出现复杂的型芯或型腔加工时，该模块可减少精加工或半精加工的工作量。 (5) UG/Variable Axis Milling(UG变轴铣削) 变轴铣削模块支持定轴和多轴铣削功能，可加工UG造型模块中生成的任意几何体，并保持主模型的相关性。该模块提供经多年工程使用验证的35轴铣削功能，提供刀轴控制、走刀方式选择和刀具路径生成功能。 (6) UG/Sequential Milling(UG顺序铣) UG顺序铣模块可实现如下功能：控制刀具路径生成过程中的每一步骤的情况，支持25轴的铣削编程，和UG主模型

11、完全相关，可以自动化的方式获得类似APT直接编程的绝对控制，允许用户交互式一段一段地生成刀具路径，并保持对过程中每一步的控制。它提供的循环功能使用户可以仅定义某个曲面上最内和最外的刀具路径，由该模块自动生成中间的步骤。该模块是UG数控加工模块中如自动清根等功能一样的特有模块，适合于高难度的数控程序编制。 (7) 高速铣削加工的支持 系统提供的等高分层加工应用于高速铣削场合，在转角处以圆角的形式过渡，避免90°急转(高速场合对导轨和电机容易损坏)，同时采用螺旋进退刀，系统还提供环绕等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。 【3】 刀具轴的导动方式 空间曲面轴加工涉及的内容比较多，尤其

12、是五轴加工时更明显。进行五轴加工时，涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。四轴五轴加工的关键技术之一是理解刀具轴的矢量(刀具轴的轴线矢量)在空间的变化。刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品。五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。刀具轴的矢量变化控制一般有如图3所示的几种方式。【4】 刀具轨迹的编辑修改 该模块可在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并进行图形化修改，具有刀位文件复制

13、、编辑和修改，定义刀具、机床和切削参数数据库等功能（如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等），可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁等。 【5】 加工仿真 切削仿真模块UG/Vericut是集成在UG软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件的步骤，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。UG/Vericut可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易地检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体

14、积和毛坯的切除量，因此就容易确定原材料的损失。Vericut提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟25轴联动的铣削和钻削加工。【6】 后置处理 后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统的机床能正确进行

15、加工的数控程序，因此，编制正确的后置处理系统模板是数控编程与加工的前提条件之一。后处理的主要内容包括三个方面的内容。 (1)数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环和程序头尾输出等方面的控制。(2)格式转换：包括数据类型转换与圆整、字符串处理等，主要针对数控系统的输出格式，如单位、输出地址字符等方面的控制。 (3)算法处理：主要针对多坐标加工时坐标变换、跨象限处理和进给速度控制等。UG的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序。该模块适用于目前世界上几乎所有主流NC机床和加工中心，多年的应用实践中已被证明适

16、用于轴或更多轴的铣削加工，轴的车削加工和电火花线切割。UG/Nurbs Path Generator样条轨迹生成器模块允许在UG软件中直接生成基于Nurbs样条的刀具轨迹数据，使得生成的轨迹拥有更高的精度和光洁度，而加工程序量比标准格式减少30%50%，实际加工时间则因为避免了机床控制器的等待时间而大幅度缩短。该模块是希望使用具有样条插值功能的高速铣床(FANUC或SIEMENS)用户必备工具。后置处理程序将CAM系统通过机床的CNC系统与机床数控加工紧密结合起来。 【7】 切削参数库设计 使用系统库可以得到机床、刀具及其材料、零件材料、切削工艺方法、主轴转速及进给速度的数据，定义标准化刀具库

17、、加工工艺参数样板库，使粗加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺，提供储存刀具及切削参数和标准刀具指令数据库。用户通过修改库中的数据，使其满足本企业的需要。1.2. 数控加工数控加工：根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。数控加工的原理：通过把数字化了的刀具移动轨迹信息（通常指CNC加工程序），传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件。数控加工主要包括以下几

18、个步骤：A. 阅读零件图纸：充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；B. 工艺分析：根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；C. 制定工艺：根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息如：加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；D. 数控编程：根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；E. 程序传输：将编

19、写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件。 1.3 数控技术的发展前景1.3.1. 高速、高精加工技术及装备的新趋势    效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。    在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；

