毕业设计（论文）-电风扇数控加工设计.doc

四川职业技术学院毕业设计（论文）目 录1、引言 22、正文 3 2.1 加工任务分析 62.2 零件造型设计 2.3 工艺分析 2.4 mastercam下工件设置 82.5 粗加工 2.6 余量加工 2.7 精加工 2.8 模拟仿真 12.9 后处理 12.10结论 13、主要参考文献 194、结束语20摘要mastercam软件是美国cnc software公司研制开发的pc级cad/cam系统。该系统具有良好的性能价格比，在国际cad/cam领域中，其装机量居世界第一，是工业界及学校广泛采用的cad/cam系统。在我国由于mstercam软件特别适合目前企业的经济及技术发展力，所以在cad/cam领域中具有广大的用户。在这里主要介绍cam三维曲面造型和cad二维图形的数控加工cam三维曲面造型的线架结构：所有的三维设计软件，都有共性和个性，要进行三维造型的学习必须要了解一些个性的概念与规定否则不能顺利的创建出符合设计意图的曲面。在mstercam中，用于设计的坐标系有两种，即：原始坐标系和工件坐标系 。它们之间的区别在于原始坐标系是固定不变的其坐标原点为：（0，0，0）而工件坐标系在设计过程中是变动的cad二维图形的数控加工。在mstercam软件中，二维加工主要由二维刀具模组来生成二维刀具加工路径，以完成各种二维加工任务。其加工路径主要包括外形铣削、面铣削、挖槽、钻孔及雕刻等。 关键词：mstercam、design(造型)、mill(铣削加工)、和lathe（车削加工）。引 言mastercom软件是美国cnc software公司研制开发的pc级cad/cam系统。mastercam不仅有三维造型功能线架造型、实体造型和曲面造型。而且还有铣床的二维加工和多轴加工系统。它提供了这些条件。所以对制造来说就很简单了。只是对毛坯.以及刀具、安全距离等参数的设置后.就会自动完成走刀路线还有模拟加工。每一步走刀，清晰可见，而且还有相应的后置处理，即加工程序就会自动生成。既简单方便又快捷。有效的代替了脑力劳动,提高了生产率。现在的利用计算机辅助工具设计制造自动化时代以取代了早期的手工绘图，科技的力量难以磨灭，不仅它的发展迅速，而且它的功能强大。mastercam把辅助设计功能(cad)和辅助制造功能(cam)有机的结合起来，从设计绘制图形到编制刀具路径，在通过后处理器将ncr转换为机械数控系统，能识别到的nc程式，并能模拟刀具路径，验证nc程式，然后通过计算机输入到数控铣床或加工中心上，选用适合工件的刀具即可完成工件的加工，比以前的数控机床使用手工编程和数字化技术编制程序更为先进，它能计算出加工时间，也可以将aotucad，软件绘制的图形转化到mastercam中，使绘图更容易简单，编制加工程序更快更准确。在零件制造中mastercam起了很大的作用，曲面造型也方便了很多。曲面造型(surface modeling)是计算机辅助几何设计 (computer aided geometric design,cagd)和计算机图形学(computer graphics)的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。正 文1、加工任务分析本次加工的零件为五叶片风扇的凸模，主要加工表面为风扇的叶片和型架的轮毂，因为在这两项中，包含的曲面比较多而且复杂，所以在加工的过程中对机器和设计者的要求比较高。在对叶片和型架轮毂的加工为了保证其精度和产品的质量，特采用了粗加工、余量加工、精加工三步组成。特做以下说明，详细说明如表一。.工艺处数控编程任务书零件名称 五叶电风扇 使用数控设备 加工中心 主要工序说明及技术要求：本次加工零件为风扇叶片，根据其零件的复杂性，可以将零件的加工分为粗加工和精加工两步进行：1、粗加工：根据零件的结构的复杂性，采用等高线加工方法，运用20mm的球头铣刀的最大的进给量5mm2、余量加工：采用螺旋式加工方法对于在粗，精加工中的剩余的残留余量进行休整，做出最后的凸模成品3、精加工： 对于在粗加工时留有的0.5mm的精加工余量进行加工，以保持零件对各个曲面的表面精度要求在精加工中要保持表面能够达到7级精度，采用放射状加工方式，以提高加工效率。