鼠标盖凹模加工及机床可视化仿真的研究论文

本科毕业设计论文 题 目 鼠标盖凹模加工及机床可视化仿真的研究 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 宋培培 指导教师 李海滨 毕业时间 2014 年 6 月 毕业 任务书 一 、题目 鼠标盖凹模加工及机床可视化仿真的研究 二、研究主要内容 本课题来源于实际生产产品，研究内容和研究 方法上的要求是 针对 鼠标盖凹模 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 鼠标盖凹模加工 粗加工程编； 3完成 鼠标盖凹模 精加工 及清根加工的程编； 4. 完成 鼠标盖凹 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 16 周（ 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 鼠标盖凹模 加工 工艺及工艺模型处理； 3. 第四周，去工厂现场参观调研； 4第五周，熟悉及掌握 CADCAM 软件相关的 鼠标盖凹模 加工方法； 第二阶段：（共计 5 周） 1第六周及第七周，完成 鼠标盖凹模 加工 工艺模型建立和处理； 2. 第八周，完成 鼠标盖凹模的粗加工编程； 3. 第九周，完成 鼠标盖凹模的精加工编程； 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 鼠标盖凹模 加工程序的通用性； 2第十二周，检测 鼠标盖凹模 加工刀路工艺规划的合理性； 设计 论文 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 .CATIAV5 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. 学生姓名 宋培培 指导教师 李海滨 系主任 魏生民 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 I 摘 要 随着科学技术和社会生产的不断进步，制造业也发生着革命性的变化，数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命。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。现代数控加工技术的普遍应用，使产品的加工周期大幅度缩短，提高了产品的加工质量，加速了产品的更新换代，增强了产品的竞争能力。因此数控加工技术的研究成为各国的研究重点。 本次毕业设计以鼠标盖及餐盘的仿真加工为研究对象，首先熟悉了 CATIA V5 R20 软件，特别是对其中的数控加工仿真技术进行深刻的认识和研 究，并在查阅和搜索了大量与本毕业设计相关的资料的基础上，分析模型，根据加工区域的特征，有的区域是平面，而有的区域为不规则的曲面，运用扫描加工，型腔铣和轮廓驱动铣对零件先进行粗加工 ,半精加工，最后在精加工。然后利用 CATIA进行数控加工程序的编制，设计出该零件的 NC 加工方法。最后，结合 CATIA中设计好了的模型实例展现了在 VERICUT环境下数控加工仿真的全过程。 关键词 ：数控加工， CATIA， VERCUIT，轮廓铣 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 II ABSTRACT Along with the advance of science and technology and social production, manufacturing and the revolutionary change, the application of nc machining technology is a technical revolution in mechanical manufacturing industry- Computer simulation, the simulation technology saves a lot of work, greatly saves the cost of raw materials, improve the production efficiency- Modern nc machining technology of commonly used, make products to greatly shorten the processing cycle, improve the processing quality of products, and accelerate the upgrading of products, enhance the competitive capability of product- Therefore the numerical control processing technology research became the various countries research focus. The graduation design in the mouses cover and