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1/77CAXACAXA 制造工程师在数控加工中心的制造工程师在数控加工中心的应用研究毕业论文应用研究毕业论文目录第 1 章绪论 1 11.1 课题研究的背景 11.1.1 数控编程与其发展简介 21.1.2 数控技术的发展趋势 31.1.3 对我国数控技术与其产业发展的基本估计 41.1.4 CAD/CAM 技术的发展概况 51.1.5CAXA 制造工程师简介与其功能 51.2 课题研究的目的、意义与容 71.2.1 传统复杂曲面加工存在的问题 71.2.2 课题研究的目的、意义 71.2.3 课题研究的容 71.3 本章小结 8第第 2 2 章加工中心自动编程与加工工艺章加工中心自动编程与加工工艺 9 92.1 加工中心的定义 92.2 加工中心的组成 92.3 加工中心功能特点 112.4 自动编程的定义与操作 132.4.1 编程的定义 132.4.2 操作步骤 132.5 系统的信息处理过程 132/772.6 加工路线的确定 152.6.1 数控自动加工编程中工序划分的原则与要点 152.6.2 确定加工方案 172.6.3 确定切削用量与进给量 192.7 零件安装方法和夹具选择 192.8 加工中心的回零与对刀 202.9 本章小结 21第 3 章加工中心常用工具 22223.1 加工中心常用刀具的种类与特点 223.1.1 数控加工常用刀具的种类与特点 223.1.2 铣削加工常用刀具 233.1.3 数控加工刀具的选择原则 263.1.4 切削用量的确定 263.1.5 对刀点与换刀点的确定 273.2 常用工具 283.2.1 游标卡尺 283.2.2 千分尺 293.2.3 百分表 313.3 本章小结 32第第 4 4 章章 CAXACAXA 制造工程师叶轮动模造型与加工制造工程师叶轮动模造型与加工 33334.1 CAXA 制造工程师对叶轮动模的建模 334.1.1 建立叶轮主曲面 334.1.2 建立叶轮副曲面 374.1.3 建立叶轮主体 384.1.4 修剪叶轮主体 394.1.5 建立中轴 404.1.6 棱边过渡 414.1.7 生成动模板 414.1.8 文件合并 424.1.9 大过孔造型与背面工艺倒角 423/774.2 工艺分析 434.2.1 确定毛坯 434.2.2 工艺分析 434.2.3 刀具表 444.2.4 工序卡 444.3 CAXA 制造工程师的模拟加工 454.3.1 加工前的准备工作 454.3.2 平面轮廓粗加工轨迹 474.3.3 平面轮廓精加工轨迹 484.3.4 等高线粗加工 494.3.5 等高线精加工 494.3.6 孔加工 504.3.7 平面轮廓粗（精）加工 514.3.8 平面轮廓粗加工 514.3.9 雕刻文字 524.4 后置处理与 G 代码的生成 534.5 数控机床的选用 554.6 程序传输 564.7 本章小结 57参考文献参考文献 5858致谢致谢 5959英文翻英文翻译译 5757英文资英文资料料 62624/771/77第第 1 1 章绪论章绪论随着我国由制造业大国向制造业强国的迅速迈进,工业生产中包含复杂曲面特征的零件越来越多。如何既保证较高的加工效率又保证较好的加工质量是提高产品竞争力的根本措施,所以,研究如何优质高效地加工具有复杂曲面的零件,对现代制造业具有特别重要的现实意义和指导意义。本论文在基于 CAXA制造工程师这一广泛应用的 CAD/CAM 软件基础上,通过利用 FANUC 21i MB 操作系统加工中心机床，对复杂曲面零件数控加工技术进行研究。1.11.1 课题研究的背景课题研究的背景进入 90 年代以来,复杂型面在生产中几乎全部以高速切削的方式进行加工,目的是为了提高生产效率,降低产品的成本，同时提高工件的形状精度和降低表面粗糙度。自由曲面能否采取优质、高效的加工技术已成为提高企业产品竞争力的关键因素进入 21 世纪,计算机辅助设计与制造技术(CAD/CAM)得到愈来愈广泛的应用,它的出现使制造技术出现了根本性的变革,尤其是在传统制造技术面对束手无策的复杂型面加工领域,CAD/CAM 的先进性、适用性以与高效性更是得到充分的表达。复杂曲面的数控加工程序一般在 CAD/CAM 专业软件上生成，CAXA 制造工程师就是近年来在我国应用日益广泛的 CAD/CAM 专业软件之一。鉴于现代制造业的发展现状与趋势,基于 CAXA 制造工程师软件的广泛应用，对自由曲面的数控加工技术加以研究,具有极其重要的现实意义和指导2/77意义。1.1.11.1.1 数控编程与其发展简介数控编程与其发展简介数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。