抛物线轴造型、工艺设计及自动编程论文

1、课题名称课题名称 抛物线轴造型、工艺设计及自动编程 目目 录录 目目 录录 .2 2 摘摘 要要 .3 3 第一章第一章 概概 述述 .4 4 1.1 数控技术简介.4 1.2 数控加工过程仿真.10 1.3 课题的主要研究内容.10 第二章第二章 轴零件的三维实体造型轴零件的三维实体造型 .1212 2.1 caxa 制造工程师 2004 简介 .12 2.2 抛物线轴的实体造型.12 第三章第三章 数控车削加工工艺数控车削加工工艺 .1818 3.1 数控车削.18 3.2 数控车削加工.18 第四章第四章 抛物线轴的数控加工工艺抛物线轴的数控加工工艺 .2020 4.1 分析零件图样.2

2、0 4.2 加工工艺分析.20 第五章第五章 抛物线轴的自动编程抛物线轴的自动编程 .2323 5.1 数控车床编程概述.23 5.2 抛物线轴加工.25 5.3 生成 g 代码.31 总总 结结 .3232 致致 谢谢 .3333 参参 考考 文文 献献 .3434 摘摘 要要 数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性，而数控加工过程仿真无论是在生 产还是在教学上，都受到了人们的重视。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制 造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现 代加工车间最重要的装备。掌握必要的数控知识才能使此专业的学生在未来的机械行 业中利于不败之地。

3、因此本文主要进行的工作如下： 1.利用 autocad2008 绘制零件图形， 2.简要介绍 caxa 软件及其基本功能，利用 caxa 制造工程师对该零件进行三维实 体造型； 3.对该零件进行工艺分析、工艺设计、拟定工序卡； 4.利用 caxa 数控车自动生成该零件的数控加工程序； 5.对该零件进行数控加工过程仿真。 关键词：关键词：数控技术 实体造型 数控编程 轨迹生成 加工过程仿真 第一章第一章 概概 述述 随着社会经济发展对制造业的要求不断提高，以及科学技术特别足计算机技术的 高速发展，传统的制造业已发生了根本性的变革。以数控技术为主的现代制造技术占 据了重要地位，数控技术集微电子、计

4、算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新 技术于一体，是制造业实现柔性化、自动化、集成化、智能化的重要基础。这个基础 是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。 因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我 国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步，特别是 在通用微机数控领域，基于 pc 平台的国产数控系统，已经走在了世界前列。 1.11.1 数控技术数控技术简介简介 数控技术是指用数字化的信息对某一对象进行控制的技术，控制对象可以是位移、 角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量，这些量

5、的大小不 仅是可以测量的，而且可以经 ad 或 da 转换，用数字信号来表示。数控技术是 近代发展起来的一种自动控制技术，是机械加工现代化的重要基础与关键技术。 1.1.11.1.1 数控数控车床的组成与工作过程车床的组成与工作过程 数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高 的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面 最广的一种数控机床。 1 数控车床的组成 虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组 成。 （1）车床主体 除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控 车床均已通

6、过专门设计并定型生产。 1）主轴与主轴箱 a）主轴 数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、 回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床 的自动化程度。 b）主轴箱 具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大 简化；具有无级自动调速（包括定向准停）的数控车床，起机械传动变速和变向作用 的机构已经不复存在了，其主轴箱也成了轴承座及润滑箱的代名词；对于改造式 （具有手动操作和自动控制加工双重功能）数控车床，则基本上保留其原有的主轴箱。 2）导轨 数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要部件。它在很大程度上影响车床的 刚度、精度

7、及低速进给时的平稳性，是影响零件加工质量的重要因素之一。除部分数 控车床仍沿用传统的滑动导轨（金属型）外，定型生产的数控车床已较多地采用贴塑 导轨。这种新型滑动导轨的摩擦系数小，其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好，润滑条件 也比较优越。 3）机械传动机构 除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础 上，作了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构， 而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机至丝杠间增设了（少数车床 未增设）可消除其侧隙的齿轮副。 a) 螺旋传动机构 数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动转换 成刀架在纵、横方向

8、上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件，一般为滚珠丝 杠副。 b）齿轮副。在较多数控车床的驱动机构中，其驱动电动机与进给丝杠间设置有一 个简单的齿轮箱（架）。齿轮副的主要作用是，保证车床进给运动的脉冲当量符合要 求，避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。 4）自动转动刀架 除了车削中心采用随机换刀（带刀库）的自动换刀装置外，数控车床一般带有固 定刀位的自动转位刀架，有的车床还带有各种形式的双刀架。 5）检测反馈装置 检测反馈装置是数控车床的重要组成部分，对加工精度、生产效率和自动化程度 有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类，其中工件尺寸 检测装置又分为机

9、内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在 少量的高档数控车床上配用。 6）对刀装置 除了极少数专用性质的数控车床外，普通数控车床几乎都采用了各种形式的自动 转位刀架，以进行多刀车削。这样，每把刀的刀位点在刀架上安装的位置，或相对于 车床固定原点的位置，都需要对刀、调整和测量，并以确认，以保证零件的加工质量。 （2）数控装置和伺服系统 数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。 如果说，数控车床的检测装置相当于人的眼睛，那么，数控装置相当于人的大脑，伺 服系统则相当于人的双手。这样，就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位 置了。 a）数控装置

