毕业论文--基于数控仿真实用技术研究

毕 业 设 计

论 文 题 目： 基于数控仿真实用技术研究 学 科 专 业： 数控设备应用与维护

1

毕 业 设 计

摘 要

数控技术和数控机床在当今机械制造业中的重要地位，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志，数控加工技术的整个过程也是目前许多制造人员的要掌握较为重要的知识。

本论文主要通过在根据一张图纸，不管图形的复杂程度多高都能够根据加工制造的过程加工出对应的零件。通过数控软件上的造型操作我们解决了很多加工编程上的问题；解决了复杂零件在手动编程上的困难；还解决了同个零件在软件加工后，导出的程序不能只对所有数控系统的机床加工；以及在现有设备下尽可能提高机械加工精度、降低表面粗糙度的方案，零件的误差分析等。

本论文通过数控工艺分析、数控手动编程基础介绍、CAD/CAM软件自动编程、软件后处理文件制作、数控软件仿真、数控机床加工等一般步骤与方法。运用机械制造的相关知识进行严格的工艺分析与加工方式的制定，经过成本核算，该方案具有可行性。有效的利用CAD/CAM软件通过最合适的造型方式设计出零件模型，根据我们之前的工艺分析使用软件做出最佳的加工方式，采用铣削手工编程基础于FANUC OiM数控系统进行了程序后处理文件的编写，并在数控仿真软件和数控机床上进行了具体验证，最终加工出符合图纸要求的零件实体。经具体检验符合图纸标准。

关键词：工艺分析、CAD/CAM编程、后处理文件、软件仿真、机床加工 数控技术和数控机床在当今机械制造业中的重要地位，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志，数控加工技术的整个过程也是目前许多制造人员的要掌握较为重要的知识。

本论文主要通过在根据一张图纸，不管图形的复杂程度多高都能够根据加工

2

制造的过程加工出对应的零件。通过数控软件上的造型操作我们解决了很多加工编程上的问题；解决了复杂零件在手动编程上的困难；还解决了同个零件在软件加工后，导出的程序不能只对所有数控系统的机床加工；以及在现有设备下尽可能提高机械加工精度、降低表面粗糙度的方案，零件的误差分析等。

本论文通过数控工艺分析、数控手动编程基础介绍、CAD/CAM软件自动编程、软件后处理文件制作、数控软件仿真、数控机床加工等一般步骤与方法。运用机械制造的相关知识进行严格的工艺分析与加工方式的制定，经过成本核算，该方案具有可行性。有效的利用CAD/CAM软件通过最合适的造型方式设计出零件模型，根据我们之前的工艺分析使用软件做出最佳的加工方式，采用铣削手工编程基础于FANUC OiM数控系统进行了程序后处理文件的编写，并在数控仿真软件和数控机床上进行了具体验证，最终加工出符合图纸要求的零件实体。经具体检验符合图纸标准。

关键词：工艺分析、CAD/CAM编程、后处理文件、软件仿真、机床加工 ?

ABSTRACT

NC and CNC machine tools in today's machinery manufacturing industry in an important position, display its national infrastructure in the industrial modernization of

3

毕 业 设 计

the strategic role, and has become a traditional mechanical manufacturing industries to transform and enhance the implementation of automation, flexible, integrated production and an important means of marking, the NC Machining Technology of the whole process is currently many manufacturing personnel to master the more important knowledge.

This thesis mainly through in accordance with a drawing, no matter how high the complexity level of the graph according to the manufacturing process and processing the corresponding parts. Through the numerical control software on the molding operation we solve a lot of processing programming problem; solves the complicated parts in manual programming difficulties; but also solve the same parts in the software processing, export procedures not only for all CNC machining; as well as in the existing equipment as far as possible to improve machining precision, decrease of the surface roughness of the scheme, part of the error analysis.

This paper through analysis of NC technology, CNC manual programming based CAD / CAM software is introduced, automatic programming, a software post-processing document production, NC simulation, CNC machining and other general steps and methods. Use of machinery manufacturing knowledge of strict process analysis and process development, cost accounting, the scheme has feasibility. Effective use of CAD / CAM software through the most appropriate form to design parts model, according to our previous process analysis software to make the best use of the processing methods, using milling manual programming based in Sinumerik 802S / 802C NC system was carried out after processing procedures document preparation, and in the NC simulation software and CNC machine tools on the specific verification, the final processing of parts that meet requirements of the drawings entity. The specific test with drawing standards.