数控编程是目前CAD/CAPP/CAM 系统中最能明显发挥效益的环节之一,其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。数控编程最初是从手工编程起步的。目前，对于复杂零件编程的方法主要有手工编程和自动编程两种。手工编程就是编程员通过手工计算,使用基本编程指令、循环程序、子程序和变量等方式进行编程。其优点是程序量小，可读性好，缺点是计算量大，编程繁琐、费时，且容易出错，效率低等。自动编程是使用 CAD/CAM 软件，对加工零件进行工艺分析，确定相应工艺参数，自动生成刀具轨迹和程序。其优点是编程方便快捷、精度高、效率高，缺点是程序量大，可读性差。在复杂零件编程时,自动编程具有手工编程无法比拟的优势，是复杂零件编程的主要方式。常用的自动编程软件有 UG、Pro/ENGINEER、Catia、Cimatron、Mastercam 和 CAXA 等,其中 CAXA 是我国自主研发的 CAD/CAM 软件,具有三维轮廓造型、刀具设置、机床设置、后置处理、生成程序、刀轨生成、后置处理等功能,使用方便、可靠。复杂零件编程加工时，多采用 CAD/CAM 软件先对零件进行自动编程，再使用虚拟仿真软件验证程序进行仿真加工，既能够真实地模拟在加工过程中刀具的切削、加工零件、夹具、工作台与机床各轴的运动情况，又可以对加工过程进行修改、优化，最后进行实际加工。本文介绍使用 CAXA 制造工程师软件对复杂曲面零件进行自动编程，使用 VERICUT 软件对生成程序进行仿真加工的过程，实践说明具有加工效率高、精度高和成本低等优点。如今数控编程已经由最初的手工编程过渡到 APT 语言编程、自动编程。自动编程的产生使复杂曲面的数控加工成为现实。为了解决数控加工中的程序编制问题，50 年代，MIT 设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为 APT(AutomaticallyProgrammed Tool)。到了 80 年代，在 CAD/CAM3/77-体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统(CIMS)与并行工程(CE)的概念。目前，为了适应 CTMS 与 CK 发展的需要,数控编程系统 JK 向集成化和智能化方向发展。1.1.21.1.2 数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势计算机数控技术,是集传统的机械制造技术、计算机应用技术、电工电子控制技术、传感与检测技术和信息处理技术等技术于一体的综合技术，是现代制造技术的基础。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术与装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。当今，大力发展以技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，而且对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术与其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面:(1)高速、高精加工技术与装备效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。(2)5 轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最正确几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。(3)智能化、开放式、网络化智能化的容包括在数控系统中的各个方面：(a)为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；(b)为提高驱动性能与使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；(C)简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的4/77人机界面等；还有智能诊断、智能监控方而的容、方便系统的诊断与维修等。开放式是指数控系统的开发可以在统一的运行平台上，而向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并实现满足对特定用户需求的不同产品。网络化将使数控设备极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求。