螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究

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1、西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文本科毕业设计论文本科毕业设计论文题题 目目 螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 毕业 任务书一、题目 螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究螺纹轴车削加工及数控车削机床仿真的研究二、研究主要内容 本课题来源于飞机结构件高效数控加工系统研究项目，研究内容和研究方法上的要求是针对螺纹轴车削加工的特点，进行刀路规划，合理地划分加工区域、选择适合的加工方法。制成以提高加工精度兼顾效率的 NC 加工专用程序。三、主要技术指标1完成指定翻译文献；2完成螺纹轴车

2、削加工粗加工程编；3完成螺纹轴车削加工加工的程编；4. 完成螺纹轴车削加工虚拟仿真加工及生成 NC 指令；四、进度和要求要求学生毕业设计从第 1 周开始至第 17 周结束；主要的工作量及进度要求如下：第一阶段：（共计 5 周）1第一周及第二周，翻译并完成教师指定的英文文献翻译；2第三周，熟悉螺纹轴车削加工工艺及工艺模型处理；设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文3. 第四周，去工厂现场参观调研；西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文4第五周，熟悉及掌握 CADCAM 软件相关的螺纹轴车削加工方法；第二阶段：（共计 5

3、周）1第六周及第七周，完成螺纹轴车削加工工艺模型建立和处理；2. 第八周，完成螺纹轴车削加工的粗加工编程；3. 第九周，完成螺纹轴车削加工精加工编程；3. 第十周，完成仿真加工及数控加工代码生成；第三阶段：（共计 5 周）1 .第十一周，检测螺纹轴车削加工程序的通用性；2第十二周，检测螺纹轴车削加工刀路工艺规划的合理性；3第十三周，进行刀路优化、过切检查;4. 第十四及第十五周，生成通用的数控指令(G 代码和 M 代码)； 5. 第十六周及第十七周，撰写论文及评阅;五、主要参考书及参考资料1谢龙汉等. CATIAV5 数控加工M.北京：清华大学出版社，2005 年 4 月.2 谢龙汉等.CAT

4、IAV5 机械设计M.北京：清华大学出版社，2005 年 4 月.3 谢龙汉等.CATIAV5 机械设计应用实例M.北京：清华大学出版社，2005 年4 月.4 谢龙汉等.CATIAV5 逆向造型设计M.北京：清华大学出版社，2005 年 4 月.5 谢龙汉等.CATIAV5 自由曲面造型M.北京：清华大学出版社，2005 年 4 月.6谢龙汉等.CATIAV5 数控加工实例M.北京：清华大学出版社，2005 年 4 月.7 卜昆等.计算机辅助制造M.北京：机械工业出版社，2006.学生学号 103306 学生姓名 郭发成 指导教师 李海滨 系主任 魏生明 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文

5、西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文摘 要 随着全球制造业竞争的日益激烈，先进制造技术的不断出现，现代数控加工技术的普遍应用，使得产品的加工周期大幅度缩短，产品的加工质量不断改善，加速了产品的更新换代，增强了产品的竞争力。因此数控加工技术的研究已成为研究重点。在这个计算机技术发展迅速，新科技日新月异的信息社会中，制造业也发生着革命性的变化。计算机模拟、仿真技术省去了大量的工作量，大大节约了原材料成本，提高了生产效率。工厂里现在大部分机床使用的都是数控机床，数控加工出来的零件既符合外观及精度有要求，又方便操作者进行操作。掌握

6、计算机制造技术已经是新时代我们势在必行的必须课。 作者在查阅和搜索大量与本毕业设计相关资料的基础上，对数控加工进行研究，并在老师的耐心指导下，首先分析零件模型，根据零件的外形特点，确定加工方法。利用 CATIA P3 V5R20 进行数控加工程序的编制，设计出该零件的 NC 加工方法，并且尝试找出最合理的加工方法。从而进行零件的动态模拟数控加工。此次设计中以螺纹轴为加工对象，利用粗车，精车，切空槽，切沟槽，钻孔，钻螺纹孔等进行加工。最后，结合 CATIA 中设计好了的模型实例展现了 VERICUT 环境下数控加工仿真的全过程。关键词：粗车，精车，CATIA，仿真，VERICUT西北工业大学明德

7、学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文IABSTRACTSince 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 produ

8、cts 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 manuf

9、acturing 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

10、 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.After looking up plenty of relevant articles, author researched

11、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 method of processing. Finally utilized CATIA P3 V5R20 carrying on characteristic modeling and carry

