機械畢業(yè)設計（論文）螺紋軸車削加工及數控車削機床仿真的研究

1、本科畢業(yè)設計論文本科畢業(yè)設計論文題題 目目 螺紋軸車削加工及數控車削機床仿真的研究專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 畢業(yè)時間 2021 年 6 月 畢業(yè) 任務書一、題目 螺紋軸車削加工及數控車削機床仿真的研究螺紋軸車削加工及數控車削機床仿真的研究二、研究主要內容 本課題來源于?飛機結構件高效數控加工系統(tǒng)研究?工程，研究內容和研究方法上的要求是針對螺紋軸車削加工的特點，進行刀路規(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、主要技術指標1完成指定翻譯文獻；2完成螺紋軸車削加工粗加工程編；3完成螺紋軸車削加工加工的程編；4.

2、完成螺紋軸車削加工虛擬仿真加工及生成 NC 指令；四、進度和要求要求學生畢業(yè)設計從第 1 周開始至第 17 周結束；主要的工作量及進度要求如下：第一階段：共計 5 周1第一周及第二周，翻譯并完成教師指定的英文文獻翻譯；2第三周，熟悉螺紋軸車削加工工藝及工藝模型處理；3. 第四周，去工廠現場參觀調研；設計論文4第五周，熟悉及掌握 CADCAM 軟件相關的螺紋軸車削加工方法；第二階段：共計 5 周1第六周及第七周，完成螺紋軸車削加工工藝模型建立和處理；2. 第八周，完成螺紋軸車削加工的粗加工編程；3. 第九周，完成螺紋軸車削加工精加工編程；3. 第十周，完成仿真加工及數控加工代碼生成；第三階段：共

3、計 5 周1 .第十一周，檢測螺紋軸車削加工程序的通用性；2第十二周，檢測螺紋軸車削加工刀路工藝規(guī)劃的合理性；3第十三周，進行刀路優(yōu)化、過切檢查;4. 第十四及第十五周，生成通用的數控指令(G 代碼和 M 代碼)； 5. 第十六周及第十七周，撰寫論文及評閱;五、主要參考書及參考資料1謝龍漢等. CATIAV5 數控加工M.北京：清華大學出版社，2005 年 4 月.2 謝龍漢等.CATIAV5 機械設計M.北京：清華大學出版社，2005 年 4 月.3 謝龍漢等.CATIAV5 機械設計應用實例M.北京：清華大學出版社，2005 年4 月.4 謝龍漢等.CATIAV5 逆向造型設計M.北京：清

4、華大學出版社，2005 年 4 月.5 謝龍漢等.CATIAV5 自由曲面造型M.北京：清華大學出版社，2005 年 4 月.6謝龍漢等.CATIAV5 數控加工實例M.北京：清華大學出版社，2005 年 4 月.7 卜昆等.計算機輔助制造M.北京：機械工業(yè)出版社，2006.學生學號 103306 學生姓名 指導教師 系主任 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706摘 要 隨著全球制造業(yè)競爭的日益劇烈，先進制造技術的不斷出現，現代數控加工技術的普遍應用，使得產品的加工周期大幅度縮短，產品的加工質量不斷改善，加速了產品的更新換代，增強了產品的競爭力。因此數控加工技術的研究已成為研究重點。在這

5、個計算機技術開展迅速，新科技日新月異的信息社會中，制造業(yè)也發(fā)生著革命性的變化。計算機模擬、仿真技術省去了大量的工作量，大大節(jié)約了原材料本錢，提高了生產效率。工廠里現在大局部機床使用的都是數控機床，數控加工出來的零件既符合外觀及精度有要求，又方便操作者進行操作。掌握計算機制造技術已經是新時代我們勢在必行的必須課。 作者在查閱和搜索大量與本畢業(yè)設計相關資料的根底上，對數控加工進行研究，并在老師的耐心指導下，首先分析零件模型，根據零件的外形特點，確定加工方法。利用 CATIA P3 V5R20 進行數控加工程序的編制，設計出該零件的 NC 加工方法，并且嘗試找出最合理的加工方法。從而進行零件的動態(tài)模

6、擬數控加工。此次設計中以螺紋軸為加工對象，利用粗車，精車，切空槽，切溝槽，鉆孔，鉆螺紋孔等進行加工。最后，結合 CATIA 中設計好了的模型實例展現了 VERICUT 環(huán)境下數控加工仿真的全過程。關鍵詞：粗車，精車，CATIA，仿真，VERICUTABSTRACTSince the competition of global manufacturing industry is increasingly intense, advanced manufacturing technologies appeared continuously. The general application of th

7、e 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 o

8、f 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. Als

9、o 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 f

10、ield of aviation is imperative.After looking up plenty of relevant articles, author researched the process technology of Numerical Control. Under the guidance of the teachers patience，author analysis the mold of the part at first and according to the shape characteristics of parts , assure the metho

11、d of processing. Finally utilized CATIA P3 V5R20 carrying on characteristic modeling and carry on Numerical Control establishment to process procedure and designed NC processing method of the part and try to find out the most reasonable method of processing .Thus the dynamic simulation Numerical Con

12、trol of carrying on the part is processed. Regarding thread spindle as the target of processing in this design . author has used Rough Turning operation, Profile Finish Turning operation, Recess Turning operation, Groove Turning operation, Drilling, Reverse Threading. Further，the whole process of NC

