机电一体化 毕业论文.doc

晋城职业技术学院jincheng institute of technology机械与电子工程系毕业设计 graduation design设计项目：灰太狼令牌的设计与加工 姓 名： 张冬冬 专 业： 机电一体化 班 级： 09机电一体化三班 学 号： 0911743337 指导教师： 杜国华 职 称： 完成时间：2012年05月2012年06月2012年06月10日机械与电子工程系毕业设计（创作）评审意见书机电一体化专业学生姓名张冬冬班级09机电一体化三班学号0911743337课题名称灰太狼令牌的设计与加工课题准备情况内容：1、绘制cad/cam图纸 2、设计加工工艺 3、确定加工工序。4、利用仿真进行加工零件 5、写毕业论文。思路和方法通过利用cad/cam中流行的autocad软件进行二维图纸的绘制、master cam软件进行三维图纸的产品形状模型分析、形状调整、并优化设计，在达到预期设计要求时，用master cam软件的cam功能和后处理功能，将master cam软件中二维图形转成了nc程序。之后，利用master cam软件仿真模拟加工过程，对加工过程中的加工工艺及走刀路线进行调整，在确定加工程序之后进行数控加工中心的加工。 本论文通过对二维绘图软件和三维绘图软件的综合运用, 大大加快了设计进程,不但提高绘图时的工作效率，而且也提高设计零件的一次成功率，从而缩短试制周期，降低生产成本，增加产品的市场竞争能力.更重要的是利用斯沃仿真软件系统可以对产品进行设计方案筛选和对零件的特性的分析，进行设计工作部件的动态模拟仿真,对产品进行计算分析、性能预测和优化设计，达到预期的设计效果.拟重点解决的问题 绘制的二维图形的时候,由于起初绘制为三视图,绘制出的三视图不仅使绘图过程复杂化,而且绘制出的图形结构复杂、不易读懂,视图上出现很多的虚线,看图时使人眼花缭乱不利于看图,且在虚线上标注尺寸也不如在实线上标注清楚,所以几经修改最后将图纸设计成为零件的俯视图、仰视图、左视图,这样绘制出的二维零件图轮廓清晰、尺寸标注明确,通过剖视图也可以清楚地表达出绘制内容。进度安排进度安排：1、熟悉课题，调查了解，确定题目(1周) 2、分析图纸(2周) 3、用cad/cam软件绘制零件图(2周) 4、制定加工工艺路线及工序安排（1周）5、利用软件生成nc代码(1周) 6、利用计算机完成nc代码(1周) 7、用数控仿真软件加工零件（1周）8、毕业论文(2周)。参考文献1 王洪主编.数控加工程序编制.北京：机械工业出版社，2003.62 刘跃南主编.机床计算机数控及其应用.北京：机械工业出版社，2001.63 张建钢，胡大泽主编.数控技术.武昌：华中科技大学出版社，2000.84 王志平主编.数控编程与操作.北京：高等教育出版社，2003.75 于华主编.数控机床的编程及实例.北京：机械工业出版社，1998.5毕业设计（创作）修改说明过对二维绘图软件和三维绘图软件的综合运用, 大大加快了设计进程,不但提高绘图时的工作效率，而且也提高设计零件的一次成功率，从而缩短试制周期，降低生产成本，增加产品的市场竞争能力.更重要的是利用斯沃仿真软件系统可以对产品进行设计方案筛选和对零件的特性的分析，进行设计工作部件的动态模拟仿真,对产品进行计算分析、性能预测和优化设计，达到预期的设计效果.指导教师意见行业指导教师： 单位： 职称： 联系电话： 年 月 日 校内指导教师： 年 月 日 目录目录i摘 要i第1章 绪 论11.1 cam自动加工的背景及意义11.2 cad/cam及cnc系统之间的联系21.3本论文的主要工作任务3第2章 灰太狼令牌的设计42.1零件图绘制42.1.1所用软件介绍42.1.2灰太狼令牌的二维设计52.2实体造型62.2.1所用软件简介72.2.2灰太狼令牌的三维设计8第3章 灰太狼令牌的加工（刻字的过程，方法）123.1加工前的准备123.2加工工艺分析123.2.1加工难点分析133.2.2加工方案确定133.2.3加工工艺卡片133.3曲面和刻字的加工143.4加工程序163.5加工过程注意事项和作品展示18第4章 总 结20致 谢21参考文献22个人简况及联系方式23毕业设计（论文）任务书、毕业论文题目 灰太狼令牌的设计与加工 、毕业设计（论文）选题意义及要求1）通过一些相关资料看到了令牌的模型图，并对其做出了相应工艺分析等。 2）运用cad软件以及相应的制图知识，绘制出了令牌的二维图形。3）运用mastercam软件绘制出相应令牌的三维图形。4）自行编程，然后使用加工中心加工出实体。5）整个过程让我熟悉巩固了部分数控软件的应用。 、毕业设计（论文）工作内容和进度安排 1）按照所看到令牌的模型图，通过多次设计和检验，最后定出相应符合尺寸。仿照所定尺寸和模型图运用数控软件设计出二维和三维图形。此工作用一周课时。2）按照图纸进行一定工艺分析，使用加工中心完成实体加工。此工作用一周课时。