階梯軸車削加工及數控車削機床仿真的研究論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計論文</b></p><p>　　題 目 階梯軸車削加工及數控車削機床仿真的研究</p><p>　　專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導教師

2、 </p><p>　　畢業(yè)時間 二零一四年六月 </p><p><b>　　畢業(yè) 任務書</b></p><p>　　一、題目 階梯軸車削加工及數控車削機床仿真的研究</p><p><b>　　二、研究主要內容</b></p>

3、<p>　　本課題來源于《飛機結構件高效數控加工系統(tǒng)研究》項目，研究內容和研究方法上的要求是針階梯軸車削加工的特點，進行刀路規(guī)劃，合理地劃分加工區(qū)域、選擇適合的加工方法。制成以提高加工精度兼顧效率的NC加工專用程序。</p><p><b>　　三、主要技術指標</b></p><p>　　1．完成指定翻譯文獻；</p><p>　

4、　2．完成階梯軸車削粗加工程編；</p><p>　　3．完成階梯軸車削精加工的程編；</p><p>　　4. 完成階梯軸車削加工虛擬仿真加工及生成NC指令；</p><p><b>　　四、進度和要求</b></p><p>　　要求學生畢業(yè)設計從第1周開始至第17周結束；主要的工作量及進度要求如下：</p&g

5、t;<p>　　第一階段：（共計5周）</p><p>　　1．第一周及第二周，翻譯并完成教師指定的英文文獻翻譯；</p><p>　　2．第三周，熟悉階梯軸車削加工工藝及工藝模型處理；</p><p>　　3. 第四周，去工廠現(xiàn)場參觀調研；</p><p>　　4．第五周，熟悉及掌握CAD\CAM軟件相關的階梯軸車削加工方法；

6、</p><p>　　第二階段：（共計5周）</p><p>　　1．第六周及第七周，完成階梯軸車削加工工藝模型建立和處理；</p><p>　　2. 第八周，完成階梯軸車削的粗加工編程；</p><p>　　3. 第九周，完成階梯軸車削精加工編程；</p><p>　　3. 第十周，完成仿真加工及數控加工代碼生成；&

7、lt;/p><p>　　第三階段：（共計5周）</p><p>　　1 .第十一周，檢測階梯軸車削加工程序的通用性；</p><p>　　2．第十二周，檢測階梯軸車削加工刀路工藝規(guī)劃的合理性；</p><p>　　3．第十三周，進行刀路優(yōu)化、過切檢查;</p><p>　　4. 第十四及第十五周，生成通用的數控指令(G代碼

8、和M代碼)；</p><p>　　5. 第十六周及第十七周，撰寫論文及評閱;</p><p>　　五、主要參考書及參考資料</p><p>　　[1]謝龍漢等. CATIAV5數控加工[M].北京：清華大學出版社，2005年4月.</p><p>　　[2] 謝龍漢等.CATIAV5機械設計[M].北京：清華大學出版社，2005年4月.<

9、;/p><p>　　[3] 謝龍漢等.CATIAV5機械設計應用實例[M].北京：清華大學出版社，2005年4月.</p><p>　　[4] 謝龍漢等.CATIAV5逆向造型設計[M].北京：清華大學出版社，2005年4月.</p><p>　　[5] 謝龍漢等.CATIAV5自由曲面造型[M].北京：清華大學出版社，2005年4月.</p><p

10、>　　[6]謝龍漢等.CATIAV5數控加工實例[M].北京：清華大學出版社，2005年4 月.</p><p>　　[7] 卜昆等.計算機輔助制造[M].北京：：機械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　學生學號 103302 學生姓名 卞 慶 </p><p>　　指導教師 李海濱 系 主 任

11、 魏生民 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　虛擬數控加工技術是虛擬制造領域重要的研究方向，其中機床的三維建模是基礎，通過對加工過程的仿真數控加工，可以在計算機上完成對數控程序的檢驗，解決實際加工中遇到的各種問題，從而替代或減少實際的試切工作，能有效降低產品制造成本，提高產品質量。本文利用CATIA V5進行車

12、床各部件及夾具、刀具、和工件模型的建立，并結合VERICUT軟件讀取數控代碼的字符和字—地址格式特點，對所使用的數控程序代碼進行了適當的轉換，最后使用VERICUT軟件進行數控仿真加工。詳細討論了車床模型建立和數控仿真加工等過程中遇到的問題及解決方法。</p><p>　　CATIA如今其在CAD/CAE/CAM 以及PDM 領域內的領導地位，已得到世界范圍內的承認，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、

13、電子\電器、消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域，其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術更是推動著企業(yè)競爭力和生產力的提高。</p><p>　　本文的主要內容包括：</p><p>　　項目背景介紹，課題研究的意義。</p><p>　　對CATIA V5進行了系統(tǒng)的介紹及研究</p><p>　　主要介紹利用V

14、ERICUT 7.0進行數控仿真加工，并對仿真過程進行分析，解決仿真中出現(xiàn)的問題。</p><p>　　關鍵詞：車削，數控仿真，CATIA V5，VERICUT 7.0</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Virtual NC machining technology is an important re

15、search direction in virtual manufacturing field,which the 3d machine modeling is the basis of it.NC program can be checked in computer based on the simulation of no machining process,to solve the practical problems encou

16、ntered in the process,thus substituting or reducing the actual try cutting jobs,it can effectively reduce the product manufacturing cost and improve product quality.The paper used CATIA to establish the machine component

