高速加工车中典型零件数控编程及处理.docx

1、高速加工车中典型零件数控编程及处理目录摘要.IAbstract.II第一章 概述 21.1数控机床简介 21.2 高速加工技术介绍 31.3 课题可行性分析 31.4 课题的具体实施过程 41.5 本章小结 4第二章 总体方案设计 42.1设计要求 42.2 EdgeCAM软件的介绍 42.3 机床介绍 52.4 典型零件的介绍 72.5本章小结 7第三章 几何建模与动态仿真 83.1 几何建模技术 83.2 运动仿真 93.3本章小结 9第四章 复合工艺加工过程 104.1 刹车盘工艺设计 104.2复合工艺加工过程 114.3 传统工艺加工过程 174.4 传统工艺和复合工艺的比较 174

2、.5本章小结 17第五章 自动换刀装置的设计 185.1 自动换刀装置简介 185.2 总体方案的确定 195.3 刀库结构设计 205.4 刀库的圆柱蜗杆传动 215.5 换刀机械手抓刀部分结构 255.6 机械手传动结构 255.7 自动换刀过程的动作顺序 265.8 本章小结 27结束语 28致谢 28参考文献 29第一章 概述1.1数控机床简介1.1.1 数控机床的发展历史数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。第一个阶段叫做nc阶段，经历了电子管、晶体管、和小规模集成电路三代。自1970年开始小型计算机开始用于数控系统就进入了第二个阶段，叫做cnc阶段，成为第四代数控系统：

3、从1974年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从20世纪末期直到今天，在生产中使用的数控系统大部分都是第五代数控系统。但第五代数控系统以及以前各代都是一种专用封闭的系统，而第六代开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。数控复合加工机床是以现代柔性自动化的数控机床为基础，以组合机床和多刀半自动转塔机床的“集中工序、一次装夹实现多工序复合加工”的理念为指导发展起来的新一类数控机床。当工件在其上一次装夹后，通过对加工所需工具(切削刀具或模具)的自动更换，便能自动地按数控程序依次进行同

4、一工艺方法中的多个工序或不同工艺方法中的多种工序的加工，从而减少非加工时间，缩短加工周期，达到提高生产效率的目的。因此，数控复合加工机床从其加工的复合性来分，可分为工序复合型和工艺复合型两大类。前者如一般的镗铣加工中心、车削中心、磨削中心等，在一台机床上只能完成同一工艺方法的多个工序加工；而后者则如车铣复合中心、车磨复合中心、车削激光加工中心等，在一台机床上不仅可以完成同一工艺方法的多个工序，而且可以完成多种不同工艺方法的多个工序。如车铣复合中心，既可完成车削的多种工序，又能完成铣、钻、镗、攻丝等工艺的多种工序，好似把一台数控车床和一台中小型加工中心复合在一起。 如果从数控复合加工机床的加工对

5、象、机床结构的配置方式和功能特点等特征来分，数控复合加工机床的门类就很多了。比如按加工对象分，就有面向回转体件加工的、棱柱体件加工的和复杂形体件(由回转体和棱柱体面组合)加工的。1.1.2 数控车削中心简介：数控车削中心通常是以普通数控车床为基础，配以一个或多个具有多刀位的转塔刀架发展而成，加工对象主要是轴类和盘套类等回转体零件。由于回转体件中约有一半左右的零件，除主要需车削加工外，还需部分的铣削、钻削和攻丝等加工，因此为了在一台车床上一次装夹便可对回转体件进行全部或大部分的加工，车削中心的转塔刀架上，除了装有车削刀具外，还能装上铣刀、钻头和丝锥等旋转的动力刀具，而且机床主轴具有数控精确分度的

6、C轴功能和C与Z轴或和C与X轴联动的功能。这样一台车削中心不仅可以像普通数控车床那样能对回转体件的内外表面(含圆柱面、锥面、曲面等)、端面进行车削加工，还可以利用C-Z轴联动功能车螺纹，利用C轴分度功能和刀架的X或Y轴控制以及其上的动力旋转刀具进行偏离回转体件中心线的钻孔和铣削，从而大大地扩展了数控车床复合加工的能力。图1是SPINNER公司车削中心。但是，对于单主轴的车削中心而言，无论其工艺能力如何扩大，也无法解决回转体件一次装夹下的背面(原装夹端)二次加工问题，这正是单主轴车削中心存在的不足和开发新型车削中心的原因所在。为了克服单主轴车削中心存在的不足，机床的设计制造者 采取了在单主轴车削

7、中心的基础上，增添一个与原主轴在轴线上对置的副主轴和一个多刀位的副转塔刀架，使机床成为双主轴双刀架的车削中心。(图2)正副两主轴同步同向旋转并都具有C轴控制的功能，副主轴还能沿轴向Z移动，以拾取在正主轴上完成右端加工的零件。副主轴拾取完工件退至适当位置后即由副刀架上的刀具对其左端(原夹持端)进行加工。正、副两个刀架分别位于正、副主轴的上、下方，并可分别单独编程工作，因此双主轴、双刀架车削中心就能对回转体件实现一次装夹完成全面加工。1.2 高速加工技术介绍数控高速切削加工作为工业生产制造中重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过

8、高速切削加工的应用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，以级数级提高，切削机理也发生了根本的变化。与传统切削加工相比，切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，切削时间减少，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作

