国际象棋棋子车的加工工艺.docx
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国际象棋棋子车的加工工艺
国际象棋棋子车的加工工艺
TheinternationalChinchesspawncarprocessesacraft
专业：
数控技术
学生姓名：
翟阳军
学号：
0803140819023
指导教师：
张世亮
完成日期：
2010.11.8
武威职业学院工程技术系
摘要
数控机床作为自动化设备正被越来越普遍采用，而数控编程技术则是一门集综合性、实践性和灵活性于一体的专业课程。
数控仿真软件的使用，使得我们在一些实际不能加工的东西，把它模拟出来，它还使得我们在对一些零件的加工有问题时，先进行模拟试验，当模拟成功时，再在实际生产中运用，这样就减少了对材料的浪费。
我国制造业正面临着市场全球化、经济一体化的趋势，现今正处于竞争战略不断升级，相应的制造理念和制造模式不断创新的时期。
因此，在数控技术中很多都引入了计算机，而数控加工、CAD/CAM是支撑现代制造业的基础。
CAD简称计算机辅助设计，他帮助人们从繁琐的手工绘图中解脱出来，实现无纸、无笔、无尺、无图版设计，不仅对简单工件的绘图效率快，而且对复杂工件的准确率和效率也很高，并且还有利于图纸的系统化管理。
三维建模软件使得出现三维模式。
关键词：
CAD绘图，三维建模绘图，数控仿真模拟
ABSTRACT
Automationequipment,CNCmachinetoolsareincreasinglybeingusedascommonlyused,andnumericalcontrolprogrammingisasetofcomprehensive,practicalandflexibleinoneoftheprofessionalcourses.CNCsimulationsoftware,itallowsussomepracticalthingsthatcannotbeprocessed,itsimulated,italsoallowsustoprocessinsomepartsthereisaproblem,thefirstsimulationexperiment,whenthesimulationissuccessful,thenintheactualproductionuse,thusreducingwasteofmaterials.China'smanufacturingindustryisfacedwiththeglobalizationofmarkets,economicintegration,thetrendintoday'scompetitivestrategyisescalating,andthecorrespondingmodeofmanufacturingconceptsandmanufacturinginnovativeperiod.Therefore,theintroductionofnumericalcontroltechnologyinmanyofthecomputer,andCNCmachining,CAD/CAMistosupportmodernmanufacturingbase.Referredtoascomputer-aideddesignCAD,hehelpedpeoplefromtediousmanualdrawingfreed-freepaper,nopen,noruler,noplatedesign,drawingnotonlyontheefficiencyofasimplefastparts,butalsocomplicatedtheaccuracyandefficiencyoftheworkpiecealsohigh,andisalsobeneficialtothesystematicmanagementofthedrawings.Appearthree-dimensionalmodelingsoftwareallowsthree-dimensionalmodel
Keywords:
CADdrawing,drawingthree-dimensionalmodeling,numericalsimulation
摘要………………………………………………………………..…….….……………...I
ABSTRACT………………………………………….……………………..…………..….II
1前言……………...……….…………………………………………….….……………...1
