薄壁零件的數(shù)控工藝分析及自動編程加工

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薄壁零件的數(shù)控工藝分析及自動編程加工摘要數(shù)控技術(shù)是技術(shù)性極強的工作，尤其在機械加工領(lǐng)域應用最為廣泛，所以這要求從業(yè)人員具有很高的機械加工工藝知識，數(shù)控編程知識和數(shù)控操作技能。此次的設計任務是對零件的加工工藝設計與程序編制及加工，利用繪圖軟件 AutoCAD 將零件的二維圖畫出來,然后用 UG 軟件畫出三維圖形,再接著設計幾個方案。方案的關(guān)鍵在于以生成最佳的刀具路徑、利用最短的時間內(nèi)加工出零件,且加工工序最優(yōu),加工出來的零件的工藝符合設計圖紙的要求。根據(jù)這些要求選擇最佳的加工工藝方案，填寫工藝卡片，工序卡片。用軟件編寫加工程序,并且進行仿真驗證得到加工效果圖。關(guān)鍵詞：加工工藝；編程；加工AbstractNumerical control technology is a highly technical work, especially in the field of mechanical processing is the most widely used, so this requires practitioners to have machining process knowledge is very high, CNC programming knowledge and skills. The design task is to the parts processing process design and programming and processing, the drawing software AutoCAD will be out of the picture parts in 2D, and then use UG software to draw the three-dimensional graphics, then several design schemes. The scheme is the key to generate the tool path, the best use of the shortest processing time of parts, and the processing procedure of optimal, processing out of the parts meet the requirements of design drawings. According to the requirements of processing scheme of the best choice, fill in the process cards, process cards. Using software to program the processing procedure, and carries on the simulation verification has been processing effect chart.Keywords: processing technology; programming; processing目錄摘要 ..................................................................2Abstract..............................................................3目錄 ..................................................................4第一章 緒論 ...........................................................6第二章 零件的工藝分析 .................................................72.1 零件的結(jié)構(gòu)特點分析.............................................72.2 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 ...........................................92.3 零件的技術(shù)要求分析............................................102.4 確定毛坯......................................................112.4.1 毛坯類型.................................................112.4.2 毛坯余量確定.............................................122.4.3 毛坯圖...................................................12第三章 零件的工藝規(guī)程設計 ............................................143.1 加工順序的安排 ................................................143.3 定位基準的選擇................................................143.4 夾具以及裝夾方式具的選擇 ......................................143.5 制訂工藝路線..................................................153.6 選擇刀具與切削用量 ............................................173.6.1 選擇切削刀具.............................................173.6.2 選擇切削用量.............................................183.8 數(shù)控加工工藝卡片擬訂 ..........................................19第四章 零件的程序編制及仿真 ..........................................204.1 