编程日期 任务书（编号）2008-6-10共6页第1页编制08.06.28审核编程审核批准表一 五叶电风扇工序卡2、零件造型设计 2.1、在master cam9下选择front为构图平面，用连续直线，三维线架构的创建：三维线架构是曲面的骨架和轮廓，是进行三维曲面造型的基础。进行曲面造型时，必须进行三维线架构的创建。与平面几何图形相比，三维线架构多了图面的设置，或者是第三坐标值的确定。2.2、如图一所示。2.3、将所绘制的图形用swept方式扫描出风扇的轮毂曲面外形，如图二所示。 图一 轮毂型架 图二 轮毂曲面外形2.4、绘制风扇叶片，选择front的构图平面选用两点作圆弧的方法绘制叶片端面，在构图深度为152的状态下输入两点，第一点（25，5)，第二点（-25，5)，输入半径152mm，就作出了指定的圆弧。2.5、2.6、0006*6、，旋转15o,再将旋转后的端面投影到扫描过后的曲面上，如图三所示。图三 叶片端面投影 图四 叶片外型2.7、再将最初绘制的叶片用上面的方法旋转40 o，将旋转40 o的叶片端面和投影在曲面上的曲线在3d的构图平面内，用greate-line-endpiont绘制风扇叶片的型架，用昆式曲面（coons）扫略出叶片的外形，这样就绘制出了单个叶片的外形，如图四所示。2.8、绘制出产品的外形：在绘制出了轮毂个叶片的外形后，运用xform-rotate命令，选中叶片的每个曲面进行旋转，以原点为中心、每72 o进行旋转复制，就绘制出了产品的外形轮廓，如图五所示。2.9、渲染，如图六所示。 图五 风扇外形 图六 渲染效果3、工艺分析1、 装夹：本次零件的设计是采用虎口钳夹具装夹，可以很好的限制五个自由度，见表二。零件图号t0003数控加工工件安装夹具图工序号2夹具名称虎钳装夹次数24旋转推动杆3可移动压块2固定压板1底版gs53-61编制（日期）审核（日期）批准（日期）第2页序号夹具名称夹具图号08.06.28共 6页1虎钳夹具3 表二工装夹具卡上面卡片为工装夹具卡片，用主视图可俯视图可以清晰的分析出其装夹方式，为两端夹紧，固定压块进行支撑，次夹具可以很好的限制工件5个自由度，方便拆卸，清理容易，比较实用。备注1 用于支撑待加工毛胚，可以在1平面上挖几个槽便于在机床维护时，便于清洁。2 定位挡块：用于单面支撑毛胚。3 可移动压块：用语对毛胚的装夹，有一定的灵活性，可适用于不同大小的毛胚装夹。4 可旋转推动杆：利用丝杆传动的原理，对3（可移动压块）的装夹尺寸进行调节。2、加工顺序先进性对轮毂和叶片的粗加工对其表面留有0.5mm的精加工余量，再对零件加工过后周围的剩余残量进行加工，最后对零件的表面进行精加工保证其加工精度达到7级。3、粗加工（1）刀具：采用2050mm的硬质合金刀具（2）加工方法：采用等高线平行加工（3）工艺参数：在粗加工的过程中主轴转速600转/分钟，工进速度为0.5mm/r要保留0.5mm的精加工的余量4、余量加工余量的加工是为了在某些特殊零件加工要求中对边角的残余毛料进行的一种加工方式。鉴于本次设计的是电风扇扇叶的凸模在零件周围的残料没有什么用处，所以将其加工掉。5、精加工数控铣床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯。 毛坯尺寸31031060m。用球头铣刀2050粗铣刀，粗铣时最大进给量为2mm，主轴的转速为800转/分钟，工进速度为0.28mm/r。精加工余量留为0.5mm。4、mastercam下工件设置4.1、毛坯设置尺寸设置：31031060mm原点设置：（0，0，30）材料：45#钢详细数据见表三。零件图号t0005工件毛坯和零点设定卡片工序号0005零件名称五叶片电风扇装夹次数1编制（日期）审核（日期）批准（日期）第3 页序 号夹具名称夹具图号08.06.28共6页1虎钳夹具 3如上图所示，工件的毛坯： 310mm10mm 60mm。原点位置设定在（0，0，30）。 表三工件毛坯和零件设定卡片4.2、刀具设置（1）、粗加工刀具：球头铣刀，2050mm，硬质合金 （2）、加工余量刀具：端面铣刀，2050mm，硬质合金（3）、精加工刀具；球头铣刀，550mm，硬质合金在mastercam下的操作:选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。 在本次加工中因为零件的复杂性，特选用球头铣刀。