13、 simulation under VERICUT is shown combining with designed model instance in CATIAKEYWORDS: rough turning operation，profile finish turning operation，CATIA，simulation，VERICUT前 言近年來，隨著計算機技術的開展，數字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數控機械所代替。目前國外機械設備的數控化率已到達 85%以上，而我國的機械設備的數控化率缺乏 20%，隨著我國

14、制造行業(yè)新技術的應用，我國世界制造業(yè)加工中心地位形成，數控機床的使用、維修、維護人員在全國各工業(yè)城市都非常緊缺，再加上數控加工人員從業(yè)面非常廣，可在現代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè)、中小制造業(yè)、從事相應公司企業(yè)的電腦繪圖、數控編程設計、加工中心操作、模具設計與制造、 電火花及線切割工作，所以目前現有的數控技術人才無法滿足制造業(yè)的需求，而且人才市場上的這類人才儲藏并不大，企業(yè)要在人才市場上尋覓適宜的人才顯得比擬困難，以至于導致模具設計、CAD/CAM 工程師、數控編程、數控加工等已成為我國各人才市場招聘頻率最高的職位之一?，F代數控加工技術的普遍應用，使得產品的加工周期大幅度縮短，產品的加工質量

15、不斷改善，加速了產品的更新換代，增強了產品的市場競爭能力。因此數控加工技術的研究已成為衡量一個國家機械制造工業(yè)的重要標志之一，更是表達一個機械制造企業(yè)技術水平的重要標志。正是基于上述形勢，許多制造行業(yè)都已經采用數控加工方式來提高產品的競爭力。此外，利用和開展數控加工，實現高效數控加工已成為了制造類企業(yè)所普遍關心的大事。進一步提高我國國防軍工行業(yè)的數控效率以及數控制造能力，是加強軍工國防建設的迫切需要。目錄目錄第一章第一章 緒論緒論 .91.1 課題研究的意義 .91.2 CATIA 軟件的簡單介紹.91.3 VERICUT 軟件的簡單介紹.10第二章第二章 螺紋軸右端加工螺紋軸右端加工 .11

16、初始化 CATIA 加工環(huán)境.112.2 螺紋軸的粗加工 .152.3 螺紋軸的精加工 .233.4 端面加工.302.5 空槽加工.32溝槽加工.372.7 鉆孔.42鉆螺紋孔.46第三章第三章 螺紋軸左端加工螺紋軸左端加工 .503.1 拷貝加工程序 .50粗車.503.3 精車.52切溝槽.533.5 加工螺紋.55第四章第四章 VERICUTVERICUT 數控仿真加工數控仿真加工.58數控加工仿真技術概述.584.2 數控加工仿真技術的操作步驟.614.3 數控加工的開展趨勢 .624.4 VERCUT 仿真加工步驟.63第五章第五章 總結與展望總結與展望 .745.1 論文總結.7

17、45.2 后續(xù)展望.75參考文獻參考文獻 .77致謝致謝 .78畢業(yè)設計小結畢業(yè)設計小結 .79第一章 緒論1.11.1 課題研究的意義課題研究的意義隨著科學技術的飛速開展和經濟競爭的日趨劇烈，產品更新的速度越來越快，多品種、中小批量生產的比重明顯增加。同時，隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工業(yè)消費品生產的高速增長，復雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高。此外，劇烈的市場競爭要求產品研制、生產周期越來越短，傳統(tǒng)的加工設備和制造方法已難以適應這種多樣化、柔性化與復雜形狀零件的高效、高質量加工要求。因此，近幾十年來，世界各國十分重視開展能有效解決復雜、精密、小批量、多變零件加工的數控加工技術。在機械

18、制造業(yè)中，大量采用以微電子技術和計算機技術為根底的數控技術，并將機械技術與現代控制技術、傳感檢測技、信息處理技術、網絡通信技術有機地結合在一起，使其生產方式發(fā)生了革命性變化。因此研究該課題意義在于使數控技術和數控機床不斷更新換代，向高速度、多功能、智能化、開放型以及高可靠性等方面迅速發(fā)開展。1.21.2 CATIACATIA 軟件的簡單介紹軟件的簡單介紹CATIA 是法國的產品開發(fā)旗艦解決方案。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個重要組成局部，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，并支持從工程前階段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。新的 V5 版本界面更加友好，功能也日趨

19、強大，并且開創(chuàng)了 CAD/CAE/CAM 軟件的一種全新風格。CATIA V5 版本具有： 1.重新構造的新一代體系結構為確保 CATIA 產品系列的開展，CATIA V5 新的體系結構突破傳統(tǒng)的設計技術，采用了新一代的技術和標準，可快速地適應企業(yè)的業(yè)務開展需求，使客戶具有更大的競爭優(yōu)勢。CATIA V5 對于開發(fā)過程、功能和硬件平臺可以進行靈活的搭配組合，可為產品開發(fā)鏈中的每個專業(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公司的需要。CATIA V5 是在 Windows NT 平臺和 UNIX 平臺上開發(fā)完成的，并在所有所支持的硬件平臺上具有統(tǒng)一的數據

