2017鼠标三维造型与加工仿真毕业论文

广州现代信息工程职业技术学院毕业设计课题名称鼠标三维造型与加工仿真学号姓名性别男专业数控年级、班级指导教师职称年月日2摘要三维造型设计方法能够快速准确的生成产品制造所需的工程图纸，能够避免采用传统二维设计方法设计过程中由于图纸绘制错误造成零件返修和报废问题的出现，是产品设计必然的发展方向。根据产品设计的要求，基于MASTERCAM实现几何模型的参数化建模方法及其实现原理介绍了设计鼠标零件模型的全过程。总结出设计中应用MASTERCAM软件进行外观造型的一般流程。基于特征的MASTERCAM三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，这次设计的难点在于曲面设计，而重点在于通过对鼠标的设计完成对MASTERCAM软件基本特征的掌握。关键词三维造型；MASTERCAM；曲面设计；鼠标3ABSTRACT3DMODELLINGDESIGNMETHODCANFASTACCURATEFORTHEGENERATIONOFPRODUCTMAKINGENGINEERINGDRAWINGS,CANAVOIDTHETRADITIONALDESIGNMETHODOFTWODIMENSIONALDESIGNPROCESSCAUSEDBYDRAWINGTHEWRONGPARTSREPAIRANDSCRAPISSUE,ISTHEDEVELOPMENTDIRECTIONOFPRODUCTDESIGNACCORDINGTOTHEREQUIREMENTSOFPRODUCTDESIGNANDPARAMETERIZEDMODELINGMETHODBASEDONMASTERCAMTOREALIZEGEOMETRYMODELANDITSREALIZATIONPRINCIPLE,INTRODUCESTHEWHOLEDESIGNPROCESSCOMPONENTMODELOFTHEMOUSESUMMEDUPTHEAPPLICATIONINTHEDESIGNOFMASTERCAMSOFTWARETOMODELTHEGENERALPROCESSOFAPPEARANCEBASEDONTHEFEATURESOFMASTERCAM3DMODELLINGSOFTWAREFORDESIGNERSPROVIDESACONVENIENTPLATFORMFORTHEDESIGN,THEDESIGNOFTHEDIFFICULTYLIESINTHEDESIGNOFTHECURVEDSURFACE,ANDTHEEMPHASISISONTHROUGHTHEDESIGNOFTHEMOUSETOCOMPLETEGRASPOFTHEBASICFEATURESOFTHEMASTERCAMSOFTWAREKEYWORDS3DMODELINGMASTERCAMSURFACEDESIGNTHEMOUSE45目录摘要2ABSTRACT3前言5第1章MASTERCAM软件611MASTERCAM软件的认识612MASTERCAM软件的发展史713MASTERCAM软件的功能特色7第2章零件工艺分析821零件毛坯选择时应考虑的因素822机床夹具的合理选择及应用9第3章鼠标设计加工1231鼠标外形设计图1232MASTERCAM模拟加工4133鼠标加工工序卡54总结55致谢56参考文献576前言随着产品品质要求的多元化与个性化，产品更新换代的速度越来越快，产品从设计、制造到投放市场的周期变得越来越短。因此，为满足竞争发展的需求，越来越多的企业都已经开始采用三维实体造型设计方法来逐渐替代传统二维设计方法。三维设计能准确地表达技术人员的设计意图，更符合人们的思维方式和设计习惯；能组建进行有限元分析的原始数据，从而进行几何形状的优化设计，并实现CAD，CAECAPPCAM的集成；能够通过着色和渲染功能得到设计方案的三维效果图，使得设计人员和决策人员能全面准确地了解其外观，有助于设计的决策，缩短周期，加快产品开发；能够分析产品的动态特性，对工程项目的成本进行预算；三维设计是实现设计、制造一体化的基础，为工程设计带来巨大的变革，把设计推上前所未有的高度。7第1章MASTERCAM软件11MASTERCAM软件的认识MASTERCAM是美国CNCSOFTWAREINC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等多种功能于一身。它具有方便直观的几何造型。MASTERCAM提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。MASTERCAM90以上版本还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是理想的选择，是经济有效的全方位的软件系统，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统。MASTERCAM不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。其可靠刀具路径效验功能使MASTERCAM可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。