毕业设计（论文）-基于PowerMILL的数控加工中心刀路设计.doc

机电控制工程系毕业设计（论文） 第 a 页 共 38 页 浙江工业大学浙西分校浙江工业大学浙西分校 毕业设计毕业设计 题 目： 基于 powermill 的数控加工中心刀路设计 作 者： 系 （部）： 机电控制工程系 专业班级： 指导教师： 职 称： 高级工程师 助教 2007 年 6 月 5 日 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 b 页 共 38 页 摘摘 要要 powermill 是界领先的 cam 系统之一，是一个独立式的三维加工软件，其功能强劲， 易于使用，自动化程度高、刀轨优化、编辑功能极强，特别适合模具加工。cam 软件可 把已通过 cad 系统产生的复杂曲面自动产生数控机床可以识别的机器代码。 我们进行本课题研究的目的，想通过 powermill 这套 cam 软件，提高数控加工效 率。也就是说影响提高数控加工工艺的因素是本课题的研究重点。我把影响因素大概 分为两类。第一类为数控加工工艺的选择和确定方面。比如刀具的选择、工件的正确 定位、加工余量的处理等方面。一旦在其中任何一个方面做得不好，都会大大影响加 数控工效率。第二类 powermill 软件的应用，在加工工艺合理的基础上正确合理的选 择加工路径是非常重要的，因为正确合理的加工路径可以大大缩短加工时间。 本课题的所研究的典型零件是一个台灯灯罩的凸模，从 powermill 软件基本功能 介绍数控铣削加工加工工艺基于 powermill 典型零件的 cam。虽然零件不是非 常复杂，但应用到了机床以及软件的很多常用功能。相信能为我以后的工作带来很多 帮助。 关键词：关键词：工艺 刀具路径 加工效率 三维造型 powermill 目录目录 概述概述 1 1 第一章第一章 powermillpowermill 软件基本功能介绍软件基本功能介绍3 3 1.1 装载模型到 powermill4 1.2 查看模型 4 1.3 定义毛坯.4 1.4 定义切削刀具 6 1.5 设置进给率和主轴转速.8 1.6 快进高度.8 1.7 刀具开始点.9 第二章第二章 数控铣削加工加工工艺数控铣削加工加工工艺 1111 2.1 数控刀具 .11 2.1.1 常用数控刀具的种类 11 2.1.2 一般数控加工常用刀具 11 2.2 数控加工工艺的基本特点 .12 2.3 零件的结构工艺性 .12 2.4 加工方法的选择与加工方案的确定13 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 c 页 共 38 页 2.4.1 加工方法的选择13 2.4.2 加工方案确定的原则13 2.5 零件的安装与夹具的选择 .14 第三章第三章 基于基于 powermillpowermill 典型零件的典型零件的 camcam1616 3.1 典型零件的三维造型16 3.2 确定加工顺序 .19 3.3 调入文件、定义毛坯 .19 3.4 坐标系的确定与模型编辑 .20 3.5 偏置区域清除模型策略（粗加工） .21 3.6 等高精加工策略（半精加工） .25 3.7 平行精加工策略（曲面精加工） .26 3.8 最佳等高精加工策略 .28 3.9 笔试清角精加工策略29 3.10 干涉检查 31 3.11 自动生成 nc 代码32 结结束语束语 3636 参考文献参考文献 3737 谢谢 辞辞 3838 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 1 页 共 38 页 概述概述 随着现代机械工业的发展，计算机辅助设计(cad)和计算机辅助制造(cam)已显示 出巨大的潜力，并广泛应用于产品设计和机械制造中，使用 cad/cam 系统产生的 nc 程 序代码可以替代传统的手工编程，运用 cad/cam 进行零件的设计和加工制造，可使企 业提高设计质量，缩短生产周期，降低产品成本，从而取得良好的经济效益。1989 美 国国家工程学院将 cad/cam 技术评为当代十项最杰出的工程技术之一。三十几年来 cad 技术和系统的飞速发展，cam 的应用迅速普及。在工业发达国家，cad/cam 技术的应用 已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应 用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家“流向“ 发展中国家。 本课题的研究目的是通基于 powermill 这套最新的三维 cam 软件来提高提高零件的加 工效率。 powermill 是 delcam 公司开发的世界领先的 cam 系统之一，是一个独立式的三维 加工软件，其功能强劲，易于使用，自动化程度高、刀轨优化、编辑功能极强，特别 适合模具加工。3d 模型可由曲面模型，实体模型的 cad 系统转到 powermill，不需要 考虑曲面间的间隙、重叠、皱折扭曲等问题。powermill 系统操作过程完全符合数控加 工工程，实体模型全自动化处理，实现了粗、精、清加工的自动化。 powermill 与其它 cam 软件相比，其后置处理适应于所有的数据系统，可以任意选 择，在五轴加工方面与其他软件相比有不可比拟的优势，有自动检查功能（如碰撞检 查和过切检查） 。 本课题所选用的加工中心的系统是西门子 802d。数控系统一般由输入/输出装置、 数控装置、伺服系统（驱动控制装置） 、机床电器控制装置四部分组成，机床本体为控 制对象。 一、三维造型一、三维造型 pro/engineer 自 1988 年问世以来，日趋盛行，已成为当今最为普及的 cad 设计系 统。它集零件设计、产品装配、模具开发等功能于一体。本课题所研究的零件比较复 杂，因此用 pro/engineer 软件实现三维造型。 二、加工工艺二、加工工艺 在刀路轨迹设计过程中，加工工艺非常重要，它直接影响到零件的加工效率。