復雜輪廓型面數(shù)控仿真及加工程序設計

1、復雜輪廓型面數(shù)控仿真及加工程序設計摘要：運本論文是復雜輪廓型面零件進行工藝分析、數(shù)控編程及完成加工，主要運用所學知識對零件圖進行工藝分析、制定工藝路線、確定工藝方案。并運用UG軟件進行造型和自動編程，最終完成零件的加工。論文表明：通過對該零件的工藝分析、造型、加工，深入了解了零件制造的全過程，加工完成后零件也達到了加工要求。關鍵詞：三維軟件；復雜型面；仿真模擬;數(shù)控加工Complex surface profile simulation and processing of CNC ProgrammingAbstract: Outline of this paper is shipped sur

2、face parts complex process analysis, NC programming and completion of processing, the main use of the knowledge on the part drawings for process analysis, development of process routes, determine the process plan. And using UG software modeling and automatic programming, and ultimately complete the

3、machining. Paper shows that: By this part of the process analysis, modeling, processing, and in-depth understanding of the whole process of part manufacturing, processing, finished parts have reached the processing requirements.Key words: three-dimensional software; complex surfaces; simulation; NC前

4、言數(shù)控（NumericalControl，NC）的定義是：用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。數(shù)控加工是計算機輔助設計與制造技術中最能明顯發(fā)揮效益的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。它不僅大大提高了具有復雜型面的產(chǎn)品的制造能力和制造效率，而且保證產(chǎn)品能達到極高的加工精度和加工質量。采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)

5、動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。 當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。 在emo2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國dmg公司展出dmuvoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由cnc系統(tǒng)控制或cad/cam直接或間接控制。長期以來，我

6、國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制

7、模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。1對零件圖紙進行工藝分析在數(shù)控銑削加工中，對零件圖進行工藝分析的主要內(nèi)容包括零件結構工藝性分析、選擇數(shù)控銑削的加工內(nèi)容、零件毛坯的工藝性分析和加工方案分析。1.1零件圖分析1.1.1讀圖和審圖如圖零件一的尺寸范圍為92.4*84*25.2，有五個型腔和一個凸臺組成，只有尺寸要求，加工難度是曲面。零件一零件二的尺寸范圍是175.2*120*42，由三個凸臺組成，只有尺寸要求，加工難度是曲面。零件二1.1.2數(shù)控加工的內(nèi)容 對于某個零件而言，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上

8、完成，而往往只是其中的一部分適合于數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在選擇時，應考慮各方面因素，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。選擇時應考慮以下因素： 通用機床無法加工的內(nèi)容。 通用機床難加工、質量也難以保證的內(nèi)容應作為重點選擇的內(nèi)容。 通用機床效率低、工人勞動強度大的內(nèi)容。1.1.3零件結構的工藝性 零件的工藝性是指所設計的零件在滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟性。它包括零件各個制造過程中的工藝性，如零件的鑄造、鍛造、沖壓焊接、熱處理和切削加工工藝性能等。好的工藝性會使零件加工容易，節(jié)省工時，降低消耗；差的工藝性使零件加工困難，多耗

9、工時，增大消耗。該組合件的加工各工藝性能良好，耗工不大。1.2 毛坯1.2.1毛坯的種類常用毛坯的種類有鑄件、鍛件壓制件、沖壓件、焊接件、型材和板材等。 鑄件：適用于形狀復雜的毛坯。薄壁零件不可用砂型鑄造；尺寸大的鑄件宜用砂型鑄造；中、小型零件可用較先進的鑄造方法。鍛件：適用于零件強度較高、形狀較簡單的零件。尺寸大的零件因受設備限制，故一般用自由鍛；中、小型零件可選用模鍛；形狀復雜的零件不宜用自由鍛。型材：熱軋型材的尺寸較大，精度低，多用作一般零件的毛坯;冷軋型材尺寸較小，精度較高，多用于毛坯精度要求較高的中、小零件，適用于自動機床加工。焊接件：對于大件來說，焊接件簡單、方便，特別是單件、小批

10、量的生產(chǎn)可大大縮短生產(chǎn)周期;但焊接后變形大，需經(jīng)時效處理。冷壓件：適用于形狀復雜的板料零件，多用于中、小尺寸零件的大批量加工。1.2.2毛坯種類的選擇根據(jù)圖紙規(guī)定的材料及機械性能選擇毛坯。圖紙規(guī)定的材料就基本確定了毛坯的種類。例如：材料是鑄鐵，就要用鑄造毛坯；材料為鋼材，若力學性能要求高則可選鍛件，若力學性能要求低則可選型材或鑄鋼。根據(jù)零件的功能選擇毛坯。根據(jù)零件的工作條件、材料、結構特點三者綜合考慮，如材料為45鋼，則軸以鍛件為主；中、小齒輪多用鍛件做毛坯，大齒輪常用鑄鋼件做毛坯。根據(jù)生產(chǎn)類型選擇毛坯。大量生產(chǎn)應選精度和生產(chǎn)率都較高的毛坯制造方法。如鑄件應采用金屬模機器造型或精密鑄造；鍛件應