同时MASTERCAM对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果MASTERCAM软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工，从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。812MASTERCAM软件的发展史1984年美国CNCSOFTWAREINC公司推出第一代MASTERCAM产品，这一软件就以其强大的加工功能闻名于世。多年来该软件在功能上不断更新与完善，已被工业界及学校广泛采用。2008年，CIMDATA公司对CAM软件行业的分析排名表明MASTERCAM销量再次排名世界第一，是CAD/CAM软件行业持续11年销量第一软件巨头。1MASTERCAM后续发行的版本对三轴和多轴功能做了大幅度的提升，包括三轴曲面加工和多轴刀具路径。2013年5月，推出MASTERCAMX7版本。2015年5月，推出MASTERCAMX9版本。13MASTERCAM软件的功能特色MASTERCAM具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。MASTERCAM提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。MASTERCAM还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。MASTERCAM的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。可靠的刀具路径校验功能MASTERCAM可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。9MASTERCAM提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，比如常用的FANUC系统，根据机床的实际结构，编制专门的后置处理文件，编译NCI文件经后置处理后便可生成加工程序。第2章零件工艺分析21零件毛坯选择时应考虑的因素（1）零件的材料及其力学性能当零件的材料选定以后，毛坯的类型就大体确定了。例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。（2）零件的结构和尺寸形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直径相差不大、力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。（3）生产纲领的大小对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。（4）现有生产条件选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。（5）充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、10新技术和新材料。锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余量大，生产率也低，适用于单件小批生产及大型锻件。模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模锻制成形的锻件。它的精度和表面粗糙度均比自由锻造的好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。同时，由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。模锻的生产效率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由锻造的大。主要适用于批量较大的中小型零件。22机床夹具的合理选择及应用（1）正确选择夹具类型是高效加工的基础目前，机械加工按生产批量可分为两大类一类是单件、多品种、小批量（简称小批量生产）；另一类是少品种、大批量（简称大批量生产）。其中前者大约占到机械加工总产值的7080，是机械加工的主体。（2）适宜小批量生产的数控机床夹具小批量生产周期生产（准备/等待）时间工件加工时间由于小批量生产“工件加工时间”很短，因此“生产（准备/等待）时间”的长短对于加工周期有枱至关重要的影响。要想提高生产效率，就必须想办法缩短生产（准备/等待）时间。（3）组合夹具组合夹具又称为“积木式夹具”，它由一系列经过标准化设计、功能各异、规格尺寸不同的机床夹具元件组成，客户可以根据加工要求，象“搭积木”一样，快速拼装出各种类型的机床夹具。由于组合夹具省去了设计和制造专用夹11具时间，极大地缩短了生产准备时间，因而有效地缩短了小批量生产周期，即提高了生产效率。另外，组合夹具还具有定位精度高、装夹柔性大、循环重复使用、制造节能节材、使用成本低廉等优点。故小批量加工，特别是产品形状较为复杂时可优先考虑使用组合夹具。