航空多腔類典型零件加工及數(shù)控機(jī)床仿真的研究論文

西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 航空多腔類典型零件加工及數(shù)控機(jī)床仿真的研究 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時(shí)間 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 畢業(yè) 任務(wù)書 一、題目 航空多腔類典型零件加工及數(shù)控機(jī)床仿真的研究 二、 指導(dǎo)思想和目的要求 針對(duì) 航空多腔類典 型零件加工 的特點(diǎn)，進(jìn)行刀路規(guī)劃，合理地劃分加工區(qū)域、選擇適合的加工方法。制成以提高加工精度兼顧效率的 NC 加工專用程序。 三、 主要技術(shù)指標(biāo) 1完成指定翻譯文獻(xiàn)； 2完成航空多腔類典型零件加工的粗加工程編； 3完成航空多腔類典型零件加工的精加工程編； 4. 完成航空多腔類典型零件虛擬仿真加工及生成 NC 指令 。 四、 進(jìn)度和要求 第一階段：（共計(jì) 5 周） 1第一周及第二周，翻譯并完成教師指定的英文文獻(xiàn)翻譯； 2第三周，熟悉航空多腔類典型零件工藝及工藝模型處理； 3. 第四周，去工廠現(xiàn)場(chǎng) 參觀調(diào)研； 4第五周，熟悉及掌握 CADCAM 軟件相關(guān)的航空多腔類典型零件加 工方法； 第二階段：（共計(jì) 5 周） 1第六周及第七周，航空多腔類典型零件加工工藝模型建立和處理； 2. 第八周，完成航空多腔類典型零件加工的粗加工編程； 3. 第九周，完成航空多腔類典型零件的精加工編程； 4.第十周，完成仿真加工及數(shù)控加工代碼生成； 第三階段：（共計(jì) 5 周） 1. 第十一周，檢測(cè)航空多腔類典型零件加工程序的通用性； 2第十二周，檢測(cè)航空多腔類典型零件加 工工藝規(guī)劃的合理性； 3第十三周，進(jìn)行刀路優(yōu)化、過(guò)切檢查； 4. 第十四及第十五周，生成通用的數(shù)控指令 (G 代碼和 M 代碼 )； 設(shè) 論 設(shè)計(jì) 論文 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 5. 第十六周及第十七周，撰寫論文及評(píng)閱。 五、 主要參考書及參考資料 1謝龍漢等 . CATIAV5 數(shù)控加工 M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 年 4 月 . 2謝龍漢等 .CATIAV5 機(jī)械設(shè)計(jì) M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 年 4 月 . 3謝龍漢等 .CATIAV5 機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 年 4 月 . 4謝龍漢等 .CATIAV5 逆向造型設(shè)計(jì) M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 年 4 月 . 5謝龍漢等 .CATIAV5 自由曲面造型 M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 年 4 月 . 6謝龍漢等 .CATIAV5 數(shù)控加工實(shí)例 M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 年 4 月 . 7卜昆等 .計(jì)算機(jī)輔助制造 M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006. 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 目 錄 摘 要 . 4 ABSTRACT . 5 前 言 . 6 第一章 緒論 . 7 1.1課題研究的意義 . 7 1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 . 8 1.3論文的章節(jié)安排 . 8 第二章 CATIA 軟件的主要功能介紹 . 9 2.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 . 9 2.2 CATIA V5功能模塊簡(jiǎn)介 . 10 2.3 CATIA V5軟件的特點(diǎn) . 14 2.4 CATIA 軟件的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) . 15 第三章 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 . 16 3.1 數(shù)控編程的定義 . 16 3.2 數(shù)控編程的基本知識(shí) . 16 3.3數(shù)控編程的工藝處理 . 20 3.4數(shù)控加工的誤差來(lái)源 . 25 3.5數(shù)控程序的格式及功能字 . 25 第四章 航空多腔類典型零件加工的研究 . 28 4.1 引入零件及進(jìn)入加工模塊 . 29 4.2 創(chuàng)建零件毛培 . 30 4.3 零件定義操作 . 30 4.4 零件區(qū)域粗加工（ Roughing） . 34 4.5 零件區(qū)域半精加工（ Sweeping） . 38 4.6 零件凹槽內(nèi)掃描加工（ Sweeping） . 40 4.7 零件凹槽內(nèi)槽加工（ Pocketing） . 43 4.8 零件區(qū)域精加工（ Facing） . 48 4.9 零件凹槽內(nèi)凸臺(tái)精加工（ Facing） . 51 4.10 零件凹槽內(nèi)曲面輪廓清根加工（ Contour-driven） . 54 4.11 零件凹槽內(nèi)凸臺(tái)輪廓清根加工（ Contour-driven） . 58 4.12 零件凹槽內(nèi)掃描加工（ Sweeping） . 61 4.13 零件區(qū)域斜面掃描加工（ Sweeping） . 63 第五章 VERICUT 仿真技術(shù)驗(yàn)證加工過(guò)程 . 66 5.1 數(shù)控加工仿真技術(shù)概述 . 66 5.2 數(shù)控加工仿真技術(shù)的操作步驟 . 67 5.3 加工仿真的驗(yàn)證： . 70 5.4 本章總結(jié) . 72 第六章 總結(jié)與展望 . 73 6.1 論文總結(jié) . 73 6.2后續(xù)展望 . 73 致 謝 . 75 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 摘 要 隨著全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，現(xiàn) 代數(shù)控加工技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得產(chǎn)品的加工周期大幅度縮短，產(chǎn)品的加工質(zhì)量不斷改善，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。因此數(shù)控加工技術(shù)的研究已成為研究重點(diǎn)。 在這個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，新科技日新月異的信息社會(huì)中，制造業(yè)也發(fā)生著革命性的變化。計(jì)算機(jī)模擬、仿真技術(shù)省去了大量的工作量，大大節(jié)約了原材料成本，提高了生產(chǎn)效率。工廠里現(xiàn)在大部分機(jī)床使用的都是數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工出來(lái)的零件既符合外觀及精度有要求，又方便操作者進(jìn)行操作。掌握計(jì)算機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)是新時(shí)代我們勢(shì)在必行的必須課。 作者在查閱和搜索大量與本畢業(yè)設(shè) 計(jì)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)控加工進(jìn)行研究，并在老師的耐心指導(dǎo)下，首先分析零件工藝圖紙，利用 CATIA 進(jìn)行數(shù)控加工程序的編制，設(shè)計(jì)出該零件的 NC 加工方法，進(jìn)而用 VERICUT 對(duì)零件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬仿真加工。此次設(shè)計(jì)中以飛機(jī)上的多腔類零件為加工對(duì)象，利用型腔銑和輪廓銑進(jìn)行粗加工和精加工。 