灯套的工艺设计和加工仿真论文

本科毕业设计论文 题 目 灯套的工艺设计和加工仿真 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 毕业 任务书 一、题目 灯套的工艺设计和加工仿真 二、指导思想和目的要求 毕业设计（论文）是培养学生自学能力、综合应用能力、独立工作能力的重要教学实践环节。 在毕业设计中，学生应独立承担一部分比较完整的工程技术设计任务。要求学生发挥主观能动性，积极性和创造性，在毕业设计中着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。 三、主要技术指标 1、实体加工工艺指导书一份； 2、实体加工仿真程序一套； 3、加工仿真验证结果； 4、说明书一份； 四、进度和要求 1.查阅和翻译相关机械专业英语文献（ 1 周） 2.认真分析零件结构，初步把握零件加工方法（ 1 周） 3.依据零件三维模型，确 定零件加工工艺（ 2-3 周） 4.查阅有关仿真加工资料，设计出仿真加工的方式方法（ 3-4 周） 5.完成仿真加工并且完成验证加工（ 4-6 周） 6.撰写毕业论文（ 7-14 周） 7.论文答辩（ 15 周） 五、主要参考书及参考资料 1 田卫军 . 中文版 UG NX 8.5 基础教程 . 2010 2 施平 . 机械工程专业英语教程 . 第二版 . 2008 3 阎光明，侯忠滨，张云鹏 . 现代制造工艺基础 . 西北工业大学出版社 . 2008 设计论文 I 摘要 薄壁零件是指由各种薄型板 (壳 )和加强筋条构成的轻量化结构零件，具有重量轻、强度高、造型美观等突出优点，工程应用日益广泛，航空航天产品普遍采用薄壁结构。由于其零部件具有轻量化的要求，故大量采用铝合金、钛合金等密度较低的材料。薄壁结构在制造过程中由于其相对刚度较低、加工工艺性差，在切削力、装夹力、切削振颤等因素作用下极易发生变形、失稳和振动等问题，制造难度极大。加工变形已成为航空制造技术中影响加工精度与质量的关键因素，严重地阻碍了航 空制造业的发展。因此，对薄壁结构的切削加工变形的控制方法及其加工进行研究具有重大的理论意义和工程应用价值。 本文基于 UG和工艺分析，通过建立集建模、工艺、加工于一体的数控加工链，解决变形、过切、切削参数不合理等实际加工中常遇到的问题，最终获得高效、高质量的数控加工程序，并通过实验对所得程序进行验证。主要研究工作和研究结论如下： 1采用 UG对零件进行再建模，结合所建模型的结构特点与实际加工经验，制定合理的加工工艺，选择合理的切削参数。 2研究了零件的工艺制定方法。以普通零件为基础 ，结合航空薄壁类零件对本零件进行工艺分析，并完成本零件工艺的制定。 3研究了基于 UG的数控自动编程。根据工艺分析和模型结构特点，生成各个工序的刀位轨迹、获得刀位文件。阐述后置处理的算法原理及其需要的条件，并构建符合要求的后置处理器。对刀位文件进行后置处理，得到适合机床的 G代码文件。 关健词： UG， 工艺， 数控编程， 薄壁类零件 II ABSTRACT Thin-walled parts is composed by various thin board (shell) and the tendons of strengthening as a lightweight structural parts It has a advantage of light weight,high strengthly and aesthetically.As well as that,the structure of thin-walled has a widespread application and it was commonly used by aerospace products.Because the structure has a request of lightweight parts,the large number of aluminum alloy and titanium alloy are commonly used as a low density of the material.Thin-walled structure have a lot of problems in the manufacturing process,such as deformation,buckling and vibration caused by cutting force,clamping force,because of its relatively low stiffness,poor processing technology.It is extremely difficult in the process of manufacturing.Deformation in machining had an important role in the aviation manufacturing technology,and it has seriously impeded the development of the aviation industry.Therefore,we are studying the way of reduced deformation in machining,which has a great value of theoretical and engineering applications. This text according to UG and craft analysis, gather a model, craft and Be processed to through an establishment the number of integral whole controls to process a chain, solution transforms, lead slice, slice