數(shù)字化精密制造工程應(yīng)用 課件 項(xiàng)目1 機(jī)床性能測試件-無縫配模測試件

《數(shù)字化精密制造工程應(yīng)用》，本書緊密對接制造業(yè)的高端化、智能化、綠色化發(fā)展趨勢，全面講授數(shù)字化精密制造技術(shù)及其在SurfMill軟件端的應(yīng)用，內(nèi)容包括產(chǎn)品構(gòu)型、工藝路線制定、加工、在線測量等過程中的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。項(xiàng)目1機(jī)床性能測試件-無縫配模測試件項(xiàng)目概述工藝分析編程仿真上機(jī)加工章節(jié)目錄1.1項(xiàng)目背景介紹1.2工藝分析與編程仿真1.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工1.4項(xiàng)目小結(jié)1.1項(xiàng)目背景介紹1.1.1

機(jī)床能力測試件概述1.

機(jī)床能力測試件介紹我國機(jī)床產(chǎn)品在整個(gè)行業(yè)中處在低端，在全球范圍內(nèi)鮮有敵手。在中高端產(chǎn)品方面，產(chǎn)品性能和客戶認(rèn)可度上相較國外產(chǎn)品整體上有很大的差距，特別在高端機(jī)床方面，已成為我們的卡脖子項(xiàng)目。較為欣慰的是，隨著國家出臺(tái)了一系列的激勵(lì)政策，已出現(xiàn)數(shù)家民族企業(yè)在部分產(chǎn)品上取得相應(yīng)突破。同時(shí)，為了驗(yàn)證復(fù)雜精密的數(shù)控機(jī)床的精度、穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能，優(yōu)質(zhì)的機(jī)床生產(chǎn)廠家、機(jī)床再制造廠家開始設(shè)計(jì)機(jī)床能力測試件，例如北京精雕設(shè)計(jì)的無縫配模測試件、鏡面測試件、螺旋配模測試件等，航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司發(fā)明的S形自由曲面試件等，這些測試件能夠集中反映設(shè)備性能，同時(shí)也要求加工這些測試件的人員具備較高的職業(yè)技術(shù)技能和良好的職業(yè)素養(yǎng)。2.機(jī)床能力測試件特點(diǎn)（1）機(jī)床能力測試件質(zhì)量要求高。（2）機(jī)床能力測試件材料多種多樣。（3）機(jī)床能力測試件多項(xiàng)挑戰(zhàn)金屬切削極限。（4）機(jī)床能力測試件多要求高效率。（5）機(jī)床能力測試件可能是單件也可能是配合件。1.1項(xiàng)目背景介紹3.機(jī)床能力測試件發(fā)展機(jī)床工業(yè)是一個(gè)國家制造業(yè)水平和技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)保障，其設(shè)計(jì)和制造水平是衡量一個(gè)國家制造能力的重要標(biāo)志，同時(shí)也是一個(gè)國家國防工業(yè)的重要保證之一。進(jìn)入21世紀(jì)，我國通過大量引進(jìn)國外高端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了制造業(yè)水平的快速提升，相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)能力大幅增強(qiáng)，并已達(dá)到相當(dāng)高的水平。隨著我國從制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)，無論對進(jìn)口設(shè)備還是國產(chǎn)設(shè)備的要求都在不斷增強(qiáng)，所以其在不同機(jī)床再制造企業(yè)所設(shè)計(jì)的機(jī)床能力測試件要求也越來越高，無論是結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度還是精度要求，抑或是效率方面。特別隨著數(shù)字化制造技術(shù)、智能制造技術(shù)的推廣和普及，近些年的機(jī)床能力測試件已不斷挑戰(zhàn)金切極限。以北京精雕所采用的鏡面測試件為例，經(jīng)過五軸加工后其表面粗糙度可達(dá)5納米，刷新了人們對銑削加工所能達(dá)到的表面粗糙度的認(rèn)知。綜上，機(jī)床能力測試件在朝著更復(fù)雜、更專業(yè)、更極限的方向發(fā)展，而且技術(shù)人員能夠做出極高要求的機(jī)床能力測試件，也是其自身技術(shù)技能水平的一種檢驗(yàn)和展示。1.1項(xiàng)目背景介紹1.1.2無縫配模測試件簡介無縫配模測試件主要用于檢測機(jī)床的綜合性能，包括機(jī)床的精度、加工效率、先進(jìn)制造技術(shù)的集成程度、設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性等，其由凹件和凸件兩部分組成，凹件和凸件均由復(fù)雜的30余組曲面構(gòu)成，上下件配合在一起后可以達(dá)到肉眼看不見配合縫隙的地步，目前是北京精雕全閉環(huán)三軸機(jī)床的出廠測試件。