机电一体化毕业论文基于CAXA制造工程师的盖板加工技术Word格式.docx
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2、会正确合理地选择各种方法建模,解决实际建模操作中的问题
3、掌握曲面粗精加工的生成方法,会正确合理地选择各种方法
论文指导记录
1、确定题目:
2011.2.28
2、第一次审核:
2011.3.15
3、第二次审核:
2011.4.6
4、第四次审核:
2011.4.10
参考资料
[1]龚仲华主编.数控技术.北京:
机械工业出版社,2004.1
[2]《机械设计手册》联合编写组编.机械设计手册(中册)第二版.北京:
化学工业出版社,1982.10
[3]郑修本主编.机械制造工艺学第二版.机械工业出版社.1995.5
注:
此表发给学生后由指导教师填写,学生按此表要求开展毕业设计(论文)工作。
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计(论文)成绩表
学生姓名
机电09-11(3)班
指导教师(签名)
指
导
教
师
评
语
评阅成绩:
评阅教师签字:
年
答
辩
记
录
成绩:
提问教师签字:
小
组
意
见
答辩成绩:
答辩小组组长签字:
摘要
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。
数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。
数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展,而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展,二者相互依赖。
现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展,而编程方式也越来越丰富。
经过多年来北航海尔软件公司的不懈努力,推出了CAXA制造工程师数控编程系统。
这套系统集CAD、CAM于一体,功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高,现在已经在全国上千家企业的使用,并受到好评,不但降低了投入成本,而且提高了经济效益。
CAXA制造工程师数编程系统,现正在一个更高的起点上腾飞。
关键词:
数控机床;
高精度;
编程技术;
CAXA制造工程师
Abstract
Numericalcontrolmachinetoolsandprogrammingtechnologybothdevelopmentarecloselyrelated.Numericalcontrolmachinetoolstopromotetheperformanceimprovedtheprogrammingtechnologydevelopment,andtheimprovementoftheprogrammingmethodalsopromotedthedevelopmentofnumericalcontrolmachinetools,bothdependoneachother.Modernnumericalcontroltechnologyinhighprecision,highefficiency,hightoflexibleandintelligentdirection,andprogrammingmethodalsomoreandmorecolorful.Numericalcontrolmachineisakindofhighmechanicalandelectricalproducts,suitableforprocessingvarietiessmallbatchparts,structureismorecomplex,higheraccuracyoftheparts,theneedforfrequentmodifiedparts,expensivedon'
tallowdiscardofthekeyparts,requirementsofprecisionparts,itisnecessarytoshortenthecopyproductioncycleofneedpartsandrequired100%inspectionparts.Numericalcontrolmachinetoolofthecharacteristicsanditsapplicationtomakeitanationaleconomicandnationaldefenseconstructiondevelopmentofimportantequipment.
Numericalcontrolmachinetoolsandprogrammingtechnologybothdevelopmentarecloselyrelated.Numericalcontrolmachinetoolstopromotetheperformanceimprovedtheprogrammingtechnologydevelopment,andtheimprovementoftheprogrammingmethodalsopromotedthedevelopmentofnumericalcontrolmachinetools,bothdependoneachother.Modernnumericalcontroltechnologyinhighprecision,highefficiency,hightoflexibleandintelligentdirection,andprogrammingmethodalsomoreandmorecolorful.Afteryearsofbeihanguniversityhaiersoftwaretheuntiringeffortsofthecompany,launchedCAXAmanufacturingengineersCNCprogrammingsystem.ThesystemsetCAD,CAMatanorganicwhole,powerful,easyiseasytouse,goodinusability,codearehighquality,havebeeninthehomeofthethousandsofenterpriseuse,andwellreceived,notonlylowercosts,andincreasetheeconomicbenefit.CAXAmanufacturingengineerforprogrammingsystem,isnowinahigherstartingpointofgrowth.