to pare parameter absurdity etc. physically process medium often meet of problem, finally acquisition efficiently, the number of high mass control to process procedure, and pass experiment to income the procedure carry on a verification.Main studying and research conclusion are as follows: 1.adoption the UG reconstruct a mold to the parts progress, combination the structure characteristics of model type with physically process experience, processing of establishment reasonable craft, choice reasonable of slicing and paring parameter. 2.studied the craft of parts to draw up a method.Take common parts as foundation, the combination aviation thin wall parts carries on craft analysis to this parts, and complete the establishment of this parts craft. 3.studied to control an automatic plait distance according to the UG number.According to craft analytical with pattern structure characteristics, the knife potential of each born work preface track, acquire a knife potential document.Elaborate to postpose the calculate way priniple of the disposal and the condition of its demand, and set up to meet to request of postpose processor.Postposing a disposal to the knife potential III document progress is suited the G coded document of the engine bed. Keywords : UG, Craft, The number controls to weave a distance, Thin- walled parts IV 目录 摘要 .I ABSTRACT .II 目录 .IV 第一章 绪论 .1 1.1 课题研究的背景和意义 .1 1.2 课题研究的目的意义和主要内容 .2 第二章 灯套的加工工艺分析与虚拟加工技术介绍 .3 2.1 加工对象及工艺分析介绍 .3 2.1.1 三维图形分析 .3 2.1.2 零件加工工艺方法分析 .4 2.2 虚拟数控加工的基础技术 .4 2.2.1 数控加工编程技术 .4 2.2.2 数控加工仿真技术 .5 2.2.3 虚拟数控加工的主要流程 .6 2.3 基于 UG-CAM 的刀位轨迹的生成 .6 第三章 灯套工艺台的制定 .7 3.1 建模软件介绍 .7 3.2 制作工艺台 .8 第四章 灯套的工艺设计 .14 4.1 确定毛坯的制造形式 .14 4.2 机床的选择 .14 4.3 制定加工方案和加工工艺 .14 4.4 选择 切削用量 .15 4.5 工序的安排原则 .15 4.6 加工路线 .16 V 4.7 定位基准的选择 .17 4.8 制订灯套工艺路线 .18 第五章 数控程序仿真加工 .22 5.1 创建加工坐标系 .22 5.2 创建加工程序 .22 5.3 创建加工刀具 .24 5.4 创建加工操作 .25 5.5 创建加工几何体 .27 5.6 具体操作过程 .28 5.7 基于 UG POST 的后置处理 .38 第六章 总结 .40 参考文献 .41 致谢 .42 毕业设计小结 .43 附录 . 错误 !未定义书签。 1 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 由于航空薄壁零件具有轻量化的要求，故大量采用铝合金、钛合金等密度较低的材料。薄壁零件结构受力形式复杂，难以按照经典理论进行受力分析，制造过程中极易发生变形、失稳和振动等问题，制造难度极大，是国际上公认的复杂制造工艺问题。美英等西方国家非常重视，然而都对其研究成果都秘而不宣，并对外进行技术封锁。因此，开展该方面的前瞻性 应用基础研究，对于提升我国制造业整体水平，实现从制造大国向制造强国的转变很有必要。在数控机床和数控加工中心非常普及的今天，切实的提高数控加工水平是缩短产品生产周期、提高产品加工质量的重要手段之一。而在实际的数控加工过程中，数控加工程序的质量是评定数控加工水平的一个重要指标，是影响零件加工质量和加工效率的关键因素之一。因此，如何保证数控加工程序的正确性、如何实现数控程序的优化、如何减少数控机床的安全隐患以及如何提高数控设备利用率就成为了当今制造业必须面临的几个关键问题。 薄壁件加工变形问题在我国航空制造企 业中也普遍存在，由于我国长期忽视或不重视工艺基础理论和加工技术的研究和积累，遇到特大型航空航天薄壁结构零部件的加工制造时，往往不能从制造工艺上首先得到上乘的解决方案，结果重则导致加工报废，轻则导致高精尖设备的低效率使用，整体应用水平很低。