王正论文最终完成仅供参考

1、DMG DMU60 Mono block数控机床后置处理定制与虚拟加工大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计（论 文）DMG DMU60 机床后置处理定制与虚拟加工学 院（系）： 机电信息工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 王正 学 号： 2010022221 指 导 教 师： 冯长建 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连民族学院摘 要本文主要介绍的是DMG DMU60 Monoblock数控机床后置处理定制与虚拟加工。首先分析DMG DMU60M能和加工特点，了解DMG DMU6.M机床的三维数字化模型、装配DMG机床的数字化模型，建立装配主模型、UG

2、NX机床构建器环境定义机床运动学模型、后处理软件注册与调用，重点介绍了维纳斯雕像数控工艺规划、维纳斯雕像加工数控程序编制、五轴机床调用与零件安装、图形化数控加工仿真。然后对数控后置处理与程序输出进行相关校核。本设计主要利用UG进行塑件维纳斯雕像三维模具设计的过程。重点介绍了机床构建器建立机床运动学模型，机床三维模型建立-装配模型。关键词：数控工艺；程序编制；虚拟加工 IIAbstract This paper mainly introduces the DMG DMU60 Mono block custom post-processing of CNC machine tools and vi

3、rtual machining. At first, it analyses the Processing Features of DMG DMU60M, understands DMG DMU6.M three-dimensional digital model of the machine, DMG machine tool assembly digital model、assembly established the master model、UG NX machine tool builder environment defined kinematic model、Venus stat

4、ue machining CNC programming、Five-axis machine tool sand parts to install call、Graphical NC machining simulation. Then check the process parameters of NC post-processing and program output. This design mainly use UG which is the external software to design Venus statue of three-dimensional mold plas

5、tic parts. It emphasis on introducing the design if more than a mould cavity, and use different products to qualifying design, according to the interior and exterior structure and size of products .Key Words：cnc technology；programming；virtual machining目 录摘 要IAbstractII1前言11.1 课题背景11.1.1数控机床的发展趋势及国内发

6、展现状11.1.2 数控机床的发展趋势11.2 我国数控机床发展现状及思考21.2.1 我国数控机床发展现状及思考22 机床三维模型建立42.1机床装配42.2五轴机床运动创建43模具成型结构设计123.1维纳斯雕像加工工艺分析123.2利用CAM软件生成加工程序133.3模仁构造精加工驱动曲面153.4创建加工操作184 后处理225实际加工过程235.1准备工作235.2找正和固定工件245.3对刀255.4仿真加工27参 考 文 献28致 谢29III1前言1.1 课题背景1.1.1数控机床的发展趋势及国内发展现状从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数

7、控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压

8、力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题1。1.1.2数控机床的发展趋势一、 高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；（2）进给率：在分辨率为0

9、.01m时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障,频率提高到几百兆赫、上千兆赫。二、高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度，位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行

10、综合补偿。（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。 三、控制智能化随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面：（1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；（2）加工参数的智能优化与选择：将工

11、艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的。1.2我国数控机床发展现状及思考1.2.1我国数控机床发展现状及思考我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设

12、备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数

13、控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。3

14、。282机床运动学模型创建2.1机床装配组装装配图，如图1所示装配图构建器： 图1 机床装配图2.2 五轴机床运动创建打开装配图，如图2所示装配图直接进入机床构建器，从图2可以看出来这样一个五轴机床简单模型里面机座和相应的五个轴的运动，一个是X方向的左右运动，Y方向的前后运动，主轴摆头的摆动以及工作台1的旋转运动和工作台2的上下运动。 图2 机床构建 (1) 点开机床导航器 如图3可以看到已经创建好的步骤，首先，机床的机座MACHINE_BASE、X滑块、Y滑块、部件、毛坏、夹具、刀轴摆头、主轴以及一系列刀槽。 (2) 机床的构建过程 直接选取MACHINE_BASE,按右键，直接删除机床组件