數(shù)控編程的定義及分類..........................................204.1.1 數(shù)控編程的定義...........................................204.1.2 數(shù)控編程的分類 ..........................................204.2 編程原點的確定................................................204.3 數(shù)控加工程序代碼的編寫........................................2244.3.2 自動編程.................................................224.3.3 后處理...................................................234.4 數(shù)控加工仿真..................................................27總 結(jié) .............................................................30參考文獻 .............................................................31第一章 緒論當今世界,工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視,競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床,以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來,歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭,已形成一條無形戰(zhàn)線,特別是隨微電子、計算機技術(shù)的進步,數(shù)控機床在 20 世紀 80 年代以後加速發(fā)展,各方用戶提出更多需求,早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。根據(jù)市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢，我國數(shù)控機床重點推進高效、精密為核心的數(shù)控機床，加強民展性能、高可靠性數(shù)控功能部件，積極開展復合加工機床、超精密數(shù)控機床和可重構(gòu)制造系統(tǒng)的工程化研究等機械加工裝備產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎，鐨的民展一直備受人們關(guān)注。它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進成為先進制造技術(shù)的一項核心技術(shù)?，F(xiàn)代機械制造業(yè)的高技術(shù)趨勢，促進機械制造業(yè)發(fā)展的有信息技術(shù)管理科學、計算機科學、系統(tǒng)科學、經(jīng)濟學、物理學、數(shù)學、生物學等機械制造業(yè)發(fā)展的方向主要是有切削加工技術(shù)的研究、精密、超精密加工技術(shù)和納米加工技術(shù)的研究、先進制造技術(shù)的研究。目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。數(shù)控加工技術(shù)是數(shù)控專業(yè)必須重視的課程。這次的課題對于數(shù)控專業(yè)的學生來說是一個對數(shù)控加工技術(shù)的學習及總結(jié)。課題涉及機械制造基礎、機械機構(gòu)的設計、實體設計軟件及仿真軟件。對平時所學的理論知識是一個全面的考核，讓學生系統(tǒng)的運用所學知識，讓學生更好的掌握知識。讓學生在專業(yè)知識上分析問題、解決問題的能力有一定的提高。數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。6世界各國信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對市場的適應能力和競爭能力。工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在"高精尖"數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，對國際民生的一些重要行業(yè)國防、汽車等的發(fā)展起著越來越重要的作用，這些行業(yè)裝備數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢，如：橋式三、五坐標高速數(shù)控龍門銑床、龍門移動式五坐標 AC 擺角數(shù)控龍門銑床、龍門移動式三坐標數(shù)控龍門銑床等。隨著數(shù)控系統(tǒng)核心處理器性能的進步，目前高速加工中心進給速度最高可達80m/min，空運行速度可達 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為 100m/min，加速度達 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達 60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3 小時，在普通銑床加工需 8 小時。隨著伺服控制技術(shù)和傳感器技術(shù)的進步，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，機床可以執(zhí)行亞微米級的精確運動。在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm 提高到 5μm，精密級加工中心則從 3～5μm，提高到 1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。由于計算機硬件的標準化和模塊化，以及軟件模塊化，開放化技術(shù)的日益成熟，數(shù)控技術(shù)開始進入開放化的階段。開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性。