17、s and fixt</p><p>　　CATIA is now in the CAD / CAE / CAM and PDM in the field of leadership has been recognized worldwide, are widely used in the aerospace, automobile manufacturing, shipbuilding, machinery m

18、anufacturing, electrical \ electronic consumer goods industry, its integrated solutionthe programs cover all product design and manufacturing, its unique DMU electronic prototype module function and hybrid modeling techn

19、ology is to promote the competitiveness of enterprises and increased productivity.</p><p>　　The main contents include:</p><p>　　Introducing the project background,the meaning of researching the

20、NC machining simulation.</p><p>　　Introducing and researching for CATIA V5</p><p>　　VERICUT 7.0 were mainly introduced,include the lathe assembly and CNC lathe machining simulation,and analyzing

21、 the process of simulation,solving the problems appeared in the simulation.</p><p>　　KEY WORDS:cutter，NC simulation，CATIA V5，VERICUT 7.0</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　近年來

22、，隨著計算機技術的發(fā)展，數字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數控機械所代替。目前國外機械設備的數控化率已達到85%以上，而我國的機械設備的數控化率不足20%，隨著我國制造行業(yè)新技術的應用，我國世界制造業(yè)加工中心地位形成，數控機床的使用、維修、維護人員在全國各工業(yè)城市都非常緊缺，再加上數控加工人員從業(yè)面非常廣，可在現(xiàn)代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè)、中小制造業(yè)、從事相

23、應公司企業(yè)的電腦繪圖、數控編程設計、加工中心操作、模具設計與制造、 電火花及線切割工作，所以目前現(xiàn)有的數控技術人才無法滿足制造業(yè)的需求，而且人才市場上的這類人才儲備并不大，企業(yè)要在人才市場上尋覓合適的人才顯得比較困難，以至于導致模具設計、CAD/CAM工程師、數控編程、數控加工等已成為我國各人才市場招聘頻率最高的職位之一?，F(xiàn)代數控加工技術的普遍應用，使得產品的加工周期大幅度縮短，產品的加工質量不斷改善，加速了產品的更新?lián)Q代，增強了產品的

24、市場競爭能力。因此數控加工技術的研究已成為衡量一個國家機械制造工業(yè)的重要標志之一，更是體現(xiàn)一個機械制造企業(yè)技術水平</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論6</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義6</p><p>　　1.2 國內外現(xiàn)狀

25、6</p><p>　　1.3 論文的章節(jié)安排7</p><p>　　第2章 使用軟件介紹（CATIA、VERICUT）8</p><p>　　2.1 CATIA概述8</p><p>　　2.2 CATIA先進的混合建模技術8</p><p>　　2.3 CATIA的歷史9</p><

26、p>　　2.4 CATIA的主要應用領域11</p><p>　　2.5 VERICUT軟件簡介12</p><p>　　第3章 數控加工關鍵技術的研究14</p><p>　　3.1 基本概念14</p><p>　　3.2 數控編程的方法15</p><p>　　3.3數控車床的基本構成15<

27、;/p><p>　　3.4數控機床坐標系16</p><p>　　3.5 數控編程格式及內容17</p><p>　　3.6 F、S、T功能18</p><p>　　第4章 階梯軸車削加工及數控車削機床仿真的研究20</p><p>　　4.1 軸的加工車削過程研究20</p><p>　

28、　1.引入零件及進入加工模塊21</p><p>　　2.零件定義操作22</p><p>　　3.機床的設置23</p><p>　　4.定義坐標系24</p><p>　　5.設置換刀點25</p><p>　　6.定義加工零件及毛坯零件25</p><p>　　7.階梯軸的粗車

29、加工25</p><p>　　8.階梯軸的精車加工30</p><p>　　9.階梯軸的切槽加工32</p><p>　　10.切端面加工34</p><p>　　11.重新定義坐標系36</p><p>　　12.對階梯軸的另一端加工37</p><p>　　4.2 印章的加工車削

30、過程研究38</p><p>　　1.印章的粗車加工38</p><p>　　2.印章的溝槽加工41</p><p>　　3.印章的精車加工43</p><p>　　第5章 VERICUT數控模擬仿真操作研究45</p><p>　　5.1 NC程序的生成45</p><p>　　5

31、.2 設置仿真環(huán)境47</p><p>　　5.3 加工仿真的驗證50</p><p>　　第6章 總結與展望53</p><p><b>　　6.1 總結53</b></p><p><b>　　6.2 展望54</b></p><p><b>　　致

32、謝55</b></p><p><b>　　參考文獻56</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計小結57</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義</p><p>　　隨著電子技

33、術尤其是計算機技術的發(fā)展，以計算機為主要工具的仿真技術在近十年得到了飛速的發(fā)展。數控機床加工零件是靠數控程序控制完成的，當前數控編程技術在曲面建模、軌跡規(guī)劃、刀位計算等方面有了很大的進步，但仍不能確保NC程序的完全正確可靠。NC程序的檢校方法有多種，方法之一是在數控加工之前讓數控機床空運行，空運行只能對機床運動是否正確及有無干涉碰撞做粗略的估計；方法之二是試切法即通過試切木質或塑料工件檢查其正確性，顯然這一過程周期長、成本高、效率低。為

34、此，尋找一種能夠快速、安全、有效地驗證NC程序正確性的方法,就成了急待解決的問題。因此，研究一種基于NC代碼的數控仿真系統(tǒng)的將具有重要的意義。</p><p><b>　　1.2 國內外現(xiàn)狀</b></p><p>　　在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實