10、 数控装置的核心是计算机及其软件，它在数控车床中起“指挥”作用：数控装置 接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发出执行命令；在 执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发 出新的执行命令。 b）伺服系统 伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件（如步进电 机等），完成数控装置所要求的各种位移。 2 数控车床的工作过程 将控制机床工作台运动的位移量、位移速度、位移方向、位移轨迹多参量通过控制介 质输入到 cnc 装置，cnc 根据这些参量指令计算得出进给脉冲序列(包含上述四个参量)， 然后经伺服单元进行功率放大，形成驱动装

11、置的控制信号，最后由驱动装置驱动工作台按 所要求的速度、轨迹、方向和距离移动，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零 件。数控机床与普通机床相比，工作原理不同在于数控机是按数字形式给出的指令进行加 工的。 1.1.21.1.2 数控车削加工的特点数控车削加工的特点 数控车床是使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘类等回转休零件。 它能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并 能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工工作。山于数控车床在一次装夹中能完成多个 表面的连续加工，因此提高了加工质量和生产效率，特别适用于复杂形状的回转类零 件的加工。现代数控车床具备如

12、下特点： （1）节省调整时间 1）采用快速夹紧卡盘，从而减少了调整时间。 2）采用快速夹紧刀具和快速换刀机构，减少了刀具调整时间。 3）具有刀具补偿功能，节省了刀具补偿的计算和调整时间。 4）工件自动测量系统节省了测量时间并提高了加工质量。 5）由程序或操作面板输人指令来控制顶尖架的移动，节省了辅助时间。 （2）提高加工精度 1）采用倾斜式床身有利于切屑流动和调整夹紧压力、顶尖压力和滑动面润滑油的 供给，便于操作者操作机床。 2）采用高精度伺服电动机和滚珠丝杠间隙消除装置，进给机构速度快，并有良好 的定位精度。 3）采用数控伺服电动机驱动数控刀架，实现换刀自动化。 4）具有程序存储功能的现代数

13、控车床控制装置，可根据工件形状把粗加工的加工 条件附加在指令中，进行内部运算，自动地计算出刀具轨迹。 （3）效率高 1）采用机械手和棒料供给装置既省力又安全，并提高了自动化程度和操作效率； 2）具有复合加工能力，加工合理化和工序集中化的数控车床可完成高速度、高精 度的加工，达到复合加工的目的。 1.1.31.1.3 数控编程技术数控编程技术 数控编程就是生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程。数控程序是由一 系列程序段组成，把零件的加工过程、切削用量、位移数据以及各种辅助操作，按机 床的操作和运动顺序，用机床规定的指令及程序格式排列而成的一个有序指令集。 1 数控编程的内容 编制数控程序主

14、要包括以下几个方面的工作。 （1）分析零件图 首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等， 以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在那种数控机床上加工。同时要 明确加工的内容和要求。 （2）工艺处理 在分析零件图的基础上，进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、 装夹、定位方法等）、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（如主 轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数，数控加工工艺分析与处理是数控编程 的前提和依据，而数控编程就是将数控加工工艺内容程序化。制定数控加工工艺时， 要合理地选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切

15、削参数等； 同时还要考虑所用数控机床指令功能，充分发挥机床的效能；尽可能缩短加工路线， 正确地选择对刀点、换刀点，减少换刀次数，并使数值计算方便：合 理选取起刀点、 切入点和切入方式，保证切入过程平稳；避免刀具与非加工面的干涉，保证加工过程 安全可靠等。 （3）数值计算 根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工 运动的轨迹，得到刀位数据。对于形状比较简单的零件（如由直线和圆弧组成的零件） 的轮廓加工，要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切 点的坐标值，如果数控装置无刀具补偿功能，还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。 对于形状比较复杂的零件（如

16、由非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧 段逼近，根据加工精度的要求计算出 节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完 成。 （4）制作控制介质。 把编制好的程序单上的内容纪录在控制介质上，作为数控装置的输入信息，通过 程序的手工输入或通讯传输送入数控系统 （5）程序校验与首件试切 编写的程序单和制备好的控制介质，必须经过校验和试切才能正式使用。校验的 方法是直接将控制介质上的内容输 入到数控系统中，让机床空转，以检查机床的运动 轨迹是否正确。在有 crt 图形显示的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法 更为方便。但这些方法只能检验运动是否正确，不能检验被加工零件的加工精度。因

17、此，要进行零件的首件试切。当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题 所在，加以修正，直至达到零件图纸的要求。 2 数控编程方法 数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。 （1）手工编程 手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程 序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。它要求编程人员不仅要熟悉数控指令 及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。对于加工形状简单、 计算量小、程序段数不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。 （2）自动编程 自动编程是利用计算机专用软件来编织数控加工程序。编程人员只需根据零件图 样的要求，使用数控语言，由