2国际象棋的介绍………..............................……….......…………….………….………..2
3零件图的是CAD绘制过程...........................……….......…………….………….………3
4零件图的三维建模绘制过程......................…………………………….…....……..…...6
5零件的仿真......................………………………….…....……………………………...10
6零件的工艺分析......................……..….………………………….…..….………….19
7程序的编制……………………………………………………………………………...21
8该过程中出现的问题及解决方案........................….………………………….…..…..23
结论......................………….………….……………………..….……...…..….………...24
致谢......................………………….……………………..…….…………...…………….25
参考文献......................…………….…………………..….…..……………….………….26
附录......................…………………..…………….…..…...…………………….………27
1前言
由于现今企业面临着低成本化、高品质化、交货期缩短化、直接成型化的挑战，我学习了自动编程造型加工。
该课题涉及到的内容有：
各种曲面综合造型模具的自动编程及数控加工中心的操作加工等。
重要的是自动编程软件的应用与工艺处理及数控加工的结合。
需要综合运用机加工、数控、及其他相关学科的知识。
从量上来说，又基本的识图读图开始，经过自动编程软件CAD部分的绘图，2维、3维造型设计，标注尺寸，运用CAM对图形进行仿真加工，并提升到理论的高度。
通过毕业设计提高自己对该类复杂综合零件进行适当的工艺调整与数控加工调整的能力，熟练运用自动编程软件对复杂零件进行数控加工，达到高级技能要求。
2．国际象棋的介绍
（1）国际象棋，又称欧洲象棋或西洋棋（港澳台地区多采用此说法），是一种二人对弈的战略棋盘游戏。
国际象棋的棋盘由64个黑白相间的格子组成。
黑白棋子各16个，多用木或塑胶制成，也有用石块制作；较为精美的石头、玻璃（水晶）或金属制棋子常用作装饰摆设。
国际象棋是世界上最受欢迎的游戏之一，数以亿计的人们以各种方式下国际象棋。
（2）在所有棋盘游戏，国际象棋是一种把战略战术和纯技术融为一体的理想游戏。
和西洋双陆相比，胜负决定于骰子一掷，诚然是不由自己作主；和国际象棋相比，棋子的规模化控制了技术上的胜负。
和国际象棋在思想性上、科学性上和深度上可以相比的只有日本将棋和中国的围棋、象棋。
国际象棋几乎就是融艺术、科学、知识和灵感为一炉的一种游戏。
分析对局时是一种逻辑的实验使用,而在攻王的战斗中和战略问题的运筹的时候,就需要有一种创造性的灵感。
不过,国际象棋不是像纵横字谜那样单纯是一种文字智力的测试。
国际象棋的竞争使双方投入一场不流血的战斗,是双方思想和意志的一场激烈尖锐的战斗以及体力上的坚韧不拔的较量。
3．零件图的CAD绘制过程。
3.1AutoCAD的启动
启动AutoCAD2007系统后，系统即进入如图3.1所示的AutoCAD2007的经典工作界面，一个完整的AutoCAD的显示界面包括标题栏、菜单栏、工具栏、绘图栏、命令窗口、状态栏等。
在第一次启动AutoCAD2007后，如果在工作界面还显示出其他绘图辅助窗口，可以将其关闭，在绘图过程中需要时再打开。
打开该软件后进行绘制图形的时候，首先对所要画的线设为图层的当前层，然后再进行绘图。
图3.1AutoCAD2007界面
3.2绘制中心线
通过“图层”工具栏，将“中心线”层设置为当前层。
单击“图层”工具栏图层列表后的下拉按钮，在中心线层上单击，则中心线层为当前层。
利用“直线”命令绘制中心线。
坐标分别为｛（100，100）（180，100）｝、｛（120，120）（120，80）｝，结果如图3.2所示。
图3.2绘制中心线的图3.3绘图的过程①偏移中心线绘制好以后用命：
OFFSET,指定偏移的距离，选择要偏移的对象，指定偏移的一侧，偏移到所需要的位置。
②打断偏移好后用命令：
BREAK,选择对象，指定第二个打断点，得到所需要的长度。
③绘制圆弧
在菜单栏中的“绘图”命令中打开“圆弧”命令，用“起点、端点、半径”方式画圆弧。
④绘制直线用命令：