美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學計劃和技術(shù)規(guī)范的制定，預示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。我國在 2000 年也開始進行中國的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。隨著產(chǎn)品外觀曲線的復雜化致使模具加工技術(shù)必須不斷升級，對數(shù)控系統(tǒng)提出了新的需求。機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。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7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。8第二章 零件的工藝分析2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點分析如圖 2.1 所示零件圖(圖若不清晰,詳見 CAD 零件圖)，分析其加工工藝性。圖 1.1 零件 CAD 圖紙9圖 1.3 零件三維圖從上圖 1.3 零件三維圖，我們可以看出,零件主要由薄壁、凸臺、半圓形凸臺、通孔、臺階孔組成 從這些結(jié)構(gòu)中更可以看出，該零件結(jié)構(gòu)比較簡單。但在 0.78mm 薄壁加工時，需要注意。2.2 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析零件主要由通孔、凸臺、凹槽、圓弧面孔組成。其中尺寸精度和表面粗糙度如圖所示。零件材料為 45 鍛鋼，熱處理調(diào)質(zhì)硬度 250-300HBS。該形狀比較簡單，但是工序復雜，表面質(zhì)量和精度要求高，所以從精度要求上考慮，定位和工序安排比較關(guān)鍵。為了保證加工精度和表面質(zhì)量，根據(jù)毛胚形狀和尺寸，分析采用兩次定位（一次粗定位，一次精定位）裝夾加工完成，按照基準面先主后次、先近后遠、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原則依次劃分工序加工.。2.3 零件的技術(shù)要求分析102.3.1 零件分析從圖中分析得知，該零件的技術(shù)要求主要如下：（1）外輪廓部分外形 150×120 的精度等級為 IT12 級，表面粗糙度為 Ra3.2um。下表面的粗糙度為Ra3.2um，半圓弧凸臺及薄壁的粗糙度為 Ra1.6um；。（2）凸臺部分半圓弧凸臺輪廓的精度為 IT8，表面粗糙度要求為 Ra1.6um，需要進行粗精加工方能達到要求；尺寸尺寸 104×99 薄壁輪廓及相關(guān)直線圓角的精度為 IT8，表面粗糙度為Ra1.6um，需要進行粗精加工方能達到要求；深度尺寸 8 的精度等級為 IT8 級，01.?表面粗糙度要求為 Ra3.2um，可直接粗銑即可。（3）孔孔 Φ10 的精度等級為 IT7 級，表面粗糙度為 Ra1.6um；通孔需要進行鉆→鉸021.?加工。（4）未注表面未注尺寸加工面的精度等級按 IT12 級進行控制，表面粗糙度按 Ra3.2um 控制。2.4 確定毛坯2.4.1 毛坯類型毛坯是用來加工各種工件的坯料,毛坯的生產(chǎn)方法主要有:鑄造、鍛造、焊接、沖壓件,以及各種型材也可以用作毛坯。（一）鑄件 對形狀較復雜的毛坯，一般可用鑄造方法制造。目前大多數(shù)鑄件采用砂型鑄造，11對尺寸精度要求較高的小型鑄件，可采用特種鑄造，如永久型鑄造、精密鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造成和離心鑄造等。（二）鍛件鍛件毛坯由于經(jīng)鍛造后可得到連續(xù)和均勻的金屬纖維組織。因此鍛件的力學性能較好，常用于受力復雜的重要鋼質(zhì)零件。其中自由鍛件的精度和生產(chǎn)率較低，主要用于小批生產(chǎn)和大型鍛件的制造。模型鍛造件的尺寸精度和生產(chǎn)率較高，主要用于產(chǎn)量較大的中小型鍛件。（三）型材型材主要有板材、棒材、線材等。常用截面形狀有圓形、方形、六角形和特殊截面形狀。就其制造方法，又可分為熱軋和冷拉兩大類。熱軋型材尺寸較大，精度較低，用于一般的機械零件。冷拉型材尺寸較小，精度較高，主要用于毛坯精度要求較高的中小型零件。（四）焊接件焊接件主要用于單件小批生產(chǎn)和大型零件及樣機試制。其優(yōu)點是制造簡單、生產(chǎn)周期短、節(jié)省材料、減輕重量。但其抗振性較差，變形大，需經(jīng)時效處理后才能進行機械加工。（五）其它毛坯其它毛坯包括沖壓件，粉末冶金件，冷擠件，塑料壓制件等。由于本零件精度要求不高，零件為板材，所以選用 型材作為本次零件的毛坯。2.4.2 毛坯余量確定毛坯圖的尺寸都是在零件圖尺寸的基礎上，加減總加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的設計基準一般同零件圖一致。筆者認為這種設計方法并不合理，這是因為從毛12坯尺寸的作用來講并不要求它和零件圖一致，對它提出的要求是:(1)保證它在機械加工時有最均勻合理的粗加工余量：(2)保證非加工面與加工面有最準確的位置及尺寸。根據(jù)該零件的圖紙要求，由于零件并不是很長，因此可以直接采用型材毛坯（板材） ，根據(jù)毛坯余量的合理選擇給毛坯 XYZ 六個面單邊各留有 1 mm 的余量。2.4.3 毛坯圖由毛坯余量的選擇，可確定零件的毛坯尺寸為 152×122×27mm 其毛坯如圖 1.5所示。圖 1.5 零件毛坯圖 13第三章 零件的工藝規(guī)程設計3.1 加工順序的安排工件的機械加工工藝路線中要經(jīng)過切削加工、熱處理和輔助工序。因此，當擬定工藝路線時要合理、全面安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序。切削加工工序的安排原則1）基準先行 選為精基準的表面，應先進行價格，以便為后續(xù)工序提供可靠的精基準。如軸類零件的中心孔、箱體的地面或剖分面、齒輪的內(nèi)孔和一端面等，都應安排在初始工序加工完成。2）先粗后精 各表面均應按照粗加工→半精加工→精加工的順序依次進行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、裝配面、工作面） ，后加工次要表面（如自由表面、鍵槽、螺紋孔等） ，次要表面常穿插進行加工，一般安排在主要表面達到一定精度之后、最終精加工之前。該零件的加工順序應嚴格按照以上原則進行加工。