(4)重视新技术标准、规的建立数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。1.1.31.1.3 对我国数控技术与其产业发展的基本估计对我国数控技术与其产业发展的基本估计（1）我国数控技术的发展经历了以下几个阶段第一阶段是封闭式发展阶段。从 1958 年到 1979 年，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术发展较为缓慢。第二阶段是引进吸收阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以与研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、发以与在产品的国产化方面都取得了长足的进步，初步建立起国产化体系。第三阶段是走向市场化阶段。在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。（2）我国数控技术面临的主要问题尽管我国的数控技术经过几代人的不断努力取得了长足的发展，但是国产数控系统与国外数控系统相比，仍然存在着很大的差距。主要表现在:基础性技术研究层次较低；数控设备在世界围的市场占有率低，世界市场仍然被德国5/77的 SIEMENS 和日本的 FANUC 系统占领。1.1.41.1.4 CAD/CAMCAD/CAM 技术的发展概况技术的发展概况目前，CAD/CAM 技术已经在许多领域中得到应用，它不仅促使了生产模式的转变，同时也促进了市场的发展，是当今世界发展最快的技术之一。(1)CAD/CAM 的概念CAD 即计算机辅助设计，是指根据产品开发计划和对产品功能的要求，运用也包括设计者本人和存储在计算机中的多种知识，在 CAD 系统和数据库的支持下进行工作，CAD 输出的结果也不仅仅是装配图和零件图，更重要的是输出包括设计、制造过程中应用计算机所需的各种信息。CAM 即计算机辅助制造，CAM 技术主要是围绕着数控编程技术开始发展的。数控加工是 CAD/CAM 发挥效益最直接、最明显的环节之一。(2)CAD/CAM 的组成完善的 CAD/CAM 系统一般包括产品设计、工程分析、工艺过程规划、数控编程、工程数据库以与系统接口等几个部分。1.1.51.1.5CAXACAXA 制造工程师简介与其功能制造工程师简介与其功能1.CAXA 制造工程师简介CAXA 制造工程师是由北航海尔开发的我国第一款拥有完全自主的知识产权的 CAD/CAM 产品。CAXA 制造工程师具有三维轮廓造型、刀具设置、机床设置、后置处理、生成程序、刀轨生成、后置处理等功能,使用方便、可靠。目前已推出 CAXA 制造工程师 2015 版本。2.CAM 制造工程师的功能(1)实体与曲面完美结合CAXA 制造工程师提供了特征实体造型技术，可用特征术语来描述设计信息，简便而准确；提供了从线框到曲面的丰富的建模手段，具有强大的 NURBS自由曲面造型功能；具有灵活的曲面实体造型功能，使曲面融入实体中，形成统一的曲面实体复合造型。6/77(2)优质高效的数控加工CAXA 制造工程师提供了从 2 轴到 5轴的数控加工功能供编程时灵活选择；支持高速切削工艺；提供了参数化轨迹编辑和轨迹批处理功能；具有独具特色的加工仿真与代码验证功能，可以直观、准确地对加工过程进行模拟仿真、对代码进行反读校验；提供了丰富的工艺控制参数，便于控制加工过程；具有通用后置处理功能，全面支持多种主流机床控制系统。(3)卓越的工艺性与“知识加工”CAXA 制造工程师可将某类零件的加工步骤、使用的刀具、工艺参数等加工条件保存为规化的模板，形成标准的工艺知识库。(4)Windows 界面操作CAXA 制造工程师基于计算机平台,釆用 Windows 菜单和交互,全中文界面。(5)丰富的数据接口CAXA 制造工程师是一个开放的 CAD/CAM 工具,提供了丰富的数据接口,保证了能与世界流行的 CAD 软件进行双向数据交换。(6)全面开放的 2D、3D 开发平台CAXA 制造工程师具有专业且易于使用的 2D、3D 开发平台,更易实现个性化和专业化，满足用户拓展 CAXA 制造工程师功能的需求。(7)品质一流的刀具轨迹和加工质量CAXA 制造工程师中加工路径的优化处理使刀具轨迹更加光滑、流畅、均匀、合理,保证了工件表面的加工质量。7/771.21.2 课题研究的目的、意义与容课题研究的目的、意义与容1.2.11.2.1 传统复杂曲面加工存在的问题传统复杂曲面加工存在的问题复杂曲面的传统加工方法一般是靠精密铸造来实现的,其在加工过程中存在以下问题：(1)精密铸造之后的后期加工需要很多手工处理，工作量大，工艺流程复杂；(2)精密铸造后加工周期长、效率低，不能满足现代化生产快节奏要求；(3)精密铸造后期加工消耗大，无法保证节约成本，不符合节能降耗的要求；(4)制造精度低，难以满足设计要求。