35、現(xiàn)，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。在集成化基礎上，數控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在 智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、 調節(jié)與補償各項參數，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控 制的群控加工?？v觀目前我國的數控市場，我國數控產品在性能、外觀、

36、可靠性方面與國外產品有一定差距，特別是國外企業(yè)有雄厚的資金，加上外國企業(yè)為占領中國市場，對我國能夠生產的數控系統(tǒng)壓價銷售，而對我國未能生產的數控系統(tǒng)，不僅高價而且附加許多限制。</p><p>　　當前數控系統(tǒng)所需要的功能將不只是高的性能（高速、高精度、高可靠性），而且還包括許多智能功能，如加工運動規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境的感知能力、制造網絡通信能力（包括與人的交互）、智能 編程、智能數據庫、智能監(jiān)控等。

37、加工過程中采用開放式通用型實時動 態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技 術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、 動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網絡化。</p><p>　　高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場 競爭能力。制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國

38、際數控加工技術接軌的發(fā)展道路是當務之急。</p><p>　　1.3 論文的章節(jié)安排</p><p>　　根據論文選題的要求，作者在近三個月的論文階段，基于CATIA軟件</p><p>　　平臺，在導師的認真指導下完成了大量的工作，對計算機輔助數控加工進行</p><p>　　了深入的研究，在此基礎上并對階梯軸車削加工進行仿真模擬加工。這些

39、</p><p>　　內容在論文中都得到了充分的反映，論文內容的章節(jié)安排如下：</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　使用軟件介紹（CATIA、VERICUT）</p><p>　　數控加工關鍵技術的研究</p><p>　　階梯軸車削加工及數控車削機床仿真的研究</

40、p><p><b>　　總結與展望</b></p><p>　　第2章 使用軟件介紹（CATIA、VERICUT）</p><p>　　2.1 CATIA概述</p><p>　　CATIA是法國達索公司的產品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，并支持從項目前階

41、段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。</p><p>　　模塊化的CATIA系列產品旨在滿足客戶在產品開發(fā)活動中的需要，包括風格和外型設計、機械設計、設備與系統(tǒng)工程、管理數字樣機、機械加工、分析和模擬。CATIA產品基于開放式可擴展的V5架構。</p><p>　　通過使企業(yè)能夠重用產品設計知識，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反應。自199

42、9年以來，市場上廣泛采用它的數字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產品開發(fā)系統(tǒng)。</p><p>　　CATIA系列產品已經在七大領域里成為首要的3D設計和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設計、電力與電子、消費品和通用機械制造。</p><p>　　2.2 CATIA先進的混合建模技術</p><p>　　設計對象的混合建模：在CATIA的設計環(huán)境中，

43、無論是實體還是曲面，做到了真正的互操作；</p><p>　　變量和參數化混合建模：在設計時，設計者不必考慮如何參數化設計目標，CATIA提供了變量驅動及后參數化能力。</p><p>　　幾何和智能工程混合建模：對于一個企業(yè)，可以將企業(yè)多年的經驗積累到CATIA的知識庫中，用于指導本企業(yè)新手，或指導新車型的開發(fā)，加速新型號推向市場的時間。</p><p>　　CA

44、TIA具有在整個產品周期內的方便的修改能力，尤其是后期修改性</p><p>　　無論是實體建模還是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的樹結構，用戶可方便快捷的對產品進行重復修改，即使是在設計的最后階段需要做重大的修改，或者是對原有方案的更新?lián)Q代，對于CATIA來說，都是非常容易的事。</p><p>　　CATIA所有模塊具有全相關性</p><p>　　CAT

45、IA的各個模塊基于統(tǒng)一的數據平臺，因此CATIA的各個模塊存在著真正的全相關性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數控加工的程序中。</p><p>　　并行工程的設計環(huán)境使得設計周期大大縮短</p><p>　　CATIA 提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，使得并行工程設計模式已不再是新鮮的概念，總體設計部門只要將基本的結構尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開

46、始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結性，使得上游設計結果可做為下游的參考，同時，上游對設計的修改能直接影響到下游工作的刷新。實現(xiàn)真正的并行工程設計環(huán)境。</p><p>　　CATIA覆蓋了產品開發(fā)的整個過程</p><p>　　CATIA 提供了完備的設計能力：從產品的概念設計到最終產品的形成，以其精確可靠的解決方案提供了完整的2D、3D、參數化混合建模及數據管理手

47、段，從單個零件的設計到最終電子樣機的建立；同時，作為一個完全集成化的軟件系統(tǒng)，CATIA將機械設計，工程分析及仿真，數控加工和CATweb網絡應用解決方案有機的結合在一起，為用戶提供嚴密的無紙工作環(huán)境，特別是CATIA中的針對汽車、摩托車業(yè)的專用模塊,使CATIA擁有了最寬廣的專業(yè)覆蓋面，從而幫助客戶達到縮短設計生產周期、提高產品質量及降低費用的目的。</p><p>　　2.3 CATIA的歷史</p&g

48、t;<p>　　CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的縮寫。 是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM 一體化軟件。在70年代Dassault Aviation 成為了第一個用戶，CATIA 也應運而生。從1982年到1988年，CATIA 相繼發(fā)布了1版本、2版本、3版本，并于1993年發(fā)布了功能強大的4版本，現(xiàn)在的CATIA 軟件分