如圖1-1-1、1-1-2所示。章節(jié)目錄1.1項(xiàng)目背景介紹1.2工藝分析與編程仿真1.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工1.4項(xiàng)目小結(jié)1.2工藝分析與編程仿真1.2.1產(chǎn)品分析1.特征分析工件尺寸信息，如表1-2-1所示。2.毛坯分析工件毛坯硬度為HRC52，外形是等邊直角三角形，尺寸是48mm×48mm×35mm，且外形尺寸已經(jīng)加工到位，不需要再加工，毛坯曲面余量0.08mm。毛坯背面有3個(gè)吊裝螺紋孔，如圖1-2-2所示。3.材料分析經(jīng)淬火后的S136模具鋼，材料硬度達(dá)到了HRC52。1.2工藝分析與編程仿真4.加工要求分析（1）尺寸要求：零件上的關(guān)鍵特征位的尺寸必須做到5μm以內(nèi)，以下為擬定的各曲面加工余量要求，如圖1-2-3、表1-2-2所示。（2）表面粗糙度要求：Ra0.15以內(nèi)。5.加工難點(diǎn)分析（1）產(chǎn)品精度要求高。（2）材料硬度高，要嚴(yán)格控制刀具的磨損。1.2工藝分析與編程仿真1.2.2確定加工方案1.選擇加工方式無縫配模的凸件和凹件均無負(fù)角面，且毛坯已完成開粗處理，工序較為單一，無需進(jìn)行多工序翻夾位加工，所以此工序選擇三軸加工即可。工件的外形已經(jīng)加工到位，以外形為基準(zhǔn)定位，采用吊裝的形式裝夾。工件的切削量比較小，選用零點(diǎn)快換可以快速切換工件，降低機(jī)床空置時(shí)間，如圖1-2-4所示。2.選擇裝夾方式3.選擇加工設(shè)備選擇HGT600T（P15SHA）型號的機(jī)床。4.選擇關(guān)鍵刀具（1）確定刀具類型1）凹件中間圓面下圓角面曲率，R角為R2.3mm，選擇R3的球頭刀精加工，R2球頭刀具清根加工。2）凸件圓錐面下圓角面曲率，R角為R2.3mm，與凹件選擇相同。1.2工藝分析與編程仿真（2）選擇刀具為減少加工過程中刀具的磨損以及管控切削余量誤差，刀具選擇至關(guān)重要，要對刀具的品牌、耐磨性、尺寸輪廓精度、刃數(shù)、性價(jià)比等方面進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的刀具進(jìn)行加工。1）因加工的材料是HRC52淬火鋼，刀具易磨損，所以需要選擇耐磨性比較好的涂層。2）在微米級精度要求的加工中，刀具尺寸輪廓精度對加工的影響很大，要求半精加工使用的刀具輪廓度小于5μm，精加工使用的刀具輪廓度小于4μm。5.工步規(guī)劃結(jié)合本文中的工件加工要求和工藝方案，參考多圓角互配工件的切削參數(shù)，擬定了各工步刀具規(guī)劃和切削參數(shù)推薦表，如表1-2-3所示。1.2工藝分析與編程仿真1.管控刀具的磨損（1）刀具磨損帶來的問題（2）選擇耐磨的刀具（3）管控刀具跳動(dòng)，減少刀具磨損（4）在機(jī)檢測工步間切削余量誤差2.管控球頭刀具尺寸及輪廓精度誤差在本案例中加工圓錐面時(shí)，如果使用R3的球頭刀實(shí)際半徑為R2.997mm。使用名義半徑R3編程，那么凹、凸件圓錐面加工后的余量為+3μm，這時(shí)配合后圓錐面不能完全貼合下去，導(dǎo)致平坦面位置的間隙可達(dá)0.054mm，如圖1-2-9所示。1.2.3確定管控方案針對以上問題，可以將刀具的實(shí)際輪廓數(shù)據(jù)通過編程軟件和數(shù)控系統(tǒng)中的刀具3D圓角補(bǔ)償功能進(jìn)行微量補(bǔ)償加工，保證工件的加工精度，如圖1-2-10所示。1.2工藝分析與編程仿真3.管控加工過程中讓刀問題在加工圓錐面時(shí)選用的刀具為R2球頭刀，長徑比為4:1，由于圓錐面拔模角度為87°，徑向切削力過大，易產(chǎn)生讓刀，讓刀后直接影響加工精度，如圖1-2-11所示。4.管控加工過程中的主軸熱伸長當(dāng)主軸暖機(jī)不充分直接會(huì)導(dǎo)致加工工件過切或者欠切，主軸冷機(jī)后或者停轉(zhuǎn)后的預(yù)熱時(shí)間就需要明確，推薦一組JDHGT600_A13S機(jī)床不同轉(zhuǎn)速的伸長量穩(wěn)定時(shí)間表，如表1-2-4所示。1.2工藝分析與編程仿真5.采用的關(guān)鍵技術(shù)（1）機(jī)床外部環(huán)境溫度管控技術(shù)機(jī)床狀態(tài)穩(wěn)定后，外部環(huán)境溫度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)床內(nèi)部溫度也隨之波動(dòng)，原點(diǎn)X、Y也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生漂移。在24h內(nèi)機(jī)床外部溫度波動(dòng)大于3℃和小于1.5℃時(shí)，原點(diǎn)隨外部溫度波動(dòng)有所不同，如表1-2-5、表1-2-6所示。（2）主軸轉(zhuǎn)速管控技術(shù)機(jī)床主軸進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱量，不同的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的熱量不同主軸的熱伸長也不同，圖1-2-12，表1-2-8所示。