数 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 2 页 共 38 页 控加工工艺分析的主要内容为： 1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。 2）分析被加工零件图样 明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工 方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工 工序的衔接等。 3）设计数控加工工序 如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、 切削用量的确定等。 4）调整数控加工工序的程序 如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具 的补偿。 5)处理数控机床上部分工艺指令。 三、基于三、基于 powermillpowermill 的数控加工中心刀路设计的数控加工中心刀路设计 本课题根据零件的形状和结构，设计规划一般为： 1）确定加工顺序。 2）调入文件、定义毛坯。 3）坐标系的确定与模型编辑。 4）粗加工策略。 5）半精加工策略。 6）精加工策略。 7）清角精加工策略。 8）干涉检查。 9）自动生成 nc 代码。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 3 页 共 38 页 第一章第一章 powermill 软件基本功能介绍软件基本功能介绍 powermill 是一套独立的 3d 加工，其专业性强、自动化程度高、刀轨优化、编辑 功能极强，特别适合模具加工。3d 模型可由曲面模型，实体模型的 cad 系统转到 powermill，不需要考虑曲面间的间隙、重叠、皱折扭曲等问题，而得到完全不过切的 刀具轨迹。 powermill 系统操作过程完全符合数控加工工程，实体模型全自动化处理，实现了 粗、精、清加工的自动化。程编过程简单、易懂。进行程编时，只需简单的将模型输 入，计算出毛坯，无需进行曲面的选取，就可自动将模型计算在内，生成刀具轨迹。 计算毛坯时有多种方法：矩形，任意轮廓，任何 cad 实体数摸，而且毛坯的估算限界 有多种，可通过模型、边界、参考线及特征。其他软件在产生刀具路径时，必须选取 模型，若面片漏选，就会造成零件铣伤。powermill 通过产生毛坯来自动计算模型的好 处就可以避免以上现象的发生。 而这些是目前市场上其他 cam 软件是无法比拟的。 powermill 定义边界的方法有很多，可以通过毛坯、残留、已选曲面、浅滩、轮 廓、无碰撞边界、接触转换、接触点、用户定义。在一般的加工中，用户定义的边界 用得最多、最普遍。边界还可以进行各种各样的编辑，包括点、偏置、复制、移动、 修圆等。这里我主要谈一下残留、浅滩、无碰撞边界、接触转换。 而这些是目前市场上其他 cam 软件是无法比拟的。 以下列出了产生刀具路径前所需的一些基本设置内容。 1. 装载模型 2. 查看模型 3. 定义毛坯 4. 定义切削刀具 5. 设置进给率和主轴转速 6. 设置快进高度 7. 设置刀具开始点 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 4 页 共 38 页 1.11.1 装载模型到装载模型到 powermillpowermill 在菜单栏中依次选择【文件）/【打开项目】选项，打开【打开项目】对话框，选 择零件，单击确定按钮调入文件。 图 1-1 参考图形调用 于是模型显示在 powermill 图形视窗中（注：此图形为参考） 1.21.2 查看模型查看模型 打开模型后最好从各个角度查看模型，这样可对模型有一清楚的了解。 图 1-2 图形角度转换 此模型有一斜坡和底部平坦平面相接（注：此图形为参考） 1.31.3 定义毛坯定义毛坯 毛坯是 powermill 用来限制刀具运动的基本矩形块，可将它想象为一块原材料。 powermill 提供了一些更高级的方法来限制刀具运动，括最小/最大限、图形、三角形 和边界等 4 种形式。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 5 页 共 38 页 点击毛坯图标。 毛坯表格出现在屏幕上如图 1-3-2。在表格中的限界域中输入相应的最大和最小 x、y、z 值可定义毛坯尺寸。也可点击计算按钮，使 powermill 自动计算出毛坯尺寸。 可对计算后的值进行单独编辑或是锁住计算结果（锁住后该值将被灰化） 。在扩展域中 输入相应的偏置值可将毛坯按指定值偏置。 1-3-2 毛坯定义界面 点击计算按钮，点击接受。毛坯按缺省设置以蓝色线框标识。 使用毛坯 表格中的透明度滑块也可使毛坯以透明阴影 或实体显示。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 6 页 共 38 页 图 1-3-3 毛坯显示 1.41.4 定义切削刀具定义切削刀具 点取图形视窗左下部刀具工具栏中的相应刀具图标可打开相应的刀具定义表格。 点取刀具工具栏中的下拉箭头，打开全部产生刀具图标，如图 1-5-1 所示。 屏幕上出现全部可定义刀具的图标。将光标 停留图标上，相应的刀具类型描述将出现在屏幕 上。 图 1-4-1 刀具选择 选取端铣刀图标。 于是端铣刀表格出现在屏幕上如图 1-5-2 所示，通过此表格可设置端铣刀参数。 输入直径值后，长度域自动按缺省设置，其为刀具直径的 5 倍。长度值也可根据需要 改变。最好给刀具起一个容易理解和记忆的名称，例如直径为 14 的球头刀的刀具名称 可起为：14bn。输入直径 10；刀具长度自动按缺省设置为 50；输入刀具名称 em10； 点取接受。 定义一球头刀具 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 7 页 共 38 页 1-4-2 端铣刀参数设定界面 以后对该刀具的任何改动均得通过浏览器。