总之，依靠传统的加工方式对自由曲面的加工不能适应现代化生产条件下高效、高产以与高质量的要求。1.2.21.2.2 课题研究的目的、意义课题研究的目的、意义传统的手工编程已经不能满足高质量、高精度加工的要求,大量复杂曲面的生产势必要求普与使用自动编程软件，自动生产加工程序,减少编程环节的工作量，提高生产效率。同时，通过自动编程更好地满足加工零件对程序的要求，提高加工质量。本文基于 CAXA 制造工程师软件,通过利用 FANUC 21i MB 操作系统的加工中心，研究对复杂曲面数控加工技术，探究加工复杂曲面的优质、高效、实用数控加工方法，解决传统加工方法制约复杂曲面加工的“瓶颈”问题。1.2.31.2.3 课题研究的容课题研究的容本课题研究的主要容包括以下几个方面:(1)研究了数控编程技术的发展、数控技术的发展趋势以与我国数控技术发展的基本评价。(2)研究了 CAXA 制造工程师具有的强大功能，以与 CAXA 制造工程师在8/77CAD/CAM 中的应用前景与巨大优势。(3)研究了基于 CAXA 制造工程师环境下，加工中心粗、精加工复杂曲面时加工方法的选择问题。(4)研究了基于 CAXA 制造工程师环境下，刀具进、退刀方式的选择问题以与加工过程的控制问题。(5)在 FANUC 21i MB 系统数控加工中心（乔福 VMC 1300HD）上，通过加工具体曲面零件验证加工技术的可行性和科学性。1.1.3 3 本章小结本章小结本章主要介绍了数控编程与其发展的过程、数控技术的发展趋势以与我国数控技术发展现状的基本评价；随后，简单介绍了 CAD/CAM 技术的基本概念以与 CAD/CAM 的发展概况，另外还介绍了国产的 CAXA 制造工程师软件，以与CAXA 制造工程师软件在加工复杂曲面过程中具有的高效性和优质性。基于以上研究，提出了在 CAXA 环境下，通过利用加工中心，研究复杂曲面数控加工技术研究的设想。如何在 CAXA 制造工程师软件环境下，优化加工过程，优质、高效进行加工是本论文的重点。第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺9/77第第 2 2 章加工中心自动编程与加工工艺章加工中心自动编程与加工工艺2.12.1 加工中心的定义加工中心的定义加工中心，简称 CNC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的具有良好的经济效果。2.22.2 加工中心的组成加工中心的组成图 2-1 加工中心的组成l-底座 2-立柱 3-X 轴伺服驱动 4-Y 轴伺服驱动 5-Z 轴伺服驱动 6-十字滑台与工作台7-操作箱 8-斗签式刀库 9-主轴 10-主轴箱 11-Z 向防护罩 12-水箱 13-排屑装置 14-整体防护 15-电器柜 16-X 向导轨防护 17-Y 向导轨防护 18-气动与润滑第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺10/77加工中心有很多组成部分，如图 2-1 所示，但从主体看，加工中心主要有以下几个大部分组成：1基础部件基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身、工作台、立柱三大部分组成。这三部分不仅要承受加工中心的静载荷，还要承受切削加工时产生的动载荷。所以要求加工中心的基础部件，必须有足够的刚度，通常这三部分都是铸造而成的。2主轴部件主轴部件有主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴是加工中心切削加工的功率输出部件，它的起动、停止、变速、变向等运动均由数控系统控制；主轴的旋转精度和定位精度准确性，是影响加工中心精度的重要因素。3数控系统加工中心的数控系统由 CNC 装置、可编程控制器、伺服驱动系统与面板操作系统组成，它是执行顺序控制动作和加工过程的控制中心。CNC 装置是一种位置控制系统，其控制过程是根据输入的信息进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。4自动换刀系统换刀系统主要由刀库、机械手等部件组成。当需要更换刀具时，数控系统发出指令后，由机械手从刀库中取出相应的刀具装入主轴孔，然后再把主轴上的刀具送回刀库完成整个换刀动作。5辅助装置包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但是加工中心不可缺少的部分。对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用。