20、在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。    从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机

21、床。美国CINCINNATI公司的Hyper Mach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12000r/mm和1g。    在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。    在可靠性方面，国外数控

22、装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.3.2. 五轴联动加工和复合加工机床快速发展    采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格

23、要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。    当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床 的发展。 1.3.3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势    21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能

24、化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。    为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Syste

25、ms)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当

26、前研究的核心。    网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Man

27、ufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。2. 曲轴加工工艺2.1. 数控加工工艺的编制2.1.1 数控加工工艺的基本特点由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。在数控加工工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异,因而又有其特点。采用普通机床加工时，许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时

28、进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。而采用数控加工时，所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量和其它特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数，也正由于这个特点，促使对加工程序的正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则不仅加工不出合格的零件，而且可能会导致严重的后果。2.1.2 数控加工工艺的主要内容根据数控加工的实践，数控加工工艺主要包括以下方面：1）选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容；2）零件图纸的数控工艺性分析；3）制订数控工艺路线，

29、如工序划分、加工顺序的安排、基准选择、与非数控加工工艺的衔接等；4）数控工序的设计，如工步、刀具选择、夹具定位与安装、走刀路线确定、测量、切削用量的确定等；5）调整数控加工工艺程序，如对刀、刀具补偿等；6）分配数控加工中的容差；7）处理数控机床上部分工艺指令。2.1.3 数控加工零件的合理选择程序编制前对零件进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，方能进行如下一些问题的研究。在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑

30、的主要因素主要有，毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点，即零件技术要求能否保证，对提高生产率是否有利，经济上虽否合算。根据国内外数控技术应用实践，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件；（2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件；（3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件；（4）需要多次改型的零件；（5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件；（6）需要最短生产周期的急零件。2.1.4 加工方法的选择与加工方案的确定1）加工方法的选择加工方法的选择原则

31、是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。2）加工方案确定的原则零件上比较精确表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。2.1.5 工序与工步的划分一般工序划分有以下几种方式1）按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不

32、同来划分工序。2）按粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素杰划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先作粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其它表面。3）按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其它部位。工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序

33、，在工序内又细分为工步。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。2.1.6 加工路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；2）使数值计算简单，以减少编程工作量；3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。4）此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。2.1.7 程编误差及其控制数控机床突出特点之一是：零件的加工精度不仅

34、在加工过程中形成，而且在加工前程编阶段就已形成，程编阶段的误差是不可避免的，这是由于程序控制的原理本身决定的。在程编阶段，图纸上的信息转换成控制系统可以接受的形式，会产生如下三种误差：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差。在点位控制加工中，程编误差包含尺寸圆整误差一项，并且直接影响孔位置尺寸精度。在轮廓控制加工中，影响轮廓加工精度的主要是插补误差，而尺寸圆整误差的影响则居次要地位，所以，一般所就的程编误差系指插补误差而言。因为还有控制系统与拖动系统的误差，零件定位误差，对刀误差，刀具磨损误差，工件变形误差等等，所以，零件图纸上给出的公差，只有一小部分允许分配给程编过程中产生的误差。一般取允许的

35、编程误差等于零件公差的0.10.2。2.1.8 程编中工艺指令的处理在数控机床上加工零件的动作都必须在程序中用指令方式事先予以规定，在加工中由机床自动实现。我们称这类指令为工艺指令。这类指令有国际标准，即准备功能指令G辅助功能指令M两大类。在编制加工程序时，必须按程编手册正确选用和处理。2.1.9 零件的毛坯选择材料的成形过程是机械制造的重要工艺过程。机器制造中，大部分零件是先通过铸造成形、锻压成形、焊接成形或非金属材料成形方法制得毛坯，再经过切削加工制成的。毛坯的选择，对机械制造质量、成本、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。   

36、通常，零件的材料一旦确定，其毛坯成形方法也大致确定了。毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。通常应根据以下几个原则选择毛坯：a) 工艺性原则：零件的使用要求决定了毛坯形状特点，各种不同的使用要求和形状特点，形成了相应的毛坯成形工艺要求。零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量，和对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。对于不同零件的使用要求，必须考虑零件材料的工艺特性（如铸造性能、锻造性能、焊接性能等）来确定采用何种毛坯成形方法。b) 适应性原则：在毛坯成形方案的选择中，还要考虑适