1.2工藝分析與編程仿真結(jié)合上文的工藝規(guī)劃過程，制定《加工工序過程卡》，用于加工方案實(shí)施中參數(shù)設(shè)置，如表1-2-9所示。（3）在機(jī)檢測（4）工步設(shè)計(jì)與虛擬加工技術(shù)1.2工藝分析與編程仿真1.虛擬加工環(huán)境搭建（1）導(dǎo)入數(shù)字模型導(dǎo)入工件、夾具模型，文件格式*.iges，在世界坐標(biāo)系下（世界坐標(biāo)系是Surfmill軟件中的基本坐標(biāo)系，在沒有建立用戶坐標(biāo)系之前畫面上所有點(diǎn)的坐標(biāo)都是以該坐標(biāo)系的原點(diǎn)來確定各自的位置的），工件、夾具模型“圖形聚中”，工件X/Y軸方向“中心聚中”，Z軸方向“頂部聚中”，如圖1-2-13工件圖形居中，工件與夾具安裝所示。1.2.4數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與編程（2）設(shè)置數(shù)字機(jī)床根據(jù)既定工藝方案選用機(jī)床類型、ENG設(shè)置擴(kuò)展、測量設(shè)置，如圖1-2-14與圖1-2-15所示。其中在“測量設(shè)置”中勾選“機(jī)床實(shí)時(shí)顯示測量點(diǎn)”后，可以在機(jī)床端將測量點(diǎn)數(shù)據(jù)以云圖的形式展示給操作人員，方便分析測量數(shù)據(jù)。1.2工藝分析與編程仿真（3）設(shè)置數(shù)字幾何體根據(jù)工件、毛坯、夾具實(shí)際情況，設(shè)置幾何體，如圖1-2-16幾何體設(shè)置。（4）刀具表設(shè)置根據(jù)《加工工序過程卡》和刀柄規(guī)劃中的參數(shù)信息，設(shè)置刀具參數(shù)、加工參數(shù)、刀柄參數(shù)。（5）設(shè)置幾何體安裝在“項(xiàng)目設(shè)置”中選擇“幾何體安裝”，點(diǎn)擊“自動(dòng)擺放”，“安裝位置”中選擇“幾何體定位坐標(biāo)系”，“加工坐標(biāo)系”選擇“G54”，點(diǎn)擊確定，如圖1-2-17幾何體安裝設(shè)置。1.2工藝分析與編程仿真2.編寫數(shù)字化精密加工程序（1）編寫工件坐標(biāo)系原點(diǎn)測量補(bǔ)償路徑實(shí)際加工中，裝夾后的工件需要進(jìn)行位置找正，采用人工打表分中的方式耗時(shí)耗力。而使用Surfmill軟件中的測量補(bǔ)償功能（即中心角度找正功能）通過探測工件面，計(jì)算工件原點(diǎn)偏移和角度偏差，自動(dòng)補(bǔ)償工件坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確找正工件位置，保證工件特征的準(zhǔn)確加工。上文裝夾方案中提到工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)X、Y通過工件兩個(gè)直角邊基準(zhǔn)面確定，原點(diǎn)Z通過工件圓錐面底部基準(zhǔn)面確定，如圖1-2-18工件基準(zhǔn)面。工件基準(zhǔn)面上需要布置探測點(diǎn)，通過這些探測點(diǎn)獲取工件坐標(biāo)系原點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)值為（-24，-24，-14.936），如圖1-2-19所示。1.2工藝分析與編程仿真1）創(chuàng)建探測點(diǎn)在3D環(huán)境下，拾取模型的兩個(gè)直側(cè)壁，單擊功能區(qū)的“曲線”選項(xiàng)卡中“曲面流線”按鈕，生成輔助線。單擊功能區(qū)的“曲線”選項(xiàng)卡中“點(diǎn)”按鈕，通過“等分點(diǎn)”生成X、Y方向輔助點(diǎn)；通過“位置點(diǎn)”生成Z方向輔助點(diǎn)，如圖1-2-20所示。在3D環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“在機(jī)測量”選項(xiàng)卡中的“曲線測量”按鈕，進(jìn)入“曲線測量”導(dǎo)航欄，單擊“拾取曲線”按鈕，在繪圖區(qū)拾取輔助曲線，拾取已存在點(diǎn)（即輔助點(diǎn)），布置XY方向測量點(diǎn)；單擊功能區(qū)的“在機(jī)測量”選項(xiàng)卡中的“位置點(diǎn)測量”按鈕，進(jìn)入“位置點(diǎn)測量”導(dǎo)航欄，拾取已存在點(diǎn)與目標(biāo)曲面，布置Z方向測量點(diǎn)，如圖1-2-21所示。1.2工藝分析與編程仿真2）生成工件坐標(biāo)系原點(diǎn)測量補(bǔ)償路徑工件坐標(biāo)系原點(diǎn)測量補(bǔ)償是通過對工件上探測點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算對工件的角度和位置偏差進(jìn)行補(bǔ)償，對于此工件先以Y方向基準(zhǔn)邊進(jìn)行工件角度補(bǔ)償，即工件位置找正，然后以Y方向基準(zhǔn)邊、X方向基準(zhǔn)邊、Z方向基準(zhǔn)面，進(jìn)行Y、X、Z方向工件坐標(biāo)系原點(diǎn)補(bǔ)償。