4

Keywords: process analysis; CAD / CAM programming; post processing file; software simulation; machine processing

5

毕 业 设 计

目 录

摘 要 .................................................................................................................................... 2 ABSTRACT .......................................................................................................................... 3 第一章 绪 论..................................................................................................................... 7

1.1引言......................................................................................................................... 7 1.2数控加工技术和装备的发展趋势 ......................................................................... 7 1.3斯沃数控仿真软件简介 ....................................................................................... 10 1.4课题的主要研究内容 ........................................................................................... 10 第二章 数控铣削加工程序 ............................................................................................... 11

2.1数控加工工艺分析 ............................................................................................... 12 2.2数控铣削加工工艺制定 ....................................................................................... 17 2.3 FANUC OiM铣床编程命令解释 ......................................................................... 21 2.4本章小结 ............................................................................................................... 25 第三章 斯沃软件仿真加工 ............................................................................................... 26

斯沃仿真软件验证 ..................................................................................................... 26 第四章 总结与展望 ........................................................................................................... 41

4.1总结....................................................................................................................... 41 4.2展望....................................................................................................................... 42 致 谢 .................................................................................................................................. 43 参考文献 .............................................................................................................................. 1

6

第一章 绪 论

1.1引言

数控加工在现代产品和模具生产中占有举足轻重的地位，得到了广泛应用。数控加工是通过电脑来控制数控机床进行加工的，因此编制数控加工程序是十分关键的一环，理想的加工程序不仅能保证加工出符合设计要求的合格工件，同时可使数控机床功能和刀具性能得到充分发挥，并可以安全可靠地进行工作。

在发达国家中，数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2％对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。

1.2数控加工技术和装备的发展趋势

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，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。

(一) 高速、高精加工技术及装备的新趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，7

毕 业 设 计

提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一

在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。

从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，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60 000r/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3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。

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10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。

在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。

为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。

(二) 5轴联动加工和复合加工机床快速发展

采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不

仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等

8

于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。

当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。

在EMO2001展会上，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。

(三) 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控

系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统

9

毕 业 设 计

中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

1.3斯沃数控仿真软件简介

南京斯沃软件技术有限公司开发FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、 北京凯恩帝KND、大连大森DASEN数控 车铣及加工中心仿真软件，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。

1.4课题的主要研究内容

本论文通过分析一个鼠标零件的加工工艺，并用CAD/CAM软件进行造型与编程并进行轨迹仿真，最后用数控仿真软件进行实体仿真，并加工出零件。这样全过程与真实加工一样，可以解决开设数控专业投资大的问题。所以本论文采了数控工艺分析、数控手动编程基础、CAD/CAM编程、数控仿真、数控机床加工等

10

一般步骤与方法，并用数控机床进行自动控制，达到论文须解决的最终目标。

第二章 数控铣削加工程序

在数控机床上加工零件,首先遇到的问题就是工艺问题。数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有许多相同之处,也有许多不同之处,在数控机床上加工的零件通常要比普通机床所加工的零件工艺规程复杂得多。在数控机床加工前,要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序,这就要求程序设计人员备多方面的基础知识。合格的程序员首先是一个很好的工艺人员,应对数控机床的性能、特点、切削范围和标准刀具系统等有较全面的了解,否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程以及正确、合理地确定零件的加工程序。

11

毕 业 设 计

2.1数控加工工艺分析

根据实际应用中的经验,数控加工工艺主要包括下列内容： 1．选择并决定零件的数控加工内容； 2．零件图样的数控工艺性分析； 3．数控加工的工艺路线设计； 4．数控加工工序设计；

5．数控加工专用技术文件的编写。 2.1.1数控加工工艺内容的选择

对于某个零件来说,并非全部加工过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析,选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并作出决定时,应结合本企业设备的实际,立足于解决难题、攻克关键和提高生产效率,充分发挥数控加工的优势。在选择时，一般可按下列顺序考虑：

(1) 通用机床无法加工的内容应作为优选内容。

(2) 通用机床难以加工,质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。一般来说,上述这些加工内容采用数控加工后,在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下,下列一些内容则不宜选用数控加工：

(1) 占机调整时间长,如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准,要用专用工装协调的加工内容。