18、计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加 工程序单，加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。自动编程使 得一些计算繁琐、手工编程困难，出错概率很大或无法编出的程序（如形状复杂零件， 特别是具有非圆曲线、表曲线、及曲面组成的零件）能够顺利完成。 1.1.41.1.4 数控技术的国内外现状及发展趋势数控技术的国内外现状及发展趋势 1 软件伺服驱动技术 伺服技术是数控系统的重要组成部分。广义上说，采用计算机控制，控制算法采 用软件的伺服装置称为“软件伺服” 。它有以下优点：（1）无温漂，稳定性好。 （2） 基于数值计算，精度高。 （3）通过参数对设定，调整减少。 对现代数控系统

19、，伺服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、 数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。这两种突破的结果产 生了交流数字驱动系统，应用在数控机床的伺服进给和主轴装置。由于电力电子技术 及控制理论、微处理器等微电子技术的快速发展，软件运算及处理能力的提高，特别 是 dsp 的应用，使系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。这些技术的突破， 使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强。大大推动了高精高速加工 技术的发展。 2 cnc 系统的连网 数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制需要网络进行通信；网络 的主要任务是进行通信，共享信息。这种通信通常

20、分三级：（1）工厂管理级。一般由 以太网组成。 （2）车间单元控制级。一般由 dnc 功能进行控制。通过 dnc 功能形成网 络可以实现对零件程序的上传或f 传：读、写 cnc 的数据： plc 数据的传送；存贮 器操作控制；系统状态采集和远程控制等。更高档次的 dnc 还可以对 cadcam/capp 以及 cnc 的程序进行传送和分级管理。cnc 与通信网络联系在一起还可以传递维修数据， 使用户与 nc 生产厂直接通信：进而，把制造厂家联系一起，构成虚拟制造网络。 （3） 现场设备级。现场级与车间单元控制级及信息集成系统主要完成底层设备单机及工0 控制、连线控制、通信连网、在线设备状态监测

21、及现场设备生产、运行数据的采集、 存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产运行数据 信息传送到工厂管理层，向工厂管理层提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生 产管理及调度命令并执行。 3 功能不断发展和扩大 nc 技术经过 50 年的发展，已经成为制造技术发展的基础。这里以 fanuc 最先进的 cnc 控制系统 15i150i 为例说明系统功能的发展。这是一台具有开放性，4 通道、最 多控制轴数为 24 轴、最多联动轴数为 24 轴、最多可控制 4 个主轴的 cnc 系统。它的 技术特点反映了现代 nc 发展的特点： （1）开放性 系统可通过光纤与 pc 机连接，

22、采用 window 兼容软件和开发环境。功能以高速、 超精为核心，并具有智能控制。特别适合于加工航空机械零件，汽车及家电的高精零 件，各种模具和复杂的需 5 轴加工的零件。15i150 主具有高精纳米插补功能；即使 系统的没定编程单位为 1um，通过纳米插补也可提供给数字伺服以 lnm 为单位的指令， 平滑了机床的移动量，提高了加工表面光洁度，大大减少加工工表面的误差。当分辨 率为 0.00l mm 时，快速可达 240m/min 速度；系统还具有高速高精加工的智能控制功 能：（1）预计算出多程序段刀具轨迹，并进行预处理。 （2）智能控制，计及机床的机 械性能，可按最佳的允许进给率和最大的允许

23、加速度 j：作，使机床的功能得到最大的 发挥。以便降低加工时间，提高效率，同时提高加工精度。 （3）系统可在分辨率为 1nm 时工作，适用于控制超精机械。 （2）高级且复杂的功能 15i150i 可进行各种数学的插补，如直线、圆弧、螺旋线、渐开线、螺旋渐开线、 样条等插补。可以减少 nc 程序的数据输入量，减少加工时间，特别适用模具加工。 （3）强力的联网通信功能。适应工厂自动化需要，支持 dnc 的连接 （4）具有高速内装的 plc，以减少加工的循环的时间 （5）先进的操作性和维修性。 1）具有触摸面板，容易操作。 2）可采用存储卡改变输入输出。 1.21.2 数控加工过程仿真数控加工过程仿

24、真 数控仿真系统就是模拟真实数控机床的操作 ,学习数控技术、演示讲解数控操 作编程、工程技术人员检验数控程序防止碰刀，提高效益的工具软件。通过在pc 机上操作该软件，能在很短时间内掌握各种系统数控车、数控铣及加工中心的操作。 且利用计算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅可以迅速提高被培训人员的理论、 操作水平，而且非常安全，可靠好，培训费用低。 1.31.3 课题的主要研究内容课题的主要研究内容 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数 控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品， 即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（1）机

25、械制造技术；（2）信息处 理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术； （6）软件技术等。 1 工作的步骤包括： （1）利用 autocad2008 绘制零件图形； （2）利用 caxa 制造工程师对该零件进行三维实体造型； （3）对该零件进行工艺分析、工艺设计、拟定工序卡； （4）利用 caxa 数控车确定加工工艺（装卡、刀具等） ；生成刀具轨迹；加工仿真； 产生后置代码；输出加工代码；加工工艺的确定。 加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：核准加工零件的尺、公 差和精度要求、确定装卡位置、选择刀具、确定加工路线、选定工艺参数。 （5）对该零件进