plate the simulation machining for research object, material is aluminum alloy parts used- First of all, familiar with CATIA V5 R20 software, especially for the nc machining simulation technology for deep understanding and research, and the access and search a large amount of data associated with this graduation design, on the basis of the analysis model, according to the characteristics of the processing area, some area is flat, and some areas for irregular surface, so used to scan processing, drive the contours and cavity milling milling to rough machining of parts first, semi-finishing, finally in finish machining- Then using CATIA NC machining program, design the NC machining method of the parts- Finally, combining with the designed in CATIA model instance shows the whole process of nc machining simulation in VERICUT environment. KEYWORDS: CNC machining, CATIA, VERCUIT, contour milling 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 III 目 录 摘 要 .I 第一章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的意义 . 1 1.2 国内外现状 . 2 1.3 论文的章节安排 . 2 第二章 CATIA 及 VERICUT 软件简介 . 3 2.1 CATIA/入口 . 3 2.2 CATIA 常用模块 . 3 2.3 CATIA 软件的特点 . 5 2.4 VERICUT介绍 . 6 第三章 数控加工关键技术的研究 . 7 3.1 数控编程的定义 . 7 3.2 数控程编研究的基本内容 . 7 3.3 数控编程的工艺处理 . 8 3.4 数控加工的误差来源 . 11 第四章 鼠标盖凹模加工的研究 . 12 4.1 引入零件并打开加工模块 . 12 4.2 创建零件毛坯 . 13 4.3 零件初始化操作 . 13 4.4 零件表面及凹槽粗加工（ Roughing） . 17 4.5 零件区域凹槽面半精加工（ Sweeping） . 21 4.6 腔槽上表面精加工（ Pocketing） . 23 4.7 零件凹槽内曲面精加工（ Contour-driven） . 25 4.8 零件凹槽内表面凸台轮廓驱动加工（ Contour-driven） . 27 4.9 生成 NC 代码 . 29 4.10 本章小结 . 31 第五章 餐盘加工方法的研究 . 32 5.1 餐盘表面积六个凹槽快速加工（ Power machining） . 32 5.2 餐盘表面轮廓铣削加工（ Profile Contouring） . 35 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 IV 5.3 餐盘上表面面铣（ Facing） . 37 5.4 餐盘凹槽面精加工（ ZLevel等高线加工） . 41 5.5 餐盘凹槽底面精加工 （ Spiral milling） . 44 5.6 生成 NC 代码 . 47 5.7 本章小结 . 48 第六章 鼠标盖凹模加工及餐盘加工的 VERICUT 仿真 . 49 6.1 数控加工仿真技术概述 . 49 6.2 VERICUT数控加工仿真技术的操作步骤 . 49 6.3 导入 NC 程序 . 52 6.4 加工仿真的验证 . 53 6.5 本章小结 . 55 第七章 总结与展望 . 56 7.1 论文总结 . 56 7.2 后续展望 . 56 参考文献 . 58 致 谢 . 59 毕业设计小结 . 60 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 绪 论 1.1 课题研究的意义 通过对鼠标盖凹模加工及机床可视化仿真的研究，巩固了我们对机械专业课本知识的学习及理解，培养我们综合应用所学知识理论和专业知识，对我 们四年的大学课程学习有一个全面的总结升华，进一步加强了我的数控加工方面的基础，通过仿真过程，我们吸取了深刻的经验，为将来从事从此方面工作打下了结实的基础。 