典型零件的數(shù)控銑加工編程設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD+UG】
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江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 課題:X2 的數(shù)控加工工藝及編程 系 部 : 專 業(yè) : 班 級(jí) : 姓 名 : 學(xué) 號(hào) : 指導(dǎo)老師 : 20*年*月 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 - I - 摘 要 本文主要講述心型零件的加工工藝,通過(guò)開(kāi)篇對(duì)其零件圖紙進(jìn)行工藝分析, 然后設(shè)計(jì)出毛坯,制定出加工工藝路線,分析工序尺寸與確定公差,選擇加工 設(shè)備,再到夾具、刀具、量具的設(shè)計(jì),最終編制出零件的數(shù)控加工程序,運(yùn)用 程序在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控加工,最后完成該零件的所有工序,得到合格的零 件。 關(guān)鍵詞:工藝分析;加工方案;切削用量;數(shù)控編程 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 1 目 錄 摘 要 .I 1 緒論 .2 2 零件的圖樣分析 .3 2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 .3 2.2 零件的技術(shù)要求分析 .3 3 零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì) .5 3.1 毛坯的選擇 .5 3.2 定位基準(zhǔn)的選擇 .5 3.3 裝夾方式的選擇 .5 3.4 加工順序的安排 .5 4 設(shè)備及其工藝裝備的確定 .7 4.1 機(jī)床的選擇 .7 4.2 刀具的選擇 .7 5 切削用量的選取 .9 6 工藝卡片 .11 6.1 工藝過(guò)程卡 .11 6.2 數(shù)控加工工序卡 .11 7 數(shù)控加工程序的編制 .13 7.1 編程方法的選擇 .13 7.2 編程坐標(biāo)系的確定 .13 7.3 走刀路線的生成 .13 7.4 仿真加工 .14 設(shè)計(jì)總結(jié) .22 致 謝 .23 參考文獻(xiàn) .24 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 2 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化。由于數(shù)控技術(shù)的 廣泛應(yīng)用,普通機(jī)械逐漸被高效率、高精度的數(shù)控機(jī)械所代替,形成了巨大的 生產(chǎn)力。專家們預(yù)言:二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng),其實(shí)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。 數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ),現(xiàn)代的 CAM/CAD, FMS 和 CIMS、敏捷制造和智能制造等,都是建立在數(shù)控技術(shù)之 上;數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高企業(yè)的市場(chǎng)適應(yīng)能力和 競(jìng)爭(zhēng)能力必不可少的物質(zhì)手段;數(shù)控技術(shù)是國(guó)防現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略物質(zhì),是國(guó) 際技術(shù)和商業(yè)貿(mào)易的重要構(gòu)成。因而可以毫不夸張地說(shuō):數(shù)控技術(shù)是關(guān)系到國(guó) 家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),其水平高低和擁有量 是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用,給機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來(lái) 深刻的變化。隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程逐步加快,數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中越來(lái)越 多地得到應(yīng)用。目前,我國(guó)制造工業(yè)中,從事數(shù)控機(jī)床制造和生產(chǎn)的科技人員 以及數(shù)控機(jī)床的操作員、程序員和維修人員都非常缺乏。特別是在我國(guó)的經(jīng)濟(jì) 特區(qū),數(shù)控人才非常搶手。因此。數(shù)控人才的缺乏是制約我國(guó)數(shù)控技術(shù)推廣應(yīng) 用的極其重要的因素。 (1)畢業(yè)設(shè)計(jì)的作用 本課題是數(shù)控專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)時(shí)的任務(wù),其作用主要為驗(yàn)證我們?cè)趯W(xué)校所 學(xué)的知識(shí),并通過(guò)此課題的編寫(xiě),讓我們對(duì)在校所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一次綜合的應(yīng) 用,為今后的實(shí)踐工作打下基礎(chǔ),在編寫(xiě)過(guò)程中,不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并解決問(wèn) 題。培養(yǎng)我們獨(dú)立完成零件的數(shù)控加工工藝及加工程序編制的能力。 (2)本次課題的主要任務(wù) 1)運(yùn)用制圖軟件繪制零件二維圖紙及三維圖。 2)分析零件的技術(shù)要求,確定零件的加工方案。 3)合理的選擇刀具、切削參數(shù)。 4)編制零件的數(shù)控加工程序并進(jìn)行仿真加工。 5)制定相應(yīng)的工藝卡片。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 3 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 4 2 零件的圖樣分析 2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 如圖 2.1 所示零件圖,圖中有不清晰之處請(qǐng)查看附圖,其毛坯材料為 45 鋼,單件小批量生 產(chǎn),試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)零件進(jìn)行工藝分析,并編制出其數(shù)控加工程序。 R10 2-?14+0.02-0 R8 4-?10+0.02-0 ?10 ?20 0 -0.02 ?40+0.02-0 R5 1.6 1.6 1.6 A B 70.02 R6 39 R30 R10R5 R6 81 ?50+0.02-0 ?30 0-0.02 B 向 B 圖 2.1 零件圖 從圖 2.1 中可以看出,該零件的總體結(jié)構(gòu)為一凸臺(tái)類零件,零件主要由凸 臺(tái)、凹槽、孔等特征組成。其輪廓曲線較簡(jiǎn)單,主要由直線、圓弧、橢圓組成, 無(wú)復(fù)雜曲面,在編程時(shí)比較容易,為了提高編程效率,可以選擇軟件編程,這 樣不僅能節(jié)約時(shí)間,同時(shí)也能保證程序的準(zhǔn)確性。 2.2 零件的技術(shù)要求分析 零件的技術(shù)要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度要 求等,這些技術(shù)要求應(yīng)當(dāng)是能夠保證零件使用性能前提下的極限值。進(jìn)行零件 技術(shù)要求分析,主要是分析這些技術(shù)要求的合理性,以及實(shí)現(xiàn)的可能性,重點(diǎn) 分析重要表面和部位的加工精度和技術(shù)要求,為制定合理的加工方案做好準(zhǔn)備。 同時(shí)通過(guò)分析以確定技術(shù)要求是否過(guò)于嚴(yán)格,因?yàn)檫^(guò)高的精度和過(guò)小的表面粗 糙度要求會(huì)使工藝過(guò)程變得復(fù)雜,加工難度大,增加不必要的成本。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 5 從圖 2.1 分析得知,該零件的尺寸精度要求有: (1)外輪廓尺寸:118 和 78 的精度等級(jí)為 IT7 級(jí),厚度尺寸 28035.021. 