第49卷第5期 林业机械与木工设备 Vol 49 No. 5
2021 年 5 月
FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT May. 2021
研究与设计
石林榕，赵武云*
*，杨小平，孙伟，孙步功
收稿日期:2021 -01 -06
第一作者简介：石林榕(1983 -)，男，博士研究生，主要研究方向为西北旱区精密播种技术与工程,E-mail ： shilr@
gasu. edu. cn o
*通讯作者：赵武云(1966 -)，男，教授，博士，主要研究方向为西北旱区装备技术与工程,E-mail :zhaowy@ gasu. edu. cn o
(甘肃农业大学机电工程学院，甘肃兰州730070)
摘要：概述了数控车床加工典型轴类零件的基本过程，包括零件二维和三维建立、零件加工特征的分
析、工艺路线分析、加工工艺的安排、刀具夹具的选择、切削用量的分析和计算、数控编程思路和模拟仿真。参 照华中世纪星数控车床编程方法编制加工程序，应用斯沃数控仿真软件对零件加工程序进行了仿真验证和修 改，仿真结果表明本设计满足零件图纸工艺要求。为了进一步验证零件加工工艺和车床程序的可行性，在精 工实习加工中心完成了零件的实际加工，所加工零件经过测量完全符合图纸工艺要求。
关键词：三维设计；加工工艺；数控仿真；数控编程中图分类号:TS642
文献标识码:A
文章编号：2095 -2953(2021)05 -0058 -08
Machining Simulation of Complex Rotating Parts Based on Swansoft CNC simulation Software
SHI Lin-rong, ZHAO Wu-yun * , YANG Xiao-ping, SUN Wei, SUN Bu-gong
(School of Mechanical and Electrical Engineering , Gansu Agricultural University , Lanzhou Gansu 730070,China)
Abstract : In this paper , the basic process of CNC lathe machining of typical shaft parts was mainly introduced , inclu
ding the establishment of two-dimensional and three-dimensional parts , analysis of part processing features , analysis of process routes , arrangement of processing technology , selection of tool fixtures , analysis of cutting amount and calcula tion ,CNC programming ideas and simulation. The machining program was compiled w 让h reference to the program
ming method of Huazhong Century Star CNC lathes , and the part machining program was simulated and modified u- sing Swansoft CNC simulation software. The simulation result showed that the design met the process requirements of
the part drawing. In order to further verify the feasibility of the parts processing technology and lathe program , the ac
tual processing of the parts was completed in the Seiko internship machining center , and the processed parts proved
fully compliant with the process requirements of the drawings through measurement.
Key words : three-dimensional design ； machining technology ； numerical control simulation ； numerical control pro gramming