12、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 Control of carrying on the part is processed. Regarding thread spindle as the target of processing

13、 in this design . author has used Rough Turning operation, Profile Finish Turning operation, Recess Turning operation, Groove Turning 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文IIoperation, Drilling, Reverse Threading. Further，the whole process of NC simulation under VERICUT is shown combining with designe

14、d model instance in CATIAKEYWORDS: rough turning operation，profile finish turning operation，CATIA，simulation，VERICUT西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文III前 言近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到 85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足 20%，随着我国制造行业新技术的应用，我国世界制造业

15、加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、 电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM 工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。现代数控加工技术的普遍应用，使得产品的加工周期大幅度缩短，产品的加工质量不断改善，加速了产品的更新换代，增强

16、了产品的市场竞争能力。因此数控加工技术的研究已成为衡量一个国家机械制造工业的重要标志之一，更是体现一个机械制造企业技术水平的重要标志。正是基于上述形势，许多制造行业都已经采用数控加工方式来提高产品的竞争力。此外，利用和发展数控加工，实现高效数控加工已成为了制造类企业所普遍关心的大事。进一步提高我国国防军工行业的数控效率以及数控制造能力，是加强军工国防建设的迫切需要。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文IV目录目录第一章第一章 绪论绪论 .91.1 课题研究的意义 .91.2 CATIA 软件的简单介绍.91.3 VERICUT 软件的简单介绍.10第二章第二

17、章 螺纹轴右端加工螺纹轴右端加工 .112.1 初始化 CATIA 加工环境.112.2 螺纹轴的粗加工 .152.3 螺纹轴的精加工 .233.4 端面加工.302.5 空槽加工.322.6 沟槽加工.372.7 钻孔.422.8 钻螺纹孔.46第三章第三章 螺纹轴左端加工螺纹轴左端加工 .503.1 拷贝加工程序 .503.2 粗车.503.3 精车.523.4 切沟槽.533.5 加工螺纹.55第四章第四章 VERICUTVERICUT 数控仿真加工数控仿真加工.584.1 数控加工仿真技术概述.584.2 数控加工仿真技术的操作步骤.614.3 数控加工的发展趋势 .62西北工业大学明

18、德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文V4.4 VERCUT 仿真加工步骤.63第五章第五章 总结与展望总结与展望 .745.1 论文总结.745.2 后续展望.75参考文献参考文献 .77致谢致谢 .78毕业设计小结毕业设计小结 .79西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文0第一章 绪论1.11.1 课题研究的意义课题研究的意义随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新的速度越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工业消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激

19、烈的市场竞争要求产品研制、生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效、高质量加工要求。因此，近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批量、多变零件加工的数控加工技术。在机械制造业中，大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，并将机械技术与现代控制技术、传感检测技、信息处理技术、网络通信技术有机地结合在一起，使其生产方式发生了革命性变化。因此研究该课题意义在于使数控技术和数控机床不断更新换代，向高速度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方面迅速发发展。1.21.2 CATIACATIA 软件的简单介绍软件的简单介绍CATI

20、A 是法国的产品开发旗舰解决方案。作为 PLM 协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。新的 V5 版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了 CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。CATIA V5 版本具有： 1.重新构造的新一代体系结构为确保 CATIA 产品系列的发展，CATIA V5 新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。2.支持不同应用层次的可扩充性西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业

21、大学明德学院本科毕业设计论文1CATIA V5 对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。3.与 NT 和 UNIX 硬件平台的独立性CATIA V5 是在 Windows NT 平台和 UNIX 平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5在 Windows 平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而 UNIX 平台上 NT 风格的用户界面，可使用户在 UNIX 平台上高效地处理复

22、杂的工作。4.专用知识的捕捉和重复使用CATIA V5 结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。5.给现存客户平稳升级CATIA V4 和 V5 具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的 CATIA V4 用户，V5 能引领他们迈向 NT 世界。对于新的 CATIA V5 客户，可充分利用 CATIA V4 成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。本次设计主要用到 CATIA 软件中的仿真加工部分。1.31.3 VERICUTVERICUT 软件的简单介绍软件的