（4）精密组合平口钳精密组合平口钳实际上属于组合夹具中的“合件”，与其它组合夹具元件相比其通用性更强、标准化程度更高、使用更简便、装夹更可靠，因此在全球范围内得到了广泛的应用。精密组合平口钳具有快速安装（拆卸）、快速装夹等优点，因此可以缩短生产准备时间，提高小批量生产效率。目前国际上常用的精密组合平口钳装夹范围一般在1000MM以内的，夹紧力一般在5000KGF以内。需要注意的是，这里所说的精密组合平口钳并不是老式机加虎钳，老式机加虎钳功能单一、制造精度低、无法成组使用、使用寿命短，不适宜在数控机床、加工中心上使用。这里所说的精密组合平口钳是起源于欧美等工业发达国家，专门针对数控机床、加工中心特点所设计的一系列新型平口钳，此类产品具有装夹柔性大、定位精度高、夹紧快速、可成组使用等特点，特别适合数控机床、加工中心使用。（5）电永磁夹具电永磁夹具是以钕铁硼等新型永磁材料为磁力源，运用现代磁路原理而设计出来的一种新型夹具。大量的机加工实践表明，电永磁夹具可以大幅提高数控机床、加工中心的综合加工效能。电永磁夹具的夹紧与松开过程只需1秒左右，因此大幅缩短了装夹时间；常规机床夹具的定位元件和夹紧元件占用空间较大，而电永磁夹具没有这些占用空间的元件，因此与常规机床夹具相比，电永磁夹具的装夹范围更大，这有利于充分利用数控机床的工作枱和加工行程，有利于提高数控机床的综合加工效能。电永磁夹具的吸力一般在1518KGF/CM2，因此一定要保证吸力（夹紧力）12足够抵抗切削力，一般情况下，吸附面积不应小于30CM2，即夹紧力不小于450KGF。（6）适宜大批量加工的数控机床夹具大批量加工周期加工等待时间工件加工时间生产准备时间“加工等待时间”主要包括工件装夹和更换刀具的时间。传统的手动机床夹具“工件装夹时间”可达到大批量加工周期的1030，这样“工件装夹”就成为了影响生产效率的关键性因素，也是机床夹具“挖潜”的重点对象。故此大批量加工宜采用快速定位、快速夹紧（松开）的专用夹具。（7）液压/气动夹具液压/气动夹具是以油压或气压作为动力源，通过液压元件或气动元件来实现对工件的定位、支承与压紧的专用夹具。液压/气动夹具可以准确快速地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，加工精度高；定位及夹紧过程迅速，极大的节省了夹紧和释放工件的时间；同时具有结构紧凑、可多工位装夹、可进行高速重切削，可实现自动化控制等优点。液压/气动夹具的上述优点，使之特别适宜在数控机床、加工中心、柔性生产线使用，特别适合大批量加工。（8）电永磁夹具电永磁夹具所具有的快速夹紧、易实现多工位装夹、一次装夹可多面加工、装夹平稳可靠、节能环保、可实现自动化控制等优点。与常规机床夹具相比，电永磁夹具可以大幅缩短装夹时间，减少装夹次数，提高装夹效率，因此不仅适用于小批量生产，亦适用于大批量生产。（9）光面夹具基座光面夹具基座在国内应用还不是很多，但在欧美等工业发达国家应用很广泛。它实际上就是经过精加工的夹具基体精毛坯，元件与机床定位连接部分和零件在夹具上的定位面已经精加工完毕。用户可以根据自己的实际需要，自行加工制作专用夹具。13光面夹具基座可以有效缩短制造专用夹具的周期，减少生产准备时间，因而可以从总体上缩短大批量生产的周期，提高生产效率；同时可以降低专用夹具的制造成本。因此光面夹具基座特别适合周期较紧的大批量生产。第3章鼠标设计31鼠标外形设计图（1）绘7040矩形打开MASTERCAM,系统默认构图平面俯视图。绘矩形7040绘图矩形一点输入数字70，40如图23所示确定原点放大缩小08倍（如图24所示）。14图23图24152绘制切宽中点R100和R25的切弧绘图圆弧切弧（如图25所示）切一物体鼠标选择宽中点输入数值100（如图26所示）选择要留的部份（如图27所示）。同法绘R25切弧（如图28所示）。图2516图26图2717图28（3）修整R100和R25的弧单击工具栏“修整两物体”选择R100弧再选择矩形下底边进行修整。R25弧同理（如图31所示），再修整或删除其它交叉部分（如图32所示）。（选择时选择需要保留的部分段。）18图3119图32（4）“两点画弧”绘R200的弧绘图圆弧两点画弧用鼠标捕捉两水平线的两个端点输入数值200（如图33所示）选择要保留的部分删除两条水平线（如图34所示）。图3320图34（5）绘5和5的两条水平线，绘9和29的两条垂直线绘图直线水平线/垂直线（如图35所示）。“两物体修整”后（如图36所示）。绘制矩形两宽中点的R5切弧保留上半部分，删除两宽和下底长（如图37所示）。21图3522图36图37（6）镜射半环选择工具栏“镜射”串联选择半环执行执行X轴出现有镜射对话框选择“复制”（如图38所示）确定（如图39所示）。23图3824图39（7）绘制主视图上的图素单击工具栏里“视角前视图”绘线24和10的水平线。再绘制倾角3度的极坐标线绘图直线极坐标线捕足最底线的左端点输入角度为87度长度25回车（如图41所示）。图41（8）绘R30和R66的弧绘图圆弧切弧切圆外点选择所要切的24线捕捉底线的右端点点击想要保留的部分（如图42所示）。同法画R30，（切24的线和过极标线与线10的交点）（如图43所示）。工具栏中“修整两物体”修整两段弧删除其它线段（如图44所示）。