操作流程如下：①生成角度補(bǔ)償路徑在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“在機(jī)測量”選項(xiàng)卡中的“曲線測量”按鈕，在彈出的“刀具路徑參數(shù)”中單擊“加工域”選中Y方向探測點(diǎn)、輪廓線、保護(hù)面（模型全部曲面），如圖1-2-22所示。根據(jù)實(shí)際情況依次設(shè)置“加工刀具”“安全策略”“測量設(shè)置”選項(xiàng)卡內(nèi)相關(guān)參數(shù)，其中加工刀具選擇[測頭]JD-4.00。在“測量計(jì)算”選項(xiàng)卡下勾選“角度測量”，如圖1-2-23所示。1.2工藝分析與編程仿真在“測量補(bǔ)償參數(shù)”選項(xiàng)卡下設(shè)置“角度測量方式”“參考圖形”“角度測量補(bǔ)償”相關(guān)參數(shù)，如圖1-2-24所示。單擊計(jì)算按鈕，即可生成角度測量補(bǔ)償路徑。在“測量補(bǔ)償參數(shù)”選項(xiàng)卡下設(shè)置“中心測量方式”“參考圖形”“拾取中心點(diǎn)坐標(biāo)”“計(jì)算中心使用邊”，并勾選“自動(dòng)識(shí)別起末點(diǎn)”“中心Y”相關(guān)參數(shù)，如圖1-2-25所示。單擊計(jì)算按鈕，即可生成測量路徑。1.2工藝分析與編程仿真②生成X、Z方向測量補(bǔ)償路徑同角度測量補(bǔ)償路徑生成步驟相同，根據(jù)實(shí)際情況依次設(shè)置“加工域”“加工刀具”“安全策略”“測量設(shè)置”選項(xiàng)卡內(nèi)相關(guān)參數(shù)。在“測量計(jì)算”選項(xiàng)卡下勾選“跟隨測量角度找正”“中心測量”，如圖1-2-26所示。在“測量補(bǔ)償參數(shù)”選項(xiàng)卡下設(shè)置“中心測量方式”“參考圖形”“拾取中心點(diǎn)坐標(biāo)”，并勾選“中心X”“中心Z”相關(guān)參數(shù)，在“拾取中心點(diǎn)坐標(biāo)”中“基準(zhǔn)中心Z”數(shù)值設(shè)置為-14.856（因加工前工件毛坯余量為0.08mm，即毛坯比工件模型的圓錐面底部平面高0.08mm，所以需要在工件坐標(biāo)系原點(diǎn)Z值-14.936的基礎(chǔ)上加上0.08，以保證工件坐標(biāo)系原點(diǎn)Z值不變），如圖1-2-27所示。單擊計(jì)算按鈕，即可生成測量路徑。1.2工藝分析與編程仿真（2）曲面編程曲面特征編程包含自由面、中間圓面、圓錐下圓角、圓錐面、圓角清根編程，為了保證工步間加工余量均勻性和一致性，半精加工和精加工的加工策略是相同的，下文介紹了五組曲面特征的半精加工編程流程，編程人員根據(jù)《加工工序過程卡》設(shè)置各工步余量、路徑間距、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等切削參數(shù)。（3）自由面編程自由面的編程需要提取原始面，以原始面生成路徑，然后初始路徑對路徑進(jìn)行裁剪，操作流程如下：1）繪制輔助面在3D環(huán)境下，選中自由面，單擊功能區(qū)的“曲面”選項(xiàng)卡中“提取原始面”按鈕，生成輔助面1，如圖1-2-28所示。分別選中中間圓面和中間圓面倒角面，單擊功能區(qū)的“曲面”選項(xiàng)卡中“提取原始面”按鈕，生成輔助面2和輔助面3，如圖1-2-29所示。1.2工藝分析與編程仿真2）生成加工路徑因提取的原始曲面是單一曲面，且曲面比較簡單，分析曲面的V向?yàn)閳A周方向，所以采用“曲面流線”的走刀方式，切削方向?yàn)閂向，這樣生成的路徑是螺旋走刀，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡平穩(wěn)，加工的表面效果比較好，容易滿足粗糙度Ra0.15μm的加工要求。操作流程如下：在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“三軸加工”選項(xiàng)卡中的“曲面精加工”按鈕，設(shè)置加工方案、加工域，其中走加工方案中走刀方式采用曲面流線，如圖1-2-30所示。加工域中加工面選擇輔助面1，保護(hù)面選擇輔助面2和輔助面3，如圖1-2-31所示。1.2工藝分析與編程仿真根據(jù)《加工工序過程卡》設(shè)置加工余量、加工刀具、進(jìn)給設(shè)置相關(guān)參數(shù)，其中刀軸方向中刀軸控制方式選擇豎直，如圖1-2-32與圖1-2-33所示。在安全策略中冷卻方式為氣冷冷卻，半徑磨損補(bǔ)償開啟圓角補(bǔ)償，輔助指令中測量補(bǔ)償勾選角度測量，如圖1-2-34所示。其中圓角補(bǔ)償功能可以根據(jù)圓弧刀具不同角度上的半徑進(jìn)行補(bǔ)償加工（見附錄1《3D圓角補(bǔ)償功能介紹》），角度測量補(bǔ)償是調(diào)用上文“角度補(bǔ)償路徑”中數(shù)組數(shù)據(jù)。1.2工藝分析與編程仿真單擊計(jì)算按鈕，即可生成加工路徑，如圖1-2-35所示。