的精度等級(jí)為 IT78 級(jí),表面粗糙度為 Ra3.2um。027. (2)橢圓凹槽:尺寸精度等級(jí)為 IT78 級(jí),表面粗糙度要求為 Ra3.2um。 (3)凸臺(tái):尺寸精度等級(jí)為 IT7 級(jí),表面粗糙度要求為 Ra3.2um。 其余未注尺寸公差按 IT12 控制,未注表面粗糙度為 Ra3.2um。 綜上所述,該零件的加工精度要求一般,在數(shù)控加工中比較容易保證。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 6 3 零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3.1 毛坯的選擇 毛坯是用來(lái)加工各種工件的坯料,毛坯的生產(chǎn)方法主要有:鑄造、鍛造、焊接、 沖壓件,以及各種型材也可以用作毛坯,該零件的毛坯類型可選擇鍛造毛坯。 毛坯圖的尺寸都是在零件圖尺寸的基礎(chǔ)上,加減總加工余量得到毛坯尺寸, 毛坯各面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般同零件圖一致。筆者認(rèn)為這種設(shè)計(jì)方法并不合理,這 是因?yàn)閺拿鞒叽绲淖饔脕?lái)講并不要求它和零件圖一致,對(duì)它提出的要求是:(1) 保證它在機(jī)械加工時(shí)有最均勻合理的粗加工余量:(2)保證非加工面與加工面有 最準(zhǔn)確的位置及尺寸。 該零件為板類零件,故其毛坯選擇為板材,毛坯材料為 45#,毛坯尺寸為 120mm80mm30mm。 3.2 定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)兩種,用未加工過(guò)的毛坯表面作為定位基準(zhǔn)稱 為粗基準(zhǔn),用己加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn)稱為精加工。除第一道工序用粗基 準(zhǔn)外,其余工序都應(yīng)使用精基準(zhǔn)。 選擇定位基準(zhǔn)要遵循基準(zhǔn)重合原則,即力求沒(méi)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和編程基 準(zhǔn)統(tǒng)一,這樣做可以減少基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的誤差和數(shù)控編程中的計(jì)算量,并且 能有效地減少裝夾次數(shù)。 經(jīng)分析,確定該零件的粗基準(zhǔn)為毛坯底面及毛坯外輪廓;精基準(zhǔn)以設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)為精基準(zhǔn),即底面及零件外輪廓側(cè)面。 。 3.3 裝夾方式的選擇 經(jīng)分析,該零件需要進(jìn)行兩次裝夾方能完成零件的加工。在第一次裝夾時(shí) 為銑削零件的底面,采用平口虎鉗進(jìn)行裝夾;第二次裝夾時(shí)加工零件的上表面, 此次裝夾可以以加工好的底面及外邊進(jìn)行定位,用虎鉗壓緊即可。 3.4 加工順序的安排 工件的機(jī)械加工工藝路線中要經(jīng)過(guò)切削加工、熱處理和輔助工序。因此, 當(dāng)擬定工藝路線時(shí)要合理、全面安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序。 加工順序的安排原則:先粗后精、先面后孔、基面先行。 根據(jù)該以上原則,確定該零件的加工順序?yàn)椋恒姷酌驺娡廨喞姲疾?江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 7 加工中心圓角凸臺(tái)銑橢圓槽鉆 4-10 孔銑 2-14 臺(tái)階孔調(diào)頭銑 上表面 銑扇形凹槽鉆 4-10 孔銑圓形凹槽輪廓銑倒圓角凸臺(tái)輪廓銑 鍵槽。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 8 4 設(shè)備及其工藝裝備的確定 4.1 機(jī)床的選擇 由于該零件屬于單件小批量生產(chǎn),因此不用考慮生產(chǎn)效率等問(wèn)題,只要在 能夠保證其精度要求的前提下選擇相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行加工即可,但為了減少人為 的換刀量,根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床,確定選擇由云南 CY 集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的 CY-VMC850 系列數(shù)控立式加工中心,其主要技術(shù)參數(shù)如下: 系統(tǒng)配置: FANUC 工作臺(tái)面積(mm):460950(5001050) 行程(X-Y-Z)(mm):800500550 主軸錐孔:BT40 主功率(KW):7.5/11 主軸變速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速(rpm): 50-6000 伺服 機(jī)床結(jié)構(gòu):臺(tái)灣主軸、全防護(hù)、貼塑滑軌、電柜空調(diào) 備注:16 把斗笠式刀庫(kù)、20 把圓盤(pán)式刀庫(kù) 機(jī)床重量(噸):6 4.2 刀具的選擇 合理的選擇數(shù)控加工的刀具、夾具,是工藝處理工作中的重要內(nèi)容,在數(shù) 控加工中產(chǎn)品的加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率在很大程度上將受到刀具、夾具的制約, 雖其大多數(shù)刀具、夾具與普通加工中所用的刀具、夾具基本相同,但對(duì)一些工 藝難度較大或其輪廓、形狀等方面較特殊的零件加工,所選用的刀具、夾具必 須具有較高要求,或需做進(jìn)一步的特殊處理,以滿足數(shù)控加工的需求。 一般優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)刀具,必要的時(shí)候可以采用各種提高生產(chǎn)率的復(fù)合刀具 及其他一些專用刀具。此外,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,盡可能選用各種先進(jìn)刀具,如 可轉(zhuǎn)位刀具、整體硬質(zhì)合金刀具、陶瓷涂層刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度 等級(jí)應(yīng)符合加工需求,刀具材料應(yīng)與工件材料相適應(yīng)。數(shù)控加工所用的刀具在 刀具性能上應(yīng)高于普通加工中所用的刀具。所以選擇數(shù)控加工刀具時(shí),還應(yīng)考 慮以下幾個(gè)方面: 切削性能好 數(shù)控加工能采用大的背吃刀量和高進(jìn)給速度,刀具必須要 有能夠承受高速切削和強(qiáng)力切削的性能。同時(shí),同一批刀具在切削性能和刀具 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 9 壽命方面一定要穩(wěn)定,以便實(shí)現(xiàn)按刀具壽命換刀或由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀具壽命進(jìn)行 管理。 精度高 為適應(yīng)數(shù)控加工的高精度和自動(dòng)換刀等要求,刀具必須具有較 高的精度,如有的整體式立銑刀的徑向尺寸精度達(dá)到 0.005mm 等。 可靠性高 要保證數(shù)控加工中不會(huì)發(fā)生刀具意外損傷及潛在缺陷而影響 到加工的順利進(jìn)行,要求刀具及與之組合的附件必須具有很好的可靠性及較強(qiáng) 的適應(yīng)性。 耐用度高 數(shù)控加工的刀具,不論在粗加工或精加工中,都應(yīng)具有比普 通機(jī)床加工所用刀具更高的耐用度,以盡量減少更換或修磨刀具及對(duì)刀次數(shù), 從而提高數(shù)控機(jī)床的加工效率及保證加工質(zhì)量。 斷屑及排屑性能好 數(shù)控加工中,斷屑和排屑不像普通機(jī)床加工那樣, 能及時(shí)由人工處理,切屑易纏在刀具和工件上,會(huì)損壞刀具和劃上工件上已加 工表面,甚至?xí)l(fā)生傷人和設(shè)備事故,影響加工質(zhì)量和機(jī)床的順利、安全,所 以要求刀具應(yīng)具有較好的斷屑和排屑性能。 綜上所述,零件上、下表面加工時(shí)采用端銑刀加工,根據(jù)工件的寬度選擇 端銑刀直徑,使得銑刀工作時(shí)有合理的切入/切出角;切銑刀直徑應(yīng)盡量包容整 個(gè)工件加工寬度,以提高加工精度和效率,并減少相鄰兩次進(jìn)給之間的接刀痕。 表 4.1 就是該零件加工所需要用到的所有刀具。 