15、，删除副项，相应的主项全部删除掉，这时转成名称为SIM18_5AX_MILL，然后插入机座组件，按照默认的名称，创建连接点，选择添加新集，然后指定CSYS对话框根据动态里面选择（X轴，Y轴，远点），原点以刀轴为原点，指定一下几何体，这样就创建好了机座。接着，在机座上来创建相应的滑块，X滑块实现左右移动，选中MACHINE_BASE,右键插入一个机床组件，输入名称，选择几何体，边完成X滑块的创建；然后，定义X滑块的定义类型和运动范围，右键X_slide,插入轴，输入名称X,方向切换成前面机床连接好的连接点，方向为X方向，修改运动的行程，仿真播放，创建成功如图4所示。接着，创建Y滑块，由于他的运动

16、相对于X滑块，所以先选中X_SLIDE,插入机床组件，选择几何体，名称改为Y_SLIDE,主要主轴的连接点，通过添加新集，确定完成；紧接着，定义Y滑块的定义类型和运动范围，右键Y_slide,插入轴，输入名称Y,方向切换成前面机床连接好的连接点，方向为Y方向，修改运动的行程，仿真播放，创建成功如图示5所示。接着，创建第一轴的摆头，它的运动相对于Y轴运动，所以先选中Y_SLIDE，插入机床组件，选择几何体，将名称改为B_AXIS_HEAD，注意一下它的连接点，添加新集通过CSYS对话框，选择类型，确定完成；然后定义摆头的运动类型和范围，选中B_AXIS_HEAD，选择连接点，选择联接轴，轴的运动

17、为旋转，选择轴限制，播放仿真，创建完成如图6所示。接下来，创建主轴，选中摆轴，右键插入机床组件，输入名称SPINDLE,选择几何体，创建主轴刀具安装的位置，添加新集，指定CSYS对话框，在分类联接里面选择刀具安装，添加分类主件，指定主轴旋转，右键插入轴，输入名称，轴类型为旋转，创建完成.接着创建Z轴和旋转的工作台以及相关的安装，选择MACHINE_BASE,插入机床组件，指定名称Z_SLIDE,选择几何体，点击确定，完成创建如图，然后定义Z轴的运动类型和行程范围，右键插入轴，选择联接点，指定Z轴方向，完成创建如图7所示。接着创建部件，右键Z_SLIDE,插入机床组件，输入C_AXIS_ROTA

18、RY,选取分类组件，接着创建夹具安装，右键SET_UP,插入机床组件，输入FIXTURE，选取分类组件，完成如图8所示。 图3 机床创建步骤 图4 机床X轴构建 图5机床Y轴构建 图6机床圆柱精刀摆头构建 图7机床Z轴构建 图8 机床部件构建3 模具成型结构设计3.1维纳斯雕像加工工艺分析 (1) 加工步骤这个工艺初步规划加工过程，分为两大类：粗加工和精加工。如图9维纳斯雕像造型所示，这个复杂的造型不能由三轴来完成，必须五轴加工完成。首先，确定粗加工方案。用刀具轴分别为“+X”轴和“-X”轴进行两次粗加工后，还是不能完全去除多余材料，需要在进行一次粗加工，分别用刀具轴为“+Y”轴和“-Y”轴，

19、在第一次粗加工的基础上，进行二次加工。然后，需要去除的多余材料基本上能够粗加工到位。接下来，确定精加工的工艺。最好的方法是用刀具线连续加工整个面积，因此需要构造一个适合的驱动曲面。 由于它的粗加工是由多个轴来完成任务，并需要定轴粗加工时候是层铣，在工件粗加工完成以后可能会留下下层台阶，所以直接精加工时会达到不均匀，完成不了预期的期望，所以精加工需要分两部分来进行：半精加工和精加工。半精加工原理和精加工一样，但会先留一些余量。经过分析验证，我们最终的确定了由四部分来完成：一次粗加工，两次粗加工，精加工与半精加工。一次粗加工是为了能快速除去多余材料，两次粗加工是为了能够消除第一次精加工不能加工到的