11、采用模鍛或冷軋、冷拉型材等；單件小批量生產(chǎn)則用木模手工造型或自由鍛件。根據(jù)具體生產(chǎn)條件選擇毛坯。確定毛坯必須結合具體生產(chǎn)條件，如現(xiàn)場毛坯制造的實際水平和能力、外協(xié)的可能性等。有條件時，應積極組織地區(qū)專業(yè)化生產(chǎn)，統(tǒng)一供應毛坯。1.2.3毛坯形狀和尺寸的選擇選擇毛坯形狀和尺寸總的要求是：減少“肥頭大耳”，實現(xiàn)少屑或無屑加工。因此，毛坯形狀要力求接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量。但也有以下四種情況。采用鍛件，鑄造毛坯時，因鍛模時的欠壓量與允許的錯模量不等，鑄造時也會因砂型誤差、收縮量及金屬液體的流動性差不能充滿型腔等造成余量的不等，此外，鍛造、鑄造后，毛坯的撓曲與扭曲變形量的不同也會造成加工余量

12、不充分、不穩(wěn)定，所以，除板料外，不論是鍛件、鑄件還是型材，只要準備采用數(shù)控加工，其加工表面均應有較充分的余量。 對于熱軋中、厚鋁板，經(jīng)淬火時效后很容易在加工中和加工后出現(xiàn)變形現(xiàn)象，因此需要考慮加工時是否分層切削，分幾層切削，一般盡量做到各個加工表面的切削余量均勻，以減少內(nèi)應力導致的變形。尺寸小或薄的零件，為便于裝夾并減少夾頭，可將多個工件連在一起，由一個毛坯制出。 裝配后形成同一工作表面的兩個相關零件，為保證加工質量并使加工方便，常把兩件合為一個整體毛坯，加工到一定階段后再切開。 對于不便裝夾的毛坯，可考慮在毛坯上另外增加裝夾余量或工藝凸臺、工藝凸耳等輔助基準。零件一的毛坯由上下兩部分組成，上

13、部分尺寸為112*86*14，下部分尺寸為92.4*84*12.6。零件二的毛坯尺寸為181*138*451.2.4加工余量加工余量是指加工過程中所切去的金屬層厚度，加工余量有工序余量和加工總余量（毛坯余量）之分。（1）工序余量工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金屬層厚度。 工序余量的計算工序余量等于相鄰兩工序的工序尺寸之差。 對于外表面（見圖 2-4a） z=a-b 對于內(nèi)表面（見圖 2-4b） z=b-a 式中 z本工序的工序余量（ mm ）； a前工序的工序尺寸（ mm ）； b本工序的工序尺寸（ mm ）。 圖2-4 加工余量上述加工余量均為非對稱的單邊余量，旋轉表面的加工余量為雙

14、邊對稱余量。 對于軸（圖 2-4c） Z=-對于孔（圖2-4d） Z=- 式中 Z直徑上的加工余量（ mm ）； 前工序的加工直徑（ mm ）； 本工序的加工直徑（ mm ）。 當加工某個表面的工序是分幾個工步時，則相鄰兩工步尺寸之差就是工步余量。它是某工步在加工表面上切除的金屬層厚度。 工序基本余量、最大余量、最小余量及余量公差由于毛坯制造和各個工序尺寸都存在著誤差，加工余量也是個變動值。當工序尺寸用基本尺寸計算時，所得到的加工余量稱為基本余量或公稱余量。 最小余量是保證該工序加工表面的精度和質量所需切除的金屬層最小厚度。最大余量是該工序余量的最大值。下面以圖2-5所示的外圓為例來計算，其它

15、各類表面的情況與此相類似。 圖2-5 加工余量及其公差 當尺寸a、b均為工序基本尺寸時，基本余量為 Z=a-b 則最小余量=- （2-1）而最大余量=- （2-2）圖 2-4表示了工序尺寸公差與加工余量間的關系。余量公差是加工余量間的變動范圍，其值為 =- =(-)+(-)=+ （2-3）式中本工序余量公差（ mm ）； 前工序的工序尺寸公差（ mm ）； 本工序的工序尺寸公差（ mm ）。所以，余量公差為前工序與本工序尺寸公差之和。 工序尺寸公差帶的分布，一般采用“單向入體原則”。即對于被包面（軸類），基本尺寸取公差帶上限，下偏差取負值，工序基本尺寸即為最大尺寸；對于包容面（孔類），基本尺寸