KeyWord:
Numericalcontrolmachine;
Highprecision;
Programmingtechnology;
CAXAmanufacturingengineer
目录
第1章数控机床概论
1.1数控机床的基本概念
在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量,单件与小批量生产的零件(批量在10~100件)约占机械加工总量的80%以上。
尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。
。
根据国家标准GB/T8129-1997,对机床数字控制的定义:
用数字控制的装置(简称数控装置),在运行过程中,不断地引入数字数据,从而对某一生产过程实现自动控制,叫数字控制,简称数控。
用计算机控制加工功能,称计算机数控(computerizednumerical,缩写CNC)。
数控机床即使采用了数控技术的机床,或者说装备了数控系统的机床。
从应用来说,数控机床就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等)和步骤,以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示,通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机,计算机对输入的信息进行处理与运算,发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件,是机床自动加工出所需要的零件。
1.2数控加工的特点
数控加工,也称之为NC(Numerical
Contorl)加工,是以数值与符号构成的信息,控制机床实现自动运转。
数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。
数控加工的最大特征有二点:
一是可以极大地提高精度,包括加工质量精度及加工时间误差精度;
二是加工质量的重复性,可以稳定加工质量,保持加工零件质量的一致。
也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。
一、数控加工具有如下优点:
1、提高生产效率;
2、不需熟练的机床操作人员;
3、提高加工精度并且保持加工质量;
4、可以减少工装卡具;
5、可以减少各工序间的周转,原来需要用多道工序完成的工件,用数控加工可以一次装卡完成,缩短加工周期,提高生产效率。
6、容易进行加工过程管理;
7、可以减少检查工作量;
8、可以降低废、次品率;
9、便于设计变更,加工设定柔性;
10、容易实现操作过程的自动化,一个人可以操作多台机床;
11、操作容易,极大减轻体力劳动强度
随着制造设备的数控化率不断提高,数控加工技术在我国得到日益广泛的使用,在模具行业,掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。
数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)系统的质量。
如何进行数控加工程序的编制是影响数控加工效率及质量的关键,传统的手工编程方法复杂、烦琐,易于出错,难于检查,难以充分发挥数控机床的功能。
在模具加工中,经常遇到形状复杂的零件,其形状用自由曲面来描述,采用手工编程方法基本上无法编制数控加工程序。
近年来,由于计算机技术的迅速发展,计算机的图形处理功能有了很大增强,基于CAD/CAM技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟,这种方法速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查。
CAD/CAM技术在工业发达国家已得到广泛使用。
近年来在国内的应用也越来越普及,成为实现制造业技术进步的一种必然趋势。
1.3数控加工的概念
数控加工是将待加工零件进行数字化表达,数控机床按数字量控制刀具和零件的运动,从而实现零件加工的过程。
被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示,CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹,经过后置处理生成加工代码,将加工代码通过传输介质传给数控机床,数控机床按数字量控制刀具运动,完成零件加工。
其过程如下图所示:
【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】
1、零件数据准备:
系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据,如STEP,IGES,SAT,DXF,X-T等;
在实际的数控加工中,零件数据不仅仅来自图纸,特别在广泛采用Internet网的今天,零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。
2、确定粗加工、半精加工和精加工方案。
3、生成各加工步骤的刀具轨迹。
4、刀具轨迹仿真。
5、后置输出加工代码。
6、输出数控加工工艺技术文件。
7、传给机床实现加工。
第2章CAXA制造工程师简介
2.1概述
20世纪90年代以前,市场是销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。
90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作,尤其是在以PC机动性平台的软件系统。
