薄壁零件的数控工艺分析及自动编程加工

薄壁零件的数控工艺分析及自动编程加工摘要数控技术是技术性极强的工作，尤其在机械加工领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。此次的设计任务是对零件的加工工艺设计与程序编制及加工，利用绘图软件 AutoCAD 将零件的二维图画出来,然后用 UG 软件画出三维图形,再接着设计几个方案。方案的关键在于以生成最佳的刀具路径、利用最短的时间内加工出零件,且加工工序最优,加工出来的零件的工艺符合设计图纸的要求。根据这些要求选择最佳的加工工艺方案，填写工艺卡片，工序卡片。用软件编写加工程序,并且进行仿真验证得到加工效果图。关键词：加工工艺；编程；加工AbstractNumerical control technology is a highly technical work, especially in the field of mechanical processing is the most widely used, so this requires practitioners to have machining process knowledge is very high, CNC programming knowledge and skills. The design task is to the parts processing process design and programming and processing, the drawing software AutoCAD will be out of the picture parts in 2D, and then use UG software to draw the three-dimensional graphics, then several design schemes. The scheme is the key to generate the tool path, the best use of the shortest processing time of parts, and the processing procedure of optimal, processing out of the parts meet the requirements of design drawings. According to the requirements of processing scheme of the best choice, fill in the process cards, process cards. Using software to program the processing procedure, and carries on the simulation verification has been processing effect chart.Keywords: processing technology; programming; processing目录摘要 .2Abstract.3目录 .4第一章 绪论 .6第二章 零件的工艺分析 .72.1 零件的结构特点分析.72.2 零件的结构工艺性分析 .92.3 零件的技术要求分析.102.4 确定毛坯.112.4.1 毛坯类型.112.4.2 毛坯余量确定.122.4.3 毛坯图.12第三章 零件的工艺规程设计 .143.1 加工顺序的安排 .143.3 定位基准的选择.143.4 夹具以及装夹方式具的选择 .143.5 制订工艺路线.153.6 选择刀具与切削用量 .173.6.1 选择切削刀具.173.6.2 选择切削用量.183.8 数控加工工艺卡片拟订 .19第四章 零件的程序编制及仿真 .204.1 数控编程的定义及分类.204.1.1 数控编程的定义.204.1.2 数控编程的分类 .204.2 编程原点的确定.204.3 数控加工程序代码的编写.2244.3.2 自动编程.224.3.3 后处理.234.4 数控加工仿真.27总 结 .30参考文献 .31第一章 绪论当今世界,工业发达国家对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。长期以来,欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随微电子、计算机技术的进步,数控机床在 20 世纪 80 年代以後加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。根据市场需求和技术发展趋势，我国数控机床重点推进高效、精密为核心的数控机床，加强民展性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，镄的民展一直备受人们关注。它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。