(2) 加工部位分散,要多次安装、设置原点。这时,采用数控加工很麻烦,效果不明显,可安排通用机床加工。

(3)按某些特定的制造依据(样板等)加工的型面轮廓。其主要原因是获取数据困难,易与检验依据发生矛盾,会增加编程难度。此外,在选择和决定加工内容时,也要

12

考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。 2.1.2数控加工工艺内容的选择

程编人员要与设计人员密切合作,参与零件图样审查,提出恰当的修改意见,在不损害零件使用特性的情况下,更多地满足数控加工工艺的各种要求。

1.尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中,所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。

2.几何要素的条件应完整、准确在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。

3.定位基准可靠。 2.1.3数控加工工艺路线的设计

数控加工的工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别在于它不是指从毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意与普通加工工艺衔接好。在数控工艺路线设计中主要应注意以下几个问题。

1．工序的划分

根据数控加工的特点,数控加工工序的划分一般可按下列方法进行: (1) 以一次安装、加工作为一道工序。 (2) 以同一把刀具加工的内容划分工序。 (3) 以加工部位划分工序。 (4) 以粗、精加工划分工序。 2．工序顺序的安排

工序顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况,以及定位安装与夹紧的需要来

13

毕 业 设 计

考虑,重点是工件的刚性不被破坏。工序顺序安排一般应按以下原则进行：

(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通用机床加工 工序的也要综合考虑。

(2)先进行内形内腔加T工序,后进行外形加工工序。

(3)以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序,最好连续进行,以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。

(4)在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏较小的工序。 2.1.4控加工工序的设计

当数控加工工艺路线设计完成后,各道数控加工工序的内容已基本确定,要达到的目标已比较明确,对其他一些问题(如刀具、夹具、量具、装夹方式等),也要大体做到心中有数,接下来便可以进行数控工序设计。在确定工序内容时,要充分注意到数控加工的工艺是十分严密的,因为数控机床虽然自动化程度较高,但自适应性差,它不像通用机床,加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。比如,数控机床在攻螺纹时,不知道孔中是否已挤满了切屑,是否需要退刀,或清理一下切屑再加工。所以,在数控加工的工序设计中必须注意加工过程中的每一个细节。同时,在对图形进行数学处理、计算和编程时,都要力求准确无误。

数控工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、装夹方式及刀具运动轨迹都确定下来,为编制加工程序做好充分准备。

1.确定走刀路线和安排工步顺序

在数控加1工艺过程中,刀具时刻处于数控系统的控制下,因而每一时刻都应有 明确的运动轨迹及位置。走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹,它还包括了工步的内容。走刀路线是编写程序的依据之一,因此,在确定走刀路线时,最好画一张工序简图,将已经拟定好的走刀路线画上去(包括进、退刀路线),这样可

14

为编程带来不少方便。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行,在确定走刀路线时,主要考虑以下几点:

(1)寻求最短加工路线,减少空刀行程以提高加工效率。

(2)为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求,最终轮廓应安排在最后一次走刀 中连续加工出来。

(3)刀具的进、退刀(切入与切出)路线要认真考虑,以尽量减少在轮廓切削中停刀(切削力突然变化造成弹性变形)而留下刀痕,也要避免在工件轮廓面上垂直进、退刀而划伤工件。

(4）要选择工件在加工后变形小的路线,对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排走刀路线。

2.定位基准与夹紧方案的确定

在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列两点: (1)尽可能做到设计、工艺基准与工件原点统一。

(2)尽量将工序集中,减少装夹次数,尽可能做到在一次装夹后就能加工出全部 待加工表面。 3.夹具的选择

数控加工时,尽量选用通用夹具或组合夹具,保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向,同时协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外,主要考虑下列几点:

(1)当零件加工批量小时,尽量采用组合夹具及其他通用夹具。 (2)当小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具,但应力求结构简单。

(3)夹具要开敞,其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。 (4)装卸零件要方便可靠,以缩短准备时间,有条件时,批量较大的零件应采用气

15

毕 业 设 计

动或液压夹具、多工位夹具。 4.刀具的选择

在选择数控机床所用刀具时应注意以下几个方面:

(1)良好的切削性能。 (2)较高的精度。 (3)先进的刀具材料。 5.确定加工用量

编制数控加工程序时,编程人员必须确定每道工序的切削用量。确定时一定要根据机床说明书中规定的要求,以及刀具的耐用度去选择,当然也可结合实践经验采用类比的方法来确定切削用量。

