毕业设计（论文）-Mastercam造出洗洁精瓶的零件模型设计.docx

淮阴工学院毕业设计说明书（论文） 第 36 页 共 36 页1 绪论数控技术(numerical control，简称nc)是近代迅速发展起来的一门自动控制技术，它是工厂自动化的实用化基础技术，是综合计算机、自动检测、及高精密机械等高技术的产物，对国民经济主导工业的发展具有举足轻重的推动作用。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业渗透形成的机电一体化产品，计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。nc技术从发明到现在，已有近50年的历史。近年来，机械产品更新换代的速度不断加快，而且朝着大型、成套复杂、精密、高效、高运行参数等方向发展，从而对机械制造工艺提出了更高的要求。以优质、低耗、洁净、灵活为特征的先进数控加工工艺在发达国家得到发展和普遍应用，也受到国内有关人士的高度重视。数控编程是指将零件的加工顺序，工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数（主轴运动、进给速度、进给量等）以及辅助操作（换刀、冷却液开关、工件夹紧松开）等加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序单的过程。数控编程方法有两种，即手工编程和自动编程。手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、确定加工路线和工艺参数至编写数控程序加工单均由人工来完成。它一般对几何形状不太复杂，所需的加工程序不长，计算比较简单的零件比较合适。自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作都由计算机辅助完成。采用自动编程时，是通过cad/cam软件系统对图形进行数学处理、编写程序、检验程序等处理工作，通过某些cad/ cam软件以作图的方法做出三维造型，输入刀具的几何形状，设置刀具参数，定义刀具相对于工作的运动方式，生成走刀轨迹，动态仿真显示加工过程。它解决了许多手工编程无法解决的复杂零件的编程难题，编程工作效率高。所有这些都是通过和计算机的一系列“对话”，告诉计算机必要的信息，让其生成加工程序，而且所有过程都可在计算机显示屏上直观、形象的表示出来，使得工件在上机床加工前编程人员可预知会可能发生的问题。因此它已成为当前程序编制的主要方法，在这里我用的方法显然是自动编程。要想用图形数控自动编程的方法编制数控程序，就要借助cam软件。常用的有unigraphics(ug)、cimatron、pro/e、catia、euclid、mastercam等。本文所用的软件是mastercam。 2 零件的造型 2.1 mastercam软件介绍 mastercam软件的概述数控加工技术是先进制造技术的核心，其在现代生产中的应用越来越广泛。近年来，随着各种大型cad/cam软件的开发和推广，逐步淘汰了数控加工中繁琐复杂的手工编程，使得零件数控程序的编制更加方便，快捷。mastercam是由美国cnc software 公司研制开发的一套兼有cad (计算机辅助设计)与cam(计算机辅助制造)功能的软件系统。自从1984 年问世以来，mastercam得到迅速的推广及应用。该系统的特点是cad/cam的功能强大，可实现25 轴联动的加工控制，并具有非常强的交互性，可与国内外流行的多套cad/cam软件交互使用。因此，在当前数控加工及模具制造业中得到了最广泛的应用。由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟等功能，并提供友好的人机交互，从而实现了从产品的几何设计到加工制造的cad/cam一体化。是目前世界上应用最广泛的cad/cam软件之一mastercam系统是既经济又有效率的pc级cad/cam 软件系统，它能完成从零件二维或三维模型的设计，到创建精确刀具路径，最后生成数控加工程序，并模拟加工过程的全部工作。该软件图形界面简洁明快，菜单结构层次清晰，易学易用，对运行环境要求不高，并且价格较低廉，被广泛应用于各种机械，汽车，航空以及模具制造中，并且由于它灵活的性价比和基于pc平台的低性能要求，较符合我国企业的经济和技术实力，在国内的数控加工领域有着广阔的发展前景mastercam是一种功能强大cad/cam软件，由cad和cam两大部分组成，并分成design(造型)，mill(铣削加工)、lathe(车削加工)和wire(线切割)4个功能模块。