现代机械制造业的高技术趋势，促进机械制造业发展的有信息技术管理科学、计算机科学、系统科学、经济学、物理学、数学、生物学等机械制造业发展的方向主要是有切削加工技术的研究、精密、超精密加工技术和纳米加工技术的研究、先进制造技术的研究。目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。数控加工技术是数控专业必须重视的课程。这次的课题对于数控专业的学生来说是一个对数控加工技术的学习及总结。课题涉及机械制造基础、机械机构的设计、实体设计软件及仿真软件。对平时所学的理论知识是一个全面的考核，让学生系统的运用所学知识，让学生更好的掌握知识。让学生在专业知识上分析问题、解决问题的能力有一定的提高。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。6世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国际民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五坐标 AC 摆角数控龙门铣床、龙门移动式三坐标数控龙门铣床等。随着数控系统核心处理器性能的进步，目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3 小时，在普通铣床加工需 8 小时。随着伺服控制技术和传感器技术的进步，在数控系统的控制下，机床可以执行亚微米级的精确运动。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。由于计算机硬件的标准化和模块化，以及软件模块化，开放化技术的日益成熟，数控技术开始进入开放化的阶段。开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定。随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任7意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制或 CAD/CAM 直接或间接控制。8第二章 零件的工艺分析2.1 零件的结构特点分析如图 2.1 所示零件图(图若不清晰,详见 CAD 零件图)，分析其加工工艺性。图 1.1 零件 CAD 图纸9图 1.3 零件三维图从上图 1.3 零件三维图，我们可以看出,零件主要由薄壁、凸台、半圆形凸台、通孔、台阶孔组成 从这些结构中更可以看出，该零件结构比较简单。但在 0.78mm 薄壁加工时，需要注意。2.2 零件的结构工艺性分析零件主要由通孔、凸台、凹槽、圆弧面孔组成。其中尺寸精度和表面粗糙度如图所示。零件材料为 45 锻钢，热处理调质硬度 250-300HBS。该形状比较简单，但是工序复杂，表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。为了保证加工精度和表面质量，根据毛胚形状和尺寸，分析采用两次定位（一次粗定位，一次精定位）装夹加工完成，按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工.。2.3 零件的技术要求分析102.3.1 零件分析从图中分析得知，该零件的技术要求主要如下：（1）外轮廓部分外形 150120 的精度等级为 IT12 级，表面粗糙度为 Ra3.2um。下表面的粗糙度为Ra3.2um，半圆弧凸台及薄壁的粗糙度为 Ra1.6um；。（2）凸台部分半圆弧凸台轮廓的精度为 IT8，表面粗糙度要求为 Ra1.6um，需要进行粗精加工方能达到要求；尺寸尺寸 10499 薄壁轮廓及相关直线圆角的精度为 IT8，表面粗糙度为Ra1.6um，需要进行粗精加工方能达到要求；深度尺寸 8 的精度等级为 IT8 级，01.表面粗糙度要求为 Ra3.2um，可直接粗铣即可。（3）孔孔 10 的精度等级为 IT7 级，表面粗糙度为 Ra1.6um；通孔需要进行钻铰021.加工。（4）未注表面未注尺寸加工面的精度等级按 IT12 级进行控制，表面粗糙度按 Ra3.2um 控制。2.4 确定毛坯2.4.1 毛坯类型毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。（一）铸件 对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，11对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。（二）锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。（三）型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。（四）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。