3.3 定位基準的選擇（1）粗基準的選擇：選擇毛坯上下表面中任意一面以及毛坯的外輪廓其中一對邊為粗基準。（2）精基準的選擇：以底面及銑削后的外輪廓為精基準定位，銑上表面及凸臺，外形，凹槽、孔等部位。3.4 夾具以及裝夾方式具的選擇14（1）夾具的選擇數(shù)控加工對夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度；二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通?？紤]以下幾點： 1）盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間。 2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 3）裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。 4）夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。圖 1.6 精密平口鉗本零件需要使用數(shù)控銑床進行加工，并且為板類零件，由零件圖得，精密平口鉗更穩(wěn)定，方便裝夾。所以選著精密平口鉗為本次夾具（如圖 1.6） ，方便快捷，減少加工時間和費用。15圖 1.7 夾緊方式本零件使用通用虎鉗，夾持工件左右端面，下面使用登高墊鐵支撐，防止在加工過程中，切削力過大，工件移動或掉落。使用登高墊鐵，應把等高墊鐵擦干，保持放置面沒有雜物。這樣才能保證零件加工精度。3.5 制訂工藝路線制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)（生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，決定了所應選用的工藝方法和工藝裝備。 ）已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性的機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。加工工序如下。1. 鉆孔加工，選用 Φ9.8mm 麻花鉆2. 組加工銑削 Φ26mm 孔，選用 Φ12mm 立銑刀。163. 粗加工橢圓太，選用 Φ12mm 立銑刀4. 粗加工方鍵，選用 Φ12mm 立銑刀5. 粗加工薄壁外形，選用 Φ12mm 立銑刀6. 粗加工中部凸臺，選用 Φ12mm 立銑刀7. 精加工中部凸臺，選用 Φ10mm 立銑刀8. 精加工薄壁外形，選用 Φ10mm 立銑刀9. 精加工方鍵，選用 Φ10mm 立銑刀10. 精加工橢圓臺，選用 10mm 立銑刀11. 精銑 Φ26mm 孔，選用 Φ10mm 立銑刀12. 擴孔加工，選用 Φ11.8mm 麻花鉆13. 鉸孔加工，選用 Φ10mm、Φ12mm 機用鉸刀14. R3 倒角加工，選用 Φ10mm 立銑刀15. 去毛刺16. 終檢、入庫3.6 選擇刀具與切削用量3.6.1 選擇切削刀具該零件的數(shù)控加工中主要為銑凹槽、銑凸臺、鉆孔，具體的刀具選擇情況表 3.1所示。表 3.1 數(shù)控加工刀具卡片刀具編號 刀具名稱 刀具規(guī)格 刀片材料 加工表面T01 立銑刀 Φ16 鎢鋼 粗加工銑削輪廓17T02 立銑刀 Φ12 鎢鋼 精加工銑削輪廓T03 中心鉆 3 高速鋼 打中心孔T04 麻花鉆 Φ9.8 高速鋼 鉆孔T05 麻花鉆 Φ11.8 高速鋼 鉆孔T06 鉸刀 Φ10 高速鋼 鉸孔T07 鉸刀 Φ12 高速鋼 鉸孔T09 R3 球刀 R3 鎢鋼 曲面加工3.6.2 選擇切削用量切削用量：“三要素”是指刀具在切削過程中的運動參數(shù)。“三要素”是指：切削速度，進給量，背吃刀量。選擇切削用量時考慮的因素：（1）切削加工生產(chǎn)率在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素 ap、f、v 均保持線性關(guān)系，即其中任一參數(shù)增大一倍，都可使生產(chǎn)率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約，當任一參數(shù)增大時，其它二參數(shù)必須減小。因此，在制訂切削用量時，三要素獲得最佳組合，此時的高生產(chǎn)率才是合理的。 （2）刀具壽命 切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序為 v、f、ap。因此，從保證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時，首先應采用盡可能大的背吃刀量；然后再選用大的進給量；最后求出切削速度。（3）加工表面粗糙度精加工時，增大進給量將增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工時抑制生產(chǎn)18率提高的主要因素。在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素 ap、f、v 均保持線性關(guān)系，即其中任一參數(shù)增大一倍，都可使生產(chǎn)率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約，當任一參數(shù)增大時，其它二參數(shù)必須減小。因此，在制訂切削用量時，三要素獲得最佳組合，此時的高生產(chǎn)率才是合理的。 綜上所述，該零件的銑削用量請查看表 3.2。表 3.2 數(shù)控加工切削用量表加工表面主軸轉(zhuǎn)速（r/min）背吃刀量（mm） 進給速度（mm/min）粗加工銑削輪廓 1800 1 300精加工銑削輪廓 2000 0.5 250打中心孔 1500 0.2 60鉆孔 1000 —— 50鉸孔 300 —— 303.8 數(shù)控加工工藝卡片擬訂將前面分析的各項內(nèi)容綜合成數(shù)控加工工藝卡片。表 3.3 零件數(shù)控加工工藝卡卡夾具名稱 機用平口虎鉗 使用設備 銑削加工中心零件數(shù)控加工工藝卡 程序編號 O001工序 工步內(nèi)容 刀具 主軸轉(zhuǎn)數(shù) 進給速度 被吃刀19號 (r/min) (mm/min) 量/mm1鉆孔加工，選用 Φ9.8mm 麻花鉆T04 100 180 32組加工銑削 Φ26mm 孔，選用Φ12mm 立銑刀。