集设计与制造于一体，通过对所设计的零件进行加工工艺分析，并绘制几何图形及建模，以合理的加工步骤得到刀具路径，通过程序的后处理生成数控加工指令代码，输人到数控机床既可完成加工。mastercam是一套广泛应用于具有复杂外形零件的建模和cam加工的软件，它可以根据已建模型产生精确可靠的刀具路径，然后经由所选的不同控制系统的后置处理程序输出不同机床用的nc加工程序。该软件提供了许多种类的后置处理程序，几乎涵盖了所有主流的数控机床（或控制系统）。由于数控机床的控制系统版本很多，直接应用软件所提供的后置处理程序产生的nc程序一般都要经过简单的改动后才能投入生产中去，虽然每次改动的工作量不大，但长此以往显得很繁琐且容易出错。经过笔者的研究发现，可以通过更改后置处理程序来解决问题，这样还可以使产生的nc程序符合自己的编程习惯。2.2 pro/e软件介绍pro/engineer是ptc（美国参数技术）公司来法的以“参数化”及“单一数据库”为设理念的全方位3d产品开发软件，是当今工业热门的3d设计系统。在1988年，pro/engineer提出参数式设计的观念，立即在工业界引起轰动，因为pro/engineer中的参数不仅仅代表所设计产品的外观尺寸，更带有物理实质含义。pro/engineer参数式设计的观念具体体现在以下几个方面。（1）3d实体模式pro/engineer是采用3d实体模型设计产品的典范，配合其系统预设参数功能，使设计者可以随时计算出产品的体积，表面积、质心、重心等物理参数，避免了传统线架构、面架构设计的不足，减少了许多人为的计算时间。（2）采用特征设计方式pro/engineer模拟自然的思考方式从事设计工作，如采用拉伸、旋转、钻孔、挖槽、圆角和倒角等基本特征单元进行零件设计，并可以在不违反几何基本原理的情况下任意调整特征的建构顺序、插入、新的特征、删除不合理的几何特征、修改特征尺寸以及重新定义同等操作。（3）单一数据库pro/engineer采用单一数据库的构架，使得设计者可以随时由3d实体模型产生其2d工程图，并自动标注工程图尺寸，不像传统的多数据库设计软件那样，首要另行设计2d工程图。并且不论是字3d实体模型或2d工程图修改模型尺寸，其相关的工程资料如3d零件、2d工程图、产品装配图和模具制造等相关设计均会自动修改，以保证整个设计资料的完整性和正确性，而传统的多数库设计软件，则需要逐一修改3d零件、2d过程图和产品装配图等相关资料。pro/engineer减少了反复修改的设计时间， 同时避免了出错的可能。（4）全相关参数式设计由于pro/engineer采用参数式的设计理念，使得设计者可以借助关系式建立各尺寸间的参数关系，让模型知道计算出应有的外型，而借助于程序的使用，使得模型的自动设计成为可能。由于pro/engineer具有以上全新的设计特性，使得其自1988年问世以来，已经成为全世界最普及的3d cad/cam系统，在机械、电子、家电、玩具、航天和汽车领域得以广泛应用，其集零件设计、产品装配、模具开发、钣金设计、制造件设计、机构模拟、应力分析和逆向工程等功能于一体的特性，对于cad/cam/cae工程人员而言，无疑是极佳的工具。2.3 pro/e软件中可乐瓶的造型过程利用 pro/e软件的拉伸，倒圆角，以及混合扫描等主要的绘图功能做出可口可乐瓶的立体三维图形，如图2-1所示 图2-1 可口可乐瓶的三维模型2.3.1 可口可乐瓶的具体绘图过程1.打开pro/e软件2.选择/，在弹出菜单中选择，不使用缺省模板，点击。如图2-2 图2-2 图2-33.在弹出的菜单中选中模板，点击确定，建立新的文件。如图2-34.点击右边的，在弹出的菜单中选择一个面front为草绘面，点击进入草绘环境。如图2-4 图2-45.选中工具中的工具，绘制两条和坐标重合的虚线，在选中工具绘制一个关于两坐标分别对称的矩形，双击图中矩形的长度值，在显示框，输入120，同样设定高为80。点击工具。如图2-5 图2-5 图2-66.点击工具，在三维图的高度值输入20，点击预览，合适点击，生成三维的模型的底板。如图2-67.选择草绘，在弹出的菜单中选择right面作为草绘平面，点击确定。在弹出对话框中点击关闭。进入草绘环境。8.以坐标原点作圆心，点击工具中的，画一个椭圆。长半径17，短半径10，点击工具。9.点击工具，在长度输入18.3，点击工具。生成图象，如图2-7。 