选择刀具可以通过【main menu】【toolpaths】【job setup】进入工件设置对话框，选择其中的tool按钮，打开刀具设置对话框，再点击鼠标右键，选择子菜单中的get from library选项选择刀具（在本次设计中的粗加工中选择的是20的球头铣刀）。其它刀具类似添加。5、粗加工5.1、作用：曲面粗加工的目的就是为了尽可能地将曲面工件从毛胚中分离出来，在大多数情况下，需要在粗加后留下余量给精加工去最后完成。5.2、方法介绍：在mstercam中的加工方法是【main menu】【tool paths】【surface】【rough】具体设置如表四所示。零件图号0002数控粗加工设定及工艺路线卡片工序号0004零件名称电风扇粗加工装夹次数1编制（日期）审核（日期）批准（日期）第 4页序号夹具名称夹具图号？共 6页虎钳4 数控粗加工设定及工艺路线卡片5.3方法选择:在曲面粗加工中提供了七种加工方法，主要有平行铣削、放射状加工、投影加工、曲面流线、等高外形、挖槽粗加工、钻削加工等。工件坐标系x轴成一定角度的加工刀路。 5.4参数设置数控铣床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯。用球头铣刀20*50粗铣刀，粗铣时最大进给量为3mm，主轴的转速为720转/分钟，工进速度为0。3mm/r。精加工余量留为0。5mm。将刀具的参考高度设为50mm，校刀长为点为刀尖点，将切削方向的误差值设为0.025mm，最大的角度增量设为5.0起始补正距离设为1.0如下图所示粗加工中的刀具参数设置6、余量加工余量加工时为了在加工零件时，对其有特殊要求，要对其周边的边缘部分，或残余的毛坯原料进行加工处理的一个过程。余量的加工是在master cam9中才出现的一个新的选项，在以往的mastercam中都没有出现过。残料加工是要采用2550mm的端面铣刀，加工毛坯的余量（为了保证对大的加工效率，在此可以选用较大的刀具）。余量加工是的最大进给量为5mm，主轴的转速720rmin，工进速度为0.3mm/r。具体设置如表五所示余量加工中的参数设置。零件图号0005余量加工设定及工艺路线卡片工序号0004零件名称电风扇粗加工装夹次数1编制（日期）审核（日期）批准（日期）第5 页序 号夹具名称夹具图号080628共6页虎钳余量加工设定及工艺路线卡片7、精加工7.1作用：精加工的目的就是为了精确地将三维模型的曲面形状表达出来，其走刀形式是在三维曲面的表面作单次走刀。7.2方法介绍：在mstercam中的加工方法是，可以通过选【main menu】【tool paths】【surface】【finish】，选择要加工的平面进行加工7.3方法选择：在mstercam中提供了十种曲面精加工形式，其中有部分参数跟粗加工的参数设定基本相同，主要分曲面精加工平行铣削，放射状加工，投影加工，曲面流线，等高外形，浅平面加工等，曲面精加工之放射状加工就是典型的，该种加工方式同粗加工的设定，产生沿放射状形态步进的精加工到路。7.4参数设置数控铣床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯。用球头铣刀550mm精铣刀，粗铣时最大进给量为1mm，主轴的转速为720转/分钟，工进速度为0.2mm/r将刀具的参考高度设为50mm，校刀长为点为刀尖点，将切削方向的误差值设为0.025mm，最大的角度增量设为5.0起始补正距离设为1.0。具体参数设置如下面两图所示:精加工中的刀具参数设置8、模拟仿真模拟仿真加工主要是为了检查和修改设计零件的加工程序和方式，检查才加工的过程中是否会出现背吃刀量的过大，造成断刀，或者是在工件的加工过程中刀具碰到工件，将工件打烂或将刀具打断，所以这一部是在任何软件下设计零件的重要的也是必要的过程。模拟方法一般有刀路模拟和实体模拟两种。在这里，我们选择实体模拟方式，实体切削模拟是刀具切削工件的过程和结果工件完成加工后的表面状态。实体模拟的一般操作流程如下：（1）先对三维模型建立加工刀路。（2）选择（刀具路径）菜单中的（操作管理），进入对话框。（3）选择好需要模拟的刀路中的“曲面精加工-平行铣削”刀路，再选择对话框中的实体切削验证。（4）选择要加工的实体或曲面，选中后按done。