16、為公差帶下限，上偏差取正值，工序尺寸即為最小尺寸但孔中心距及毛坯尺寸公差采用雙向對稱布置。 （2）加工總余量毛坯尺寸與零件圖樣的設計尺寸之差稱為加工總余量。它是從毛坯到成品時從某一表面切除的金屬層總厚度，也等于該表面各工序余量之和，即 （2-4）式中第i道工序的工序余量（ mm ）； n該表面總加工的工序數(shù)。 加工總余量也是個變動值，其值及公差一般可從有關手冊中查得或憑經(jīng)驗確定。如圖 2-6表示了內(nèi)孔和外圓表面經(jīng)多次加工時，加工總余量、工序余量與加工尺寸的分布圖。 圖2-6加工余量和加工尺寸分布（3）影響加工余量的因素影響加工余量的因素如下： a）前工序的表面質量（包括表面粗糙度和表面破壞層深

17、度）；b）前工序的工序尺寸公差；c）前工序的位置誤差，如工件表面在空間的彎曲、偏斜以及空間誤差等； d）本工序的安裝誤差。 所以本工序的加工余量必須滿足下式 ：用于對稱余量時 用于單邊余量時 （4）確定加工余量加工余量大小，直接影響零件的加工質量和生產(chǎn)率。加工余量過大，不僅增加機械加工勞動量，降低生產(chǎn)率，而且增加材料、工具和電力的消耗，增加成本。但若加工余量過小，又不能消除前工序的各種誤差和表面缺陷，甚至產(chǎn)生廢品。因此，必須合理地確定加工余量。其確定的方法有：經(jīng)驗估算法、查表修正法、分析計算法。首先根據(jù)工藝人員的經(jīng)驗來確定加工余量。為避免產(chǎn)生廢品，所確定的加工余量一般偏大。要準確余量則需要根據(jù)

18、有關手冊，查得加工余量的數(shù)值，然后根據(jù)實際情況進行適當修正。用查表法確定加工余量。由機械加工工藝手冊查得：精銑余量為0.2；半精銑余量為1.0；粗銑余量為1.5。因為零件一只有尺寸要求，所以，總余量為2.5.2加工準備及工藝路線的確定在對零件進行加工前要對零件進行許多分析，如裝夾方式、基準選擇、確定坐標零點、刀具選擇及機床選擇等。2.1基準的選擇基準就是確定生產(chǎn)對象上的某些點、線、面的位置所依據(jù)的那些點、線、面。2.1.1基準的分類基準分為設計基準和工藝基準兩大類。（1）設計基準是設計工作圖上所采用的基準（2）工藝基準是加工過程中所采用的基準。又分為有工序基準、定位基準和測量基準等。工序圖上用

19、來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀和位置的基準叫做工序基準。定位基準是在加工中用作定位的基準。測量基準是測量時所采用的基準。此外還有裝配過程中用于確定零、部件間相互位置的裝配基準。要求掌握基準的分類，定義，同等重要的是在訓練中提高選擇基準的能力。2.1.2定位基準的選擇正確選擇定位基準是制訂機械加工工藝規(guī)程和進行夾具設計的關鍵。定位基準分為精基準和粗基準。在起始工序中，只能選用未經(jīng)加上過的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面所作的定位基準稱為精基準。在設計工藝規(guī)程的過程中，當根據(jù)零件工作圖先選擇精基準、后選粗基準。結合整個工藝過程要進行統(tǒng)一考慮，先行工序要為后續(xù)工序創(chuàng)

20、造條件。在加工中，首先使用的是粗基準，但在選樣定位基準時，為了保證零件的加工精度，首先考慮的是選擇精基準，精基準選定以后，再考慮合理地選擇粗基準。選擇精基準應掌握五個原則：（1）基準重合原則以設計基準為定位基準，避免基準不重合誤差，調整法加工零件時，如果基準不重合將出現(xiàn)基準不重合誤差。所謂調整法，是在預先調整好刀具與機床的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這種相對位置的加工方法。與之相對應的是試切法加工，即試切一測量一調整一再試切，循環(huán)反復直到零件達到尺寸要求為止。試切法適用于單件小批生產(chǎn)下的逐個零件加工。 （2）基準統(tǒng)一原則選用統(tǒng)一的定位基準來加工工件上的各個加工表面。以避免基準的轉換帶

21、來的誤差，利于保證各表面的位置精度,簡化工藝規(guī)程,夾具設計和制造縮短生產(chǎn)準備周期。典型的基準統(tǒng)一原則是軸類零件、盤類零件和箱體類零件。軸的精基準為軸兩端的中心孔，齒輪是典型的盤類零件，常以中心孔及個端面為精加工基準，而箱體類常以一個平面及平面上的兩個定位用工藝孔為精基準。（3）自為基準原則當某些精加工表面要求加工余量小而均勻時，可選擇該加工表面本身作為定位基準，以搞高加工面本身的精度和表面質量。（4）互為基準原則能夠提高重要表面間的相互位置精度，或使加工余量小而均勻。（5）裝夾方便原則所選定位基準應能使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，操作方便，夾具結構簡單。以上每項原則只能說明一個方面的問題，理想的情