關(guān)鍵詞 : 型腔銑， 輪廓銑 ， VERICUT西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 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. Author in the access and search a lot and the design of relevant documents, to carry on the research of NC machining, and the teacher under the guidance of the patient, the first analysis of part process drawings, preparation of NC machining program using CATIA, the design of NC processing method of the parts, and uses VERICUT to the dynamic simulation of parts processing. Multi cavity to airplane parts in the design of object for processing, rough machining and finish machining the cavity milling and contour milling. KEY WORDS: cavity milling， contour milling， vericut 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 前 言 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替。目前國(guó)外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到 85%以上，而我國(guó)的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率不足 20%，隨著我國(guó)制造行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)世界制造業(yè)加工中心地位形成，數(shù)控機(jī)床的使用、維修、維護(hù)人員在全國(guó)各工業(yè)城市都非常緊缺，再 加上數(shù)控加工人員從業(yè)面非常廣，可在現(xiàn)代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè)、中小制造業(yè)、從事相應(yīng)公司企業(yè)的電腦繪圖、數(shù)控編程設(shè)計(jì)、加工中心操作、模具設(shè)計(jì)與制造、 電火花及線切割工作，所以目前現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)人才無(wú)法滿足制造業(yè)的需求，而且人才市場(chǎng)上的這類人才儲(chǔ)備并不大，企業(yè)要在人才市場(chǎng)上尋覓合適的人才顯得比較困難，以至于導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)、 CAD/CAM 工程師、數(shù)控編程、數(shù)控加工等已成為我國(guó)各人才市場(chǎng)招聘頻率最高的職位之一?，F(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得產(chǎn)品的加工周期大幅度縮短，產(chǎn)品的加工質(zhì)量不斷改善，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q 代，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。因此數(shù)控加工技術(shù)的研究已成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)的重要標(biāo)志之一，更是體現(xiàn)一個(gè)機(jī)械制造企業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。正是基于上述形勢(shì)，許多制造行業(yè)都已經(jīng)采用數(shù)控加工方式來(lái)提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，利用和發(fā)展數(shù)控加工，實(shí)現(xiàn)高效數(shù)控加工已成為了制造類企業(yè)所普遍關(guān)心的大事。進(jìn)一步提高我國(guó)國(guó)防軍工行業(yè)的數(shù)控效率以及數(shù)控制造能力，是加強(qiáng)軍工國(guó)防建設(shè)的迫切需要。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第一章 緒論 1.1課題研究的意義 數(shù)控加工技術(shù)是當(dāng)代機(jī)械加工的主要手段，機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)對(duì)于數(shù)控加工是必須掌握的。而航空 多腔類典型零件的加工，包括刀路規(guī)劃，合理地劃分加工區(qū)域、選擇適合的加工方法等，一直是數(shù)控加工的難題和主要研究對(duì)象，因此，將這一研究對(duì)象作為畢業(yè)論文，不僅能鞏固和掌握數(shù)控加工技術(shù)，而且還能對(duì)當(dāng)今航空多腔類典型零件加工有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。 總體上說(shuō)，和傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段相比數(shù)控加工技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.具有較大的柔性 數(shù)控機(jī)床是按照記錄在載體上的信息指令自動(dòng)進(jìn)行加工的，當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)只需要重新編制數(shù)控加工程序，而無(wú)需對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，也不需要制造凸輪、靠模一類的輔助機(jī)械裝置。這樣，便可以快速 地從一種零件的加工變到另一種零件的加工，使生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。 2.加工效率高 利用數(shù)字化的控制手段可以加工復(fù)雜的曲面。而加工過(guò)程是由計(jì)算機(jī)控制，所以零件的互換性強(qiáng)，加工的速度快。 3.加工精度高 同傳統(tǒng)的加工設(shè)備相比，數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)化了傳動(dòng)裝置 ,提高分辨率 ,減少為誤差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 4.有力于加工復(fù)雜形狀的零件 數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制多個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，可以加工其他機(jī)床難以加工甚至不可能加工的復(fù)雜零件，如曲線的二維復(fù)雜輪廓零件、含曲面的三維實(shí)體零件。 5.勞動(dòng)強(qiáng)度低 由于采用了自動(dòng)控制方式，也就是說(shuō)加工的全部過(guò)程是由數(shù)控系統(tǒng)完成，省去傳統(tǒng)加工手段那樣煩瑣，操作者在數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，只需要監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 態(tài)。所以勞動(dòng)強(qiáng)度很低。 6.適應(yīng)能力強(qiáng) 數(shù)控加工系統(tǒng)就象計(jì)算機(jī)一樣，可以通過(guò)調(diào)整部分參數(shù)達(dá)到修改或改變其運(yùn)作方式，因此加工的范圍可以得到很大的擴(kuò)展。 1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 從生產(chǎn)中可以看出， CAM 技術(shù)對(duì)企業(yè)的影響舉足輕重，可以極大的提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是，由于我國(guó)計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)發(fā)展滯后，受到 CAM 軟件的限制，盡管 CAM 技術(shù)在國(guó)外已有大量的科研人員進(jìn)行研究，并不 斷的有新成果出現(xiàn)，而我國(guó)在 CAM 技術(shù)領(lǐng)域方面的研究卻不是很成熟。