（5）选择【verify】按钮进行模拟加工。如图模拟效果如图模拟仿真存在的问题: 仿真软件是由于数控设备缺少应运而生的，其目的主要是尽可能代替数控机床进行实践操作学习，增加工位。可数控仿真软件毕竟是虚拟的数控机床，它没有切削用量概念，操作者可以随意的进刀而不会撞刀和崩刀，看不到工件加工质量，机床装刀与换刀，工件的测量完全依靠软件，忽略了机械基础知识。仿真软件的这些缺点都会使学习者丢失相关意识，软件学习后进行操作时也会忽略切削用量，势必带来不良后果。9、后处理 后处理作用：astercam是一套应广泛的软件包，它采用图形义互 式自动编程方法实现程序的编制。义互式编程是一种人机对话的编程方法，编程人员根据屏幕提示的内容，反复与计算机对话，选择菜单目录或计算机的提问，将所有的问题回答完毕后即可以生生成程序。程序的自动产生是受软件的后置处理功能控制的，不同的加工模块（如车削、铣削、线切割等）和不同的数控系统对应于不同的后处理文件。软件当前使用哪一个后处理文件，是在软件安装时设定的，而在具体应用软件进行编程之前，一般还需要对当前的后处理文件进行必要的修改和设定，以使其符合系统要求和使用者的编程习惯。有些用户在使用软件 时由于不了解情况，没有对后处理文件进行修改，导致生成的程序中某些固定的地方经常出现一些多余的内容，或者总是漏掉某些词句，这样，在将程序传入数控机床之前，就必须对程序进行手工修改，如果没有全部更正，则可能造成事故。例如，某机床的控制系统采用工件坐标系定位，绝对坐标编程，要求生成的程序前面必须有设置，如果后处理文件的设置为，则每次生成的程序中含有，却不一定有，如果在加工时没有进行手工改正，则势必造成加工错误。 二、astercam软件的后置处理文件 后置处理文件简称后处理文件，是一种可以由用户以回答问题的形式自行修改的文件，其扩展名为。在应用astercam软件的自动编程功能之前，必须先对这个文件进行编辑，才能在执行后处理程序时产生符合某种控制器需要和使用者习惯的程序，也就是说后处理程序可以将一种控制器的程序定义成该控制器所使用的格式。以系列的后处理为例，它既可以定义成惯用于控器所使用的格式，也可以定义成控制器所使用的格式，但不能用来定义其它系列的控制器。 不同系列的后处理文件在内容上略有不同，但其格式及主体部分是相似的，一般都包括以下几个部分。 nnotation（注释）对后处理文件及其设定方法作一般性介绍。 问题该部分为后处理文件的主要部分，系列的后处理文件中共包括个问题，对这些问题的回答将决定将来输出的程序的格式。 commands（指令）指令的作用是对它后面的变量施加影响。如oldvars和newvars指令，在回答问题时若写于刀具号码变量t之前，则使用oldvars时将呼叫前一把刀具的号码，使用newvars时将呼叫现在所使用的刀具号码。 variables（变量）给出了问题中所使用的各种变量的定义系列的后处理文件中共定义了个变量，如prog-n=程序号码，f=进给率，s=主轴转速，t=刀具号码等。 三、后处理文件的设定方法 后处理文件编辑的一般规则 对后处理文件的编辑和设定只需要对第（）部分的问题进行回答。文件的每个问题前都有一个号码并在号码后加一个小数点。若问题前没有号码，那么这个问题在执行后处理时是被忽略不用的。回答号码以前的问题时，需要在问题的下一行键入所回答的文字，而且回答的内容可以包括多行，号以后问题均带有问号且回答时直接写在问号的后面，不得换行，这一类的问题常常是以yn来回答。回答问题时用到变量，不能用引号，而字符串则必须包围在引号之中（如），引号中的文字将按字符串的原样写入程序中。变量和字符之间要用逗号隔开。 变量的使用 变量的定义在后处理文件的开头部分已经作了说明，使用时可通过查阅来了解变量的意义。变量在回答问题时一经使用，就会在生产的程序中表达确定的意义。如变量spindle-on,转速为正或时定义为，为负时定义为，如果回答问题时使用了该变量，则会在程序的相应部分写出或。变量prog-n若写到问题或中，将对在程序规划时给定的程序中起作用。变量irst-tool用来呼叫程序中所使用中的第一把刀的号码，此变量通常用于程序结束时将使用中的刀具改变为第一把刀的号码，以便在下一次执行程序时使用。next-tool用于无字首的刀具号码，使用这个变量可在刀具被呼叫前，选择另一把刀来进行换刀。