表 4.1 刀具卡片 零件名稱 心形凸臺(tái) 工序號(hào) 刀具編號(hào) 刀具規(guī)格和名稱 數(shù)量 加工表面 T01 80 面銑刀 1 銑工件的上下表面 T02 20 立銑刀 1 銑削外輪廓 T03 10 立銑刀 1 銑橢圓凹槽 T04 3mm 中心鉆 1 鉆 4-10 孔的中心孔 T05 10 麻花鉆 1 鉆 4-10 孔 T06 8mm 立銑刀 1 銑 4-14 沉孔 1 T07 5R2 圓角成型刀 1 銑橢圓槽圓角 T01 80 面銑刀 1 銑工件的上下表面 T02 20 立銑刀 1 銑削外輪廓及凸臺(tái)輪廓 T03 8 立銑刀 1 銑側(cè)邊凹槽 T04 16 立銑刀 1 銑圓槽 2 T05 10R4 圓角成型 1 銑槽口圓角 R4 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 10 刀 5 切削用量的選取 數(shù)控編程時(shí),編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫(xiě) 人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對(duì)于不同的加工 方法,需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度 和表面粗糙度,充分發(fā)揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度,并充分發(fā)揮 機(jī)床的性能,最大限度提高生產(chǎn)率,降低成本。 切削用量:“三要素”是指刀具在切削過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 “三要素”是指:切削速度,進(jìn)給量,背吃刀量。 選擇切削用量時(shí)考慮的因素: (1)切削加工生產(chǎn)率 在切削加工中,金屬切除率與切削用量三要素 ap、f、v 均保持線性關(guān)系, 即其中任一參數(shù)增大一倍,都可使生產(chǎn)率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約, 當(dāng)任一參數(shù)增大時(shí),其它二參數(shù)必須減小。因此,在制訂切削用量時(shí),三要素 獲得最佳組合,此時(shí)的高生產(chǎn)率才是合理的。 (2)刀具壽命 切削用量三要素對(duì)刀具壽命影響的大小,按順序?yàn)?v、f、ap。因此,從保 證合理的刀具壽命出發(fā),在確定切削用量時(shí),首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量; 然后再選用大的進(jìn)給量;最后求出切削速度。 (3)加工表面粗糙度 精加工時(shí),增大進(jìn)給量將增大加工表面粗糙度值。因此,它是精加工時(shí)抑 制生產(chǎn)率提高的主要因素。 在切削加工中,金屬切除率與切削用量三要素 ap、f、v 均保持線性關(guān)系, 即其中任一參數(shù)增大一倍,都可使生產(chǎn)率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約, 當(dāng)任一參數(shù)增大時(shí),其它二參數(shù)必須減小。因此,在制訂切削用量時(shí),三要素 獲得最佳組合,此時(shí)的高生產(chǎn)率才是合理的。 (4)刀具壽命 切削用量三要素對(duì)刀具壽命影響的大小,按順序?yàn)?v、f、ap。因此,從保 證合理的刀具壽命出發(fā),在確定切削用量時(shí),首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量; 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 11 然后再選用大的進(jìn)給量;最后求出切削速度。 (5)加工表面粗糙度 精加工時(shí),增大進(jìn)給量將增大加工表面粗糙度值。因此,它是精加工時(shí)抑 制生產(chǎn)率提高的主要因素。 根據(jù)以上因素,確定該零件的切削用量如數(shù)控加工工序卡所示。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 12 6 工藝卡片 6.1 工藝過(guò)程卡 序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備及工裝 1 備料 制造毛坯 125mm85mm35mm 2 銑 銑底面、銑外輪廓、銑橢圓凹槽、鉆 4-10 孔中心孔、鉆 4-10 孔底孔、鉸 4-10 孔、 銑 4-14 沉孔、銑橢圓槽圓角 R2 銑削加工中心 3 銑 銑上表面、銑外輪廓、銑矩形凸臺(tái)輪廓、銑心 型凸臺(tái)輪廓、銑側(cè)邊凹槽、銑 24 圓槽、銑 槽口圓角 R4 銑削加工中心 4 檢驗(yàn) 手檢 5 鉗 去毛刺 6 入庫(kù) 入庫(kù) 6.2 數(shù)控加工工序卡 工序卡一 夾具名稱 機(jī)用平口虎鉗 使用設(shè)備 銑削加工中心 工序號(hào) 2 程序編號(hào) O0001 工步 號(hào) 工步內(nèi)容 刀具 主軸轉(zhuǎn)數(shù) (r/min) 進(jìn)給速度 (mm/min) 被吃刀量 /mm 1 銑底面,控制表面粗糙度 3.2 T01 600 150 3 2 銑外輪廓,深 15mm T02 1200 150 3.5 3 銑橢圓凹槽 T03 1500 120 5 4 鉆 4-10 孔中心孔 T04 1200 120 2 5 鉆 4-10 孔 T05 850 150 1.5 6 銑 4-14 沉孔 T06 1200 150 2 7 銑橢圓槽圓角 R2 T07 1200 120 2 工序卡二 夾具名稱 機(jī)用平口虎鉗 使用設(shè)備 銑削加工中心 工序號(hào) 3 程序編號(hào) O0002 工步 號(hào) 工步內(nèi)容 刀具 主軸轉(zhuǎn)數(shù) (r/min) 進(jìn)給速度 (mm/min) 被吃刀量 /mm 1 銑上表面,控制表面粗糙度 3.2, 尺寸 29 T01 600 150 3 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 13 2 銑外輪廓,與上道工序接平,控制 外形尺寸及表面粗糙度 T02 1200 150 3.5 3 銑矩形凸臺(tái)輪廓 T02 1500 120 5 4 銑心型凸臺(tái)輪廓 T02 1500 120 5 5 銑側(cè)邊凹槽 T03 1800 120 4 6 銑 24 圓槽 T04 1500 120 2 7 銑槽口圓角 R4 T05 1200 120 4 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 14 7 數(shù)控加工程序的編制 7.1 編程方法的選擇 數(shù)控編程方法可分為手工編程和自動(dòng)編程兩種。 (1)手工編程是指主要由人工來(lái)完成數(shù)控機(jī)床程序編制各個(gè)階段的工作。 當(dāng)被加工零件形狀不十分復(fù)雜和程序較短時(shí),都可以采用手工編程的方法。 (2)自動(dòng)編程 自動(dòng)編程是指借助數(shù)控語(yǔ)言編程系統(tǒng)或圖形編程系統(tǒng),由計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)生 成零件加工程序的過(guò)程。編程人員只需根據(jù)加工對(duì)象及工藝要求,借助數(shù)控語(yǔ) 言編程系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)控編程語(yǔ)言或圖形編程系統(tǒng)提供的圖形菜單功能,對(duì)加工 過(guò)程與要求進(jìn)行較簡(jiǎn)便的描述,而由編程系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出加工運(yùn)動(dòng)軌跡,并輸 出零件數(shù)控加工程序。由于在計(jì)算機(jī)上可自動(dòng)地繪出所編程序的圖形及進(jìn)給軌 跡,所以能及時(shí)地檢查程序是否有錯(cuò),并進(jìn)行修改,得到正確的程序。 為了節(jié)省編程時(shí)間,提高效率,保證刀具路徑的正確性,選擇該零件程序 使用 ug 軟件進(jìn)行自動(dòng)編程。 7.2 編程坐標(biāo)系的確定 由零件圖可知,該零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在零件的對(duì)稱中心上,故在編程時(shí)將其 編程原點(diǎn)設(shè)置在此處能夠方便對(duì)刀和編程。 