数控技术毕业设计（论文）-鼠标盒盖上下模数控加工及工艺分析.doc

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 河南工业职业技术学院毕业论文题目：鼠标盒盖上下模数控加工及工艺分析班 级：姓 名：专 业：数控技术及应用指导教师：答辩日期：2008年6月2日4摘 要鼠标模具作为鼠标生产的重要模型，其加工工艺与精度的好坏直接影响鼠标的生产与销售，如何生产出高质量的鼠标模具已经成为各个生产厂家关注的重点。数控技术作为现代制造的进行技术，它采用数字化信息控制的机床的运动进行零件的加工特别适合空间曲线曲面的加工。本设计中的鼠标模具是由复杂的曲线曲面组成的若采用传统的机床将无法加工或是加工精度得不到保证劳动强度大而数控技术确能很好的解决了这一问题且已成为厂家的首选项。本设计借助pro/engineer强大的造型功能进行产品的造型与模具设计，利用master cam里丰富的参数功能进行参数的设定与模拟加工，充分体现了数控技术与造型软件与编程软件在现代制造业中的优越性。关键词：数控技术、pro/engineer、master cam 目录？摘 要11 绪 论41.1 数控机床的组成及工作原理41.2 数控机床的分类及优点51.2.1常见的数控机床的类型51.2.2数控机床的优点61.3现代数控技术的发展趋势61.3.1高速化与高精度化71.3.2复合化71.3.4高柔性化813.5智能化81.3.6高可靠性91.4本课题研究的主要内容92 数控加工工艺分析102.1 毛坯的制作及热处理102.1.1毛坯的制作102.1.2 毛坯热处理142.2 夹具的选择152.3凹模图工艺性分析152.3.1 结构分析152.3.2 机床设备的选择172.3.3 确定凹模的加工顺序及进给路线182.4凸模图工艺性分析182.4.1 结构分析182.4.2 机床设备的选择192.4.3 确定凸模加工顺序及进给路线202.5走刀路线及加工顺序202.7走刀方式和铣削方式的确定252.8进退刀方式的确定282.9切削用量与刀具的选择292.9.1切削用量选择292.9.2刀具的选择313 mastercam编程与应用程序333.1 概述333.2mastercam刀具的设定与参数的设定343.3 应用加工程序364 结论与展望54.1 设计总结54.2 将来展望5致 谢61 绪 论1.1 数控机床的组成及工作原理1.1.1数控机床的组成数字控制（numerical control ,简称nc）技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术。采用数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床，称之为数控机床。数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。一般来说数控机床基本组成包括数控装置、伺服系统、输入输出装置、辅助控制装置、回馈系统、可编程控制器plc、机床本体等主要装置。如下图1-1是数控机床的组成框图：图1.1.1-1 数控机床的组成框图1.1.2数控机床的工作原理数控机床进行工件的加工，首先必须将工作的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。这些信息和指令最基本的包括：各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量，各状态控制的i/o信号等。目前加工程序的生成有以下方法：1）手工编程分析零件图样，根据图样对零件材料、尺寸、形状、加工精度及热处理要求来确定加工方案，进行工艺处理和数值计算。在此基础上，根据数控系统规定的功能指令代码和程序格式编写出数控加工程序单。但此方法只适用于形状简单零件的编程。2）cad/cam 对于形状复杂，人工难以胜任或是根本无法编程的零件特别是像模具的凸凹模的加工这类零件往往有较高的精度要求，为了保证能够加工出符合图样要求的零件这就必需采用计算机辅助设计和计算机辅助制造（cad/cam）进行零件编程的处理，由计算机自动生成数控加工程序。3）人机对话通过数控系统显示器（crt）上的图形提示和参数确定，在数控系统中自动生成加工程序。1.2 数控机床的分类及优点1.2.1常见的数控机床的类型数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，各种类型的数控机床基本上起源于同类型的普通机床，从应用角度出发，常见的数控机车有以下几种：1）数控车床数控车床分为立式和卧式两种。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件的车削加工，卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。