凸模板的机械加工工艺设计与数控程序编制和加工

职业技术学院职业技术学院 毕业设计说明书 题 目： CY14 凸模板的机械加工工艺设计与数控程序编制和加工 院 系： 专 业： 数控技术 班 级： 13 数控 301 班 学生姓名： 学 号： 201303050117 同组学生： 指导教师： 李爱良 企业指导教师： 罗军 完成日期： 2016 年 5 月 20 日 . 目 录 摘 要 I ABSTRACT .II 前 言 .I 1 数控概述 .II 2 零件的结构工艺性分析 1 3 数控加工工艺设计 1 3.1 工序设计.1 3.1.1 工序准备1 3.1.2 零件的工序1 3.2 确定装夹方案和选择夹具.2 3.3 选择刀具 2 3.4 工序余量的安排.3 3.5 加工中心加工切削用量的选择 3 4 MASTTERCAM 的三维建模和加工及后处理5 4.1 零件的三维建模.5 4.2 实体切削验证.6 4.3 后处理16 4.4 DNC 传送 17 5 产品检验报告 .18 摘摘 要要 装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控 技术及装备是新兴高新技术产业和尖端工业（如信息经济技术及其产业、生物技术及 其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备就是人类生活的最 基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备核心和技术。当今世界各国制 造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和适应能力 和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资， 不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及产业，而且在“高精尖”数控键技术和装 备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业 技术已成为世界各国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径显示了其在 国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自 动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给 机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。 关键字：关键字：数控技术 提高 经济发展 综合国力 。 ABSTRACTABSTRACT Equipment industry technical level and the modern degree determines the level of the whole national economy and now The level generation, numerical control technology and equipment is the emerging high-tech industry and cutting-edge industries (such as information economy technology and its industry, biotechnology and his industry, aviation, aerospace and other defense industry) of the enabling technologies and the most basic equipment is the most basic means of production of human life, and numerical control is the core and the advanced manufacturing technology and equipment technology today. In todays world widespread adoption of nc manufacturing technology, in order to improve the manufacturing ability and level, and the ability to adapt and improve the dynamic changeable market competition ability. In addition each industrial developed countries in the world the numerical control technology and numerical control equipment, a national strategic materials not only take significant measures to develop their own numerical control technology and industry, and in the “advanced“ numerical control key technology and equipment adopted a policy of blockade and limits to our country. Anyhow, vigorously develops the numerical control technology as the core of advanced manufacturing technology has become the world countries to accelerate economic development, improve the comprehensive