26、行数控加工过程仿真 1）选择机床（funac）菜单“机床/选择机床”,在选择机床对话框中控制系统选 择 funac 0i，是标准（平身前置刀架） ，并按确定按钮 2）机床回零点（x、z） 3）安装毛坯。点击菜单“零件/定义毛坯”，在定义毛坯对话框中将零件尺寸改 为直径 50，高 125，并按确定钮， 4）输入编辑程序 数控程序可以通过记事本或写字板等编辑软件输入并保存为文 本格式文件，也可直接用 fanuc 系统的 mdi 键盘输入。 5）对基准、装刀具 运行轨迹正确，表明输入的程序基本正确，数控程序以零件 上表面中心点为原点 6）确定工件与机床坐标系的关系有两种方法，一种是通过 g54-g5

27、9 设定，另一种 是通过 g92 设定。此处采用的是 g54 方法：将对基准得到的工件在机床上的坐标数据， 结合工件本身的尺寸算出工件原点在机床中的位置，确定机床开始自动加工时的位置。 刀具补偿参数的输入：此处半径补偿值。 7）自动加工 机床位置确定和刀补数据输入后，就可以开始自动加工了。 第二章第二章 轴零件的三维实体造型轴零件的三维实体造型 三维实体是最方便的三维模型，它具有体的特征，表示整个对象的体积。在三维 模型类型中，实体的信息最完整，歧义最少，并且非常容易构造和编辑。形成实体后 用户还可以对其进行挖孔、切糟、倒角以及布尔运算等操作。 三维实体造型的方法有以下三种： 1 利用 cax

28、a2008 提供的基本实体（例如长方体、圆锥体、圆柱体、球体、圆环体 和楔体）创建简单实体。 2 沿路径将二维对象拉伸，或者将二维对象绕轴旋转。 3 将利用前两种方法创建的实体进行布尔运算（交、并、差） ，生成更复杂的实体。 2.12.1 caxacaxa 制造工程师制造工程师 20042004 简介简介 caxa 制造工程师 2004 是 caxa 集十多年在 cam 领域对中国数控加工企业近距离地 理解和积极吸纳国际先进技术，打造出的具有“贴近中国用户”和“国际技术水准” 的全新一代 cam 精品。caxa 制造工程师 2004 是面向 25 轴数控铣床与加工中心、具 有优越的工艺性能的数

29、控编程软件，是 caxa 制造解决方案的重要构件之一，具有精、 稳、易、快四大显著特点。主要功能包括 1 特征实体造型 2 自由曲面造型 3 两轴到五轴的数控加工 4 宏加工 5 编程助手 6 生成加工工序单 7 加工工艺控制 8 加工轨迹仿真 9 通用后置处理 2.22.2 抛物线轴的实体造型抛物线轴的实体造型 如图 21 所示为抛物线轴的零件图 2.2.12.2.1 绘制抛物线轴的加工轮廓绘制抛物线轴的加工轮廓 【操作步骤操作步骤】 1 启动系统，运行 caxa 数控车 xp 软件 运行 caxa 数控车 xp 软件，进入软件的操作界面，将绘图平面切换至 xoz 平面。 2 绘制零件主要轮

30、廓 （1）单击“曲线生成” 菜单中的“公式曲线”命令或单击“曲线工具”工具条 中的“公式曲线”按钮，在屏幕中央出现公式曲线对话框，设置起始值-10，终止值 10。x=-（t2）/10、y=t、z=0，按“确定”按钮。此时，在界面的左下方系统提示区 显示“曲线定位点” ，选择坐标原点为抛物线的定位点。 （2）单击主菜单的“曲线“直线”或单击“曲线工具”工具条中的“直线” 按钮，在左侧出现直线立即菜单，将其设置成两点线、连续、非正交、点方式。此时， 在界面的左下方系统提示区显示“第一点（切点，垂足点）：” ，要求输入直线的第一 点。 （3）按回车键，绘图界面中心部位会出现坐标输入条，输入坐标为（-

31、 10，10，0） ，然后按回车键结束。 （5）根据界面的左下方系统提示区显示“第二点（切点，垂足点）：” ，要求输 入直线的第二点。输入第二点坐标为（-20，10，0） ，然后按回车键结束，便生成一条 直线。 （6）按照相同的方法，根据零件图依次输入第三点（-20，12，0） 、第四点（- 38，12，0） 、第五点（-38，10，0） 、第六点（-43，10，0） 、第七点（- 43，14.995，0） 、第八点（-50，14.995，0） 、第九点（-50，17.995，0） 、第十点（- 75，17.995，0） 、第十一点（-75，23.995，0） 、第十二点（-115，23.99

32、5，0） 、第十 图 2-1 抛物线轴的零件图 三点（-115，25，0） ，便可完成该零件的加工轮廓。 3 绘制零件的凹圆弧部分 （1）首先画出 r15 的辅助线，删除多余线段。 单击主菜单的“曲线“等距线”或单击“曲线工具”工具条中的“等距线” 按钮，在左侧出现等距线立即菜单，将等距线的立即菜单设置成等距、距离为 10、精 度为 0.1。 （2）根据界面的左下方系统提示区显示“拾取曲线” ，要求拾取生成等距线的基 准线。用鼠标左键拾取零件图左数第二条的垂直线段。 （3）出现双向箭头，同时在界面的左下方系统提示区显示“选择等距方向：” ， 用鼠标单击向左的箭头，即可生成一条直线段。 （4）再