由于整体结构薄壁件的结构特征，由切削力及切削应力作用所引起的构件弹性变形是不可避免的，同时这也是导致加工误差的主要因素。除了在设计阶段要对工件的尺寸、形状进行综合考虑，更重要的是对加工过程进行定量的研究分析，合理地进行工艺设计包括正确选择加工工艺参数，设计合理的走刀路径，以 保证加工误差满足制造精度的要求。在型号工程研制和民用飞机转包合作生产中发现，整体框、梁和接头在数控加工后大都存在不同程度的变形，其变形抑制缺乏理论依据，变形校正还停留在凭经验锤击敲打的 “野蛮校形 ”水平。有时为了达到设计所西北工业大学明德学院本科 毕业设计 2 要求的加工精度，只能采用增加打磨工序的方法，这样就大大降低了效率，同时会使零件结构设计受到制造水平的约束，直接影响航空产品更新换代的先进性。可见，加工变形和加工效率问题已经成为了影响薄壁结构零件加工的重要约束，本课题的研究是很有必要的。 本课题以薄壁类零件为研究对象，一方面通过对零件 三维图形的分析，制定合理并适当的工艺路线。另一方面通过 UG软件建立零件的实体模型，通过数控自动编程规划刀具路径，生成刀位文件。后经过后置处理生成适用于相应机床的 G代码程序。最终得到高效高质量的加工程序，从而大大提高加工效率，缩短开发周期，降低生产成本。 1.2 课题研究的目的意义和主要内容 目前，国内外学者对薄壁零件的加工进行了大量研究，提出了许多控制薄壁件加工变形的方法，在西方发达国家，针对薄壁零件的结构特点，采用有限元技术，通过变形分析获得薄壁零件的变形模式，再利用数控优化技术对刀具路径进行适当 的修正，可以保证薄壁结构件的高精度加工要求，有利于加工质量和效率的提升。零件的主要变形可分为加工中的变形和加工完成后的残余应力变形。对减小加工中变形的方法，本文将其分为两大类：一类是工艺方法，主要是添加工艺台，能在一定程度上减小变形；另一类是采用高速加工。 对避免薄壁件的变形，本文的研究主要有以下几个方面： (1)添加工艺台对零件进行再建模，从而使零件在加工过程中更容易装夹，并且避免零件的变形。 (2)总结虚拟数控加工中产品的建模方法，采用 UG对具有自由曲面特征的模型进行建模。分析数控加工工艺的制定 原则，并结合所建模型的结构特点与实际加工经验，制定合理的数控加工工艺，选择合理的切削参数。从而避免零件的变形情况。 (3)研究基于 UG 的数控自动编程。结合前文的工艺分析和模型的结构特点，生成各个工序的刀位轨迹，并获得刀位文件。介绍后置处理的算法原理及后置处理需要的条件，并构建符合要求的数控钻铣床 KMC-1890 的后置处理器。并通过新建的后置处理器对刀位文件进行后置处理，得到适合机床的 G 代码文件。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 3 第二章 灯套的加工工艺分析与 虚拟加工技术介绍 产品结构和工艺分析作为虚拟 数控加工的基础环节，对虚拟数控加工的质量具有至关重要的作用。本章结合加工对象的结构特点和常见的建模方法，完成对加工对象的数字化模型分析，并制定合理的加工工艺。 2.1 加工对象及工艺分析介绍 根据零件三维实体模型（如图 2-1所示 )，分析零件加工方法。 (a) (b) 图 2-1 三维模型图 通过对零件三维模型分析确定零件加 工步骤与方法。 2.1.1 三维图形分析 通过图形分析可知： （ 1）零件为薄壁类结构，故在工艺制定时必须考虑变形等因素。 （ 2） 零件 (a)图两侧面为装配配合面，精度要求高，故加工时应先加工 (a)面，后加工 (b)面。 （ 3）零件过大且为薄壁件，故必须对零件三维模型添加若干工艺台和再建模，西北工业大学明德学院本科 毕业设计 4 以便零件的加工和卸料。 （ 4）零件可以通过建立草图、拉伸、修剪体、扩大曲面等常用命令进行再建模。 （ 5）为了保证加工精度，所以在三轴数控铣床上分两次装夹，再在五坐标数控铣床上装夹完成。 （ 6）该零件包括曲面、孔、型腔等结构，形状比较复杂，但是工序相对容易，表面质量和精度要求不高，所以综合考虑，工序安排比较关键。 （ 7）为了保证加工精度和表面质量，分析采用上三次定位装夹加工完成，按照先型腔后底面、先整体后细节、先主体造型后分步钻孔、先粗加工后精加工的原则依次划分工序加工。 2.1.2 零件加工工艺方法分析 该零件为一个薄壁结构，零件材料为铝板，表面粗糙度要求为 3.2。实际加工零件的毛坯料为一个长方体铝块。考虑到实际加工过程中的零件装夹方便，避免零件加工过程中变形，以及最少 的装夹数，故该零件在加工过程中应该先加工背面两侧边，然后翻面加工正面型腔，以及正面两侧壁和筋高并钻孔，由于零件型腔内侧壁为闭角，所以除普通的三轴数控铣床外，还要在五轴数控铣床上加工。零件应先进行粗加工，然后再精加工完全可以达到要求。 2.2 虚拟数控加工的基础技术 面向虚拟制造的虚拟数控加工是各种制造仿真技术的集成，其核心是建模技术、数控编程技术和数控加工仿真技术等。 2.2.1 数控加工编程技术 数控加工编程是指根据图样规定的技术特性、几何尺寸及工艺要求等，加以必要的分析和处理，确定出合理的 加工工艺，生成合理刀的位轨迹，然后通过后置处理生成机床可识别的数控程序并加以校验的过程。数控加工编程是数控加工的重点之一，是最能明显提高效益的环节之一。在实现设计加工自动化，提高加西北工业大学明德学院本科 毕业设计 5 工质量，缩短开发周期等方面起着重要的作用，广泛应用于航空、汽车等工业领域。鉴于实际生产的强烈需求，国内外对数控加工编程技术都进行了深入广泛的研究，并取得了诸多成果。 数控加工程序的编制目前主要有手工编程和自动编程两种方法。零件图样分析、工艺安排、加工路线和工艺参数的确定、几何计算直至加工程序单的编制和程序的检验均由人工完成 的过程为手工编程。此过程需要编程人员对工艺、机床、数控系统等有全面的了解。该方法适于形状简单、程序短、计算方便的零件的编程。手工编程不仅充分发挥了数控系统的功能，同时又融合了编程人员的经验，所以有着广阔的应用前景。零件图样分析和工艺方案制定由人工进行，数学处理、程序的编写和检验等生成程序代码的其他工作均由计算机辅助制造软件完成的过程为自动编程。