這對(duì)我國(guó)原本落后的制造業(yè)的發(fā)展極為不利。制造業(yè)不僅僅是一個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱，更是國(guó)力強(qiáng)弱的象征，對(duì)其在世界上的政治和經(jīng)濟(jì)地位都有著決定性的影響。為了適應(yīng)制造技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)，有必要針對(duì)其進(jìn)行研究，使我國(guó)的制造技術(shù)再上一個(gè)新臺(tái)階，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并為我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展提供一條新途徑。 1.3論文的章節(jié)安排 根據(jù)論文選題的要求，作者在近三個(gè)月的論文階段，基于 CATIA 軟件 平臺(tái)，在導(dǎo)師的認(rèn)真指導(dǎo)下完成了大量的工作，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工 進(jìn)行 了深入的研究，在此基礎(chǔ)上并對(duì) 空多腔類典型零件進(jìn)行加工及數(shù)控機(jī)床仿真 。這些內(nèi)容在論文中都得到了充分的反映，論文內(nèi)容的章節(jié)安排如下： 緒論 CATIA 軟件的主要功能介紹 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 航空多腔類典型零件加工 數(shù)控機(jī)床 VERICUT 仿真 的研究 總結(jié)與展望 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 第二章 CATIA軟件的主要功能介紹 2.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 模塊化的 CATIA 系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。 CATIA 產(chǎn) 品基于開放式可擴(kuò)展的 V5 架構(gòu)。 通過(guò)使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，縮短開發(fā)周期， CATIA 解決方案加快企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求的反應(yīng)。自 1999 年以來(lái)，市場(chǎng)上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。 CATIA 系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的 3D 設(shè)計(jì)和模擬解決方案： 汽車 、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。 CATIA 先進(jìn)的混合建模技術(shù) 設(shè)計(jì)對(duì)象 的混合建模：在 CATIA 的設(shè)計(jì)環(huán)境 圖 2-1 中，無(wú)論是實(shí)體還是 曲面 ，做到了真正的互操作。 圖 2-1 CATIA 建模環(huán)境 變量和參數(shù)化混合建模：在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者不必考慮如何 參數(shù)化設(shè)計(jì) 目標(biāo)，西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 CATIA 提供了變量驅(qū)動(dòng)及后參數(shù)化能力。 幾何 和智能工程混合建模：對(duì)于一個(gè)企業(yè)，可以將企業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)積累到CATIA 的知識(shí)庫(kù)中，用于指導(dǎo)本企業(yè)新手，或指導(dǎo)新車型的開發(fā)，加速新型號(hào)推向市場(chǎng)的時(shí)間。 CATIA 具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性 無(wú)論是實(shí)體建模還是 曲面造型 ，由于 CATIA 提供了智能化的樹結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)修改，即使是在設(shè)計(jì)的最后階段需要做重大的修改，或者是對(duì)原有方案的更新?lián)Q代，對(duì)于 CATIA 來(lái)說(shuō)，都是非常容易的事。 2.2 CATIA V5功能模塊簡(jiǎn)介 在 CATIA V5 R20 中共有 13 個(gè)模組，分別是：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計(jì)、形狀、分析與模擬、 AEC 工廠、加工、數(shù)字化裝配、設(shè)備與系統(tǒng)、制造的數(shù)字化處理、加工模擬、人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析、知識(shí)工程模 塊和 ENOVIA V5 VPM(圖 2-2)，各個(gè)模組里又有一個(gè)到幾十個(gè)不同的模塊。認(rèn)識(shí) CATIA 中的模塊，可以快速的了解它的主要功能，下面將介紹 CATIA V5 R20 中的一些主要模組。 圖 2-2 CATIA V5 R20 中的模組菜單 1.“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) ”模組 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 “基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) ”模組主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料庫(kù)、 CATIA 不同版本之間的轉(zhuǎn)換、圖片制作、實(shí)時(shí)渲染 (Real Time Rendering)等基礎(chǔ)模塊。 2.“機(jī)械設(shè)計(jì) ”模組 從概念到細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，再到實(shí)際生產(chǎn)， CATIA V5 的 “機(jī)械設(shè)計(jì) ”模 組可加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心活動(dòng)。 “機(jī)械設(shè)計(jì) ”模組還可以通過(guò)專用的應(yīng)用程序來(lái)滿足鈑金與模具制造商的需求，已大幅提升其生產(chǎn)力并縮短上市時(shí)間。 “機(jī)械設(shè)計(jì) ”模組提供了機(jī)械設(shè)計(jì)中所需要的絕大多數(shù)模塊，包括零部件設(shè)計(jì)、裝配件設(shè)計(jì)、草圖繪制器、工程制圖、線框和曲面設(shè)計(jì)等模塊。 3.“形狀 ”模組 CATIA 外形設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型提供給用戶有創(chuàng)意、易用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)組合，方便用戶進(jìn)行構(gòu)建、控制和修改工程曲面和自由曲面，包括了自由曲面造型(freestyle)、汽車白車身設(shè)計(jì) (automotive class a)、創(chuàng)成式曲面設(shè) 計(jì) (generative shape design)和快速曲面 (quick surface reconstruction)重建等模塊。 “自由曲面造型 ”模塊提供用戶一系列工具，倆定義復(fù)雜的曲線和曲面。對(duì)的支持使得曲面的建立和修改以及與其他 CAD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換更加輕而易舉。 “汽車白車身設(shè)計(jì) ”模塊對(duì)設(shè)計(jì)類似于汽車內(nèi)部車體面板和車體加強(qiáng)筋這樣復(fù)雜的薄板零件提供了新的設(shè)計(jì)方法?？