点取黄色灯泡图标可将刀具隐藏。在 浏览器的刀具段中在相应的刀具名称上右击鼠标键，从弹出菜单中点取激活选项可撤 销刀具的激活（勾消失） ；选取参数选项可打开刀具定义表格如图 1-5-3 所示。 定义一直径为 12 的球头刀并将其命名为 bn。 浏览器将更新为下面所示状态，刀具 bn 被激活如图 1-5-4 所示。 图 1-4-3 刀具参数激活 图 1-4-4 刀具 bn 被激 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 8 页 共 38 页 1.51.5 设置进给率和主轴转速设置进给率和主轴转速 下面来定义主轴转速和进给率。 点取进给率图标。 于是进给率表格出现在屏幕上如图 1-5。使用此表格可设置任何计算的刀具路径 的进给率和主轴转速。也可点取从激活刀具装载按钮将保存在刀具定义中的切削速度 和主轴转速数据直接输入表格。 图 1-5 进给率表格 1.61.6 快进高度快进高度 下面定义刀具在毛坯之上移动的安全 z 高度和开始 z 高度。安全 z 高度必须保证 刀具在以快进速率移动使不和零件或工件夹持装置发生任何接触。 安全 z 高度是刀具撤回后在工件上快进的高度。开始 z 高度是刀具从安全 z 高 度向下移动到 一 z 高度，转变为工进。这一 z 高度称为开始 z 高度。 下下 z 下下 z 下下 下下 下下 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 9 页 共 38 页 点取快进高度图标。 快进高度表格如图 1-6 所示，点取按安全高度重设按钮。 点取接受。 1-6 快进高度表格 同样原理也可用来定义零件内的刀具移动，以保证刀具能安全快速移动。在表格 中的相对域中可选取另外两个额外选项下切和掠过。 下切：以快进速度提刀到绝对安全 z 高度，然后在工件上做快速移动，到达另一 下刀位置时，以快进速度下切到绝对开始 z 高度。 掠过：以快进速度提刀到相对安全 z 高度，使刀具高于最低等高切面，避免刀具 和模型碰撞，然后下切到相对开始 z 高度。 1.71.7 刀具开始点刀具开始点 刀具的开始点为刀具开始进行每一条刀具路径加工的安全开始位置，也是进行完 毕每一条刀具路径后的安全结束位置。此位置也和使用的机床有关，对某些机床来说 开始点位置也可能在实际的换刀位置。 点取开始点图标。 于是屏幕上出现开始点表格如图 1-5-1 所示，显示出刀具的开始点位置。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 10 页 共 38 页 将坐标设置为 x -50，y50 ， z 50。 点取接受。 刀具现在处于新的刀具开始位置如图 1-7 所示。 到此即完成设置过程，powermill 下面就可开始产生 刀具路径。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 11 页 共 38 页 第二章第二章 数控铣削加工加工工艺数控铣削加工加工工艺 2.12.1 数控刀具数控刀具 2.1.12.1.1 常用数控刀具的种类常用数控刀具的种类 数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展向。发展 模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时 间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理 及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能。 1）从结构上可分为： 整体式 镶嵌式 可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转 位； 减振式 当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工 精度，多采用此类刀具； 内冷式 切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部； 特殊型式 如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。 2）从制造所采用的材料上可分为 高速钢刀具 高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬 性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料。高速钢刀具使用前需生产者自 行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。 硬质合金刀具。硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质 合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。 陶瓷刀具 立方氮化硼刀具 金刚石刀具 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 12 页 共 38 页 2.1.22.1.2 一般数控加工常用刀具一般数控加工常用刀具 1)1) 面铣刀（也叫端铣刀） 。面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副 切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或 硬质合金，刀体为 40cr。 2)立铣刀 立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都 有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等， 高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。 