2）数控铣床数控铣床按机构形式可以分为立式、卧式、龙门铣床，按控制轴数可以分为三轴、四轴和多轴数控铣床。3）加工中加工中心车削加工中心车削加工中心是在普通卧式数控车床的基础上，增加了c轴（刀具的旋转）和动力头，更高级的车削加工中心还带有刀库。除工件旋转运动外，车削加工中心还可控制刀具的纵向、横向进给运动和旋转运动，这使其加工能力大大的增强，除可以进行一般的车削加工外还可以进行径向和轴向铣削以及中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。铣削加工中心铣削加工中心是在数控铣床的基础上增加了刀库和自动换刀装置，刀库可容纳16100把左右的刀具。由于具有自动换刀功能，工件一次装夹后，加工中心能自动的完成或接近完成工件各面的所有加工工序。铣削加工中心按结构形式可分为立式加工中心和卧式加工中1.2.2数控机床的优点1）数控系统取代了普通机床的手工操作，具有充分的柔性，只要编制或零件程序就能加工出新的零件。2）零件加工精度一致性好，避免了普通机床加工时人为因素的影响。3）生产周期短，特别适合小批量、单件零件的加工。4）可加工复杂形状的零件，如二维或三维轮廓加工。5）易于调整机床，与其它制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调整时间较少。1.3现代数控技术的发展趋势 随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，现代数控技术的总发展趋势是：高速化与高精度化、复合化、小型化与开放式结构、高柔性化、智慧化。1.3.1高速化与高精度化实现数控机床高速化，首先要求计算机系统读入加工指令数据后能高速处理并计算出伺服电动机的移动量，并要求伺服系统能快速地作出反应；为使数控机床在极短的空程内由零加速到高速度和高行程速度下保持高定位精度，必须具有高（减）速、高精度的位置检测系统和伺服质量。所以必须重新考虑主轴、进给系统、刀具交换系统、托盘交换系统等各种关键部分的全部特性，即从机床的基础部件到刀架等。日本mazak公司的ff510型卧式加工中心，其最大加（减）速度为1.0g，主轴最高转速为15000r/min；且由于有大的角加（减）速度，仅需1.8s其主轴转速即可从0r/min提速到15000r/min；其换刀时间为0.9s（刀到刀）和2.8s（切削到切削）。数控机床的加工精度的提高，一般通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到。在减少系统控制误差方面、通常采用的是提高数控系统的分辩率，以微小程序段实现连续进给，使cnc控制单位精细化，提高位置检测精度，以及在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%80%。由于计算机运算速度和主轴转速的较大提高，具有真正零跟踪误差的现代数控装置已被开发出来，能满足现代机床工作的要求，使机床可以进行同时具备高进给速度和高精度的加工。1.3.2复合化 复合化包含工序复合化和功能复合化，例如工件在一台设备上一次装夹后，可通过自动换刀等各种措施来完成多任务序和多表面的加工。在一台数控设备上能完成多任务序切削加工（如车、铣、镗、钻等）的加工中心，可代替多机床和多装夹的加工，这样既能减少装卸时间，省去工件搬运时间，提高每台机床的加工能力，又能保证和提高形位精度，从而打破了传统的工序界限和分散加工的工艺规程，如主轴头立卧自动转换的加工中心、车铣加工中心等。1.3.3小型化与开放式结构由于数控技术中大量采用了计算机新技术，新一代数控系统的体系结构向开放式系统发展。自20世纪80年代末以来，主要数控系统和数控设备生产国及其厂家竞相开发其于基于pc的开放式cnc系统，开展了针对开放式cnc系统的前、后台标准的研究。基于pc的开放式cnc大致可分为四类：pc连接型、pc内装型、cnc系统内装型pc和纯软件型cnc系统。其系统以通用pc机的体系结构为基础，构成了总线式（多总线）模块、开放型、嵌入式的体系结构；其软硬件和总线规范均是对外开放的，硬件可即插即用，还可向系统添加在ms-dos、windows环境下使用的标准软件或用户软件，为数控设备制造厂家和用户进行集成给予了有力的支持，也便于主机厂进行二次开发以发挥其技术特色。经过加固的工业级pc机已在工业控制领域得到了广泛的应用，并逐渐成国主流，其技术上的成熟度使其可靠性大大超过了以往的专用cnc硬件。1.3.4高柔性化柔性是指数控机床适应加工对象变化的能力。数控机床发展到今天，已对满足加工对象变化有了很强的适应能力。在提高单机柔性化的同时，数控机床也朝着单元柔性化（如柔性加工单元fmc）和系统（柔性制造系统fms）方向发展。