背吃刀量主要受机床刚度的限制,在机床刚度允许的情况下,尽可能使背吃刀量等于零件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件,要留有足够的精加工余量,数控加工的精加工余量可以比普通机床加工的余量小一些。切削速度、进给速度等参数的选择与普通机床加工基本相同,选择时还应注意机床的使用说明书。在计算好各部位与各把刀具的切削用量后,最好能建立一张切削用量表,主要是为了防止遗忘和方便编程。

2.1.5数控加工专用技术文件的编写

编写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些专用技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据,也是需要操作者遵守、执行的规程;有的则是加工程序的具体说明或附加说明,目的是让操作者更加明确程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其他问题。

16

2.2数控铣削加工工艺制定

2.2.1选择并确定数控铣削的加工内容

下列加工内容常采用数控铣削加工：

(1) 工件上的曲线轮廓表面，特别是由数学表达式给出的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓。

(2) 给出数学模型的空间曲面或通过测量数据建立的空间曲面。 (3) 形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位。

(4) 用普通铣床加工时难以观察、测量和难加工的内、外凹槽。

2.2.2数控铣削加工工艺性分析

1．零件图的完整性和正确性分析

由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系(如相切、相交、垂直、平行和同心等)应明确，各种几何要素的条件要允分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。例如，在实际工作中常常会遇到图纸中缺少尺寸，给出的几何元素的相互关系不够明确，使编程计算无法完成，或者虽然给出了几何元素的相互关系，但同时又给出了引起矛盾的相关尺寸，同样给编程计算带来困难。

2．零件结构工艺性分析及处理

1) 分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度

虽然数控机床精度很高，但对一些特殊情况，例如过薄的底板与肋板，因为加工时产生的切削拉力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也将增大。零件在数控铣削加工时的变形，不仅

17

毕 业 设 计

影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行下去。根据实践经验，对于面积较大的薄板，当其厚度小于3 mm时，就应在工艺上充分重视这一问题，应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对于大面积薄壁板零件，应改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具。还可采取其他措施，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理；对不能用热处理方法解决的，可考虑采用粗、精加工分开及对称去余量等措施来减小或消除变形的影响。

2)尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸

(1)轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。若工件的被加工轮廓高度低、转接圆弧半径大，可以采用较大直径的铣刀来加工，且加工其底板面时，进给次数也相应减少，表面加工质量就会好一些，因此工艺比较好；反之，数控铣削工艺性较差。一般来说，当R＜0.2H(H为被加工轮廓面的最大高度)时，可以判定零件上该部位的工艺性不好。

(2)铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r也影响着铣削工艺性。圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也较低。当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r(D为铣刀直径)，当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。

在一个零件上，这种凹圆弧半径在数值上的一致性问题对数控铣削的工艺性显得相当重要。零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数，并避免因频繁换刀而增加零件加工面上的接刀阶差，降低表面加工质量。

3．切入点(进刀点)、切出点(退刀点)的确定 1) 切入点选择的原则

在切削曲面的过程中，切入点选择的原则是要使刀具不受损坏。一般来说，

18

对粗加工而言，选择曲面内的最高角点作为曲面的切入点(初始切削点)，因为该点的切削余量较小，进刀时不易损坏刀具；对精加工而言，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点，因为在该点处，刀具所受的弯矩较小，不易折断刀具

2) 切出点选择的原则

切出点选择的原则主要考虑曲面能连续完整地加工及曲面与曲面加工间的非切削加工尽可能短，换刀方便。对被加工曲面为开放型曲面，曲面的两个角点可作为切出点；对被加工曲面为封闭型曲面，则只有曲面的一个角点为切出点。

4．进刀、退刀方式的确定 进刀、退刀方式有如下几种：

1)沿坐标轴的Z轴方向直接进行进刀、退刀 2)沿曲面的切矢方向以直线进刀或退刀 3)沿曲面的法矢方向进刀、退刀 4)沿圆弧段方向进刀、退刀 5)沿螺旋线或斜线进刀方式 5．逆铣、顺铣的确定 1) 逆铣与顺铣的概念

铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反的称为逆铣，相同时称为顺铣。 2)逆铣与顺铣的特点

逆铣时，刀具从已加工表面切入，切削厚度从零逐渐增大；刀齿在加工表面上挤压、滑行，使表面产生严重的冷硬层。顺铣时，刀具从待加工表面切入，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压、滑行现象的产生。同时垂直方向的分力