3)键槽铣刀 4)成形铣刀 2.22.2 数控加工工艺的基本特点数控加工工艺的基本特点 无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟 定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题(如对刀点、 加工路线等)也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作。在 普通机床上加工零件时，是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作 者按工艺卡上规定的“程序”加工零件。而在数控机床上加工零件时，要把被加工的 全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介 质上，用它控制机床加工。由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则 上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其特点。 1)1)工序的内容复杂。工序的内容复杂。这是由于数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在 经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至在普通机床上难以完 成的工序。 2)2)工步的安排更为详尽。工步的安排更为详尽。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如 工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工 工艺时却不能忽略。 2.32.3 零件的结构工艺性零件的结构工艺性 1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具规格和 换刀次数，使编程方便，生产效益提高。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 13 页 共 38 页 2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工 艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。 3)零件铣削底平面时，槽底圆角半径 r 不应过大。 4)应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重 新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的 产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。零件上最 好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，要设置工艺孔作为定位基准孔(如在毛坯上增 加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。若无法制出工艺孔时，最起码 也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。此外，还应分 析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸 或影响工序安排的封闭尺寸等。 2.42.4 加工方法的选择与加工方案的确定加工方法的选择与加工方案的确定 2.4.12.4.1 加工方法的选择加工方法的选择 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得 同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的 形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于 it7 级精度的孔采用镗削、铰 削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜 采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。此外，还应 考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。 2.4.22.4.2 加工方案确定的原则加工方案确定的原则 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。 对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从 毛坯到最终成形的加工方案。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： 1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。 2)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。以此原则，确 定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣 等。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 14 页 共 38 页 对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能快，而刀具相对 工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线。