22、況是使基準既“重合”又“統(tǒng)一”，同時又能使定位穩(wěn)定、可靠，操作方便，夾具結構簡單。但實際運用中往往出現(xiàn)相互矛盾的情況，這就要求從技術和經(jīng)濟兩方面進行綜合分析，抓住主要矛盾，進行合理選擇。還應該指出，工件上的定位精基準，一般應是工件上具有較高精度要求的重要工作表面，但有時為了使基準統(tǒng)一或定位可靠，操作方便，人為地制造一種基準面，這些表面在零件的工件中并不起作用，僅僅在加工中起定位作用，如頂尖孔、工藝搭子等。這類基準稱為輔助基準。選擇粗基準時，重點考慮如何保證各個加工面都能分配到合理的加工余量，保證加工面與不加工面的位置尺寸和位置精度，同時還要為后續(xù)工序提供可靠精基準。具體選擇一般應遵下列原則：（

23、1）為了保證零件各個加工面都能分配到足夠的加工余量，應選加工余量最小的面為粗基準。（2）為了保證零件上加工面與不加工面的相對位置要求，應選不加工面為粗基準。當零件上有幾個加工面，應選與加工面的相對位置要求高的不加工面為粗基準。（3）為了保證零件上重要表面加工余量均勻，應選重要表面為粗基準。零件上有些重要工作表面，精度很高，為了達到加工精度要求，在粗加工時就應使其加工余量盡量均勻。以重要表面作粗基準，在重要零件的加工中得到較多的應用，例如機床主軸箱箱體的加工，通常是以主軸孔為粗基準先加工底面或頂面，再以加工好的平面為精準加工主軸孔及其他孔系，可以使精度要求高的主軸孔獲得均勻的加工余量。（4）為了

24、使定位穩(wěn)定、可靠，應選毛坯尺寸和位置比較可靠、平整光潔面作粗基準。作為粗基準的面應無鍛造飛邊和鑄造澆冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夾具裝夾時，還應使夾具結構簡單，操作方便。（5）粗基準應盡量避免重復使用，特別是在同一尺寸方向上只允許裝夾使用一次。因粗基準是毛面，表面粗糙、形狀誤差大，如果二次裝夾使用同一粗基準，兩次裝夾中加工出的表面就會產(chǎn)生較大的相互位置誤差。零件一要先加工底面和兩個側面，然后以底面作為基準，加工上面。零件二要先加工地面，然后用車床將圓柱車圓，然后再三軸加工中心上裝夾，用底面和側面進行定位，以底面為加工基準。2.2確定裝夾方法（1）找正法找正是用工具（或儀表）根據(jù)工件上的有關基準

25、，找出工件在加工（或裝配）時的正確位置的過程。用找正法裝夾工件稱為找正裝夾。找正裝夾又可分為劃線找正法和直線找正法。劃線找正法。如圖3-1所示，劃線找正法是用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃分的線為基準找正它的機床上的正確位置的一種裝夾方法。劃線找正法定位精度低，一般在0.20.5mm之間，因為劃線本身有一定的寬度，劃線又存在劃線誤差。劃線找正法廣泛用于單件小批生產(chǎn)中，尤其適用于形狀復雜而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大、無法采用夾具裝夾的工件。圖3-1 劃線找正法直接找正法。如圖3-2所示，直接找正法是用劃針或儀表直接在機床上找正工件位置的裝夾方法。例如，用千分尺找正套筒零件的外圓，使被加工的內(nèi)控

26、與外圓同軸。直接找正法生產(chǎn)效率低，對工人的技術水平要求高，一般只適用于單件小批生產(chǎn)中。圖3-2 直接找正法（2）用夾具裝夾夾具是用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置。數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求，一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能保證零件與機床坐標系之間的準確尺寸關系。依據(jù)零件毛料的狀態(tài)和數(shù)控機床的安裝要求，應選取能保證加工質量、滿足加工需要的夾具。除此之外，還要考慮以下幾點：當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間，節(jié)省生產(chǎn)費用。在成批生產(chǎn)時可以考慮采用專用夾具，同時要求夾具的結構簡單。 裝夾零件要方便可靠，避免采用占

27、機人工調整的裝夾方式，以縮短輔助時間，盡量采用液壓、氣動或多工位夾具，以提高生產(chǎn)效率。 在數(shù)控機床上使用的夾具，要能夠安裝準確，能保證工件和機床坐標系的相對位置和尺寸，力求設計基準、工藝基準與編程原點統(tǒng)一，以減少基準不重合誤差和數(shù)控編程中的計算工作量。 盡量減少裝夾次數(shù)，做到一次裝夾后完成全部零件表面的加工或大多數(shù)表面的加工，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度，達到充分提高數(shù)控機床效率的目的。（3）工件的定位工件定位，就是要使工件在夾具中占據(jù)某個確定的正確加工位置。 六點定位原理工件在空間有六個自由度，即沿X、Y、Z三個坐標方向的移動自由度和繞X、Y、Z三個移動軸的旋轉自由度A、B