图2-7 10.点击工具，选择图2-2中的面1作为草绘平面，点击，在弹出的对话框中点击关闭，进入草绘环境。11.选择工具中的，在图中选中椭圆，在提示栏中输入0.5，再选择工具，连接椭圆的两个边点。点击工具。12.点击工具，在长度输入1，点击工具。生成图象。13.用同样的方法在椭圆的另一个的面即面2上画出同样图形。如图2-8。 图2-814.点击工具，选中图2-3中的两个边，在数字输入框中输入1，点击工具，生成图形。15.点击工具，选中right面，在弹出的对话框中输入数字46，方向向左，建立新面-dtm1，如图2-9 图2-916.点击工具，以新面dtm1为草绘平面，点击确定，在弹出的对话框中，点击关闭，进入草绘环境。17.点击工具，以坐标原点为原点，画一个椭圆。长半径为8，短半径为6。点击工具。18.点击拉伸工具，在数字输入框中输入1，点击工具成图形。19.点击工具，以dtm1为草绘平面，点击确定，在弹出的对话框中，点击关闭，进入草绘环境。20.点击工具，以坐标原点为原点，画一个椭圆。长半径为8，短半径为6。点击工具。21.点击拉伸工具，在数字输入框中输入8，点击工具成图形。22.点击/，在弹出的菜单管理器中点击，如图2-10。在弹出的对话框中点击，如图2-11。弹出对话框，如图2-12。选中top面，点击确定，再点击弹出中的，如图2-13。点击，如图2-14。点击弹出框中的关闭，进入草绘环境。 图2-10 图2-11 图2-12 图2-13 图2-1423.点击工具，画一条直线连接a、b两点，如图2-15。图2-1524.点击工具/，点击线段ab中的两点c、d，ad长16，bc长1。25.点击工具，在弹出的对话框中，点击接受，草绘显示下一个点时，仍然接受，接着在弹出的消息对话框中输入0，回车确定。进入草绘环境。26.点击工具，选中最大的椭圆p，点击工具，连接两端点ab，如图2-16。 图2-1627.点击工具，在弹出的消息对话框中输入数字0，回车确定,进入草绘环境。28.点击工具，选择最大的椭圆，即图2-6中的椭圆p，在弹出的消息对话框中输入数字-4，回车确定。如26的方法连接两个端点。29.点击工具，在弹出的消息对话框中，输入数字0，回车确定，进入草绘环境。30.点击工具，选中最小的椭圆q，点击工具，连接两端点cd，如图2-17 图2-1731.点击工具，在弹出的消息对话框中，输入数字0，回车确定，进入草绘环境。32.与30绘制一样的椭圆，即点击工具，选中最小的椭圆q，点击工具，连接两端点cd，如图2-17。33.点击对话框中的确定，如图2-18。图2-1834.点击工具，选中right面，在弹出的对话框中输入数字34，方向向与dtm1的方向向反，建立新面-dtm2。35.点击/，在弹出的菜单管理器中点击，在弹出的对话框中点击，选中top面，点击确定，再点击弹出中的，点击，点击弹出框中的关闭，进入草绘环境。36.点击工具，画一条直线连接ac两点，c点在dtm2上，即ac为34。如图2-19。图2-1937.点击工具/，点击线段ab中的两点c、，ab27，长，bc长14。38.点击工具，在弹出的对话框中，点击接受，草绘显示下一个点时，仍然接受，接着在弹出的消息对话框中输入0，回车确定。进入草绘环境。39.点击工具，选中最大的椭圆，点击工具，连接两端点，方向如图2-20。 图2-2040.点击工具，在弹出的消息对话框中输入数字0，回车确定,进入草绘环境。41.点击工具，选择最大的椭圆，在弹出的消息对话框中输入数字-4，回车确定。如40的方法连接两个端点。42.点击工具，在弹出的消息对话框中，输入数字0，回车确定，进入草绘环境。43.点击工具，选中最大的椭圆，点击工具，连接两端点，如40相同的椭圆。44.与33相同的步骤，点击确定。44.点击工具，选中right面，在弹出的对话框中输入数字44，方向向与dtm1的方向向反，建立新面-dtm3。46.点击/，在弹出的菜单管理器中点击，在弹出的对话框中点击，选中top面，点击确定，再点击弹出中的，点击，点击弹出框中的关闭，进入草绘环境。47.点击工具，画一条直线连接ab两点，b点在dtm2上，即ab为10。如图2-21。图2-2148.点击工具，选中最大的椭圆，点击工具，连接两端点。49.点击工具，选择最大的椭圆，在弹出的消息对话框中输入数字-3，回车确定。连接两个端点。50.与33相同的步骤，点击确定。生成图形如2-22。 图2-2251.点击工具，选中图2-12中的a边，在数字输入框中输入数字1.5，回车确定，如图2-23。图2-2352.