23、简单介绍VERICUT 可以是可以进行 NC 程序的验证、机床的模拟和 NC 程序的优化的一款数控模拟仿真软件，它是美国的 CGTech 公司于 1988 年开发的，现在已经发展到了 VT7.3版本。该软件的基本思想就是在进行真实的加工之前，尽可能真实的在虚拟的环境里模拟加工的整个过程和加工的结果，避免在真实的加工中出现零件的过切、欠切，避免发生机床碰撞，并最大程度的优化 NC 程序、延长刀具使用寿命，提高的加工的效率和加工质量。程序验证就是验证程序的正确性，说的通俗一点就是检查 G 代码的正确性。任何一个机械加工厂，其最基本也是最简单的要求就是要尽量提高零件的合格率。就是这样一个简单的基本要

24、求，机械加工厂并不是那么容易就能达到。影响零件合格率的因素有很多，最根本、最重要的就是加工工艺方案和数控加工程序，因为这西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文2两个因素是根本、源头，是指导生产零件的，二者出现错误，报废或造成故障的就不是单个零件，而是一批零件，造成的损失也是巨大的。因此，我们要杜绝加工工艺方案和数控加工程序出现错误，对于加工工艺方案，在此不多作叙述，是可以通过人的校对来保证其正确性的，但是对于数控加工程序，这样是不能保证其正确性的，特别是复杂的 NC 程序，人工校对根本不可能，VERICUT 的 NC 程序验证功能很好的解决了这个问题。机床模拟

25、就是模拟加工过程中机床各个组件之间的相互运动，其过程和真实机床一样，这样就可以检查机床碰撞，避免发生，这样就很好保护了机床，延长机床的使用寿命。NC 程序优化可以最大限度的优化加工的进给率，计算最合适刀具长度，提高生产效率，延长刀具使用寿命，提高刀具使用效率。对于企业来说，VERICUT 的这三个基本功能的目标很明确：提高加工零件的合格率，提高机床和刀具的使用效率，帮助企业降低生产成本，提高生产效率，增强企业的核心竞争力，使之在激烈的竞争中处于不败之地。因此，对于从事机械加工行业的人来说，学习和掌握VERICUT 就显得尤为重要。本次设计主要用到 VERICUT 中的仿真部分。西北工业大学明德

26、学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文3第二章 螺纹轴右端加工2.12.1 初始化初始化 CATIACATIA 加工环境加工环境a)打开毛坯打开毛坯在 CATIA 中打开螺纹轴毛坯并进入到加工环境（毛坯为 R105 X 570）图 2.1 毛坯图 2.2 导入毛坯西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文4b)b) 选择机床选择机床在此，选择 Horizontal Lathe Machine（卧式车床） ，机床的各种参数都不用修改，使用默认值。图 2.3 选择机床c)c) 选择坐标系选择坐标系把坐标系名称命名为 XOY，位置固定于左侧轴心处，并定

27、义 Z 轴方向沿轴向。图 2.4 选择坐标系西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文5d)d) 选取几何图形选取几何图形在 Geometry 中选择加工零件以及毛坯。图 2.5 选择零件和毛坯e)e) 然后指定刀具起点位置然后指定刀具起点位置 positionposition为了进退刀方便，指定刀具起点位置为（200 0 800） 。图 2.6 设置换刀点西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文62.22.2 螺纹轴的粗加工螺纹轴的粗加工a)a) 进入粗车环境进入粗车环境选择制造程序，然后点击 Rough Turning oper

28、ation 进入粗车。选择毛坯元素和零件元素。图 2.7 粗车b)b) 设置加工余量设置加工余量1、加工余量：为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。2、总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量。 3、工序余量：该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量。工序余量有单边余量和双边余量之分西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文7图 2.8 余量1）单边余量： 非对称结构的非对称表面的加工余量，称为单边余量，用 Zb 表示。 表 2-1 余量公式 Zbla-lb

29、 式中：Zb本工序的工序余量； lb本工序的基本尺寸； la上工序的基本尺寸。2）双边余量：对称结构的对称表面的加工余量，称为双边余量。 对于外圆与内孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量 2Zb 表示， 对于外圆表面有： 2Zbda-db； （2-1） 对于内圆表面有： 2ZbDb-Da （2-2）总余量=所有工序余量之和加工余量的确定计算法、查表法和经验估计法 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文8（1）经验估算法：靠经验估算确定，从实际使用情况看，余量选择都偏大，一般用于单件小批生产。（2）查表法(各工厂广泛采用查表法)：根据手册中表格的数据确定，应用