49、為V4版本和 V5版本兩個系列。V4版本應用于UNIX 平臺，V5版本應用于UNIX和Windows 兩種平臺。V5版本的開發(fā)開始于1994年。為了使軟件能夠易學易用，Dassault System 于94年開始重新開發(fā)全新的CATIA V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趨強大，并且開創(chuàng)了CAD/CAE/CAM 軟件的一種全新風格。 </p><p>　　CATIA是法國Dassault System公

50、司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，居世界CAD/CAE/CAM領域的領導地位，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子\電器、消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域，其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術更是推動著企業(yè)競爭力和生產力的提高。CATIA 提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領域的大、中、小型企業(yè)需要。包括:從大型的波音747飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產品。在世

51、界上有超過13,000的用戶選擇了CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強大的功能以得到各行業(yè)的認可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實上的標準。CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機公司使用CATIA完成了整個波音777的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個奇跡，從而也確定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行業(yè)內的領先地位。 </p><p

52、>　　CATIA V5版本是IBM和達索系統(tǒng)公司長期以來在為數字化企業(yè)服務過程中不斷探索的結晶。圍繞數字化產品和電子商務集成概念進行系統(tǒng)結構設計的CATIA V5版本，可為數字化企業(yè)建立一個針對產品整個開發(fā)過程的工作環(huán)境。在這個環(huán)境中，可以對產品開發(fā)過程的各個方面進行仿真，并能夠實現(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。產品整個開發(fā)過程包括概念設計、詳細設計、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個生命周期中的使用和維護。CATIA

53、V5版本具有： </p><p>　　1.重新構造的新一代體系結構 </p><p>　　為確保CATIA產品系列的發(fā)展，CATIA V5新的體系結構突破傳統(tǒng)的設計技術，采用了新一代的技術和標準，可快速地適應 </p><p>　　企業(yè)的業(yè)務發(fā)展需求，使客戶具有更大的競爭優(yōu)勢。 </p><p>　　2.支持不同應用層次的可擴充性 </

54、p><p>　　CATIA V5對于開發(fā)過程、功能和硬件平臺可以進行靈活的搭配組合，可為產品開發(fā)鏈中的每個專業(yè)成員配置最 </p><p>　　合理的解決方案。允許任意配置的解決方案可滿足從最小的供貨商到最大的跨國公司的需要。 </p><p>　　3.與NT和UNIX硬件平臺的獨立性 </p><p>　　CATIA V5是在Windows N

55、T平臺和UNIX平臺上開發(fā)完成的，并在所有所支持的硬件平臺上具有統(tǒng)一的數據、功能、 </p><p>　　版本發(fā)放日期、操作環(huán)境和應用支持。CATIA V5在Windows平臺的應用可使設計師更加簡便地同辦公應用系統(tǒng)共享數據；而 </p><p>　　UNIX平臺上NT風格的用戶界面，可使用戶在UNIX平臺上高效地處理復雜的工作。 </p><p>　　4.專用知識

56、的捕捉和重復使用 </p><p>　　CATIA V5結合了顯式知識規(guī)則的優(yōu)點，可在設計過程中交互式捕捉設計意圖，定義產品的性能和變化。隱式的 </p><p>　　經驗知識變成了顯式的專用知識，提高了設計的自動化程度，降低了設計錯誤的風險。 </p><p>　　5.給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級 </p><p>　　CATIA V4和V5具有兼容

57、性，兩個系統(tǒng)可并行使用。對于現(xiàn)有的CATIA V4用戶，V5年引領他們邁向NT世界。對于新的 </p><p>　　CATIA V5客戶，可充分利用CATIA V4成熟的后續(xù)應用產品，組成一個完整的產品開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　2.4 CATIA的主要應用領域</p><p><b>　　航空航天： </b></p><

58、;p>　　CATIA 源于航空航天工業(yè)，是業(yè)界無可爭辯的領袖。以其精確安全，可靠性滿足商業(yè)、防御和航空航天領域各種應用的需要。 </p><p><b>　　汽車工業(yè)： </b></p><p>　　CATIA是汽車工業(yè)的事實標準，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。CATIA 在造型風格、車身及引擎設計等方面具有獨特的長處，為各種車輛的設計和制造提

59、供了端對端（end to end ）的解決方案。CATIA 涉及產品、加工和人三個關鍵領域。CATIA 的可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產品上市時間。 </p><p><b>　　造船工業(yè)： </b></p><p>　　CATIA 為造船工業(yè)提供了優(yōu)秀的解決方案，包括專門的船體產品和船載設備、機械解決方案。船體設計解決方案已被應用于眾多船舶制造企業(yè)，涉及所有類型

60、船舶的零件設計、制造、裝配。船體的結構設計與定義是基于三維參數化模型的。參數化管理零件之間的相關性，相關零件的更改，可以影響船體的外型。船體設計解決方案與其他CATIA 產品是完全集成的。 </p><p>　　中國廣州的文沖船廠也對CATIA 進行了成功地應用。使用CATIA 進行三維設計，取代了傳統(tǒng)的二維設計。 </p><p><b>　　廠房設計： </b>&

61、lt;/p><p>　　在豐富經驗的基礎上，IBM 和Dassault - Systems 為造船業(yè)、發(fā)電廠、加工廠和工程建筑公司開發(fā)了新一代的解決方案。包括管道、裝備、結構和自動化文檔。CCPlant 是這些行業(yè)中的第一個面向對象的知識工程技術的系統(tǒng)。 </p><p>　　CCPlant 已被成功應用于Chrysler 及其擴展企業(yè)。使用CCPlant 和Deneb 仿真對正在建設中的To