总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点： 1.具有较大的柔性 数控机床是按照记录在载体上的信息指令自动进行加工的，当加工对象改变时只需要重新编制数控加工程序，而无需对机床结构进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助机械装置。这样，便可以快速地从一种零件的加工变到另一种零件的加工，使生产准备周期大为缩短。 2.加工效率 高 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。 3.加工精度高 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置 ,提高分辨率 ,减少为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 4.有力于加工复杂形状的零件 数控机床能同时控制多个坐标联动，可以加工其他机床难以加工甚至不可能加工的复杂零件，如曲线的二维复杂轮廓零件、含曲面的三维实体零件。 5.劳动强度低 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，省去 传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 态。所以劳动强度很低。 6.适应能力强 数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 1.2 国内外现状 从生产中可以看出， CAM 技术对企业的影响举足轻重，可以极大的提高企业的市场竞争力。但是，由于我国计算机软件行业发展滞后，受到 CAM 软件的限制，尽管 CAM 技术在国外已有大量的科研人员进行研究，并不断的有成果出现，我国在 CAM 技术领域方面的研究却不是很成熟。这对我 国原本落后的制造业的发展极为不利。制造业不仅仅是一个国家的国民经济的支柱，而且是国力强弱的象征，对其在世界上的政治和经济地位都有着决定性的影响。为了适应制造技术今后的发展趋势，有必要针对其进行研究，使我国的制造技术上一个新台阶，达到国际先进水平，并为我国制造业的发展提供一条新途径。 1.3 论文的章节安排 根据本科生毕业论文的选题要求，作者在近三个月的论文写作阶段，基于CATIA V5 系列软件和 VERICUT 仿真软件平台，在论文指导老师耐心的指导下完成了大量的研究和写作工作，在此基础上对鼠标盖凹模 及餐盘加工方法进行设定，并在软件平台下进行仿真模拟加工。这些内容在以下论文章节中都有详细说明，论文内容的章节安排如下： 第一章 绪论 第二章 CATIA 软件简介 第三章 数控加工关键技术的研究 第四章 鼠标盖凹模加工方法的研究 第五章 餐盘加工方法的研究 第六章 鼠标盖凹模加工及餐盘加工的 VERICUT仿真 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 第二章 CATIA及 VERICUT软件简介 CATIA（ Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application）是法国 Dassault 公司于 1975 年起开始发展的一套完整的 3D CAD/CAM/CAE 一体化软件。它的内容涵盖了产品从概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成到生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。 CATIA 不但能够保证企业内部设计部分之间的协同设计功能，而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。 CATIA 大量用于航空航天、汽车 /摩托车行业、机械、电子、家电与 3C 产业及 NC 加工等各 方面。由于其功能强大而完美， CATIA已经几乎成为 3D CAD/CAM 领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域， CATIA 一直居于统治地位。 2.1 CATIA/入口 该模块是连接所有 CAITA 模块的基础。它支持一些关键操作。如打开存在的 CATIA 零部件文件、创建新的零部件文件、绘制工程图、以及输入、输出各种不同格式的文件。同时该模块还提供层控制、视图定义、屏幕开局、消隐 /再现对象和在线帮助功能。另外，在该模块中，可以进行导航、动画、实体、和表面模型着色等高级可视化操作。 2.2 CATIA 常用模块 1 装配设计 (Assembly Design) CATIA 装配设计可以使设计师建立并管理基于 3D零件机械装配件。装配件可以由多个主动或被动模型中的零件组成。零件间的接触自动地对连接进行定义，方便了 CATIA 运动机构产品进行早期分析。基于先前定义零件的辅助零件定义和依据其之间接触进行自动放置，可加快装配件的设计进度，后续应用可利用此模型进行进一步的设计、分析、制造等。