在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“路徑編輯”選項(xiàng)卡中的“路徑裁剪”按鈕，設(shè)置裁剪參數(shù)，通過模型斜邊兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行裁剪，其中裁剪模式中的“去掉<坐標(biāo)值路徑”刪除小于剪切面與路徑交線坐標(biāo)的路徑，“去掉>坐標(biāo)值路徑”刪除大于剪切面與路徑交線坐標(biāo)的路徑，如圖1-2-36所示。裁剪完成的路徑，如圖1-2-37所示。1.2工藝分析與編程仿真（4）中間圓面組編程因中間圓面組（含中間圓面倒角面）是一組比較簡單曲面組，不需要再提取原始曲面，分析曲面的V向?yàn)閳A周方向，所以也采用“曲面流線”地走刀方式。操作流程如下：1）選擇加工面與保護(hù)面在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“三軸加工”選項(xiàng)卡中的“曲面精加工”按鈕，設(shè)置加工方案、加工域，其中走加工方案中走刀方式采用曲面流線，加工域中加工面選擇中間圓面組，保護(hù)面選其他全部曲面，如圖1-2-38所示。2）設(shè)置加工余量根據(jù)《加工工序過程卡》設(shè)置加工余量，如圖1-2-39。1.2工藝分析與編程仿真3）生成加工路徑加工刀具、進(jìn)給設(shè)置、安全策略、計(jì)算設(shè)置、輔助指令參數(shù)與自由面參數(shù)相同。單擊計(jì)算按鈕，即可生成加工路徑，如圖1-2-40所示。（5）圓錐下圓角編程圓錐面是由比較陡的側(cè)壁、平面、上下圓角面構(gòu)成，曲面的結(jié)構(gòu)特征比較復(fù)雜，由于工件尺寸精度要求都是在微米級，精度要求比較高，刀具連續(xù)切削穩(wěn)定性比較重要的，所以編制的路徑盡量減少抬刀，路徑的間距疏密要適度，這樣刀具切削狀態(tài)才能比較平穩(wěn)，工件的尺寸精度和表面質(zhì)量才能得到保證?！岸噍S加工”中的“曲面投影加工”可以通過導(dǎo)動(dòng)面的方式，將在導(dǎo)動(dòng)面上生成的路徑投影到相應(yīng)的特征面上，并且通過設(shè)置螺旋地走刀方向和路徑間距整體均勻，這樣生成的路徑抬刀比較少，實(shí)現(xiàn)了螺旋走刀，且路徑間距疏密適度。操作流程如下：1.2工藝分析與編程仿真1）調(diào)用導(dǎo)動(dòng)面本加工案例提供導(dǎo)動(dòng)面，在3D環(huán)境下，單擊圖層管理器中顯示“圓錐面導(dǎo)動(dòng)面”圖層，即為圓錐面導(dǎo)動(dòng)面。2）生成加工路徑分析工件中有三處圓錐下圓角特征，需要將原始路徑通過旋轉(zhuǎn)陣列生成四處圓錐下圓角特征路徑，然后通過路徑編輯刪除多余的路徑。操作流程如下：在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“多軸加工”選項(xiàng)卡中的“曲面投影加工”按鈕，設(shè)置加工方案、加工域，其中走加工方案中加工方式采用投影加工，如圖1-2-41所示。加工域中加工面選擇圓錐下圓角面，選擇導(dǎo)動(dòng)面，保護(hù)面選其他全部曲面，如圖1-2-42所示。1.2工藝分析與編程仿真根據(jù)《加工工序過程卡》設(shè)置加工余量、加工刀具相關(guān)參數(shù)，其中刀軸方向中刀軸控制方式選擇豎直，如圖1-2-43所示。進(jìn)給設(shè)置、安全策略、計(jì)算設(shè)置、輔助指令參數(shù)與自由面參數(shù)相同。在對話框基本參數(shù)下單擊路徑變換，設(shè)置變換類型相關(guān)參數(shù)，如圖1-2-44所示。單擊計(jì)算按鈕，即可生成加工路徑。1.2工藝分析與編程仿真（6）圓錐面編程同上文，工件中有三處圓錐面特征，需要將原始路徑通過旋轉(zhuǎn)陣列生成四處圓錐面特征路徑，然后通過路徑編輯刪除、裁剪多余的路徑。操作流程如下：1） 調(diào)用導(dǎo)動(dòng)面在3D環(huán)境下，單擊圖層管理器中顯示“圓錐面導(dǎo)動(dòng)面”圖層，即為圓錐面導(dǎo)動(dòng)面。2） 生成加工路徑在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“多軸加工”選項(xiàng)卡中的“曲面投影加工”按鈕，設(shè)置加工方案、加工域，其中走加工方案與圓錐下圓角相同；加工域中加工面選擇圓錐圓，選擇導(dǎo)動(dòng)面，保護(hù)面選其他全部曲面，如圖1-2-46所示。1.2工藝分析與編程仿真安全策略、計(jì)算設(shè)置、輔助指令、路徑變換參數(shù)與圓錐下圓角參數(shù)相同。單擊計(jì)算按鈕，即可生成加工路徑，如圖1-2-49所示。3） 路徑刪除在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“路徑編輯”選項(xiàng)卡中的“路徑刪除”“路徑裁剪”“3D鏡像”按鈕，刪除、裁剪多余路徑，并鏡像路徑，如圖1-2-50所示。