墒乖O(shè)計(jì)人員定義并重新使用設(shè)計(jì)和制造規(guī)范，通過(guò) 3D 曲線對(duì)這些形狀的掃掠，便可自動(dòng)的生成曲面，從而得到高質(zhì)量的曲面和表面，并避免了 重復(fù)設(shè)計(jì)，節(jié)省了時(shí)間。 “創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì) ”模塊的特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)規(guī)范的捕捉和重新使用，從而加速設(shè)計(jì)過(guò)程，在曲面技術(shù)規(guī)范編輯器中隊(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行捕捉，使用戶在設(shè)計(jì)周期中的任何時(shí)候都能快速方便的實(shí)施重大設(shè)計(jì)更改。 4.“分析與模擬 ”模組 CATIA V5 創(chuàng)成式和基于知識(shí)的工程分析解決方案可快速對(duì)任何類型的零件或裝配件進(jìn)行工程分析，基于知識(shí)工程的體系結(jié)構(gòu)，可方便的利用分析規(guī)則和分析結(jié)果優(yōu)化產(chǎn)品。 5.“AEC工廠 ”模組 “AEC 工廠 ”模組提供了方便的廠房布局設(shè)計(jì)功能，該模組可以優(yōu)化 生產(chǎn)設(shè)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 備布置，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)出的目的。 “AEC 工廠 ”模組主要用于處理空間利用和廠房?jī)?nèi)物品的布置問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)快速的廠房布置和廠房布置的后續(xù)工作。 6.“加工 ”模組 CATIA V5 的 “加工 ”模組提供了高效的編程能力及變更管理能力，相對(duì)于其他現(xiàn)有的數(shù)控加工解決方案，其優(yōu)點(diǎn)如下： 高效的零件編程能力。 高度自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。 高效的變更管理。 優(yōu)化刀具路徑并縮短加工時(shí)間。 減少管理和技能方面的要求。 7.“數(shù)字化裝配 ”模組 “數(shù)字化裝配 ”模組提供了機(jī)構(gòu)的空間模擬、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的功能。 8.“設(shè)備與系統(tǒng) ”模組 “設(shè)計(jì)與系統(tǒng) ”模組可用于在 3D 電子樣機(jī)配置中模擬復(fù)雜電氣、液壓傳動(dòng)和機(jī)械系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)和集成、優(yōu)化空間布局。 CATIA V5 的工廠產(chǎn)品模塊可以優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備布置，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)出的目的，它包括了電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)等模塊。 9.“人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析 ”模組 “人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析 ”模組使工作人員與其操作使用的作業(yè)工具安全而有效地加以結(jié)合，使作業(yè)環(huán)境更適合工作人員，從而在設(shè)計(jì)和使用安排上統(tǒng)籌考慮。 “人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析 ”模組提供了人體模型構(gòu)造 (human measurements editor)、人體姿態(tài)分析 (human podture analysis)、人體行為分析 (human activety analysis)等模塊。 10.“ 知識(shí)工程模塊 ” 模組 “ 知識(shí)工程模塊 ” 模組可以方便的進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以有效地捕捉和重用知識(shí)。 CATIA 曲面設(shè)計(jì)模塊 CATIA 擁有遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的 曲面 設(shè)計(jì)模塊，在此有必要介紹一下： 1.Generic Shape Design 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 簡(jiǎn)稱 GSD，創(chuàng)成式造型，非常完整的 曲線 操作工具和最基礎(chǔ)的 曲面 構(gòu)造工具，除了可以完成所有曲線操作以外，可以完成拉伸，旋轉(zhuǎn)，掃描，邊界填補(bǔ)，橋接 ，修補(bǔ)碎片，拼接， 凸點(diǎn)，裁剪，光順，投影和高級(jí)投影，倒角等功能，連續(xù)性最高達(dá)到 G2，生成封閉片體 Volume，完全達(dá)到普通三維 CAD 軟件 曲面造型 功能，比如 Pro/E。完全參數(shù)化操作。 2.Free Style Surface 簡(jiǎn)稱 FSS,自由風(fēng)格造型，幾乎完全非參。除了包括 GSD 中的所有功能以外，還可完成諸如 曲面 控制點(diǎn)（可實(shí)現(xiàn)多曲面到整個(gè)產(chǎn)品外形同步調(diào)整控制點(diǎn)、變形），自由約束邊界，去除參數(shù)，達(dá)到 汽車 A 面標(biāo)準(zhǔn)的曲面 橋接 、倒角、光順等功能，所有命令都可以非常輕松的達(dá)到 G2。憑借 GSD 和 FSS， CATIA 曲面 功能已經(jīng)超越了所有 CAD 軟件 ，甚至同為 汽車 行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的 UG NX。 3.Automotive Class A 簡(jiǎn)稱 ACA， 汽車 A 級(jí)曲面 ，完全非參，此模塊提供了強(qiáng)大的 曲線 曲面編輯功能，和無(wú)比強(qiáng)大的一鍵曲面光順功能。幾乎所有命令可達(dá)到 G3，而且不破壞原有光順外形?？蓪?shí)現(xiàn)多 曲面 甚至整個(gè)產(chǎn)品外形的同步曲面操作（控制點(diǎn)拖動(dòng)，光順，倒角等）。對(duì)于豐田 （圖 2-3） 等對(duì) A 級(jí)曲面 要求近乎瘋狂（全 G3 連續(xù)等）的要求，可應(yīng)付自如。目前只有純?cè)煨?軟件 ，比如 Alias,Rhino 可以達(dá)到這個(gè)高度，卻達(dá)不到 CATIA 的高精度。 圖 2-3 應(yīng)用 CATIA 的豐田 F11 4.FreeStyle Sketch Tracer 簡(jiǎn)稱 FST，自由風(fēng)格草圖繪制，可根據(jù)產(chǎn)品的三視圖或照片描出基本外形 曲線 。 5.Digitized Shape Editor 簡(jiǎn)稱 DSE，數(shù)字 曲面 編輯器 ，根據(jù)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行采樣，編輯，裁剪已達(dá)到最接近產(chǎn)品外形的要求，可生成高質(zhì)量的 mesh 小三角片體。完全非參。 6.Quick Surface Reconstruction 快 速 曲面 重構(gòu)，根據(jù)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)或者 mesh 以后的小三角片體，提供 各西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 種方式生成 曲線 ，以供 曲面造型 ，完全非參。 7.Shape Sculpter 小三角片體外形編輯，可以對(duì)小三角片體進(jìn)行各種操作，功能幾乎強(qiáng)大到與CATIA 曲面 操作相同，完全非參。 8.Automotive BIW Fastening 汽車 白車身緊固，設(shè)計(jì)汽車白車身各鈑金件之間的焊接方式和焊接 幾何 尺寸。 9.Image & Shape 可以像捏橡皮泥一樣拖動(dòng)，拉伸，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)品外形、增加 “橡皮泥塊 ”等方式以達(dá)到理想的設(shè)計(jì)外形?？梢詷O其快速的完成產(chǎn)品外形概念設(shè)計(jì)。 19 包括在 Shape design & Styling 模塊中。 