62、ledo 吉普工廠設計進行了修改。費用的節(jié)省已經很明顯地體現(xiàn)出來。并且對將來企業(yè)的運作有著深遠的影響。 </p><p><b>　　加工和裝配： </b></p><p>　　一個產品僅有設計是不夠的，還必須制造出來。CATIA 擅長為棱柱和工具零件作2D/3D關聯(lián)，分析和NC ；CATIA 規(guī)程驅動的混合建模方案保證高速生產和組裝精密產品，如機床，醫(yī)療器械、膠印機

63、鐘表及工廠設備等均能作到一次成功。 </p><p><b>　　消費品： </b></p><p>　　全球有各種規(guī)模的消費品公司信賴CATIA，其中部分原因是CATIA設計的產品的風格新穎，而且具有建模工具和高質量的渲染工具。CATIA已用于設計和制造如下多種產品：餐具、計算機、廚房設備、電視和收音機以及庭院設備。 </p><p>　　另

64、外，為了驗證一種新的概念在美觀和風格選擇上達到一致，CATIA 可以從數字化定義的產品，生成具有真實效果的渲染照片。在真實產品生成之前，即可促進產品的銷售。</p><p>　　2.5 VERICUT軟件簡介</p><p>　　VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數控加工仿真系統(tǒng)，由NC程序驗證模塊、機床運動仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級機床特征模塊、實體比較模塊和CA

65、D/CAM接口等模塊組成，可仿真數控車床、銑床、加工中心、線切割機床和多軸機床等多種加工設備的數控加工過程，也能進行NC程序優(yōu)化，縮短加工時間、延長刀具壽命、改進表面質量，檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤;具有真實的三維實體顯示效果，可以對切削模型進行尺寸測量，并能保存切削模型供檢驗、后續(xù)工序切削加工;具有CAD/CAM接口，能實現(xiàn)與UG. CATIA及MasterCAM等軟件的嵌套運行。VERICUT軟件目前已廣泛應用于航空

66、航天、汽車、模具制造等行業(yè)，其最大特點是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序，其整個仿真過程包含程序驗證、分析、機床仿真、優(yōu)化和模型輸出等</p><p>　　世界最強的數控模擬仿真，VERICUT是全世界NC驗證軟體的領導者；CGTech Vericut 6.0支援用戶利用專案結構樹，瀏覽、配置多個機床設置，每個機床設置有自己單獨的機床結構、夾具、刀具、控制系統(tǒng)和仿真

67、設定。切削毛坯可以從一個機床任務移到另一個機床任務，同時能夠自動定位。一旦用戶選定了機床配置，毛坯、夾具和設計模型，這些資訊就和機床捆綁在一起了，接下來就可以類比整個加工過程。</p><p>　　第3章 數控加工關鍵技術的研究</p><p><b>　　3.1 基本概念</b></p><p><b>　　數控編程：</b&

68、gt;</p><p>　　在數控機床上加工零件，首先要進行程序編制，將零件的加工順序、工件與刀具相對運動軌跡的尺寸數據、工藝參數（主運動和進給運動速度、切削深度等）以及輔助操作等加工信息，用規(guī)定的文字、數字、符號組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，并將程序單的信息通過控制介質輸入到數控裝置，由數控裝置控制機床進行自動加工。</p><p><b>　　脈沖當量：</

69、b></p><p>　　單位脈沖作用下進給軸移動的距離。決定數控系統(tǒng)的精度，可由運動控制指令（自動）、按鍵觸發(fā)或手搖脈沖發(fā)生器（手動操作）。</p><p><b>　　主軸轉速：</b></p><p>　　切削是主軸轉動的角度。</p><p><b>　　進給速度：</b></p

70、><p>　　正常切削時刀具行進的線速度。</p><p><b>　　接近速度：</b></p><p>　　從安全高度切入工件前的刀具行進的線速度，又稱進刀速度。</p><p><b>　　退刀速度：</b></p><p>　　刀具離開工件回到安全高度時刀具行進的線速度，

71、在安全高度以上刀具行進的線速度為機床的G00。</p><p><b>　　安全高度：</b></p><p>　　保證在此高度上可以快速走刀不發(fā)生干涉的高度，應高于零件的最大高度。</p><p><b>　　起止高度：</b></p><p>　　刀具退刀時刀具的初始高度，其大于安全高度。<

72、;/p><p>　　3.2 數控編程的方法</p><p>　　數控編程分為手工編程和自動編程。</p><p>　　手工編程就是整個程序的編制過程由人工完成。手工編程通常用于簡單零件，但對于一些復雜的零件，編程工作量十分巨大，計算繁瑣，花費時間長，而且非常容易出錯。</p><p>　　自動編程是指編程人員只需根據零件圖樣的要求，按照某個自動編

73、程系統(tǒng)的規(guī)定，編寫一個零件源程序，輸入編程計算機，再由計算機自動進行程序編制，并打印程序清單和制備控制介質。自動編程既可以減輕勞動強度，縮短編程時間，又可減少差錯，使編程工作簡便。</p><p>　　綜上所述，對于幾何形狀不太復雜的零件和點位加工，所需的加工程序不多，計算也較簡單，出錯的機會較少，這時用手工編程還是經濟省時的，因此，至今仍廣泛地應用手工編程方法來編制這類零件的加工程序。但是對于復雜曲面零件；幾何