T02 1200 300 0.53粗加工橢圓太，選用 Φ12mm 立銑刀T02 2500 2500 14粗加工方鍵，選用 Φ12mm 立銑刀T02 2500 2500 15粗加工薄壁外形，選用 Φ12mm立銑刀T02 2500 180 0.56粗加工中部凸臺，選用 Φ12mm立銑刀T02 2500 180 0.57精加工中部凸臺，選用 Φ10mm立銑刀T10 2500 180 0.58精加工薄壁外形，選用 Φ10mm立銑刀T10 800 250 29精加工方鍵，選用 Φ10mm 立銑刀T10 850 150 110精加工橢圓臺，選用 10mm 立銑刀T10 500 800 0.2511精銑 Φ26mm 孔，選用 Φ10mm立銑刀T10 2500 800 12012擴孔加工，選用 Φ11.8mm 麻花鉆T05 850 150 113鉸孔加工，選用Φ10mm、Φ12mm 機用鉸刀T06 500 800 0.2514R3 倒角加工，選用 Φ10mm 立銑刀T10 2500 800 0.215 去毛刺16 終檢、入庫21第四章 零件的程序編制及仿真4.1 數(shù)控編程的定義及分類4.1.1 數(shù)控編程的定義編程是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。4.1.2 數(shù)控編程的分類數(shù)控編程主要分為手工編程與自動編程。（1）手工編程 整個程序的編制過程是由人工完成的。這要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備有機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。（2）自動編程 用計算機把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作有計算機來實現(xiàn)。4.2 編程原點的確定編程原點選擇原則（1）編程原點英語零件的設計基礎和工藝基準盡量重合，避免產(chǎn)生誤差及不必要的尺寸換算。（2）容易找正、對刀且對刀誤差小。（3）編程方便。22（4）對稱零件的編程原點應選在零件的對稱中心。（5）在毛胚上的編程原點應容易準確的確定，且加工余量均勻。為了方便加工時的操作，選擇原點在 XY 的交點上，Z 向為工件表面。圖 4.1 零件工件原點4.3 數(shù)控加工程序代碼的編寫4.3.2 自動編程在建好模之后就是加工了， 加工就是對零件圖的幾何元素進行數(shù)據(jù)定義，根據(jù)工藝規(guī)程輸入各種參數(shù)，如：切削深度、每次切深、加工余量、刀具參數(shù)、起刀點、退刀點等各種切削用量和參數(shù)。231. 選擇創(chuàng)建刀具 ，彈出對話框（圖 4.3）選中 ，輸入刀具體名稱（圖4.3） 。點擊選擇進入對話框，輸入刀具參數(shù)（圖 4.4）刀具直徑為 16，長度為 75mm，刀刃為 2。后面的刀具也以此方法創(chuàng)建。圖 4.3 對話框 圖 4.4 刀具參數(shù)242. 選擇創(chuàng)建幾何體 ，彈出對話框（圖 4.5） 。選中 ，輸入幾何體名稱。點擊確定，進入對話框（圖 4.6） ，設置安全距離為 10mm，點擊選擇自動判斷 選擇工件上表面，建立工件坐標系。 （圖 4.7）圖 4.5 幾何體對話框 圖 4.6 指定 MCS圖 4.7 建立工件坐標系3.選擇創(chuàng)建幾何體 ，彈出對話框（圖 4.8） 。選中 ，輸入幾何體名稱。25點擊確定，進入對話框（圖 4.9） 圖 4.8 工件幾何體對話框 圖 4.9 毛坯對話框4.點擊 指定部件，進入對話框，選擇幾何體，選中要加工的零件（圖 4.10） 。點擊 指定毛坯，進入對話框（圖 4.11 ）選中自動塊，毛坯創(chuàng)建完成。 圖 4.10 指定毛坯 圖 4.11 毛坯選擇264.點擊 按鈕 出現(xiàn)選擇第二個 型腔銑 mill-contour 進入設置切削參數(shù)，選擇需要的銑刀。刀軌的設置選擇 跟隨部件的銑切削方式，刀具平面直徑為百分之 75 每刀深度為 1mm，切削方式為層優(yōu)先。如下圖（圖 4.12） 。圖 4.12 切削參數(shù)設定27圖 4.13 切削參數(shù)設定對切削參數(shù)進行設定,選擇順銑,層優(yōu)先的模式。鏈接方式選擇優(yōu)化，開放刀路中，選擇變換切削方向。這樣可以減少加工刀路，節(jié)約加工時間。28圖 4.14 非切削移動設定進刀方式選擇螺旋方式，直徑為刀具的百分之九十，斜坡角為 15°高度為 3mm，29高度起點為前一層。開放式刀路為線性，長度為刀具直徑百分之五十。高度為 3mm。退刀方式為與進到相同。圖 4.15 進給率和速度根據(jù)查表得，主軸轉(zhuǎn)速為 2000，切削進給為 250，點擊確定即可。用自動化編程軟件 UG 在計算機上進行刀具位置軌跡 計算，選取控制元素和島嶼等，計算機生成刀位文件。動態(tài)顯示刀具軌跡，刀路軌跡可進行編修。零件刀路軌跡如下圖。30圖 4.16 粗加工刀路軌跡 圖 4.17 精加工刀路軌跡31（二）創(chuàng)建刀具（1）在“創(chuàng)建操作”工具條中選擇“創(chuàng)建刀具”命令，進入“創(chuàng)建刀具”對話框。（2）先在“創(chuàng)建刀具”對話框中的類型選擇項內(nèi)選擇“drill”，然后在“刀具子類型”選項欄中選擇“麻花鉆頭（DRILLING-TOOL）”圖標，并輸入刀具名稱DRILLING-TOOLD11，然后單擊“應用”，進入“刀具參數(shù)”對話框，設置參數(shù)后單擊“確定”，完成刀具的創(chuàng)建。32圖 4.18 刀具參數(shù)設定（二）創(chuàng)建操作（1）在加工創(chuàng)建工具條中，單擊“創(chuàng)建操作”命令，系統(tǒng)將彈出“創(chuàng)建操作”對話框。（2）在“創(chuàng)建操作”對話框中，選擇“類型”中選擇“drill”，然后在“操作子類型”中，選擇型腔銑模板圖標 PECK-DRILLING 啄鉆。在“創(chuàng)建操作”對話框中設置其他參數(shù)：程序、刀具、幾何體、方法、名稱。在“創(chuàng)建操作”對話框中單擊“確定” ，指定孔、指定部件表面、指定底面、指定循環(huán)方式、進給和速度，如圖 4.19 所示。33圖 4.19 參數(shù)設定最后點擊確定，點擊生成刀路，得到如下圖刀路軌跡。圖 4.20 鉆孔加工路軌跡 4.3.3 后處理34加工完之后輸出CLS刀具軌跡源文件然后生成機床數(shù)控系統(tǒng)所能接受的數(shù)控代碼。生成G代碼的過程：加工完成后就要生成G代碼了如下點擊 文件按鈕,后選擇需要的系統(tǒng)后處理文件，設定文件名字，點擊確定 即可生成G代碼。