20、、功能、版本發(fā)放日期、操作環(huán)境和應用支持。CATIA V5在 Windows 平臺的應用可使設計師更加簡便地同辦公應用系統(tǒng)共享數據；而 UNIX 平臺上 NT 風格的用戶界面，可使用戶在 UNIX 平臺上高效地處理復雜的工作。CATIA V5 結合了顯式知識規(guī)那么的優(yōu)點，可在設計過程中交互式捕捉設計意圖，定義產品的性能和變化。隱式的經驗知識變成了顯式的專用知識，提高了設計的自動化程度，降低了設計錯誤的風險。CATIA V4 和 V5 具有兼容性，兩個系統(tǒng)可并行使用。對于現有的 CATIA V4 用戶，V5 能引領他們邁向 NT 世界。對于新的 CATIA V5 客戶，可充分利用 CATIA V

21、4 成熟的后續(xù)應用產品，組成一個完整的產品開發(fā)環(huán)境。本次設計主要用到 CATIA 軟件中的仿真加工局部。1.31.3 VERICUTVERICUT 軟件的簡單介紹軟件的簡單介紹VERICUT 可以是可以進行 NC 程序的驗證、機床的模擬和 NC 程序的優(yōu)化的一款數控模擬仿真軟件，它是美國的 CGTech 公司于 1988 年開發(fā)的，現在已經開展到了 VT7.3版本。該軟件的根本思想就是在進行真實的加工之前，盡可能真實的在虛擬的環(huán)境里模擬加工的整個過程和加工的結果，防止在真實的加工中出現零件的過切、欠切，防止發(fā)生機床碰撞，并最大程度的優(yōu)化 NC 程序、延長刀具使用壽命，提高的加工的效率和加工質量

22、。程序驗證就是驗證程序的正確性，說的通俗一點就是檢查 G 代碼的正確性。任何一個機械加工廠，其最根本也是最簡單的要求就是要盡量提高零件的合格率。就是這樣一個簡單的根本要求，機械加工廠并不是那么容易就能到達。影響零件合格率的因素有很多，最根本、最重要的就是加工工藝方案和數控加工程序，因為這兩個因素是根本、源頭，是指導生產零件的，二者出現錯誤，報廢或造成故障的就不是單個零件，而是一批零件，造成的損失也是巨大的。因此，我們要杜絕加工工藝方案和數控加工程序出現錯誤，對于加工工藝方案，在此不多作表達，是可以通過人的校對來保證其正確性的，但是對于數控加工程序，這樣是不能保證其正確性的，特別是復雜的 NC

23、程序，人工校對根本不可能，VERICUT 的 NC 程序驗證功能很好的解決了這個問題。機床模擬就是模擬加工過程中機床各個組件之間的相互運動，其過程和真實機床一樣，這樣就可以檢查機床碰撞，防止發(fā)生，這樣就很好保護了機床，延長機床的使用壽命。NC 程序優(yōu)化可以最大限度的優(yōu)化加工的進給率，計算最適宜刀具長度，提高生產效率，延長刀具使用壽命，提高刀具使用效率。對于企業(yè)來說，VERICUT 的這三個根本功能的目標很明確：提高加工零件的合格率，提高機床和刀具的使用效率，幫助企業(yè)降低生產本錢，提高生產效率，增強企業(yè)的核心競爭力，使之在劇烈的競爭中處于不敗之地。因此，對于從事機械加工行業(yè)的人來說，學習和掌握V

24、ERICUT 就顯得尤為重要。本次設計主要用到 VERICUT 中的仿真局部。第二章 螺紋軸右端加工a)翻開毛坯翻開毛坯在 CATIA 中翻開螺紋軸毛坯并進入到加工環(huán)境毛坯為 R105 X 570b)b) 選擇機床選擇機床在此，選擇 Horizontal Lathe Machine臥式車床 ，機床的各種參數都不用修改，使用默認值。c)c) 選擇坐標系選擇坐標系把坐標系名稱命名為 XOY，位置固定于左側軸心處，并定義 Z 軸方向沿軸向。d)d) 選取幾何圖形選取幾何圖形在 Geometry 中選擇加工零件以及毛坯。e)e) 然后指定刀具起點位置然后指定刀具起點位置 positionpositio

25、n為了進退刀方便，指定刀具起點位置為200 0 800 。2.22.2 螺紋軸的粗加工螺紋軸的粗加工a)a) 進入粗車環(huán)境進入粗車環(huán)境選擇制造程序，然后點擊 Rough Turning operation 進入粗車。選擇毛坯元素和零件元素。b)b) 設置加工余量設置加工余量1、加工余量：為了保證零件的質量精度和粗糙度值，在加工過程中，需要從工件外表上切除的金屬層厚度，稱為加工余量。加工余量又有總余量和工序余量之分。2、總余量：某一外表毛坯尺寸與零件設計尺寸之差稱為總余量。 3、工序余量：該外表加工相鄰兩工序尺寸之差稱為工序余量。工序余量有單邊余量和雙邊余量之分1單邊余量： 非對稱結構的非對稱外

26、表的加工余量，稱為單邊余量，用 Zb 表示。 表 2-1 余量公式 Zbla-lb 式中：Zb本工序的工序余量； lb本工序的根本尺寸； la上工序的根本尺寸。2雙邊余量：對稱結構的對稱外表的加工余量，稱為雙邊余量。 對于外圓與內孔這樣的對稱外表，其加工余量用雙邊余量 2Zb 表示， 對于外圓外表有： 2Zbda-db； 2-1 對于內圓外表有： 2ZbDb-Da 2-2總余量=所有工序余量之和加工余量確實定計算法、查表法和經驗估計法 1經驗估算法：靠經驗估算確定，從實際使用情況看，余量選擇都偏大，一般用于單件小批生產。2查表法(各工廠廣泛采用查表法)：根據手冊中表格的數據確定，應用較多。3分

