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1、复杂轮廓型面数控仿真及加工程序设计摘要：运本论文是复杂轮廓型面零件进行工艺分析、数控编程及完成加工，主要运用所学知识对零件图进行工艺分析、制定工艺路线、确定工艺方案。并运用UG软件进行造型和自动编程，最终完成零件的加工。论文表明：通过对该零件的工艺分析、造型、加工，深入了解了零件制造的全过程，加工完成后零件也达到了加工要求。关键词：三维软件；复杂型面；仿真模拟;数控加工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、言数控（NumericalControl，NC）的定义是：用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控加工是计算机辅助设计与制造技术中最能明显发挥效益的生产环节之一。它不仅大大提高了具有复杂型面的产品的制造能力和制造效率，而且保证产品能达到极高的加工精度和加工质量。采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联
5、动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。 在emo2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国dmg公司展出dmuvoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由cnc系统控制或cad/cam直接或间接控制。长期以来，我
6、国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制
7、模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。1对零件图纸进行工艺分析在数控铣削加工中，对零件图进行工艺分析的主要内容包括零件结构工艺性分析、选择数控铣削的加工内容、零件毛坯的工艺性分析和加工方案分析。1.1零件图分析1.1.1读图和审图如图零件一的尺寸范围为92.4*84*25.2，有五个型腔和一个凸台组成，只有尺寸要求，加工难度是曲面。零件一零件二的尺寸范围是175.2*120*42，由三个凸台组成，只有尺寸要求，加工难度是曲面。零件二1.1.2数控加工的内容 对于某个零件而言，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上
8、完成，而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择时，应考虑各方面因素，充分发挥数控加工的优势。选择时应考虑以下因素： 通用机床无法加工的内容。 通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。 通用机床效率低、工人劳动强度大的内容。1.1.3零件结构的工艺性 零件的工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件各个制造过程中的工艺性，如零件的铸造、锻造、冲压焊接、热处理和切削加工工艺性能等。好的工艺性会使零件加工容易，节省工时，降低消耗；差的工艺性使零件加工困难，多耗
9、工时，增大消耗。该组合件的加工各工艺性能良好，耗工不大。1.2 毛坯1.2.1毛坯的种类常用毛坯的种类有铸件、锻件压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。 铸件：适用于形状复杂的毛坯。薄壁零件不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法。锻件：适用于零件强度较高、形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选用模锻；形状复杂的零件不宜用自由锻。型材：热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯;冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工。焊接件：对于大件来说，焊接件简单、方便，特别是单件、小批
10、量的生产可大大缩短生产周期;但焊接后变形大，需经时效处理。冷压件：适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸零件的大批量加工。1.2.2毛坯种类的选择根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯。图纸规定的材料就基本确定了毛坯的种类。例如：材料是铸铁，就要用铸造毛坯；材料为钢材，若力学性能要求高则可选锻件，若力学性能要求低则可选型材或铸钢。根据零件的功能选择毛坯。根据零件的工作条件、材料、结构特点三者综合考虑，如材料为45钢，则轴以锻件为主；中、小齿轮多用锻件做毛坯，大齿轮常用铸钢件做毛坯。根据生产类型选择毛坯。大量生产应选精度和生产率都较高的毛坯制造方法。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应
11、采用模锻或冷轧、冷拉型材等；单件小批量生产则用木模手工造型或自由锻件。根据具体生产条件选择毛坯。确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。1.2.3毛坯形状和尺寸的选择选择毛坯形状和尺寸总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。但也有以下四种情况。采用锻件，铸造毛坯时，因锻模时的欠压量与允许的错模量不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等，此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量
12、不充分、不稳定，所以，除板料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工表面均应有较充分的余量。 对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中和加工后出现变形现象，因此需要考虑加工时是否分层切削，分几层切削，一般尽量做到各个加工表面的切削余量均匀，以减少内应力导致的变形。尺寸小或薄的零件，为便于装夹并减少夹头，可将多个工件连在一起，由一个毛坯制出。 装配后形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常把两件合为一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切开。 对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。零件一的毛坯由上下两部分组成，上
13、部分尺寸为112*86*14，下部分尺寸为92.4*84*12.6。零件二的毛坯尺寸为181*138*451.2.4加工余量加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度，加工余量有工序余量和加工总余量（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属层厚度。 工序余量的计算工序余量等于相邻两工序的工序尺寸之差。 对于外表面（见图 2-4a） z=a-b 对于内表面（见图 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 ）。 图2-4 加工余量上述加工余量均为非对称的单边余量，旋转表面的加工余量为双
14、边对称余量。 对于轴（图 2-4c） Z=-对于孔（图2-4d） Z=- 式中 Z直径上的加工余量（ mm ）； 前工序的加工直径（ mm ）； 本工序的加工直径（ mm ）。 当加工某个表面的工序是分几个工步时，则相邻两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属层厚度。 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个工序尺寸都存在着误差，加工余量也是个变动值。当工序尺寸用基本尺寸计算时，所得到的加工余量称为基本余量或公称余量。 最小余量是保证该工序加工表面的精度和质量所需切除的金属层最小厚度。最大余量是该工序余量的最大值。下面以图2-5所示的外圆为例来计算，其它各类表面的情况与此相类似。 图2-5 加工余量及其公差