（五）其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。由于本零件精度要求不高，零件为板材，所以选用 型材作为本次零件的毛坯。2.4.2 毛坯余量确定毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上，加减总加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。笔者认为这种设计方法并不合理，这是因为从毛12坯尺寸的作用来讲并不要求它和零件图一致，对它提出的要求是:(1)保证它在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量：(2)保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。根据该零件的图纸要求，由于零件并不是很长，因此可以直接采用型材毛坯（板材） ，根据毛坯余量的合理选择给毛坯 XYZ 六个面单边各留有 1 mm 的余量。2.4.3 毛坯图由毛坯余量的选择，可确定零件的毛坯尺寸为 15212227mm 其毛坯如图 1.5所示。图 1.5 零件毛坯图 13第三章 零件的工艺规程设计3.1 加工顺序的安排工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，当拟定工艺路线时要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。切削加工工序的安排原则1）基准先行 选为精基准的表面，应先进行价格，以便为后续工序提供可靠的精基准。如轴类零件的中心孔、箱体的地面或剖分面、齿轮的内孔和一端面等，都应安排在初始工序加工完成。2）先粗后精 各表面均应按照粗加工半精加工精加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面） ，后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺纹孔等） ，次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。该零件的加工顺序应严格按照以上原则进行加工。3.3 定位基准的选择（1）粗基准的选择：选择毛坯上下表面中任意一面以及毛坯的外轮廓其中一对边为粗基准。（2）精基准的选择：以底面及铣削后的外轮廓为精基准定位，铣上表面及凸台，外形，凹槽、孔等部位。3.4 夹具以及装夹方式具的选择14（1）夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。图 1.6 精密平口钳本零件需要使用数控铣床进行加工，并且为板类零件，由零件图得，精密平口钳更稳定，方便装夹。所以选着精密平口钳为本次夹具（如图 1.6） ，方便快捷，减少加工时间和费用。15图 1.7 夹紧方式本零件使用通用虎钳，夹持工件左右端面，下面使用登高垫铁支撑，防止在加工过程中，切削力过大，工件移动或掉落。使用登高垫铁，应把等高垫铁擦干，保持放置面没有杂物。这样才能保证零件加工精度。3.5 制订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（生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。 ）已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，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。加工工序如下。1. 钻孔加工，选用 9.8mm 麻花钻2. 组加工铣削 26mm 孔，选用 12mm 立铣刀。163. 粗加工椭圆太，选用 12mm 立铣刀4. 粗加工方键，选用 12mm 立铣刀5. 粗加工薄壁外形，选用 12mm 立铣刀6. 粗加工中部凸台，选用 12mm 立铣刀7. 精加工中部凸台，选用 10mm 立铣刀8. 精加工薄壁外形，选用 10mm 立铣刀9. 精加工方键，选用 10mm 立铣刀10. 精加工椭圆台，选用 10mm 立铣刀11. 精铣 26mm 孔，选用 10mm 立铣刀12. 扩孔加工，选用 11.8mm 麻花钻13. 铰孔加工，选用 10mm、12mm 机用铰刀14. R3 倒角加工，选用 10mm 立铣刀15. 去毛刺16. 终检、入库3.6 选择刀具与切削用量3.6.1 选择切削刀具该零件的数控加工中主要为铣凹槽、铣凸台、钻孔，具体的刀具选择情况表 3.1所示。表 3.1 数控加工刀具卡片刀具编号 刀具名称 刀具规格 刀片材料 加工表面T01 立铣刀 16 钨钢 粗加工铣削轮廓17T02 立铣刀 12 钨钢 精加工铣削轮廓T03 中心钻 3 高速钢 打中心孔T04 麻花钻 9.8 高速钢 钻孔T05 麻花钻 11.8 高速钢 钻孔T06 铰刀 10 高速钢 铰孔T07 铰刀 12 高速钢 铰孔T09 R3 球刀 R3 钨钢 曲面加工3.6.2 选择切削用量切削用量：“三要素”是指刀具在切削过程中的运动参数。