74、元素并不復雜，但程序量很大的零件（如一個零件上有數千個孔）；以及銑削輪廓時．數控裝置不具備刀具半徑自動偏移功能，而只能按刀具中心軌跡進行編程等情況。由于計算相當繁瑣及程聲量大，手工編程就很難勝任，即使能夠編出來，也耗時長，效率低，易出錯。據國外統(tǒng)計，用手工編程時，一個零件的編程時間與在機床上實際加工時間之比，平均約為30：1。數控機床不能開動的原因中有20～30％是由于加工程序不能及時編制出來而造成的，因此，必須要求編程自動化。<

75、/p><p>　　3.3數控車床的基本構成</p><p>　　數控車床由五部分組成：主機、數控系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、輔助裝置、機外編程器等。</p><p>　　車床主機是指其機械部件，主要包括床身、主軸箱、刀架、尾座、進給傳動機構等。數控系統(tǒng)是數控車床的控制核心。驅動系統(tǒng)是數控車床的動力部分，主要實現(xiàn)主運動和進給運動。在數控車床中，驅動系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，由伺服驅動電路和驅

76、動裝置兩大部分組成。伺服驅動電路接收指令，經過數控系統(tǒng)處理，推動驅動裝置運動。驅動裝置主要由主軸電機、進給系統(tǒng)的步進電機或交直流伺服電機等組成。</p><p>　　3.4數控機床坐標系</p><p>　　規(guī)定數控機床坐標軸和運動方向，是為了準確地描述機床運動，簡化程序的編制，并使所編程序具有互換性。國際標準化組織目前已經統(tǒng)一了標準坐標系，我國也頒布了相應的標準（JB3051-82），對

77、數控機床的坐標和運動方向作了明文規(guī)定。</p><p>　?。?）數控銑床坐標系建立的原則</p><p>　　1）刀具相對于靜止的工件而運動的原則。</p><p>　　2）標準坐標系是一個右手笛卡兒直角坐標系。在圖3-1中，大拇指的方向為X軸的正方向，食指為Y軸的正方向，中指為Z軸正方向。</p><p>　　圖3-1 右手笛卡爾直角坐標

78、系</p><p>　?。?）數控銑床的坐標系</p><p>　　1）機床坐標系和機床原點</p><p>　　機床坐標系是機床上固有的坐標系。機床坐標系的原點也稱為機床原點或機床零點，在機床經過設計制造和調整后這個原點便被確定下來，它是固定的點。</p><p>　　在標準中，規(guī)定平行于機床主軸（傳遞切削力）的刀具運動坐標軸為Z軸，取刀具

79、遠離工件的方向為正方向。如果機床有多個主軸時，則選一個垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸。X軸為水平方向，且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。對于刀具作旋轉運動的機床（如銑床、鏜床），當Z軸為水平時，沿刀具主軸后端向工件方向看，向右的方向為X的正方向；如Z軸是垂直的，則從主軸向立柱看時，對于單立柱機床，X軸的正方向指向右邊。上述正方向都是刀具相對工件運動而言。在確定了X、Z軸的正方向后，可按右手直角笛卡兒坐標系確定Y軸的正方向，即在Z－X平面內

80、，從+Z轉到+X時，右螺旋應沿+Y方向前進。</p><p><b>　　2）工件坐標系</b></p><p>　　工件坐標系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點為原點稱編程原點或工件原點。工件坐標系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐標系所取代。</p><p>　　工件坐標系的原點選擇要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引

81、起的加工誤差小等條件，一般情況下以坐標式尺寸標注的零件，編程原點應選在尺寸標注的基準點；對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點應選在對稱中心線或圓心上；Z軸的程序原點通常選在工件的上表面。</p><p>　　3.5 數控編程格式及內容</p><p>　　國際上已形成了兩個通用標準：國際標準化組織（ISO）標準和美國電子工業(yè)學會（EIA）標準。我國根據ISO標準制定了JB3051-82《

82、數字控制機床坐標和運動方向的命名》等國標。由于生產廠家使用標準不完全統(tǒng)一，使用代碼、指令含義也不完全相同，因此需參照機床編程手冊。</p><p>　　一個完整的數控程序是由程序號、程序內容和程序結束三部分組成。</p><p><b>　　例如：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p>&l

83、t;p>　?。?029；………………………………………………………… 程序號</p><p>　　N10 G15 G17 G21 G40 G49 G80； </p><p>　　N20 G91 G28 Z0； </p><p>　　N30 T1 M6； 程序內

84、容</p><p>　　N40 G90 G54 S500 M03；</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　N100 M30；……………………………………

85、…………………程序結束</p><p><b>　　(1) 程序號</b></p><p>　　程序號是一個程序必需的標識符。它是由地址符后帶若干位數字組成。地址符常見的有：“%”、“O”、“P”等。日本FANUC系統(tǒng)為“O”。后面所帶的數字一般為4～8位。如：O2000</p><p><b>　　(2) 程序體</b>

86、</p><p>　　它表示數控加工要完成的全部動作，是整個程序的核心。它由許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構成，程序段以“；”為結束符。</p><p><b>　　(3)程序結束</b></p><p>　　它是以程序結束指令M02或M30，結束整個程序的運行。</p><p>　　3.6 F、S、T功能&