LINE,指定第一点再指定下一点后确定，得到如图3.3所示。
图3.3轮廓绘制好的尺寸
3.4图形的尺寸标注AutoCAD的绘图过程通常可以分为四个阶段，即绘图、注释、查看和打印。
在注释阶段，设计者要增加尺寸、文字、数字和其他符号以表达有关设计要求。
因此，在对工程图样进行标注前，了解尺寸标注的规则及其组成是非常必要的。
使用AutoCAD对绘制的图形进行尺寸标注时，应遵循国家制图标注的有关尺寸标注法的规定。
图样中的尺寸以毫米（mm）为单位时，不需要标注计量单位的代号或名称。
如采用其他单位，则必须注明相应的计量单位的代号或名称，如60°（度）、20cm（厘米）。
物体的每一尺寸，一般只标注一次，并应标注在反映物体形状结构最清晰的图形上。
如图3.4所示。
图3.4尺寸标注好的图
4.零件图的三维建模绘制过程4.1启动三维建模Atodeskinventor它包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。
使用AutodeskInventor可以创建三维模型和二维制造工程图、可以创建自适应的特征、零件和子部件，还可以管理上千个零件和大型部件，它的“连接到网络”工具可以使工作组人员协同工作，方便数据共享和同事之间设计理念的沟通。
AutodeskInventor是AutoCAD用户的最佳选择。
它不仅进入了三维设计，而且不会增加在二维设计数据和AutoCAD专业技术上的附加投资。
上图即为使用Atodeskinvento9软件绘制的三维模型图，该图就能形象的展现给我们一个很形象的视图印象，让我们对该零件图有了很好大体上的认识。
启动三维建模软件后，选择对我们所需要的试图样式，然后进行对零件图的绘制。
如图4.1所示。
由于国际象棋它是一种人们娱乐的工具，绘制三维模型是为了能当我们看到它时对我们有一种更好的视觉效果，使人们对它有一个很形象的印象，使它对我们的效果能一目了然的体现出来。
图4.1三维建模图4.2绘制零件图的轮廓在三维建模这个软件中绘图时，我们先画出该零件图的的二维图的一半轮廓图，如图4.2所示。
在绘制零件图的时候，由于该零件比较简单，我们只需要绘制出该零件图的表面轮廓，需要绘制的线有“直线”、“顺圆弧”“逆圆弧”，我们先绘制一条中心线，再调用“直线”命令和“圆弧”命令绘制直线和圆弧，因为该软件在标注尺寸时，能自动修改尺寸，它用起来十分方便、简单。
在绘制该零件图时，我们用到的绘制命令就“直线”和“圆弧”命令，利用画直线、圆弧、标注等方法，就能画好图形。
图4.2轮廓绘制好的图4.3旋转零件图在绘制好零件图二维图的一半轮廓后，在绘图工具栏中找到“旋转”窗口，打开该窗口后再选择我们所需要的旋转方式，选择上截面轮廓和旋转轴后确定，进行旋转，如图4.3所示。
在旋转时，打开形状里面的截面轮廓（把画好的区域全部选择上）和旋转轴（就是刚开始绘图时画的那条直线），再在终止方式上选择角度—360°后确定，开始旋转。
图4.3准备旋转时的图
4.4零件图的成型
由于我们在三维建模这个软件中绘制的图形依然的是二维图形，想要得到我们想要的成型图形，就必须对我们所画的二维图形进行旋转，这样就能得到我们所想要的三维模型图。
图形绘制好后，选择绘制的轮廓，进行旋转，即得到我们所需要的成型零件图，如图4.4所示。
Atodeskinventor它包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。
使用AutodeskInventor可以创建三维模型和二维制造工程图、可以创建自适应的特征、零件和子部件，还可以管理上千个零件和大型部件，它的“连接到网络”工具可以使工作组人员协同工作，方便数据共享和同事之间设计理念的沟通.AutodeskInventor是AutoCAD用户的最佳选择。
它不仅进入了三维设计，而且不会增加在二维设计数据和AutoCAD专业技术上的附加投资。
上图即为使用Atodeskinvento9软件绘制的三维模型图，该图就能形象的展现给我们一个很形象的视图印象，让我们对该零件图有了很好大体上的认识。
图4.4旋转成型后的图
5．零件的仿真
我们在仿真时用到的是一个应用虚拟现实技术与数控加工操作技能的仿真软件。
该软件具备对机床操作全过程和加工运行全环境的功能，同时还具备适用于数控加工这类强调操作过程的考试功能，使原来需要在数控设备上才能完成的教育功能可以在这个虚拟制造环境中实现。
该仿真系统不仅可以进行数控编程的数字，还能够完成整个加工操作过程的教学，另外还根据数学的需要，定制了诸如三维测量等一些在真实设备上无法实现的功能。
5.1机床的选择