点击工具，选中图2-22中的边c，与52步骤一样的方法，在数字输入框中输入数字2，回车确定。53.点击工具，选中图2-22中的边b，与52步骤一样的方法，在数字输入框中输入数字3，回车确定。 54. 点击工具，选中图2-24、2-25中的边e、f，与52步骤一样的方法，在数字输入框中输入数字0.2，回车确定。 图2-24 图2-2555.点击工具，选中front面作为草绘平面，点击确定，进入草绘环境，在弹出的对话框中点击关闭。56.点击工具，在瓶的如图位置绘制一条直线，在弹出的对话框中分别输入“预祝大学师友，万事可口可乐”，选择如图的字体，点击确定。,如图2-26、2-27。 图2-26 图2-2757.在ab的数字输入框中输入数字8。58.点击工具，在数字输入框中输入-2，点击工具成图形。59.点击，将文件保存到自己的文件里。在选择格式中选择iges，这样才能在mastercam 9.0软件中打开，如图2-28，这样就结束了在proe中的造型绘制。图2-283. 规划加工刀具路径 规划可口可乐几何图形加工刀具路径包括加工坯料、对刀点的确定、等高外形区域粗加工刀具路径、浅平面精加工刀具路径、平行精加工刀具路径及陡斜面精加工刀具路径等内容。3.1 调整pro/e图象在mastercam中视图当把pro/e画好的图形用mastercam打开时，会出现视图与我们在pro/e中画的不一致，这样会影响我们以后加工的步骤，所以我们应该在mastercam中将图象调整。操作步骤：1.点击，打开mastercam软件，点击左上的，在弹出的对话框中点击。2.在弹出的对话框中，输入文件名，文件类型选择，如图3-1 图3-13.点击工具，调整可口可乐瓶的视图位置3.点击上面的，在弹出的对话框中，点击工具，提示选定全部图象，回车确定。在弹出的对话框中输入转换角度180，上面的单选项选择移动。如图3-2。 图3-2 图3-34.点击如图3-2。生成正常的前视图，点击工具在弹出的菜单中选择，刷新图象。如图3-3。3.2加工坯料及对刀点的确定在规划洗洁精瓶电极模几何图形加工刀具路径前，先用mastercam 系统提供的边界框命令确定加工几何图形所需要的坯料尺寸，并将图形中心移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。操作步骤： 1.点击下面工具栏中的的图层工具，在弹出的对话框中输入2，点击。如图3-4. 图3-42.点击上面工具栏中的构图工具，在弹出的对话框中，点击工具，弹出如图3-5对话框，点击，点击刷新工具。 图3-5 图3-63.点击下面的图层工具，在弹出的对话框中输入3，点击。4.点击上面的前视图按纽，点击上面工具栏中的，在弹出的对话框中选择命令。选择全部图形，回车确定。在弹出的对话中选择“从一点到另一点”，单选框选平移，如图3-6，弹出提示选取一点，选取点a ，如图3-7，回车确定，提示选取另一点，选取点b如图3-8，回车确定。 图3-833规划曲面粗加工刀具路径，预留量“0.5”1.点击顶部工具，选择工具，选中，点击命令，如图3-9。 图3-9 2.点击顶部工具命令，选中二级菜单工具命令，点击，如图3-10，在弹出的菜单中选择“凹”点击工具。如图3-10 图3-10 图3-113.根据提示选择全部图形，回车确定，弹出对话框如图3-12，点击，显示加工的曲面个数，如图3-13点击，回到图3-12图，点击。 图3-12 图3-134.在弹出的对话框中，右击空白处弹出菜单，如图3-14，点击工具，在弹出的刀具中选择粗加工用的“平底刀”如图3-15。点击弹出菜单在数字输入中输入，刀的直径为10.0，夹头10.0，刀长20.0，肩部12.0，刀刃10.0，如图2-16，点击命令。 回到图3-14的界面点击 图3-17，在加工曲面预留量中输入“0.5”，在进给下刀位置输入5，点击，在最大切削间距中输4，如图3-18，点击命令。5.系统计算结束后，点击工具，弹出如3-19图，点击工具，将速度调至最快加工结束后点击。显示如图3-20图。 图3-14图3图3-15图3-16图3-17图3-18 图3-206.点击顶部的工具，在点击工具刷新后显示粗加工路径，如图3-21 图3-21 图3-1934规划曲面精加工刀具路径1.点击顶部工具，选择工具，选中，点击命令，如图3-9。2.点击顶部工具命令，选中二级菜单工具命令，选择命令。界面左面显示步骤 如图3-22。 图3-223.根据提示选择全部图形，回车确定，弹出对话框如图3-12，点击，显示加工的曲面个数，如图3-13点击，回到图3-12图，点击4.