25图42图4326图44（9）平移原来矩形的左宽切换“视图俯视图”构图画“空间绘图”主菜单栏里转换平移选择线（红色线）执行直角坐标输入“Z10”出现平移对放框选方式为移动确定（如图45所示）再选择平移后的直线两点间中点选择平移的直线端点选择圆弧平移对话框中选择移动复选框确定（如图46所示）。27图4528图46（10）绘制滚轮切换视图为前视图构图面为前视图绘制16和21的水平线绘9和29的垂直线。绘图连续线连结两垂直线与弧的两个交点（如图47所示）。在所得的连续线与两水平线的交点，以R8两点画弧（如图48所示）。选择要保留的部分，删除其它线条（如图49所示）。29图47图4830图49（11）以扫描曲面绘鼠标上表曲表切换视角为等角视图，绘图曲面扫描曲面单体选择图中红色显白两线条（如图51所示）（注意线条的方向一至性。）执行串连（如图52所示）选择长弧执行（如图53所示）。图5131图52图53（12）牵引曲面绘制鼠标全部的侧面绘图曲面牵引曲面串连选择下底面执行牵引长度输入25牵引角度输入3执行（如图54所示）删除后曲面。图5432（13）曲面倒圆角以ALT箭头使旋转（如图55所示）。绘图曲面曲面倒圆角曲面/曲面选红色的公共曲面为第一组曲面执行选择左右相交的侧面为第二组曲面执行输入值1回车修剪曲面N改为Y正向切换循环确定方向全部向里执行（如图56所示）。同样方法选择上表曲面公共曲面为第一组曲面，其余侧面为第二组曲面执行输入值1，正向切换循环确定上表曲面的方向向下其余全部向里执行（如图57所示）。图55图5633图57（14）三圆角曲面绘图曲面三圆角曲面改曲面修整N为Y选择角交汇的三个面执行（如图58所示）。34图58（15）曲面修整挖孔绘图曲面曲面修整修整至曲线选取大上表曲面执行选取曲线ALTS切换实体和线型显示，如图59所示执行。选择环投影到大上表曲面的任何区域点击两次（如图61所示）。图5935图61（16）填补孔选取构图面为前视图转换平移选择图中红色的线（如图62所示）执行直角坐标输入Z5移动执行（如图63所示。以平移的线牵引曲面绘图曲面牵引曲面选择该线牵引长度10牵引角度0执行（ALTS，如图64所示）。36图62图6337图64（17）曲面修整余角视角在等角视图构图面为空间绘图曲面曲面修整修整至曲线选取填孔曲面执行ALTS切换实体和线型显示，如图65所示）串连选取底圆环曲线执行执行指出所以保留的区域需重复做几次至修整完角，如图66所示）。38图65图66（18）绘制滚轮切换构图面为前视图转换平移串连选取补面上的绘线执行执行直角坐标输入Z2移动执行（如图67所示）。同样方法移动复制一39图素于Z4（如图68所示）。图67图6840（19）绘制拱面绘图曲面直纹曲面单体选择两段弧方向要一至（如图69所示）执行执行（如图71所示）。图69图71（20）绘制拱面边的侧面绘图曲面牵引曲面单体选择拱下的直线方向一致执行视角俯视图牵引长度5牵引角度0执行（如图72所示）。41图72（21）倒圆角绘图曲面曲面倒圆角曲面/曲面以拱面公共面为第一组执行选择侧面为第二组曲面执行输入半径傎2改修剪曲面N为Y正向切换循环确定全部方向向里执行删除余面（如图73所示）。42图73（22）曲面延伸绘图曲面曲面修整曲面延伸改至一平面N为Y选取左拱面点击补面、方向指向下（如图74所示）执行图素定面仅某图素点击补面如图75所示曲面重复延伸其它（如图76所示）执行（如图77所示）。43图74图7544图76图77（23）鼠标绘制完成（如图78所示）图784532MASTERCAM模拟加工（1）工作设定MASTERCAM主功能表工作设定输入X45Y75Z30，显示素材打勾确定（如图81所示）。图81（2）外形铣削外形铣削串联部分串联选择鼠标底面线条（如图82所示）执行在刀具参数下面空白处点击鼠标右键建立新的刀具平刀刀长30，肩部4612，刀刃10，直径12（如图83所示）确定进给率1500，下刀速率3000，提刀速率5000，主轴转速4500（如图84所示）点击外形铣削参数（如图85所示）Z轴分层铣削前打勾点击Z轴分层铣削（如图86所示）进/退刀向量前打勾点击进/退刀向量（如图87所示）确定。图82图8347图84图85图8648图87外形铣削完毕（如图871所示）49图871（3）曲面粗加工先做切削范围辅助线矩形一点宽度80，高度60确定输入X0Y0Z24回车键（如图88所示）。回主功能表刀具路径曲面加工粗加工等高外形所有的曲面执行建立新的刀具（如图89所示）曲面加工参数（如图91所示）等高外形粗加工参数（如图92所示）螺旋式下刀前打勾点击切削深度（如图93所示）确定。图8850图89图9151图92图93曲面粗加工实体切削后如图931所示。52图931（4）铣削上步骤顶部未能铣削到的部分荧幕视角俯视图，构图面俯视图。绘图直线连续线画图上步骤未能铣削到部分的形状既可（如图101所示）。回到主功能表刀具路径曲面加工粗加工平行铣削凸选择鼠标上表面（如图102所示）执行建立新的刀具（如图103所示）平行铣削粗加工参数（如图104所示）确定。53图101图10254图10355图104铣削后如图1041所示。图104156（5）精加工刀具路径曲面加工精加工等高外形所有的曲面执行选择直径为4的球刀等高外形精加工参数（如图105所示）