第5期
石林榕，等：基于斯沃数控仿真软件的复杂回转体零件加工仿真
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我国实施改革开放政策四十多年来，正逐步跻 身于世界制造大国和世界创新大国之列，工业是一 个国家的命脉，而机械制造业则是工业中的基础性
产业。在机械制造业当中我国许多企业引进了先进 的数控技术，如数控车床、数控铳床、加工中心和机
器人技术等，尤其是在东南沿海地带，这些地区集中 了我国大部分汽车制造企业、模具制造企业和大型 装备制造企业等。然而，数控技术人才稀缺，造成这
一问题的原因一方面由于高校在培养人才时限制于 硬件设施条件不足，学生不能在实际操作中去领会 和钻研；另一方面则是高校和企业培训数控技术人
才的成本代价非常大，数控设备上百万的价格难以 承受。工程师都会先检查零件的加工程序是否正
确，而在大部分国内工厂中通过试切工件，来检查程 序的正确与否。工人在试切时可能会发生撞刀、飞
溅等危险，轻则会损坏机床和刀具，严重则危及操作
人员的生命。
鉴于此，我国机械制造业迫切需要一个高效快
捷而又低成本的方法去解决以上问题，而数控仿真 模拟技术正是完美解决这些问题的一个好办法。目 前，各大高校机械类相关专业普遍都存在学生多而 数控机床少等问题，研究学习数控机床仿真模拟势
在必行。通过数控仿真软件每一位同学都可以学习
操作机床，还可以验证自己所编的程序。并且现在
许多机械加工企业为了减轻数控程序验证的负担,
进一步地减少事故、提升生产效率，也在应用数控仿
真去辅助生产。
本文使用典型的华中数控车削系统仿真加工典
型轴类零件，深入学习数控车床加工的方法和步骤,
掌握华中数控车削系统的基本操作原理和操作过 程。选用典型轴类零件作为加工对象，学习使用三
维画图软件对零件进行三维设计和工程图建立。结 合所学知识和参考资料分析典型车削轴类零件的特
征和加工特点，根据所用数控系统类型和零件材料 合理地选择刀具。结合参考文献分析轴类零件的特
征、技术要求和加工工艺，合理编制加工工序卡。学 习华中数控系统编写程序，研究本文的两个典型加 工零件的数控程序，然后学习使用斯沃数控仿真软
件对加工过程做仿真模拟加以验证。
1零件的选择及三维/二维建模
本文选择典型的数控车削轴类零件作为加工对
象。两个零件外部主特征有圆柱体、球体、圆锥体、微波热疗机
椭圆体、外圆宽槽、圆弧、倒角、螺纹；内部主特征有
圆柱孔、内圆宽槽、内螺纹等，基本可以全面展示数
控车床的加工特点，并使用SOILDWORKS 软件来制 作零件的三维模型。典型数控车零件如图1所示。
17
3x10-30
椭圆
SRIO
苴仝3?/ 球体貝宋衿卜螺纹
51
内螺纹
外圆宽槽
32+"
件1
短信认证97 士 0.05
内圆宽槽
锥体
技术要求1•锐边倒角0.3C 。2•未注倒角1C 。3•圆弧过渡光滑。
4•未注公差尺寸按1T12加工和检验。
件2
(a)二维图
(b)三维图
图1典型数控车零件
2零件的加工工艺与加工路线分析
2.1零件图工艺分析
(1)毛坯选择：零件1毛坯直径取30 mm，长度
55 mm ；零件2毛坯直径取50 mm，长度100 mm，材
料选择45号钢。
(2)确定工艺基准：根据基准重合原则，选择零
件左(右)端面与零件轴线的交点作为工件坐标系
60林业机械与木工设备第49卷
原点。
（3）尺寸分析：轴类零件的加工，首先应保证尺寸精度与表面粗糙度，对各表面的位置也有一定的要求，根据回转体类零件的特点，要保证其径向尺寸公差、轴向尺寸公差要求和零件总长度尺寸。
2.2刀具选择
在选择数控车床刀具时，编程人员必须综合考虑刀具各方面的性能，如刚度、硬度、韧性、热硬性、精度、耐用度、排屑方便、更换方便等等，本文零件毛坯为45号钢，选择硬质合金类刀具对其进行加工。硬质合金类刀具具有良好的热硬性，在切削温度很高时依然可以保持良好的切削性能，且切削效率较高。
（1）零件1所用刀具。①外圆车刀（1号刀）：90。硬质合金外圆车刀，刀杆长度90mm，刀杆宽度15mm，刀片边长5mm，刀片厚度3mm，刀尖圆弧半径0.1mm,35。菱形刀片;②螺纹刀（2号刀）：刀杆长度80mm，刀杆宽度10mm，刀片边长3mm，刀片厚度3mm。
（2）零件2所用刀具。①外圆车刀（1号刀）：93。硬质合金外圆车刀，刀杆长度90mm，刀杆宽度15mm，刀片边长5mm，刀片厚度3mm，刀尖圆弧半径0.4mm,55。菱形刀片;②内圆车刀（4号刀）：93。硬质合金内圆车刀，刀杆长度90mm，刀杆宽度15mm，刀片边长4mm，刀片厚度3mm，刀尖圆弧半径0.4mm,55。菱形刀片；③外圆宽槽刀（2号刀）：5mm宽槽刀，刀杆长度90mm，刀杆宽度15mm，刀片边长12mm，刀片宽度5mm，刀尖圆弧半径0.2mm；④内圆宽槽刀（5号刀）：4mm宽内孔切刀，刀杆长度80mm，刀杆宽度10mm，刀片边长5mm，刀片宽度4mm，刀尖圆弧半径0.2mm；⑤麻花钻（3号刀）：直径20mm，刀杆长度160mm；⑥内螺纹刀（6号刀）：刀杆长度80mm，刀杆宽度10mm，刀片边长3mm，刀片厚度3.18mm。