7.3 走刀路線的生成 該零件結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜,故選用 Mastercam 軟件進(jìn)行自動(dòng)生成刀具軌跡, 其各工序工步的軌跡路線如下: 7.3.1 上表面走刀路線 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 15 7.3.2 底面走刀路線 7.4 仿真加工 圖 7.15 銑面、外輪廓仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 16 圖 7.16 銑凹槽仿真效果圖 圖 7.17 加工中心圓角凸臺(tái)仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 17 圖 7.18 銑橢圓槽仿真效果圖 圖 7.19 鉆 4-10 孔的仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 18 圖 7.20 銑 2-14 臺(tái)階孔 的仿真效果圖 圖 7.21 銑上表面銑扇形凹槽的仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 19 圖 7.22 鉆 4-10 孔 的仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 20 圖 7.23 銑圓形凹槽輪廓的仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 21 圖 7.24 銑倒圓角凸臺(tái)輪廓的仿真效果圖 圖 7.25 銑鍵槽的仿真效果圖 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 22 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 23 設(shè)計(jì)總結(jié) 本次課題貫穿本專業(yè)所學(xué)到的議論知識(shí)與實(shí)踐操作技術(shù),從分析設(shè)計(jì)到計(jì) 算、操作得到成品,同時(shí)本次選題提供了自主學(xué)習(xí),自主選擇,自主完成的機(jī) 會(huì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)有實(shí)踐性,綜合性,探索性,應(yīng)用性等特點(diǎn),通過(guò)對(duì)該零件的加 工設(shè)計(jì),使自己能夠運(yùn)用 Mastercam 進(jìn)行實(shí)體繪制,并能夠完成銑削零件的自 動(dòng)編程,對(duì)刀具路徑有了更深一步的理解。 通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì),使我對(duì)數(shù)控銑削零件的加工過(guò)程有了一定的了解, 本文的主要目的是對(duì)心型凸臺(tái)零件進(jìn)行工藝分析及編制。當(dāng)一開(kāi)始拿到圖紙感 覺(jué)特別繁瑣,所以開(kāi)始的一段時(shí)間,我仔細(xì)的在圖紙上找與自己加工有關(guān)的地 方,盡量弄明白,搞清楚整個(gè)的加工內(nèi)容及工序,不明白的地方向指導(dǎo)老師和 同學(xué)們請(qǐng)教,盡量使自己在加工之前把整個(gè)圖紙內(nèi)容搞清楚,這樣有利于后期 的加工。經(jīng)指導(dǎo)老師和朋友的一些提示讓我的思路豁然開(kāi)朗。這對(duì)我的設(shè)計(jì)工 作有很大的推動(dòng)作用,特別是在工藝分析過(guò)程上老師更是不斷的加以指導(dǎo)和分 析,通過(guò)老師的悉心指導(dǎo)和自己的認(rèn)真學(xué)習(xí),刻苦分析,查閱相關(guān)資料,最終 做完了此份畢業(yè)設(shè)計(jì)。根據(jù)圖紙的具體要求,再結(jié)合我以前實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn), 制定出一套加工的詳細(xì)方案。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作都有很大的幫助,不僅是因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè) 計(jì)我學(xué)到了很多原本不懂的知識(shí),更是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中,我們遇到了很多的問(wèn)題, 老師又教會(huì)了我許多分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法,這些經(jīng)歷將是我今后的人生 道路上的助推劑。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 24 致 謝 經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的研究分析,我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成。作為一名數(shù)控專業(yè)的畢 業(yè)生,由于本專業(yè)的特殊性,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,難免有許多考慮不周全的地方,如 果沒(méi)有指導(dǎo)老師的指導(dǎo),以及身邊朋友們的幫助,想靠一己之力完成此次設(shè)計(jì)是 相當(dāng)困難的。 首先,向指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。從最初的選題到中后期修 改,再到最后定稿,劉老師一直給我提供了許多寶貴的建議。老師嚴(yán)肅的工作態(tài) 度、謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、益求精的工作作風(fēng)、深地感染和激勵(lì)了我。除了敬佩老師的 專業(yè)水平外,其樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力更對(duì)我影響深遠(yuǎn),不僅使我樹(shù)立 了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握基本的研究方法,還使我明白了許多待人接物與為人處 事的道理。 其次,要感謝江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院所有教導(dǎo)老師,你們教會(huì)我的不僅僅是 專業(yè)知識(shí),更多的是對(duì)待學(xué)習(xí)、對(duì)待生活的態(tài)度,乃至做人的道理。 最后,我要感謝這一路上給過(guò)我?guī)椭哪切┱J(rèn)識(shí)乃至不認(rèn)識(shí)的朋友們,因?yàn)?你們的鼓勵(lì)和支持,我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成。感謝你們,在我最需要幫助 和鼓勵(lì)的時(shí)候,給與我的一切,我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記我們一起奮斗過(guò)的日日夜夜,此 時(shí)此刻,就讓一切在記憶中封存。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 25 參考文獻(xiàn) 1 張超英, 數(shù)控機(jī)床加工工藝、編程及操作實(shí)訓(xùn),高等教育出版社,2003.9 2 倪森壽, 機(jī)械制造基礎(chǔ) ,高等教育出版社,2005.1 3 陳立德, 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) ,高等華教育出版社,2004.7 4 李一民, 數(shù)控機(jī)床,東南大學(xué)出版社,2005.7 5 隋秀凜, 現(xiàn)代制造技術(shù) ,高等教育出版社,2002.11 6 于榮賢等, 機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖 ,機(jī)械工業(yè)出版社,2004.3 7顧京, 數(shù)控加工編程及操作 ,顧京主編,高等教育出版社,2003 .7 8趙長(zhǎng)明 劉萬(wàn)菊 , 數(shù)控加工工藝及設(shè)備 ,高等教育出版社 2005.9 9陳洪濤, 數(shù)控加工工藝及編程 ,高等教育出版社,2006.10 先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)在加工過(guò)程中的進(jìn)給率優(yōu)化Firman Riidwan, Xun Xu摘要:嚴(yán)格的質(zhì)量要求和嚴(yán)格的客戶需求是更普遍的,是適應(yīng)性強(qiáng)的和可互操作的新一代機(jī)床控制器的發(fā)展背后的主要推力。一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),如 STEP 和 STEP-NC 的發(fā)展,為智能數(shù)控加工提出了一個(gè)原景。本文提出了 STEP-NC 的功能的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控(MCM)的實(shí)施。該系統(tǒng)允許在加工過(guò)程中的優(yōu)化,以縮短加工時(shí)間,提高產(chǎn)品質(zhì)量。