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 2 Drafting(DRA) CATIA 制图产品是 2D线框和标注产品的一个扩展。制图产品使用户可以方便地建立工程图样，并为文本、尺寸标注、客户化标准、 2D 参数化和 2D 浏览功能提供一整套工具。 3.CATIA 特征设计模块 (FEA) 该模块用工程特征定义设计信息，提供了多种常用设计特征，如孔、槽、型腔、凸台、垫、柱体、块体、锥体、球体、倒圆角和倒直角等。并可挖空实体建立薄壁件。各设计特征可以用参数化定义，其尺寸大小和位置可以被编辑。用户自定义特征存储在公共目录下，可以被添加到其他设计模型中。各特征可相对于其他特征或实体定位，也可被引用建立相关特征组。 4. 高级曲面设计 (ASU) CATIA 高 级曲面设计模块提供了可便于用户建立、修改和光顺零件设计所需曲面的一套工具。高级曲面设计产品的强项在于其生成几何的精确度和其处理理想外形而无需关心其复杂度的能力。无论是出于美观的原因还是技术原因，曲面的质量都是很重要的。 5. 自由外形设计 (FRF) CATIA 自由外形设计产品提供设计师一系列工具，来实施风格或外形定义或复杂的曲线和曲面定义。对 NURBS 的支持使得曲面的建立和其它 CAD 系统的数据交换更加轻而易举。 6.曲面设计 (SUD) CATIA 曲面设计模块使设计师能够快速方便地建立并修改曲面几 何。它也可作为曲面、面、表皮和闭合体建立和处理的基础。曲面设计产品有许多自动化功能，包括分析工具、加速分析工具、可加快曲面设计过程。 7.装配模拟 (Fitting Simulation) CATIA 装配模拟产品可使用户定义零件装配或拆卸过程中的轨迹。使用动态模拟，系统可以确定并显示碰撞及是否超出最小间隙。用户可以重放零件运动轨迹，以确认设计更改的效果。 8.刀具库存取 (Tool-shop Access) CATIA 刀具库存取对用户提供一个实时环境，以运行和管理将 CATIA 刀具西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 轨迹转换成机器专业的 NC 代码文件所需的各种作业。用户可以编辑、拷贝、更名、删除和存储自己的 NC 文件。该程序可使用户检查批处理作业执行报告，改变作业执行的优先级，从作业队列中删除不需要的作业等。 9.绘图 -空间 (2D/3D) Integration(DRS) CATIA 绘图 -空间 (2D/3D)集成产品将 2D和 3D CATIA环境完全集成在一起。该产品使设计师和绘图员在建立 2D 图样时从 3D 几何中生成投影图和平面剖切图。通过用户控制模型间 2D 到 3D 相关性，系统可以自动地由 3D 数据生成图样和剖切面。 10.钣金设计 (Sheetmetal Design) CATIA 钣金设计产品使设计和制造工程师可以定义、管理并分析基于实体的钣金件。采用工艺和参数化属性，设计师可以对几何元素增加象材料属性这样的智能，以获取设计意图并对后续应用提供必要的信息。 CATIA 是个功能激起强大的软件除了上述模块外，还有大量模块，在此就不详细介绍了。 2.3 CATIA 软件的特点 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 CATIA 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杂的工作。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 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 年引领他们迈向 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。 2.4 VERICUT 介绍 VERICUT软件是美国 CGTECH 公司开发的数控加工仿真系统，由 NC 程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和 CAD/CAM 接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进行 NC 程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行 程等错误 ；具有真实的三维实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工 ；具有 CAD/CAM 接口，能实现与 UG- CATIA 及 MasterCAM 等软件的嵌套运行。 VERICUT软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种 CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真 CAD/CAM 后置处理的 NC 程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 第三章 数控加工关键技术的研究 计算机辅助制造 CAM 从狭 义上讲就是计算机辅助机械加工，也就是数控加工，其核心是数控编程和数控加工工艺的设计。