常用的辅助软件有 MasterCAM、 Pro Engineering、 CAXA、 UG NX等。自动编程由计算机绘制刀轨，节财省时，大大提高了编程效率，而且编程人员可及时 发现错误并进行修改，同时避免了繁琐的人工数值计算，解决了复杂零件手工编程难的问题。 2.2.2 数控加工仿真技术 数控加工仿真集制造技术、机床控制理论、 CAD、 CAM、建模和仿真于一体，是数控机床在虚拟环境中的映射。此技术可以直观、形象地模拟数控加工的全过程，实现切削过程中刀具的运动及切削状态的三维显示，可以实时观察过切、欠切、碰撞和干涉等情况，是验证数控程序可靠性和预测切削加工情况的良好工具。 数控加工仿真分为几何仿真和物理仿真。几何仿真以刀具、工件、夹具、工作台、刀库和主轴箱等为仿真对象， 不考虑切削参数、切削力等因素的影响，只通过对刀具和工件的相对运动进行仿真，来验证数控程序的正确性，也为物理仿真提供了必要的几何信息。目前实现几何仿真的方法主要有直接实体造型法、基于图像空间法和离散矢量求交法、基于曲面技术的方法三种。物理仿真通过仿真切削动态特性来预测零件的加工质量，达到调整和优化切削参数的目的。物理建模是物理仿真的基础和核心，主要有切削力模型、振动模型、表面粗糙度模型、切削温度场模型、刀具磨损模型等。常用的物理建模方法主要有解析法、实验法、机械法和数值法等。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 6 2.2.3 虚拟数控加工的主要流程 虚拟数控加工的整个过程是通过计算机来实现的，是虚拟建模技术、数控加工编程技术和数控加工仿真技术的集成。一方面根据提取的零件参数，绘制零件的几何模型，分析零件的加工工艺，选择合适的数控编程模块生成加工刀位数据文件，再经过后置处理自动生成适合特定机床的数控程序；另一方面构建虚拟加工环境，以生成的数控程序或刀位文件为驱动，动态仿真零件加工的整个过程，检查加工中出现的碰撞、干涉等问题，并对加工质量进行评估。 2.3 基于 UG-CAM 的刀位轨迹的生成 合理的刀位轨 迹是保证零件质量的关键，零件越复杂，程序越容易出错。因此，研究零件的刀位轨迹十分必要。 刀位点数据的生成就是确定工件和刀具在加工过程中相对运动的轨迹的过程。假定工件是静止的，道具轨迹就简化为一些离散点在工件坐标系中的坐标值和刀具的一些运动指令。通过 UG-CAM 进行数控自动编程生成刀位轨迹的主要流程图如图 2-1 所示。 图 2-1 生成刀位轨迹的主要流程图 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 7 第三章 灯套工艺台的制定 零件添加工艺台完成后的整体效果图 图 3-1 整体效果图 3.1 建模软件介绍 UG（ Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的 产品设计 及加工过程提供了数字化造型和验证手段。 Unigraphics NX针对用户的 虚拟产品设计 和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。 主要功能包括： (1)产品设计， NX 包括了世界上最强大、最广泛的 产品设计 应用模块。 NX 具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。 NX 优于通用的设计工具，具有专业的 管路 和线路设计系统、 钣金 模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业 应用程序 。 (2)仿真、确认和优化， NX 允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时 的设计、构建，以及对变更周期的依赖。 (3)NC加工， UG NX加工基础模块提供联接 UG所有加工模块的基础框架，它西北工业大学明德学院本科 毕业设计 8 为 UG NX所有加工模块提供一个相同的、 界面 友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。 UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。 UG NX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于 2 5轴或更多轴的铣削加工、 2 4轴的车削加工和 电火花线切割 。 3.2 制作工艺台 (1)打开 UG NX8.5，打开模型文件 “liwang.prt”,如图 3-2 所示： 图 3-2 原始模型 (2)单击草图图标 ，创建草图，绘制如图 3-3 图形。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 9 图 3-3 草图 单击完成草图 。 (3） 单击拉伸 图标 ，点击选择已有曲线，输入拉伸距离为 25mm，如图 3-4 所示 图 3-4 整体拉伸 点击确认。完成拉伸命令。 (4） 单击 图标，点击草图绘制 如图 3-5 所示 图 3-5 拉伸 绘制图中加亮特征图形，单击完成草图 。进入拉伸界面，距离为 25mm。点击确认完成拉伸。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 10 (5） 单击抽求差图标 ，进入求差命令，选择要工具和目标，点击确认完成求差。如图 3-6 所示 图 3-6 抽壳 点击确定，完成命令。 (6） 单击 图标，点击草图绘制 ，如图 3-7， 绘制草图，点击完成草图，选择拉伸距离为 80mm，确定完成。 图 3-7 拉伸 （ 7） 单击 图标，点击草图绘制 ，创建如图 3-8 所示体。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 11 图 3-8 拉伸 (8)单击 图标，点击草图绘制 ，通过两次草图拉伸命令做出剩余工艺台，如图 3-9 所示 。 