37、应性原则。既根据零件的结构形状、外形尺寸和工作条件要求，选择适应的毛坯方案。    形状复杂和薄壁的毛坯，一般不应采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻、压力铸造和熔模铸造，多数用自由锻、砂型铸造和焊接等方法制坯。零件的工作条件不同，选择的毛坯类型也不同。如机床主轴和手柄都是轴类零件，但主轴是机床的关键零件，尺寸形状和加工精度要求很高，受力复杂且在长期使用过程中只允许发生很微小的变形，因此要选用具有良好综合力学性能的45钢或40Cr，经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成。而内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，应具有良好的综合力学性能，故高

38、速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。c) 生产条件兼顾原则：毛坯的成形方案要根据现场生产条件选择。现场生产条件主要包括现场毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性，但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法。   为此，毛坯选择时，应分析本企业现有的生产条件，如设备能力和员工技术水平，尽量利用现有生产条件完成毛坯制造任务。若现有生产条件难以满足要求时，则应考虑改变零件材料或毛坯成形方法，也可通过外协加工或外购解决。2.1.10 曲轴用材料的选择目前，车用发动机曲轴

39、材质有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁的切削性能良好 ，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的13 左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材料的比例：美国为9 0、英国为8 5、日本为6 0 ，此外德国、比利时等国家也已经大批量采用球墨铸铁材料。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，8 5以上的中、小型功率的发动机曲轴均采用球墨铸铁材料。就大功率车用柴油机曲轴而言，锻钢曲轴具有较高的综合机械性能。许多高强化的中高速大功率四冲程柴油机都无一

40、例外地采用锻钢曲轴。排量在1.6 L以上的发动机也都采用钢质模锻曲轴。 借鉴国内外经验，并结合本次曲轴设计的实际（小型曲轴），曲轴材质采用球墨铸铁，毛坯采用铸造成型。2.1.11 加工材料及刀具、夹具的准备    程序准备仅仅是第一步，程序校验通过以后，接下来就是加工材料及刀具和夹具的准备。这一步工作做得如何，将直接影响到数控操作的最终效果。   在加工时由于零件的形状和技术要求不同，要选择不同类型的刀具来加工，例如加工三角形螺纹要选择三角螺纹车刀，加工圆弧则要选择圆弧到或者是尖刀来进行加工等，合理的选择加工刀具是加工好零件的基本保证

41、。夹具的选择比较简单，如在数控车床上加工铝棒和石蜡棒，铝棒和石蜡棒直接由三爪自定心卡盘夹紧即可；而在铣床上加工时，只要按普通铣床的要求，用压板将铝或石蜡板固定在工作台上或机用平口钳夹紧就可以了，夹紧力的控制以在加工过程中工件不发生移动为宜。   同时要综合考虑数控机床的技术要求、夹具的特点、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素来正确选用刀具和夹具，在加工过程中合理分配加工余量，将粗加工和精加工进行区分。通过以上做法，加工出的工件符合图纸要求，效果良好，达到了数控机床操作的目的。2.2. 数控编程的原则步骤2.2.1 编程方法 数控编程方法有手工编程和

42、自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多

43、核心经验都来源于手工编程。2.2.2 编程步骤 拿到一张零件图纸后，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法（如采用的工夹具，装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或切点）的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。2.2.3 零件的加

44、工程序编写及校验    在数控机床上加工零件，不管数控机床使用的是何种操作系统，必须要有与数控机床相适应的数控加工程序。在编写加工程序的时候先分析零件图，根据零件图的技术要求来分析加工工艺路线，确定加工步骤，合理选择加工中每一道工序中要使用的刀具以及加工中的切削用量参数，并进行与数控加工程序相关的数学处理。通过工艺分析与数学计算，再根据所确定的工艺路线与零件加工步骤来编写程序。在编写完数控加工程序之后，利用数控机床制造商提供的配套数控仿真软件在计算机上进行反复校验和仿真模拟，以检查程序的正确性，同时，对坐标数值、进给量、刀补值等参数进一步处理，以适应实际加工需要。