20、部分，而半精加工是为了精加工而作的准备，使精加工能加工均匀，最后一部分精加工完成模型，并且能够获得很好的模型。确定了加工步骤后，在确定每个步骤的加工工艺参数。用代木材料来加工这个模型，因此，粗加工可以用较大的切削深度，切削间距和切削速度。但是考虑到这个模型比较瘦长，代木材料强度低，为了防止加工时候材料断裂，切削时速度不够快，切削深度不能过快，切削深度也不能过大。在将具体的加工工艺参数绘制一个表格，列在其中。这个表格包括所有的加工步骤的安排和各种具体的加工参数，表格中有一部分内容是UG中生成的NC程序时候用到的中间结果。 图9 维纳斯雕像造型3.2利用CAM软件生成加工程序这个加工任务比较复杂，

21、在其复杂性上最主要体现在加工程序的编制上，所以需要先明确在利用CAM软件生成加工程序这些任务需要做哪些东西，然后在一步步实施。 首先先确定用什么CAM软件来编程，UG是最适合的编程软件。UG编程的步骤在前面的实例中出现好多次：先预设加工几何、加工工具、加工方法、再创建加工操作，设定好加工参数，最后生成加工刀具路径。另外，类似多轴加工操作还需要构建驱动几何体。结合UG编程步骤和前面的工艺分析得出来的加工步骤和加工参数，编制出加工工艺路线。见表1。按照表1中的工艺参数，我们逐步进行设定:1设定刀具、加工方法和几何体 在操作导航器机床刀具视图，插入刀具：直径50mm的圆鼻D50R6、直径10mm的球

22、刀头D10R5、直径6mm的球刀头D6R5。在方法视图中，将方法“MILL_ROUGH”、“MILL_SEMI_FINISH”、“MILL_finish”中的参数按照表一列好。几何视图中，在加工坐标系“MCS_MILL”下创建三个几何体“WORKPIECE1”、“WORKPEICE2”、“WORKPEICE3”。三个几何体的部件都选择维纳斯雕像和底座造型。“WORKPIECE1”的毛坏选择圆柱形毛坏图10， “WORKPEICE2”和“WORKPIECE3”的毛坏不选，它们都要等上一步加工刀具路径生成并模拟完成后才产生。 图10 维纳斯雕像毛坏3.3 模仁构造精加工驱动曲面 构造精加工曲面是这

23、个加工任务中最大的难点，也是编程中的重要步骤。 首先，分析构造精加工驱动曲面的目的是为了生成刀具路径，需满足以下的条件：(1) 驱动刀具路线要求 第一必须使刀具轴线控制于机床能够完成加工的范围内，其次是刀具轴线需要与加工的需要相符合，就是让工件的所有地方能加工并且不会有干涉，最后一步也是最重要的一步，刀具轴线不能突变，需要均匀改变，后面这两点是控制刀具的基本要求，最后，也是更高的要求，即是刀具轴线要联系均匀，不能突变 。(2) 加工范围的规范 加工驱动曲面覆盖的加工工件范围要覆盖所有加工区域，加工的范围应为整个雕像从造型到底座的表面。(3) 加工轨迹的要求 一个好的驱动需要刀轨产生光滑顺平，间

24、距均匀，才能保证加工质量。在明确驱动曲面的要求和目的后，就开始构建驱动曲面。 其次，在明确了构造驱动面的目的和要求后，据此来构造驱动面。为了操作方便，将维纳斯雕像和底座部分的造型复制了一个副本到第五层，然后设置第五层为工作层，并删除一层（图11）；在每个断面上捕捉这个断面边缘线上的点作为端点，分别作两根相交的直线，尽量使交点处的断面的中心上，在圆柱形底座的上表面也作这样的一组相交线；以这些交点的圆心作为一组圆，这些圆均在和Z轴垂直的平面内如图12： 图11构造驱动面 图12 构造断面曲线过这个圆作一个通过曲线的曲面，曲面V向阶次设为3，将所有曲线隐藏，在这个曲面上提取五根等U的等参数曲线，再删