30、较多。（3）分析计算法(较少使用)：根据实验资料和计算公式，综合确定，比较科学，数据较准确，一般用于大批大量生产。加工余量选取原则加工余量选取原则 余量过大材料浪费，成本增大；余量过小不能纠正加工误差，质量降低。所以，在保证质量的前提下，选余量尽可能小。c)c) 刀具的选择刀具的选择刀具的选择原则： a.刀具半径 R 应小于零件内轮廓的最小曲率半径，约为 (0.80.9）R min. b.切削深度取(1/41/2)D，以保证刀具有足够的加工刚度。数控加工对刀具的要求很高。不仅要刚度好、精度好，还要使用寿命长。1)材料: 优质高速钢,硬质合金,耐磨涂层,陶瓷材料等2)类别: 种类繁多车刀可分为：

31、整体车刀焊接车刀 ：其优点是结构简单，紧凑，刀具刚度好，抗振性能强，制造方便， 适用灵活。其缺点是切削性能较低，刀杆不能重复利用，辅助时间常。机夹车刀可转位车刀：使用可转位刀片的机夹车刀。其优点是刀具使用寿命常，生产效率高，有利于推广新技术，新工艺，有利于降低刀具成本。(5)成形车刀：用在各类车床上加工内，外回转体成形表面，其刀形根据工件轮廓设计。该种车刀有平体，棱体，圆体三种型式。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、后刀面和副后刀面等组成。它的几何形状由前角 o、后角 o、主偏角 r、刃倾角 s、副偏角 r 和刀尖圆弧半径 r 所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情

32、况选取。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文9图 2.9 刀具组成图 2.10 车刀参数西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文10刀柄：主轴与刀具的联系环节, 用以夹持刀具作用：传递扭矩、夹持刀具分类：）普通刀柄 ）液压刀柄 图 2.11 刀片参数d)d) 走刀方式走刀方式走刀路线的规划走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。 确定走刀路线的原则： a. 保证零件的加工精度和光洁度b. 方便数值计算，减少程序段数c. 缩短走刀路线，减少空程d. 易于增加零件刚性e尽量避免刀具在加工中向下西北工业大学明德学

33、院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文11f. 刀具轨迹变化尽量做到平缓g. 精加工最好采用顺图 2.13 纵向走刀e)e) 转速和切削速度的选择转速和切削速度的选择1、转速 一般与直径有关系，径大的转速低，径小的转速高，提高它的线速度。与吃刀量大小也有关系。 2、切削速度 vc 切削速度 vc 是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时： （2-2）式中 d切削刃上选定点的回转直径，mm; n主运动的转速，r/s 或 r/min. 此次转速和切削速度由 CATIA 系统

34、自动计算，设置加工精度为 0.1mm/turn，退刀量为 0.3mm/turn西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文12图 2.14 进给率和转速f)f) 进退刀方向进退刀方向选择垂直进刀，水平退刀。图 2.15 进退刀g)g) 形成刀轨形成刀轨西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文13图 2.16 刀轨h)h) 动画仿真动画仿真单击进入仿真环境，选择，然后单击进行仿真演示。图 2.17 仿真i)i) 分析余量和过切分析余量和过切西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文14图 2.18 余量分析

35、在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。图 2.19 过切分析到此步为止就完成了螺纹轴的右端粗车加工。2.32.3 螺纹轴的精加工螺纹轴的精加工a)a) 进入精车加工环境进入精车加工环境选择精加工零件表面，零件的加工余量设为零。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文15图 2.20 精加工环境b)b) 选择走刀方式选择走刀方式刀具的走刀方式为外部走刀图 2.21 外部走刀c)c) 刀具参数刀具参数刀具参数的设定同粗加工，参数不变，刀片的参数也不变西北工业大学明

36、德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文16图 2.22 刀具和刀片参数d)d) 切削速度及转速切削速度及转速1) 切削速度与切削温度理论理论核心：Vc Tv 上升一定程度后达到极限之后 高速加工的特点： Vc Tv 高转速+高进给+小切削量西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文17图 2.23 理论图2) 转速(S)的确定： 如果有切削参数库，可直接查切削参数库； 否则，根据实际经验,并配合刀具厂家提供的刀具切削线速度vc (m/min) 查表计算来确定。刀具厂商根据被切削材料、刀具材料、切削深度、切削宽度等建立了刀具切削线速度 vc(m/

37、min)查询表主轴转速n (r/min)根据允许的切削速度vc (m/min)选取 （2-3） D-工件或刀具的直径 (mm)400300200100切切削削速速度度 （m m/ /m mi in n) )传传递递热热量量( (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热热量量1000cvnD西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文18图 2.24 材料与转速由上述理论，此次精加工选择较大进给量 0.4mm_turn，较高转速 1500turn_mn。图 2.25 进给率和转