45、2.2.4 曲轴数控加工要求：曲轴和偏心轴、偏心套等都属于偏心回转类零件，其主要的型面，包括主轴颈和两端支撑轴颈都是在车床上加工的，并且它们在加工工艺上的共同特点是：加工偏心轴颈时，必须调整其轴线和车床主轴旋转中心重合，因此在批量生产中最重要的工艺要求，一是必须用合理的夹具和装夹方式来保证偏心距的准确性；二是加工的基准都采用两端的中心孔和偏心中心孔。目前，根据曲轴自身的精度要求、批量大小和现有加工设备水平等具体情况，可以选择多种加工手段和工艺方法，比如主轴颈既可以采用传统的车削工艺，还可以采用先进的加工工艺，比如车拉和高速铣削等方法，来提高加工效率和加工质量。本文主要考虑在一个工序内，采用一次

46、装夹来完成外圆轴颈、沟槽和螺纹部分等多个更不的车削加工，因此需要采用合理的自动编程操作，来获得曲轴加工的数控代码。2.2.5 总体设计思路在曲轴的三维造型中采用参数化设计，随时调整曲轴局部结构和尺寸，同事利用UG提供的“实例特征”中的幅值、阵列、等特征编辑功能，可以实现曲轴基于特征的参数化设计。这样，在实际应用过程中，设计人员根据曲轴的功能要求，先对其进行特征分类和分解，在具体造型阶段设计时，可以方便地融入自己的设计经验和专业知识，从而使设计结果更加精确，效率也更高。利用UG建模模块进行曲轴三维造型操作的总体思路可以归纳如下：a) 利用草绘图的尺寸约束和几何约束，来绘制合理的曲拐界面和曲拐缺口

47、的及截面。再通过拉伸造型和去料操作获得整个曲拐实体模型。b) 再利用特征操作复制另外一个曲拐实体，尽量不要采用“几何变换”操作指令。c) 利用UG提供的基本体素特征功能，来完成轴颈、键槽、沟槽和螺纹等基本实体。d) 将上述所有的实体进行布尔求和操作，获得曲轴实体的三维实体模型。e) 对曲轴进行倒斜角、倒圆角和钻端面中心孔等细化处理，来获得最终的曲轴实体。f) 在上述造型基础上，通过对曲拐进行复制操作和局部修改，构建多拐曲轴实体。3. 曲轴的三维建模图1曲轴图纸曲轴的图纸如图1所示，通过对图纸的分析可知，曲轴的大部分是对称的，这就给建模带来了很大的便利，可以利用UG的镜像功能来大大减少三维建模的

48、工作量。其主要建模过程包括以下几个步骤：a) 在草图中绘制扇形部分的轮廓（如图2所示），然后通过利用UG建模模块的拉伸功能，拉伸草图生成扇形部分的实体（如图3所示）；图2扇形部分的轮廓草图图3 扇形部分草图拉伸b) 再利用UG建模模块的凸台功能（如图4所示）；图4生成中间圆台部分的一半图5 实体镜像c) 利用UG的镜像功能对a)、b)步骤生成的实体进行镜像；图6 生成右端圆台d) 利用UG建模模块的生成右端圆台部分，再用同样方法生成右端圆台部分;图7 生成锥形实体e) 生成锥形实体,螺纹部分的圆柱实体也用凸台功能生成；图8 生成退刀槽f) 生成退刀槽和螺纹；图9 生成螺纹图10进行细节处理g)

49、 进行细节处理：倒圆、倒角等，完成建模。图11 曲轴建模完成图4. 曲轴数控仿真曲轴的数控仿真主要包括以下几个步骤：A. 创建程序（如图12所示）：图12创建程序B. 创建刀具：完成曲轴的加工共需要4把刀具，分别用于粗车、精车、车退刀槽、车螺纹。创建刀具的过程如图13中所示。图13 创建刀具C. 创建几何体：对毛坯进行设置，包括毛坯的尺寸、毛坯的安装位置等。图14 创建几何体图15 创建操作D. 创建操作：对切削的类型进行选择，并设置切削参数。E. 完成以上设置后，就可以生成数控加工的刀具轨迹了,也可以进行动态仿真。图16 粗加工刀具轨迹图17 精加工刀具轨迹图18 刀轨校验F. 对刀具轨迹进