其功能已能与国外同类软件相当,并在操作性、本地化服务方面具有优势。
一个好的数控编程系统,已经不是一种仅仅是绘图,做轨迹,出加工代码,他还是一种先进的加工工艺的综合,先进加工经验的记录,继承,和发展。
北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力,推出了CAXA制造工程师数控编程系统。
2.2利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤
CAM系统的编程基本步骤如下:
理解二维图纸或其它的模型数据
建立加工模型或通过数据接口读入
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
现在分别予以说明。
一、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:
核准加工零件的尺寸、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
二、加工模型建立
利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。
作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。
加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。
被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上,用户可根据图纸建立三维加工模型。
针对这种需求,CAM系统应提供强大几何建模功能,不仅应能生成常用的直线和圆弧,还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法,并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。
被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入,因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口,如DXF、IGES、STEP等。
由于分工越来越细,企业之间的协作越来越频繁,这种形式目前越来越普遍。
被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到,针对此类的需求,CAM系统应提供读入测量数据的功能,按一定的格式给出的数据,系统自动生成零件的外形曲面。
三、刀具轨迹生成
建立了加工模型后,即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。
CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。
用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求,灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等,方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。
CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地,它不仅集成了北航多年科研方面的成果,也集成了工厂中的加工工艺经验,它是二者的完美结合。
在CAXA制造工程师中做刀具轨迹,已经不是一种单纯的数值计算,而是工厂中数控加工经验的生动体现,也是你个人加工经验的积累,它人加工经验的继承,
为满足特殊的工艺需要,CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。
CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。
并可通过代码较核,用图形方法检验加工代码的正确性。
四、后置代码生成
在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码,需进行所谓后置处理。
后置处理的目的是形成数控指令文件,也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。
CAXA制造工程师提供的后置处理功能是非常灵活的,它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。
用户按机床规定的格式进行定制,即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。
五、加工代码输出
生成数控指令之后,可通过计算机的标准接口与机床直接连通。
CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件,完成通过计算机的串口或并口与机床连接,将数控加工代码传输到数控机床,控制机床各坐标的伺服系统,驱动机床。
2.3CAXA制造工程师中的加工方法
2.3.1粗加工方法
一、区域式粗加工
该加工方法属于两轴加工,其优点是不必有三维模型,只要给出零件的外轮廓和岛屿,就可以生成加工轨迹。
在加工完成的最后,有是否进行轮廓加工选项,即是否用刀具清一下轮廓。
二、等高线粗加工
该加工方式是较通用的粗加工方式,适用范围广;
它可以高效地去除毛坯的大部余量,并可根据精加工要求留出余量,为精加工打下一个良好的基础;
可指定加工区域,优化空切轨迹。
“选项”包括以下两种选择。