38、速西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文19e)e) 进退刀方向进退刀方向选择垂直进刀，水平退刀。 图 2.26 进退刀f)f) 模拟仿真加工模拟仿真加工单击进入仿真环境，选择，然后单击进行仿真演示。图 2.27 仿真西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文20g)g) 分析余量和过切分析余量和过切图 2.28 余量分析在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。图 2.29 过切分析西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学

39、明德学院本科毕业设计论文212.42.4 端面加工端面加工a)a) 进入粗车加工环境进入粗车加工环境 选择零件元素与毛坯元素其中的余量设为零，走刀方式为端面走刀，其余参数设置同上述的粗加工图 2.30 车端面图 2.31 走刀方式西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文22图 2.32 走到轨迹b)b) 仿真加工及分析仿真加工及分析单击进入仿真环境，选择，然后单击进行仿真演示。图 2.32 仿真西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文23图 2.33 剩余材料分析图 2.34 过切分析2.52.5 空槽加工空槽加工a)a) 进入空

40、槽加工环境进入空槽加工环境选择加工的零件元素和毛坯元素由于空槽加工可以一步到位，所以不用预留余量。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文24图 2.35 进入空槽加工环境b)b) 选择刀具走刀方式选择刀具走刀方式平行外形走刀，径向切削深度设为 1mm。图 2.36 走刀方式西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文25c)c) 定义空槽加工刀具定义空槽加工刀具选择直刃刀具，其余参数使用系统默认值。图 2.37 刀具参数d)d) 定义刀具刀片定义刀具刀片左刀尖半径=右刀尖半径=0.2mm。图 2.38 刀片参数西北工业大学明德学院本

41、科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文26e)e) 进给速度与转速同粗加工进给速度与转速同粗加工图 2.39 进给率和转速f)f) 进退刀方式进退刀方式图 2.40 进退刀g)g) 仿真加工仿真加工西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文27单击进入仿真环境，选择，然后单击进行仿真演示。图 2.41 仿真h)h) 剩余材料与过切分析剩余材料与过切分析图 2.42 剩余材料分析西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文28在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点

42、应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。图 2.43 过切分析2.62.6 沟槽加工沟槽加工a)a) 进入沟槽加工环境进入沟槽加工环境单击 Groove Turning operation 进入沟槽加工模块，b)b) 选择要加工的零件元素和毛坯元素选择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。图 2.44 沟槽加工西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文29c)c) 走刀方式走刀方式在 strategy 中选择 orientation 为外部走刀。图 2.45 走刀方式d)d) 选择刀具并定义刀具参数选择刀具并定义刀具参数在刀具选项中选择切

43、槽刀，在 More 中定义各种参数。在 Hand Style 中选择Left Hand,其中的最大切削深度定位 20mm（防止刀具与工具干涉）。图 2.46 刀具参数西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文30e)e) 切削深度和转速切削深度和转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。转速=1500turn_mn。图 2.47 进给率和转速f)f) 进退刀方向进退刀方向选择进到方向为

44、水平进刀，由用户自己定义，并激活；选择推刀方向为垂直退刀，由用户自己定义，并激活。图 2.48 进退刀西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文31g)g) 刀轨及仿真加工刀轨及仿真加工单击进入仿真环境，选择，然后单击进行仿真演示。图 2.49 生成刀轨图 2.50 仿真加工西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文32h)h) 分析过切分析过切在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。图 2.51 过切分析2.72.7 钻孔钻孔a)a

45、) 进入钻孔加工环境进入钻孔加工环境单击 Drilling 进入钻孔加工。b)b) 选择钻孔加工位置选择钻孔加工位置在钻孔位置出单击，然后再选择零件上的孔，之后在空白处双击。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文33图 2.52 钻孔c)c) 钻孔方式选项钻孔方式选项在 approach clearance 中取 5 mm，first compensation 默认取 1。图 2.53 钻孔参数d)d) 选择钻刀参数选择钻刀参数西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文34首先单击刀具，然后选择 Drill,之后打开 More 选