13.5智能化1）引进自适应控制技术 自适应控制ac（adaptivecontrol）技术的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态由干在实际加工过程中，大约有30余种变量直接或间接地影响加工效果，如工件毛坯余量不均匀、材料硬度不均匀、刀具磨损、工件变形、机床热变形等。这些变量事先难以预知，编制加工程序时只能依据经验数据，以至在实际加工中，很难用最佳参数进行切削。而自适应控制系统则能根据切削条件的变化，自动调节工作参数，如伺服进给参数、切削用量等，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。 2）采用故障自诊断、自修复功能理论 这主要是指利用cnc系统的内装程序实现在线故障诊断，一旦出现故障时，立即采取停机等措施，并通过crt进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。并利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，接通备用模块。3）刀具寿命自动检测和自动换刀功能利用红外、声发射（ae）、激光等检测手段，对刀具和工件进行检测 发现工件超差、刀具磨损、破损等，进行及时报警、自动补偿或更换备用刀具，以保证产品质量。4）引进模式识别技术应用图像识别和声控技术，使机器自己辨识图样，按照自然语言命令进行加工。1.3.6高可靠性数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指针，它取决于数控系统和各伺服驱动单元的可靠隆，为提高可靠性，目前主要采取以下几个方面的措施。1） 高系统硬件质量。2） 用硬件结构模块化、标准化、通用化方式。3） 增强故障自诊断、自恢复和保护功能。1.4本课题研究的主要内容本课题以鼠标上下模加工为研究内容，着重讨论在数控加工过程中毛坯的选择、工艺的设计、基准的选择、夹具的选择、刀具的选择、加工工艺分析等工艺参数。本设计模型主要是利用proe/enginner进行模具分模生成凸凹模后在mastercam里进行加工模拟，工件加工主要以数控铣削为重点。2 数控加工工艺分析2.1 毛坯的制作及热处理2.1.1毛坯的制作该模具用于注射成形，由于锻件毛坯具有很高的强度和冲击韧性且适用于在大载荷或冲击载荷的场合工作。锻压加工的主要形式为自由锻造和热模锻造。前者所得毛坯精度低、表面粗糙度大、生产率低，故适用于单件、小批生产；热模锻造是一种生产率高和加工质量较好的锻造方法，可以使机械加工余量13mm。按照热模锻特点和所用设备不同以可分为锤上模锻，压力机上模锻，胎模锻，卧式锻造机模锻等。锻造方法、生产批量和毛坯形状尺寸的要求对零件结构形状的要求也不相同，有如下原则而考虑；1）锻造毛坯应形状简单，对称，避免柱体部分交贯和主要表面上有不规则凸台，毛坯形状应允许有水平分模面,最大尺寸在分模面上，以简化锻模结构。2）毛坯应有拔模斜度和圆角，槽和凹口只允许沿模具运动方向分部，以便于毛坯从模具中取出，防止锻造缺陷并延长模具寿命。3）毛坯形状不应引起模具侧向移动，使上下模错位。4）零件壁厚差不能太大，因为薄壁冷却较快，会使模具产生缩孔或裂纹等，降低模具寿命。由于模锻重量要求并没什么限制，形状简单，材料一般为碳素钢，合金钢，成批量生产，所以本设计采用模锻制作毛坯。下表为不同锻造方法的工艺特点：毛坯的制件方法最大重量n最小壁厚材料形状的复杂性精度等级表面ra其它自由锻造不限制不限制碳素钢合金钢简单1416生产低，余量大，适用于机械修理厂和重型机械厂模锻（利用锻锤）通常至10002.5碳素钢合金钢由锻模制造难易而定1214生产率高，不需高级技工，材料消耗少模锻（利用卧式锻造机0通常至10002.5碳素钢合金钢由锻模制造难易而定1214生产率高，压力不与地面垂直对轴基要求不高精密模锻通常至10001.5碳素钢合金钢由锻模制造难易而定1112光压后的锻件可不经机械加工直接进行加工表2.1.1-1工件材料的物理力学性能、金相组织，及其组织是否均匀和有无杂质等因素，对切削获得加工表面质量有很大的影响。为了满足产品的生产要求、切削加工性能及经济性和我国的资源状况等综合考虑，本设计采用45钢（45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。），其各主要性能如下图所示：技术条件csimnspcrnicugb699-880.420.500.170.370.500.800.0350.0350.250.250.25jb755-850.420.500.170.370.500.800.0400.0400.250.25表2.1.1-2 45钢化学成份密度，t/m3熔点，临界点ac1ac3ar3ar17.89（7.81）1433721(724)778(780)723(751)619(682)温度, 