28、、C，如圖3-3所示。 要確定工件在空間的位置，需要按一定的要求安排六個支撐點也就是通常所說的定位元件，以限制加工工件的自由度，這就是工件定位的“六點定位原理”。需要指出的是，工件形狀不同，定位表面不同，定位點的布置情況也各不相同。圖3-3 工件在空間的六個自由度限制自由度與工件加工要求的關系 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，對加工要求有影響的自由度必須限制，而不影響加工要求的自由度不必限制。 完全定位與不完全定位 工件的六個自由度都被限制的定位成為完全定位，工件被限制的自由度少于六個，但不影響加工要求的定位，成為不完全定位，完全定位和不

29、完全定位是實際加工中工件最常用的定位方式。 工件安裝的基本原則 在數(shù)控機床上工件安裝的原則與普通機床相同，也要合理地選擇定位基準和夾緊方案。為了提高數(shù)控機床的效率，在確定定位基準與夾緊方案時應注意以下幾點： a)力求設計基準、工藝基準與編程計算基準的統(tǒng)一。 b)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位和裝夾后就能加工出全部待加工表面。 c)避免采用占機調整式方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。 （4）工件的夾緊金屬切削加工過程中，為保證工件定位時確定的正確位置，防止工件在切削力、離心力、慣性力或重力等作用下產(chǎn)生位移和振動，必須將工件夾緊。這種保證加工精度和安全生產(chǎn)的裝置稱為夾緊裝置。對夾緊的基本要求 a

30、)工件在夾緊過程中，不能改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 b)夾緊力的大小適當，既要保證工件在加工過程中的位置不能發(fā)生任何變動，又要使工件不產(chǎn)生大的夾緊變形；同時也要使得加工振動現(xiàn)象盡可能小。 c)操作方便、省力、安全。 d)夾緊裝置的自動化程度及復雜程度，應與工件的批量大小相適應。 夾緊力方向和夾緊點的確定 a)夾緊力應盡可能朝向主要定位基準，這樣可以保證夾緊工件時不破壞工件的定位，影響工件的加工精度要求。 b)夾緊力方向應有利于減少夾緊力，要求能夠在最小的夾緊力作用下，完成零件的加工過程。 c)夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的方向和方位上，這一原則對剛性較差的零件特別重要，可以保證零件的

31、夾緊變形量最小。 d)夾緊力作用點應盡量靠近零件的加工表面，保證主要夾緊力的作用點與加工表面之間的距離最短，可有效提高零件裝夾的剛性，減少加工過程中的振動。 e)夾緊力的作用方向應在定位支撐的有效范圍內(nèi)，不破壞零件的定位要求。 2.3機床及工藝裝備的選擇在對機床的選擇中，我們應該考慮一些因素：（1）機床規(guī)格應與工件的外形尺寸相適應，及大件用大機床，小件用小機床。（2）機床精度應與工件加工精度要求相適應。（3）機床的生產(chǎn)效率應與工件的生產(chǎn)類型相適應。在確定數(shù)控機床加工時應注意不同類型的零件應選用不同的機床，該零件屬于復雜型面，用普通機床難以加工，所以全部用加工中心。本零件選擇三軸立式加工中心MC

32、V850系列，而數(shù)控系統(tǒng)是使用立式加工中心MCV850 （FANUC 0I-MD系統(tǒng)）。由于選擇的是銑床，加工坐標系容易產(chǎn)生偏差，所以在加工中對刀要特別注意對刀精度。2.3.1夾具的選擇機床夾具的種類很多，按使用的機床類型分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具等。而按專門化程度劃分來說，該零件使用的是立式加工中心。零件又屬于平面類零件，應使用通用夾具，通用夾具是已經(jīng)標準化、無需調整或稍加調整就可以用來裝夾不同工件的夾具。這里我們使用的是精密平口虎鉗，型號為CV-160V，適用于銑床、立式加工中心。參數(shù)如下：鉗口寬度B為160mm左右,鉗口高度H為63mm，鉗口最大張開度L為2

33、00mm，定位鍵槽寬度A為18mm。2.3.2刀具選擇選擇合適的刀具和參數(shù)，對于金屬切削加工，能起到事半功倍的效果。刀具材料選用硬質合金，鉆頭和鉸刀選用高速鋼。且切削速度比高速鋼高410倍，但其沖擊韌性與抗拉強度遠比高速鋼差。而銑刀種類繁多，在使用時要根據(jù)加工部位、表面粗糙度、精度等來選用，根據(jù)圖形的精度和加工部位來看，所選刀具卡見附錄。 零件一和零件二的粗加工用D15.8的平銑刀；零件一的四個凹槽和零件二的半精加工用D8的平銑刀；零件一和零件二的曲面精加工用D6R1的球刀。2.4確定工藝路線 （1）工序的劃分 在數(shù)控機床上加工零件與普通機加工相比，工序可以比較集中。根據(jù)數(shù)控加工的特點，數(shù)控加