46、项，选择 nominal diameter = 30mm，overall length = 200mm, cutting length = 100mm, length =150mm, body diameter = 33mm,其余参数默认。图 2.54 钻刀参数e)e) 进给速度与转速进给速度与转速选择 approach = 300mm_turn, plunge = 10 mm_turn，machining = 800 mm_turn，retract = 300 mm_turn，spindle speed = 1500turn_mn。 图 2.55 进给率和转速西北工业大学明德学院本科毕业设计

47、论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文35f)f) 进退刀方向进退刀方向进刀和退刀都由用户自己定义并激活，进刀选择垂直方向，退刀也选择垂直方向。图 2.56 进退刀g)g) 仿真加工仿真加工单击进入仿真环境，选择，然后单击进行仿真演示。图 2.57 仿真西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文36h)h) 过切分析过切分析在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。图 2.58 过切分析2.82.8 钻螺纹孔钻螺纹孔a)a) 进入钻螺纹孔环境进入钻螺纹孔环境单击

48、Reverse Threading 进入钻螺纹孔加工环境。b)b) 选择钻螺纹孔加工位置选择钻螺纹孔加工位置西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文37图 2.59 位置在圆心c)c) 钻螺纹孔方式选项钻螺纹孔方式选项在 approach clearance 中取 5 mm，first compensation 默认取 1。图 2.60 钻螺纹参数a)a) 选择钻刀参数选择钻刀参数首先单击刀具，然后选择 Reverse Threading,之后打开 More 选项，选择 nominal diameter = 30mm，overall length = 200mm

49、, cutting length = 100mm, length = 150mm, body diameter = 33mm，其余参数默认。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文38图 2.61 螺纹刀参数d)d) 进给速度与转速进给速度与转速选择 approach = 300mm_turn, plunge = 10 mm_turn，machining = 1mm_turn，retract = 300 mm_turn，spindle speed = 1500turn_mn。都是默认值。图 2.62 进给率和转速e)e) 进退刀方向进退刀方向进刀和退刀都由用户自

50、己定义并激活，进刀选择垂直方向，退刀也选择垂直方向。该步骤同上一章的钻孔进退刀步骤。f)f) 仿真加工仿真加工西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文39 单击 进入仿真环境，选择 ，然后单击 进行仿真演示。图 2.63 仿真西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文40第三章 螺纹轴左端加工3.13.1 拷贝加工程序拷贝加工程序拷贝 Part Operation.1，然后选择性粘贴，简单粘贴，删除其中的空槽加工部分，端面加工部分，钻孔加工部分以及螺纹孔加工部分。留下粗车，精车和切沟槽部分。图 3.1 拷贝程序3.23.2 粗车粗车

51、单击 Part Operation.2 中的粗车部分，修改其中的零件元素和毛坯元素，其他的各种参数都不用改。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文41图 3.2 粗车然后仿真加工，分析是否有过切现象图 3.3 刀轨在 Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文42图 3.4 分析余量和过切3.33.3 精车精车修改精车中的零件元素，其他的各种参数都不用改。图 3.5 精车然后仿真加工西北工业大学

52、明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文43图 3.6 仿真3.43.4 切沟槽切沟槽修改其中的零件元素和毛坯元素，其他的各种参数都不用改。仿真加工之后分析过切现象。图 3.7 零件毛坯元素西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文44图 3.8 刀轨图 3.9 仿真加工Video 窗口中选择 Analyze 进入到 Analysis 选项卡，选择 Gouge,然后点应用,主要分析刀具对工件是否有过切现象。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文45图 3.10 过切分析3.53.5 加工螺纹加工螺纹a)a) 进

53、入螺纹加工环境进入螺纹加工环境单击进入螺纹加工，然后按要求选择起止位置和零件元素。图 3.11 螺纹元素西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文46b)b) 选择螺距选择螺距螺纹用 ISO 标准，orientation 为 external，螺距=3mm。图 3.12 选择螺距c)c) 选择螺纹刀具参数选择螺纹刀具参数圆柱螺纹主要几何参数外径（大径），与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径。螺纹的公称直径即大径。内径（小径），与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径。中径，母线通过牙型上凸起和沟槽两者宽度相等的假想圆柱体直径。螺距，相邻牙在中径线上

54、对应两点间的轴向距离。导程，同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离。牙型角，螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。螺纹升角，中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文47图 3.13 螺纹刀参数d)d) 进给速度与转速进给速度与转速进给速度 Vf(单位 mm/min)：刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度。计算公式： Vf=n*fz*z; (3-1)(n 为刀具或工件转速.单位为 r/min，fz 为每齿进给量,z 为刀齿数)。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计