室温100200300400500弹性模量e,105mpa2.09（2.00）2.072.021.961.861.74热导率,w/(mk)484544403938线膨胀系数1，10-6k-1（与20之间）9.4012.213.113.814.2泊松比0.274(0.269)0.2750.2760.2760.2740.287比热容c,kj(kgk)0.4980.5310.5520.5690.595切变模具g，104mpa8.238.047.847.647.256.76电阻率,10-6m0.3200.4160.5020.618热扩散率，10-6m2/s11.89.588.347.696.89切变模具g，104mpa8.238.047.847.647.256.76电阻率,10-6m0.3200.4160.5020.618热扩散率，10-6m2/s11.89.588.347.696.89 表2.1.1-3 45钢物理性能热处理s, mpab, mpa5,%,%kv,j/cm2hb0.3, mpab, mpa850正火37762426.455.089.1175840水淬,560回火50171023.665.115221653973724.562.414520651575925.263.7161223热处理s, mpab, mpa5,%,%kv,j/cm2hb0.3, mpab, mpa840油淬,510回火71693417.952.999.5254528829850油淬,450回火80397011.846.870313gb699-88厚度80mm80250mm355600164039未热处理229退火1971435表2.1.1-4 45钢力学性能2.1.2 毛坯热处理毛坯材料在进行铣削前应先安排热处理以消除在锻造过程中产生的内应力。另外，通过热处理能改善工件材料的加工性能如调质处理，可适当提高材料硬度，使塑性变形小，内部金相组织变得均匀，通过材料切削加工的改善，进而提高工件的加工质量。热处理分为退火、淬火、回火等，据本例的需要为了提高产品的硬度、耐磨性和经济性而选用淬火。45钢淬火温度在a3+(3050) ，在实际操作中，一般是取上限。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。 因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。 45钢调质件淬火后的硬度应该达到hrc5659，截面大的可能性低些，但不能低于hrc48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。 45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560600，硬度要求为hrc2234。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。2.2 夹具的选择夹具，尤其是机床夹具，在机械制造业中应用很广，它能迅速工作的装夹和定位并且在加工过程中保证与工作的相对位置不变。夹具作为机床的重要工艺装备，在生产过程中尽量优先选用通用夹具再考虑组合夹具、专用夹具等，夹具的作用有： 1）提高加工精度和保证质量。 2）提高劳动生产率和降低成本。 3）扩大机床的工艺加工范围。 4）减轻工人的劳动强度。综上根据毛坯的结构特点生产周期等因素本设计选用机用虎钳，如下图所示图2.2-12.3凹模图工艺性分析2.3.1 结构分析该凹模材料为45钢，外形为一个六面体，型腔面复杂。该型腔主要是由多个曲面组成，四周斜面与底面采用圆弧过度，在上顶部的中间有一个侧活动型芯口，模具的外部结构较为简单，是一个标准的长方体。因此工件以型腔加工为重点。工件毛坯在进行数控加工前已经过x52k(6h12)普通立式铣床铣削加工过6个面。下图为用pro/engineer直接生成的凹模图图2.3.1-1 凹模工程图 图2.3.1-2 凹模轴视图2.3.2 机床设备的选择根据被加工零件的形状、材料和加工精度等条件，选用西门子802d数控立式铣床进行铣削加工。由于毛坯为规则形状的长方体故在这里不需要再用进行夹具的设计与制造，也不需采用专用夹具或组合夹具而选用通用的机用虎钳即可满足需要，毛坯两侧用机用虎钳夹紧，固定于机床工件台上。零件以底面为定位基准，两侧用机用虎钳进行夹紧，固定于机床工件台上。2.3.3 确定凹模的加工顺序及进给路线1）铣配合面。2) 铣型腔。3）铣活动型芯通口。 2.4凸模图工艺性分析2.4.1 结构分析该凸模与凹模配对使用，为了保证凸凹的使用性能和选材一致性原则，所以选材也为45钢，凸模外形为一个六面体上部复杂。主要结构是由多个曲面组成且有多个侧型芯滑块，如若采用普通机床则不容易达到要求加工也是不明智的选择。模具的外部结构较为简单，是一个标准的长方体，因此工件的加工以型芯为重点。工件毛坯已经过x52k(6h12)普通铣床铣削加工过6个面。下图为用pro/engineer直接生成的凸模图。