“三要素”是指：切削速度，进给量，背吃刀量。选择切削用量时考虑的因素：（1）切削加工生产率在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 （2）刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为 v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。（3）加工表面粗糙度精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产18率提高的主要因素。在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 综上所述，该零件的铣削用量请查看表 3.2。表 3.2 数控加工切削用量表加工表面主轴转速（r/min）背吃刀量（mm） 进给速度（mm/min）粗加工铣削轮廓 1800 1 300精加工铣削轮廓 2000 0.5 250打中心孔 1500 0.2 60钻孔 1000 50铰孔 300 303.8 数控加工工艺卡片拟订将前面分析的各项内容综合成数控加工工艺卡片。表 3.3 零件数控加工工艺卡卡夹具名称 机用平口虎钳 使用设备 铣削加工中心零件数控加工工艺卡 程序编号 O001工序 工步内容 刀具 主轴转数 进给速度 被吃刀19号 (r/min) (mm/min) 量/mm1钻孔加工，选用 9.8mm 麻花钻T04 100 180 32组加工铣削 26mm 孔，选用12mm 立铣刀。T02 1200 300 0.53粗加工椭圆太，选用 12mm 立铣刀T02 2500 2500 14粗加工方键，选用 12mm 立铣刀T02 2500 2500 15粗加工薄壁外形，选用 12mm立铣刀T02 2500 180 0.56粗加工中部凸台，选用 12mm立铣刀T02 2500 180 0.57精加工中部凸台，选用 10mm立铣刀T10 2500 180 0.58精加工薄壁外形，选用 10mm立铣刀T10 800 250 29精加工方键，选用 10mm 立铣刀T10 850 150 110精加工椭圆台，选用 10mm 立铣刀T10 500 800 0.2511精铣 26mm 孔，选用 10mm立铣刀T10 2500 800 12012扩孔加工，选用 11.8mm 麻花钻T05 850 150 113铰孔加工，选用10mm、12mm 机用铰刀T06 500 800 0.2514R3 倒角加工，选用 10mm 立铣刀T10 2500 800 0.215 去毛刺16 终检、入库21第四章 零件的程序编制及仿真4.1 数控编程的定义及分类4.1.1 数控编程的定义编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。4.1.2 数控编程的分类数控编程主要分为手工编程与自动编程。（1）手工编程 整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。（2）自动编程 用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。4.2 编程原点的确定编程原点选择原则（1）编程原点英语零件的设计基础和工艺基准尽量重合，避免产生误差及不必要的尺寸换算。（2）容易找正、对刀且对刀误差小。（3）编程方便。22（4）对称零件的编程原点应选在零件的对称中心。（5）在毛胚上的编程原点应容易准确的确定，且加工余量均匀。为了方便加工时的操作，选择原点在 XY 的交点上，Z 向为工件表面。图 4.1 零件工件原点4.3 数控加工程序代码的编写4.3.2 自动编程在建好模之后就是加工了， 加工就是对零件图的几何元素进行数据定义，根据工艺规程输入各种参数，如：切削深度、每次切深、加工余量、刀具参数、起刀点、退刀点等各种切削用量和参数。231. 选择创建刀具 ，弹出对话框（图 4.3）选中 ，输入刀具体名称（图4.3） 。点击选择进入对话框，输入刀具参数（图 4.4）刀具直径为 16，长度为 75mm，刀刃为 2。后面的刀具也以此方法创建。图 4.3 对话框 图 4.4 刀具参数242. 选择创建几何体 ，弹出对话框（图 4.5） 。选中 ，输入几何体名称。点击确定，进入对话框（图 4.6） ，设置安全距离为 10mm，点击选择自动判断 选择工件上表面，建立工件坐标系。 （图 4.7）图 4.5 几何体对话框 图 4.6 指定 MCS图 4.7 建立工件坐标系3.选择创建几何体 ，弹出对话框（图 4.8） 。选中 ，输入几何体名称。25点击确定，进入对话框（图 4.9） 图 4.8 工件几何体对话框 图 4.9 毛坯对话框4.点击 指定部件，进入对话框，选择几何体，选中要加工的零件（图 4.10） 。点击 指定毛坯，进入对话框（图 4.11 ）选中自动块，毛坯创建完成。 