27、析計算法(較少使用)：根據實驗資料和計算公式，綜合確定，比擬科學，數據較準確，一般用于大批大量生產。加工余量選取原那么加工余量選取原那么 余量過大材料浪費，本錢增大；余量過小不能糾正加工誤差，質量降低。所以，在保證質量的前提下，選余量盡可能小。c)c) 刀具的選擇刀具的選擇刀具的選擇原那么： a.刀具半徑 R 應小于零件內輪廓的最小曲率半徑，約為 R min. b.切削深度取(1/41/2)D，以保證刀具有足夠的加工剛度。數控加工對刀具的要求很高。不僅要剛度好、精度好，還要使用壽命長。1)材料: 優(yōu)質高速鋼,硬質合金,耐磨涂層,陶瓷材料等2)類別: 種類繁多車刀可分為：整體車刀焊接車刀 ：其優(yōu)

28、點是結構簡單，緊湊，刀具剛度好，抗振性能強，制造方便， 適用靈活。其缺點是切削性能較低，刀桿不能重復利用，輔助時間常。機夾車刀可轉位車刀：使用可轉位刀片的機夾車刀。其優(yōu)點是刀具使用壽命常，生產效率高，有利于推廣新技術，新工藝，有利于降低刀具本錢。(5)成形車刀：用在各類車床上加工內，外回轉體成形外表，其刀形根據工件輪廓設計。該種車刀有平體，棱體，圓體三種型式。車刀的切削局部由主切削刃、副切削刃、前刀面、后刀面和副后刀面等組成。它的幾何形狀由前角 o、后角 o、主偏角 r、刃傾角 s、副偏角 r 和刀尖圓弧半徑 r 所決定。車刀幾何參數的選擇受多種因素影響，必須根據具體情況選取。圖 2.10 車

29、刀參數刀柄：主軸與刀具的聯系環(huán)節(jié), 用以夾持刀具作用：傳遞扭矩、夾持刀具分類：普通刀柄 液壓刀柄 圖 2.11 刀片參數d)d) 走刀方式走刀方式走刀路線的規(guī)劃走刀路線是指數控加工過程中刀位點相對于被加工工件的運動軌跡。 確定走刀路線的原那么： a. 保證零件的加工精度和光潔度b. 方便數值計算，減少程序段數c. 縮短走刀路線，減少空程d. 易于增加零件剛性e盡量防止刀具在加工中向下f. 刀具軌跡變化盡量做到平緩g. 精加工最好采用順圖 2.13 縱向走刀e)e) 轉速和切削速度的選擇轉速和切削速度的選擇1、轉速 一般與直徑有關系，徑大的轉速低，徑小的轉速高，提高它的線速度。與吃刀量大小也有關

30、系。 2、切削速度 vc 切削速度 vc 是刀具切削刃上選定點相對于工件的主運動瞬時線速度。由于切削刃上各點的切削速度可能是不同，計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度。當主運動為回轉運動時： 2-2式中 d切削刃上選定點的回轉直徑，mm; n主運動的轉速，r/s 或 r/min. f)f) 進退刀方向進退刀方向選擇垂直進刀，水平退刀。g)g) 形成刀軌形成刀軌h)h) 動畫仿真動畫仿真單擊進入仿真環(huán)境，選擇，然后單擊進行仿真演示。i)i) 分析余量和過切分析余量和過切在 Video 窗口中選擇 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工

31、件是否有過切現象。到此步為止就完成了螺紋軸的右端粗車加工。2.32.3 螺紋軸的精加工螺紋軸的精加工a)a) 進入精車加工環(huán)境進入精車加工環(huán)境選擇精加工零件外表，零件的加工余量設為零。b)b) 選擇走刀方式選擇走刀方式刀具的走刀方式為外部走刀c)c) 刀具參數刀具參數刀具參數的設定同粗加工，參數不變，刀片的參數也不變d)d) 切削速度及轉速切削速度及轉速1) 切削速度與切削溫度理論理論核心：Vc Tv 上升一定程度后到達極限之后 高速加工的特點： Vc Tv 高轉速+高進給+小切削量2) 轉速(S)確實定： 如果有切削參數庫，可直接查切削參數庫； 否那么，根據實際經驗,并配合刀具廠家提供的刀具

32、切削線速度vc (m/min) 查表計算來確定。刀具廠商根據被切削材料、刀具材料、切削深度、切削寬度等建立了刀具切削線速度 vc(m/min)查詢表主軸轉速n (r/min)根據允許的切削速度vc (m/min)選取 2-3 D-工件或刀具的直徑 (mm)400300200100切切削削速速度度 （m m/ /m mi in n) )傳傳遞遞熱熱量量( (k kW W) )0.51.01.52.05000切切屑屑刀刀具具工工件件高高速速切切削削刀刀具具、工工件件、切切屑屑吸吸收收的的熱熱量量1000cvnD由上述理論，此次精加工選擇較大進給量 0.4mm_turn，較高轉速 1500turn_