25、除重合的两根曲线中的一根，桥接其中相对的两个曲线，再将桥接曲线等分为两段，过两根曲线的端点和桥接曲线打断的断点做一根样条，和这两根样条相切，并在交点处将这根样条打断成两段；将底部的圆弧以四根等参数曲线分割成四段，将顶部的两根样条曲线打断的四根样条分别与其连接的等参数线合并成一根样条，得到四根样条曲线和底部的四段圆弧；再以四根样条曲线的交点为第一主曲线，以四段圆弧为第二主曲线，以四根样条为通过曲线，生成一个通过曲线网络曲面，就以这个曲面为精加工的驱动面如图13所示： 图13 精加工驱动面 3.4创建加工操作 (1) 粗加工部分 粗加工采用定轴层铣，分别“+X”“-X”轴做刀具轴线加工，创建两个一

26、次粗开的操作“CAVITY_MILL”和“CAV-ITH_MILL2”,然后生成刀具路径。这两部分如图14所示，用2D动态模拟方法模拟这两个一次粗开刀具路径。在模拟时，将“Generate IPW”的选项设好如图O所示，这个软件将在模拟完成后，将模拟结果保存为一个品质较好的IPW，模拟结果所图P所示，生成的IPW如图15所示。将生成的这个IPW设为“WORKPIECE2”的毛坏，为了保证余量尽量的均匀，我们在沿着Y轴在进行两次的粗开，进行四个方向的粗开，尽量保证余量均匀这是需要强调的。 图14 一次粗开路线 图15 生成IPW同样的方法使用“+Y”“-Y”轴的刀具轴分别生成二次粗开“CAVIT

27、Y_MILL3”和“CAVITH_MILL4”的刀具路径，将二次的刀具路径模拟并生成IPW如图16所示。把生成的这个IPW设为几何体“WORKPIECE3”的毛坏，模拟粗加工刀轨是否保证完成进行动画，很显然有部分材料没有加工完全，所以我们需要二次粗加工进行的刀具路径： 图16 精加工生成IPW(2) 半精加工和精加工部分 半精加工和精加工的方法一样，只是加工参数，刀具，余量不同。创建操作时，驱动曲面选择刚才构建好的驱动面，材料方向和切削方向按照图17所示选择设定。这样显示出来的刀具路径不会因为太密而看不清楚，生成的刀具路径分别为半精加工和精加工路径。刀具路径生成完成后，可以对精加工刀具路径也进

28、行模拟验证模拟时可以检查加工工程中，刀杆会不会和工件发生干涉。 图17 材料的切削方向4 后处理将一次开粗的、二次开粗的四部操作和半精加工、精加工分别后处理。这个加工任务，应使用一转台和一摆头的五轴机床，这里要选择这种机床的后处理程式。处理得到一次开粗程序“VS-1-D50R6.nc”、“VS-2D50R6.nc”，二次开粗程序“VS-3-D50R6.nc”、“VS-4-D50R6.nc”，半精加工程序“VS-5-D10R5.nc”和精加工“VS-6-D6R3.nc”如图18所示： 图18 机床后处理5 实际加工过程5.1 准备工作备料:将代木块按照尺寸来切割好，再用车床车车成圆棒，并且在底部

29、一圈凹槽。如图19所示，这是将圆柱形毛坏与底座部分结合在一起。预备刀具：要准备外直径50mm的圆鼻刀，直径分别为10mm、6mm的球刀头和加长刀杆。在精加工时，直径6mm球刀头的刀具长度过短，要使用加长刀杆。其他刀具：准备百分表和表座5.2找正和固定工件一般，带转台的五轴机床加工时，都要将工件中心与转台旋转中心找正一点上，或者要找出工件中心和旋转中心的坐标差值。这里，我们按前者来做。将工件先大致放置在转台的中心上，将百分表的表座固定在机床转台以外的位置，表针指向圆柱体表面上，旋转转台，根据百分表读数的变化调整工件的位置，最终使转台旋转时百分表读数不变。此时工件中心就与转台旋转中心重合，再用压板