图2.4.1-1 凸模工程图图2.4.1-2 凸模轴测图2.4.2 机床设备的选择根据工件图样的要求及加工过程中对设备的了解的程度加以考虑，本设计选用西门子802d立式数控铣床进行铣削加工。由于毛坯为规则形状的长方体故在这里不需要再用进行夹具的设计与制造，也不需采用专用夹具或组合夹具而选用通用的机用虎钳即可满足需要，毛坯两侧用机用虎钳夹紧，以毛坯底面定位，固定于机床工件台上。2.4.3 确定凸模加工顺序及进给路线由于该凸模零件加工余量较大，首先要进行粗加工；粗加工后，在局部区域还存在较大的加工余量，并存在应力变形等因素，为保证精加工的加工质量，对该型芯进行半精加工以使零件的周边保留均匀的加工余量；半精加工后即可进行型芯最终工序的精加工。路线如下所示：1）铣毛坯尺寸至图纸要求的尺寸。2）铣型芯。3）挖槽加工凹口。4）铣深孔。2.5走刀路线及加工顺序在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作的准备。走刀路线就是数控加工过程中刀具相对于被加工工件的运动轨迹和方向；走刀路线的选择确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一，确定走刀路线的一般原则有以下几点：1）保证零件的加工精度和表面粗糙度。 2）方便数值计算，减少编程工作量。 3）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。4）尽量减少程序段数。 同时应注意以下几点：1）寻求最短加工路线如加工下图a所示零件上的孔系。b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用c图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。a)零件图样b)路线1c)路线2图2.5-1 最短走刀路线的设计2）最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。如下图a为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用b图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图c也是一种较好的走刀路线方式。a)路线1b)路线3c)路线3 图2.5-2铣削内腔的三种走刀路线3）选择切入切出点切入点的选择原则： 粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。 精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。切出点的选择原则：能连续完整的加工曲面。非加工时间短。4）切入切出路径在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。 图2.5-3 铣削外轮廓的切入切出路径5）选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。（2）确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题： 1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。 2） 尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表。 3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案。 4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。（3）确定对刀点与换刀点对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀来实现的。 图2.5-4 对刀点与加工原点重合对刀点 是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：1）所选的对刀点应使程序编制简单；2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。刀位点是指确定刀具位置的基准点 平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。 换刀点应根据工序内容的作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往置在离零件较远的地方。（2）工序的划分在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装夹中就能完成全部工序。