33、mn。e)e) 進退刀方向進退刀方向選擇垂直進刀，水平退刀。 f)f) 模擬仿真加工模擬仿真加工單擊進入仿真環(huán)境，選擇，然后單擊進行仿真演示。g)g) 分析余量和過切分析余量和過切圖 2.28 余量分析在 Video 窗口中選擇 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工件是否有過切現象。圖 2.29 過切分析2.42.4 端面加工端面加工a)a) 進入粗車加工環(huán)境進入粗車加工環(huán)境 選擇零件元素與毛坯元素其中的余量設為零，走刀方式為端面走刀，其余參數設置同上述的粗加工走刀方式走到軌跡b)b) 仿真加工及分析仿真加工及分析單擊進入仿真環(huán)境，選

34、擇，然后單擊進行仿真演示。2.52.5 空槽加工空槽加工a)a) 進入空槽加工環(huán)境進入空槽加工環(huán)境選擇加工的零件元素和毛坯元素由于空槽加工可以一步到位，所以不用預留余量。b)b) 選擇刀具走刀方式選擇刀具走刀方式平行外形走刀，徑向切削深度設為 1mm。c)c) 定義空槽加工刀具定義空槽加工刀具選擇直刃刀具，其余參數使用系統(tǒng)默認值。圖 2.37 刀具參數d)d) 定義刀具刀片定義刀具刀片左刀尖半徑=右刀尖半徑=0.2mm。圖 2.38 刀片參數e)e) 進給速度與轉速同粗加工進給速度與轉速同粗加工f)f) 進退刀方式進退刀方式g)g) 仿真加工仿真加工單擊進入仿真環(huán)境，選擇，然后單擊進行仿真演示

35、。h)h) 剩余材料與過切分析剩余材料與過切分析在 Video 窗口中選擇 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工件是否有過切現象。a)a) 進入溝槽加工環(huán)境進入溝槽加工環(huán)境單擊 Groove Turning operation 進入溝槽加工模塊，b)b) 選擇要加工的零件元素和毛坯元素選擇要加工的零件元素和毛坯元素由于可以一步完成加工，所以不用留余量。c)c) 走刀方式走刀方式在 strategy 中選擇 orientation 為外部走刀。d)d) 選擇刀具并定義刀具參數選擇刀具并定義刀具參數在刀具選項中選擇切槽刀，在 More 中

36、定義各種參數。在 Hand Style 中選擇Left Hand,其中的最大切削深度定位 20mm防止刀具與工具干預。e)e) 切削深度和轉速切削深度和轉速切削深度不要太大，其中 Lead_in = 0.1 mm_turn；First_plunge = 0.3 mm_turn；Next_plunge = 0.4 mm_turn；Lift_off = 0.8 mm_turn。轉速=1500turn_mn。f)f) 進退刀方向進退刀方向選擇進到方向為水平進刀，由用戶自己定義，并激活；選擇推刀方向為垂直退刀，由用戶自己定義，并激活。g)g) 刀軌及仿真加工刀軌及仿真加工單擊進入仿真環(huán)境，選擇，然后單

37、擊進行仿真演示。h)h) 分析過切分析過切在 Video 窗口中選擇 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工件是否有過切現象。2.72.7 鉆孔鉆孔a)a) 進入鉆孔加工環(huán)境進入鉆孔加工環(huán)境單擊 Drilling 進入鉆孔加工。b)b) 選擇鉆孔加工位置選擇鉆孔加工位置在鉆孔位置出單擊，然后再選擇零件上的孔，之后在空白處雙擊。c)c) 鉆孔方式選項鉆孔方式選項在 approach clearance 中取 5 mm，first compensation 默認取 1。d)d) 選擇鉆刀參數選擇鉆刀參數首先單擊刀具，然后選擇 Drill,之

38、后翻開 More 選項，選擇 nominal diameter = 30mm，overall length = 200mm, cutting length = 100mm, length =150mm, body diameter = 33mm,其余參數默認。e)e) 進給速度與轉速進給速度與轉速選擇 approach = 300mm_turn, plunge = 10 mm_turn，machining = 800 mm_turn，retract = 300 mm_turn，spindle speed = 1500turn_mn。 f)f) 進退刀方向進退刀方向進刀和退刀都由用戶自己定義并激

39、活，進刀選擇垂直方向，退刀也選擇垂直方向。g)g) 仿真加工仿真加工單擊進入仿真環(huán)境，選擇，然后單擊進行仿真演示。h)h) 過切分析過切分析在 Video 窗口中選擇 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工件是否有過切現象。a)a) 進入鉆螺紋孔環(huán)境進入鉆螺紋孔環(huán)境單擊 Reverse Threading 進入鉆螺紋孔加工環(huán)境。b)b) 選擇鉆螺紋孔加工位置選擇鉆螺紋孔加工位置c)c) 鉆螺紋孔方式選項鉆螺紋孔方式選項在 approach clearance 中取 5 mm，first compensation 默認取 1。a)a) 選

40、擇鉆刀參數選擇鉆刀參數首先單擊刀具，然后選擇 Reverse Threading,之后翻開 More 選項，選擇 nominal diameter = 30mm，overall length = 200mm, cutting length = 100mm, length = 150mm, body diameter = 33mm，其余參數默認。d)d) 進給速度與轉速進給速度與轉速選擇 approach = 300mm_turn, plunge = 10 mm_turn，machining = 1mm_turn，retract = 300 mm_turn，spindle speed = 150