3）根据设计与加工的过程完成论文。此工作用五到六周课时。 、主要参考资料1 王洪主编.数控加工程序编制.北京：机械工业出版社，2003.62 刘跃南主编.机床计算机数控及其应用.北京：机械工业出版社，2001.6 i摘要摘 要数控加工技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的关键技术和基本装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控雕刻机作为一种用于平面或立体雕刻的机床，已得到了广泛的研究和应用。本文通过利用cad/cam中常见的autocad、master cam软件，数控加工中心设备，加工了手机的模型，还介绍了一些数控技术、cad/cam加工技术。首先，通过master cam画出手机模型。然后，转成了cnc程序，之后加工工艺分析、铣削参数设置。最后生成cnc程序在数控加工中心加工。通过本次毕业设计课题的制作加工，综合应用了cad/cam进行编程设计与后处理，提升了使用autocad、master cam软件的技巧，并在艺术设计方面得到了锻炼。关键词：autocad软件；mastercam软件；数控加工； 第1章绪论第1章 绪 论1.1 cam自动加工的背景及意义机械是人类生产和生活的基本工具要素之一，是人类物质文明最重要的一个组成部分。机械作业担负着向国民经济各部门，包括工业，农业和社会生活各个方面提供各种性能先进、使用安全可靠的技术装备任务，在国家现代化建设中占有举足轻重的地位。随着机械化生产规模的日益扩大，除机械制造部门外，在动力、采矿、冶金、石油、化工、轻纺、食品等许多生产部门工作的工程技术人员，都会经常接触各种类型的机械。cam(计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。cad/cam技术是一项综合性的，集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。在cad技术发展的初期，cad仅限于计算机辅助绘图，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，cad技术才从三维平面绘图发展到三维产品建模，随之也就产生了三维线框造型、曲面造型以及实体造型技术。而如今参数化及变量化设计思想和特征造型则代表了当今cad技术的发展方向。经过近五十年的发展，cad/cam技术有了长足的进步。现代集成制造系统(cims)是借助计算机，把企业中与制造有关的各种技术系统地集成起来，进而提高企业适应市场竞争的能力。cims是工业自动化的发展方向。作为cims核心技术的cad/cam系统，主要支持和实现产品对象的设计、分析、工艺规划、数控编程等一系列生产活动的自动化处理。近几年，随着计算机和数控技术的飞速发展，cad/cam已逐渐进入实用化阶段，广泛应用于航空航天、汽车、机械、模具制造、家电、玩具等行业。特别是cnc数控机床的普遍使用，使得cad/cam技术成为企业实现高度自动化设计及加工的有效手段之一。通过这次设计也让我多学到了很多不知道的知识，扩宽了自己的知识面。1.2 cad/cam及cnc系统之间的联系目前比较成熟的cam系统主要以两种形式实现cad/cam系统集成：一体化的cad/cam系统和相对独立的cam系统如：mastercam、surfcam等)。前者以内部统一的数据格式直接从cad系统获取产品几何模型，而后者主要通过中性文件从其它cad系统获取产品几何模型。然而，无论是哪种形式的cam系统，都由五个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。按照传统的cad/cam系统和cnc系统的工作方式，cam系统以直接或间接(通过中性文件)的方式从cad系统获取产品的几何数据模型。cam系统以三维几何模型中的点、线、面、或实体为驱动对象，生成加工刀具轨迹，并以刀具定位文件的形式经后置处理，以nc代码的形式提供给cnc机床，在整个cad/cam及cnc系统的运行过程中存在以下几方面的问题：.cam系统只能从cad系统获取产品的低层几何信息，无法自动捕捉产品的几何形状信息和产品高层的功能和语义信息。因此，整个cam过程必须在经验丰富的制造工程师的参与下，通过图形交互来完成。如：制造工程师必须选择加工对象(点、线、面或实体)、约束条件(装夹、干涉和碰撞等)、刀具、加工参数(切削方向、切深、进给量、进给速度等)。整个系统的自动化程度较低。2.在cam系统生成的刀具轨迹中，同样也只包含低层的几何信息(直线和圆弧的几何定位信息)，以及少量的过程控制信息(如进给率、主轴转速、换刀等)。因此，下游的cnc系统既无法获取更高层的设计要求(如公差、表面光洁度等)，也无法得到与生成刀具轨迹有关的加工工艺参数。3.cam系统各个模块之间的产品数据不统一，各模块相对独立。