在系統(tǒng)中,optiSTEP NC,AECopt 的控制器和基于知識(shí)的評(píng)估模塊(KBE)已經(jīng)制定出來(lái)的 optiSTEP-NC 系統(tǒng)的目的是執(zhí)行最初的進(jìn)給速率優(yōu)化基于 STEP-NC 的數(shù)據(jù),以協(xié)助工藝人員在分配適當(dāng)?shù)募庸?shù)。 AECopt 作為打算提供自適應(yīng)和自動(dòng)優(yōu)化工序加工過(guò)程中的策劃者和加工環(huán)境之間的連接。KBE MTConnect 負(fù)責(zé)獲得加工在。優(yōu)化之前進(jìn)行加工操作過(guò)程中或之后,收集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)如機(jī)械振動(dòng),加速度和加加速度,切割功率和進(jìn)給速率。關(guān)鍵詞:數(shù)控(CNC),STEP-NC 的進(jìn)給率優(yōu)化,監(jiān)測(cè)1介紹多年來(lái),計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床(CNC)已經(jīng)開(kāi)發(fā)到加工高精密產(chǎn)品的能力。支持?jǐn)?shù)控發(fā)展的技術(shù)之一是機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控(MCM)。在這樣做時(shí),機(jī)床通過(guò)傳感元件,信號(hào)調(diào)節(jié)器件,信號(hào)處理算法和信號(hào)解釋的監(jiān)督。數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控,各種智能功能,如自適應(yīng)控制,重新生成優(yōu)化的數(shù)據(jù)集和先進(jìn)的優(yōu)化模型已經(jīng)開(kāi)發(fā)和實(shí)施。以這種方式,不同的加工過(guò)程中的異??梢栽谠缙陔A段檢測(cè)到,保證了更安全的加工環(huán)境。動(dòng)用 MCM 機(jī)床在加工過(guò)程中減少了需要人為干預(yù)和允許的機(jī)床的自動(dòng)監(jiān)督。然而,挑戰(zhàn)依然存在,在應(yīng)對(duì)頻繁的設(shè)計(jì)修改,市場(chǎng)需求的產(chǎn)品如質(zhì)量和更短的時(shí)間更嚴(yán)格。此外,加工一直以客戶為中心,而不是制造商驅(qū)動(dòng)。要在加工過(guò)程中的對(duì)質(zhì)量控制,最好的加工參數(shù)監(jiān)視和控制,使機(jī)床的行為分析在適當(dāng)時(shí)間采取適當(dāng)行動(dòng)。正在進(jìn)行的進(jìn)程的監(jiān)測(cè)和控制主要關(guān)注的是記錄相關(guān)的數(shù)據(jù),因此,機(jī)床的特點(diǎn)是反饋的實(shí)時(shí)反應(yīng)。例如,在加工領(lǐng)域,保持最佳的加工參數(shù),以避免過(guò)度主軸加載過(guò)度,這需要適當(dāng)?shù)慕M合和持續(xù)機(jī)床的性能。了解這些特點(diǎn),要求精確的實(shí)證模型和系統(tǒng)控制機(jī)床之間的一個(gè)權(quán)衡。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題,MCM 可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)集成與決策程序。其目的是產(chǎn)生自我調(diào)節(jié)的智能系統(tǒng),能夠適應(yīng)千變?nèi)f化的加工環(huán)境。此外,隨著技術(shù)的發(fā)展,目前也有授權(quán) CNC 用更先進(jìn)的功能,如適應(yīng)性,敏捷性,可重構(gòu)性和互操作性的要求和新的前景。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),有多個(gè)障礙。首先,盡管技術(shù)成就偉大,但當(dāng)代數(shù)控程序仍在執(zhí)行基于一組連續(xù)的 NC 編程語(yǔ)言,又稱 G 代碼。這些代碼很少,如果有的話,至少超過(guò) 50 年前。代碼的最初設(shè)計(jì)是進(jìn)行低級(jí)別的數(shù)據(jù)集,大多是一步一步的指示,以推動(dòng)機(jī)床最早的模型。 G 代碼雖然過(guò)時(shí),但仍然被廣泛使用,只能容納一個(gè)子集的信息,這已經(jīng)成為一個(gè)障礙,不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的,智能化和優(yōu)化的加工環(huán)境。舉例來(lái)說(shuō),雖然各項(xiàng)工作一直致力于提高優(yōu)化模型,一系列的功能不能被利用并納入代碼。其次,只有有限的控制程序的允許在加工過(guò)程中執(zhí)行,使得它難以改變車(chē)間的方案。最后一分鐘的變化是不允許的。加工操作主要由預(yù)定的 NC 代碼,并在大多數(shù)情況下,機(jī)床不能夠改變?nèi)魏吻邢鳁l件和加工操作時(shí)的加工順序。此外,因?yàn)樗恢С謫蜗蛐畔⒘鲝脑O(shè)計(jì)到制造,到生產(chǎn)過(guò)程中的任何急劇的改變不能很容易地保存和直接反饋給設(shè)計(jì)師。最后,G 代碼中的信息流是單向的設(shè)計(jì),即從 CAD 到車(chē)間,并且不會(huì)啟用反饋,。其結(jié)果是,這種傳統(tǒng)方式 NC 編程被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能的加工環(huán)境的瓶頸。2 STEP-NC 的啟用 MCM 框架G 代碼剝奪急需的信息,如工件的特點(diǎn),工具屬性和優(yōu)化切削參數(shù),往往是由經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)營(yíng)商提供的加工工藝。開(kāi)發(fā)的 STEP-NC 的啟用 MCM 系統(tǒng)包括(一)離線優(yōu)化模塊,(二)數(shù)據(jù)模型支持流程的優(yōu)化,(三)過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制的功能要求。下面對(duì)這些功能的要求進(jìn)行了說(shuō)明:(a)離線優(yōu)化的最佳加工參數(shù)的初步測(cè)定。(b)開(kāi)始,分配適當(dāng)?shù)娜魏螜C(jī)加工操作的加工參數(shù)是必要的??捎糜谀M最佳的加工參數(shù)的工具,以確定最佳的加工參數(shù)。(c)數(shù)據(jù)模型,支持流程的優(yōu)化。(d)智能加工需要一個(gè)全面的數(shù)據(jù)支持自適應(yīng)控制和監(jiān)測(cè)過(guò)程中的加工以及優(yōu)化加工操作的監(jiān)督自治模式。在這方面,STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展,以滿足用于數(shù)據(jù)建模的優(yōu)化。(e)連續(xù)加工過(guò)程的監(jiān)控和優(yōu)化。加工過(guò)程涉及刀具工件議案,加工參數(shù)和機(jī)床功能之間復(fù)雜的相互作用。連續(xù)監(jiān)測(cè)這些活動(dòng)的一種重要方法是跟蹤加工中出現(xiàn)的任何異常。處理后的數(shù)據(jù)可以被饋送到用于自適應(yīng)控制算法。3開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)架構(gòu),是支持一個(gè)智能的,可互操作的,知識(shí)性和創(chuàng)新的制造平臺(tái)。在加工領(lǐng)域,它被廣泛地視為過(guò)載的主軸,切削力過(guò)大,刀具磨損等方面的限制可能導(dǎo)致的重大問(wèn)題,如刀具破損,產(chǎn)品質(zhì)量惡化,甚至更糟糕的機(jī)器故障。因此,連續(xù)監(jiān)測(cè)機(jī)器的行為,實(shí)時(shí)優(yōu)化和系統(tǒng)保留的加工知識(shí)進(jìn)行了整合,從而引發(fā)全面的架構(gòu)稱為 STEP-NC 的啟用 MCM 框架(如圖 3-1)。如圖 3-1 STEP-NC 使 MCM 系統(tǒng)架構(gòu)該系統(tǒng)支持三個(gè)層次的信息流:高層次的數(shù)據(jù),工藝規(guī)劃,用于控制機(jī)器的動(dòng)作和知識(shí)數(shù)據(jù)評(píng)估,1為后續(xù)加工操作的機(jī)器控制數(shù)據(jù)。