在这一章中将介绍与数控加工技术有关的内容。 3.1 数控编程的定义 生成数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控编程（ NC programming）。数控编程可以手工完成，即手工编程（ manual programming），也可以由计算机辅助完成，即计算机辅助数控编程（ computer aided NC programming）。采用计算机辅助数控编程需要一套专用的数控编程软件，现在数控编程软件主要分为批处理命 令方式为主的各种类型的 APT 语言和以CAD/CAM 软件为基础的图形交互式自动编程如 UG 软件、 CATIA 软件等。 3.2 数控程编研究的基本内容 1.数控加工工艺分析及规划 通过对模型的分析，确定工件的哪些部位需要在数控机床或在数控加工中心加工 ，确定加工对象， 对 其 进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、光洁度 ，要 求将加工对象分成若干个加工区域 ，最后进行加工工艺路线的规划 。 2.完善零件的加工模型 由于 CAD 造型人员更多地考虑零件设计的完整性，较少地考虑地零件模型对 CAM加工的影响，因此，要根据加工对象的 确定及加工区域划分对模型进行一些。 3.加工参数的优化 加工参数的设置可视为利用 CATIA 软件进行数控程编的主要内容，它直接影响生成数控程序的质量，它是根据所输入的零件工艺过程设计的工艺文件，对各工序设定切削用量，刀具补偿，加工坐标原点（刀具起点）等，其所需原始西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 数据均取至工艺文件，按实际所选数控机床的情况进行设置。 4.刀位轨迹的形成 其作用是设计刀具的运动轨迹，产生历史文件和刀位文件。根据加工工艺调用相应加工程序，自动产生加工的详细描述，这些描述及零件的图形被纪录为历史文件（类似数控 APT 语言的描述），同 时也产生了刀位文件（二进制或ASCII 格式）。加工子程序是各种加工方法的处理程序，它是对各种加工方法的具体描述，所提供的加工方法越多，软件应用的范围越广。 5.到位轨迹的验证 为了保证数控程序的安全性，必须对生成的刀位轨迹进行检查效验，检查刀轨是否过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具干涉。对检查中发现的问题，应该进行参数调整，再进行重新计算、效验，直到 准确无误（可通过可视化仿真软件 VERICUT 来实现）。 3.3 数控编程的工艺处理 1.认真分析零件图纸，明确加工内容和技术要求 1）加工部位。 2）精度要求（决定加工方案）：公差、对称度、同心度、表面粗糙度等。 3）加工基准 -要求加工基准能够找正 , 否则必须采取特殊的工艺措施。 4）毛坯状态 -铸件、锻件、焊接件、材料类别。 2.制定加工方案，选择加工机床类型 在满足精度和工期的要求下 , 尽可能选用低坐标数的低成本 NC 机床完成加工任务。 3.确定零件的装夹方式 1）夹具的作用：将零件固定在工作台上以进行加工。 2）选择夹具时注意事项：保证加工零件时的开敞性和稳定性。 3）夹具的类型： a.组合夹具：可根据被加工零件的特点由通用元件拼装组合出不同类型的夹 具，具有重复使用、效率高、生产准备周期短等优点。 b.真空 (磁力 )平台装夹：零件与工作台间抽真空，形成压紧力。具有装夹快， 工件夹持均匀，开敞性好等优点。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 c.专用夹具：为加工某种零件而特制的夹具。 4.确定加工坐标系原点 1)坐标系原点定义： 加工坐标系原点是数控加工中刀具运动的基准点。程序中刀位点的坐标 计算以该点为基准，所以也称为程序原点。 它可以设 在零件面上、夹具表面上或机床工作台面上，但必须与零件的 定位基准有已知的准确关系。程序原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺 基准上。 2)确定原则： 便于数学处理，简化程序 机床上易找正 加工过程易于检查 5.走刀路线的选择 1)走刀路线的规划 数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹叫做走刀路线。 走刀路线的分类： （ 1）之字形 Zigzig （ 2）回字形 Follow periphery （ 3）单行 Zig 2）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 f.刀具轨迹变化尽量做到平缓 g.精加工最好采用顺铣 3) 逆铣和顺铣 a.定义： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 逆铣 :如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相同 ； 顺铣 :如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相反。 b.顺逆铣的加工特点： 逆铣：一般会出现啃刀，加工易产生过切； 顺铣：一般会出现让刀，加工不到位。 