根据图形的要求，在国际象棋棋子—车这个零件图中，它的加工只要求加工零件的表面，表面有直线，顺、逆圆弧组成，为了编程及加工的方便，所以我们选择FANUCoi型号、卧式加工中心、前置的数控机床，如图5.1所示。
图5.1FANUCoi机床
5.2定义毛坯
由于国际象棋棋子——车的最大直径为Φ28.50mm最长为60.00mm，考虑到加工时的进刀量及装夹情况，要留住加工余量，所以我们选择毛坯最大直径为Φ35.00mm最长为150.00mm的毛坯，如图5.2所示。
定义毛坯的时候，在工具栏中打开定义毛坯的选项，在名字里面输上要加工的零件的名称，在直径里选上35.00mm长度选上150.00mm。
图5.2毛坯的选择
5.3选择刀具
该仿真软件具有丰富的刀具料库：
采用数据库统一管理的刀具材料、特性参考库；含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀；支持用户自定义刀具及相关特性参数
由于对国际象棋棋子——车的加工只需要加工外表面及其对零件进行切断，再无其他的要求，所以我们选择35°刀片的93°的左偏刀，对零件进行粗、精车。
零件粗、精车加工好后。
就需要对零件进行切断，所以选择刀柄为3mm的切槽刀即可，如图5.3所示。
选择刀具的方法是，在1号刀选的是粗、精车刀，2号刀选的是切断用的且槽刀，所以，选刀时，选定1号到位，在刀片上选上35°的刀片下的93°左偏刀，选定2号刀位，在刀片上选择宽3mm长25mm的切槽刀，刀片选定后，单击“确定退出”。
开始对刀。
图5.3刀具的选择
5.4对刀
刀具选择好后，对所选择的刀具进行对刀。
对刀的时候，选择对刀模式下的“磨耗“下对刀，对刀的方法是先选择1号刀，启动机床正转，让刀具快速走到距零件不远的的地方，再把倍率调小慢慢靠近工件，在对X轴时，让刀具切上零件的外表面，后沿着Z轴退出，停止机床，对刚才所且的零件进行测量，得到数据后填写在“磨耗”模式下，输上x后跟测量的数据，再按测量。
再对Z轴，在对Z轴时，让刀具切上零件的端面，当听到“磁磁”的声音后，沿X轴方向退出，继续在“磨耗”模式下的Z下方输上Z后跟0，再按测量，这样就对1号刀的对刀完成。
如图5.4所示。
、
图5.4对1号刀
对2号刀
对2号刀的时候和对1号刀的方法一样，先在PROG的MDI状态下输入M06T0202,再按循环启动键，开始调用2号刀，再进行对2号刀的对刀，也和1号刀的对法一样，最后把数据输在“磨耗”模式下，测量，如图5.5所示。
这样就对所选择的两个刀具都进行了对刀，这样就可以进行零件的模拟试验。
图5.5对2号刀
5.5程序的输入
刀对好后，就开始对程序的输入，程序的输入在PROG的MDI状态下进行输入，在对程序的输入时，要千万记住小心谨慎，要把程序输正确，只有在正确输入程序的前提下才能对该程序进行模拟试验，因为，当把程序出错后，模拟试验这个过程是不能完成的。
程序输好后对所输的程序再进行检查，在确保程序正确后，选择程序开始加工，如图5.6所示。
在输程序的时候，先要输上老师给定的程序名，在开始对程序的输入，输入时，前面的程序段号可以省略不写，只要写上在G73、G70循环指令下要循环的程序段号就可以。
图5.6程序的输入
5.6零件的加工
在确定所输入的程序正确后，选择程序，开始加工，如图5.7所示。
在调用G73编程的程序进行模拟加工时，走的空刀量会很多，就像加工国际象棋棋子—车的时候一样，由于要循环走刀20次，所以刚开始时走的基本都是空刀量，但是用G73这个指令进行编程时，编程会相应的简单一些，这样对我们的编程要求也就简单。
这样就能确定编程的正确率。
图5.7零件的加工过程
5.7切断
零件加工成型后，继续调用程序，选择切槽刀对零件进行切断，在切断零件时，切到10mm左右，如图5.8所示，因为当切断后，零件就会掉下去，在这个仿真系统中，就在找不着。
该零件切断后（留一点，不能切断），该仿真系统也就完成了，由于程序的编制及输入都是正确的，所以，能加工出来，模拟成功。
该零件在数控仿真上能正确的模拟出来，那么程序的编程也就是正确的，这样就可以在数控机床上运用，加工该零件，即该过程完成。
图5.8切断图
6．零件的工艺分析
（1）分析零件工艺性能。
由图可以看出，该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧等组成，具体有三圆弧相切直线与圆弧相切等光滑连接部位，尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
（2）明确加工内容。
从图形上看，零件无热处理和硬度要求；除两端面不加工外，其余部位都要加工。
从加工工艺角度出发，考虑到零件右端面对刀，左端面切断，决定小端面加工、大端面切开即可，这样零件所有表面都要加工。