图 3-9 拉伸 (9)单击 图标，选择如图 3-10 所示操作，对多组工艺台进行修剪。 图 3-10 多组修剪体命令 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 12 （ 10)单击求和 图标，将再建模后的模型与原工件模型求和，如图 3-11 所示。 图 3-11 求和 （ 11） 单击 图标，点击草图绘制 ，选择如图 3-12 所示操作，点击确定。 图 3-12 拉伸 (12)隐藏辅助线等特征，得到最终零件三维模型如图 3-13 所示 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 13 图 3-13 完成建模 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 14 第四章 灯套的工艺设计 4.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为铝合金，毛坯尺寸为 750mm590mm30mm 板料。由前边的分析可知，此零件为薄壁件，所以选择毛坯时应选择性能比 较好的铝合金材料。 4.2 机床的选择 对于铰链主体零件精度、形状的特殊性，在加工过程中下料 、铣上下两面我们选择普通锯床和普通铣床进行粗加工。由于此零件属于单件产品，所以其余加工工序我们选择数控铣床，具体型号为 KMC-1890。 4.3 制定加工方案和加工工艺 （ 1） 选择加工方法 上、下两面及型腔的粗糙度要求为 3.2m，可选择 “粗铣 精铣 ”方案。 孔加工方法的选择 孔加工前，为便于钻头找正，先用中心钻加工中心孔，然后在钻孔。内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。对于精度要求特别高、粗糙度值较小的表面，一般不能一次加工到规定尺寸，而要划分阶段逐步进行。该零件孔系加工方案的选择基本上为先用中心钻加工中心孔，然后在钻孔。 （ 2） 加工工艺 数控机床的加工方案包括制定工序、工步及先后顺序和进给路线等内容。 在数控机床的加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料、批量等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应对具体零件制定加工方案时，应具体分析并区别对待，灵活处理。只有这样，才能使加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 15 常用加 工方案： 先粗后精 这是数控机床与普通机床都采用的方案，目的是为了提高生产效率并为保证零件的精加工质量做准备。主要过程是先安排较大切削深度及进给量的粗加工工序，以便在较短的时间内将精加工前的大量余量去掉。 先内后外 对于车、铣及线切割机床加工特别适宜先内后外的加工方法。对既要加工内后加工外形表面。这是因为控制内表面的尺寸和形位精度等均较困难， 刀具刚性相应较差，刀尖或刀刃的使用寿命受到切削热的影响而降低，以及在依据加工内容，所选机床确定定位夹紧方案。 4.4 选择切削用量 该零件材料切削性能较好，铣削平面 、两侧面及轮廓时，留 0.5mm 精加工余量；孔加工精度留 0.2mm，精铣余量留 0.1mm。选择主轴转速与进给速度时，查询切削用量手册，确定切削速度和进给量，然后计算进给速度和主轴转速。根据经验可知，进给倍率选 F=2000，主轴转速选 S=3000。 4.5 工序的安排原则 (1)机械加工工序的安排： 先基面后其它选作精加工基准的表面应安排在工艺过程的一开始就进行加工，以便为后续工序的加工提供精加工基准； 先粗后精整个零件的加工工序，应是粗加工工序在前，相继为半精加工、精加工及光整加工工序。 先主后次先加工零件主要工作面及装配基准面，然后加工次要表面。由于次要表面的加工工作量比较小，而且与主要表面有位置精度要求，因此要放在主要表面的主要加工结束之后，最后进行精加工。但是也要视具体情况而定，当次要表面的加工劳动强度较大时，为了减少由于加工主要表面产生废品造成工时损失，主要表面的精加工工序也可安排在次要表面加工之前进行。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 16 先面后孔由于机体的底平面的轮廓尺寸较大，用它定位比较稳定，因此选此平面作为精加工基准，先加工底平面，然后以底平面定位加工孔，有利于保证孔的加工精度。 (2)辅 助工序的安排 辅助工序种类很多，包括工件的检验、去毛刺及清洗工序等，其中检验工序对保证产品质量有极其重要的作用，需要在下列场合安排检查工序： 粗加工全部结束之后，精加工之前； 工件从一个车间转到另一个车间时； 重要工序加工前后； 零件全部加工结束之后。 4.6 加工路线 理想的加工路线不仅可以加工出合格的产品同时也能使数控机床得到合理的利用和充分的发挥，而要实现这一原则必须实现这两个原则，一保证精度原则，二提高生产效率原则。按照基面先行、先面后孔、先粗后精的原 则确定加工顺序，详见灯套零件数控加工工序卡。外轮廓加工采用顺铣方式，刀具沿切线方向切入和切出。 在划分了加工阶段，确定了工序集中与分散方法后，便可安排零件的机械加工工序。安排零件表面的加工顺序时，通常应遵循以下几个原则： (1)先主后次根据零件的功用 (可从装配图上知道 )和技术要求，分清零件的主要表面和次要表面。主要表面系指装配基准面、重要工作表面和精度要求较高的表面等；次要表面是指光孔、螺孔、未标注公差表面及其他非工作表面等。分清零件的主、次要表面后，重点考虑主要表面的加工顺序，以确保主要表面的最终加工。 按照先主后次的原则。安排机械加工工序的一般顺序是：加工精基准面 -粗加工主要表面 -半精加工主要表面 -精加工主要表面 -光整加工 -超精密加工主要表面。次要表面的加工安排在各阶段之间进行。 (2)基面先行应先加工出选定的后续工序的精基准，如外圆、内孔、中心孔等。如在加工轴类零件时，应先钻中心孔；加工盘套类零件时，应先加工外圆与端面。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 17 (3)先粗后精在加工工件时，一般先粗加工，再进行半精加工和精加工。 (4)先面后孔为了保证加工孔的稳定可靠性，应先加工孔的端面，后加工孔。如加工箱体、支架和连杆等零件，应先加 工端面后加工孔。这是因为端面的轮廓平稳，定位、装夹稳定可靠。先加工好孔端平面，再以端面定位加工孔，便于保证端面与孔的位置精度。此外，由于平面加工好后再加工孔时，可使刀具的初始工作条件得到改善。 详见零件工艺卡片。 4.7 定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 (1)基准的概念与分类 基准：零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。 设计基准：零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。 工艺基准：零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。 (2) 精基准的选择原则： 应保证加工精度和工件安装方便可靠。 基准重合原则：选用设计基准作为定位基准。 基准统一原则：采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。 自为基准原则：选择加工表面本身作为定位基准。 互为基准原则：工件上两个相互位置要求很高的表面加工时，互相作为基准。 (3) 粗基准的选择原则： 应保证各加工面有足够的余量，并尽快获得精基面。若要求保证某重要表面加工余量均匀，选该表面为粗基准。若要求保证加工面与不加工面间的位置，选不加工表面为粗基准。粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。粗基准表面，应平整光洁。 (4) 辅助基准的选择原则 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 18 为装夹方便或实现基准统一，人为制造的一种定位基准。 (5) 灯套的设计基准 为了使工件加工方便，所以在工件二次建模后的实体右上角处设计适当大小的基准孔，作为定位基准。 4.8 制订灯套工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精 度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用加工中心进行加工，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 (1) 工序 05 来 料 检 验 。 检 查 毛 料 是 否 合 格 ， 毛 料 尺 寸 ：750mmX590mmX30mm，用游标卡尺检验尺寸。 (2) 工序 10 1）飞面：飞毛料两大面，保证尺寸： 250.1，保证各面平面度小于 0.1，平行度小于 0.1，垂直度小于 0.1，粗糙度要求为 3.2m 。 2）按下图 4-1 要求，光基准边，要求全部见光，保证各面平面度小于 0.1，粗糙度要求为 3.2m 。 图 4-1 毛坯示图 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 19 (3)工序 15 数铣正面。按图 4-2 所示装夹零件，建立坐标系，底部垫垫块， Z0 为零件上表面。 工步 1 如图 4-2 所示钻 30 基准孔，保证垂直度小于 0.05。 工步 2 粗铣外形及凹槽。 工步 3 精铣外形两面及凹槽。 图 4-2 装夹示图 (4)工序 20 数铣背面。将工件绕 X 轴翻面，如图 4-3 所示装夹零件，建立坐标系， Z0 为零件上表面。 工步 1 粗铣型腔及工艺台。 工步 2 精铣型腔及筋。 工步 3 精铣外形。 工步 4 精铣内部两侧壁。 工步 5 精铣两圆角。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 20 图 4-3 装夹示图 （ 5） 工序 25 钻孔（如上图所示）。 钻 3-8 及 5 孔。 （ 6） 工序 30 精铣工件闭角壁。如图 4-4 所示，装夹工件。建立工件坐标系， X0， Y0 如图， Z0 为工件上表面对刀。 图 4-4 装夹示图 （ 7） 工序 35 钳工。 工步 1 卸料：注意保护好工件表面。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 21 工步 2 修接刀差及残留，与数控加工面接平。 工 步 3 去毛刺。 （ 8） 工序 40 检验。全检零件各个尺寸及外观。 （ 9） 工序 45 称重。记录零件实际所称重量。 （ 10） 工序 50 清洗。 （ 11） 工序 55 表面处理。按 XYS2313 进行无色硫酸阳极化，保护所有孔。 （ 12） 工序 60 全检。合格后入库。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 22 第五章 数控程序仿真加工 前期几何模型的再建立和加工工艺的分析为生成刀位轨迹做了必要的准备工作。要得到刀位文件，还需要进入 UG 加工环境，创建加工操作。打开零件图，单击开始图标，选择 “加工 ”选项，设置加工环境，具体步骤如下： 5.1 创建加工坐标系 加工坐标系是所有后续刀具路径的基准位置，因此，坐标系的确定十分关键。在刀具路径中，各点坐标值均与加工坐标系相关联，后续刀轨的输出点的坐标将随着加工坐标系的变化而实时更新。加工坐标系的确定遵循右手笛卡尔坐标系原则，一般选在零件的某一表面中心上。 由于本文加工的零件形状比较特殊，所以选择处理后的零件基准孔中心作为工件坐标系的坐标原点。 