除此之 外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定，但也应考 虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超越量。在数控机床上车螺纹时，沿螺距方向 的 z 向进给应和机床主轴的旋转保持严格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或 减速过程中切削。 铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表 面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和 切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切 入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。 铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切 入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处 加工过程中，工 件、刀具、夹具、机床系统平衡弹性变形的状态下，进给停顿时，切削力减小，会改 变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件表面留下划痕，因此在轮廓加工中应 避免进给停顿。 1）切削深度 ap（） 。主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。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，精加工余量可小于普通机床，一般取（0.20.5） 2）主轴转速 n（r/min）主要根据允许的切削速度 c（m/min）选取。 n=1000c/d 式中 c切削速度，由刀具的耐用度决定； d工件或刀具直径（） 主轴转速 n 要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。 3）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/min 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。 2.52.5 零件的安装与夹具的选择零件的安装与夹具的选择 1、定位安装的基本原则在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 15 页 共 38 页 位基准和夹紧方案。在选择时应注意以下几点： 1）力求设计、工艺和编程计算的基准统一。 2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 2、工件定位的几种情况。 1） 完全定位。工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。当工件在 x、y、z 三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位 方式。 2） 不完全定位。根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样 的定位，称为不完全定位。 3） 欠定位。根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位， 称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，所以是绝不允许的。 4） 过定位。夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几 个自由度的现象，称为过定位。 3、选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床 的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考 虑以下几点： 1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具， 以缩短生产准备时间、节省生产费用。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。 4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、 夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等） 。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 16 页 共 38 页 第三章第三章 基于基于 powermillpowermill 典型零件的典型零件的 camcam 3.13.1 典型零件的三维造型典型零件的三维造型 本课题所选的零件是灯罩的凸模。由于本课题的典型零件的曲面比较复杂，完全 用平面图表示出来比较困难，因此本人将把平面图和三维建模过程结合起来来表达零 件的外形。下面将阐述零件的三维建模过程。 首先通过进入 pro/engineer 实体建模界面，单击【拉伸】按纽进行实体拉伸，界 面如图 3-1-1 所示，生成拉伸实体，效果图如图 3-1-2 所示 图 3-1-1 拉伸界面 图 3-1-2 拉伸实体 对拉伸生成的零件进行倒圆角，半径为 7mm，效果图如图 3-1-3 所示。