图 4.10 指定毛坯 图 4.11 毛坯选择264.点击 按钮 出现选择第二个 型腔铣 mill-contour 进入设置切削参数，选择需要的铣刀。刀轨的设置选择 跟随部件的铣切削方式，刀具平面直径为百分之 75 每刀深度为 1mm，切削方式为层优先。如下图（图 4.12） 。图 4.12 切削参数设定27图 4.13 切削参数设定对切削参数进行设定,选择顺铣,层优先的模式。链接方式选择优化，开放刀路中，选择变换切削方向。这样可以减少加工刀路，节约加工时间。28图 4.14 非切削移动设定进刀方式选择螺旋方式，直径为刀具的百分之九十，斜坡角为 15高度为 3mm，29高度起点为前一层。开放式刀路为线性，长度为刀具直径百分之五十。高度为 3mm。退刀方式为与进到相同。图 4.15 进给率和速度根据查表得，主轴转速为 2000，切削进给为 250，点击确定即可。用自动化编程软件 UG 在计算机上进行刀具位置轨迹 计算，选取控制元素和岛屿等，计算机生成刀位文件。动态显示刀具轨迹，刀路轨迹可进行编修。零件刀路轨迹如下图。30图 4.16 粗加工刀路轨迹 图 4.17 精加工刀路轨迹31（二）创建刀具（1）在“创建操作”工具条中选择“创建刀具”命令，进入“创建刀具”对话框。（2）先在“创建刀具”对话框中的类型选择项内选择“drill”，然后在“刀具子类型”选项栏中选择“麻花钻头（DRILLING-TOOL）”图标，并输入刀具名称DRILLING-TOOLD11，然后单击“应用”，进入“刀具参数”对话框，设置参数后单击“确定”，完成刀具的创建。32图 4.18 刀具参数设定（二）创建操作（1）在加工创建工具条中，单击“创建操作”命令，系统将弹出“创建操作”对话框。（2）在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“drill”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标 PECK-DRILLING 啄钻。在“创建操作”对话框中设置其他参数：程序、刀具、几何体、方法、名称。在“创建操作”对话框中单击“确定” ，指定孔、指定部件表面、指定底面、指定循环方式、进给和速度，如图 4.19 所示。33图 4.19 参数设定最后点击确定，点击生成刀路，得到如下图刀路轨迹。图 4.20 钻孔加工路轨迹 4.3.3 后处理34加工完之后输出CLS刀具轨迹源文件然后生成机床数控系统所能接受的数控代码。生成G代码的过程：加工完成后就要生成G代码了如下点击 文件按钮,后选择需要的系统后处理文件，设定文件名字，点击确定 即可生成G代码。如下图4.21图4.21 程序后处理以下为部分加工程序，由于自动编程程序量过大，详细程序单见附录1G17 G90 G54G40 G49 G80(Tool_Name = ZT10)(DIA. = 10.00 R = 0.00Length = 50.00)G91 G28 Z0.0M06T01G00 G90 X38. Y0.0 S1000 M03G43 G00 Z7. H00G81 X38. Y0.0 Z-29.504 R7. F50.G80M05 M09(Tool_Name = ZT12)(DIA. = 12.00 R = 0.00Length = 50.00)G91 G28 Z0.0M06T02G00 G90 X-50. Y43. S800 M03G43 G00 Z7. H00G81 X-50. Y43. Z-30.105 R7. F50.G81 X53. Y-43. Z-30.105G80M05(Tool_Name = 16)(DIA. = 16.00 R = 0.00Length = 75.00)G91 G28 Z0.0M06T03G00 G90 X-62.412 Y75.698 S0 M03G43 G00 Z10. H00G00 Z2.G01 X-62.412 Y75.698 Z-1. F250. M08G01 X-67.142 Y67.698 Z-1.G03 X-70.692 Y60.964 I67.142 J-39.698G01 X-77.067 Y47.293 Z-1.G03 X-82.698 Y29.84 I67.067 J-31.274G01 X-84.192 Y21.981 Z-1.G01 X-90.698 Y21.981 Z-1.G01 X-90.698 Y21.981 Z2.G00 Z10.G00 X-90.698 Y-21.981G00 Z2.G01 X-90.698 Y-21.981 Z-1.G01 X-84.192 Y-21.981 Z-1.G01 X-82.698 Y-29.84 Z-1.G03 X-77.067 Y-47.293 I72.698 J13.821G01 X-70.692 Y-60.964 Z-1.G03 X-67.142 Y-67.698 I70.692 J32.964G01 X-52.727 Y-67.698 Z-1.G02 X-59.816 