6.确定加工用量 加工用量包括切削深度和宽度、主轴转速、进给速度等。 1)切削深度的确定 主要根据机床、工件和刀具的刚度决定。 a.机床、工件和刀具的刚度越好，切深可越大。 b.若机床、工件、刀具的刚性允许，如果能一次切完，可留 0.20.5mm 余量再精加工一次，以提高零件的光洁度和精度。 c.若刚性不允许，切削宽度、深度越大，则切削力、残余应力、振动越 大加工表面光洁度、精度越低。 2)切削宽度：加工时每相邻两刀之间的距离 L，又称为行距。 a.粗加工切削宽度由刀具、机床、零件 的刚性决定； b.精加工可根据零件的粗糙度计算确定。 要降低表面粗糙度，可缩小行距，但加工效率降 低；因此在保证行距不变的前提下，应选择较大半 径的刀具 ,可明显降低残留高度。 3)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。 主轴转速 n (r/min)根据允许的切削速度 vc (m/min)选取 1000 cvnD D-工件或刀具的直径 (mm) 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 4）进给速度（量） F (mm/min) a.定义：刀具基准点每分钟移动的路径之和。 b.进给量确定：根据零件的加工精度、表面光洁度、切削深度、宽度以 及刀具和工件材料而选择。 c.计算： zfznF n-转速， z-齿数，zf-每齿进给量 3.4 数控加工的误差来源 1.编程误差 2.数控机床带来的误差 3.环境带来的误差 4.装夹 找正带来的误差 5.刀具带来的误差 6.加工工艺方法带来的误差 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 第四章 鼠标盖凹模加工的研究 本章研究的主要内容：加工方法的选择、刀具路径的优化、几何参数和刀具参数的选择，以提高加工精度和切削效率。从而制定出一套切实可行的三轴型面加工方法。 4.1 引入零件并打开加工模块 点击开始，选择加工下的 Surface Manufacturing 选项，进入加工环境模块，几何体的建立包括零件几何体，毛坯几何体，零件和毛坯几何体之间的材料是被去除的材料，这部分材料通常叫做 移去的材料量。在这里两个零件的毛坯如图 4-1 所示，既是是第一步的毛坯，也是整个零件加工的毛坯。零件几何体如图4-2 所示。 图 4-1 毛坯 图 4-2 零件 加工零件一般先进行粗加工，目的是将毛培的大部分材料切除，留少量余量以备进行精加工，提高加工效率、减少加工时间、降低成本并提高经济效率。 打开已经建立好的零件模型，点击 mouse_upper_mold.CATPart，进入加工模块。点击 “开始 ”，在 “加工 ”栏选择 surface machining 环境下进行零件初始化，如图 4-3 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 图 4-3 4.2 创建零件毛坯 在加工界面右部的工具栏中的点 ，出现 rough stock 的对话框，如图 4-4所示。 图 4-4 零件创建 Destination选零件， Part Body选零件几何体， Z最大偏置改为 35mm，选择确定。 4.3 零件初始化操作 在零件初始化操作之前，先在零件表面定义一个坐标原点。点击特征树mouse 之前的加号，展开子菜单，选择零件毛坯 Rough stock1，单击，加工界面右部的树形图发生变化，选 择做点 图标，出现如图 4-5 所示点定义菜单。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 图 4-5 定义坐标原点 点类型选择之间，点 1 模式中，右键选择创建终点，再选毛坯的左上角点，点 2 模式中，右键选择创建终点，再选择毛坯右下角点，点击中点确定，这样就产生了一个在毛培上表面正中间的点，如图 4-6 所示。 图 4-6 创建点 在特征树中双击 “ Part Operation”，系统弹出如图 4-7 所示 “Part Operation.1”对话框。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 图 4-7 零件初始化 图 4-7 所示的 “Part Operation”对话框中所用到的按钮说明如下： 按钮：用于选择数控机床和设置机床参数。 按钮：设定加工坐标系。 按钮：加入一个装配模型文件或一个加工目标模型文件。 按钮：选择目标加工文件。 按钮：选择毛坯零件。 按钮：选择夹具。 按钮：设定安全平面。 1.机床的设置 单击 “Part Operation”对话框中的 按钮，弹出对话框如图 4-8 所示 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 图 4-8 定义数控机床 选择 3-axis Machine 按钮 ，保持系统默认设置，然后确认，完成机床设置。 2.定义坐标系 单击 “Part Operation”对话框中的 按钮，出现如图 4-9 所示对话框。 图 4-9 定义坐标系 Axis Name 定义为 “xoy”，选择轴原点，选刚刚建立的表面中点为原点，确定。