2.3加工路线分析
本文两个零件的加工顺序应遵循先加工基准面，再加工其他表面；先加工表面后加工孔；先粗加工后精加工的工艺顺序去安排。
（1）零件1：①加工时使用自定心三爪卡盘先装夹毛坯左端，使毛坯右端露出部分长度约为20mm；
②使用外圆车刀对毛坯右端端面、倒角、020mm外圆面、1.5C倒角进行循环粗加工，再进行精车达到图纸要求;③掉头夹紧加工完的020mm外圆面，依次循环粗加工毛坯左端面、RIO mm球面、015mm外圆面、轴肩端面J.5C倒角和024mm外圆面，再半精车达到图纸要求;④换螺纹刀加工M24x1.5外螺纹。
（2）零件2：①加工时使用自定心三爪卡盘先装夹毛坯左端，使右端露出部分约为60mm；②使用外圆车刀对毛坯右端半椭圆圆柱面、锥面和036mm外圆面、轴肩端面、倒角进行循环粗加工，再进行精车达到图纸要求;③对椭圆面进行粗加工和精加工;
④再掉头夹紧036mm外圆面，依次粗加工左端面、倒角、034mm外圆面、圆弧、046mm外圆面，再精车达到图纸要求;⑤使用5mm宽槽刀加工三个宽槽;
⑥使用麻花钻钻孔;⑦使用内圆车刀粗车内孔，再精车内孔达到图纸要求;⑧使用4mm宽槽刀车内孔槽;
⑨使用内螺纹车刀车M24X1.5内螺纹。
2.4切削用量
本文零件加工切削用量的计算需要参考数控车削用量推荐表和钻孔切削用量推荐表，分别见表1、表2。
表1数控车削用量推荐表
工件材料加工方式背吃刀量/mm切削速度/m-min-1进给量/mm•r_1刀具材料粗加工5~760-800.2-0.4
粗加工2~380~1200.2-0.4
YT类
碳素钢精加工0.2-0.3120-1500.1~0.2车螺纹70~100导程
a h=600MFa
钻中心孔500~800r/m in
W18Ci4V 钻孔~300.1~0.2
切断（宽度＜5mm）70-1100.1~0.2YT 类
第5期
石林榕，等：基于斯沃数控仿真软件的复杂回转体零件加工仿真
61
续表1
工件材料
加工方式 背吃刀量/mm
切削速度/m • min -1
进给量/mm • r _1
刀具材料
合金钢
a b = 1 470 MPa
铸铁
200 HBS 以下
铝
黄铜
粗加工 2.~350-8002-0.4精加工
0. 1 •-0. 15
60 〜100
0. 1 •-0.2YT 类
切断（宽度＜5 mm ）40 ~700. 1 •-0.2
粗加工 2.~350-70
02-0.4精加工
0. 1 •-0. 15
70-1000. 1 •-0.2YG 类
切断（宽度＜5 mm ）
50-700. 1 •-0.2
粗加工
2.~3600 ~1 000
02-0.4精加工0.2.~0.3
800 ~1 2000. 1 •-0.2YG 类
砭石祛斑泥切断（宽度＜5 mm ）
600 ~1 0000. 1 •-0.2
粗加工
2~4400 -50002-0.4精加工0. 1 •-0. 15
450 -6000. 1 •-0.2YG 类
切断（宽度＜5 mm ）
400 -500
0. 1 •-0.2
表2钻孔切削用量推荐表
加工直径d 毫米
a b =52 〜70（钢 35、45）
a b =70 〜90（15Cr 、20Cr ）o ■严100 ~ 110（合金钢）
1 ~6
6 ~1212 ~2222-50
水泥预制构件
V/m - min -1S/mm • r _1V/m • min -1S/mm • r _1V/m • min -1S/mm • r _10. 05 ~0. 1
0. 05 ~0. 1
0. 03 -0. 08
18 〜25
0. 1 ~0.2
0.2-0. 3
0.3 -0. 6
12 〜20
0. 1 ~0.20.2-0. 30.3-0. 45
8〜15
0. 08 -0. 150. 15 -0. 250. 25 -0. 35
量的前提下选择较大进给速度，再根据数控车削用 量推荐表和主轴转速按照式（2）计算：
v f = nf
（2）
式中：分为进给速度（mm/min ） ； n 为主轴转速（r/
min ） 为每转进给量（mm/r ）。
（3）背吃刀量：所加工零件的粗加工背吃刀量根
据数控车削用量推荐取2 mm，精加工余量根据数控
车削用量推荐取0.25 mm，等于精加工背吃刀量。 计算结果分别见表3、表4。
表3计算结果（1）
加工方式背吃刀量/mm
切削速度/m - min-1 2
进给量/mm ■ r 1
主轴转速/r - min-1
进给速度/mm ■ min 1
外圆粗车2
1000.31 000300外圆精车