Y-55.893 I52.727 J39.698G01 X-66.191 Y-42.222 Z-1.G02 X-72. Y-16.02 I56.191 J26.202G01 X-72. Y16.02 Z-1.G02 X-66.191 Y42.222 I62. J0.0G01 X-59.816 Y55.893 Z-1.G02 X-52.727 Y67.698 I59.816 J-27.893G01 X-36.607 Y67.698 Z-1.G03 X-48.941 Y50.821 I36.607 J-39.698G01 X-55.315 Y37.151 Z-1.G03 X-60. Y16.02 I45.315 J-21.131G01 X-60. Y-16.02 Z-1.G03 X-55.315 Y-37.151 I50. J0.0G01 X-48.941 Y-50.821 Z-1.G03 X-36.607 Y-67.698 I48.941 J22.821G01 X-13.715 Y-67.698 Z-1.G02 X-38.065 Y-45.75 I13.715 J39.698G01 X-44.44 Y-32.079 Z-1.G02 X-48. Y-16.02 I34.44 J16.059G01 X-48. Y16.02 Z-1.G02 X-44.44 Y32.079 I38. J0.0G01 X-38.065 Y45.75 Z-1.G02 X-13.715 Y67.698 I38.065 J-17.75G01 X-6.154 Y70.31 Z-1.G01 X-6.154 Y75.698 Z-1.G01 X-6.154 Y75.698 Z2.G00 Z10.G00 X62.412 Y-75.698G00 Z2.G01 X62.412 Y-75.698 Z-1.G01 X67.142 Y-67.698 Z-1.G03 X70.692 Y-60.964 I-67.142 J39.698G01 X77.067 Y-47.293 Z-1.36G03 X81.628 Y-34.605 I-67.067 J31.274G03 X82.698 Y-34.279 I-19.881 J67.117G01 X82.698 Y-21.571 Z-1.G02 X71.392 Y-24.68 I-20.951 J54.084G02 X66.191 Y-42.222 I-61.392 J8.66G01 X59.816 Y-55.893 Z-1.G02 X52.727 Y-67.698 I-59.816 J27.893G01 X36.607 Y-67.698 Z-1.G03 X48.941 Y-50.821 I-36.607 J39.698G01 X55.315 Y-37.151 Z-1.G03 X60. Y-16.02 I-45.315 J21.131G01 X60. Y-13.454 Z-1.G03 X82.698 Y-8.44 I1.747 J45.967G01 X82.698 Y5.734 Z-1.G02 X48. Y1.416 I-20.951 J26.778G01 X48. Y-16.02 Z-1.G02 X44.44 Y-32.079 I-38. J0.0G01 X38.065 Y-45.75 Z-1.G02 X13.715 Y-67.698 I-38.065 J17.75G01 X6.154 Y-70.31 Z-1.G01 X6.154 Y-75.698 Z-1.G01 X6.154 Y-75.698 Z2.G00 Z10.G00 X32.226 Y75.698G00 Z2.G01 X32.226 Y75.698 Z-1.G01 X25.458 Y67.698 Z-1.G03 X24.231 Y66.106 I16.795 J-14.21G01 X20.79 Y61.191 Z-1.G03 X17.182 Y52.593 I18.021 J-12.619G01 X20.937 Y44.117 Z-1.G01 X17.182 Y52.593 Z-1.G03 X-27.189 Y40.679 I-17.182 J-24.593G01 X-33.564 Y27.008 Z-1.G03 X-36. Y16.02 I23.564 J-10.988G01 X-36. Y-16.02 Z-1.G03 X-33.564 Y-27.008 I26. J0.0G01 X-27.189 Y-40.679 Z-1.G03 X27.189 Y-40.679 I27.189 J12.679G01 X33.564 Y-27.008 Z-1.G03 X36. Y-16.02 I-23.564 J10.988G01 X36. Y16.02 Z-1.G03 X34.495 Y24.738 I-26. J0.0G01 X27.63 Y33.083 Z-1.G01 X34.495 Y24.738 Z-1.G01 X49.129 Y14.491 Z-1.G03 X79.769 Y19.894 I12.619 