在弹出的对话框中，右击空白处弹出菜单，如图3-14，点击工具，在弹出的刀具中选择粗加工用的“球刀”。点击。5.弹出菜单在数字输入中输入，刀的直径为2，夹头10.0，刀长20.0，肩部12.0，刀刃10.0，如图3-23。点击命令。图3-236.在弹出的对话框中回到图3-14的界面点击，在加工曲面预留量中，输入数字0.0，如图3-24 。在点击 ，在最大切削间距输入0.4，在整体误差输入数字0.01如图3-25。点击工具 图3-24 图3-257.点击工具，电脑会自动计生成精加工路径，点击工具，在点击刷新工具，显示如图3-26。 图3-268.点击工具，弹出对话框，将速度调到最快。点击工具，模拟加工路径，如图3-27。 图3-279.模拟加工结束后，生成加工后的图象，点击，在点击刷新如图3-28。点击，在点击如图3-29。 图3-28 图3-293.5 规划字的写入1.因为在加工中心的刀具没有小于4的刀，所以我把“预祝大学师友，工作可口可乐”用平面铣削在面上。（加工中心用的mastercam9.0）2.打开软件，点击，选择工具中的，模仿图中的字，用线段连起来，然后点击 ，在选择原来的字的线，删掉。如图3-30 。 图3-30 3.点击， ，在点击 ，在工具中选择，弹出对话框，输入长度125*125，在选择原点，在z方向输入为-18。如图3-31 图3-314.点击三边生成曲面。5.点击，选中字体，点击，弹出对话框，选择8的球刀。如图3-32. 图3-326.点击确定，计算结束后，弹出对话框如图3-33，选择实体验证。图3-344 生成加工nc代码利用mastercam系统的post后处理功能，将洗洁精瓶电极模几何图形所规划的曲面挖槽粗加工刀具路径、等高外形区域粗加工刀具路径、浅平面精加工刀具路径以及投影精加工刀具路径所生成的nci刀具路径文件转换成能被cnc机床所使用的nc代码。操作步骤：1选择命令，系统弹出操作管理对话框。点击，弹出保存文件，将文件保存。2对生成的程序进行修改和编辑，使它能满足使用的机床。5 数控铣床实物加工过程51 数控铣床的介绍 数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床，它可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削和三维及三维以上复杂型面铣削，还可以进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上发展起来的。数控铣床有丰富的加工功能如：点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径补偿功能、刀具长度补偿功能、比例及镜像加工功能、旋转功能、子程序调用功能、宏程序功能。虽然数控铣床有丰富的加工功能和较宽的加工工艺范围，但面对的工艺性问题也多。在开始编制铣削程序前，一定要仔细分析数控铣削加工工艺性，了解铣削加工工艺装备的特点，以充分发挥数控铣床的加工功能。52 数控铣床的加工过程： （1）回参考点将控制面板上的“工作方式”开关打在“返回参考点”方式，再按下各坐标轴正方向按钮。（2）建立坐标系通过使用g代码，如g54建立坐标系。（3）对刀 先对x和y方向，即各对两个边，取平均值，再对z方向，所得数直接输入机床的坐标系即可。（4）编译程序加工 把生成的nc程序输入机床，进行编译至可以加工。在加工过程中可以适当调整进给倍率、主轴转速等参数。 结 论我通过使用mastercam软件，成功的造出了洗洁精瓶的零件模型。该软件造型功能强大，模块多，特别是利用它的空间曲面的造型功能可以造型复杂的曲面，虽然它的版本是英文的，但经过汉化后学起来也很简单，在很短的时间里便能熟练的使用。数字控制(简称“数控”或“nc，)的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数字数据指令传送到电子控制装置，由该装置控制和驱动机床刀具的运动加工出零件。而在传统的手动机械加工过程中，这些都需要经过人操纵机械而实现，很难满足复杂零件加工的要求。特别是对于多品种、少批量的零件来说，效率低、精度差，材料利用率不高。因此用数控机床加工复杂零件具有非常重要的意义，它是一个国家工业发展水平的重要标志之一。本文便介绍了用数控机床的加工过程，数控加工的主要内容是编程，而复杂零件的编程不可能有人来编写，因此自动编程非常必要，通过使用cad/cam/cnc综合