33、选择刚生成的直线段，又会在该直线上出现双向箭头，同时在界面的左下 方系统提示区显示“选择等距方向：” ，用鼠标单击向左的箭头，即可生成另一条直线 段。按此方法依次生成三条直线段。 （5）单击主菜单的“曲线”“圆弧”或单击“曲线工具”工具条中的“圆弧” 按钮，在左侧出现圆弧的立即菜单。 （6）将圆弧的立即菜单设置为“两点-半径” 。在系统提示区显示“第一点（切点） ：” ，要求输入圆弧的第一点。单击刚利用“等距”方法做出的第一条直线段，在系统 提示区显示“第二点（切点）：” ，要求输入圆弧的第二点。单击刚利用“等距”方法 做出的第三条直线段。按回车键，绘图界面中心部位出现坐标输入条，输入圆弧半径

34、 值为 15，然后按回车键或单击鼠标右键结束。 （7）单击主菜单的“编辑“删除”或单击“线面编辑”工具条中的“删除” 按钮，根据界面的左下方系统提示区显示“拾取元素：” ，要求拾取要删除的元素（点 或线） 。用鼠标左键拾取直线，然后单击鼠标右键结束。零件上的凹圆弧即绘制完成。 4 零件上各倒角和圆弧倒角的绘制 （1）单击主菜单的“曲线“曲线过渡”或单击“线面编辑”工具条中的“曲 线过渡”按钮，左侧出现曲线过渡立即菜单。 （2）将曲线过渡立即菜单设置成倒角、角度为 45、距离=标注数字*sin45、裁 剪曲线 1、裁剪曲线 2。 （3）根据界面的左下方系统提示区显示“拾取第一条直线” ，要求拾取

35、裁剪的第 一条直线。用鼠标左键拾取第一条和第二条直线后，单击鼠标右键结束。则螺纹倒角 绘制完成。 （4）按上述方法依次完成零件图上 c1.5、c0.5 和 r1 的倒角、倒圆。 2.2.22.2.2 抛物线轴的实体造型抛物线轴的实体造型 【操作步骤操作步骤】 1 启动系统，运行 caxa 制造工程师 2004 软件 运行 caxa 制造工程师 2004 软件， 进入软件的操作界面， 2 单击文件菜单中的“打开”命令， 打开如图 22 所示的文件，在单击 “特征树栏”下方的“零件特征” ，然 后按 f2 键进入草图，点击“曲线生成 栏”的“曲线投影”命令，根据提示栏 提示的拾取曲线，选取全部曲线

36、。 3 单击“特征生成栏”工具条中的 “旋转增料”按钮，对零件进行实体造型如图 2-3 所示，造型结果见图 2-4. 图 2-2 抛物线轴的旋转截面图 图 2-4 旋转增料创建轴的主体 图 2-3 旋转增料 4 螺纹造型 （1）单击“曲线生成” 菜单中的“公式曲线”命令或单击“曲线工具”工具条 中的“公式曲线”按钮，在屏幕中央出现公式曲线对话框，设置起始值 0，终止值 90, 螺旋线：x=1.5*t/6.28,y=12.1*（cos（t） ）,z=12.1*（sin（t） ） 、按“确定”按钮如 图 2-5 所示。此时，在界面的左下方系统提示区显示“曲线定位点” ，选择坐标原点为 抛物线的定位

37、点。 （2）单击“几何变换”菜单中的“平移”命令或单击“曲线工具条”中的“平移” 按钮，在左侧选择“偏移量”dx=-40. 0,dy=0,dz=0。选择螺纹线并按回车键如图 2-5 所示。 （3）在螺纹线开始处画一个类似于螺纹车刀的倒三角形如图 2-6 所示，然后单击 “特征生成栏”中的“导动除料”按钮，生成螺纹。实体造型完成如图 2-7 所示。 图 2-5 公式曲线 图 2-5 螺纹定位 图 27 造型完成 图 2-6 螺纹造型 第三章第三章 数控车削加工工艺数控车削加工工艺 3.13.1 数控车削数控车削 数控车床是目前使用比较广泛的数控机床，主要用于轴类和盘类回转体工件的加 工，能自动完

38、全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切 槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。与常规车床相比，数控车床还 适合加工如下工件。 1 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 2 精度要求高的零件 3 特殊的螺旋零件 如特大螺距（或导程） 、变螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆 锥螺旋面之间作平滑过渡的螺旋零件，以及高精度的模数螺旋零件和端面螺旋零件。 4 淬硬工件的加工 在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。这些 零件热处理后的变形量较大，磨削加工困难，可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后 的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。 3.23.2 数控车

39、削加工数控车削加工 在数控机床加工过程中，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 工顺序时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的 加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 （1）加工参数 1）主轴转速。主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）的直径来选择其 公式为：n=1000v/d 2）进给速度的确定。 进给速度是主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具工件的材料性质 选取。确定进给速度的原则： 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度