但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的粗基准面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。2.6数控铣削加工工序的划分： 1）刀具集中法 即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。 特点：这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。 2）粗、精加工法 这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。 注意：粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。 3）按加工部位工序法 先加工平面、定位面，再加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。例如：零件材料变形小，加工余量均匀时，可以采用刀具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差。若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用粗精加工分序法。总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析,许多工序的安排是综合了上述各分序方法的。 综上所述经比较、分析，本设计采用的是粗、精加工法进行加工安排的。2.7走刀方式和铣削方式的确定走刀方式是指加工过程中刀具轨迹的分布形式。铣削方式是指加工时刀具相对工件的运动方式。在数控加工中，铣削方式和走刀方式的选择直接影响着模具零件的加工质量和加工效率。其选择原则是根据被加工零件表面的几何特征，在保证加工精度的前提下，使切削时间尽可能短，切削过程中刀具受力平稳。在模具加工中，常用的走刀方式包括单向走刀、往复走刀和环切走刀三种形式。如下图所示：其中，图a为单向走刀方式，在加工中切削方式保持不变，这样可以保证顺铣或逆铣的一致性，但由于增加了提刀和空走刀，切削效率较低。粗加工中，由于切削量较大，一般选用单向走刀，以保证刀具受力均匀和切削过程的稳定性。图b是往复走刀方式，在加工过程中不提刀进行连续切削，加工效率较高，但逆铣和顺铣交替进行，加工质量较差。一般在粗加工时由于切削量大不宜采用往复走刀，而在半精加工和表面质量要求不高的精加工时可选用往复走刀。图c是环切走刀方式，其刀具路径由一组封闭的环形曲线组成，加工过程中不提刀，采用顺铣或逆铣切削方式，是型腔加工常用的一种走刀方式。图2.7-1此外还有平行切削、环绕切削、螺旋切削、放射切削等，如在等高加工的粗加工中，有平行切削、环绕切削等，而在投影加工中一般会有平行、环绕、放射等选择。合理地选择走刀方式，可以在付出同样加工时间的情况下，获得更好的表面加工质量。平行切削：是指刀具以平行走刀的方式切削工件，可以选择单向或往复两种方式，并且可以指定角度（刀位行与轴的夹角）。单向切削在刀具进行切削加工时，始终朝一个方向进行切削加工，在到达加工边界后，抬刀到安全高度，再沿直线快速走刀到下一行的首点，再以给定的进刀方式进刀，并且沿着相同的方向进行下一刀位行的切削。往复加工时，刀具以顺逆混全、合的方式加工工件，即刀具进行切削加工时，并不是始终朝一个方向进行切削加工，而是一行顺铣，到达加工边界后直接转下一行的切削加工，变成逆铣，而再下一行又变成顺铣，如此交错进行。平行切削可以灵活地设定加工角度，以最合适的角度对工件进行加工。在粗加工时，平行切削具有最高的效率，一般其切削步距可以达到刀具直径的70%90%在精加工中，平行切削具有很广泛的适应性，平行切削加工获得的刀痕一致，整齐美观，但对于边界不规则的凸模或型腔，平行切削在零件侧壁的残余量很大。环绕切削：环绕式的加工方式是以绕着轮廓的方式清除素材，并逐渐加工轮廓，直到无法放大为此，如此可减少提刀，提升铣削效率。刀具以环绕轮廓走刀方式切削工件，可选择从里向外或从外向里两种方式。使用环绕切削方法，生成的刀路轨迹在同一层内不抬刀，并且可以将轮廓及岛屿边缘加工到位，是粗加工或精加工比较好的切削。毛坯环切：也称为沿边环绕切削，在等高加工的粗加工中应用，它按照成形部分等距离偏移，直到到达中心或边界。沿边环切削提供高效率的粗坯料加工路径，轮廓部分留料均匀有利于精加工，同时其切削负荷相对固定也是深陡加工面加工的良好选择。螺旋切削：刀具路径从中心以螺旋方式向内或向外移动。螺旋切削不同于其他的走刀方式之处在于：其他走刀方式在每一道路径之间有不连续的横向进刀，造成刀具路径的突然改变；螺旋切削的横向进刀则是平滑的向外部螺旋展开，没有路径方向上的突然改变。由于此导向方式保持固定的切削速度及平滑的刀具运动，可以得到较好的精加工表面，并使刀具负载相同，适合应用于高速切削。由于没有由一个环向相邻一环过渡的刀痕，表面具有更好的质感。