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 17 页 共 38 页 图 3-1-3 圆角处理 单击编辑/偏移中的偏距拉伸功能对零件表面进行偏距，再进行拉伸并倒圆角效果 图如图 3-1-4、3-1-5 所示。 图 3-1-4 偏距拉伸实体 图 3-1-5 圆角处理 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 18 页 共 38 页 在灯罩生成的最后一个步骤是对零件进行薄壳处理，使灯罩零件具有均匀厚度。 灯罩的最终形状如图 3-1-6 所示。 图 3-1-6 薄壳处理 当零件的外形设计出来以后，再通过 pro/engineer 的模具制造功能产生用于分模 的分模面，最终生成本课题所需的典型零件。分模效果和典型零件如图 3-1-7、3-1-8 所示。 图 3-1-7 分模效果 图 3-1-8 凸模 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 19 页 共 38 页 3.23.2 确定加工顺序确定加工顺序 通过分析测量该凸模结构形状和大小、安排其加工顺序为： 使用 yb10r6 的圆鼻刀进行粗加工； 使用 yb8r0.8 的圆鼻刀进行半精加工； 使用 q6r3 的球刀进行平行精加工； 使用 yb6r0.8 圆鼻刀进行最佳等高精加工； 使用 q12r6 的球刀进行笔试精加工； 3.33.3 调入文件、定义毛坯调入文件、定义毛坯 1在菜单栏中依次选择【工具】/【重设表格】选项，将所按缺省设置以透明阴影 为标识，使用毛坯表格中的透明度滑块也可使毛坯以蓝色线框或有表格重新设置 为系统默认状态。 2在菜单栏中依次选择【文件）/【打开项目】选项，打开【打开项目】对话框， 选择灯罩凸模零件，单击确定按钮调入文件。 3在【查看工具栏】中单击【iso1】 、 【普通阴影】和【线框】按钮调整模型。 4在【主工具栏】单击【毛坯】按钮，打开【毛坯表格】对话框，在【估算限界】 复选框中单击计算按钮，参数设置如图 3-3 所示，然后单击接受按钮确定参数设 置并退出对话框。 图 3-3 毛坯表格 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 20 页 共 38 页 3.43.4 坐标系的确定与模型编辑坐标系的确定与模型编辑 模型被装入到 powermill 中后，通常是相对于原始的世界坐标系来定位的，这种 定位可能不能满足加工需要，我们常常需要对模型的位置和方向进行修改，可以通过 两种方法来达到此目的。 1）对于原始世界坐标系处理模型。 2）建立一个新的用户坐标系，相对于模型定位此用户坐标系，然后相对于用户 坐标系对模型进行处理。 相对于原始世界坐标系处理模型，可以通过浏览器中【模型】/【编辑】选项的 子选项来完成。 【编辑】选项中的子选项包括【移动】 、 【旋转】 、 【缩放】 、和【平面镜 向】 ，这些选项对多型模具来说尤其有用。 移动模型。通过【移动】选项可以移动模型，移动时可以根据模型属性的最小和 最大 x、y、z 值确定移动距离，也可以自定义移动距离。如图 3-4 所示。定义用户坐 标系用户坐标系是一种可移动原点的坐标系，它相对世界坐标系移动和旋转，可根据 需要满打激活或不激活坐标系。 【模型】/【编辑】/【移动】/x 量为 10mm、y 量为 25mm、z 量为-5.12564mm 【模型】/【编辑】/【旋转】/ y 量为 180 度 图 3-4 模型编辑 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 21 页 共 38 页 3.53.5 偏置区域清除模型策略（粗加工）偏置区域清除模型策略（粗加工） 偏置区域清除模型加工。其功能就是按所设的行距和 z 下切步距不断地进行行距 偏置和 z 下切加工。功能主要应用于成型结构零件或普通机床难于加工的结构零件， 如模具中的型芯、型腔行、位等结构。粗加工时为了提高效率，在保证刀具、夹具和 机床强度、刚性足够的条件下，切削用量的选择顺序是，先把切削深度选大一些，其 次选取较大的进给量，然后再选择适当的切削速度。 根据工艺规划，应使用 yb10r0.8 的高速钢圆鼻刀和偏置区域清除模型策略对型腔 进行粗加工。结合选用的刀具、工件材料和加工类型确定编程基本参数，如表 3-1 所 示。 参数参数参数值参数值参数参数参数值参数值 工件材料45 钢下切速度 150mm/min 刀具材料高速钢切削速度 450mm/min 刀具类型立铣刀主轴转速 1400mm/min 刀具刃数 2z 公 差 0.1mm 刀具直径 10mm 行 距 4mm 刀尖半径 0.8mm 下切步距 0.5mm 快进速度 2000mm/min 加工余量 0.4mm 表 3-1 偏置区域清除模型加工的基本参数 1 1、定义刀具、定义刀具 在【刀具工具栏】中单击【下拉箭头】按钮，显示出所有的刀具图标，接着单击 【刀尖圆角端铣刀】按钮，打开【刀尖圆角端铣刀表格】对话框，如图 3-5-1 所示。 在【刀尖】选项卡的【名称】输入框中输入“yb10r0.8”,在【直径】输入框中输入 “10” ，在【刀尖半径】输入框中输入“0.8” ，在【长度】输入框中输入“20” ，在 【槽数】输入框输入“2” ，然后单击关闭按钮确定参数设置并退出对话框。通过该对 话框可以设置刀具直径、有效切削长度【刀刃长度】 、刀具编号、齿数、刀柄、夹持和 切削数据等。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 22 页 共 38 页 图 3-5-1 刀尖圆角端铣刀表格 2 2、设定进给率参数、设定进给率参数 进给率就是刀具在 x、y、z 方向上的移动速度，包括快进速度、下切速度和切削 速度，这 3 种速度是相互关联、相互影响的。在该该功能可以设置快进速度、下切速 度、切削速度、主轴转速、钻孔速度和冷却等参数。 在【主工具栏】中单击【进给率】按钮，打开【进给率表格】对话框，设参数如 图 3-5-2 所示，然后单击接受按钮确定参数设置并退出话框。 