出现如图 4-10 对话框。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 图 4-10 坐标系 该图中 Z轴的方向向下，若想要改变 Z轴的方向，需要点击图 4-3-5 对话框中 Z轴，然后使毛坯中 Z轴向下的红色箭头改为向上即可。 3.定义加工目标零件 单击 “Part Operation”对话框中的 按钮，再单击零件作为目标加工零件。在图形区双击鼠标左键，系统回到 “Part Operation”对话框。 4.定义毛坯 单击 “Part Operation”对话框中的 按钮，再单击所示特征树的。 5.定义安全平面 单击 “Part Operation”对话框中的 按钮，将鼠标放到特征树的上，选择隐藏。选择零件的最高平面，单击鼠标右键，选择 offset thickness 设置为 30mm，初始化完成。 4.4 零件表面及凹槽粗加工（ Roughing） 在 Surface Manufacturing 加工环境中，单击加工界面工具栏中 Roughing 图标进行零件表面粗加工，弹出 Roughing.1 对话框，如图 4-11 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 图 4-11 粗加工对话框 图 4-11 对话框中部分选项卡说明如下： ：刀具路径参数选项卡。 ：几何参数选项卡。 ：刀具参数选项卡。 ：进给率选项卡。 ：进刀 /退刀路径选项卡。 1.几何参数定义 选择要加工平面，在 菜单下，单击对话框中间红色的 part 面，对话框消失，选择零件几何体，鼠标双击空白处，消失的对话框再次出现，此时刚才红色的 part 面变为绿色。 Minimum thickness to machine 为 0.3mm Position选为 On 2.刀具参数定义 单击 定义刀具，直径改为 D 16，圆鼻铣刀，单击 More 按钮 ，西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 弹出子菜单，如图 4-12 所示 图 4-12 刀具参数 Nominal diameter(名义直径 )改为 16mm， Corner radius（圆角半径） 改为 5mm， Body diameter（本体直径） 改为 16mm。 3.进给速率的定义 单击定义进给速率参数，弹出子菜单，如图 4-13 图 4-13 进给速率参数 Retract（ 退刀量） 设置为 300mm_mn， 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 Machining（主轴转速） 中的数据 设置为 1500turrn_mn。 4.刀具路径定义 单击 按钮，弹出子菜单，如图 4-14 图 4-14 刀具路径参数 Machining mode（加工模式）选择为 By plane（以平面加工）， Tool path style 选择 Zig-zag（之字形加工 ，减小变形 ） ， Axial中 Maximum cut depth（最大切削深度） 改为 3mm 。 5.仿真 单击 进行仿真模拟，出现如图 4-15 所示 对话框，单击 ，进行观看，可以拉动进度条把加工速度调快，结果如图 4-16 所示。 图 4-15 刀具轨迹 图 4-16 仿真结果 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 21 4.5 零件区域凹槽面半精加工（ Sweeping） 在 Surface Manufacturing加工环境中，单击 Sweeping 进行零件区域的半精加工，弹出 Sweeping.1 对话框，如图 4-17。 图 4-17 扫描加工对话框 1.几何参数定义 菜单下， Offest on part 改为 0.2mm， Offset on check 改为 0.2mm， 红色平面 part 选择零件几何体，限制线选凹槽上表面轮廓如图 4-18 所示， Side to machine 选 outside， Stop mode 选 contact point，其余保持默认值。 图 4-18 加工区域图 2.刀具参数定义 刀具菜单下， Name 改为 T2 End Mill D 10，球头刀，单击 more， 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 22 Nominal diamerter 改为 10mm， Corner radius 自动改为 5mm， Body diameter 改为 16mm。 3.刀具路径定义 单击 按钮，弹出子菜单，如图 4-19。 如图 4-19 刀具路径参数 Radial 中 Stepover 选为 constant（刀路在一个平面内的垂直投影是等距的）， Max.distance between pass 选为 0.4mm， Scallop height(残余高度 )选为 0.1mm，其余保持默认值。 4.仿真 单击 观察刀路，如图 4-20 所示，选 进行仿真。结果如图 4-21 所示。 