J18.021G01 X82.698 Y24.077 Z-1.G01 X90.698 Y35.502 Z-1.G01 X90.698 Y35.502 Z2.G00 Z10.G00 X90.698 Y40.232G00 Z2.G01 X90.698 Y40.232 Z-1.G01 X82.698 Y50.748 Z-1.G03 X77.808 Y55.449 I-17.509 J-13.32G01 X60.314 Y67.698 Z-1.G01 X53.431 Y57.868 Z-1.G01 X70.925 Y45.619 Z-1.G02 X73.38 Y31.692 I-5.736 J-8.192G01 X69.939 Y26.777 Z-1.G02 X56.012 Y24.321 I-8.192 J5.736G01 X33.075 Y40.381 Z-1.G02 X30.62 Y54.308 I5.736 J8.192G01 X34.061 Y59.223 Z-1.G02 X47.988 Y61.679 I8.192 J-5.736G01 X53.431 Y57.868 Z-1.G01 X53.431 Y57.868 Z2.G00 Z10.G00 X-35.371 Y-21.703G00 Z2.G01 X-35.371 Y-21.703 Z-1.G01 X-23.661 Y-19.08 Z-1.G02 X-24. Y-16.02 I13.661 J3.06G01 X-24. Y16.02 Z-1.G02 X-22.688 Y21.936 I14. J0.0G01 X-16.314 Y35.607 37Z-1.G02 X16.314 Y35.607 I16.314 J-7.607G01 X22.688 Y21.936 Z-1.G02 X24. Y16.02 I-12.688 J-5.917G01 X24. Y-16.02 Z-1.G02 X22.688 Y-21.936 I-14. J0.0G01 X16.314 Y-35.607 Z-1.G02 X-16.314 Y-35.607 I-16.314 J7.607G01 X-22.688 Y-21.936 Z-1.G02 X-23.661 Y-19.08 I12.688 J5.917G01 X-31.468 Y-20.828 Z-1.G01 X-31.468 Y-20.828 Z2.G00 Z10.G00 X-62.412 Y75.698G00 Z1.G01 X-62.412 Y75.698 Z-2.G01 X-67.142 Y67.698 Z-2.G03 X-70.692 Y60.964 I67.142 J-39.698G01 X-77.067 Y47.293 Z-2.G03 X-82.698 Y29.84 I67.067 J-31.274G01 X-84.192 Y21.981 Z-2.G01 X-90.698 Y21.981 Z-2.G01 X-90.698 Y21.981 Z1.G00 Z10.G00 X-90.698 Y-21.981G00 Z1.G01 X-90.698 Y-21.981 Z-2.G01 X-84.192 Y-21.981 Z-2.G01 X-82.698 Y-29.84 Z-2 （由于篇幅问题，详细数控加工程序件附件）.4.4 数控加工仿真随着现代技术的迅猛发展，数控技术在机械制造行业中的广泛应用，已成为社会的生产支柱，企业使用数控设备的领域也越来越广，特别是高性能数控机床的需求将有较大幅度的增长。因此，21 世纪机械制造行业的竞争主要就是体现数控技术能力的竞争。这就急需培养一大批既有现代科学技术，又有现实生产能力的中等人才，经过职业技能训练，能够在工厂第一线或技术部门从事数控机床编程与操作、使用与维修及维护等。那么，如何能够在中等职业技术学校中，更高效的完成数控专业的教学工作呢？我现在要讨论的课题是：数控加工仿真系统在教学中起的作用至关重要。数控加工仿真系统是结合机床厂家实际加工制造经验与高校（含职业技术学院、中等专业学校、技工学校和职业学校）教学训练一体所开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件，可以满足大批量学生教学需求。数控加工设备价格昂贵、占地大，而数控仿真系统软件可以在微机平台上运行，解决了培训时学员多机床设备少的问题、并为学校节省了大量设备购置经费。实践教学的目的主要是对原理、运行方式、操作方法的验证，数控仿真系统软件可以对数控装置进行仿真操作。学生利用此软件进行仿真操作，同样会起到了真实设备的教学效果。常规的原理课程的讲解一般分两部分，一部分在教室讲解原理，另一部分在实验室讲解实际操作，这样必然增加了课时，也使教学内容不连续，有时，甚至会有理论和实践相脱节的现象发生，影响教学效果。38用仿真软件教学可以将两部分内容有机的结合，也为学生的课前预习提供了条件。此系统还可以依据不同的客户要求进行设计，尤其适于初学者的入门过程。