55、论文48图 3.14 进给率和转速e)e) 进退刀进退刀图 3.15 进退刀西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文49第四章 VERICUT 数控仿真加工4.14.1 数控加工仿真技术概述数控加工仿真技术概述仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有利工具，以减少工件的试切，提高生产效率。 试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面是数控仿真研究热点，目前正向提高模

56、型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展。 数控仿真可分为几何仿真和物理仿真 几何仿真不考虑切削参数、切削力及其它物理因素的影响，只仿真刀具-工件几何体的运动，验证NC程序的正确性，减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具折断、零件报废等问题 几何仿真根据数控程序，仿真工艺系统部件的几何相对运动切削过程仿真图4.1切削仿真西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文50机床运动仿真图4.2机床运动加工仿真的应用： 避免碰撞，降低事故发生率 验证加工路线是否合理 避免了试切过程 实现工艺参数的优化选取物理仿真的产生背景 新材料、新结构应用

57、 研制过程中的废品率高 新刀具、涂层、冷却液及加工技术应用 以前积累的工艺参数不再适用，加工效率得不到提升 依靠试切方式进行新产品的研发 产品研发周期长，无法全面预估潜在的加工问题 需要采用科学的分析方法，在尽可能少浪费情况下对任何材料、任何工件以及 减少研发周期与试生产时间 加工工艺进行分析，指导实际生产 可更快的引入新材料与新工艺 物理仿真物理仿真是在几何仿真的基础上，在数控加工过程中添加切削动态力学特性，用来预测数控机床的加工条件产生的一些参数的变化，如：刀具的磨损、刀具的振动以及变形，从而相应的调节切削参数，达到优化切削过程的目的。 数控仿真加工技术主要针对数控机床而言，使用特定的数控

58、加工软件对工件的加工过程进行模拟仿真，一方面可以对在加工过程中，所用到的数控程序进行检验，制定出更加合理的加工程序，另一方面还可以对加工期间出西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文51现的一些问题进行提前预知，并制定出相应的解决方案，达到提高生产效率的目的。物理仿真的作用：切削参数范围优化 预测切屑形状和切削力 研究切削温度与应力分布 研究刀具磨损和失效形式 研究机床-工件-刀具系统动态响应 研究工件加工表面完整性 数控加工仿真存在问题 几何仿真技术的应用不够全面缺乏机床库，软件中机床配置繁琐现有软件运行占用计算机资源严重仿真时间冗长仿真过程和结果与实际运行仍

59、有差异 物理仿真与生产实际结合的远远不够计算模型与实际过程存在差异边界条件的选取依赖于实际切削工况应结合生产实际开展加工过程的优化 目前几何仿真和物理仿真正在走向集成和融合本文主要基于VERICUT软件的平台，进行几何仿真的应用技术研究。加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削用量；4.24.2 数控加工仿真技术的操作步骤数控加工仿真技术的操作步骤 建立机床模型：数控机床模型由几何模型和运动学模型构成，几何模型由VERICUT软件模块所提供的基本体素的运算所构成，运动学模型则根据机床的运动关系建立。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文52 选择机床控制系统：软

60、件本身提供了近百种配有制造商提供的机床控制文件库, 支持国内和国外的许多控制系统，包括从三坐标到五坐标的各种数控系统,足以满足了用户的实际需要。如果控制系统不能满足用户要求,可以把已有的控制系统加入到控制系统库文件中进行操作。 添加夹具和毛坯实体选择刀具，并建立刀具库，向模拟数控机床添加相应的工件夹具，调入NC程序，按照要求设定机床相应参数。 数控机床模型的建立可以按照上述方法来完成，本文数控机床模型即是按照上述步骤来建立的，本文所建立的数控机床模型为数控立式铣床，数控立式铣床为加工非回转工件效率最高的机床，立式数控铣床的加工空间大，所以在有限的空间内，其加工能力比其他类型的机床强的多。Bri

61、dgeport机床为三轴立式数控铣床，该机床具有高刚性，热稳定性的主轴，独特的载重式导轨结构设计，提高了导轨的刚性、吸振性以及表面接触性能。4.34.3 数控加工的发展趋势数控加工的发展趋势当前数控的发展趋势主要是以下三大趋势：第一：多任务机床的使用会越来越广泛。现代的机床正朝多功能、多主轴、多通道或多个运动轴的方向发展。CIMdata 所了解的最复杂的机床已经发展到 22 轴，像这种机床的编程和使用都会很复杂。很多的 NC 软件商都想能够熟悉、支持这种复杂的机床，这样就可以成为该领域的佼佼者。随着技术的进步，使用的多通道、多主轴的复合加工机床将会越来越多。现在用得最多的就是车铣复合机床，在这