40、。 一般在 100200mm/min 范围内选取。 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 2050mm/min 范围内选取 当加工精度及表面粗糙度要求高时，应选择较低的进给速度，一般在 2050mm/min 范围内选取 当道具空行程，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高 速进给速度 3）背吃刀量。背吃刀量根据机床工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的条件下， 应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，可以减少走刀次数，提高生产率。为了保 证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般 0.20.5mm （2）切削刀具。正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容

41、，通常考虑机床的加 工能力、工件的材料、加工面类型、机床的切削用量、刀具的耐用度、刚度等。数控 加工刀具有高速、高效的特点，所以要严格选择。一般情况下应首选质量好、耐用度 高的；首选以标准化、系列化的。 （3）加工工艺路线 1）先粗后精。 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半径加工、精加工阶段，有的甚至 还要进行光整加工阶段 2）基准面先行原则。用作精基准的表面应先加工。 3）先面后孔。 对于箱体、支架等零件，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为 基准的，故应先面后孔。 4）先主后次。 先加工主要表面，再加工次要表面。 刀具应避免沿零件轮廓的法向切入，而应沿着外轮廓曲线延长线

42、的切向切入，以 免在切入处产生刀具轨迹。要加工的均匀分布的孔时，欲使走刀路线最短，必须保证 各定为点间路线的总长最短。切除工件时也要避免在工件的外轮廓处直接抬刀，要沿 着零件轮廓曲线延长线的切线逐渐切离工件. 图 4-1 装夹方案 第四章第四章 抛物线轴的数控加工工艺抛物线轴的数控加工工艺 在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编 制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质（如穿孔纸带，磁盘等）上，用它控 制机床加工。由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同， 但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其特点。 （1）工序的内容复杂。 这是由于

43、数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算，所以 在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至在普通机床上难以完成的工序。 （2）工步的安排更为详尽。 这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀 点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。 4.14.1 分析分析零件图样零件图样 1 该零件是一个轴类零件，其表面有圆柱面、圆弧面、螺纹面、槽等。结构设计 合理，尺寸完整，设计基准为右端面，零件图如 2-1 所示。 2 48、36、30 的圆柱面尺寸精度要求较高，为保证表面的尺寸精度。 3 椭圆轴零件没有表面粗超度要求。 4 根据加工参

44、数设定毛坯尺寸：直径为 50mm，长度为 125mm。 4.24.2 加工工艺分析加工工艺分析 程序编制人员在进行工艺分析时，应该根据被加工零件的材料、轮廓形状、加工 精度等选用合适的数控机床，然后制定加工方案，并确定零件的加工顺序，以及各工 序所用刀具、夹具和切削用量等，力求高效率地 加工出合格的零件。 4.2.14.2.1 确定装夹方案、定位基准、编程原点、确定装夹方案、定位基准、编程原点、 加工起始点、换刀点加工起始点、换刀点 （1）根据零件类型，选用三爪卡盘加持毛 坯，由于零件长径比不大所以未使用顶尖等其它 夹具如图 4-1 所示。 （2）根据零件图确定毛坯件轴线和左侧端面(设计基准)

45、为定位基准。 （3）根据零件类型和选择原则设定零件最右端中心点为编程原点。 （4）根据零件选择加工起始点为右端面中心点。 （5）根据机床和毛坯尺寸选择进退刀点为：x=50，z=50。 （以零件最右端中心点 为编程原点） 4.2.24.2.2 制定加工方案加工路线制定加工方案加工路线 1选择数控机床及数控系统 数控机床通过以下几个方面分析： (1) 根据所需要的加工零件选择 (2) 根据零件的工艺范围进行选择； (3) 根据数控机床的规格进行选择； (4) 根据机床的精度进行选择； (5) 根据机床选择功能及附件进行选择。 根据以上几个方面和所学知识选用 fanuc 0i 系统中的标准机床（平床

46、身前置刀 架） ， 2制定加工方案及加工路线 该零件表面由外圆柱面、抛物线弧、槽、倒角及螺纹等组成。考虑表面粗糙度， 用三爪自定心卡盘定心夹紧右侧。加工顺序按由粗到精、由近到远的原则确定.即先从 右（圆弧）处到左进行粗车端面、粗车外轮廓、粗车内凹圆弧、然后精车、车槽、车 螺纹、最后车断。 4.2.34.2.3 选择刀具选择刀具 依据加工表面的形状、尺寸、加工性质等选择每个表面的每个工步所用的刀具的 材料、类型和规格制定：粗车外圆选用 90外圆车刀，因零件表面有内凹圆弧，且测 得干涉后角为 43 度，为防止与工件轮廓干涉，取副偏角 kr=45 度。精车选用主偏角 为 90 度外圆车刀，且干涉后角

47、为 45 度。车槽选用刀宽为 5 切槽刀。车螺纹采用 60 度 外螺纹车刀。所选刀具全部为硬质合金刀具。 4.2.44.2.4确定加工参数确定加工参数 毛坯为 45#钢，刀具全部为硬质合金刀具。 1 确定背吃刀量 背吃刀量是已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，其单位为 mm。 该零件粗车循环时取背吃刀量 3mm，精车时 0.25mm。 2 确定进给速度 先选取进给量，查参考资料4知，粗车时选取进给量 f=0.4mm/r，精车时选取 f=0.15mm/r，切槽时选取进给量 f=0.2mm/r，切断时选取进给量 f=0.4mm/r，车螺纹的 进给量等于螺纹导程，短距离空行程的进给速度取 vf=3