具体操作：在操作导航器的空白区域右击选择 “几何视图 ，双击 ，弹出 Mill Orient对话框，如图 5-1所示。单击 CSYS对话框，选择零件上表面基准孔中心为坐标原点创建坐标系，单击 “确定 ，可看到外形的加工坐标系如图 5-2所示。 图 5-1 加工坐标系 图 5-2 零件视图 5.2 创建加工程序 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 23 零件的外形及凹槽粗加工，两侧边及 凹槽精加工，反面型腔及工艺台粗加工，反面外形、型腔、筋、侧壁、闭角壁及圆角精加工，乃至孔的加工都有其独立的数控加工程序，分别命名为如图 5-3 所示 图 5-3 程序命名 程序创建的方法：单击主菜单中的 图标，打开创建程序对话框，如图5-4 所示。选择类型，输入程序名称，连续单击两次 “确定 即可完成。在左侧操作导航器的空白区域右击选择 “程序顺序视 图 ，可以看到刚才所创建的所有程序，如图 5-5 所示。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 24 图 5-4 创建程序 图 5-5 程序列表 5.3 创建加工刀具 根据前文分析可知，零件加工需要创建如表 5-1所示五把刀具。创建刀具过程：点击主菜单中创建刀具图标 ，打开创建刀具对话框，如图 5-6所示。选择刀具类型和子类型，并命名，点击确定进入刀具参数对话框，如图 5-7所示。根据需要输入直径、底圆角半径、长度、锥角、尖角、刀刃长度、刀刃数、刀具号、长度补偿、刀具补偿等参数。 表 5-1 刀具表 刀具号 刀具类型 刀具子类型 刀具名 直径 圆角半径 T1 Mill_counter BALL_Mill T1 10mm 5mm T2 Mill_counter Mill T2 20mm 3mm T3 Mill_counter Mill T3 10mm 3mm T4 Drill DRILLING_TOOL T4 8mm 0 T5 Drill DRILLING_TOOL T5 5mm 0 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 25 图 5-6 创建刀具 图 5-7 铣刀参数 5.4 创建加工操作 创建操作的首要任务是确定各道工序的加工方法。刀具在运动过程中不能超出切削区域，且要尽可能覆盖到切削区的各个点。因此，加工方法的确定要综合考虑零件形状特点和加工要求。各个阶段的加工方法的选择在上文已给出分析结果。所以，在此，只需要按分析结果进行设定或选择即可。 具体操作：点击创建操作图标 ，弹出创建操作对话框，如图 5-9所示。选择操作类型、操作子类型、程序、刀具、几何体、方法，并给操作命名。本课题的设置如表 5-2所示。 表 5-2 各工序加工方法的选择 工序 操作类型 操作子类型 程序 刀具 几何体 方法 外形和凹槽粗加工 counter 型腔铣 CAVITY_MILL T2 Workplace Mill_counter 外形两面及凹槽精加工 counter 深度加工轮廓 ZLEVEL_PROFILE_1 T3 Workplace Mill_counter 背面型腔 counter 型腔铣 CAVIT T2 Workplace Mill_count西北工业大学明德学院本科 毕业设计 26 及工艺台粗加工 Y_MILL2 _1 er 筋精 加工 counter 型腔铣 FACE_MILLING T3 Workplace_1 Mill_planar 外形精加 工 counter 深度加工轮廓 ZLEVEL_PROFILE T3 Workplace_1 Mill_counter 内部两侧壁精加工 counter 深度加工轮廓 ZLEVEL_PROFILE_3 T3 Workplace_1 Mill_counter 圆角精加工 counter 固定轮廓铣 FIXED_CONTOUR T1 Workplace_1 Mill_counter 打 孔 drill 断屑钻 BREAKCHIP_DRILLING T4、 T5 Workplace_1 drill 闭角壁精加工 multi-axis 外形轮廓铣 CONTOUR_PROFILE T3 Workplace_1 Mill_multi-axis 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 27 图 5-8 创建操作 图 5-9 顺序视图 选择好切削类型之后，单击 “确定 进入具体操作对话框。参数主要有几何体、刀具、刀轴、刀轨设置、机床控制、程序等。刀具和程序的选择与设置在前面章节已作出分析，只需按分析结果进行设置即可。所以此处重点需要注意的是几何体的选择和导轨的设置。 5.5 创建加工几何体 点击主菜单栏的 图标， 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 28 图 5-10 创建几何体 图 5-11 铣削几何体 如图 5-10，类型选择 mill_contour,几何体子类型选择 workplace，点击确定计入图5-11所示页面，指定部件选择零件，毛坯选择如图 5-12所示 ,点击确定完成几何体设定。 图 5-12 毛坯几何体 5.6 具体操作过程 （ 1)外形及凹槽粗加工 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 29 点击 ，进入操作设定，如图 5-13 所示，选择图示加工方法，几何体，刀具选择 T2，点击确定。进入如图 5-14 所示界面。 图 5-13 创建操作 图 5-14 型腔铣 指定切削区域选择外形及凹槽，及零件上表面，其他选项选择如图所示。加工余量选择 1mm。点击 ，生成刀轨，如图 5-15 所示，点击 ，进入如图 5-16所示虚拟加工运行界面，选择 2D 视图，观察刀具轨迹，选择 3D视图，观察加工过程。