如下圖4.21圖4.21 程序后處理以下為部分加工程序，由于自動編程程序量過大，詳細程序單見附錄1G17 G90 G54G40 G49 G80(Tool_Name = ZT10)(DIA. = 10.00 R = 0.00Length = 50.00)G91 G28 Z0.0M06T01G00 G90 X38. Y0.0 S1000 M03G43 G00 Z7. H00G81 X38. Y0.0 Z-29.504 R7. F50.G80M05 M09(Tool_Name = ZT12)(DIA. = 12.00 R = 0.00Length = 50.00)G91 G28 Z0.0M06T02G00 G90 X-50. Y43. S800 M03G43 G00 Z7. H00G81 X-50. Y43. Z-30.105 R7. F50.G81 X53. Y-43. Z-30.105G80M05(Tool_Name = 16)(DIA. = 16.00 R = 0.00Length = 75.00)G91 G28 Z0.0M06T03G00 G90 X-62.412 Y75.698 S0 M03G43 G00 Z10. H00G00 Z2.G01 X-62.412 Y75.698 Z-1. F250. M08G01 X-67.142 Y67.698 Z-1.G03 X-70.692 Y60.964 I67.142 J-39.698G01 X-77.067 Y47.293 Z-1.G03 X-82.698 Y29.84 I67.067 J-31.274G01 X-84.192 Y21.981 Z-1.G01 X-90.698 Y21.981 Z-1.G01 X-90.698 Y21.981 Z2.G00 Z10.G00 X-90.698 Y-21.981G00 Z2.G01 X-90.698 Y-21.981 Z-1.G01 X-84.192 Y-21.981 Z-1.G01 X-82.698 Y-29.84 Z-1.G03 X-77.067 Y-47.293 I72.698 J13.821G01 X-70.692 Y-60.964 Z-1.G03 X-67.142 Y-67.698 I70.692 J32.964G01 X-52.727 Y-67.698 Z-1.G02 X-59.816 Y-55.893 I52.727 J39.698G01 X-66.191 Y-42.222 Z-1.G02 X-72. Y-16.02 I56.191 J26.202G01 X-72. Y16.02 Z-1.G02 X-66.191 Y42.222 I62. J0.0G01 X-59.816 Y55.893 Z-1.G02 X-52.727 Y67.698 I59.816 J-27.893G01 X-36.607 Y67.698 Z-1.G03 X-48.941 Y50.821 I36.607 J-39.698G01 X-55.315 Y37.151 Z-1.G03 X-60. Y16.02 I45.315 J-21.131G01 X-60. Y-16.02 Z-1.G03 X-55.315 Y-37.151 I50. J0.0G01 X-48.941 Y-50.821 Z-1.G03 X-36.607 Y-67.698 I48.941 J22.821G01 X-13.715 Y-67.698 Z-1.G02 X-38.065 Y-45.75 I13.715 J39.698G01 X-44.44 Y-32.079 Z-1.G02 X-48. Y-16.02 I34.44 J16.059G01 X-48. Y16.02 Z-1.G02 X-44.44 Y32.079 I38. J0.0G01 X-38.065 Y45.75 Z-1.G02 X-13.715 Y67.698 I38.065 J-17.75G01 X-6.154 Y70.31 Z-1.G01 X-6.154 Y75.698 Z-1.G01 X-6.154 Y75.698 Z2.G00 Z10.G00 X62.412 Y-75.698G00 Z2.G01 X62.412 Y-75.698 Z-1.G01 X67.142 Y-67.698 Z-1.G03 X70.692 Y-60.964 I-67.142 J39.698G01 X77.067 Y-47.293 Z-1.36G03 X81.628 Y-34.605 I-67.067 J31.274G03 X82.698 Y-34.279 I-19.881 J67.117G01 X82.698 Y-21.571 Z-1.G02 X71.392 Y-24.68 I-20.951 J54.084G02 X66.191 Y-42.222 I-61.392 J8.66G01 X59.816 Y-55.893 Z-1.G02 X52.727 Y-67.698 I-59.816 J27.893G01 X36.607 Y-67.698 Z-1.G03 X48.941 Y-50.821 I-36.607 J39.698G01 X55.315 Y-37.151 Z-1.G03 X60. Y-16.02 I-45.315 J21.131G01 X60. Y-13.454 Z-1.G03 X82.698 Y-8.44 I1.747 J45.967G01 X82.698 Y5.734 Z-1.G02 X48. Y1.416 I-20.951 J26.778G01 X48. Y-16.02 Z-1.G02 X44.44 Y-32.079 I-38. J0.0G01 X38.065 Y-45.75 Z-1.G02 X13.715 Y-67.698 I-38.065 J17.75G01 X6.154 Y-70.31 Z-1.G01 X6.154 Y-75.698 Z-1.G01 X6.154 Y-75.698 Z2.G00 Z10.G00 X32.226 Y75.698G00 Z2.G01 X32.226 Y75.698 Z-1.G01 X25.458 Y67.698 Z-1.G03 X24.231 Y66.106 I16.795 J-14.21G01 X20.79 Y61.191 Z-1.G03 X17.182 Y52.593 I18.021 J-12.619G01 X20.937 Y44.117 Z-1.G01 X17.182 Y52.593 Z-1.G03 X-27.189 Y40.679 I-17.182 J-24.593G01 X-33.564 Y27.008 Z-1.G03 X-36. Y16.02 I23.564 J-10.988G01 X-36. Y-16.02 Z-1.G03 X-33.564 Y-27.008 I26. J0.0G01 