变量xr、 yr、zr是用来定义程序中快速定位的、坐标位置，通常用于换刀和程序结束时使刀具返回机械原点。prev-x、prev-y、prev-z则是用来定义刀具所在的前一个、坐标的位置。其它变量的定义可参看文件开头的说明。 .后处理文件的设置方法 后处理文件中的大部分问题一般不需要作修改，使用时，通常办需对其中固定的某几个问题进行编辑。下面以系列的文件为例，来说明设定的方法。 （）问题的回答要用字符串，对于控制系统设置为。 （）以问题的回答以例说明、问题的回答方法。假设在设定参数时所给的程序名为test1，程序号为，顺序号开始号码为且增量值为，刀具号为，主轴转速为mim，则.pst文件格式及产生的程序对照台下。 .pst文件格式 nc程序 prog_mane test1 prog_n 1234 n，g90 g54 g49 g40 n100 g90 g54 g49 g40 ，g00 x0 y0 n102 g00 x0y0 n，m06 m104 m06 t01 n，s，spindle_on n106 s1500 m03 （）问题是用来设定当铣削状态改变面刀具号码并不改变时，其使用的变量与问题、中所使用的变量相同。 （）问题、控制参数屏幕中ext1、所设定的文字。 （）问题要求规定进给速度值小数点后允许的位数，若写时则为整数。 （）问题高定的比例因数可使写到程序中的进给速度按此因数变化。 （）问题中要求设置快速进给速率的大小。 （）问题是若设定为e(表示圆弧插补指令中用程序）时，问题必须回答，则系统在后处理时将自动大于圆弧打断为两段。 （）问题是使用权控制器中的cannedcycles指令（）被使用于程序中。 （）问题是用来设定几何图形中线与线或线与圆弧之间的精确度，使其值保证连接外形时能自动连接。 （）问题是用于程序与数控机床传输与接受时的对数设定。 （）当使用者在换马中使用权用next_tool变量时，问题应回答为。当后处理系统执行时，电脑首先必须做一个刀具表，否则电脑无法了解在换刀要用到次一把刀时，什么刀具要来到一把刀的位置。 （）问题是用于设定刀具路径显示时的内定值。 （）问题中的杂项变量是在线切割后处理系统中使用的。 1、后处理器的选择系统：选择广州数控系统2、修改后处理器后处理文件修改的原因是：mastercam系统缺省的后处理文件为mpfan.pst，适用于fanuc（发那科）数控代码的控制器。其它类型的控制器需选择对应的后处理文件。 由于实际使用需要，用缺省的后处理文件时，输出的nc文件不能直接用于加工。原因是： 进行模具加工时，需从g54g59的工件坐标系指令中指定一个，最常用的是g54。部分控制器使用g92指令确定工件坐标系。对刀时需定义工件坐标原点，原点的机械坐标值保存在cnc控制器的g54g59指令参数中。cnc控制器执行g54g59指令时，调出相应的参数用于工件加工。采用系统缺省的后处理文件时，相关参数设置正确的情况下可输出g55g59指令，但无法实现g54指令的自动输出。 fanuc.pst后处理文件针对的是4轴加工中心，而目前使用量最大的是3轴加工中心，多出了第4轴数据“a0.”。不带刀库的数控铣使用时要去掉刀具号、换刀指令、回参考点动作。部分控制器不接受nc文件中的注释行。删除行号使nc文件进一步缩小。调整下刀点坐标值位置，以便于在断刀时对nc文件进行修改。普通及啄式钻孔的循环指令在缺省后处理文件中不能输出。使用循环指令时可大幅提高计算速度，缩小nc文件长度。 如果要实现以上全部要求，需对nc文件进行大量重复修改，易于出现差错，效率低下，因此必须对pst（后处理）文件进行修改。修改方法如下： 代码生成是设计零件加工的最终目的，在设计完成后便可自动生成在mill模块的主选单下选择【toolpaths】-【operation】出现操作管理器，选中待生成程序的工步，按下旁边的【post】按钮，在其子菜单中选择生成nc文件选项，点确定，即可自动生成所要得到的nc文件。具体操作如图所示:生成的代码如下：10、结论这次设计主要是对五叶片电风扇模型进行设计和加工，五叶片电风扇模型的曲面比较复杂，手工编程无法实现。这时就需要采用自动编程，从工件造型、刀具的选择、材料的选择以及加工参数等的设定，我都进行了仔细的考查，最后经过计算机模拟加工、后处理，生成数控程序。实际上，叶片可以分很多种，发电机组中叶片是一个很