34、工工序的劃分有幾種方法。 加工該零件按粗、精加工劃分工序，根據(jù)工件的加工精度要求、剛度和變形等因素，將零件的粗、精加工分開，先粗加工，后精加工。（2）工步的劃分劃分工步主要是從加工精度和效率方面考慮。合理的工藝不僅要保證加工出符合圖樣要求的工件，同時應使機床的功能得到充分發(fā)揮。因此，在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對工件的不同表面進行加工。對于比較復雜的工序，為了便于分析和描述，常在工序內(nèi)又細分工步。就本工件的加工而言，劃分時應注意一下幾點原則：同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，還是全部加工表面都先粗加工后精加工分開進行，主要要依據(jù)零件的精度要求考慮。對于既要加工平

35、面又要加工孔的地方，可以采用“先面后孔“原則劃分工步。先加工面可提高孔的加工精度，因為銑平面時切削力較大，工件易發(fā)生變形，而先銑平面后鏜孔，則可使其變形有一段時間恢復，減少由于變形引起的對孔的精度的影響。反之，如先鏜孔后銑面，則銑削平面時極易在孔口產(chǎn)生飛邊、毛刺，進而破壞孔的精度。按所用刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉時間比換刀時間短，可采用刀具集中的方法劃分工步，以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，提高加工效率。在一次裝夾中，盡可能完成所有能加工的表面，有利于保證表面相互位置精度的要求。 （3）加工順序的安排 加工順序的安排應根據(jù)零件的結構和毛皮狀況，結合定位和夾緊的需要一起考慮，重點應保證工件的

36、剛性不被破壞，盡量減少變形。加工順序的安排應遵循一些原則：基準先行。上道工序的加工能為后面的工序提供精基準和合適的夾緊表面。 先面后孔，先簡單后復雜。 先粗后精，粗、精分開。減少安裝次數(shù)。以相同定位、夾緊方式安裝的工序，最好接連進行，以減少重復定位次數(shù)、換刀和夾緊次數(shù)。零件一的加工路線05 凸臺和凹槽的粗加工 D15.8的平銑刀10 四個凹槽和中心凸臺的加工 D8平銑刀15 凸臺曲面的精加工 D6R1球刀零件二的加工路線05 凸臺的粗加工 D15.8的平銑刀10 凸臺的半精加工 D8平銑刀15 凸臺曲面的精加工 D6R1球刀2.5確定進給路線在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為進給

37、路線。進給路線不僅包括切削加工時的進給路線，還包括刀具到位、對刀、退刀和換刀等一系列過程的刀具運動路線。進給路線不僅反映了幾個內(nèi)容，也說明了加工順序。確定進給路線。主要是確定粗加工及空行程的進給路線，因為精加工的進給路線基本上是按零件的輪廓進行的。在確定時還要注意一些問題：（1）選擇工件剛性破壞小的路線，以減少加工變形對加工精度的影響。（2）尋求最短的進給路線，以提高加工效率。（3）切入和切出的路線應考慮外延，以保證加工的表面質量。（4）完工時的最后一刀應一次走刀連續(xù)加工，以免產(chǎn)生刀痕等缺陷。此外，確定進給路線時，還要考慮工件的形狀與剛度、加工余量大小、機床與刀具的剛度等情況，確定是一次進給還

38、是多次進給來完成加工，確定刀具的切入與切出方向以及在銑削加工中試采用順銑還是逆銑的銑削方式等。2.6切削用量的選擇 在一定切削條件下，合理選擇切削用量是提高切削效率、保證刀具耐用度和加工質量的主要手段。數(shù)控銑床的切削用量包括切削速度Vc、進給速度、背吃刀量和側吃刀量。切削用量的選擇方法是考慮刀具的耐用度，先選取背吃刀量或側吃刀量，其次確定進給速度，最后確定切削速度銑刀銑削速度的計算公式如下：注：t=2700其中t刀具耐磨時間（min）； d刀具直徑（mm）；f進給量（mm/r）；ap切削深度（mm）；V圓周速度（m/min）；ae銑削寬度（mm）；fz每齒進給量（mm）；z銑刀齒數(shù)；根據(jù)主軸轉

39、速和走刀量代入到以上的各種加工方式的切削速度計算公式可以算出它們的切削速度。2.6.1切削參數(shù)對機械加工的影響 （1）對加工質量的影響Vc的影響。因為Vc對切削溫度影響最大，所以Vc主要是通過來影響加工質量。隨著Vc的增加，上升，工件的溫升變形和刀具磨損加快，使誤差加大。同時，工件表面層的熱應力。金相組織也發(fā)生變化，使工件表面質量下降。f的影響。f主要是通過已加工表面的殘留面積來影響表面粗糙度的。在中等以上f時，降低f可降低表面粗糙度值;但當?shù)退偾邢鳎?.050.15mm/r）時，由于存在塑性變形故可使Ra增大。的影響。主要是通過切削力來影響加工質量的。隨著的增大，切削力成正比的增加，工藝系統(tǒng)