6数控铣削加工一般用于以下零件的生产：（1）批量小而多次生产的零件；（2）形状复杂加工精度高,通用数控机床无法加工或很难保证加工质量的零件；（3）在加工过程中,必须进行多工序加工,如必须在一次装夹中完成铣、第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺11/77镗、锪铰或攻丝等工序；（4）必须严格控制公差的零件；（5）切削余量大的工件；（6）具有难测量、难控制进给、难控制型腔尺寸的壳体或箱型零件；（7）工艺、设计会发生变化的零件。2.32.3 加工中心功能特点加工中心功能特点1.铣削加工数控铣床一般应具有三坐标以上的联动功能，能够进行直线插补和圆弧插补，自动控制旋转的铣刀相对于工件运动进行铣削加工。坐标联动轴数越多，对工件的装夹要求就越低，定位和安装次数就越少，所以加工工艺围就越大。2.孔加工与螺纹加工可以采用孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工；也可以采用铣刀铣削不同尺寸的孔。在数控铣床上可采用丝锥加工螺纹孔，也可采用螺纹铣刀铣削螺纹和外螺纹，这种方法比传统的丝锥加工效率要高很多。3.刀具半径自动补偿功能使用这一功能，在编程时可以很方便地按工件实际轮廓形状和尺寸进行编程计算，而加工中可以使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半径，从而加工出符合要求的轮廓表面。也可以利用该功能，通过改变刀具半径补偿量的方法来弥补铣刀造成的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用围与刀具返修刃磨的允许误差，还可以利用改变刀具半径补偿值的方法，用同一加工程序实现分层铣削和粗、精加工或用于提高加工精度。此外，通过改变刀具半径补偿值的正、负号，还可以用同一加工程序加工某些需要相互配合的工件(如相互配合的凹凸模等)。4.刀具长度补偿功能利用该功能可以自动改变切削平面高度，同时可以降低在制造与返修时对刀具长度尺寸的精度要求，还可以弥补轴向对刀误差。5.固定循环功能利用数控铣床对孔进行钻、扩、铰、锪和镗加工时，加工的基本动作是：第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺12/77刀具中心无切削快速到达孔位中心慢速切削进给快速退回。对于这种典型化动作，系统有相应的循环指令，也可以专门设计一段程序(子程序)，在需要的时候进行调用来实现上述加工循环。特别是在加工许多相同的孔时，应用固定循环功能可以大大简化程序。利用数控铣床的连续轮廓控制功能时，也常常遇到一些典型化的动作，如铣整圆、方槽等，也可以实现循环加工。对于大小不等的同类几何形状(圆、矩形、三角形、平行四边形等)，也可以用参数方式编制出加工各种几何形状的子程序，在加工中按需要调用，并对子程序中设定的参数随时赋值，就可以加工出大小不同或形状不同的工件轮廓与孔径、孔深不同的孔，这种程序也叫做宏程序。目前，已有不少数控铣床的数控系统附带有各种已经编制好的子程序库，并可以进行多重嵌套，用户可以直接加以调用，使得编程更加方便。6.镜像加工功能镜像加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一半形状的加工程序就可完成全部加工。数控铣床一般还有缩放功能，对于完全相似的轮廓也可以通过调用子程序的方法完成加工。7.子程序功能对于需要多次重复的加工动作或加工区域，可以将其编成子程序，在主程序需要的时候调用它，并且可以实现子程序的多级嵌套，以简化程序的编写。8.数据输入/输出与 DNC 功能数控铣床一般通过 RS232C 接口进行数据的输入与输出，包括加工程序和机床参数等，可以在机床与机床之间、机床与计算机之间进行(一般也叫做脱线编程)，以减少编程占机时间。近来数控系统有所改进，有些数控机床可以在加工的同时进行其他零件的程序输入。数控铣床按照标准配置提供的程序存储空间一般都比较小，尤其是中、低档的数控铣床，大概在几十 K 至几百 K 之间。当加工程序超过存储空间时，就应当采用 DNC 加工，即外部计算机直接控制数控铣床进行加工，这在加工曲面时经常遇到，一般也叫它在线加工。否则，只有将程序分成几部分分别执行，这种方法既操作繁琐，又影响生产效率。随着三维造型软件的升级，利用软件造型和后置处理，在线加工应用已经非常普遍了。9.自诊断功能。第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺13/77自诊断是数控系统在运转中的自我诊断。当数控系统一旦发生故障，系统即出现报警，并有相应报警信息出现。借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。