48、00mm/min. 3 确定主轴转速 1） 车直线和圆弧轮廓时的主轴转速，查表取粗车的切削速度 vc=90m/min，精车 的切削速度 vc=120m/min,切槽的切削速度 vc=70m/min，切断的切削速度 vc=90m/min， 根据坯件直径（精车时取平均值） ，利用式 vc=3.14dn/1000 计算，并结合说明书选取， 粗车时主轴转速 n=500r/min,精车时主轴转速 n=700r/min。切槽时主轴转速 n=300r/min, 切断时主轴转速 n=500r/min。 2） 车螺纹时的主轴转速，用式 n1200/p k 计算取主轴转速 n=320r/min。 4.2.54.2

49、.5数控加工工序卡片数控加工工序卡片 整理得到加工工序卡，如表 4-1 所示 表 4-1 数控加工工序卡片 序 号 刀 号 名称刀位加 工 内 容 切削速度 mm/min 背吃 刀量 (mm) 主轴 转速 r/min 进给 速度 mm/r 1t1 外圆粗 车车刀 1 粗车端面和外圆 留 0.3mm 余量 9025000.4 2t1 外圆精 车车刀 1 精车端面和外圆 至尺寸 1200.257000.2 3t2切槽刀2切外圆槽7023000.2 5t3螺纹刀3车外螺纹700.13201.5 6t2切槽刀2切断 9025000.4 第五章第五章 抛物线轴的自动编程抛物线轴的自动编程 自动编程（au

50、tomatic programing）即：计算机辅助编程（computer aided programing） 。使用计算机进行数控机床程序编制工作，即由计算机自动地进行数值计 算，编写零件加工程序单，自动地打印输出加工程序单，并将程序记录到穿孔纸带上 或其他的数控介质上。 5.15.1 数控车床编程概述数控车床编程概述 1 数控加工程序的格式与组成 （1）程序结构 程序段是可作为一个单位来处理的连续的字组，它实际是数控加工程序中的一段 程序。零件加工程序的主体由若干个程序段组成。多数程序段是用来指令机床完成或 执行某一动作。程序段是由尺寸字、非尺寸字和程序段结束指令构成。在书写和打印 时，每

51、个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如此。 （2）程序格式 常规加工程序由开始符(单列一段)、程序名(单列一段)、程序主体和程序结束指 令(一般单列一段)组成。程序的最后还有一个程序结束符。程序开始符与程序结束符 是同一个字符：在 iso 代码中是%，在 eia 代码中是 er。程序结束指令可用 m02(程序 结来)或 m30（纸带结束） 。现在的数控机床一般都使用存储式的程序运行，此时 m02 与 m30 的共同点是:在完成了所在程序段其它所有指令之后，用以停止主轴、冷却液和 进给，并使控制系统复位。m02 与 m30 在有些机床(系统)上使用时是完全等效的，而在 另一些机床(系统)上使

52、用有如下不同：用 m02 结束程序场合，自动运行结束后光标停 在程序结束处；而用 m3o 结束程序运行场合，自动运行结束后光标和屏幕显示能自动 返回到程序开头处，一按启动钮就可以再次运行程序。虽然 m02 与 m30 允许与其它程 序字合用一个程序段，但最好还是将其单列一段，或者只与顺序号共用一个程序段。 程序名位于程序主体之前、程序开始符之后，它一般独占一行。程序名有两种形 式:一种是以规定的英文字(多用 o)打头、后面紧跟若干位数字组成。数字的最多允许 位数由说明书规定，常见的是两位和四位两种。这种形式的程序名也可称作程序号。 另一种形式是，程序名由英文字、数字或英文、数字混合组成，中间还

53、可以加入“ ”号。这种形式使用户命名程序比较灵活，这就给使用、存储和检索等带来很大方便。 程序名用哪种形式是由数控系统决定的。 （3）程序段格式 程序段中字、字符和数据的安排形式的规则称为程序段格式(blockformat)。目前 国内外都广泛采用字地址可变程序段格式，又称为字地址格式。在这种格式中，程序 字长是不固定的，程序字的个数也是可变的，绝大多数数控系统允许程序字的顺序是 任意排列的，故属于可变程序段格式。但是，在大多数场合，为了书写、输入、检查 和校对的方便，程序字在程序段中习惯按一定的顺序排列。 数控机床的编程说明书中用详细格式来分类规定程序编制的细节：程序编制所用 字符、程序段中