1.2工藝分析與編程仿真（7）圓角清根編程1）選擇加工面與保護(hù)面在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“三軸加工”選項(xiàng)卡中的“曲面清根加工”按鈕，設(shè)置加工方案、加工域，其中清根方式選擇混合清根。加工域中加工面選擇自由面和中間圓面倒角面，保護(hù)面選其他全部曲面，如圖1-2-51所示。其他工藝參數(shù)設(shè)置，如圖1-2-52和圖1-2-53所示。1.2工藝分析與編程仿真2）生成加工路徑安全策略、計(jì)算設(shè)置、輔助指令參數(shù)與圓錐下圓角參數(shù)相同。單擊計(jì)算按鈕，即可生成加工路徑，如圖1-2-54所示。曲面特征編程結(jié)束后，路徑工藝樹包含工件位置補(bǔ)償程序、半精加工程序、精加工程序，如圖1-2-55所示。1.2工藝分析與編程仿真（8）測量程序編程測量編程包含工件位置補(bǔ)償、基準(zhǔn)面、自由面、中間圓面、圓錐面、圓錐下圓角、圓錐上圓角、外形測量編程，工件測量坐標(biāo)系設(shè)置為G55，要特別注意開啟角度測量補(bǔ)償。1）工件位置補(bǔ)償為了保證測量的準(zhǔn)確性，在測量前需要建立工件測量基準(zhǔn)即工件位置補(bǔ)償。測量前的工件位置補(bǔ)償與工件加工前的位置補(bǔ)償操作流程相同，通過工件兩個(gè)直角邊基準(zhǔn)面補(bǔ)償工件原點(diǎn)X、Y方向的偏移和角度誤差，工件圓錐面底部基準(zhǔn)面來補(bǔ)償面Z方向偏差，但是參數(shù)設(shè)置不同。①生成角度補(bǔ)償路徑角度測量補(bǔ)償路徑中，保存數(shù)組號改為2，如圖1-2-56所示。1.2工藝分析與編程仿真②生成X、Z方向測量補(bǔ)償路徑X、Z方向的測量補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置不同：在“拾取中心點(diǎn)坐標(biāo)”中“基準(zhǔn)中心Z”數(shù)值設(shè)置為-14.938（因圓錐面底部要求-2μm～0μm，加工面底部余量設(shè)置為-0.002mm，即工件成品的圓錐面底部平面比模型低0.002mm，所以需要在工件坐標(biāo)系原點(diǎn)Z值-14.936的基礎(chǔ)上減去0.002，以保證工件坐標(biāo)系原點(diǎn)Z值不變）；測量坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置為G55（補(bǔ)償?shù)墓ぜ鴺?biāo)系），如圖1-2-57所示。2）基準(zhǔn)面測量程序編程①繪制輔助點(diǎn)基準(zhǔn)面的輔助點(diǎn)可以使用工件位置補(bǔ)償中Z軸方向三個(gè)輔助點(diǎn)。②生成測量程序在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“在機(jī)測量”選項(xiàng)卡中的“點(diǎn)組”按鈕，在彈出的對話框“加工參數(shù)”中單擊“加工域”，單擊“編輯測量域”→“曲面手動(dòng)”→“拾取曲面”，拾取一個(gè)輔助點(diǎn)所在曲面→“通過存在點(diǎn)”拾取一個(gè)輔助點(diǎn)（探測方式選擇曲面法向探測）→單擊鼠標(biāo)右鍵依次拾取另外兩組點(diǎn)和曲面，點(diǎn)擊確定，如圖1-2-58所示。1.2工藝分析與編程仿真根據(jù)實(shí)際情況依次設(shè)置“加工刀具”選擇“測量設(shè)置”“測量計(jì)算”“安全策略”“輔助指令”“路徑屬性”選項(xiàng)卡內(nèi)相關(guān)參數(shù)，其中“測量設(shè)置”設(shè)置測量數(shù)據(jù)輸出類型和位置（D:\EngFiles\凹件精\基準(zhǔn)面.txt），如圖1-2-59所示?！皽y量計(jì)算”勾選“跟隨測量角度找正”,“距離”（根據(jù)實(shí)際余量管控區(qū)間設(shè)置），如圖1-2-60所示。1.2工藝分析與編程仿真“路徑屬性”中指定工件坐標(biāo)系G55，如圖1-2-61所示。點(diǎn)擊確定，計(jì)算完成，如圖1-2-62所示。1.2工藝分析與編程仿真3）自由面測量程序編程①繪制輔助點(diǎn)。在3D環(huán)境下，拾取自由面，單擊功能區(qū)的“曲線”選項(xiàng)卡中“曲面流線”按鈕，生成輔助線；單擊功能區(qū)的“曲線”選項(xiàng)卡中“點(diǎn)”按鈕，生成輔助點(diǎn)，輔助點(diǎn)要求均勻且覆蓋面廣，如圖1-2-63所示。②生成測量程序。在加工環(huán)境下，單擊功能區(qū)的“在機(jī)測量”選項(xiàng)卡中的“點(diǎn)組”按鈕，與基準(zhǔn)面的測量程序編程流程相同，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊確定，計(jì)算完成，如圖1-2-64所示。1.2工藝分析與編程仿真4）其他曲面測量程序編程中間圓面、圓錐面、圓錐下圓角、圓錐上圓角、外形測量編程都與基準(zhǔn)面、自由面編程流程相同：首先生成輔助線、輔助點(diǎn)，然后通過“點(diǎn)組”功能生成測量路徑，其中探測點(diǎn)的創(chuàng)建應(yīng)滿足兩個(gè)要求：①探測點(diǎn)分布要廣，即探測點(diǎn)的分布范圍能覆蓋整個(gè)曲面；②探測點(diǎn)數(shù)量合適，一方面能夠滿足曲面特征的評價(jià)要求，另一方面測量的效率。