0. 25135
0. 15
1 400210外圆半精车0. 25
1 200
200
车螺纹
85 1.5（导程）900
（1） 主轴转速的计算：根据数控车削用量推荐表 中选择的背吃刀量和进给量选择合适的切削速度再 按照式（1）计算主轴转速：
1 000”。 ...n = ^-
⑴
式中：“为主轴转速（r/min ） ； v c 为切削速度（m/
min ） ；D 为工件直径（mm ）。
（2） 进给速度计算：进给速度是影响零件表面粗 糙度和加工效率的重要因素，一般应在保证加工质
表4计算结果（2）
加工方式
背吃刀量/mm
切削速度/m • min-1
进给量/mm •广1
主轴转速/r • min 1
进给速度/mm • min 1
内（外）圆粗车2
1000.3600180
内（外）圆精车
0. 25135
0. 15900135切宽槽
900. 1560090钻孔30
0. 1540060
车螺纹
85
1.5（导程）
500
62林业机械与木工设备第49卷
3关键加工过程
3.1宏程序编程
加工工件椭圆短半轴的长度为13mm，长半轴为20mm，编写宏程序如下：
%0101；程序号
TOO#；刀具号
M03S800；启动主轴正转，转速800
G00X28Z2；初始位置
#2=13；椭圆X方向起始点
WHILE#2GE0；当#2工0时执行以下程序
高压捕鼠器
#1=20*SQRT[13*13-#2*#2]/13；长半轴Z 方向推导式
G01X：2*#2]Z[#1-20]F180；椭圆逼近拟合插补
G91X2；返回
G90Z2；返回
#2=#2-l；X方向变化增量
ENDW；不满足条件结束
G01X：2*#2]Z：#1-20]F180；式中（2*#2）是由于程序中使用的是直径作为X值，所以要乘以2,# 2为X方向的半径值。
②#2=#2_1；式中（-1）表示X方向每次递减数值，这个值越小，所加工椭圆的表面就越光滑。
3.2螺纹加工
以件1的M24x1.5螺纹加工为例，其数控程序如下：
G76C1R00E00A60X22.4Z-44K0.974U0.1V0.1 Q0.4F1.5；
注：该程序表示加工导程为1.5mm的圆柱螺纹，刀尖角度为60。，精车的次数选择1次，螺纹Z向的退尾长度选择0mm，螺纹X向退尾长度选择0mm，螺纹加工终点坐标为X22.4、Z_44，螺纹高度一般取0.6495P，计算得0.974mm，精加工余量选取100“m，最小切削深度选取100“m，第一次切削深度选取400“m，主轴基准脉冲处距离切削起点的主轴转角取零度，螺纹导程等于螺距为1-5mm o
3.3外圆车削
3.3.1右端程序：
%0101；（程序号）
T0101；（建立工件坐标系，选择1号刀）
M03S1000；（启动主轴正转，转速1000r/min）
G00X100Z100；（定义起点位置）
X35Z3；（定义循环起点）
G71U2R1P10Q20X0.5Z0.3F300；（使用G71指令粗车右端外轮廓）
N10G01X0Z0F210S1400；（精加工轮廓起始行）
X18；（精车端面）
X19.989Z-1,（精车倒角）
360度旋转拖把Z-8；（精车020mm外圆）
X24Z-9.5,（精车1.5C倒角）
N20X35；（退刀）
G00X100Z100；（返回起点）
M30；（程序结束）
（2）左端程序：
%0102；（程序号）
T0101；（建立工件坐标系，选择1号刀）
M03S1000；（启动主轴正转，转速1000r/min）
G00X100Z100；（定义起点位置）
X35Z3；（定义循环起点）
G71U2R1P10Q20X0.5Z0.3F300；（使用G71指令粗车右端外轮廓）
N10G01X0Z0F200S1200；（半精加工轮廓起始行）
X14.28；（半精车端面）
G03X20Z-6.805R10；（半精车R10球面）
G03X15Z-13.61R10；（半精车R10球面）
G01W-8.39；（半精车015mm外圆）
X21；（半精车轴肩端面）
X24W-1.5；（半精车1.5C倒角）
W-20.5；（半精车024mm外圆）
N20X35；（退刀）
G00X100Z100；（返回起点）
车削螺纹：
T0202；（建立工件坐标系，换2号刀）
G00X26Z3S900；（定义位置，主轴转速900r/min）
G76C1R00E00A60X22.4Z-44K0.974U0.1V0.1 Q0.4F1.5；（车削螺纹）
G00Z100；（退刀）
X100；（返回起点）
M30；（程序结束）
（1）右端程序
%0201；（程序号）
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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