19

毕 业 设 计

始终压向工作台，减小了工件上下的振动，因而能提高铣刀耐用度和表面加工质量。

(a) 逆铣；(b) 顺铣；(c) 逆铣局部剖视图；(d) 顺铣局部剖视图

图2-1逆铣与顺铣

3)逆铣、顺铣的确定

根据上面的分析，当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，并按照逆铣方式安排进给路线。因为逆铣时，刀具是从已加工表面切入，不会崩刃；此外，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行，这符合粗铣的要求。因此，粗铣时应尽量采用逆铣。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣方式安排进给路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小，这符合精铣的要求。因此精铣时，尤其零件材料为铝镁合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣，如图2-1所示。

20

2.3 FANUC OiM铣床编程命令解释

2.3.1 G00快速线性移动(G00)

功能：轴快速移动G0用于快速定位刀具，没有对工件进行加工。可以在几个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。 机床参数中规定每个坐标轴快速移动速度的最大值，一个坐标轴运行时就以此速度快速移动。如果快速移动同时在两个轴上执行，则移动速度为两个轴可能的最大速度。

用G0快速移动时在地址F下进给率无效。

G00一直有效，直到被G功能组中其它的指令(G1,G2,G3,…) 取代为止。

21

毕 业 设 计

2.3.2 G01带进给率的线性插补(G01)

功能：刀具以直线从起始点移动到目标位置，按地址F下设置的进给速度运行。所有的坐标轴可以同时运行。 G1一直有效，直到被G功能组中其它的(G0,G2,G3,…) 取代为止。

2.3.3G02/G03 圆弧插补

功能：刀具以圆弧轨迹从起始点移动到终点，方向由G指令确定: G2---顺时针方向 G3---逆时针方向

2.3.4 G4 暂停

功能：通过在两个程序段之间插入一个G4程序段，可以使加工中断给定的时间，比如自由切削。 G4程序段(含地址F或S)只对自身程序段有效，并暂停所给定的时间。在此之前程编的进给量F和主轴转速S保持存储状态。

编程：

G4 F… 暂停时间(秒) G4 S… 暂停主轴转数

2.3.5进给率F

功能：进给率F是刀具轨迹速度，它是所有移动坐标轴速度的矢量和。坐标轴速度是刀具轨迹速度在坐标轴上的分量。进给率F在G1,G2,G3,G5插补方式中生效，并且一直有效，直到被一个新的地址F取代为止。

22

编程：F…

注释：在取整数值方式下可以取消小数点后面的数据，如F300。 进给率F的单位由G功能确定: G94 直线进给率：毫米/分钟

G95 旋转进给率：毫米/转(只有主轴旋转才有意义!)

2.3.6 S主轴转速/旋转方向

功能：当机床具有受控主轴时，主轴的转速可以设置在地址S下，单位转/分钟。旋转方向和主轴运动起始点和终点通过M指令规定。 M3 主轴正转 M4 主轴反转 M5 主轴停止。

2.3.7 T 刀具

功能：编程T指令可以选择刀具。在此，是用T指令直接更换刀具还是仅仅进行刀具的预选，这必须要在机床数据中确定:

编程:T… 刀具号：1～32000，T0.没有刀具

2.3.8D 刀具补偿号

功能：一个刀具可以匹配从1到9几个不同补偿的数据组(用于多个切削刃)。另外可以用D及其对应的序号设置一个专门的切削刃。如果没有编写D指令，则D1自动生效。如果编程D0，则刀具补偿值无效。 提示: 系统中最多可以同时存储64个刀具补偿数组(D号)。

23

毕 业 设 计

2.3.9 G41/G42 刀尖半径补偿

功能：系统在所选择的平面G17～G19中以刀具半径补偿的方式进行加工。刀具必须有相应的刀补 号才能有效。刀尖半径补偿通过G41/G42生效。控制器自动计算出当前刀具运行所产生的、与编程轮廓等距离的刀具轨迹。

编程：

G41 X… Y… ；在程序左边偏移 G42 X… Y… ；在程序右边偏移

刀具以直线回轮廓，并在轮廓起始点处与轨迹切向垂直。 正确选择起始点，可以保证刀具运行不发生碰撞。在通常情况下，在G41/G42程序段之后紧接着工件轮廓的第一个程序段。

2.3.10 G41/G42 刀尖半径补偿

功能：系统在所选择的平面G17～G19中以刀具半径补偿的方式进行加工。刀具必须有相应的刀补 号才能有效。刀尖半径补偿通过G41/G42生效。控制器自动计算出当前刀具运行所产生的、与编程轮廓等距离的刀具轨迹。