40、發(fā)生變形、振動等，使加工精度和表面粗糙度下降。（2）對刀具使用壽命的影響刀具耐用度T與刀具總刃磨次數(shù)n的乘積稱為刀具壽命。它是一把刀從開始到完全報廢所經(jīng)過的切削時間。對刀具壽命的影響主要從耐用度的影響來分析。Vc、f、增加時，刀具磨損加劇，耐用度降低，其中影響最大的是Vc，其次是f，影響最小的是，因此，貴重、精密的刀具是不宜采用高速切削和大進給量切削的。（3）對生產(chǎn)效率的影響在一定的切削條件下，合理選擇切削用量是提高切削效率、保證刀具耐用度和加工質量的主要手段。2.6.2背吃刀量（端銑）或側吃刀量（圓周銑）如圖3-7所示，背吃刀量為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm，端銑時為切削層深度

41、，圓周銑削時為被加工表面的寬度。側吃刀量為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm，端銑時為被加工表面寬度，圓周銑削時為切削層深度。端銑背吃刀量和圓周銑側吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質量要求決定。（1）工件表面粗糙度要求為Ra3.212.5m，分粗銑和半精銑兩步銑削加工，粗銑后留半精銑余量0.51.0mm。 圖3-7 銑刀銑削用量（2）工件表面粗糙度要求為Ra0.83.2m，可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削加工。半精銑時端銑背吃刀量或圓周銑削側吃刀量取1.52mm，精銑時圓周銑側吃刀量取0.30.5mm，端銑背吃刀量取0.51mm。該工件的表面粗糙度為Ra3.2，孔及型腔粗糙度為Ra1.

42、6，其余為Ra6.3。應采用粗銑、精銑，件一總余量為1mm,件二的總余量為2.2mm。2.6.3進給速度進給速度指單位時間內(nèi)工件與銑刀沿進給方向的相對位移，單位為mm/min。它與銑刀轉速n、銑刀齒數(shù)Z及每齒進給量 (單位為mm/z)有關。進給速度的計算公式： =Z n （3-1）式中:每齒進給量的選用主要取決于工件材料和刀具材料的機械性能、工件表面粗糙度等因素。當工件材料的強度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件剛性差或刀具強度低，值取小值,每齒進給量的選用參考表見表3-1。表3-1銑刀每齒進給量參考表工件材料每齒進給量 (mm/z)粗銑精銑高速鋼銑刀硬質合金銑刀高速鋼銑刀硬質合金銑刀鋼0

43、.100.150.100.250.020.050.100.15鑄鐵0.120.200.150.302.6.4切削速度Vc表3-3銑削時的切削速度參考表工件材料硬度（HBS）切削速度Vc (m/min)高速鋼銑刀硬質合金刀具鋼225184266150225325123654120鑄鐵325425621367519021366615019026091845901603204.5102130 銑削的切削速度與刀具耐用度T、每齒進給量、背吃刀量、側吃刀量以及銑刀齒數(shù)Z成反比，與銑刀直徑d成正比。其原因是、Z增大時，使同時工作齒數(shù)增多，刀刃負荷和切削熱增加，加快刀具磨損，因此刀具耐用度限制了切削速度的提

44、高。表3-3列出了銑削切削速度的參考值。而具體選用公式為=/1000 （3-2） 選用的參數(shù)如表3-4。表3-4銑削時的切削速度 刀具名稱D15.8立銑刀D8立銑刀D6R1立銑刀 銑削速度Vc(mm/min)160250200703UG造型與加工UG是一種功能強大的軟件，在本零件的造型中我們用到的是UG的建模和加工模塊。3.1實體建模 零件一在結構上主要是通過構造截面線，然后通過拉伸，將拉伸的實體進行修剪而成的，通過求布爾運算，倒圓角得到的。 零件二主要是通過一個底面圓的拉伸，在圓面上對一個構造曲面的拉伸，再通過一個曲面與上面拉伸體的切割，最后通過求布爾運算，倒圓角，完成實體構造。 零件一的實

45、體造型 零件二的實體造型3.2零件一的仿真加工過程3.2.1零件的概述 如圖零件一的尺寸范圍為92.4*84*25.2，有五個型腔和一個凸臺，采用毛坯大小，上部分尺寸為112*86*14，下部分尺寸為92.4*84*12.6。3.2.2工藝分析 工件坐標系原點設置。為了方便對刀，將工件的坐標系設置在零件的正中頂面。加工工步分析。根據(jù)零件的結構，分以下幾步對零件進行加工；第一步開粗，采用D15.8的平銑刀，考慮到刀具的切削負荷，所以每刀切削側向步距取3，采用分層切削，每層切削深度為，設置主軸轉速為，進給速度為。第二步半精加工，采用D8的平銑刀，采用分層加工，每層切削深度為，設置主軸轉速為，進給速