删除面积系数基于输入的删除面积系数,设定是否生成微小轨迹。
刀具截面积和等高线截面面积若满足下面的条件时,删除该等高线截面的轨迹。
等高线截面面积<刀具截面积×
删除面积系数(刀具截面积系数)。
要删除微小轨迹时,该值比较大。
相反,要生成微小轨迹时,请设定小一点的值。
通常请使用初始值。
删除长度系数基于输入的删除长度系数,设定是否做成微小轨迹。
刀具截面积和等高截面线长度若满足下面的条件时,删除该等高线截面的轨迹。
等高截面线长度<刀具直径×
删除长度系数(刀具直径系数)。
稀疏化加工为粗加工后的残余部分,用相同的刀具从下往上生成加工路径,这是一促类似于半精加工的加工方法,特别对于切深在、轮廓斜度在的加工条件而言,这种方法对于提高加工效率、改善粗加工后轮廓精度很有好处。
此外,这种方法对于避免或者减小精加工台阶轮廓很有好处。
稀疏化:
确定是否稀疏化
间隔层数:
从下向上,设定欲间隔的层数。
步长:
对于粗加工后阶梯形状的残余量,设定X-Y方向的切削量。
残留高度:
由球刀铣削时,输入铣削通过时残余量(残留高度)。
指定残留高度时,XY切入量被导向显示。
区域切削类型在加工边界上重复刀具路径的切削类型有以下2种选择。
抬刀切削混合:
在加工对象范围中没有开放形状时,在加工边界上以切削移动进行加工。
有开放形状时,回避全部的段。
此时的延长量如下所示。
切入量<刀具半径/2时,延长量=刀具半径+行距
切入量>刀具半径/2时,延长量=刀具半径+刀具半径/2
抬刀:
刀具移动到加工边界上时,快速往上移动到安全高度,再快速移动到下一个未切削的部分(刀具往下移动位置为[延长量]远离的位置)。
延长量:
输入延长
仅切削:
在加工边界上用切削速度进行加工。
注意加工边界(没有时为工件形状)和凸模形状的距离在刀具半径之内时,会产生残余量。
对此,加工边界和凸模形状的距离要设定比刀具半径大一点,这样可以设定「区域切削类型」为「抬刀切削混合」以外的设定。
三、扫描线粗加工
该加工方式是适用于较平坦零件的粗加工方式。
扫描线粗加工的加工方法有三种:
精加工、顶点路径和顶点继续路径。
①精加工:
生成沿着模型表面进给的精加工轨迹。
②顶点路径:
生成遇到第一个顶点则快速抬刀至安全高度的加工轨迹。
③顶点继续路径:
在已完成的加工轨迹中,生成含有最高顶点的加工轨迹,即达到顶点后继续走刀,直到上一加工层路径位置后快速抬刀至回避高度的加工轨迹。
四、导动线粗加工
导动线粗加工方式生成导动线粗加工轨迹。
导动加工是二维加工的扩展,也可以理解为平面轮廓的等截面加工,是用轮廓线沿导动线平行运动生成轨迹的方法。
它相当于平行导动曲面的算法。
只不过生成的不是曲面而是轨迹。
其截面轮廓可以是开放的也可以是封闭的,导动线必须是开放的。
其加工轨迹是二轴半轨迹,利用这一功能可以将需要3轴加工的曲面变成2.5轴加工,可以简化造型,明显提高了加工效率。
这是一种很有用的加工方法。
。
截面指定方法有以下两种选择。
截面形状:
参照加工领域的截面形状所指定的形状。
倾斜角度:
以指定的倾斜角度,做成一定倾斜的轨迹。
输入倾斜角度。
输入范围为0度~90度
2.3.2精加工方法
一、参数线精加工
参数线精加工是生成单个或多个曲面的按曲面参数线行进的刀具轨迹,对于自由曲面一般采用参数曲面方式来表达,因此按参数分别变化来生成加工刀位轨迹便利合适。
当刀具遇到干涉面时,可以选择“抬刀”,也可以选择“投影”来避让。
抬刀:
通过抬刀,快速移动,下刀完成相邻切削行间的连接。
投影:
在需要连接的相邻切削行间生成切削轨迹,通过切削移动来完成连接。
限制面有两种:
“第一系列限制面”和“第二系列限制面”。
第一系列限制面指刀具轨迹的每一行,在刀具恰好碰到限制面时(己考虑干涉余量)停止,即限制刀具轨迹每一行的尾,顾名思义,第一系列限制面可以由多个面组成。
第二系列限制面限制刀具轨迹每一行的头。
同时用第一系列限制面和第二系列限制面可以得到刀具轨迹每行的中间段。
CAM系统对限制面与干涉面的处理不一样,碰到干涉面,刀具轨迹让刀;
碰到限制面,刀具轨迹在该行就停止。
在不同的场合,要灵活应用。
二、等高线精加工
等高线精加工可以完成对曲面和实体的加工,轨迹类型为2.5轴,可以用加工范围和高度限定进行局部等高加工;
可以通过输入角度控制对平坦区域的识别,并可以控制平坦区域的加工先后次序。
路径的生成方式有如下4种选择。
不加工平坦部仅仅生成等高线路径。
交互将等高线断面和平坦部分交互进行加工。
这种加工方式可以减少对刀具的磨损,以及热膨胀引起的段差现象.
注1:
计算出作为轮廓的等高线断面和平坦部分,首先加工周围的等高线断面,然后在加工平坦部分。
注2:
等高线断面的加工顺序是基于基路径的顺序,从外观上来看,与减少段差的意图不相称。
等高线加工后加工平坦部生成等高线路径和平坦部路径连接起来的加工路径。
仅加工平坦部仅仅生成平坦部分的路径。
平坦面是个相对概念,因此,应给定一角度值来区分平坦面或陡峭面,即给定平坦面的“最小倾斜角度”。
在指定值以下的面被认为是平坦部,不生成等高线路径,而生成扫描线路径。
三、扫描线精加工
扫描线精加工在加工表面比较平坦的零件能取得较好的加工效果。
在遇到端刀走坡度时,规定有三种形式;
通常、下坡式、上坡式。
对于界定坡度的大小,系统给定“坡容许角度”,即上坡式和下坡式的容许角度。
例如,在上坡式中即使一部分轨迹向下走,但只要小于坡容许角度,仍被视为向上,生成上坡式轨迹。
在下坡式中即使一部分轨迹向上走,但只要小于坡容许角度,仍被视为向下,生成下坡式轨迹。
在行间连接方式上有“抬刀”和“投影”两种连接。
“抬刀”是先快速抬刀,然后快速移
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