编程：

G41 X… Y… ；在程序左边偏移 G42 X… Y… ；在程序右边偏移

刀具以直线回轮廓，并在轮廓起始点处与轨迹切向垂直。 正确选择起始点，可以保证刀具运行不发生碰撞。在通常情况下，在G41/G42程序段之后紧接着工件轮廓的第一个程序段。

24

2.3.11G40取消刀尖半径补偿

功能：用G40取消刀尖半径补偿，此状态也是编程开始时所处的状态。G40指令之前的程序段刀具以正常方式结束(结束时补偿矢量垂直于轨迹终点处切线)；与起始角无关。 在运行G40程序段之后，刀具中心到达编程终点。在选择G40程序段编程终点时要始终确保刀具运行不会发生碰撞。

编程:

G40 X… Y… ；取消刀尖半径补偿 注释:只有在线性插补(G0，G1)情况下才可以取消补偿运行。

2.4本章小结

(1)本章论述机床坐标轴的确定，机床零点和机床参考点的定义，工件坐标系、程序原点和对刀点的定义，指令字的格式，程序的一般结构，辅助功能M 代码，CNC 内定的辅助功能，准备功能G 代码，有关坐标系和坐标的G 功能，进给控制指令，基本上是对上一章在铣削加工上的补充说明。

(2)论述了数控铣基本指令的格式及用法以及定义。

(3)针对今本G指令的一些说明，绝对值编程G90与相对值编程G91 格式；坐标系设定G92，坐标系选择G54-G59。

(4)坐标平面选择G17，G18，G19，进给速度单位的设定G94、G95；快速定位指令G00，刀具补偿功能指令，刀补方向的判别。

(5)在数控加工中在上章的基础上，针对铣削加工更加深入的讲解数控铣削编程，为我们下几章的程序导出修改做好准备。

25

毕 业 设 计

第三章 斯沃软件仿真加工

斯沃仿真软件验证

南京斯沃仿真软件实现屏幕配置且所有的功能与FANUC工业系统使用的CNC数控机床一样，实时地解释NC代码并编辑机床进给命令，提供与真正的数控机床类似的操作面板，单程序块操作，自动操作，编辑方式，空运行等功能，移动速率调整, 单位毫米脉冲转换开关等。

国内第一款自动免费下载更新的数控仿真软件，真实感的三维数控机床和操作面板，动态旋转、缩放、移动、全屏显示等功能的实时交互操作方式，支持ISO-1056准备功能码（G代码）、辅助功能码（M代码）及其它指令代码支持各系统自定义代码以及固定循环，直接调入UG、PRO-E、Mastercam等CAD/CAM后置处理文件模拟加工，Windows系统的宏录制和回放，AVI文件的录制和回放，工件选放、装夹，换刀机械手、四方刀架、八方刀架基准对刀、手动对刀，零件切削，带加工冷却液、加工声效、铁屑等，寻边器、塞尺、千分尺、卡尺等工具，采用数据库管理的刀具和性能参数库，内含多种不同类型的刀具，支持用户自定义刀具功能，加工后的模型的三维测量功能，基于刀具切削参数零件光洁度的测量。

3.1软件启动界面

单击桌面斯沃仿真软件启动图标进入如下图4-30界面，这就是斯沃仿真软件的启动界面。单击单机版，然后在数控系统栏中选择我们需要的数控系统，在这里我们选择SINUMERIK802C802Se M系统，因为我们在选择机床的时候都是选择的西门子的这个系统，然后处理的后处理文件也是此系统。最后单击运行，进入和真实数控机床一样的操作面板界面。

26

图4-30 仿真初始界面

27

毕 业 设 计

图3-31 仿真操作界面

3.2进入操作界面操作

如上图3-31就是我们FANUC OiM系统的数控机床界面，其界面和数控机床面板是相同的，其中主窗口屏幕就是数控机床除去面板其他的所有部分，上图是对该软件界面的介绍，该界面主要有数控系统屏幕、操作工作条、操作面板、编程面板、主窗口屏幕组成。