经比较本设计采取螺旋切削的走刀方式，虽然可能加工效率有所降低但减小了钳工抛光的工作量保证了模具的质量。铣削方式的选择直接影响到加工表面质量、刀具耐用度和加工过程的平稳性。在采用圆周铣削时，根据加工余量的大小和表面质量的要求，要合理选用顺铣和逆铣，（顺铣：是指在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同；逆铣：是指在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反），一般来讲逆铣时，切削由薄变厚，刀齿从已加工表面切入，对铣刀的使用有利；但是逆铣时，当铣刀刀齿接触工件后不是马上切入金属层，而是在工件表面滑动一小段距离，在滑动的过程中，由于强烈的磨擦，就会产生大量的热量，同时在待加工表面易形成硬化层，降低了刀具的寿命，影响工件表面粗糙度，给切削带来不利。另外，逆铣时，由于刀齿由下往上（或由内向外）切削。顺铣时，刀齿开始和工件接触时切削厚度最大，且从表面硬质层开始切入，刀齿受到很大的冲击力负荷，铣刀变钝较快，但由于切入过程中没有滑移现象。顺铣的功率消耗要低于逆铣的5%15%，同时顺铣也更加有利于排屑。一般应量采用顺铣加工方式加工，以降低加工零件的表面粗糙度，保证尺寸精度。但是在切削面上有硬质层、积渣、工件表面凹凸不平较显著时，如加工锻造毛坯，应采用逆铣方式。综上所述经比较，本设计中凸凹模的加工考虑到加工效率和加工精度和机床振动等问题，在进行粗加工阶段采用逆铣加工方式，在进行半精加工、精加工时采用顺铣的加工方式以保证精度和尺寸要求。2.8进退刀方式的确定进退刀方式是指曲面加工前后刀具接近和离开工件被加工表面的运动方式和运动路线。实际加工中常用的进退刀方式有：垂直进退刀方式（斜线轨迹进退刀方式、直接垂直向下进退刀方式和螺旋轨迹进退刀方式）、水平进退刀方式等多种进退刀方式。垂直进退刀直接垂直进刀只能用于具有垂直吃刀能力的键槽铣刀，对于其他类型的刀具，只能作很小的的背吃刀量时，才可使用；而斜线进刀及螺旋进刀，都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以这两种进刀方式可以用于端部切削能力较弱的端铣刀如可转位硬质合金刀的向下进给。同时斜线或螺旋进刀可以改善进刀时的切削状况，保持较高的速度和较低的切削负荷。水平方向进退刀为了改善铣刀开始接触工件和离开工件表面时的状况，一般数控系统都置了刀具接近工件和离开工作表面时的特殊运行轨迹，以免刀具直接与工件表面相撞和保护已加工表面。较常用的方式是以被加工表面相切的圆弧方式接触和退出工件表面；另一种方式是以加工表面法线方向进入接触和退出工件表面。此方式相对轨迹较短，适用于表面加工要求不高的的情况，常在粗加工或半精加工中使用。在设置进退刀方式时应注意以下两点：1尽量使用水平进刀，例如在做模具芯粗加工时，可以指定在被加工工件以外点下刀，水平切削进入加工区域，而下刀速度可设得快点。2在做粗加工时可以不考虑水平进刀或者使用法向进刀，可以节省一点路径；而在精加工时，应优先考虑设置圆弧进刀，这样对工件表面质量有较好的保证。在曲面精加工中，应选择曲面的切矢量方向或沿轮廓圆弧方向进退刀，以提高型曲面的加工精度。在数控系统功能允许的条件下，常采用螺旋方式进退刀，对保护被加工曲面、提高加工精度更为有利。这样不会在工件的进退刀处留下痕迹，影响工作的表面质量和加工精度。在定义下刀点时，在不重要的斜面上或坡度较大的斜面下，这样加工出来的表面质量较好。因此，本设计考虑到机床系统功能的影响而优先选取沿轮廓圆弧方向进退刀方式。2.9切削用量与刀具的选择2.9.1切削用量选择切削用量的具体数值应根据该机床的性能及相关手册并结合实际经验确定。对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。它们决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。技术人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。1） 主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为：n=1000v/d式中 v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n- -主轴转速，单位为 r/min；d-工件直径或刀具直径，单位为mm。2） 进给速度的确定进给速度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。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则： 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，一般在100200mm/min范围内选取。