10.Healing Assistant 一個(gè)極其強(qiáng)大的 曲面 縫補(bǔ)工具，可以將各種破面缺陷自動(dòng)找出并縫補(bǔ)。 2.3 CATIA V5軟件的特點(diǎn) 1.重新構(gòu)造的新一代體系結(jié)構(gòu) 為確保 CATIA 產(chǎn)品系列的發(fā)展， CATIA V5 新的體系結(jié)構(gòu)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，采用了新一代的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，可快速地適應(yīng)企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，使客戶具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 2.支持不同應(yīng)用層次的可擴(kuò)充性 CATIA V5 對(duì)于開發(fā)過(guò)程、功能和硬件平臺(tái)可以進(jìn)行靈活的搭配組合，可為產(chǎn)品開發(fā)鏈中的每個(gè)專業(yè)成員配置最合理的解決方案。允許任意配置的解決方案可滿足從最小的供貨商到最大的跨國(guó)公司的需要。 3.與 NT和 UNIX硬件平臺(tái)的獨(dú)立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平臺(tái)和 UNIX 平臺(tái)上開發(fā)完成的，并在所有所支持的硬件平臺(tái)上具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、功能、版本發(fā)放日期、操作環(huán)境和應(yīng)用支持。CATIA V5在 Windows平臺(tái)的應(yīng)用可使 設(shè)計(jì)師 更加簡(jiǎn)便地同辦公應(yīng)用系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)；而 UNIX 平臺(tái)上 NT 風(fēng)格的用戶界面，可使用戶在 UNIX 平臺(tái)上高效地處理復(fù)雜的工作。 4.專用知識(shí)的捕捉和重復(fù)使用 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 CATIA V5 結(jié)合了顯式知識(shí)規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)，可在設(shè)計(jì)過(guò)程中交互式捕捉設(shè)計(jì)意圖，定義產(chǎn)品的性能和變化。隱式的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)變成了顯式的專用知識(shí)，提高了設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度，降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。 5.給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級(jí) CATIA V4 和 V5 具有兼容性，兩個(gè)系統(tǒng)可并行使用。對(duì)于現(xiàn)有的 CATIA V4用戶， V5 能引領(lǐng)他們邁向 NT 世界。對(duì)于新的 CATIA V5 客戶，可充分利用 CATIA V4 成熟的后續(xù)應(yīng)用產(chǎn)品，組成一個(gè)完整的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 2.4 CATIA 軟件的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) CATIA 的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手包括 UG NX， Pro/E， Topsolid,Cimatron。其中 NX 和 Pro/E與 CATIA可謂 三分天下 。目前 CATIA在設(shè)計(jì)與 工程軟件 中占有最多的市場(chǎng)份額。這來(lái)源于其如此強(qiáng)大的客戶來(lái)源和軍工背景。與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比， CATIA 的優(yōu)勢(shì)在于賞心悅目的界面，易用而強(qiáng)大的功能，在 汽車 、航空航天、造船等專用行業(yè)強(qiáng)大的功能支持等， IT 老大 IBM 的全球銷售合作。還有很重要的一點(diǎn)，就是來(lái)自 CATIA 母公司，達(dá)索系統(tǒng) Dassault Systemes 其他兄弟 軟件 的支持： 1 Delmia，強(qiáng)大的生產(chǎn)線規(guī)劃和管理 軟件 ，配合 Catia 完成制造可行性分析和實(shí)施； 2 Enovia，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和設(shè)計(jì)支持系統(tǒng) 3 Smarteam，強(qiáng)大的 PLM 軟件 ，與 UGS Team Center 并列為 PLM 最成功的軟件， PLM 的鼻祖。 4 VPM，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，跨國(guó)公司各設(shè)計(jì)中心可使用此 軟件 進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)共享 5 Solidworks，三維工程 軟件 在全球中端市場(chǎng)的 統(tǒng)治者 ，被達(dá)索公司收購(gòu)后，成為打擊其他中端軟 件的招牌武器，并且有效的支持高端軟件 CATIA 在中低端市場(chǎng)的滲透 6 Abaqus，最強(qiáng)大的 FEM 軟件 之一，優(yōu)勢(shì)是非線性、動(dòng)態(tài)、隱式計(jì)算，成為可以有效解決 汽車 與航空航天領(lǐng)域復(fù)雜問(wèn)題的有效工具。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 第三章 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 3.1 數(shù)控編程的定義 生成數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工的數(shù)控程序的過(guò)程 ，稱為數(shù)控編程（ NC programming），有時(shí)也稱為零件編程（ part programming）。 數(shù)控編程可以手工完成，即手工編程（ manual programming），也可以由計(jì)算機(jī)輔助完成，即計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程（ computer aided NC programming）。 采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程需要一套專用的數(shù)控編程軟件，現(xiàn)在數(shù)控編程軟件主要分為批處理命令方式為主的各種類型的 APT 語(yǔ)言和以 CAD/CAM 軟件為基礎(chǔ)的圖形交互式自動(dòng)編程如 UG 軟件、 CATIA 軟件等。 3.2 數(shù)控編程的基本知識(shí) 1.機(jī)床、造型、編程坐標(biāo)系 1）機(jī)床坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系和造型 (建模 )坐標(biāo)系三者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別 ,均符合右手規(guī)則。 坐標(biāo)系右手原則（圖 3-1）： 圖 3-1 右手原則 床坐標(biāo)系 (XncYncZnc)：數(shù)控機(jī)床本身的坐標(biāo)系，其方向由生產(chǎn)商設(shè)定 , 原點(diǎn)在機(jī)床安裝調(diào)試中設(shè)置 ，一般不做更改。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 機(jī)床坐標(biāo)系（圖 3-2） ： 圖 3-2 機(jī)床坐標(biāo)系 2）造型坐標(biāo)系 (XYZ) ：設(shè)計(jì)人員在利用計(jì)算機(jī)建模時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，其方向原點(diǎn)無(wú)任何限制。為了便于編程 計(jì)算和檢查加工程序 , 盡量使造型坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系重合。 