50、行校验、分析，如果有错误，还可以对刀具轨迹进行编辑。确认无误后，就可以进入后处理阶段，生成数控加工的NC代码。图19 进行后处理G. 以下是生成的部分NC代码（由于篇幅所限，仅列出粗加工和精加工部分的代码）：a) 粗加工：N0010 G94 G90 G20N0020 G50 X0.0 Z0.0:0030 T00 H00 M06N0040 G94 G00 X15.5 Z3.9747N0050 G97 S0 M03N0060 G95 G01 Z2.7747 F.3N0070 Z-.2253 F.5N0080 X16. Z-76.5N0090 X16.8485 Z-75.6515 F1.N0100

51、G94 G00 X17.N0110 Z3.9747N0120 X15.5N0130 G95 G01 Z2.7747 F.3N0140 Z-75.4456N0150 X15.5959 Z-76.5N0160 X16.N0170 X16.8485 Z-75.6515 F1.N0180 G94 G00 Z4.1832N0190 X15.N0200 G95 G01 Z2.9832 F.3N0210 Z-.0168N0220 X15.5 Z-75.4456N0230 X16.3485 Z-74.597 F1.N0240 G94 G00 X16.5N0250 Z4.1832N0260 X15.N0270

52、G95 G01 Z2.9832 F.3N0280 Z-69.9456N0290 X15.5 Z-75.4456N0300 X16.3485 Z-74.597 F1.N0310 G94 G00 Z4.2N0320 X14.5N0330 G95 G01 Z3. F.3N0340 Z0.0N0350 X15. Z-69.9456N0360 X15.8485 Z-69.097 F1.N0370 G94 G00 X16.N0380 Z4.2N0390 X14.5N0400 G95 G01 Z3. F.3N0410 Z-64.4456N0420 X15. Z-69.9456N0430 X15.8485 Z

53、-69.097 F1.N0440 G94 G00 Z4.2N0450 X14.N0460 G95 G01 Z3. F.3N0470 Z0.0N0480 X14.5 Z-64.4456N0490 X15.3485 Z-63.597 F1.N0500 G94 G00 X15.5N0510 Z4.2N0520 X14.N0530 G95 G01 Z3. F.3N0540 Z-58.9456N0550 X14.5 Z-64.4456N0560 X15.3485 Z-63.597 F1.N0570 G94 G00 Z4.2N0580 X13.5N0590 G95 G01 Z3. F.3N0600 Z0.

54、0N0610 X14. Z-58.9456N0620 X14.8485 Z-58.097 F1.N0630 G94 G00 X15.N0640 Z4.2N0650 X13.5N0660 G95 G01 Z3. F.3N0670 Z-53.4456N0680 X14. Z-58.9456N0690 X14.8485 Z-58.097 F1.N0700 G94 G00 Z4.2N0710 X13.N0720 G95 G01 Z3. F.3N0730 Z0.0N0740 X13.5 Z-53.4456N0750 X14.3485 Z-52.597 F1.N0760 G94 G00 X14.5N077

55、0 Z4.2N0780 X13.N0790 G95 G01 Z3. F.3N0800 Z-47.9456N0810 X13.5 Z-53.4456N0820 X14.3485 Z-52.597 F1.N0830 G94 G00 Z4.2N0840 X12.5N0850 G95 G01 Z3. F.3N0860 Z0.0N0870 X13. Z-47.9456N0880 X13.8485 Z-47.097 F1.N0890 G94 G00 X14.N0900 Z4.2N0910 X12.5N0920 G95 G01 Z3. F.3N0930 Z-42.4456N0940 X13. Z-47.9456N0950 X13.8485 Z-47.097 F1.N0960 G94 G00 Z4.2N0970 X12.N0980 G95 G01 Z3. F.3N0990 Z0.0N1000 X12.5 Z-42.4456N1010 X13.3485 Z-41.597 F1.N1020 G94 G00 X13.5N1030 Z4.2N1040 X12.N1050 G95 G01 Z3. F.3N1060 Z-36.9456N1070 X12.5 Z-42.4456N1080 X13.3485 Z-