28

29

毕 业 设 计

30

31

毕 业 设 计

32

33

毕 业 设 计

34

35

毕 业 设 计

3.3设置毛坯件和装夹方式

1．设置毛胚：

在菜单栏单击工件操作选项，选择第一项设置毛坯，进入如下图3-32所示设置毛坯界面。正对不同加工可以设置不同形状的毛坯，首先选择长方体。

在选择存入寄存器，这个设置加工坐标系，选择G54，因为我们默认和后处理设置的是G54坐标系编程，这里设置还有一个作用就是快速对刀，首先是上面的三个框分别是120，0，0这三个数值是用来设置刀具的位置，设置120主要是由于我们仿真软件中的默认刀具刀杆长度是120长，0和0主要是刀尖距离中间那个红色的圆点距离是多少，这样设置就是说刀尖在这个长方体上边面的机会中心上，也是就我们的加工点。当然这里我们也可以不设置，通过参数选项对刀也可以，那种方式适合在真实机床上操作使用，数控机床中就不能快速对刀了，没有此功能，在仿真中一般采用快速对刀，既节约时间，还准确。

设置毛坯件大小，接着下面的60*100*45是毛坯件的长宽高大小，60*100就是长*宽也就是造型是设置的大小，45是由于我们将实体零件的总高多一些，我们计算可知鼠标模型下面的矩形块高25，鼠标高小于20一些，选择45高这样既不浪费材料，也符合造型时候零件设置的毛胚大小。

在下面还可以设置工件的材料，这里选择45#钢，根据不同的材料加工，加工出来的质量是不一样的，为了更加接近真实加工。勾选更换加工原点和更换工件，这样就重新设置了机床的加工原点和换了新毛坯，设置完成后，单击确认。

36

图3-32 设置毛坯对话框

2．装夹方式设置：

同样单击菜单栏中的工件操作选择第二项工件装夹，进入如下图3-33所示的界面，在装夹方式栏选择平口钳装夹方式，这里是由于我们鼠标模型下面有一个矩形块，主要是为了加工鼠标模型而设计，因而两侧面的精度就不高，另外从加工的角度考虑也是最安全的，不易残生碰撞。在加紧上下调整那里网上调整调到23处，根据不同的工件高度设置也就不同，其他默认。如果对于一些特殊要求的可以进行左右调整，以满足加工。设置完成单击确定。

图3-33 工件装夹对话框

37

毕 业 设 计

3.4刀具设置

单击菜单栏中机床操作选项，这里主要设置机床参数、冷却液、对刀仪、刀具管理、舱门设置，主要设置刀具，选择刀具管理，进入如下图3-34所示界面，在上面道具数据库中分别建立如下图3-34所示的刀具，双击刀具可以进入编辑刀具界面如下图3-35所示。可以设置刀具号、刀具类型、直径、半径、刀杆长度、转速和进给率、刀尖材料，按照顺序设置修改刀具类型、刀具直径和材料就可以了，如果选择的端铣刀需要底角半径那么就在半径设置。

下面的刀具库管理就是建立多把刀具进行编辑，把第一把刀添加到主轴。就是选择了那把刀然后加入机床刀库中的一号刀位然后早选择添加到主轴命令，记得在添加刀具到刀库的时候建立刀具的顺序必须和在软件加工时的顺序一样，添加的刀位号也要对应刀具号，因为我们在软甲设置刀具时候设置了对应的刀具号和刀位号。完成设置后单击确定，此时在在主窗口屏幕的刀库上就有三把刀，主轴上一把。

图3-34 刀具管理设置对话框 图3-35 修改刀具对话框

38

零件图

加工程序

O0501

G54G21G17G49G40G90 G00X-150Y-150Z100 G00Z50

M06T01 M03S800 G00Z-15

G00G42X-100Y-45D01 G01X35M08F100 G03X45Y-35R10F80 G01Y35F100 G03X35Y45R10F80 G01X-35F100

G03X-45Y35R10F80 G01Y-100F80 G00X-100Y-45 G01Z50

39

毕 业 设 计

G00X-100Y-27 G00Z-10

G01X19.62F100 G01X31.74Y10.31 G01X0Y33.37

G01X-31.74Y10.31 G01X-19.62Y-27 G01Z50

M05 G54G90G21G17G49G40

M06T02

M03S800 G00X-35.63Y35

G73X-35.63Y35Z-32R5K2Q4F120 X35.63

G00X-35.63Y-35

G73X-35.63Y-35Z-32R5K2Q4F120 X35.63 G01Z50

M05

M06T03 M03S800 G00X0Y0 G01Z-63

G01Z50M09 G00Z100

G00X-150Y-150 M05M30

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0tx3.html