87、lt;/p><p><b>　　1、進給速度F</b></p><p>　　F指令用于控制刀具的進給功能。F的單位取決于G94(每分鐘進給量mm/min)或G95(每轉進給量mm/r)。進給功能有兩種：</p><p><b>　　（1）快速移動</b></p><p>　　當指定定位指令G00時，刀具

88、以CNC設置的快速移動速度移動，與F無關。</p><p><b>　　（2）切削速度</b></p><p>　　刀具以程序中編制的切削進給速度F移動。F可通過下面公式(3-1)求得：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　其中，F(xiàn)z：每齒進給量</p>

89、<p><b>　　Z：齒數</b></p><p><b>　　N：主軸轉速</b></p><p>　　F指令是模態(tài)指令。當工作在G01、G02或G03方式下時，F(xiàn)將一直有效直到被新的F值所取代。借助操作面板上的倍率開關，F(xiàn)可在一定范圍內進行倍率調節(jié)。而當執(zhí)行攻絲循環(huán)G84、螺紋切削G33時倍率開關失效，進給倍率固定在100%。&

90、lt;/p><p><b>　　2、主軸功能S</b></p><p>　　主軸功能S控制主軸轉速。是由地址碼S和在其后面的若干數字組成，單位為轉/每分鐘(r/min)；S是模態(tài)指令，S功能只有在主軸速度可調節(jié)時有效。主軸轉速N可通過下面公式(3-2)求得：</p><p>　　N=1000v/πd (3-

91、2) </p><p>　　其中，v：切削速度，單位mm/min。</p><p>　　d：刀具或工件直徑，單位mm。</p><p>　?。?）恒線速度控制（G96）</p><p>　　當數控機床的主軸為伺服主軸時，可以通過指令G96來設定恒線速度控制。系統(tǒng)執(zhí)行G96指令后，便認為用S指定的數值表示切削速度。例如G96 S200，

92、表示切削速度為200m/min。</p><p>　　（2）主軸轉速控制（G97）</p><p>　　G97是取消恒線速度控制指令。編程G97后，S指定的數值表示主軸每分鐘的轉速。例如G97 S1200，表示主軸轉速為1200r/min。</p><p><b>　　3、刀具功能T</b></p><p>　　T代碼用

93、于選擇刀具，其后的數值表示選擇的刀具號。T代碼與刀具的關系是由機床制造廠規(guī)定的。在加工中心上執(zhí)行T指令時，刀庫首先轉動，選擇所需的刀具，然后等待直到M06指令作用時自動完成換刀。T指令同時調入刀補寄存器中的刀補值（刀具半徑補長和刀具長度補償）。T指令為非模態(tài)指令，但被調用的刀補值一直有效到再次換刀調入新的刀補值。</p><p>　　第4章 階梯軸車削加工及數控車削機床仿真的研究</p><p

94、>　　本論文根據對軸和印章的加工來實現(xiàn)對階梯軸加工方法的研究，兩零件模型如下圖4-1及4-2所示。本文針對階梯軸加工的工藝特點，進行合理的加工方法的選擇、刀具路徑的優(yōu)化、幾何參數和刀具參數的選擇，提高加工精度和切削效率，降低加工成本，以滿足階梯軸這一類型的結構件產品的加工需要。</p><p><b>　　圖4-1 階梯軸</b></p><p><b&g

95、t;　　圖4-2 印章</b></p><p>　　4.1 軸的加工車削過程研究</p><p>　　本小節(jié)主要講述了對階梯軸加工的完整操作流程，對加工步驟作出詳細介紹。</p><p>　　1.引入零件及進入加工模塊</p><p>　　打開已經建立好的工件零件模型（圖4-3）。</p><p>　　圖4

96、-3 打開零件模型</p><p>　　零件草圖如圖4-4?？傞L150mm，從左至右軸的徑分別是R12.5，R25，R20，R12.5。</p><p>　　圖4-4 階梯軸草圖</p><p>　　所以該工件的加工方式為車削，有粗車，精車，切槽，切削端面等加工工藝。</p><p>　　點擊“開始”，在“加工”欄選擇Lathe machin

97、ing如圖 4-5所示。</p><p>　　圖4-5 選擇車削加工模塊</p><p><b>　　2.零件定義操作</b></p><p>　　在特征樹中雙擊“Part Operation”，系統(tǒng)彈出如圖4-6所示“Part Operation”對話框。</p><p>　　圖4-6 Part Operation界面

98、</p><p>　　對話框中各按鈕的說明如下。</p><p>　　按鈕：用于選擇數控機床和設置機床參數。</p><p>　　按鈕：設定加工坐標系。</p><p>　　按鈕：加入一個裝配模型文件或一個加工目標模型文件。</p><p>　　按鈕：選擇目標加工文件。</p><p>　　按鈕

99、：選擇毛坯零件。</p><p><b>　　按鈕：選擇夾具。</b></p><p>　　按鈕：設定安全平面。</p><p>　　按鈕：選定5個平面定義一個整體的阻礙體。</p><p>　　按鈕：選定一個平面作為零件整體移動平面。</p><p>　　按鈕：選定一個平面作為零件整體旋轉平面。

100、</p><p>　　選取已經建立的零件模型和毛坯，如圖4-7</p><p>　　圖4-7 零件毛坯選擇完成</p><p><b>　　3.機床的設置</b></p><p>　　單擊“Part Operation”對話框中的按鈕，彈出對話框如圖4-8所示</p><p><b>　