它是数控系统的一项重要功能，对数控机床的维修具有重要作用。2.42.4 自动编程的定义与操作自动编程的定义与操作2.4.12.4.1 编程的定义编程的定义自动编程是用计算机来帮助人解决零件的数控加工编程，大部分编程工作有计算机来完成能提高工作效率，还解决了手工编程无法解决的许多复杂形状零件的加工编程问题。自动变成可以自动生成刀位数据文件、刀具清单、操作报告、中间模型和机床控制文件。2.4.22.4.2 操作步骤操作步骤1.零件数控加工工艺分析；2.用 CAXA 制造工程师软件对加工零件进行三维几何造型；3.生成加工轨迹；在零件三维图上选择加工表面，确定加工参数等，软件自动生成刀具轨迹，编辑刀具轨迹。4.验证刀具轨迹；5.数控程序制作；后置处理，针对使用的数控机床生成加工程序代码容。6.将加工程序输入到数控机床，实施自动加工。2.52.5 系统的信息处理过程系统的信息处理过程1自动编程系统组成：数控语言、编译程序(系统软件）和通用计算机等三部分。2.互式自动编程系统第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺14/77图形交互式自动编程是建立在 CAD 和 CAM 的基础上的，其处理过程如以下图 2-2 所示：图 2-2 图形交互式自动编程处理过程(1)几何造型利用图形交互自动编程软件的图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等有关功能，将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上，与此同时，在计算机自动形成零件图形的数据文件。(2)刀具路径的产生刀具轨迹的生成是面向屏幕上的图形交互进行的。先在刀具路径生成的菜单中选择所需的子菜单，然后根据屏幕提示，用光标选择相应的图形目标，点取相应的坐标点，输人所需的各种参数。软件将自动从图形文件中提取编程所需的信息，进行分析判断、计算节点数据，并将其转换为刀具位置数据，存入到指定的刀位文件中或直接进行后置处理，生成数控加工程序，同时在屏幕上显示出刀具轨迹图形。(3)后置处理目的是形成数控加工程序。由于各种机床使用的控制系统不同，所用的数控加工程序其指令代码与格式也有所不同。第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺15/772.62.6 加工路线的确定加工路线的确定在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至完毕加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径与刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。2.6.12.6.1 数控自动加工编程中工序划分的原则与要点数控自动加工编程中工序划分的原则与要点1工序划分的原则与加工路线为了充分发挥数控机床的优势,提高生产效率和保证加工质量，数控加工编程中应遵循工序最大限度集中的原则，即零件在一次装夹中力求完成本台数控机床所能加工的全部表面。在工序集中的原则下加工路线的长短，也关系到零件的加工精度和生产效率，缩短加工路线,减少机床停机时间和辅助时间，提高生产效率，对于批量生产尤为重要。在确定加工路线时，应综合考虑最短加工路线和保证加工精度两者的关系。就精加工而言,应在保证加工精度的前提下，尽量缩短加工路线,即先精后短；而对于粗加工，要注重缩短加工路线。同时不能影响加工精度，先短后精。2工序划分的要点工艺设计中的工序划分，应根据工序集中的原则，关注以下要点。粗精分开若零件(单件)的全部表面均由数控机床加工，工序的划分一般按先粗加工，后半加工，最后精加工，依次分开进行；即粗加工全部完成之后再进行半精加工、精加工。粗加工时可快速切除大部分余量，再依次精加工各个表面，这样可提高生产效率，又可保证零件的加工精度和表面粗糙度。而对于某一加工表面,则应按粗加工、半精加工、精加工顺序完成。对于一些位置精度要求较高加工表面，可采用前者；而对于一些尺寸精度要求较高者,考虑到零件的刚度、变形与尺寸精度等因素,建议采用后者。尤其是对于精度要求较高的加工表面，在粗、精加工工序之间，零件最好搁置一段时间，使粗加工后零件的变形得到较为充分的恢复，再进行精加工，这样有利于提高加工精度。一般情况下，精第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺16/77加工余量以留6.02.0毫米为宜。精铣时应尽量采用顺铣方式，以保证零件表面质量。此外，在可能条件下，尽量在普通机床或其他机床上对零件进行粗加工，以减轻数控机床的负荷和保证加工精度。