3）編程坐標(biāo)系 (XmYmZm)：工藝人員在編程時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，其方向必須與機(jī)床坐標(biāo)系一致。 零件的找正： 調(diào)整零件的裝夾方向使編程坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系平行 ,并找出零件編程坐標(biāo)系原點(diǎn) OM 在機(jī)床坐標(biāo)系 XNCYNCZNC 中的坐標(biāo)位置的過(guò)程 ,為零件的找正。編程原點(diǎn)坐標(biāo)值可記入機(jī)床的專用指令（ G54G59） ,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換。如圖 3-3 所示 。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 圖 3-3 加工坐標(biāo)系 確定編程坐標(biāo)原點(diǎn) Om 在加工坐標(biāo)系中坐標(biāo)的過(guò)程稱為找正。 2.加工精度的影響因素 1） 普通機(jī)床：操作者根據(jù)工藝規(guī)范，制定出加工路線，靠手工 操作和經(jīng)驗(yàn)完成。零件精度由機(jī)床和操作工人水平?jīng)Q定。 2） 自動(dòng)仿形：控制依靠凸輪、擋塊或靠模實(shí)現(xiàn)。零件精度由機(jī)床和輔助工裝決定。 3） NC 機(jī)床：工序、走刀路線的規(guī)劃、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速、開停等均由程序控制。零件精度由機(jī)床、編程和操作人員水平?jīng)Q定。 3.數(shù)控加工的工具 -刀柄與刀具 1）刀柄：主軸與刀具的聯(lián)系環(huán)節(jié) , 用以?shī)A持刀具 作用：夾持刀具、傳遞扭矩 分類：（ 1）普通刀柄 （ 2）液壓刀柄 （ 3）熱脹刀柄 2）刀具的類型 銑刀類型：平底刀 球頭刀 環(huán)形刀 錐形刀 鼓形刀等 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 刀具的旋向：刀具是右旋的 3）刀位點(diǎn)：刀具的基準(zhǔn)點(diǎn)刀尖或刀心 如圖 3-4 圖 3-4 刀位點(diǎn) 4.刀具補(bǔ)償功能 刀具補(bǔ)償一般包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。前者使刀具垂直于走刀平面偏移一個(gè)刀具長(zhǎng)度修正值；后者可以使刀具在二維加工平面內(nèi)相對(duì)編程數(shù)據(jù)軌跡偏移一個(gè)刀具半徑修正值。 1） 刀具半徑補(bǔ)償 刀具半徑補(bǔ)償：可根據(jù)零件的實(shí)際輪廓編 制程序，加工時(shí)數(shù)控系統(tǒng)使刀具中心自動(dòng)偏置一個(gè)刀具半徑，從而加工出理論輪廓零件，把數(shù)控系統(tǒng)的這一功能稱之為刀具半徑補(bǔ)償功能。 加工外輪廓時(shí)，刀具中心向零件輪廓外方向偏置一刀具半徑值。 如圖 3-5、圖3-6. 圖 3-5 右刀補(bǔ) 圖 3-6 左刀補(bǔ) 刀具補(bǔ)償功能帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)： a）減少編程人員工作量。 b）可提高程序使用自由度。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 c）可部分解決刀具磨損問(wèn)題。 d）可提高零件的加工精度。 e）可降低對(duì)刀具精度的要求 。 刀具半徑補(bǔ)償有左偏刀補(bǔ)和右偏刀補(bǔ)兩種方式： a）左偏刀補(bǔ)：沿著刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具始終在被加工輪廓的左側(cè) b）右偏刀補(bǔ)：沿著刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具始終在被加工輪廓的右側(cè) 2)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償（刀長(zhǎng)補(bǔ)償）：數(shù)控系統(tǒng)允許修改刀具的實(shí)際長(zhǎng)度值，從而使刀具實(shí)際加工的位置比理論位置抬高或下降一高度，把數(shù)控系統(tǒng)的這一功能稱之為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。 優(yōu)點(diǎn)：可方便實(shí)現(xiàn)零件的分層加工，簡(jiǎn)化編程。 5.數(shù)控加工的過(guò)程： 如圖 3-7 圖 3-7 加工流程圖 3.3數(shù)控編程的工藝處理 1.認(rèn)真分析零件圖紙 ，明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求 （ 1）加工部位。 （ 2）精度要求（決定加工方案）：公差、對(duì)稱度、同心度、表面粗糙度等。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 （ 3）加工基準(zhǔn) -要求加工基準(zhǔn)能夠找正 , 否則必須采取特殊的工藝措施。 （ 4）毛坯狀態(tài) -鑄件、鍛件、焊接件、材料類別。 2.制定加工方案，選擇加工機(jī)床類型 在滿足精度和工期的要求下 , 盡可能選用低坐標(biāo)數(shù)的低成本 NC 機(jī)床完 成加工任務(wù)。 3.確定零件的裝夾方式 （ 1）夾具的作用：將零件固定在工作臺(tái)上以進(jìn)行加工。 （ 2）選擇夾具時(shí)注意事項(xiàng)： 保證加工零件時(shí)的開敞性和穩(wěn)定性。 （ 3）夾具的類型： a.組合夾具：可根據(jù)被加工零件的特點(diǎn)由通用元件拼裝組合出不同類型的夾 具。 優(yōu)點(diǎn) : 重復(fù)使用、效率高、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。 b.真空 (磁力 )平臺(tái)裝夾：零件與工作臺(tái)間抽真空，形成壓緊力。 優(yōu)點(diǎn) :裝夾快，工件夾持均勻，開敞性好。 c.專用夾具：為加工某種零件而特制的夾具。 4.確定加工坐標(biāo)系原點(diǎn) (1)坐標(biāo)系原點(diǎn)定義： 加工坐標(biāo)系原點(diǎn)是數(shù)控加工中刀具運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。程序中刀 位點(diǎn)的坐 標(biāo)計(jì)算以該點(diǎn)為基準(zhǔn)，所以也稱為程序原點(diǎn)。 它可以設(shè)在零件面上、夾具表面上或機(jī)床工作臺(tái)面上，但必須與零件 的定位基準(zhǔn)有已知的準(zhǔn)確關(guān)系。程序原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或 工藝基準(zhǔn)上。 (2)確定原則： 便于數(shù)學(xué)處理，簡(jiǎn)化程序 機(jī)床上易找正 加工過(guò)程易于檢查 5.走刀路線的選擇 1)走刀路線的規(guī)劃 走刀路線是指數(shù)控加工過(guò)程中刀位點(diǎn)相對(duì)于被加工工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 走刀路線的分類： （ 1）之字 形 Zig-zag （ 2）回字形 Follow periphery （ 3）單行 Zig 2)走到路線的選擇 走刀路線是指數(shù)控加工過(guò)程中刀位點(diǎn)相對(duì)于被加工工件的 運(yùn)動(dòng)軌跡。 （ 1）確定走刀路線的原則： a. 保證零件的加工精度和光潔度 b. 方便數(shù)值計(jì)算，減少程序段數(shù) c. 縮短走刀路線，減少空程 d. 易于增加零件剛性 e盡量避免刀具在加工中向下 f. 刀具軌跡變化盡量做到平緩 g. 精加工最好采用順銑 （ 2) 逆銑和順銑 定義： 逆銑 :如果刀具的切削方向和刀具的前進(jìn)方向相同 ； 順銑 :如果刀具的切削方向和刀具的前進(jìn)方向相反。 順逆銑的加工特點(diǎn)： 逆銑：一般加工啃刀，加工易產(chǎn)生過(guò)切； 順銑：一般加工讓刀，加工不到位。 6.刀具的選擇 數(shù)控加工對(duì)刀具的要求很高。不僅要?jiǎng)偠群?、精度好，還要使用壽命長(zhǎng)。 材料 : 優(yōu)質(zhì)高速鋼 ,硬質(zhì)合金 ,耐磨涂層 ,陶瓷材料等 類別 : 種類繁多 （ 1）整體刀具：如立銑刀用于銑削平面零件的周邊輪廓，球頭刀、 環(huán)形刀、 鼓形刀和錐形刀用于數(shù)控加工型面。 （ 2）可轉(zhuǎn)位刀具：刀體與刀片分開，刀片一般采用粉末壓鑄而成，并帶有涂 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 層（ CVD， PVD，金屬陶瓷， PCBN）。 （ 3）刀具的選擇原則： a.刀具半徑 R 應(yīng)小于零件 內(nèi)輪廓的最小曲率半徑，約為 (0.80.9） Rmin。 b.切削深度取 (1/4 1/2)D，以保證刀具有足夠的加工剛度。 7.確定加工用量 加工用量包括切削深度和寬度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等。 (1)切削深度的 確定 主要根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度決定。 a.機(jī)床、工件和刀具的剛度越好，切深可越大。 b.若機(jī)床、工件、刀具的剛性允許，如果能一次切完，可留 0.20.5mm 余量再精加工一次，以提高零件的光潔度和精度。 c.若剛性不允許，切削寬度、深度越大，則切削力、殘余應(yīng)力、振動(dòng)越大， 加工表面光潔度、精度越低。 (2)切削寬度：加工時(shí)每相鄰兩刀之間的距離 L，又稱為行距。 a.粗加工切削寬度由刀具、機(jī)床、零件的剛性決定； b.精加工可根據(jù)零件的粗糙度計(jì)算確定。 要降低表面粗糙度，可縮小行距，但加工效率降低；因此在保證行 距不變的前提下，應(yīng)選擇較大半徑的刀具 ,可明顯降低殘留高度。 (3)轉(zhuǎn)速 (S)的確定： 如果有切削參數(shù)庫(kù)，可直接查切削參數(shù)庫(kù)； 否則，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn) ,并配合刀具廠家提供的刀具切削線速度 vc (m/min) 查表計(jì)算來(lái)確定。 主軸轉(zhuǎn)速 n (r/min)根據(jù)允許的切削速度 vc (m/min)選取 1000 cvnD D-工件或刀具的直徑 (mm) （ 4）進(jìn)給速度（量） F (mm/min) a.定義：刀具基準(zhǔn)點(diǎn)每分鐘移動(dòng)的路徑之和。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 b.進(jìn)給量確定：根據(jù)零件的加工精度、表面光潔度、切削深度、寬度以 及刀具和工件材料而選擇。 c.控制方式： I. 編程人員在程序中給定一個(gè)值； II. 操作人員可根據(jù)實(shí)際情況用倍率調(diào)節(jié)旋扭進(jìn)行調(diào) 節(jié) 。 8.程序編制過(guò)程中的誤差控制 程序編制中的誤差主要有三部分組成： （ 1）逼近誤差 ：用近似方程所表述的形狀與原始零件之間的誤差。 （一次逼近誤差） （ 2）插補(bǔ)誤差：用直線或圓弧段逼近零件輪廓曲線所產(chǎn)生的編程誤差。 （ 3）圓整化誤差：這是將工件尺寸換算成機(jī)床的脈沖當(dāng)量時(shí)由于圓整化所產(chǎn) 生的誤差。 刀位文件： . N896 G00 X156.1 Y-245.858 S1800 M03 N897 G43 Z15. H2 N898 Z4.342 N899 G01 Y-260. Z-9.8 F200. . 數(shù)控加工指令 . N900 Y-192.286 F1500. N901 Y-184.621 Z-10.051 N902 Y-176.319 Z-10.894 N903 Y-176.185 Z-10.913 N904 Y-168.084 Z-12.338 N905 Y-48.394 Z-38.102 N906 Y-44.533 Z-38.826 N907 Y-38.44 Z-39.555 N908 Y-32.409 Z-39.8 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 N909 Y259.99 3.4數(shù)控加工的誤差來(lái)源 1.編程誤差 2.數(shù)控 機(jī)床帶來(lái)的誤差 3.環(huán)境帶來(lái)的誤差 4.裝夾找正帶來(lái)的誤差 5.刀具帶來(lái)的誤差 6.加工工藝方法帶來(lái)的誤差 3.5數(shù)控程序的格式及功能字 1.數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu) 所謂數(shù)控加工程序，就是用數(shù)控機(jī)床輸入信息規(guī)定的自動(dòng)控制語(yǔ)言和格式來(lái)表示的一套可使數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)對(duì)零件自動(dòng)加工的指令。它是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，加工程序中包含的工藝及技術(shù)信息包括：工藝過(guò)程、切削參數(shù)、刀具位移與方向，其它輔助動(dòng)作（換刀、換向、冷卻、啟停等）及各動(dòng)作順序等。 數(shù)控程序控制指令格式國(guó)際上雖 作過(guò)統(tǒng)一規(guī)定，但并未作到統(tǒng)一，各個(gè)國(guó)家和廠家并不相同： 系統(tǒng)開發(fā)商有自己的傳統(tǒng)和習(xí)慣 新功能的不斷開發(fā)和出現(xiàn)。 但基本格式和指令相同： N G X Y Z 其它指令 ABC 或 PQR 輔助功能 FST MCR N -程序段編號(hào)，為了方便檢索。編號(hào)可以不連續(xù) ,有時(shí)可以不要。 G -準(zhǔn)備功能字，用來(lái)描述機(jī)床的動(dòng)作類型 G01 表示直線插補(bǔ) ； 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 G02 表示順時(shí)針圓弧插補(bǔ) ； G03 表示逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)； G17、 G18、 G19 坐標(biāo)平面選擇指令 用以選擇圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償?shù)钠矫妗?G17 指定 XOY 平面； G18 指定 XOZ 平面； G19 指定 YOZ 平面； 刀補(bǔ)指令： G40、 G41、 G42 G41 左偏刀補(bǔ)； G42 右偏刀補(bǔ)； G40 取消刀補(bǔ)； G00（ G0）：快速走刀指令； G90 表示絕對(duì)坐標(biāo)編程 ； G91 表示相對(duì)坐標(biāo)編程等 M-輔助功能字，控制機(jī)床的輔助動(dòng)作 . M00-程序暫停 (刀具、鉆頭上有鐵屑，可以去掉 ) M03、 M04 、 M05主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)指令 M08-打開冷卻液 M13-打開冷卻液并啟動(dòng)主軸 M06-自動(dòng)換刀 M66-手動(dòng)換刀 M30-主軸停止，關(guān)冷卻液，程序結(jié)束 2.常用功能字 在數(shù)控加工程序中，描述數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式，加工種類，主軸的開、停、換向，冷卻液的開、關(guān)，刀具的更換，運(yùn)動(dòng)部件的夾緊與松開等常用的指令稱為工藝指令。工藝指令包括準(zhǔn)備性工藝指令（ G 指令）和輔助性工藝指令（ M 指令）兩類，它們是程序編制中最常用的指令。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 準(zhǔn)備功能 G指令 由字母 G 及其后的二位（目前已出現(xiàn)三位）數(shù)字組成。 G 指令的主要作用是指定數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式，為數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算作好準(zhǔn)備。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 第四章 航空多腔類典型零件加工的研究 本章研究的主要內(nèi)容：加工方法的選擇、刀具路徑的優(yōu)化、幾何參數(shù)和刀具參數(shù)的選擇，以提高加工精度和切削效率。從而制定出一套切實(shí)可行的三軸型面加工方法。 本論文使用一個(gè)航空 多 腔類典 型 零件 模型進(jìn)行研究，下圖為航空 多 腔類典 型零件 的零件圖（圖 4-1）以及毛坯圖（圖 4-2）。 圖 4-1 零件圖 圖 4-2 毛培圖 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 4.1 引入零件及進(jìn)入加工模塊 粗加工的目的是將毛培的大部分 材料切除，去除大量的工件材料，留少量余量以備進(jìn)行精加工，可以提高加工效率、減少加工時(shí)間、降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效率。 