101、　圖4-8 選擇機床</b></p><p>　　單擊其中的Horizontal Lathe Machine按鈕，保持系統(tǒng)默認設置，然后確認，完成機床設置。</p><p><b>　　4.定義坐標系</b></p><p>　　單擊定義坐標系，將坐標系原點放在軸線的一端（先加工R25，R20，R12.5mm這一端）并改名“xoy”

102、。如圖4-9。</p><p>　　圖4-9 設置坐標系</p><p><b>　　5.設置換刀點</b></p><p>　　在“Part Operation”里選擇Position。更改“Tool Change Point”下的坐標。</p><p><b>　　如圖4-10</b></

103、p><p>　　圖4-10 設置換刀點</p><p>　　6.定義加工零件及毛坯零件</p><p>　　首先單擊圖標，選擇已做好的工件。在空白處雙擊鼠標結束定義。</p><p>　　然后單擊插入→幾何體。選擇草圖畫出一個比工件輪廓大的長方形，使用旋轉命令做出所需毛坯，命名為“rough”。之后單擊圖標，選擇剛做好的毛坯，在空白處雙擊鼠標結束

104、定義。</p><p>　　7.階梯軸的粗車加工</p><p>　　將階梯軸分為左右兩部分分別加工，先對離坐標系遠的部分加工。</p><p>　　選擇 插入→Machining Operations→Rough Turning，然后進入Rough Turning1界面，如圖4-11。</p><p>　　圖4-11 粗車界面</p&

105、gt;<p>　　圖4-11對話框中部分選項卡說明如下：</p><p>　?。旱毒呗窂絽颠x項卡。</p><p><b>　?。簬缀螀颠x項卡。</b></p><p><b>　　：刀具參數選項卡。</b></p><p><b>　?。哼M給率選項卡。</b>

106、;</p><p>　?。哼M刀/退刀路徑選項卡。</p><p><b>　　刀具路徑參數設置</b></p><p>　　單擊圖標進行刀具路徑參數設置，Roughing mode（粗加工模式）選擇Longitudinal（縱向的），Orientation（方向）選擇External（外部），Location選擇Front。如圖4-12。<

107、;/p><p>　　圖4-12 刀具路徑參數設置</p><p><b>　　幾何參數設置</b></p><p>　　單擊圖標進行幾何參數設置，Part offset（工件切削余量）設置為0.5mm。毛坯和零件輪廓選擇如圖4-13。</p><p>　　圖4-13 幾何參數設置</p><p>&l

108、t;b>　　刀具參數設置</b></p><p>　　單擊圖標進行刀具參數設置，刀具為T1 External Insert-Holder，默認參數，如圖4-14。菱形刀片為Diamond Insert r 0.5，默認參數，如圖4-15。</p><p>　　圖4-14 刀具參數 圖4-15 刀片參數</p><p><b>　　

109、進給率設置</b></p><p>　　在Spindle Speed下將Automatic compute from tooling Feeds and Speeds前的對勾去掉，Machining改為600turn_mn，如圖4-16。</p><p>　　4-16 進給率設置</p><p><b>　　進行仿真模擬加工</b>

110、</p><p>　　單擊右下角圖標，進入仿真界面，顯示刀軌如圖4-17。</p><p>　　圖4-17 粗車刀軌</p><p>　　仿真完成后對工件進行檢驗，檢查是否有過切和是否留有余量。如圖4-18。</p><p>　　圖4-18 粗車余量分析</p><p>　　8.階梯軸的精車加工</p>

111、<p>　　單擊插入→Machining Operations→Profile Finish Turning</p><p><b>　　刀具路徑參數</b></p><p>　　刀具路徑定義與粗車定義一致，Orientation選擇External，Location選擇Front。如圖4-19</p><p>　　圖4-19 刀路參

112、數設置</p><p><b>　　幾何參數</b></p><p>　　幾何參數選擇階梯軸的輪廓（如圖4-20），所有余量均為零。</p><p>　　圖4-20 幾何參數設置</p><p><b>　　刀具參數</b></p><p>　　刀具與粗車刀具一致，為T1 E

113、xternal Insert-Holder。</p><p><b>　　進給率</b></p><p>　　參數不變，只將Quality改為Finish即可。</p><p><b>　　仿真加工模擬</b></p><p>　　同樣步驟對精車進行仿真模擬，刀軌如圖4-21。因為定義沒有留余量，所

114、以軸表面大部分為沒有余量的綠色，并且沒有過切，符合要求。如圖4-22。</p><p><b>　　4-21 精車刀路</b></p><p>　　圖4-22 精車余量分析</p><p>　　9.階梯軸的切槽加工</p><p>　　單擊插入→Machining→Groove Turning,</p>&

115、lt;p>　　先在R20和R12.5的軸上切槽，兩個槽寬和深一致，所以只有幾何參數選取不同，其余設置相同。</p><p><b>　　刀具路徑參數</b></p><p>　　Orientation選擇External，Machining direction選擇To head stock。</p><p><b>　　幾何參數

116、</b></p><p>　　兩個槽的幾何參數分別為圖4-23的①、②。</p><p>　?、佗?lt;/p><p>　　圖4-23 切槽幾何參數</p><p><b>　　刀具參數</b></p><p>　　刀具為T2 External Groove Inser

117、t-Holder（切槽刀），刀具（圖4-24）參數為默認，刀片參數默認。</p><p><b>　　圖4-24 切槽刀</b></p><p><b>　　進給率</b></p><p><b>　　使用默認進給率。</b></p><p><b>　　仿真加工模擬