3一次定位对于一些在加工中易因重复定位而产生误差的零件，应采用一次定位的方式按顺序进行换刀作业。例如：加工箱体类零件的各轴线孔系，可依次连续加工完成同一轴线上的各孔，以提高孔系的同轴度与位置公差，然后再加工其他坐标位置的孔，确保孔系的位置精度。根据零件特征，尽可能减少装夹次数。在一次装夹中，尽可能完成较多的加工表面，减少辅助时间，提高数控加工的生产效率。4先面后孔通常，可按零件加工部位划分工序，一般先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位,后加工精度要求较高的部位；先加工平面，后加工孔。例如：铣平面镗孔复合加工，可按先铣平面后镗孔顺序进行。因为铣削时切削力较大,零件易变形，待其恢复变形后再镗孔，有利于保证孔的加工精度。其次，先镗孔再铣平面，孔口就会产生毛刺、飞边,影响孔的装配。5减少换刀在数控加工中，应尽可能按刀具进入加工位置的顺序集中刀具，即在不影响加工精度的前提下，减少换刀次数，减少空行程，节省辅助时间。零件在一次装夹中，尽可能使用同一把刀具完成较多的加工表面。当一把刀具完成加工的所有部位后，尽可能为下道工序作些预加工。例如：使用小钻头为大孔预钻位置孔或划位置痕，或用前道工序的刀具为后道工序先进行粗加工，然后换刀后完成精加工或加工其他部位。对于一些不重要的部位，尽可能使用同一把刀具完成同一个工位的多道工序加工。6连续加工在加工半封闭或封闭的外轮廓中，应尽量避免加工停顿现象。由于零件、刀具、机床这一工艺系统在加工过程中暂时处于动态平衡弹性变形状态下,若忽然进给停顿,切削力会明显减小，就会失去原工艺系统的平衡，使刀具在停顿处留下划痕(或凹痕)。因此，在轮廓加工中应避免进给停顿现象，保证零第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺17/77件表面的加工质量。7同向行程为提高数控机床的定位精度，刀具应尽量采用同向(或单向)趋近定位点和加工点的方法，以减少机械传动系统(如丝杆间隙)对定位精度的影响。空载运行时，应当按照先快后慢分级降速的顺序,接近并到达预定点，以避免速度快、惯性过大而影响其运行和定位精度。例如：对于一些位置精度要求较高的各孔加工时，应特别关注各孔加工顺序的安排，若安排不当，就有可能把坐标轴的反向间隙带入行程中，会直接影响各孔之间的位置精度。各孔的加工顺序和路线应按同向行程进行,以免引入反向误差。2.6.22.6.2 确定加工方案确定加工方案加工方案又称工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序、工步与走刀路线等容。在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别轮廓曲线的形状与位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有样，才能使所制定加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先后外，程序段最少，走刀路线最短以与特殊情况特殊处理。(1)先粗后精为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间，将精加工前大量的加工余量(如图 3-4 中的虚线所示部分)去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切和切出或换刀与停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺18/77形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。(2)先近后远这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。(3)先后外对既要加工表面(型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工型和腔，后加工外表面。这是因为控制表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖(刃)的耐用度易受切削热影响而降低，以与在加工中清除切屑较困难等。(4)走刀路线最短确定走刀路线的工作重点，主要用于确定粗加工与空行程的走刀路线，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。走刀路线泛指刀具从对刀点(或机床固定原点)开始运动起，直至返回该点并完毕加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径与刀具引入、切出等非切削空行程。