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 30 图 5-15 型腔刀轨 图 5-16-1 2D 仿真 图 5-16-1 3D 仿真 （ 2） 外形两侧壁及凹槽精加工 1） 点击创建操作 ，选择加工类型为深度加工轮廓，刀具选择 T3。几何体选择 Workplace，点击确定，进入深度加工轮廓命令栏。几何体选择工件全体，切削区域选择左侧壁。其余选择同上一步相同，点击 ，生成刀轨，如图 5-17所示，点击 ，进入虚拟加工运行界 面，选择 2D 视图，观察刀具轨迹，选择3D 视图，观察加工过程。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 31 图 5-17 底面刀轨 图 5-17-1 2D 仿真 图 5-17-2 3D 仿真 2） 点击创建操作 ，选择加工类型为深度加工轮廓，刀具选择 T3，切削区域选择右侧壁，其余选择与左侧壁相同。 2D、 3D 图如图 5-18-1、 5-18-2 所示。 图 5-18-1 2D 仿真 图 5-18-2 3D 仿真 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 32 3） 点击创建操作 ，选择加工类型为深度加工轮廓，刀具选择 T3，切削区域选择凹槽，其余选择与上两步相同。 2D、 3D 图如图 5-19-1、 5-19-2 所示。 图 5-19-1 2D 仿真 图 5-19-2 3D 仿真 （ 3） 背面型腔和工艺台粗加工 点击 ，选择型腔铣操作，步骤和前两步大致相同。区别是刀具选择 T3，粗加工刀轨型腔如图 5-20 所 示，工艺台如图 5-21 所示。 图 5-20 型腔粗加工刀轨 图 5-21 工艺台粗加工刀轨 （ 4） 筋的精加工 点击 ， 进入操作界面，选择实体轮廓 3D操作，进入如图 5-21所示界面。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 33 图 5-21 选择操作 点击 ，生成刀轨，点击 ，进入如图 5-22所示虚拟加工运行界面，选择 3D视图，观察加工过程。 图 5-22 仿真 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 34 （ 5） 外形精加工 点击 ， 进入操作界面，选择实体轮廓 3D操作，其余操作与上一步大致相同。 点击 ，生成刀轨，点击 ，进入如图 5-23所示虚拟加工运行界面，选择3D视图，观察加工过程。 图 5-23 仿真 （ 6） 内部两侧壁精加工 点击创建操作 ，选择加工类型为深度加工轮廓，刀具选择 T3，切削区域分别选择左、右侧壁，点击 ，生成刀轨，点击 ， 3D 图如图 5-24-1、 5-24-2所示。 图 5-24-1 仿真 图 5-24-2 仿真 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 35 （ 7） 圆角精加工 点击创建操作 ，选择加工类型为 固定轮廓铣 ，刀具选择 T1，切削区域选择左右两圆角。点击 ，生成刀轨，点击 ， 2D 图如图 5-25-1、 5-25-2 所示。 图 5-25-1 仿真 图 5-25-2 仿真 （ 8） 打 孔 点击 ， 进入操作界面，选择如图 5-26 所示操作，点击确定进入如图 5-27 所示操作。 图 5-26 创建工序 图 5-27 选择操作 点击 ，生成刀轨，点击 ， 3D图如图 5-28-1、 5-28-2所示。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 36 图 5-28-1 仿真 图 5-28-2 仿真 （ 9） 闭角壁精加工 点击 ， 进入操作界面，选择如 图 5-29 所示操作，点击确定进入如图 5-30所示操作。 图 5-29 创建工序 图 5-30 选择加工方法 点击 ，生成刀轨，点击 ， 3D图如图 5-31所示。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 37 图 5-31 仿真 （ 10） 程序的整体运行 点击进入顺序视图，全选程序，如图 5-32所示，点击生成刀轨，点击确认刀轨，进入 3D视图，观察加工过程。如图 5-33 33所示 . 图 5-32 程序顺序图 图 5-33 加工仿真 图 5-34 加工仿真 图 5-35 加工仿真 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 38 图 5-36 加工仿真 图 5-37 加工仿真 5.7 基于 UGPOST 的后置处理 目前， CAM软件只是按照相对运动 原理进行刀位轨迹计算，而不考虑具体机床的结构和指令格式，所以要投入实际加工，还要把计算所得的刀位轨迹数据转换成具体机床的程序代码，该过程称为后置处理。可见后置处理是连接刀位文件和数控机床代码的桥梁，在数控编程中起着至关重要的作用。 在主菜单选择 “后处理 ”选项，弹出后处理器，在其中选择后处理文件，如图5-38。 图 5-38 选择程序列表 这里选择已经编辑设置好的 FANUCTOOL系统后处理文件，指定存放位置，确认输出，生成 G代码，至此，加工完成。如图 5-39。 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 39 图 5-39 后处理系统选择 生成数控程序 liwang.ptp，部分截图如图 5-40所示 图 5-40 后处理结果 西北工业大学明德学院本科 毕业设计 40 第六章 总结 在此次毕业设计中，我们首先通过 UG 三维模型分析零件的结构特点。分析零件再建模方法。然后通过 UG 软件进行零件的三维再建模，完成零件的三维再建模后，对零件进行了简单的工艺分析，然后使用 UG-CAM 部分进行了零件数控加工刀轨的生成。完成了零件的后置处理，生成了 NC 语句表。 在这次毕业论文设计中，我们 完成了零件的三维再建模，有 UG 的三维模型文件；然后，完成了零件的工艺制定