图 3-5-2 进给率表格 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 23 页 共 38 页 3 3、设定快进高度参数、设定快进高度参数 在【主工具栏】中单击【快进高度】按钮，打开【快进高度表格】对话框，设置 参数如图 3-5-3 所示，然后依次单击按安全高度重设和接受按钮确定参数设置并退出 对框。 图 3-5-3 快进高度表格 4 4、设定开始点、结束点参数、设定开始点、结束点参数 在【主工具栏】中单击【开始点和结束点】按钮，打开【开始点和结束点表格】 对话框，参数设置如图 3-5-4 所示。通过该对话框可以定义开始点和结束点的安全 z 高度值。 图 3-5-4 开始点和结束点表格 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 24 页 共 38 页 5 5、偏置区域清除模型加工参数的确定、偏置区域清除模型加工参数的确定 在【主工具栏】中单击【刀具路径策略】按钮，打开【新的】对话框，选择【三 维区域清除】选项卡，出现三维区域清除选项，如图 3-5-5 所示。 图 3-5-5 三维区域清除选项卡 在【三维区域清除】选项卡中选择【偏置区域清除模型】选项，单击接受按钮， 打开【偏置区域清除表格】对话框，设置参数及选项如图 3-5-6 所示。产生的刀路图 和毛坯的效果图分别如图 3-5-7、3-5-7 所示。 图 3-5-6 偏置区域清除表格 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 25 页 共 38 页 图 3-5-7 图 3-5-8 偏置区域清除模型加工轨迹 偏置区域清除模型加工后效果图 3.63.6 等高精加工策略（半精加工）等高精加工策略（半精加工） 根据工艺规则，应使用 yb8r0.8 的硬质合金圆鼻刀和等高精加工策略对型芯进行 半精加工。结合选用的刀具、工件材料和加工类型确定编程基本参数，如表 3-2 所示。 参数参数参数值参数值参数参数参数值参数值 工件材料45 钢下切速度 200mm/min 刀具材料硬质合金切削速度 400mm/min 刀具类型立铣刀主轴转速 1500mm/min 刀具刃数 2z 公 差 0.02mm 刀具直径 8mm 行 距 刀尖半径 0.8mm 下切步距 0.1mm 快进速度 2000mm/min 加工余量 0.2mm 表 3-2 等高精加工的基本参数 在【刀具工具栏】中单击【刀尖圆角端铣刀】按钮，打开【刀尖圆角端铣刀表格】 对话框，输入相应的参数。 1在【主工具栏】中单击【进给率】按钮，打开【进给率表络】对话框，设置参数。 2在【主工具栏】中单击【刀具路径策略】按钮，打开【新的】对话框，选择【常用】 选项卡，出现精加工选项。在【常用】选项卡中选择【等高精加工】选项，单击接 受按钮，打开【等高精加工表格】对话框，设置参数及选项如图 3-6-1 所示，产生 的刀路图和毛坯的效果图分别如图 3-6-2、3-6-3 所示。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 26 页 共 38 页 图 3-6-1 等高精加工表格 图 3-6-2 等高精加工轨迹 图 3-6-3 等高精加工后效果图 3.73.7 平行精加工策略（曲面精加工）平行精加工策略（曲面精加工） 根据工艺规划，应使用 q6r3 的硬质合金球头刀和平行精加工策略对零件进行曲面 精加工。为了能够有效地加工曲面，必须创建边界来约束加工位置，而且必须将电极 的加工余量设置为负值，这样才能将加工出来的电极用于电火花加工。结合选用的刀 具、工件材料和加工类型确定编程基本参数，如表 3-3 所示。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 27 页 共 38 页 参数参数参数值参数值参数参数参数值参数值 工件材料45 钢下切速度 170mm/min 刀具材料硬质合金切削速度 370mm/min 刀具类型立铣刀主轴转速 1500mm/min 刀具刃数 2z 公 差 0.02mm 刀具直径 6mm 行 距 0.489080mm 刀尖半径下切步距 快进速度 2000mm/min 加工余量 表 3-3 平行精加工的基本参数 基本步骤于上述相同，平行精加工的参数设置如图 3-7-1 图所示。产生的刀路图 和毛坯的效果图分别如图 3-7-2、3-7-3 所示。 图 3-7-1 平行精加工表格 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 28 页 共 38 页 图 2-24 平行精加工轨迹 图 2-25 平行精加工后效果图 3.83.8 最佳等高精加工最佳等高精加工策略策略 根据工艺规划，应使用 yb6r0.8 的硬质合金圆鼻刀进行最佳等高精加工策略。参 数设置如表 3-4、图 3-8-1 所示。产生的刀路图和毛坯的效果图分别如图 3-8-2、3-8- 3 所示。 参数参数参数值参数值参数参数参数值参数值 工件材料45 钢下切速度 200mm/min 刀具材料硬质合金切削速度 360mm/min 刀具类型立铣刀主轴转速 1500mm/min 刀具刃数 2z 公 差 0.02mm 刀具直径 6mm 行 距 0.355527mm 刀尖半径 0.8mm 下切步距 快进速度 2000mm/min 加工余量 mm 表 3-4 最佳等高精加工的基本参数 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 29 页 共 38 页 图 3-8-1 最佳等高精加工表格 图 3-8-2 最佳等高精加工轨迹 图 3-8-3 最佳等高精加工后效果图 3.93.9 笔试清角精加工笔试清角精加工策略策略 根据工艺规划，应使用 q12r6 的硬质合金球头刀进行笔试清角精加工策略。