針對案例中工件，擬定了各個(gè)曲面測量點(diǎn)數(shù)（推薦值）見表1-2-10各曲面測量點(diǎn)數(shù)量。測量程序編程結(jié)束后，路徑工藝樹包含工件位置補(bǔ)償程序、半精加工程序、精加工程序、測量程序，如圖1-2-65所示。1.2工藝分析與編程仿真（9）管控程序與防呆程序編程在加工過程中人工干預(yù)是不可避免的，會(huì)帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，可以通過軟件進(jìn)行管控，減少人工干預(yù)，避免加工過程中出現(xiàn)事故。通過SurfMill中的工步設(shè)計(jì)功能，可將加工程序、在機(jī)測量程序、過程管控程序以及防呆程序融合到一起。下面將重點(diǎn)介紹小版精密配合工件在工件位置補(bǔ)償、半精加工、精加工中如何插入過程管控程序和防呆程序：機(jī)床操作提示、自動(dòng)更新測頭刀長、測頭標(biāo)定、主軸熱伸長管控及刀具管控、刀具防呆，如圖1-2-66所示。1.2工藝分析與編程仿真1） 工件位置補(bǔ)償環(huán)節(jié)在工件位置補(bǔ)償中，需要管控和防呆的程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目：安裝和拆除標(biāo)準(zhǔn)球提示、自動(dòng)更新測頭刀長、測頭標(biāo)定。①安裝標(biāo)準(zhǔn)球提示：防呆提示。選中工件位置補(bǔ)償路徑組，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵→插入工步設(shè)計(jì)→插入宏程序→選擇添加→在宏程序模板庫中選擇“O6422（安裝標(biāo)準(zhǔn)球或移除標(biāo)準(zhǔn)球防護(hù)罩）”，如圖1-2-67所示。根據(jù)實(shí)際情況修改允許操作時(shí)間和是否自動(dòng)回零，并點(diǎn)擊封裝為子程序，如圖1-2-68所示。拆除標(biāo)準(zhǔn)球提示編程操作方法相同。1.2工藝分析與編程仿真自動(dòng)更新測頭刀長：在機(jī)測量前插入激光對刀儀更新測頭刀長指令，測量前更新刀長減少測量過程中因刀長誤差造成測量誤差。選中工件位置補(bǔ)償路徑組，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵→插入工步設(shè)計(jì)→插入宏程序→選擇添加→在宏程序模板庫中選擇“O6426（激光對刀儀更新測頭刀長）”，根據(jù)實(shí)際情況修改測頭刀號和半徑，并點(diǎn)擊封裝為子程序，如圖1-2-69所示。測頭標(biāo)定：補(bǔ)償測量系統(tǒng)誤差，提高測量精度。選中工件位置補(bǔ)償路徑組，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵→插入工步設(shè)計(jì)→插入宏程序→選擇添加→在宏程序模板庫中選擇“O9131（標(biāo)定宏程序）”，根據(jù)實(shí)際情況修改標(biāo)定參數(shù)，并點(diǎn)擊封裝為子程序，如圖1-2-70所示。1.2工藝分析與編程仿真2） 半精加工和精加工環(huán)節(jié)在半精加工和精加工中，需要管控和防呆的程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目：機(jī)床操作提示（機(jī)床照明燈關(guān)閉）、主軸熱伸長管控及刀具管控、刀具防呆、暖機(jī)。①機(jī)床操作提示—照明燈關(guān)：防止操作人員忘記關(guān)閉照明燈造成機(jī)床內(nèi)部溫度的上升影響加工精度以及照明燈長時(shí)間開啟造成電量的浪費(fèi)。選中半精加工路徑組，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵→插入工步設(shè)計(jì)→插入指令集→雙擊照明燈關(guān)，如圖1-2-72所示。機(jī)床操作其他提示可按照此方法插入。1.2工藝分析與編程仿真機(jī)床操作提示—工件測量前清理提示：防呆提示。選中精加工路徑組，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵→插入工步設(shè)計(jì)→插入宏程序→選擇添加→在宏程序模板庫中選擇“O6425（工件測量前清潔提示）”，根據(jù)實(shí)際情況修改允許操作時(shí)間和是否自動(dòng)回零，并點(diǎn)擊封裝為子程序，如圖1-2-73所示。刀具工藝控制：主軸熱伸長管控、刀具管控、刀具防呆。主軸熱伸長管控、刀具管控以及刀具防呆在一個(gè)宏程序中可以實(shí)現(xiàn)，同一把刀具連續(xù)加工不同的曲面特征，且轉(zhuǎn)速不變的情況下，只需對第一個(gè)曲面特征路徑中的刀具進(jìn)行管控，所以在半精加工和精加工環(huán)節(jié)，分別對φ6和φ4球頭刀進(jìn)行管控。