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3） 背吃刀量确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工精度和表面粗糙度，可留少量精加工余量，本设计保留0.20.5mm。2.9.2刀具的选择与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。尤其是在刀具的刚性及耐用度方面较传统刀具更为严格。因为刀具若刚性不足不但会影响生产率严重的话会发生飞刀的事故；若刀具耐用度低，则在加工过程中需经常换刀、重新对刀或进行刀具的刃磨等付加工装时间而且会大大影响工件的表面质量。总的来说，刀具选择的原则是：安装调整方便、刚性好，耐用度和精度高。为了提高精度，在刀具结构上应该首先优选用整体合金刀具，然后是可转位刀片刀具。因为整体合金刀具的精度一般要高于其他结构类型的刀具。在刀具的主要切削角方面，对模具型面来说材料强度和硬度较高，因此刀具切削刃法向前角要选择较小值。法向后角可以相应大些，刀具的螺旋角也尽量取小值，这样可以增强切削刃的强度和散热能力，减少刃口的损伤程度，保证了加工精度。另外，也可利用减少刀杆的伸长量以增加刀具的刚性，避免加工深斜面时产让刀。 本设计中，对于凹形表面，在半精加工和精加工时，应选择球头刀，以得到好的表面质量，但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀，这是因为球头刀切削条件较差；对凸形表面，粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀，但在精加工时宜选择圆角立铣刀，这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好；对带脱模斜度的侧面，宜选用锥度铣刀，虽然采用平端立铣刀通过插值也可以加工斜面，但会使加工路径变长而影响加工效率，同时会加大刀具的磨损而影响加工的精度。这是因为在粗加工时切削力与切削吃刀量大而圆角铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的090范围内给出比较连续的切削力变化，这不仅对加工质量有利，而且会使刀具寿命大大延长；另一方面，在粗加工时选用圆角铣刀，与球头铣刀相比具有良好的切削条件，与平端立铣刀相比可以留下较为均匀的精加工余量，如下图所示，这对后续加工是十分有利的。图2.9.2-1 精加工时，由于球头刀具的球面端部切削速度为零，而且在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工除去的部分，每两行刀位之间的距离越大没有被加工除去的部分就越多，其残留高度就越高，加工出来的表面与理论表面的误差就越大，表面质量也就越差，所以这里选平刀。3 mastercam编程与应用程序3.1 概述软件自动编程上在人机交互状态下进行的，必须在根据产品的几何形状及毛坯材料、刀具及设备等生产条件下确定合理的、可行的工艺方案。包括毛坯类型与尺寸、刀具类型与大小、加工参数设定（下刀速度v及走刀速度f、主轴转速s、下刀方式、切入切出方式等）；确定加工方式与切削用量参数（粗加工、精加工、清角加工、残余理加工等）；设定加工精度参数等。只有合理的工艺方案才能保证数控机床加工顺利进行，、否则可能会发生断刀、表面质量差等问题、甚至根本无法进行加工。本设计中采用mastercam进行参数的设定详见下述。3.2mastercam刀具的设定与参数的设定图3.2-1 凸凹模工件参数的设定图3.2-2凸凹模刀具选定图图3.2-3 凹模刀具轨迹图 图3.2-4 凸模刀具轨迹图3.3 应用加工程序7凹模部分程序%o0000g54g90m03s2000n106g90x-40.444y-.164n108g43h1z7.3n110g1z.3f3.6n112g3x-40.251y.503r4.244f305.4n114x-40.237y.56r1.n116x-40.16y1.024r2.131n118g1x-40.126y1.222n120g3x-40.102y1.36r1.n122g2x-39.479y5.226r33.629n124x-35.791y13.045r23.109n126x-26.41y20.363r22.743n128x-19.35y21.979r23.926n130x-15.919y21.942r22.312n132x14.822y17.529r293.681n134g3x14.913y17.386r1.n136g2x15.281y16.881r14.743n138g3x15.392y16.749r1.n140g2x15.612y16.505r3.339n142g3x15.732y16.38r1.n144g2x16.132y16.013r9.413n146g3x16.2