30、压紧，固定好工件。 图19 圆柱形毛坏与底座结合5.3 对刀单转台单摆头五轴机床，一般将工作原点取在旋转工作台的旋转轴上，对刀必须找到转台的中心，加工原点的X轴、Y轴坐标由转台中心位置确定，但Z轴坐标根据工件的基准而定，与转台中心无关。因此，这里对刀的工作实际上应在装夹和找正工件之前就先进行。对刀操作是实际加工过程中最重要的操作步骤，五轴机床的对刀包括的内容比三轴要多，也更加复杂，以下说明。（1） 校正摆头原点，将千分表吸到刀柄上，并能保证表随着刀柄在360°范围内自由转动时不受任何阻碍。如图19所示：调整表的高度使表头接触到工作台面上，然后旋转刀柄让表头在工作台面上划一个整圆，调整

31、B轴的角度，使千分表在这个圆的任何位置上读数基本相等，把这个位置设为B轴的加工原点。（2） 找到转工作台的旋转中心，把吸表到刀柄上，并保证刀表和刀柄360°范围内自由转动时不受任何阻碍；调整机床X轴、Y轴、Z轴和千分表位置，使千分表在随刀柄旋转一周时，表针基本能接触到旋转工作台的内孔壁；进一步调整X轴、Y轴、Z轴的位置，直到千分表的读数在内壁任何位置基本相等；把此时X轴、Y轴的机床坐标设为加工原点。（3） 确定C轴原点 因此此处的毛坏是圆柱形，是一个中心对称的，所以可以取C轴的任意位置为做加工原点。（4） Z轴原点 五轴的原点里，唯一一个要在工件装夹好之后再对刀的就是Z轴这里Z轴加工

32、原点取在工件毛坏的顶面上。选取加工所用刀具中的一把作为基准刀具。（5） 对每把加工工具的刀长 将基准刀具的刀长补正值设为“H01”，半精加工的刀具为“H02”，精加工刀具为“H03”“H01”为基准到，其值一定是零，其他刀长的对刀方法与三轴机床对刀方法一致。（6） 测定摆长 凡是带有摆头的五轴机床都需要测定摆长。这里测定主轴装上基准刀具后的摆长总值作为基准摆长值，找到一块最后是用磨床磨过的垫块，置于工作台面，在B轴零度时，把刀尖移动到垫块的上表面，再把刀具抬高一个刀具半径，记录下此时机床坐标Z坐标值，设为P1，让B轴摆动到“90°”或者“-90°”，再让刀具移动到垫块上表面

33、，记下此时机床坐标值，为P2。P1-P2的绝对值为P(摆长)。5.4 仿真加工最后的加工，如图20所示是由机床按照编程好的加工程序自动执行，用普通数控铣的加工没有区别，只需要按次序更换刀具和调用程序，再执行程序就行。加工过程中，可根据加工实际情况，适当调整加工时主轴转速和进给速度的倍率。 图20 维纳斯仿真加工结 论 关于在机床加工中工艺等尺寸值设置、准确定位的机床加工非常重要，它直接影响产品的制作质量。UG是目前我国内广泛运用的3D模具设计软件，配合胡波外挂程序，熟练掌握模具设计中的设计流程与设计规范，了解模具设计中的运用技巧，掌握了解常用的命令，就能够清楚的准确的设计出产品，通过对DMG DMU60 Monoblock数控机床后置处理定制与虚拟加工，我本人对常用数控机床加工对于成型过程中模具的工艺要求产生更深一层的理解，熟悉模具成型工序的结构特点及设计方原理，体验设计模具具中的一次新的锻炼。 在模拟过程中我完全利用了各种可以充分利用的方法，同时不断的思考中连续深化对所学理论知识的掌握，在设计过程中充分利用UG案例，新的命令