例如刀具定位文件只记录刀具轨迹而不记录相应的加工工艺参数，三维动态仿真只记录刀具轨迹的干涉与碰撞，而不记录与其发生干涉和碰撞的加工对象及相关的加工工艺参数。1.3本论文的主要工作任务1、搜集和整理与令牌模型相关的知识；2、对令牌进行尺寸的设定；3、完成零件的图纸绘制及实体造型；4、分析零件的加工工艺；5、编写零件的加工程序；6、完成零件的加工和检验。第2章灰太狼令牌的设计第2章 灰太狼令牌的设计2.1零件图绘制本工件的二维设计是通过autocad软件来实现的，论文以下部分是简介所用软件及设计步骤。2.1.1所用软件介绍autocad是由美国autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用cad技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。autocad具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。 autocad具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320200到20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为autocad的普及创造了条件。cad(computer aided drafting)诞生于60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。 autocad软件具有如下特点：(1)具有完善的图形绘制功能。(2)有强大的图形编辑功能。(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。(5)支持多种硬件设备。(6)支持多种操作平台(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从autocad2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如autocad设计中心（adc）、多文档设计环境（mde）、internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使autocad系统更加完善。2.1.2灰太狼令牌的二维设计在网上收集令牌的模型图，通过对其进行一定的分析，画出它的草图，并定好了相应的基本尺寸。打开autocad制图软件，对它设置图框并创建在画图中将要使用到的图层如图2-1。图2-1建立图层根据形状设定出的尺寸，按照我们所学的autocad制图知识对其进行绘图，画出该图的轮廓，然后对所画的图形进行标注，再按照零件的材料性能和加工工艺写出技术要求、列出标题栏，绘出一副完整的零件图，绘制零件图步骤如下：1）通过所学的autocad的知识首先建立绘制零件图所需要的图层；2）绘制出零件图的轮廓；3）标注所绘制零件图的尺寸和技术要求、列出标题栏；4）零件图如图2-2所示，最终零件图见附录a；图2-2灰太狼令牌模型图2.2实体造型 本工件的三维设计是通过mastercam软件来实现的，论文以下是简介所用软件及设计步骤。2.2.1所用软件简介mastercam是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司cnc software inc研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。它将cad和cam这两大功能综合在一起，是我国目前十分流行的cad/cam系统软件。mastercam是美国cnc公司开发的基于pc平台的cad/cam软件，它具有方便直观的几何造型 master cam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。 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。mastercam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，我厂采用的是fanuc系统，机床为四轴联动卧式铣床。根据机床的实际结构，我们编制了专门的后置处理文件，绳槽曲面加工刀具路径nci文件经后置处理后生成加工程序。 使用mastercam实现dnc加工, dnc（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现cad/cam的关键技术之一。由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求，这样就必须采用dnc加工方式，利用rs-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。