選中需要測量刀具路徑，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵→插入工步設(shè)計(jì)→插入路徑頭宏程序→在宏程序模板庫中選擇宏程序O6303（刀具工藝控制一波龍激光式對刀儀），如圖1-2-74所示。1.2工藝分析與編程仿真根據(jù)管控要求，設(shè)置工藝選項(xiàng)，如圖1-2-75，輸出的NC程序如圖1-2-76。其中參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，參數(shù)的表示含義見附錄3《刀具加工前后測量程序參數(shù)說明》。1.2工藝分析與編程仿真③暖機(jī)程序暖機(jī)程序與自由面精加工的加工策略一致，能夠使精加工時(shí)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，所以半精加工與精加工之間的暖機(jī)程序使用自由面的未進(jìn)行裁剪的程序，加工路徑高度抬起20mm，暖機(jī)時(shí)間20到30min（調(diào)整路徑間距控制暖機(jī)時(shí)間），如圖1-2-77所示。管控程序編程結(jié)束后，路徑工藝樹包含工件位置補(bǔ)償程序、半精加工程序、暖機(jī)程序、精加工程序、測量程序、管控程序，如圖1-2-78所示。1.2工藝分析與編程仿真3.輸出路徑程序NC路徑輸出前需要對編制完成的程序進(jìn)行機(jī)床模擬仿真加工，確保程序的安全。（1）在刀具平面設(shè)置“輸出點(diǎn)偏移”，即工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的位置，如圖1-2-79輸出點(diǎn)偏移值設(shè)置。（2）在加工環(huán)境下，選中刀具平面，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“輸出路徑”，彈出對話框，點(diǎn)擊確認(rèn)，輸出路徑，如圖1-2-80所示。1.2工藝分析與編程仿真（3）導(dǎo)出云圖模型。在3D造型環(huán)境下，選中工件模型，單擊“文件”選項(xiàng)卡中的“輸出”按鈕，選擇“輸出選擇圖形”，彈出對話框，選擇保存類型*.stl，文件命名：云圖模型，如圖1-2-81所示。4.輸出工藝單在加工環(huán)境下，選中刀具平面，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“路徑打印”，彈出對話框，選擇“工藝單”“CNC程式單”即可打印輸出當(dāng)前凹件的相關(guān)路徑加工參數(shù)，并生成工藝單。工藝單包括刀具相關(guān)參數(shù)信息、物料基本信息和加工參數(shù)，如圖1-2-82、圖1-2-83所示。1.2工藝分析與編程仿真凹件工藝單章節(jié)目錄1.1項(xiàng)目背景介紹1.2工藝分析與編程仿真1.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工1.4項(xiàng)目小結(jié)1.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工1.3.1加工準(zhǔn)備1.

機(jī)床附件檢查為了確保加工過程中的順利進(jìn)行，避免由于附件原因發(fā)生機(jī)床報(bào)警的現(xiàn)象，即在加工前必須確認(rèn)各種附件的狀態(tài)。（1）檢查微霧潤滑油杯里的T400切削液是否滿足加工需求。（2）檢查制冷液是否在安全液位之上。（3）檢查機(jī)床的潤滑脂是否在標(biāo)準(zhǔn)位以上。2.安裝測頭與標(biāo)準(zhǔn)球（1）測頭安裝測頭的安裝需要通過調(diào)節(jié)測頭的四個(gè)調(diào)整螺釘，將測針刀跳控制在2u以內(nèi)，測量刀跳時(shí)需注意：保證測針測球的清潔；保證千分表表針的接觸點(diǎn)為千分表表針?biāo)鶞y量截面的最高點(diǎn)。（2）標(biāo)準(zhǔn)球安裝將標(biāo)準(zhǔn)球底座清理干凈，固定在加工臺(tái)面上，將標(biāo)準(zhǔn)球安裝固定在標(biāo)準(zhǔn)球底座上，并對標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行清潔。1.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工（3）測頭系統(tǒng)宏程序參數(shù)配置。在“系統(tǒng)”>>“宏程序參數(shù)”界面，根據(jù)機(jī)床與測頭形態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)件類型等配置參數(shù)：測頭刀號T10、測頭長度補(bǔ)償編號H10、標(biāo)準(zhǔn)球直徑、測球直徑（φ4）、標(biāo)定方法3D探測37點(diǎn)法，如圖1-3-1所示。（4）在MDI中調(diào)入測頭標(biāo)定程序，如圖1-3-2所示。測頭與標(biāo)準(zhǔn)件操作狀態(tài)選擇情況1首次使用，如圖1-3-3所示，運(yùn)行標(biāo)定程序。1.3加工準(zhǔn)備與上機(jī)加工3.物理環(huán)境搭建（1）安裝刀具按照根據(jù)《加工工序過程卡》安裝刀