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，并且安全可靠。通过动态的仿真操作使教学过程易教易学、教学效果显著提高。在数控教学过程中，仿真系统的应用在很多方面体现出了极大的优势：（1）系统完全模拟真实 CNC 机床的控制面板和屏幕显现，可以等同于对真正的 CNC 机床的操作。 （2）在虚拟环境下对 NC 代码的切削状态进行检验，方便灵活，可以随时进行修改，而且操作安全。 （3）用户可看到真实的三维加工仿真过程， 用鼠标做动态回转，可以对加工后工件的任意截面做仔细观察， 可以更迅速的掌握 CNC 机床的操作过程，过程逼真。 （4）采用虚拟机床替代真实机床进行培训， 在降低费用的同时获得更佳的培训效果，使用更经济。数控加工仿真系统具有 FANUC、SIEMENS、华中等众多数控系统功能，学生通过在 PC 机上操作该软件，能在很短时间内就能掌握数控车、数控铣及加工中心的操作。可手动或 CAD/CAM 编程和加工，教师通过网络教学，监看窗口滚动控制，可随时获得学生信息。在教学中还具有多媒体教学的特点。首先，由于计算机辅助控制系统是以计算机为媒体开发的，所以它的通用性较强，它能够在 486 以上的任何型号的计算机上直接使用。在屏幕上能够显示和机床操作面板一模一样的界面；以动态的模拟显示代替机床实际运行并且还能够提示操作信息，如编程错误信息和操作失误机床碰撞报警信息等。使数控机床的编程操作易于课堂化教学，从而即节省了机床设备和实习消耗、又大大提高了教学效率。以某公司出品的数控加工仿真系统为例：在数控机床教学应用时，由于计算机内部各种软、硬件资源的支持使得系统在编程、操作时的效率大大提高。如在手工编辑 NC 程序时可利用各种文本编辑软件 EDIT 或 Windows 下的记事本及写字板等，可以快速编辑程序并以NC 为扩展名存入磁盘。其主要特点是存储容量大，能够储存更多数量的和更长的 NC 程序文件。并且在 NC 程序输入、修改、拷贝方面都显得非常简单，乃至程序的转送也很方便，还可利用软盘考贝或联网来实现这一过程。编辑过程中能将汉字注释信息一起编入 NC 加工程序而不影响系统的调用和运行，这就使操作者很容易的在繁多的 NC 文件中找到想要使用的 NC 文件及其相关的详细信息，而不必在一大堆字符中花费长时间进行查寻、分析这些程序的功用而大伤脑筋了。调用时也非常方便，进入机床控制系统后，只要是以 NC 为扩名的 NC 程序文件都可以直接调用。39其次，计算机辅助机床控制系统依据计算机强大的显示功能和全中文的结构设计，并配以丰富多彩、自然友好界面显示，使学生一进入本系统就被深深的吸引，从而能够激发学生学习兴趣和动力。模拟演示功能更为真实可靠，机床的模拟切削声响起来，切屑飞溅，毛坯随着刀具的加工变成图样要求的工件后，学生的好奇心和求知欲被极大的调动起来，图形大小、颜色、观察视角以及刀具的形状等都可由操作者自行设计以满足不同监控要求。当程序执行时，程序段、坐标值、出错信息以及工件与刀具的相对移动的切削过程同时显示在同一窗口内，使操作者能够一目了然，随时监控机床运行的状态体验真实的加工过程。该系统具有机床规格大小设置，可定义刀具形状、切削用量，如数控铣床上钻头、镗刀、球头刀、圆角刀，数控车床上的外圆刀、镗刀、切刀、螺纹刀，可以实时监控刀具加工轨迹及图形缩放控制。机床外形也可显示并具有关门保护、零件加工后的测量和保存视窗作业的功能。数控加工仿真系统功能较为完善、适于教学的使用。其中语法诊断和模拟示教功能可以使学生进行人机交互式学习。即由学生输入 NC 程序，在模拟运行过程中，系统能及时提供错误信息以及刀具相对移动轨迹的显示以及最终加工的立体效果，再由学生经过简单判断就能很容易的发现和修改 NC 程序的错误，而且现有的高版本的仿真系统还有评分功能，系统可以通过比较，自动检验各类工件，即时打印和校核评分结果。从而避免教师直接面对学生的指责伤害学生的自尊，也大大减轻了教师批改学生 NC 程序作业时的繁重负担。使教师能够集中精力以帮助学生解决实际问题，保证了教学质量使教学效果得到显著提高。在操作方面，由于数控加工仿真系统采用了与数控机床操作系统相同的面板和按键功能，并且使用数控加工仿真系统在操作中即使出现人为的编程或操作失误也不会危及机床和人身安全，反而学生还可以从中吸取大量的经验和教训。所以说它是初学者理想的实验、实践工具，只要经过短期的专门训练，学生很快就能够适应数控系统的实际操作方法，从而为以后的技能的进一步深造打下了坚实的基础。由于我们注意到了它在这一方面具有的优越特点，而且根据学校教学改革的要求，我们尽力把它运用到教学模式中。比如，我们在数控机床实操训练之前开发了编程模拟操作课程，在内容上突出了理论和实践的关系，为我校填补了在这一方面的空白。至此，我们将理论与实践有机的结合在一起边讲授边练习，使讲过的知识及时应用于实践中，不但加深了学生对理论知识的理解而且在模拟操作的同时对数控机床的操作方法上也具备了相当水平的实践基础。我们就 2003 级学生与 2004 级学生进行了对比。2003 级学生40没有把理论编程与模拟操作结合起来，而是把理论与实践分开的。结果学生的编程