打開已經(jīng)建立好的零件模型（圖 4-3），點(diǎn)擊 board，進(jìn)入加工模塊。打開文件出現(xiàn)如圖 4-1 所示零件，點(diǎn)擊 “開始 ”，在 “加工 ”欄選擇 surface machining 如圖 4-4 所示。 圖 4-3 開始 圖 4-4 曲面加工 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 4.2 創(chuàng)建零件毛培 在工具欄中點(diǎn) ，出現(xiàn) rough stock 的對(duì)話框，如圖 4-5 所示 圖 4-5 設(shè)定毛坯 Destination 選零件 ， Part Body 選零件幾何體，如圖 4-6 確定尺寸，然后選擇確定。 圖 4-6 毛坯尺寸 4.3 零件定義操作 在定義零件操作之前，先在零件表面定義一個(gè)原點(diǎn)。點(diǎn)擊特征樹 board 之前的加號(hào)，展開子菜單，選擇零件幾何體，單擊，工具欄發(fā)生變化，選擇做點(diǎn)工具，出現(xiàn)如圖 4-7 所示點(diǎn)定義菜單。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 圖 4-7 點(diǎn)定義 點(diǎn)類型選擇之間，點(diǎn) 1 選毛培的左上角點(diǎn)，點(diǎn) 2 選擇毛培右上角點(diǎn)，確定，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)在毛培上表面正中間的點(diǎn)， 在特征樹中雙擊 “Part Operation.1”，系統(tǒng)彈出如 圖 4-8 所示 “Part Operation”對(duì)話框。 圖 4-8 操作框 圖 4.3.3 所示的 “Part Operation”對(duì)話框中各按鈕的說(shuō)明如下。 按鈕：用于選擇數(shù)控機(jī)床和設(shè)置機(jī)床參數(shù)。 按鈕：設(shè)定加工坐標(biāo)系。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 按鈕：加入一個(gè)裝配模型文件或一個(gè)加工目標(biāo)模型文件。 按鈕：選擇目標(biāo)加工文件。 按鈕：選擇毛坯零件。 按鈕：選擇夾具。 按鈕：設(shè)定安全平面。 按鈕：選定 5 個(gè)平面定義一個(gè)整體的阻礙體。 按鈕：選定一個(gè)平面作為零件整體移動(dòng)平面。 按鈕：選 定一個(gè)平面作為零件整體旋轉(zhuǎn)平面。 1.機(jī)床的設(shè)置 單擊 “Part Operation”對(duì)話框中的 按鈕，彈出對(duì)話框如圖 4-9 所示 圖 4-9 選擇機(jī)床 單擊其中的 3-axis Machine 按鈕 ，保持系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，然后確認(rèn)，完成機(jī)西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 床設(shè)置。 2.定義坐標(biāo)系 單擊 “Part Operation”對(duì)話框中的 按鈕，出現(xiàn)如圖 4-10 所示對(duì)話框。 圖 4-10 定義坐標(biāo)系 Axis Name 定義為 “Machine axis.1”，選擇軸原點(diǎn)，選剛剛建立的表面中點(diǎn)為原點(diǎn)， X 軸為（ 0,0,-1）， Z 軸為（ 1,0,0），確定。 3.定義加工目標(biāo)零件 單擊 “Part Operation”對(duì)話框中的 按鈕，再單擊零件作為目標(biāo)加工零件。在圖形區(qū)雙擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)回到 “Part Operation”對(duì)話框。 4.定義毛培零件 單擊 “Part Operation”對(duì)話框中的 按鈕，再單擊所示特征樹的。 5.定義安全平面 單擊 “Part Operation” 對(duì)話框中的 按鈕，將鼠標(biāo)放到特征樹的上，選擇隱藏。選擇零件的最高平面，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 offset，thickness 設(shè)置為 40mm。 毛坯零件定義完成，在圖形區(qū)雙擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)回到 “Part Operation”對(duì)話框。如圖 4-11 所示，點(diǎn)確定。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 圖 4-11 操作框 4.4 零件區(qū)域粗加工（ Roughing） 鼠標(biāo)單擊特征樹的 Manufacturing Program.1，單擊菜單插入 Roughing OperationRoughing 如圖 4-12 所示，進(jìn)行零件表面粗加工，彈出 Roughing.1 對(duì)話框，如圖 4-13 所示 圖 4-12 銑平面 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 圖 4-13 加工區(qū)域 圖 4.4.2 對(duì)話框中部分選項(xiàng)卡說(shuō)明如下： ：刀具路徑參數(shù)選項(xiàng)卡。 ：幾何參數(shù)選項(xiàng)卡。 ：刀具參數(shù)選項(xiàng)卡。 ：進(jìn)給率選項(xiàng)卡。 ：進(jìn)刀 /退刀路徑選項(xiàng)卡。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 36 1.幾何參數(shù)定義 選擇要加工平面， 菜單下，單擊對(duì)話框中間紅色的面，對(duì)話框消失，選擇零件幾何體，鼠標(biāo)雙擊空白處，消失的對(duì)話框再次出現(xiàn)，此時(shí)剛才紅色的面變?yōu)榫G色。 Position 選為 On 2.刀具參數(shù)定義 單擊 定義刀具，直徑改為 D 30，把 Ballend tool 之前的對(duì)勾點(diǎn)掉，單擊 More 按鈕 ，彈出子菜單，如圖 4-14 所示 圖 4-14 刀具尺寸 Nominal diameter 改為 30mm， Corner radius 改為 0mm， Body diameter 改為 30mm。 3.刀具路徑定義 單擊 按鈕，出現(xiàn)如 圖 4-15 所示菜單， Tool path style 選擇 Zig-zag（之字形加工）。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 37 圖 4-15 刀具參數(shù) 4.仿真 單擊 進(jìn)行仿真模擬，出現(xiàn)如圖 4-16 所示對(duì)話框，單擊 ，進(jìn)行觀看，可以拉動(dòng)進(jìn)度條把加工速度調(diào)快，結(jié)果如圖 4-17 所示。 圖 4-16 仿真對(duì)話框 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 圖 4-17 仿真結(jié)果 4.5 零件區(qū)域 半精加工（ Sweeping） 單擊插入， Machining OperationsSweeping OperationsSweeping 如圖 4-18所示，彈出對(duì)話框 Sweeping.1 圖 4-18 掃描加工 1.刀具路徑定義 菜單下， Tool path sryle 選 Zig-zag，其余保持默認(rèn)值。 2.幾何參數(shù)定義 菜單下，紅色平面選擇零件幾何體，限制線選凹槽輪廓如圖 4-19 所示， Side to machine 選 outside，其余保持默認(rèn)值。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 39 圖 4-19 加工區(qū)域 3.刀具參數(shù)定義 刀具菜單下， Name 改為 T2 End Mill D 16，球頭刀，單擊 more， Nominal diamerter 改為 16mm Corner radius 自動(dòng)改為 8mm Body diameter 改為 30mm 4.仿真 單擊 觀察刀路，如圖 4-20 所示 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 40 圖 4-20 刀路軌跡 選 進(jìn)行仿真。結(jié)果如圖 4-21 所示 圖 4-21 加工結(jié)果 4.6 零件凹槽內(nèi)掃描加工（ Sweeping） 單擊插入， Machining