X-27.189 Y-40.679 Z-1.G03 X27.189 Y-40.679 I27.189 J12.679G01 X33.564 Y-27.008 Z-1.G03 X36. Y-16.02 I-23.564 J10.988G01 X36. Y16.02 Z-1.G03 X34.495 Y24.738 I-26. J0.0G01 X27.63 Y33.083 Z-1.G01 X34.495 Y24.738 Z-1.G01 X49.129 Y14.491 Z-1.G03 X79.769 Y19.894 I12.619 J18.021G01 X82.698 Y24.077 Z-1.G01 X90.698 Y35.502 Z-1.G01 X90.698 Y35.502 Z2.G00 Z10.G00 X90.698 Y40.232G00 Z2.G01 X90.698 Y40.232 Z-1.G01 X82.698 Y50.748 Z-1.G03 X77.808 Y55.449 I-17.509 J-13.32G01 X60.314 Y67.698 Z-1.G01 X53.431 Y57.868 Z-1.G01 X70.925 Y45.619 Z-1.G02 X73.38 Y31.692 I-5.736 J-8.192G01 X69.939 Y26.777 Z-1.G02 X56.012 Y24.321 I-8.192 J5.736G01 X33.075 Y40.381 Z-1.G02 X30.62 Y54.308 I5.736 J8.192G01 X34.061 Y59.223 Z-1.G02 X47.988 Y61.679 I8.192 J-5.736G01 X53.431 Y57.868 Z-1.G01 X53.431 Y57.868 Z2.G00 Z10.G00 X-35.371 Y-21.703G00 Z2.G01 X-35.371 Y-21.703 Z-1.G01 X-23.661 Y-19.08 Z-1.G02 X-24. Y-16.02 I13.661 J3.06G01 X-24. Y16.02 Z-1.G02 X-22.688 Y21.936 I14. J0.0G01 X-16.314 Y35.607 37Z-1.G02 X16.314 Y35.607 I16.314 J-7.607G01 X22.688 Y21.936 Z-1.G02 X24. Y16.02 I-12.688 J-5.917G01 X24. Y-16.02 Z-1.G02 X22.688 Y-21.936 I-14. J0.0G01 X16.314 Y-35.607 Z-1.G02 X-16.314 Y-35.607 I-16.314 J7.607G01 X-22.688 Y-21.936 Z-1.G02 X-23.661 Y-19.08 I12.688 J5.917G01 X-31.468 Y-20.828 Z-1.G01 X-31.468 Y-20.828 Z2.G00 Z10.G00 X-62.412 Y75.698G00 Z1.G01 X-62.412 Y75.698 Z-2.G01 X-67.142 Y67.698 Z-2.G03 X-70.692 Y60.964 I67.142 J-39.698G01 X-77.067 Y47.293 Z-2.G03 X-82.698 Y29.84 I67.067 J-31.274G01 X-84.192 Y21.981 Z-2.G01 X-90.698 Y21.981 Z-2.G01 X-90.698 Y21.981 Z1.G00 Z10.G00 X-90.698 Y-21.981G00 Z1.G01 X-90.698 Y-21.981 Z-2.G01 X-84.192 Y-21.981 Z-2.G01 X-82.698 Y-29.84 Z-2 （由于篇幅問題，詳細數(shù)控加工程序件附件）.4.4 數(shù)控加工仿真隨著現(xiàn)代技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在機械制造行業(yè)中的廣泛應用，已成為社會的生產(chǎn)支柱，企業(yè)使用數(shù)控設備的領(lǐng)域也越來越廣，特別是高性能數(shù)控機床的需求將有較大幅度的增長。因此，21 世紀機械制造行業(yè)的競爭主要就是體現(xiàn)數(shù)控技術(shù)能力的競爭。這就急需培養(yǎng)一大批既有現(xiàn)代科學技術(shù)，又有現(xiàn)實生產(chǎn)能力的中等人才，經(jīng)過職業(yè)技能訓練，能夠在工廠第一線或技術(shù)部門從事數(shù)控機床編程與操作、使用與維修及維護等。那么，如何能夠在中等職業(yè)技術(shù)學校中，更高效的完成數(shù)控專業(yè)的教學工作呢？我現(xiàn)在要討論的課題是：數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學中起的作用至關(guān)重要。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是結(jié)合機床廠家實際加工制造經(jīng)驗與高校（含職業(yè)技術(shù)學院、中等專業(yè)學校、技工學校和職業(yè)學校）教學訓練一體所開發(fā)的一種機床控制虛擬仿真系統(tǒng)軟件，可以滿足大批量學生教學需求。數(shù)控加工設備價格昂貴、占地大，而數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件可以在微機平臺上運行，解決了培訓時學員多機床設備少的問題、并為學校節(jié)省了大量設備購置經(jīng)費。實踐教學的目的主要是對原理、運行方式、操作方法的驗證，數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件可以對數(shù)控裝置進行仿真操作。學生利用此軟件進行仿真操作，同樣會起到了真實設備的教學效果。常規(guī)的原理課程的講解一般分兩部分，一部分在教室講解原理，另一部分在實驗室講解實際操作，這樣必然增加了課時，也使教學內(nèi)容不連續(xù)，有時，甚至會有理論和實踐相脫節(jié)的現(xiàn)象發(fā)生，影響教學效果。38用仿真軟件教學可以將兩部分內(nèi)容有機的結(jié)合，也為學生的課前預習提供了條件。此系統(tǒng)還可以依據(jù)不同的客戶要求進行設計，尤其適于初學者的入門過程。通過該軟件可以使學生達到實物操作訓練的目的，并且安全可靠。通過動態(tài)的仿真操作使教學過程易教易學、教學效果顯著提高。