41、0turn_mn。都是默認值。e)e) 進退刀方向進退刀方向進刀和退刀都由用戶自己定義并激活，進刀選擇垂直方向，退刀也選擇垂直方向。該步驟同上一章的鉆孔進退刀步驟。f)f) 仿真加工仿真加工 單擊 進入仿真環(huán)境，選擇 ，然后單擊 進行仿真演示。第三章 螺紋軸左端加工3.13.1 拷貝加工程序拷貝加工程序拷貝，然后選擇性粘貼，簡單粘貼，刪除其中的空槽加工局部，端面加工局部，鉆孔加工局部以及螺紋孔加工局部。留下粗車，精車和切溝槽局部。單擊 Part Operation.2 中的粗車局部，修改其中的零件元素和毛坯元素，其他的各種參數都不用改。然后仿真加工，分析是否有過切現象在 Video 窗口中選擇

42、 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工件是否有過切現象。修改精車中的零件元素，其他的各種參數都不用改。然后仿真加工修改其中的零件元素和毛坯元素，其他的各種參數都不用改。仿真加工之后分析過切現象。Video 窗口中選擇 Analyze 進入到 Analysis 選項卡，選擇 Gouge,然后點應用,主要分析刀具對工件是否有過切現象。 過切分析3.53.5 加工螺紋加工螺紋a)a) 進入螺紋加工環(huán)境進入螺紋加工環(huán)境單擊進入螺紋加工，然后按要求選擇起止位置和零件元素。b)b) 選擇螺距選擇螺距螺紋用 ISO 標準，orientation 為

43、 external，螺距=3mm。c)c) 選擇螺紋刀具參數選擇螺紋刀具參數圓柱螺紋主要幾何參數外徑大徑，與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相重合的假想圓柱體直徑。螺紋的公稱直徑即大徑。內徑小徑，與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相重合的假想圓柱體直徑。中徑，母線通過牙型上凸起和溝槽兩者寬度相等的假想圓柱體直徑。螺距，相鄰牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。導程，同一螺旋線上相鄰牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。牙型角，螺紋牙型上相鄰兩牙側間的夾角。螺紋升角，中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之間的夾角。d)d) 進給速度與轉速進給速度與轉速進給速度 Vf(單位 mm/min)：刀具上的基準點沿著刀具軌跡

44、相對于工件移動時的速度。計算公式： Vf=n*fz*z; (3-1)(n 為刀具或工件轉速.單位為 r/min，fz 為每齒進給量,z 為刀齒數)。圖 3.14 進給率和轉速e)e) 進退刀進退刀第四章 VERICUT 數控仿真加工仿真技術是一門多學科的綜合性技術，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術為根底，以計算機和專用設備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設想的系統(tǒng)進行動態(tài)試驗。數控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程，是驗證數控加工程序的可靠性和預測切削過程的有利工具，以減少工件的試切，提高生產效率。 試切環(huán)境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面是數控仿真研究熱點，目前正向提高模型的精確度

45、、仿真計算實時化和改善圖形顯示的真實感等方向開展。 數控仿真可分為幾何仿真和物理仿真 幾何仿真不考慮切削參數、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具-工件幾何體的運動，驗證NC程序的正確性，減少或消除因程序錯誤而導致的機床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報廢等問題 幾何仿真根據數控程序，仿真工藝系統(tǒng)部件的幾何相對運動切削過程仿真機床運動仿真加工仿真的應用： 防止碰撞，降低事故發(fā)生率 驗證加工路線是否合理 防止了試切過程 實現工藝參數的優(yōu)化選取物理仿真的產生背景 新材料、新結構應用 研制過程中的廢品率高 新刀具、涂層、冷卻液及加工技術應用 以前積累的工藝參數不再適用，加工效率得不到提升 依靠試切方

46、式進行新產品的研發(fā) 產品研發(fā)周期長，無法全面預估潛在的加工問題 需要采用科學的分析方法，在盡可能少浪費情況下對任何材料、任何工件以及 減少研發(fā)周期與試生產時間 加工工藝進行分析，指導實際生產 可更快的引入新材料與新工藝 物理仿真物理仿真是在幾何仿真的根底上，在數控加工過程中添加切削動態(tài)力學特性，用來預測數控機床的加工條件產生的一些參數的變化，如：刀具的磨損、刀具的振動以及變形，從而相應的調節(jié)切削參數，到達優(yōu)化切削過程的目的。 數控仿真加工技術主要針對數控機床而言，使用特定的數控加工軟件對工件的加工過程進行模擬仿真，一方面可以對在加工過程中，所用到的數控程序進行檢驗，制定出更加合理的加工程序，另

47、一方面還可以對加工期間出現的一些問題進行提前預知，并制定出相應的解決方案，到達提高生產效率的目的。物理仿真的作用：切削參數范圍優(yōu)化 預測切屑形狀和切削力 研究切削溫度與應力分布 研究刀具磨損和失效形式 研究機床-工件-刀具系統(tǒng)動態(tài)響應 研究工件加工外表完整性 數控加工仿真存在問題 幾何仿真技術的應用不夠全面缺乏機床庫，軟件中機床配置繁瑣現有軟件運行占用計算機資源嚴重仿真時間冗長仿真過程和結果與實際運行仍有差異 物理仿真與生產實際結合的遠遠不夠計算模型與實際過程存在差異邊界條件的選取依賴于實際切削工況應結合生產實際開展加工過程的優(yōu)化 目前幾何仿真和物理仿真正在走向集成和融合本文主要基于VERIC