（3）选定毛坯。
考虑零件材料、最大直径、原材料供应情况、留足加工余量等，选用Φ35mm铝棒，每件平端面2mm长，切断宽6mm，工件长60mm，10mm件并用一根长料，最后一件留夹持长50mm左右，这样每根长=（2+6+60）×9mm+（60+2）mm+50mm=724mm,所以取材料长度720mm。
（4）选用数控机床。
零件小批量生产，不许专机生产；零件表面基本由绕定轴回转的曲线组成，刀具数量不多，选用两轴联动且刀架工位数不需要太多的数控车床即可成型，由于在轮廓曲线上有过象限圆弧，又有既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时要防止产生扎刀现象而引起零件报废，要求选用反间隙小、定位精度较高的普通精度级机床。
综上所述并考虑现有生产设备，选用我们学校的CK4085gi型数控车床。
（5）确定装夹方案。
圆柱毛坯外形规整，选用三爪自定心卡盘夹紧毛坯外圆，限制4个自由度，零件处于不安全定位状态，其轴向移动和绕自身轴心转动2个自由度未被限制，但不影响加工要求。
为使加工、切断零件时不干涉，零件外露150mm长，手动平右端面。
毛坯外圆作为定位基面，其轴心线作为定位基准。
所有加工部位都充分裸露，采用工序高度集中原则，粗定位基准一直用到底，定位误差完全与加工精度剥离。
零件经一次装夹后完成全部加工工序。
（6）划分加工工序。
根据零件形状及加工精度要求，以一次装夹所能进行的加工作为一道工序，分粗、精两个工布完成主要轮廓加工。
确定加工顺序及进给路线。
加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。
即先从右到左进行粗车，然后从右到左进行精车。
（7）选择刀具
①粗、精车选用YT30硬质合金刀片93°外圆车刀，主副偏角不能太小，以防与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验。
②切断时选用3mm米的切槽刀。
（8）选择切削用量。
①选择背吃刀量
粗车循环时选择背吃刀量为1.5mm车时背吃刀量为0.1mm。
②确定主轴转速
车削直线和圆弧轮廓的主轴转速。
查手册得切削速度V=90mm/min，精车的切削速度V=120m/min,根据坯件直径（精车时取平均直径），利用公式计算得，并结合机床说明书选取。
粗车时，主轴转速n=500r/min；精车时，主轴转速1200r/min。
②选取进给量
查表取粗车进给量f=0.3mm/r,精车进给量f=0.08mm/r
7．程序的编制
（1）建立工件坐标系
对于卧式车床，工作原点通常设在工件的有端面中心上编程，对刀比较方便。
因此，加工如图7.1所示的轴类的数控车削程序的工件坐标系原点选在工件的右端面回转中心上。
图7.1轴类零件
（2）计算编程尺寸
用直径编程，轮廓的最大直径为Φ35mm，循环起刀点为（45.0、5.0），计算背吃刀量，确定走刀次数。
（3）确定编程方案
利用轮廓粗车固定循环G73指令对工件进行编程，后再用G70对工件进行精车，轮廓粗车固定循环适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近时的粗车，例如一些锻件、铸件的粗车。
G73的指令格式：
G00XαZβ；
G73UiWkRd；
G73PNsQNfUΔuWΔwF_；
其中：
α、β——粗车循环起刀点的坐标。
α值确定切削起始直径，粗车外径时，应比毛坯直径稍大1—2mm；β值应离毛坯右端面2—3mm。
在圆筒毛坯料粗镗时内径时，α值应比筒料内径小1—2mm，β值应离毛坯右端面2—3mm。
i——X轴总退刀量，半径值；
k——z轴总退刀量；
d——重复加工次数；
Ns——精车轮廓开始程序的段号，该段程序只能有X坐标；
Nf——精车轮廓结束程序段号；
Δu——X方向精车余量，直径值；
Δw——Z轴方向精车余量；
F——粗车进给量。
G70的指令格式：
G00XαZβ；
G70PNsQNfF_；
程序段中各地址的含义同前。
8.该过程中出现的问题及解决方法
（1）刚开始，在对刀完成后，输入了一段程序，开始模拟实验，结果刀具不能走到该工件的跟前，
解决方法：
由于刚开始的错误，使得在对刀的时候选错了对刀的工作界面，这样就使得出现了上述的错误。
（2）在解决了对刀的问题后，又一个新的问题出现在了我们的面前，在程序输入后，开始真正的模拟该零件的加工时，无论怎么样，就是不能运行，出现的警告是输入了不能
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