這些信息流發(fā)生在三個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng):optiSTEP-NC 子系統(tǒng),AECopt控制器和以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)估子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)是在下面的章節(jié)中討論。3.1 opttiSTEP-NCoptiSTEP-NC 以執(zhí)行初始的進(jìn)給率優(yōu)化為目的,協(xié)助工藝人員,生產(chǎn) NC 零件程序,分配適當(dāng)?shù)募庸?shù)。它是于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn),最小加工時(shí)間和最佳的表面質(zhì)量。有四個(gè)參與開(kāi)發(fā) optiSTEP-NC 的任務(wù)。3.1.1 流程規(guī)劃工藝規(guī)劃的目的是豐富加工功能,AP-224 與必要的語(yǔ)言信息,形成由 ISO14649 中定義的實(shí)體代表。這種實(shí)體是那些含有額外的加工參數(shù)的通用信息,切削刀具和工作計(jì)劃。此外,可以使用附加信息,如材料性質(zhì)和表面狀況的要求,以支持所需的最終部分??捎玫男畔⒃诖烁袷较聦⒈3制渫ㄓ眯?,直到此刻 CAM 系統(tǒng)時(shí),填充的過(guò)程中計(jì)劃與本地制造業(yè)信息化,以產(chǎn)生一個(gè)特定的或本地進(jìn)程計(jì)劃。3.1.2 的離線優(yōu)化器發(fā)展優(yōu)化模塊是負(fù)責(zé)優(yōu)化加工參數(shù),模擬特定的加工功能,這是有關(guān)的信息的基礎(chǔ)上在此模塊中的機(jī)床能力等,獲得切削力切削功率計(jì)算尤其是進(jìn)給速率是獲得適當(dāng)?shù)那邢鬟M(jìn)給速率,主軸轉(zhuǎn)速和切削深度等參數(shù)。此模塊也可以使用從 KBE 切削力信息來(lái)計(jì)算加工參數(shù)。時(shí)效性的(TC)和品質(zhì)的關(guān)鍵(QC)的優(yōu)化算法已被開(kāi)發(fā),對(duì)應(yīng)于最小加工時(shí)間和最佳的表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),分別。 TC 加工業(yè)務(wù)往往是粗加工的目的,從而增加材料去除率是主要制約因素切削功率的主要目標(biāo)之一。另一方面,QC 加工操作通常用于精加工表面質(zhì)量的目的是主要關(guān)注的問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)的優(yōu)化算法,利用模糊邏輯處理不精確的數(shù)據(jù)。輸出實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵時(shí)間或質(zhì)量的關(guān)鍵目標(biāo)是優(yōu)化加工參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果的列在一個(gè)圖形用戶界面。該模擬器開(kāi)發(fā)使用 LabWindows / CVI 的虛擬儀器(C)軟件根據(jù)國(guó)家儀器(圖 3-2)。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能和算法,在測(cè)試情況下進(jìn)行顯示加工參數(shù)的行為。為了模擬在實(shí)際的情況下,切削力波動(dòng),目標(biāo)范圍內(nèi)的隨機(jī)噪聲添加到理論的切削力也已開(kāi)發(fā)的表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型。很顯然,從實(shí)際加工的切斷力獲得的值也可以被使用作為輸入到仿真器。這可以通過(guò)在加工過(guò)程中切削力的實(shí)際值,以驗(yàn)證。參數(shù)方程納入發(fā)展 optiSTEP-NC。圖 3-2 optiSTEP-NC 模擬器該接口具有四個(gè)窗格和繪圖區(qū)。輸入的數(shù)據(jù)窗格中包含的信息,如不同類型的銑削操作,工件和刀具材料的屬性,機(jī)械效率和芯片負(fù)載。用戶有選項(xiàng)來(lái)設(shè)置這些數(shù)據(jù)所需的值。為了計(jì)算信息,如允許在切割深度的基礎(chǔ)上對(duì)加工能力和主機(jī)的電源功率和切割力預(yù)先設(shè)定。機(jī)床數(shù)據(jù)窗格中顯示有關(guān)機(jī)2床的功能,比如機(jī)床的電機(jī)功率和最大切削深度的信息。該窗格還提供了兩個(gè)開(kāi)關(guān),開(kāi)/關(guān)和 TC/ QC。例如 TC 屬性“窗格中顯示預(yù)測(cè)功耗,切削力預(yù)測(cè),目前的每齒進(jìn)給,進(jìn)給速率和材料去除率。它還包括功率限制的警告,指示安全限制和超出限度的功耗。圖 3-2 所示的進(jìn)給速率,切削力和材料去除率,這是通過(guò)計(jì)算輸入的機(jī)械效率,不同類型的銑削過(guò)程中,刀具材料,工件材料,刀具幾何形狀,每齒的最大進(jìn)給深度切割機(jī)動(dòng)力都不同。根據(jù)切削力變化,從計(jì)算的結(jié)果給出了一個(gè)優(yōu)化的進(jìn)給速率。例如,如果計(jì)算出的切削功率大于機(jī)器的電源,進(jìn)料將計(jì)算出的切削功率降低,直到達(dá)到允許值,即,小于機(jī)器的電源。這樣做,可避免過(guò)大的切削力。3.1.3 發(fā)展翻譯該解釋器(在圖 3-3 中所示)將 STEP-NC 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成加工命令。 STEP-NC 數(shù)據(jù)定義的部件 10,11 和 111 的 ISO14649,以及新開(kāi)發(fā)的優(yōu)化數(shù)據(jù)模型。這種新開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為 STEP-NC 的數(shù)據(jù)和實(shí)際加工的優(yōu)化過(guò)程之間的接口。以前的解釋是能夠翻譯基本銑削功能。因此,額外的功能是需要處理的機(jī)器執(zhí)行的優(yōu)化數(shù)據(jù)。圖 3-3 ISO14649 解釋該解釋主要有三個(gè)數(shù)據(jù)功能:輸入文件,工具的文件名和錯(cuò)誤文件。一旦開(kāi)始處理一個(gè) STEP 文件,面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成一組加工特性和工步在典型加工指令(CMC)的形式執(zhí)行。此 CMC 輸出得到了進(jìn)一步的增強(qiáng),允許在加工過(guò)程中進(jìn)行流程優(yōu)化。3.1.4 刀具路徑執(zhí)行加工的解釋CMC 碼的一組執(zhí)行由 CNC 控制器名為 AECopt 的。以這種方式,集成過(guò)程中的籌辦,優(yōu)化策略和機(jī)床能力之間的鏈路。3.2 AECoptt機(jī)床控制器已重新設(shè)計(jì),可支持流程優(yōu)化,持續(xù)監(jiān)測(cè)和控制。這項(xiàng)研究演示了如何利用 CMC 啟用自適應(yīng)執(zhí)行 STEP-NC 的數(shù)據(jù),這被稱為 AECopt。 AECopt 本質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)放和自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng),提供了三個(gè)功能:(一)通過(guò) MCM 了解機(jī)床的行為和能力,(二)優(yōu)化機(jī)器參數(shù)的自適應(yīng)控制(三)CMC 一部分的程序執(zhí)行,即模糊推理系統(tǒng)(FIS)的開(kāi)發(fā)和集成 CMC 零件程序。圖 3-4 示出的進(jìn)給速率的優(yōu)化過(guò)程中的數(shù)據(jù)流。一個(gè)最佳的進(jìn)給速率被定義為一個(gè)進(jìn)給速率的加工時(shí)間很短的一段不超過(guò)銑床的額定最大功率,并不會(huì)導(dǎo)致多余的振動(dòng)。通常情況下,每臺(tái)機(jī)器工具都有其自己的最大額定功率。這可以被用來(lái)作為基準(zhǔn)設(shè)定的機(jī)床能力的限制??紤]機(jī)床的額定功率,工作切削功率保持在低于主電機(jī)功率,以保持加工操作過(guò)程中的安全區(qū)。以這種方式,如主軸過(guò)載,過(guò)多的切削力,顫振,刀具磨損,產(chǎn)品質(zhì)量的惡化,并連機(jī)刀具破損的問(wèn)題是可以避免的。3圖 3-4 基于模糊邏輯的進(jìn)給速率優(yōu)化算法為獲得最佳的進(jìn)給速率,參考切削功率(NREF)被設(shè)置為一個(gè)值的正下方的最大功率(Nmax 時(shí)),考慮參考切削功率的電源,可能過(guò)沖。