48、UT軟件的平臺，進行幾何仿真的應用技術研究。加工外表粗糙度影響刀具的結構形狀和切削用量；4.24.2 數控加工仿真技術的操作步驟數控加工仿真技術的操作步驟 建立機床模型：數控機床模型由幾何模型和運動學模型構成，幾何模型由VERICUT軟件模塊所提供的根本體素的運算所構成，運動學模型那么根據機床的運動關系建立。 選擇機床控制系統(tǒng)：軟件本身提供了近百種配有制造商提供的機床控制文件庫, 支持國內和國外的許多控制系統(tǒng)，包括從三坐標到五坐標的各種數控系統(tǒng),足以滿足了用戶的實際需要。如果控制系統(tǒng)不能滿足用戶要求,可以把已有的控制系統(tǒng)參加到控制系統(tǒng)庫文件中進行操作。 添加夾具和毛坯實體選擇刀具，并建立刀具庫

49、，向模擬數控機床添加相應的工件夾具，調入NC程序，按照要求設定機床相應參數。 數控機床模型的建立可以按照上述方法來完成，本文數控機床模型即是按照上述步驟來建立的，本文所建立的數控機床模型為數控立式銑床，數控立式銑床為加工非回轉工件效率最高的機床，立式數控銑床的加工空間大，所以在有限的空間內，其加工能力比其他類型的機床強的多。Bridgeport機床為三軸立式數控銑床，該機床具有高剛性，熱穩(wěn)定性的主軸，獨特的載重式導軌結構設計，提高了導軌的剛性、吸振性以及外表接觸性能。4.34.3 數控加工的開展趨勢數控加工的開展趨勢當前數控的開展趨勢主要是以下三大趨勢：第一：多任務機床的使用會越來越廣泛?，F代

50、的機床正朝多功能、多主軸、多通道或多個運動軸的方向開展。CIMdata 所了解的最復雜的機床已經開展到 22 軸，像這種機床的編程和使用都會很復雜。很多的 NC 軟件商都想能夠熟悉、支持這種復雜的機床，這樣就可以成為該領域的佼佼者。隨著技術的進步，使用的多通道、多主軸的復合加工機床將會越來越多?，F在用得最多的就是車銑復合機床，在這種機床上可以同時進行車和銑的操作。以車削為主的機床，一般是四軸雙刀塔另外一種使用的比擬多的機床就是機床有兩個主軸，一個主主軸一個副主軸，主主軸還帶 B 軸，加工時，該機床可以同時進行車和銑的操作，其每一個主軸都可以夾緊零件，零件的兩端都可以進行加工。為了能有效的利用這

51、種多功能機床，就需要特殊的軟件來編程控制刀具的移動、模擬機床的加工過程。然而對于機床操作者來說，機床模擬就是最重要的，因為在模擬的過程中可以看見零件最終的加工狀態(tài)，防止機床碰撞，優(yōu)化數控程序。第二：五軸加工越來越多。五軸加工在航空航天領域和葉片加工已經應用了好多年，并且在模具制造行業(yè)，五軸加工使用的越來越廣泛。在歐洲，五軸加工已經成為制造業(yè)的主流機床。加工有復雜幾何外形的零件時，如果使用五軸機床，不僅可以減少工序，還可以減少換刀次數，有些情況下還可以縮短刀具的工作長度，這樣就能很好的提高加工質量好額刀具壽命。除此之外，五軸機床的價格也日益低廉，新的編程軟件的自動化成都也提高了，更容易學習和掌握

52、。第三：高速銑。高度銑技術已經日趨成熟，大多數的工廠都在使用這種技術。支持高速銑的軟件必須要能夠快速的傳輸數據，并且較少刀軌的突然變向，保持切屑體積的恒定，這樣就可以對答限度的延長刀具的使用壽命，加工出外表質量很好的零件。第四：更加真實的模擬。機床模擬、刀軌驗證的一些軟件已經有了很大的進步，像 Machine-Works、CGTech 一些公司在這方面奉獻比擬大。整個加工過程的真實的模擬包括機床工具、刀柄、機床組件、切削刀具、零件毛坯都會給使用者在視覺上對機床的動作有很好的了解。模擬刀軌就需要驗證刀軌的精確性。碰撞、過切、切削不完全和任何和目標零件之間的偏離都會被顯示出來。通過過程毛坯與零件模

53、型的比擬，剩余的材料那么可以顯示出來。這些軟件還可以提供加工的零件的真實的照片。并且驗證和模擬軟件和編程軟件的交互程度變得越來越高。對于編程者、工藝員和機床操作者來說，驗證中間過程變得越來越重要。除此之外，隨著機床控制器變得功能越來越強大，功能越來越多，有些機床可以在自己的控制器進行機床模擬。在加工零件的同時，機床能預先對程序進行模擬，這樣就能在碰撞發(fā)生之前檢測到碰撞，這樣機床就會停止運行，保護機床。 WFL 就有這種功能 。西門子在 CAM 軟件開發(fā)和機床控制器制造的主導者，他們已經在他們的CAM 軟件中參加了世紀控制機床的代碼，像 G 和 M 代碼，這樣就能在 CAM 軟件中進模擬所有的實