national strength and an important way of promoting the national status shows its strategic role in the national basic industry modernization, and has become a traditional mechanical manufacturing industry upgrading transformation and automation, flexibility, integration and important means of production and marking. CNC technology and CNC machine tools are widely used for industrial structure, product category and grade of the machinery manufacturing and production mode has brought the revolutionary change Key words: numerical control technique，enhance，The economic development，comprehensive national strength 前前 言言 我是一个学数控的大专生毕业之前我必须把毕业设计做好做得完美，它是对我 的一次锻炼，我认为数控机床集计算机技术、自动控制、传感测量、机械制造、网 络通信技术于一体，是一种典型的机电一体化产品。它的发展和运用，开创了制造 业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格 局发生了巨大变化。 在制造业领域广泛采用数控技术，有利于提高制造能力和水平，提高对动态市 场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为各发 达国家加速经济发展，提高综合国力的重要途径。数控技术也是关系我国制造业发 展和综合国力提高的关键技术，尽快加速培养掌握数控技术的应用型人才已成为当 务之急。 内容包括：数控加工工艺设计（包括：零件图形的工艺分析、数控机床选择、 数控刀具选择）MAXA 制造工程师 2013r2 的刀路处理、自动编程及后处理，中批量 生产典型零件数控加工工艺。 由于设计者水平有限，其中有不免有缺点和错误，恳求指导老师批评指正。 1 1 数控概述数控概述 20 世纪中期，随着技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子的出现，给 自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推 动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在 40 年代初，由美国北密支安的一个小 型飞机承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框 架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理， 并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到 0.0381mm（0.0015in） ，达到了当时的最高水平。 1952 年，麻省理院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地 实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。 这台机床是一台试验性机床，到了 1954 年 11 月，在派尔逊斯专利的基础上， 第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出 来。 在此以后，从 1960 年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、 生产及使用了数控机床。 数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通 机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。 然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在 军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 到了 1960 年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的 数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床 大量发展，据资料表明，到 1966 年实际使用的约 6000 台数控机床中，85%是点位 控制的机床。 数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数 控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在 1959 年 3 月，由美国卡耐;特雷克公司（KeaneyFMS）之后，美、欧、日 等也相继进行开发及应用。 1974 年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器 直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为 CNC 机床） ，进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。 