優(yōu)化過(guò)程的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下,使用圖中的相應(yīng)編號(hào) 4。在粗加工過(guò)程開(kāi)始于一個(gè)最大切削深度。開(kāi)始進(jìn)給率是從先前計(jì)算的數(shù)據(jù)得到。該值被分配至 SET_FEED_RATE的命令。其目的是實(shí)現(xiàn)縮短加工時(shí)間。在加工過(guò)程中,刀具可能需要直線或圓弧插補(bǔ)。這是使用STRAIGHT_FEED,ARC_FEED 和 ELLIPSE_FEED 的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。切削力傳感器檢測(cè)的基礎(chǔ)上計(jì)算切削功率的切削力。使用電機(jī)功率為參照,切削功率誤差(ENC)和切削功率變化(CNC)。在數(shù)學(xué)上,這兩個(gè)錯(cuò)誤表示為:EN c(i) = N cref N cn (i) (3-1)CN (i) = Ncn(i) Ncn(i 1)(3-2)opt 1/ 2這兩個(gè)錯(cuò)誤作為模糊控制的輸入。模糊推理系統(tǒng)由一個(gè)基本的輸入模糊化,模糊推理引擎,模糊規(guī)則庫(kù),隸屬函數(shù)和模糊化??刂菩盘?hào)是進(jìn)給速率。模糊規(guī)則是用于優(yōu)化分配給軸致動(dòng)器的進(jìn)給速率。對(duì)于粗加工操作,進(jìn)給率優(yōu)化表達(dá)式(3-3)和(3-4)。f s1 = Maxf z ( f 8rRa ) ,amax x(t ) (3-3)toptsi= M intm( foptsi4, amax, dsi)(3-4)1/ 2在精加工操作的情況下,進(jìn)給速率優(yōu)化式表示(3-5)。在這種情況下,系統(tǒng)切換到正常的 CMC。fs 2 = Minfz ( f (8rt Ra ) , amin ) (3-5)實(shí)現(xiàn)此算法是為每一個(gè)工具沿 X,Y 和 Z 軸的移動(dòng)。本程序適用于機(jī)器的所有功能包含進(jìn)給命令,如 ARC_FEED 和 ELLIPSE_FEED 的。這樣的結(jié)果與優(yōu)化的進(jìn)給速率變化的平穩(wěn)過(guò)渡,這是不可能的基于 G 代碼執(zhí)行刀具運(yùn)動(dòng)。結(jié)束操作中,進(jìn)給速率進(jìn)行了優(yōu)化,以達(dá)到所要求的表面質(zhì)量。該程序利用數(shù)據(jù)采集卡的電壓的輸入和輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成的值是由計(jì)算機(jī)可解釋的,反之亦然。美國(guó)國(guó)家儀器公司計(jì)算機(jī)( PXI-1031)作為它的機(jī)載數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡,可用的軟件開(kāi)發(fā)的LabWindows / CVI9.0 編程環(huán)境,如。 LabWindows / CVI 的數(shù)據(jù)采集庫(kù),其中包含閱讀和發(fā)送信號(hào)的功能。機(jī)床采用的是 2010 年 Sherline 數(shù)控銑床。示于圖 3-5 的 AECopt 控制器系統(tǒng)的接口。圖 3-5 AECopt 控制器 GUI該接口提供了兩種類型的控件:手動(dòng)(自動(dòng))控制。手動(dòng)功能提供 X,Y,Z 軸進(jìn)給倍率,速度倍率為順時(shí)針(CW)和逆時(shí)針(CCW)旋轉(zhuǎn)。控制功能提供負(fù)載,運(yùn)行和線路的運(yùn)行選項(xiàng)。 LOAD選項(xiàng)加載一個(gè) CMC 的程序已經(jīng)從 STEP-NC 的文件解釋。 “運(yùn)行”選項(xiàng),執(zhí)行系統(tǒng)的文件,命令行顯示。最后,線路運(yùn)行提供了一個(gè)選項(xiàng),用于顯示由用戶選擇的特定命令的 CMC 的輸出。利用視覺(jué)顯示一組由兩個(gè)控制功能。 START/ STOP 按鈕是用來(lái)執(zhí)行 optiCMCs 和系統(tǒng)分別為。 START(開(kāi)始)“選項(xiàng)也可以用來(lái)開(kāi)始獲取由切削力的數(shù)據(jù),這是用來(lái)作為 optiCMC 輸入。在同一時(shí)間,一個(gè)加速度傳感5器的信號(hào)被收購(gòu)為脫機(jī)數(shù)據(jù)分析。3.3 以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)提供基于機(jī)器狀況的優(yōu)化和更新的參數(shù),效率和生產(chǎn)力的加工性能是關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一是賦予整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程控制器與智能知識(shí)。這是通過(guò)知識(shí)評(píng)價(jià)系統(tǒng),車(chē)間更新的數(shù)據(jù)信息記錄和評(píng)估??梢宰龅酵ㄟ^(guò)直接記錄或網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議,如 MTConnect 記錄。在加工過(guò)程中直接錄制的方法是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)節(jié)電方法。網(wǎng)絡(luò)記錄需要一個(gè)開(kāi)放的架構(gòu),網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在記錄過(guò)程中,可包括如實(shí)際的進(jìn)給速率,加速度,加加速度,加工時(shí)間,實(shí)際的切割力和振動(dòng),然后再評(píng)估,以確保不超過(guò)允許的切削功率的機(jī)床的加工參數(shù)。此信息被用于更新 STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中的最后一個(gè)動(dòng)作就是以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)估記錄實(shí)際的進(jìn)給速率。然后,所記錄的信息,以對(duì)更新的機(jī)器狀態(tài)與最新特性 STEP 文件進(jìn)行評(píng)估。因此,加工參數(shù)的調(diào)整,可以在稍后的時(shí)間進(jìn)行。3.3.1 MTConneectMTConnect STEP-NC 的集 成使一 個(gè)可 互操作 的方 法在不 同的 地點(diǎn)訪 問(wèn)和 處理加 工數(shù) 據(jù)。MTConnect 是一個(gè)開(kāi)放的協(xié)議和基于 XML 的標(biāo)準(zhǔn)更高水平的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合,它可以作為一個(gè)推動(dòng)者。它的體系結(jié)構(gòu)可以很容易地部署和加裝到現(xiàn)有的機(jī)器,因此各種類型的加工環(huán)境中提供靈活性和便攜性的功能。MTConnect 有四個(gè)組成部分:設(shè)備,適配器,代理和客戶端。他們共同作為骨干通信標(biāo)準(zhǔn)。該裝置被稱為是負(fù)責(zé)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的組件,如控制器,傳感器和機(jī)床。這些數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集的適配器。適配器是負(fù)責(zé)通信和流媒體的代理。設(shè)備的應(yīng)用程序編程接口(API)與該適配器將溝通作為數(shù)據(jù)采集過(guò)程。代理,然后接受數(shù)據(jù)請(qǐng)求從客戶端應(yīng)用程序,然后返回 XML 格式的數(shù)據(jù)。然后,客戶端可以從文檔中提取數(shù)據(jù),并顯示給用戶。這些數(shù)據(jù)可用于更有意義的輸出,通過(guò)機(jī)床的當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)估。3.3.2 數(shù)據(jù)采集和分析由于 STEP-NC 提供了豐富的數(shù)據(jù)建模方法用于描述加工數(shù)據(jù),相比與傳統(tǒng)的 NC 代碼結(jié)構(gòu),因此可以被保存加工知道如何根據(jù) STEP-NC 數(shù)控系統(tǒng)的整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。 STEP-NC 是一個(gè)高層次的數(shù)據(jù)模型和它的執(zhí)行也需要更具體的加工數(shù)據(jù)。