利用mastercam的communic功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况。2.2.2灰太狼令牌的三维设计令牌的三维设计如下：1）通过利用所学的mastercam软件在俯视图平面画出一个令牌模型，使其为封闭的线轮廓，然后把柄的部分向下便宜3mm,在通过cam软件中的挤出功能把主体挤出高为10mm的实体，柄为4mm的实体，如图2-3所示图 2-3 灰太狼令牌轮廓的实体生成.2）以实体的最高平面为基准，用切割实体命令做出所要图形（眼睛和嘴巴部分），定好并使其成为封闭的轮廓，向下切除5mm。结果如图2-4所示。图 2-4 实体的切割3）找准点，画出一条曲线，然后使用牵引曲面功能牵引一个长100mm的曲面，然后用实体修建功能修剪出曲面，如图2-5所示。图 2-5曲面的生成4）在cam软件中的底视图平面用画直线命令，按要求画出所需图形，使之成为封闭的轮廓线，再通过cam软件的挤出实体中的切割实体功能建立出实体 ，最后通过切割实体建立出令牌背面最终实体如图2-6所示。 图 2-6实体的切割 6）刻字，用绘图中的绘制文字，刻上所需的字，本组最终完成的形状如2-8图所示。图 2-8实体图第3章 灰太狼令牌的加工第3章 灰太狼令牌的加工3.1加工前的准备1）机床：vmc-850加工中心，南通机床厂生产。2）材料：ly11。3）刀具：18mm立铣刀、10mm立铣刀、3mm中心钻、9.8mm钻头、10铰刀、10球头刀、0.1刻字刀。4）量具：0-150mm游标卡尺。5）夹具：平口钳。6）辅具：等高平行垫铁，锤子，锯条，寻边器，钩刀，打磨器。表3-1 工、夹、量具单序号名称规格数量备注1立铣刀/mm直径18 直径10 22中心钻直径313刻字刀直径0.114铰刀直径1015球头刀直径1016钻头/mm直径9.8 17夹具/mm平口钳18材料/mm100*30*10019游标卡尺0150 0.02mm13.2加工工艺分析本工件结构相对较复杂，因为有五个不同的面需要编程加工，所以在加工每个面之前都需要重新装夹一次，才能完成加工制作，但必须保证各面的精度，即各面之间的平行度和垂直度，使用垫铁时，要保证垫铁的等高和平行，还有在每次重新装夹时对刀使用寻边器，需要细心对刀。3.2.1加工难点分析这个工件的加工难点在于曲面的加工，最基本的铣切是用于平面的加工，都在同意高度，曲面的生成高度不一样，x/y/z三轴需要同时运动。3.2.2加工方案确定1） 先用18mm的立铣刀把工件的平面铣平。2）用中心钻点孔，这样是防止钻头在打孔时打不正，也叫引孔。3）9.8mm的钻头打灰太狼面部表情中眼睛和嘴巴的孔。4）用10mm的铰刀铰眼睛部位的孔。5）用10mm的铣刀铣令牌外轮廓和嘴巴部位的内轮廓。6）用10mm的球头刀铣曲面。7）用10mm铣刀铣背面轮廓。3.2.3加工工艺卡片表3-2为零件加工工艺卡片，详细介绍了各加工工序的内容和参数用量。表3-2 加工工艺卡片序号选用刀具加工内容主轴转速s（r/min）进给量f（mm/min）加工深度（mm）118mm立铣刀铣平面800 100z-12中心钻点孔1500 150z-139.8mm钻头打灰太狼面部表情中眼睛和嘴巴的孔1000120z-5410mm铰刀铰眼睛部位的孔45045z-4.5510mm铣刀铣令牌外轮廓、嘴巴部位的内轮廓和背面轮廓1000 100z-10(外轮廓)z-5(内轮廓)z-1（背面）610mm球头刀铣令牌曲面1600200 70.1mm刻字刀 刻字6000500z-0.153.3曲面和刻字的加工 1）曲面加工运用到cam软件的自动生成程序功能。（用10球头刀使用曲面精加工平行铣削铣去多余量，在加工区面时要先恢复没眼睛时的平面，防止眼睛内部也被铣成曲面）（模拟运行）2） 刻字也用到自动生成程序运用绘制文字，绘制出需要的文字“灰太狼（水平）张冬冬（垂直）”（创建运行轨迹）(模拟运行)3.4加工程序铣平面:18mm立铣刀o1234;m03 s800;g91 g01 x-120 f100;y-14;x120;y-14;m99;点孔：3mm中心钻o1234;g40 g80;g54 g90 g00 x10 y15;g43 h1 z50;m03 s1500;g98 g81 x10 y15 z-1 r5 f150;x-10;x7.5 y-5;g80;g00 z50;m05;m30;打孔：9.8mm钻头o1234;g40 g80;g54 g90 g00 x10 y15;g43 h1 z50;m03 s1000;g98 g83 x10 y15 z-5 r5 q2 f120;x-10;x7.5 y-5;g80;g00 z50;m05;m30;铰孔：10mm铰刀o1234;g40 g80;g54 g90 g00 x10 y15;g43 h1 z50;m03 s450；g98 