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗与机床进给机构滑动部件的磨损等。优化工艺方案除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单计算。上述原则并不是一成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案。如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度与质量。这些都有赖于编程者实际加工经验的不断积累与学习。(5)加工路线与加工余量的关系在数控车床还未达到普与使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。1）对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线2）分层切削时刀具的终止位置第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺19/772.6.32.6.3 确定切削用量与进给量确定切削用量与进给量在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具与工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度与表面粗糙度；刀具预期寿命与最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度与热处理状况；工件数量；机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有：1.刀具材料。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高速钢刀具耐高温切削速度不到min/50m，碳化物刀具耐高温切削速度可达min/100m以上，陶瓷刀具的耐高温切削速度可高达1000m/min。2.工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。3.刀具寿命。刀具使用时间(寿命)要求长，则应采用较低的切削速度。反之，可采用较高的切削速度。4.切削深度与进刀量进行切削2.72.7 零件安装方法和夹具选择零件安装方法和夹具选择1工件安装的基本原则在数控机床上工件安装的原则与普通机床相同，也要合理地选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下 3 点：第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺20/77（1）力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后就能加工出全部待加工表面。（3）避免采用占机人工调整式方案，以充分发挥数控机床的效能。2夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下两点：（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短准备时间、节省生产费用。（2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。2.82.8 加工中心的回零与对刀加工中心的回零与对刀加工中心的回零点通常设置在机床各轴靠近正方向极限的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值。也就是说，可以根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点位置。回零操作又称为返回参考点操作。当返回参考点的工作完成之后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值。说明机床坐标系自动建立。在数控加工程序中可用相关指令使刀具经过一个中间点自动退离到参考点。机床参考点已由机床制造商测定后输入数控系统，并记录在机床说明书中，用户不得改变。一般加工中心的机床原点、机床参考点的位置所示。但许多数控机床参考第 2 章 加工中心自动编程与加工工艺21/77点坐标值设置为零，此时机床坐标系的原点也就是机床的参考点，机床坐标系中的绝对坐标值均显示为负值。对刀就是使刀具上的刀位点与对刀点重合。刀位点是刀具上的一个基准点，刀位点相对运动的轨迹就是上述介绍的加工路线。亦称编程轨迹。对刀点是数控加工时刀