54、程序字的顺序及字长等。 2 数控机床的有关功能 （1）自动化程度与生产效率高； （2）加工警告且质量稳定； （3）广泛的适应性和较大的柔性加工； （4）减轻工作强度，改善工作环境； （5）有利于现代化的生产管理。 3 数控机床的编程规则 数控加工是按照事先编译好的程序运行的。组成这些程序的代码格式目前有两种： iso 格式和 eia 格式。我国采用的是 iso 格式，数控机床的控制系统大多提供了一定的 编程能力，如具有循环调用、函数、条件判断功能。这些功能是直接使用国际通用的 g 代码编程，有些则需要使用系统提供的专用语言编程。 国际通用的 g 代码具有包括 g 指令和 m 指令等。在正常走到

55、加工之前，需要定义 某些辅助项。首先要确定是俺绝对坐标编程还是按相对坐标编程。在即床的允许的情 况下，手工编程经常使用混合编程方式。 （1）绝对坐标与相对坐标编程指令（g90、g91） （2）设定坐标系指令（g54、g55、g56、g57 等） 对于大多数机床可以设置多个工件坐标系。 （3）刀具调用指令 一般用 t 指令作为刀具调用指令。 4caxa 数控车简介 caxa 数控车是在全新的数控加工平台上开发的数控车床加工编程和二维图形设计 软件。具有 cad 软件的强大绘图功能和完善的外部数据接口，可以绘制任意复杂的图 形，可通过 dxf、iges 等数据接口与其它系统交换数据。caxa 数控

56、车具有功能强大， 使用简单的轨迹生成及通用后置处理功能。该软件提供了功能强大、使用简洁的轨迹 生成手段，可按加工要求生成各种复杂图形的加工轨迹。通用的后置处理模块使 caxa 数控车可以满足各种机床的代码格式，可输出 g 代码，并可对生成的代码进行校验及 加工仿真。 5.25.2 抛物线轴加工抛物线轴加工 1 如图 5-1 为被加工零件轮廓图 该零件表面由外圆柱面、抛物线弧、槽、倒角及螺纹等组成。考虑表面粗糙度， 用三爪自定心卡盘定心夹紧右侧。加工顺序按由粗到精、由近到远的原则确定.即先从 左（圆弧）处到右进行粗车、然后精车、车外槽、车螺纹、最后车断。 5.2.15.2.1 加工前的准备工作加

57、工前的准备工作 零件加工前的准备工作相当重要。 1 定义毛坯 将毛坯定义为长 125mm,直径 50mm 的 45#钢。 2 设定加工刀具 粗车外圆选用 90外圆车刀，因零 件表面有内凹圆弧，且测得干涉后角为 43 度，为防止与工件轮廓干涉，取副偏 角 kr=45 度。精车选用主偏角为 90 度 外圆车刀，且干涉后角为 45 度。车槽选 用刀宽为 5 切槽刀。车螺纹采用 60 度外 螺纹车刀。 3 后置设置 编程方式绝对、代码是否优、坐标 输出格式为小数、机床分辩率为 1000、 输出到小数点后 3 位、圆心坐标、圆心 相对起点、x 值表示直径如图 5-2 所示。 程序说明： o $post_

58、code ; 图 5-1 被加工零件轮廓图 图 5-2 后置设置 程序头： $g90 $ $wcoord $ $change_tool $tool_no $comp_no $ $spn_cw $ $cool_on $ $spn_f $spn_speed $g0 $ $coord_y $ $coord_x 换刀： $change_tool $tool_no $comp_no $ $spn_f $spn_speed $ $spn_cw 程序尾： $pro_stop 机床设置见图 5-3 4 设定加工范围 加工范围即零件外表面。 5.2.25.2.2 粗加工粗加工 轮廓粗车是实现对工件外轮廓内轮廓和

59、端面的粗车加工，用来快速清除毛坯的多 余部分。 图 5-3 机床设 置 单击主菜单的加工轮廓粗车，系统弹出粗车参数表对话框如图 5-4 和图 5-5 所 示，根据实际情况，填写需要的加工参数，填写完毕后单击确定按钮。根据系统提示， 拾取被加工工件表面轮廓，拾取完毕后单击鼠标右 键，系统提示拾取定义毛坯轮廓，拾取完后点鼠标 右键，此时系统显示输入进退刀点，根据要求点击 鼠标左键，系统便会自动生成轮廓粗车的刀具运动 轨迹如图 5-6 所示。 5.2.35.2.3 精加工精加工 轮廓精车是实现对工件外轮廓，内轮廓和端面 的的精车加工，用来保证零件的尺寸精度和表面粗 糙度等。 单击主菜单的加工轮廓精车

60、，系统弹出精车 图 5-4 粗车端面图 5-5 粗车外轮廓 图 5-7 精车 轮廓 图 5-6 粗加工轨迹 参数表对话框如图 5-7 所示，根据实际情况，填写需要的加工参数，填写完毕后单击 确定按钮。根据系统提示，拾取被加工工件表面轮廓，拾取完毕后单击鼠标右键， （由 于在粗车时已经拾取了定义毛坯轮廓，精车时就不需要在拾取了）此时系统显示输入 进退刀点，根据要求点击鼠标左键，系统便会自动生成轮廓精车的刀具运动轨迹如图 5-8 所示。 5.2.45.2.4 车槽车槽 车槽参数及轨迹如图 5-9、5-10 所示 图 5-8 精加工轨迹 图 5-9 车槽参数设置 5.2.55.2.5 螺纹加工螺纹加