在數(shù)控教學過程中，仿真系統(tǒng)的應用在很多方面體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢：（1）系統(tǒng)完全模擬真實 CNC 機床的控制面板和屏幕顯現(xiàn)，可以等同于對真正的 CNC 機床的操作。 （2）在虛擬環(huán)境下對 NC 代碼的切削狀態(tài)進行檢驗，方便靈活，可以隨時進行修改，而且操作安全。 （3）用戶可看到真實的三維加工仿真過程， 用鼠標做動態(tài)回轉(zhuǎn)，可以對加工后工件的任意截面做仔細觀察， 可以更迅速的掌握 CNC 機床的操作過程，過程逼真。 （4）采用虛擬機床替代真實機床進行培訓， 在降低費用的同時獲得更佳的培訓效果，使用更經(jīng)濟。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有 FANUC、SIEMENS、華中等眾多數(shù)控系統(tǒng)功能，學生通過在 PC 機上操作該軟件，能在很短時間內(nèi)就能掌握數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心的操作?？墒謩踊?CAD/CAM 編程和加工，教師通過網(wǎng)絡教學，監(jiān)看窗口滾動控制，可隨時獲得學生信息。在教學中還具有多媒體教學的特點。首先，由于計算機輔助控制系統(tǒng)是以計算機為媒體開發(fā)的，所以它的通用性較強，它能夠在 486 以上的任何型號的計算機上直接使用。在屏幕上能夠顯示和機床操作面板一模一樣的界面；以動態(tài)的模擬顯示代替機床實際運行并且還能夠提示操作信息，如編程錯誤信息和操作失誤機床碰撞報警信息等。使數(shù)控機床的編程操作易于課堂化教學，從而即節(jié)省了機床設備和實習消耗、又大大提高了教學效率。以某公司出品的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)為例：在數(shù)控機床教學應用時，由于計算機內(nèi)部各種軟、硬件資源的支持使得系統(tǒng)在編程、操作時的效率大大提高。如在手工編輯 NC 程序時可利用各種文本編輯軟件 EDIT 或 Windows 下的記事本及寫字板等，可以快速編輯程序并以NC 為擴展名存入磁盤。其主要特點是存儲容量大，能夠儲存更多數(shù)量的和更長的 NC 程序文件。并且在 NC 程序輸入、修改、拷貝方面都顯得非常簡單，乃至程序的轉(zhuǎn)送也很方便，還可利用軟盤考貝或聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)這一過程。編輯過程中能將漢字注釋信息一起編入 NC 加工程序而不影響系統(tǒng)的調(diào)用和運行，這就使操作者很容易的在繁多的 NC 文件中找到想要使用的 NC 文件及其相關(guān)的詳細信息，而不必在一大堆字符中花費長時間進行查尋、分析這些程序的功用而大傷腦筋了。調(diào)用時也非常方便，進入機床控制系統(tǒng)后，只要是以 NC 為擴名的 NC 程序文件都可以直接調(diào)用。39其次，計算機輔助機床控制系統(tǒng)依據(jù)計算機強大的顯示功能和全中文的結(jié)構(gòu)設計，并配以豐富多彩、自然友好界面顯示，使學生一進入本系統(tǒng)就被深深的吸引，從而能夠激發(fā)學生學習興趣和動力。模擬演示功能更為真實可靠，機床的模擬切削聲響起來，切屑飛濺，毛坯隨著刀具的加工變成圖樣要求的工件后，學生的好奇心和求知欲被極大的調(diào)動起來，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設計以滿足不同監(jiān)控要求。當程序執(zhí)行時，程序段、坐標值、出錯信息以及工件與刀具的相對移動的切削過程同時顯示在同一窗口內(nèi)，使操作者能夠一目了然，隨時監(jiān)控機床運行的狀態(tài)體驗真實的加工過程。該系統(tǒng)具有機床規(guī)格大小設置，可定義刀具形狀、切削用量，如數(shù)控銑床上鉆頭、鏜刀、球頭刀、圓角刀，數(shù)控車床上的外圓刀、鏜刀、切刀、螺紋刀，可以實時監(jiān)控刀具加工軌跡及圖形縮放控制。機床外形也可顯示并具有關(guān)門保護、零件加工后的測量和保存視窗作業(yè)的功能。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)功能較為完善、適于教學的使用。其中語法診斷和模擬示教功能可以使學生進行人機交互式學習。即由學生輸入 NC 程序，在模擬運行過程中，系統(tǒng)能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，再由學生經(jīng)過簡單判斷就能很容易的發(fā)現(xiàn)和修改 NC 程序的錯誤，而且現(xiàn)有的高版本的仿真系統(tǒng)還有評分功能，系統(tǒng)可以通過比較，自動檢驗各類工件，即時打印和校核評分結(jié)果。從而避免教師直接面對學生的指責傷害學生的自尊，也大大減輕了教師批改學生 NC 程序作業(yè)時的繁重負擔。使教師能夠集中精力以幫助學生解決實際問題，保證了教學質(zhì)量使教學效果得到顯著提高。在操作方面，由于數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，并且使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗和教訓。所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具，只要經(jīng)過短期的專門訓練，學生很快就能夠適應數(shù)控系統(tǒng)的實際操作方法，從而為以后的技能的進一步深造打下了堅實的基礎。由于我們注意到了它在這一方面具有的優(yōu)越特點，而且根據(jù)學校教學改革的要求，我們盡力把它運用到教學模式中。比如，我們在數(shù)控機床實操訓練之前開發(fā)了編程模擬操作課程，在內(nèi)容上突出了理論和實踐的關(guān)系，為我校填補了在這一方面的空白。至此，我們將理論與實踐有機的結(jié)合在一起邊講授邊練習，使講過的知識及時應用于實踐中，不但加深了學生對理論知識的理解而且在模擬操作的同時對數(shù)控機床的操作方法上也具備了相當水平的實踐基礎。我們就 2003 級學生與 2004 級學生進行了對比。2003 級學生40沒有把理論編程與模擬操作結(jié)合起來，而是把理論與實踐分開的。結(jié)果學生的編程