KBE 系統(tǒng)負(fù)責(zé)三項(xiàng)任務(wù):數(shù)據(jù)記錄,可視化和評(píng)估。首先,數(shù)據(jù)流式傳輸,通過(guò) MTConnect 被記錄在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中,可以在不同的地點(diǎn)訪問(wèn)。動(dòng)態(tài)記錄的加工參數(shù),包括實(shí)際進(jìn)給速度,加速度,挺舉,切削功率和最大振幅。其次,該系統(tǒng)提供了一個(gè)用戶界面,用于可視化的目的。該接口由一個(gè)樹(shù)形視圖,表和圖形表示所收購(gòu)的動(dòng)態(tài)加工參數(shù)。在圖 3-6 所示的用戶界面的快照。第三,加工參數(shù)進(jìn)行評(píng)估,其目的獲得另一組隨后的機(jī)械加工操作的最佳參數(shù)。這些措施包括:(a)實(shí)際切削功率值來(lái)計(jì)算最佳的進(jìn)給速率,(b)加速度和加加速度值進(jìn)行評(píng)估,以獲得平滑的運(yùn)動(dòng),(c)分析得出通過(guò)觀察振動(dòng)信號(hào)短時(shí)傅立葉變換(STFT),在切割過(guò)程中,以避免過(guò)多的數(shù)落。6圖 3-6 KBE 系統(tǒng)的接口所有這些評(píng)價(jià)參數(shù),幫助提供適當(dāng)?shù)陌踩庸げ僮鞯倪M(jìn)給速率。這些進(jìn)給速率,然后分配更新STEP-NC 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 STEP-NC 文件。以這種方式,可以利用的知識(shí),在執(zhí)行卓越的加工操作。3.3.3 數(shù)據(jù)評(píng)估數(shù)據(jù)流通過(guò)連續(xù)記錄到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) MTConnect。所記錄的數(shù)據(jù)的一部分示于表 1。在表中可以看出,對(duì)于每一個(gè)時(shí)間增加,可以觀察到的機(jī)器行為的變化。清晰可見(jiàn)的是逐步改變進(jìn)給速率為每一個(gè)時(shí)間增量。這些進(jìn)給速率的動(dòng)態(tài)行為,可取得進(jìn)一步分化加速性能。在加工過(guò)程中,機(jī)械元件的振動(dòng)的激發(fā)可能導(dǎo)致過(guò)度增加加速度,這可能會(huì)導(dǎo)致加速刀具的磨損,提高加工噪聲和大的輪廓加工誤差。因此,急動(dòng)度可以作為一個(gè)指標(biāo)為光滑的加工操作標(biāo)準(zhǔn)。表 1 中 記錄數(shù)據(jù)通過(guò) MTConnect7T 時(shí)間(s)。CP-切割功率(千瓦)、FR-進(jìn)給率(毫米/分鐘)、A-的加速度(mm/sec2)、J-急動(dòng)度(mm/sec3)MVA 最大振動(dòng)幅度(1000-1)。從時(shí)域的數(shù)據(jù)需要被記錄,另外,由于大量的時(shí)域數(shù)據(jù)(在 10,000 Hz 的采樣速率),時(shí)域振動(dòng)信號(hào)處理使用 STFT 技術(shù)的。圖 3-7 是從所記錄的數(shù)據(jù)的一部分的時(shí)間間隔 8 秒的短時(shí)傅立葉變換得到的視圖的一個(gè)例子。短時(shí)傅立葉變換,可以執(zhí)行頻率的變化隨時(shí)間的持續(xù)時(shí)間。從這種變化中,可以發(fā)現(xiàn),任何重大的喋喋不休,這將決定在那個(gè)時(shí)候進(jìn)給速率值。例如,大量發(fā)生的在喋喋不休頻率為185.5 赫茲振幅在 3.8 s。所記錄的數(shù)據(jù)表明,該控制器產(chǎn)生的進(jìn)料速率為 127 毫米/分鐘,約 3.8 s 的加工。其結(jié)果是,進(jìn)給速率為 127mm/分鐘,可確認(rèn)為過(guò)速的機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)。應(yīng)避免在后續(xù)加工操作更新的 STEP 文件。這種實(shí)時(shí)的進(jìn)給速率值可以控制,使其不超過(guò)允許的顫振頻率的振幅的值,通過(guò)設(shè)置在調(diào)諧系統(tǒng)中的進(jìn)給速率的上限。因此,改進(jìn)的進(jìn)給速率可以被分配到控制器。圖 3-7 STFT 代表性的振動(dòng)分析4結(jié)論使用 STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型,根據(jù)相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合并為各種應(yīng)用提供了一個(gè)有前途的平臺(tái)。它帶來(lái)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),如幾何尺寸,公差和材料到加工操作過(guò)程的控制和監(jiān)測(cè),成為一個(gè)強(qiáng)大的控制機(jī)制。出于這樣做的好處,新開(kāi)發(fā)的架構(gòu)優(yōu)化的目的是擴(kuò)充現(xiàn)有的 STEP-NC 的數(shù)據(jù)模型。為一體的綜合環(huán)境中,高層次的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)行使優(yōu)化加工流程是必要的。開(kāi)發(fā)的 Express 數(shù)據(jù)模型提供了必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工優(yōu)化。STEP-NC 的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成。第一個(gè)子系統(tǒng), optiSTEP-NC,是負(fù)責(zé)早期階段優(yōu)化。目的是為了協(xié)助過(guò)程規(guī)劃者產(chǎn)生最佳的加工參數(shù)為 STEP-NC 的文件。這是兩種不同的情況:(一)最大限度地提高進(jìn)給率和切削深度的關(guān)鍵加工(例如,粗加工工序)及(二)最大化的加工質(zhì)量,質(zhì)量的關(guān)鍵加工操作(例如,精加工業(yè)務(wù))。模擬器已經(jīng)開(kāi)發(fā)的最優(yōu)化算法,實(shí)時(shí)的過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)算法來(lái)驗(yàn)證。8第二子系統(tǒng):一種自適應(yīng)的進(jìn)給速率優(yōu)化(AECopt)控制器 CMC 程序執(zhí)行第 2 副系統(tǒng)的框架??刂破髟试S一個(gè)模糊的進(jìn)給率優(yōu)化模塊規(guī)范的機(jī)器要執(zhí)行的命令??棺h的 NC 程序執(zhí)行的主要特點(diǎn)是機(jī)床工具的能力范圍內(nèi)保持恒定的負(fù)載能力進(jìn)行自適應(yīng)進(jìn)給率優(yōu)化。此外,還可以幫助優(yōu)化算法減少喋喋不休幅度。因此,過(guò)多的顫振的發(fā)生是可以避免的。這保證了一個(gè)更健康的加工操作環(huán)境。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)建議的進(jìn)給速率優(yōu)化模塊的有效性。第三子系統(tǒng)(被稱為以知識(shí)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)體系)的開(kāi)發(fā)。內(nèi)容準(zhǔn)確詳實(shí),更新加工訣竅是用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化加工操作。通過(guò)有效地監(jiān)測(cè)和記錄加工過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的 STEP-NC 和 MTConnect 訣竅可以應(yīng)用在任何時(shí)間點(diǎn),一個(gè)完整的加工利用。 KBE 系統(tǒng)展示了寶貴的加工訣竅有助于確定最佳的進(jìn)給速率,以便可避免顫振的發(fā)作。該系統(tǒng)還可以記錄的加工參數(shù),如切割功率,加速度,加加速度和最大振動(dòng)振幅的努力,以獲得最佳的機(jī)械加工性能,進(jìn)一步評(píng)估這些數(shù)據(jù)??傮w而言,需要機(jī)械師 NC 代碼來(lái)操作和調(diào)整的最小化。工程師制定有效的流程計(jì)劃所花費(fèi)的時(shí)間減少,最終的決策由高層經(jīng)理甚至可以遠(yuǎn)程決策。參考文獻(xiàn)1 Elbestawi MA, Dumitrescu M, E-G NG. 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