9、频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。除此之外，高速加工还有另一个突出的特点，那就是高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很少甚至没有；同时切削液也会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂缝的产生，所以采用干式冷却方式。这种冷却方式就是用高压气体迅速吹走切削区的切屑，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的切削液可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可以有效

10、地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。1.3 课题可行性分析一个课题的可行性是研究者对一个课题有无解决的可能，以及能否达到既定目的的一种估计和判断。从倒立式车削加工中心的角度来看。倒立车床的主轴与卡盘采用倒立设计，使工件装卡及加工自动完成，配合无料输送机构和工件翻转机构，可实现工件的一次上料，最终成活。从这点上来看，达到了本次设计的第一个目的：提高加工的效率。从典型零件：刹车盘的角度来看。刹车盘毛坯采用铸造件，制造工艺不是很复杂，制造过程中所要求的加工精度、形位公差等要求完全能够在倒立车床上得到满足。从而达到了本次设计的第二个目的：提高加工的精度。综上所述，本次课题的提出是必要的、可行的。 1.

11、4 课题的具体实施过程在本次毕业设计的开始阶段，我在高速车削加工、数控编程等方面进行了大量资料的收集工作，从而建立了设计的理论基础。随后，随工程师进入第一机床厂，对本次设计所要借助的“倒立式车削加工中心”进行了系统的学习，并从典型零件的工艺安排、机床加工精度等方面进行了反复验证，在理论验证的基础上，对典型零件：刹车盘，进行了工艺设计合编程，并参加了北京机床展，从而达到了理论和实际相结合的目的。最后阶段，在第一机床的工程师的帮助下完成了换刀装置的设计。1.5 本章小结本章主要介绍了数控机床的种类和应用，并对本次设计进行了可行性的分析，为本次设计的进行打下了理论的基础。第二章 总体方案设计2.1设

12、计要求本次设计的主要内容有：1）利用pro/e、CAXA等软件对倒立车床和典型零件进行三维建模2）利用三维模型，在EdgeCAM软件中建立相应的后处理，以便在该软件中完成典型零件的加工仿真。3）利用EdgeCAM软件对典型零件进行复合加工工艺的设计，并编程，完成仿真。4）比较典型零件的两种加工工艺的优劣，总结出复合加工以及复合机床在实际加工中的优点。5）完成该机床换刀机构的装配图设计，并完成相应的计算。2.2 EdgeCAM软件的介绍本课题应第一机床的要求，主要使用EdgeCAM智能编程软件来进行相关的试验和研究。EdgeCAM是由英国Pathtrace工程系统公司开发的一套智能数控编程系统，

13、主要应用在数控铣、数控车和数控线切割等领域。它具有以下特点：1）EdgeCAM提供了众多智能加工策略，从简单的轮廓加工到复杂的曲面加工，从投影加工到残料加工、清根加工、等粗糙度加工等数十种加工策略可供选择；可支持2轴半至5轴联动的铣削、普通车削以及车铣复合加工设备。其加工范围广，为本次课题研究提供了广阔的试验平台。2）实现与CAD系统的无缝链接。路径公司已经与Autodes、Dassort、UGS、PTC等公司合作，开发出针对与Invneotr、CATIA、SolidWorks、Solidedge、Parasolid、Pro/E等三维CAD实体模型的数据接口，不仅保证了模型数据从CAD环境到C

14、AM环境的完整，而且还可以与这些CAD环境实现联动。3）在直接针对实体模型进行编程操作的CAM软件的行列中，EdgeCAM不仅最早进入该领域，而且创造性地引入编程智能化的概念，在实体模型信息保持完整的前提下，做了更多的有益的创新应用，例如：通过自动定义毛坯、智能化查找加工特征，针对不同加工特征通过成组加工自动加载辅助功能，减少编程操作过程，提高编程效率；4）EdgeCAM完备的模拟加工系统具有与专业仿真软件相媲美的功能。仿真过程中可以有多种显示方式，可以随时进行动态拖动放大等操作，同时还具有过切干涉报警功能，使加工仿真更直观可靠。2.3 机床介绍本课题使用的机床是北京第一机床厂研制的倒立车削加

15、工中心。倒立车削加工中心主轴与卡盘采用倒立设计，在加工过程中能够通过主轴的移动实现双主轴的对接，从而能够实现对加工零件的不同平面的加工过程。而本次课题所所用的典型零件“杀车盘”的加工工艺（详细加工工艺请参见第四章）在倒立车削加工中心上能够得到充分的满足。最后，通过EdgeCAM软件的仿真功能，来实现最终工艺的加工。倒立车削加工中心的特点：1）主轴与卡盘采用倒立设计，使工件装卡及加工自动完成。配合无聊输送机构和工件翻转机构，可实现工件的一次上料，最终成活。 2）大扭矩内藏式主轴电机，提供宽频无极变速，变速范围3000rpm14200rpm。 3）采用内藏式油冷却系统，有效降低头部温升，确保长时间加工的精确度。 4）配备工件翻转机构，实现工件翻转动作，方便完成工料双面加工。 5）卡盘倒立式夹持工间，避免划伤工件，有效改进了卧加的排屑性不好，确保了精度。 6）12工位送料，确保加工效率。 7）回转刀塔的刀盘提供12个VDI旋转刀具安装位，允许任意X向、Z向刀具的安装，从而实现铣、钻、攻丝等加工功能。 8）具有C轴功能，C轴分辨率为0.001度。