62、种机床上可以同时进行车和铣的操作。以车削为主的机床，一般是四轴双刀塔另外一种使用的比较多的机床就是机床有两个主轴，一个主主轴一个副主轴，主主轴还带 B 轴，加工时，该机床可以同时进行车和铣的操作，其每一个主轴都可以夹紧零件，零件的两端都可以进行加工。为了能有效的利用这种多功能机床，就需要特殊的软件来编程控制刀具的移动、模拟机床的加工过程。然而对于机床操作者来说，机床模拟就是最重要的，因为在模拟的过程中可以看见零件最终的加工状态，避免机床碰撞，优化数控程序。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文53第二：五轴加工越来越多。五轴加工在航空航天领域和叶片加工已经应用

63、了好多年，并且在模具制造行业，五轴加工使用的越来越广泛。在欧洲，五轴加工已经成为制造业的主流机床。加工有复杂几何外形的零件时，如果使用五轴机床，不仅可以减少工序，还可以减少换刀次数，有些情况下还可以缩短刀具的工作长度，这样就能很好的提高加工质量好额刀具寿命。除此之外，五轴机床的价格也日益低廉，新的编程软件的自动化成都也提高了，更容易学习和掌握。第三：高速铣。高度铣技术已经日趋成熟，大多数的工厂都在使用这种技术。支持高速铣的软件必须要能够快速的传输数据，并且较少刀轨的突然变向，保持切屑体积的恒定，这样就可以对答限度的延长刀具的使用寿命，加工出表面质量很好的零件。第四：更加真实的模拟。机床模拟、刀

64、轨验证的一些软件已经有了很大的进步，像 Machine-Works、CGTech 一些公司在这方面贡献比较大。整个加工过程的真实的模拟包括机床工具、刀柄、机床组件、切削刀具、零件毛坯都会给使用者在视觉上对机床的动作有很好的了解。模拟刀轨就需要验证刀轨的精确性。碰撞、过切、切削不完全和任何和目标零件之间的偏离都会被显示出来。通过过程毛坯与零件模型的比较，剩余的材料则可以显示出来。这些软件还可以提供加工的零件的真实的照片。并且验证和模拟软件和编程软件的交互程度变得越来越高。对于编程者、工艺员和机床操作者来说，验证中间过程变得越来越重要。除此之外，随着机床控制器变得功能越来越强大，功能越来越多，有些

65、机床可以在自己的控制器进行机床模拟。在加工零件的同时，机床能预先对程序进行模拟，这样就能在碰撞发生之前检测到碰撞，这样机床就会停止运行，保护机床。 （WFL 就有这种功能） 。西门子在 CAM 软件开发和机床控制器制造的主导者，他们已经在他们的CAM 软件中加入了世纪控制机床的代码，像 G 和 M 代码，这样就能在 CAM 软件中进模拟所有的实际的机床运动。这样机床模拟和刀轨验证就更加的真实。机床造者在进行某个实际加工，就可以虚拟的进行下一个程序的加工。4.44.4 VERCUTVERCUT 仿真加工步骤仿真加工步骤基本步骤主要包括以下几个方面：西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学

66、明德学院本科毕业设计论文541. 控制系统2. 机床结构3. 定义毛坯4. 对刀（机床坐标系与工件坐标系重合）5. 构建刀具库6. 添加 NC 程序，开始仿真4.4.14.4.1 控制系统和机床结构控制系统和机床结构a) 首先双击 vericut图标，打开该软件。图 4.3 打开软件b) 然后选择 、，建立一个新的操作项目。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文55图 4.4 新建项目c) 点击，选择，找到 3_axis_mill_template_metric.vcproject 文件并打开。得到一个控制系统为 fan15im.ctl，机床为 3_axis 的新项目。图 4.5 导入系统4.4.24.4.2 定义毛坯定义毛坯西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文56在夹具的第二个模型中选择“方块”，然后在模型选项中输入毛坯的长=200mm、宽=120mm、高=55mm。图 4.6 定义毛坯4.4.34.4.3 对刀对刀移动坐标系，使之与设定的加工程序原点重合。 机床坐标系、编程坐标系和造型(建模)坐标系三者之间既有联