46、度為。第三步曲面精加工，采用D8R1的球刀，設置主軸轉速為，進給速度為。3.2.3零件一的粗加工 創(chuàng)建操作圖“創(chuàng)建操作”對話框型腔銑圖“型腔銑”對話框刀軌設置切削模式采用“跟隨周邊”圖切削模式切削策略，切削方向選擇逆銑，切削順序選擇“深度優(yōu)先”圖“策略”選項卡部件側面和底面余量均給0.3圖“余量”選項卡非切削移動，在進刀和退刀類型均選擇斜線圖“進刀和退刀”選項卡主軸轉速和進給率分別設置為800rpm和88mmpm圖主軸轉速和進給率生成導軌。在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框底部的生成圖標，生成如圖所示的粗加工刀軌圖 零件一的粗加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“

47、生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確定完成粗加工操作。圖零件一粗加工效果圖3.2.4零件一的半精加工 別的操作同上步，不同點為部件側面和底面余量均給0，主軸轉速和進給率，別設置為800rpm和88mmpm，在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框底部的生成圖標，生成如圖所示的半精加工刀軌。圖 零件一的半精加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確定完成粗加工操作。圖零件一半精加工效果圖3.2.5零件一的四

48、個凹槽精加工 別的操作同上步，不同點為部件側面和底面余量均給0，主軸轉速和進給率，別設置為800rpm和88mmpm，在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框底部的生成圖標，生成如圖所示的加工刀軌。圖 零件一的四凹槽加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確定完成粗加工操作。零件一的四凹槽加工效果圖3.2.6零件一的曲面精加工 別的操作同上步，不同點為部件側面和底面余量均給0，主軸轉速和進給率，別設置為1000rpm和80mmpm，在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框

49、底部的生成圖標，生成如圖所示的加工刀軌。圖 零件一的精加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確定完成精加工操作。圖零件一精加工效果圖3.3零件二的仿真加工過程3.3.1零件的概述 如圖零件二的尺寸范圍為，有兩個凸臺，采用毛坯大小為，3.2.2工藝分析 工件坐標系原點設置。為了方便對刀，將工件的坐標系設置在零件的正中頂面。加工工步分析。根據(jù)零件的結構，分以下幾步對零件進行加工；第一步開粗，采用D15.8的平銑刀，考慮到刀具的切削負荷，所以每刀切削側向步距取3，采用分層切削

50、，每層切削深度為，設置主軸轉速為，進給速度為。第二步半精加工，采用D8的平銑刀，采用分層加工，每層切削深度為，設置主軸轉速為，進給速度為。第三步曲面精加工，采用D8R1的球刀，設置主軸轉速為，進給速度為。3.3.2零件二的粗加工 別的操作同上步，不同點為部件側面和底面余量均給0.3，主軸轉速和進給率，別設置為1000rpm和80mmpm，在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框底部的生成圖標，生成如圖所示的加工刀軌。圖 零件二的粗加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確

51、定完成精加工操作。零件二的粗加工效果圖3.3.3零件二的半精加工別的操作同上步，不同點為部件側面和底面余量均給0.3，主軸轉速和進給率，別設置為1000rpm和80mmpm，在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框底部的生成圖標，生成如圖所示的加工刀軌。圖 零件二的半精加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確定完成精加工操作。零件二的半精加工效果圖3.3.4零件二的曲面精加工 別的操作同上步，不同點為部件側面和底面余量均給0，主軸轉速和進給率，別設置為2000rpm和1

52、00mmpm，在以上這些參數(shù)都設置完成之后，單擊對話框底部的生成圖標，生成如圖所示的加工刀軌。圖 零件二的曲面精加工刀軌檢驗導軌。在“可視化刀軌”對話框內(nèi)選擇“2D動態(tài)”，“生成IPW”選項選擇“粗糙”。單擊播放，通過這個可以看出刀軌是否正確，是否發(fā)生干涉，是否發(fā)生碰撞，單擊確定完成精加工操作。零件二的曲面精加工效果圖3.4后處理所有加工軌跡完成后，要對其進行后置處理，生成加工程序。首先選擇要輸出程序的項，再點擊“輸出CLSF”，設置好參數(shù)如圖自動即生成程序。后置處理部分后處理程序%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X-28.5749 Y-59.7027 S1000 M03N0050 G43 Z10. H00N0060 Z-.1N0070 G1 Z-3.1 F80. M08N0080 X-26.1234 Y-57.5399N0090 G3 X-23.7576 Y-55.3147 I-33.7407 J38.2435N0100 X-18.2034 Y-57.3827