80 年代，国际上出现了 14 台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动 装卸和监控装置的柔性制造单元（FlexibleManufacturingCellFMC） 。这种单 元少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到 FMS 或更高级的集成制 造系统中使用。 目前，FMS 也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加 工向大批量加工发展。 所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。 2 2 零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性分析 该凸件的材料为 45#锻件，毛坯为 16012038.5mm 件。由图可知，该零 件主要的加工内容为平面、型腔、凸台、椭圆、槽、孔、 ，并且直边要倒角，粗 糙度全部为 1.6m。 图 2.1 产品零件 凸模，又叫阳模，是成型塑件内表面的部件，在注射成型中通常装在注射 机的动模板上，所以，习惯上又叫动模。由于注塑成型中常让塑件留在凸模上， 所以，在凸模上常装有顶出机构，以方便塑件的脱模。凸模按结构形式，主要 分为整体式凸模 、组合式凸模。该凸模板的结构简单，其结构特点是孔较多、 有一个球面，因此在加工时需着重考虑对刀对零件精度的影响、切削力、转孔 的速度和进给量等对零件的影响。由零件图可知，该零件形状简单。凸模板的 尺寸精度要求并不是很高，采用铣削加工就可以达到要求，但是其形状位置精 度要求较高，表面粗糙度 1.6,，平行度 0.02 由于模具对尺寸精度的要求比较高， 加工中主要要保证的精度要求。大平面的精度：上表面的粗糙度 1.6， 它的精 度将直接影响到加工的精度精度。凸模板为单件，属于单件小批量生产。 凸模 板材料为 45 锻件 。 毛坯为塑料板切割而成，加工毛坯时，为了保证加工面 的加工精度，选择侧面的粗糙度较好一边为粗加工基准，从而保证其它面的垂 直度和平行度。 加工其它两个侧面时，使用平口钳和已加工的侧面为定位基 准，这样不仅可以使加工余量均匀而且保证加工精度。在加工上表面和下表面 时使用已加工面作为定位基准，满足“互为基准”及“基准重合”原则以保证 加工精度。 3 3 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 3.13.1 工序设计工序设计 按照先粗后精.先面后孔的原则,步骤如下： 3.1.1 工序准备 (1) 下料 165x125x38.5mm 的毛培 (2) 零件用 64 的面铣刀铣平并达到尺寸. (3) 零件夹紧并用铣刀平两边端面 (4) 用砂纸去毛刺 （5）保证最后材料有 160x120x38.5 大小 3.1.2 零件的工序 （1）加工零件左右 工序一： 工步一：粗铣 R180 的圆弧. 工序二： 工步一：铣中间 90 的圆 工步二：倒 R8.5 的角 工步三：倒 45 角的直边角 工序三： 工步一：铣 35x45 的长方形并倒 R8.5 的圆角 工步二：精铣零件 工序四： 工步一：钻 2x12 的通孔 工步二：并在孔上钻 2x26 的阶梯孔 工步三：再钻 11.8 深 20 的钻孔 工步四：钻孔的基础上铣 R25 的球面 工步五：精铣所有孔和球面 工步六：去毛刺 工步六：检验 3.23.2 确定装夹方案和选择夹具确定装夹方案和选择夹具 该底座零件形状较简单.尺寸较小,但四个侧面较光整,加工面与非加工面之间的位置精 度要求不高,故可选通用虎口钳,以底面和两个侧面定位,用虎口钳钳口从侧面夹紧. 3.33.3 选择刀具选择刀具 根据加工内容,所需的刀具有钻头 ,平头铣刀，球头刀等,其规格根据加工尺寸选择.因 XH715型加工中心的允许装刀直径:无相邻刀具为直径为400mm,但工件长度为120mm,一次能铣 削整个长度,但是为了保证加工精度，至少需两次走刀.一般来说,铣刀半径一般小于加工零 件轮廓的最小曲率半径，一般取R=（0.80.9），经综合分析确定粗铣外轮廓的铣刀直 径选为直径为10mm.粗铣内轮廓的铣刀直径选为17mm,钻孔选用直径为10 mm的麻花钻，其详 细参数见下表。 表 3.1 刀具参数表 零件 名称 零件 图号 01 程序 编号 O01 -O04 刀具 刀具 名称 直径 /mm 长度 /mm 补偿 值/mm 备 注 T1 面铣 刀 6440 T2 平底 刀 1250 T3 钻头 11 .8 50 T4 平底 刀 1020 3.43.4 工序余量的安排工序余量的安排 加工余量的大小，对零件的加工质量和生产效率及经济行均有较大的影响。正确规定加 工余量的数值，是制定工艺规程的重要任务之一，特别是加工中心，选好余量尤为重要，在 刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产 率。在数控机床上，在工件表面粗糙度值要求为Ra3.212.5m时，粗铣后的余量一般取 （0.51.0）8 ，而本次设计中工件的表面粗糙度为Ra1.6m，所以粗铣时的余量取 0.15mm。 3.53.5 加工中心加工切削用量的选择加工中心加工切削用量的选择 1）切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度） 、背吃刀量（切削深度） 、进给量（进给速度） 。对 于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。 a）切削深度ap（）ap是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸， 主要根据机床、 夹具、刀具和工件的刚度来决定。由于零件精度要求不高，从“切削用量简明手册”可查得， 可以一次净加工余量，即ap等于加工余量，即粗铣时ap=0.5mm。 b）切削速度c（m/min） ，c是指铣刀旋转时的切削速度 n=1000c/d0 由此公式可算得粗铣外轮廓时 n=800r/min, 精铣内外轮廓时n=1600r/min，钻孔时n=600r/min。 