图 4-20 刀具轨迹 图 4-21 仿真结果 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 23 4.6 腔槽上表面精加工（ Pocketing） 单击 pocketing图标 ，弹出对话框 pocketing.1，如图 4-22。 图 4-22 腔槽加工对话框 1.几何参数定义 菜单下选择需要加工的表面，出现如图 4-23 所示对话框，选零件凹槽腔体上表面的外轮廓，单击 按钮，确认线圈是封闭的，选择结果如图 4-24所示，确定。 图 4-23 边界线设置 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 24 图 4-24 凹槽表面加工 区域 2.刀具参数定义 刀具菜单下， Name 改为 T1 End Mill D 16，圆鼻铣刀，其他参数为默认值。 3.进刀退刀路径定义 菜单下 Approach模式改为 Add Circalar motion，参数值为 10mm，Retract 模式为默认值，结果如图 4-25 所示。 图 4-25 进刀方式 4.刀具路径定义 菜单下， Tool path sryle 选 Inward helical（向内螺旋） ， Machining tolerance 为 0.01mm， Radial 下 mode 模式改为 Stepover ratio,percentage of tool diameter 下的值改为 30mm； overhang下的值改为 100mm，其余保持默认值。 5.仿真 单击 进行刀路观察，结果如图 4-26 所示，点 进行仿真操作，结果如图 4-27 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 25 图 4-26 刀具轨迹 图 4-27 仿真结果 4.7 零件凹槽内曲面精加工（ Contour-driven） 在 Surface Manufacturing加工环境中，单击 Contour-driven 进行零件凹槽内曲面廓驱动加工，弹出 Contour-driven .1 对话框，如图 4-28。 图 4-28 驱动轮廓铣对话框 .1 1.几何参数定义 在 菜单下，红色平面 part 选择零件几何体，限制线选凹槽上表面轮廓，其余保持默认值。 2.刀具参数定义 在 刀具菜单下， Name 改为 T3 End Mill D 8，球头刀，点击 more， Nominal diameter（ D）下的参数值改为 8mm， Corner radius(R)下的参数值改为 4mm， Body diameter 下的参数值改为 10mm，其余保持默认值，结果如图 4-29。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 26 图 4-29 刀具参数 3.进刀退刀路径定义 菜单下 Approach模式参数值为 10mm， 6mm，其余模式为默认值，结果如图 4-30 所示 。 图 4-30 进刀方式 4.刀具路径定义 菜单下，红色限制线 Guide-1 选零件凹槽外轮廓，如图 4-31。 图 4-31 凹槽外轮廓导引线图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 27 Guiding strategy模式选择为 Parallel contour（平行线驱动）， 菜单 Machining 下 Tool path style 改为 One-way same（单向相同）， Machining tolerance 改为 0.01mm， Radial菜单中， Stepover 选 Constant 3D， 其余为默认值。 5.仿真 单击 进行刀路观察，结果如图 4-32 所示，点 进行仿真操作，结果如图 4-33 所示。 图 4-32 刀具轨迹图 图 4-33 仿真结果 4.8 零件凹槽 内表面凸台轮廓驱动加工（ Contour-driven） Surface Manufacturing加工环境中，单击 Contour-driven 进行零件凹槽内凸轮台廓驱动加工，弹出 Contour-driven .2 对话框，如图 4-34。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 28 图 4-34 驱动轮廓铣对话框 .2 1.刀具路径定义 菜单下，红色限制线 Guide.1 选零件凹槽内凸台下表面轮廓线，弹出对话框如图 4-35 所示。单击 按钮，确认线圈是封闭的。 图 4-35 边界线设置 Guide.2 选零件凹槽内凸台上 表面轮廓线，单击 按钮，确认线圈是封闭的，如图 4-36 所示。 图 4-36 加工区域限制图 Guiding strategy模式选择为 Between contour（两轮廓线驱动）， 菜单 Machining 下 Tool path style 改为 One-way same,Machining tolerance 改为 0.01mm， Radial 菜单中， Stepover 选 Constant 3D， Sweeping strategy选为 From guide 1 to guide 2。 其余为默认值。 2.刀具参数定义 刀具菜单下