参数 设置如表 3-5 图 3-9-1 所示 参数参数参数值参数值参数参数参数值参数值 工件材料45 钢下切速度 200mm/min 刀具材料硬质合金切削速度 400mm/min 刀具类型立铣刀主轴转速 1600mm/min 刀具刃数 2z 公 差 0.02mm 刀具直径 12mm 行 距 刀尖半径下切步距 快进速度 2000mm/min 加工余量 表 35 笔试清角精加工的基本参数 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 30 页 共 38 页 图 3-9-1 笔试清角精加工表格 产生的刀路图和最终零件的效果图分别如图 3-9-2、3-9-3 所示 图 3-9-2 笔试清角精加工诡计 图 3-9-3 笔试清角精加工加工后效果图 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 31 页 共 38 页 3.103.10 干涉检查干涉检查 在实际加工过程中刀具、刀柄、夹具的干涉碰撞，工件有无被过切是操作者最为 担心的问题，powermill 提供精确的刀具、刀柄、夹具的干涉检查，工件的过切检查， 自动截掉发生碰撞的刀具路径与指令，并可以给出不发生碰撞的最短夹刀长度，如图 3-10-1、3-10-2 所示。 图 3-32 图 3-33 刀具路径效验表格 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 32 页 共 38 页 3.113.11 自动生成自动生成 ncnc 代码代码 刀路设计的最后一步是通过 powermill 软件自动生成西门子 802d 的 nc 代码。 粗加工程序： t1d1 m6 g0g90g54x0y0 s1400m3 g0x0y0z10 y-44.188m8 z5 g1z-.491f150 y-43.938f450 g2g17x.828y-41.938i2.828j0 g3x0y-39.938i-.828j.828 g1x-18 g2x-18.938y-39i0j.938 g1y-4 x-14.398 y-6.332 x-14.367y-6.823 x-14.277y-7.307 x-13.923y-8.714 x-13.727y-9.299 x-13.443y-9.847 x-12.571y-11.254 x-12.317y-11.617 x-12.025y-11.949 x-11.297y-12.691 x-11.119y-12.861 x-10.931y-13.02 x-10.094y-13.685 x-9.805y-13.894 x-9.499y-14.077 x-7.522y-15.139 x-7.293y-15.253 x-7.058y-15.352 x-5.651y-15.89 x-5.458y-15.958 x-5.262y-16.016 x-2.448y-16.775 x-2.227y-16.828 . x23.25y-18.446 z5 g1z-6.82f150 x23f450 x22.999y-14.775 x23y-14.479 g0z10 m9 g54x0y0 m5 m30 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 33 页 共 38 页 半精加工程序： t2d1 m6 g0g90g54x0y0 s1500m3 g0x0y0z10 x3.44y-10.056m8 z5 g1z-.05f200 x2.514y-10.747f400 x1.257y-11.073 x0y-11.106 x-1.257y-10.897 x-2.514y-10.569 x-3.771y-9.891 x-4.864y-8.799 x-5.26y-7.542 x-4.949y3.771 x-5.028y5.808 x-5.18y6.285 x-5.245y7.542 x-5.028y8.505 x-4.832y8.799 x-3.615y10.056 x-2.514y10.554 x-1.257y10.958 x0y11.136 x1.257y11.097 x2.514y10.729 x3.439y10.056 x6.285y34.447 x7.542y33.509 x8.339y32.681 x9.255y31.424 x9.843y30.167 x10.22y28.91 x10.385y27.653 x10.417y26.396 y11.533 g3x10.483y11.312i.4j0 g1x11.313y10.056 x11.637y8.799 x11.649y7.834 g3x12.047y7.439i.4j.005 g1x18y7.416 g0z10 m9 g54x0y0 m5 m30 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 34 页 共 38 页 精加工程序： t3d1 m6 g0g90g54x0y0 s1500m3 g0x0y0z10 x17.716y-39m8 z5 g1z-6.882f170 x18y-38.717f370 g0z10 y-38.025 z5 g1z-6.882f170 x17.025y-39f370 g0z10 x16.333 z5 g1z-6.882f170 x18y-37.333f370 g0z10 y-36.642 z5 g1z-6.882f170 x15.642y-39f370 g0z10 x14.95 z5 g1z-6.882f170 x18y-35.95f370 g0z10 y-35.258 z5 g1z-6.882f170 x17.383y-38.24f360 x17.995y-37.281 g0z10 y-37.941 z5 g1z-6.882f200 x17.65y-38.477f360 x17.285y-38.972 g0z10 m9 g54x0y0 m5 m30 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 35 页 共 38 页 清角加工程序： t5d1