c）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r） 是数控机床切削用量中的重要参数，主要 根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面 粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在2050mm/min5范围内选取。最大进给量 则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。 合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和 加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加 工成本。 4 4 MastterCAMMastterCAM 的三维建模和加工及后处理的三维建模和加工及后处理 MastterCAM可以设计实体模型、工程图纸等，并可以通过设置刀具路径，生成零件的数 控程序。CAXACAM2013r2具有强大的功能：加工方式的多样化。在型腔铣削、轮廓铣削以及 点位加工中心，MastterCAM提供了多种走刀方式；加工智能化。加工的刀具路径与被加工零 件的几何模型一致。当零件几何模型或加工参数被修改后，可以迅速准确地更新相应的刀具 路径 4.14.1 零件的三维建模零件的三维建模 零件模型的三维建模过程首先从零件工程图纸开始，分析零件的内部结构和外部形状， 然后确定造型的方法和设计步骤。由图可知，该零件为整件，零件结构简单，几何形状规则， 零件模型的设计可通过实体造型方法完成，即在X-Y面绘制草图，拉伸增料生成基本体，然 后由基本体拉伸除料生成槽，即可快速完成零件实体模型。 4.24.2 实体切削验证实体切削验证 （1）机床类型选择铣削，刀路路径选择外形铣削，选择160x120，刀具的选 及外形铣削的工作参数的设定如下图所示： 表 4.1 数控加工工序卡片 工 厂 数控加 工工序卡片 零件名称材料零件图号 45 锻件 01 工 序号 程序编 号 夹具名称使用设备车 间 01 O01- O04 平口钳 数控立式加工中 心 工 步号 工步内 容 加 工面 刀 具号 /mm 刀 具规 格 主轴 转速 (r/min) 进给 量 (mm/r ) 背 吃 刀 量 /mm 备 注 01 粗铣 R180 的圆弧 T0 1 8000.2 02 粗外轮 廓 T0 1 8000.2 03 粗铣内 槽 T0 2 8000.2 04 精铣 T0 5 15000.2 05 钻 2X12 的通 孔 T0 3 8000.2 06 钻 2X26 深 10 的阶梯孔 T0 6 8000.2 07 钻 11.8 的孔 T0 4 8000.12 08 铣 SR25 的球面 T0 3 10000.12 09 精铣孔 和球面 T0 2 20000.1 工 厂 数控加 工工序卡片 零件名称材料零件图号 （2）外轮廓所选刀具如下： 图 4-3 外圆弧刀具参数设定图 45 锻件 01 图 4-4 外圆弧仿真加工图 （3）内槽刀具参数图 图 4.-5 外轮廓的刀具参数设定图 图4-6：外轮廓仿真加工图 （4）内槽所选刀具如下： 图 4-7 内槽的刀具参数设定图 图3-8：内槽仿真加工图 （5）钻孔所选刀具如下 图 4-9 钻孔的刀具参数设定图 图4-10：钻孔防真加工图 （6）钻孔所选刀具如下 图 4-11 钻孔的刀具参数设定图 图4-12：钻孔仿真加工图 （7）球面铣削刀具图 图 4-13 球面的刀具参数设定图 图4-14：球面防真加工图 （6）工件生成的刀具路径如下图： 图 4-15 零件刀具路径图 4.34.3 后处理后处理 由于各种机床使用的数控系统各不相同，自动编程系统通常提供多种专用的或通用的后 处理文件，将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序。即要得到CNC控制器可以解读 的NC码需进行后处理。 具体操作：在操作管理器中单击【后处理以选择的操作】打开如图所示的【后处理程式】 对话框。 图 4.20 后处理图 点击确定后将文件保存，再根据所用数控系统更改其代码与格式，如下图所示： 图 4.21 生成 G 代码图 4.44.4 DNCDNC 传送传送 打开【后处理程式】对话框中，选中【将NC传输至】复选框后，单击【传输参数】按 钮，进入传输参数设置对话框，如下图所示，在该对话框中可对传输NC文件的通讯参数进行 设置。 图 4.22 DNC 传送设置图 5 5 产品检验报告产品检验报告 表 5.1 产品检验报告 零 件名 称 技术要求测量工具测量结果是否合格备注 1600.02 100200mm 千 分尺 160.014合格 1200.02 100200mm 千 分尺 120.010合格 凸 模板 后后 记记 毕业设计到此已经告一段落了，通过这个产品从自动编程到数控加工的全过程，我对 MastterCAM 这款软件的自动生成程序有了更为深刻的理解。其中，在工艺编辑上采用了螺 旋下刀，分层铣削。 通过数控工艺分析过程，从分析零件图、工件到选择毛坯、装夹方式、刀具等，这些都 是以前所学知识的汇总，同时也知道自己还有很多没掌握的知识，因为有的内容是我查阅了 大量的书籍才得到的，所以在许多方面还得努力。 在数控程序的生成的过程中，怎样用 MastterCAM 自动生成程序进行仿真加工然后进行 实体加工，这些都是我以前不怎么熟悉应用的，经过这次的毕业设计，我对此有了深一步的 认识，对其操作也有了进一步的熟练。 我觉得毕业设计是我们在大学的最大收获，是一笔不小的财富。因为设计的路程并不轻 松，我们每跨一步都会遇到难题，这就需要独立思考、或向老师请教、与同学讨论，那么在 这过程中我们则是受益匪浅的，同时也检查出了自己知识上的漏洞。我知道人生路上需要不 停的学习、追求知识，那我们才能成功。 参考文献参考文献 1 赵长明 刘万菊.数控加工工艺及设备M. 北京：“高等教育