54、際的機床運動。這樣機床模擬和刀軌驗證就更加的真實。機床造者在進行某個實際加工，就可以虛擬的進行下一個程序的加工。4.44.4 VERCUTVERCUT 仿真加工步驟仿真加工步驟根本步驟主要包括以下幾個方面：1. 控制系統(tǒng)2. 機床結構3. 定義毛坯4. 對刀機床坐標系與工件坐標系重合5. 構建刀具庫6. 添加 NC 程序，開始仿真4.4.14.4.1 控制系統(tǒng)和機床結構控制系統(tǒng)和機床結構a) 首先雙擊 vericut圖標，翻開該軟件。b) 然后選擇 、，建立一個新的操作工程。c) 點擊，選擇，找到文件并翻開。得到一個控制系統(tǒng)為fan15im.ctl，機床為 3_axis 的新工程。在夾具的第二

55、個模型中選擇“方塊，然后在模型選項中輸入毛坯的長=200mm、寬=120mm、高=55mm。圖 4.6 定義毛坯移動坐標系，使之與設定的加工程序原點重合。 機床坐標系、編程坐標系和造型(建模)坐標系三者之間既有聯系又有區(qū)別,均符合右手規(guī)那么。 1 1、機床坐標系、機床坐標系(XNCYNCZNC)(XNCYNCZNC)：數控機床本身的坐標系，其方向由生產商設定, 原點在機床安裝調試中設置 ，一般不做更改。2 2、造型坐標系、造型坐標系(XYZ)(XYZ) ：設計人員在利用計算機建模時設定的坐標系，其方向原點無任何限制。為了便于編程計算和檢查加工程序, 盡量使造型坐標系和編程坐標系重合。3 3、編

56、程坐標系、編程坐標系(XMYMZM)(XMYMZM)：工藝人員在編程時設定的坐標系，其方向必須與機床坐標系一致。零件的找正： 調整零件的裝夾方向使編程坐標系與機床坐標系平行,并找出零件編程坐標系原點 OM 在機床坐標系 XNCYNCZNC 中的坐標位置的過程,為零件的找正。編程原點坐標值可記入機床的專用指令G51G59,自動實現兩坐標間的轉換。i.i.坐標系原點定義坐標系原點定義：加工坐標系原點是數控加工中刀具運動的基準點。程序中刀位點的坐標計算以該點為基準，所以也稱為程序原點。它可以設在零件面上、夾具外表上或機床工作臺面上，但必須與零件的定位基準有的準確關系。程序原點應盡量選擇在零件的設計基

57、準或工藝基準上。ii.ii.確定原那么：確定原那么：(1).便于數學處理，簡化程序(2).機床上易找正(3).加工過程易于檢查點擊 ,選擇，然后點擊，之后再將鼠標放在毛坯的外表中心處單擊鼠標左鍵加工坐標系選在外表中位置，這樣就將坐標系對齊。雙擊，新建加工所用的刀具。1. 雙擊第一把刀，選擇第三個道具組件，直徑D=16mm，角圓半徑R=1mm，高H=100mm，刃長=50mm，刀柄直徑=16mm。如下圖：2. 雙擊第二把刀，選擇第三個道具組件，直徑D=6mm，角圓半徑R=3mm，高H=60mm，刃長=30mm，刀柄直徑=10mm。如下圖：4.4.54.4.5 添加添加 NCNC 加工程序加工程序

58、點擊，添加已經導出的 NC 加工程序。4.4.64.4.6 仿真加工仿真加工首先選擇重置模型，再點擊仿真到末端。在信息中翻開數控程序，可以觀察到仿真步驟與數控程序的同步性。第五章 總結與展望5.15.1 論文總結論文總結在近三多月的畢業(yè)設計時間里，在指導教師認真的輔導下，完成了畢業(yè)設計任務書中的全部內容。對 CATIA 軟件數控加模塊及 VERICUT 仿真軟件有了一定的了解和掌握，為從事數控加工方面的工作打下了根底，本人深感受益匪淺。 通過辛勤努力，主要完成的工作有： 在CATIA加工模塊中會根據不同的加工類型選擇機床系統(tǒng)，加工坐標系以及加工起點的設定。 利用車床編制粗加工及精加工程序，并進

59、行了模擬仿真加工。分析了剩余材料及過切現象，取得較為滿意的仿真加工結果。 利用車床編制了空槽加工程序和溝槽加工程序，驗證分析后并獲得了較為理想的數據。 使用鉆孔命令編制了鉆孔程序，并進行了模擬仿真加工。 利用車床中的車螺紋命令編制了軸端外螺紋的加工程序，并進行模擬仿真加工。 通過一個案例驗證完成了 VERICUT 仿真，了解了 VERICUT 仿真加工的一般流程，具有一定的工程應用價值。通過這一階段的畢業(yè)設計鍛煉，對 CATIA 軟件中的加工局部有了根本的認識。但是 CATIA 軟件的精通并非幾個月就可以完成的，正所謂“冰凍三尺非一日之寒，所以需要大量的時間來練習和熟悉才能夠慢慢掌握。所以我在今后的工作和學習中將認真繼續(xù)努力學習，掌握好 CATIA 軟件的除了加工模塊以外的其他