g86 x10 y15 z-4 r5 f45;x-10;g80;g00 z50;m05;m30;铣轮廓：10mm铣刀o1234;g40 g80;g54 g90 g00 x0 y60;g43 h1 z50;m03 s1000;z5;g01 z-10(分两次下，一次下5mm) f100;g41 d1 g01 x0 y50;x10;g02 x18.66 y45 r10;g03 x27.32 y40 r10;g01 x30.63;x14.41 y-14.15;g02 x7.5 y-23.6 r15;g03 x5 y-27.3 r5;g01 x5 y40;x-5;y27.3;g03 x-7.5 y-23.6 r5;g02 x-14.41 y-14.15 r15;g01 x-30.63 40;x-27.32;g03 x-18.66 y45 r10;g02 x10 y50 r10;g01 x0;g40 g01 x0 y60;g00 z5;x7.5 y-5;g01 z-5 f100;g02 x-7.5 y-5 r20;g00 z50;m05;m30;铣曲面：10mm球头刀o0000n106 g0 g90 g54 x4.853 y-26.612 a0. s1600 m3n108 g43 h1 z25.n110 z5.n112 g1 z-.945 f200.n114 x5.008 y-26.458 z-.967n116 g0 z5.n118 z25.n120 x13.266 y-16.512n122 z5.n124 g1 z-2.184n126 x13.077 y-16.702 z-2.16n128 x12.469 y-17.31 z-2.106n130 x9.397 y-20.381 z-1.767n132 x7.284 y-22.495 z-1.503n134 x6.501 y-23.278 z-1.403、刻字：0.1mm刻字刀o0000n100 g21n102 g0 g17 g40 g49 g80 g90n106 g0 g90 g54 x-4.319 y29.559 a0. s6000 m3n108 g43 h1 z25.n110 z5.n112 g1 z-.15 f500.n114 x-4.293 y29.396 f2000.n116 x-3.214 y29.381n118 x-2.685 y29.274n120 x-2.6 y29.234n122 x-1.749 y28.666n124 x-.343 y27.521n126 x-1.37 y26.352n128 x-1.844 y25.697n130 x-2.244 y25.446n132 x-1.731 y25.021n134 x-1.48 y25.359n136 x.968 y25.697n138 x.338 y24.846n140 x.118 y24.599n142 x-.031 y24.534n144 x.395 y23.822n146 x.569 y23.883n148 x.532 y24.09n150 x.691 y24.559n152 x1.15 y25.371n154 x1.577 y25.9913.5加工过程注意事项和作品展示1）在加工之前要对其工件进行透彻的分析，设定好加工方案，要不加工时会遇到很多加工问题，会浪费很多时间。2）编程也是重点，一个程序的简易关系到你工作的效率。3）在加工过程中如果不注意工艺的分析，会遇到很多问题，比如：使产品在加工时受力翘曲、开裂及变形，刀具也会出现粘刀、崩刀等情况。4）在重新装夹中，每次装夹、对刀一定要细心，要不加工时的误差会更大。 灰太狼令牌模型零件作品展示。如下图3-5所示。图3-5 灰太狼令牌模型的零件图 第4章总结第4章 总 结经过几周的数控铣削零件的画图、编程与加工设计，让我明白设计的过程并不是简单的书上知识的照搬照套,一个零件的加工设计与加工的材料、刀具等等紧密联接。想要成功地完成了数控铣削零件的编程与加工，使加工的零件各部分尺寸精度和表面质量均达到零件图样的技术要求。必须使整个设计工艺方案选择合理，程序编制正确，计算好各个加工参数，在加工过程中严格按照操作规程，用仿真软件验证程序没有错误，并保证实际加工过程中不会出现撞刀或运动干涉的现象。 通过学期末的这一个铣床零件的加工设计，我对数控加工的整个过程有了更全面的理解。首先经过设计中选择刀具，我对数控机床工具系统的特点和数控机床刀具材料和使用范围有了较深的了解，基本掌握了数控机床刀具的选用方法； 在设计加工工艺方案过程中，我也进一步了解了工件定位的基本原理、定位方式与定位元件及数控机床用夹具的种类与特点，对教材中有关定位基准的选择原则与数控加工夹具的选择方法有了更深的理解； 在编制零件的加工程序过程中，我更是熟悉了数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、辅助程序段的数值计算等更是有了进一