毕业设计（论文）-斯太尔机油泵壳体零件模具CADCAM.doc

目 录摘要abstract 第1章 绪论1第2章铸造技术在斯太尔机油泵外壳中应用22.1 现代铸造技术的状况及发展 22.2铸造方法32.2.1砂型铸造32.2.2手工造型32.2.3合箱42.3分型面的选择42.4模具设计 5第3章cad/cam在斯太尔机油泵外壳设计中的应用73.1 cad/cam技术介绍73.1.1我国模具cad/cam的发展现状73.1.2模具cad/cam的发展趋势83.2 ug软件介绍93.3下模样的建模11第4章 数控加工164.1数控系统164.1.1数控系统的组成164.1.2数控系统发展174.2模样材料与毛坯类型的选择184.3刀具的选择184.3.1刀具的分类184.3.1刀具的特点194.4加工路线的拟定194.5基于mastercam油泵壳体下模样的自动编程204.5.1 mastercam简介204.5.2油泵壳体下模样加工方案214.5.3刀具路径的生成214.5.4刀具路径的检验224.5.5导出程序23小结24参考文献25致谢26附录27附录28附录2928斯太尔机油泵壳体零件模具cad/cam摘要：一辆汽车的性能的好坏，主要取决于发动机的性能的好坏，而一台发动机的性能的好坏，则取决于机油泵的性能的好坏。随着我国经济不断快速增长，对重型卡车的需求量越来越大，斯太尔机油泵是重型卡车发动机的重要组成部分，因此，对其的需求量也越来越大。目前，国内斯太尔机油泵主要是以齿轮式机油泵为主。本次设计首先查阅资料，测绘实物得到斯太尔机油泵外壳的3d造型，然后根据3d造型设计出斯太尔机油泵外壳的砂型铸造模具，最后对其中的下模具进行数控加工编程。关键词：斯太尔机；齿轮式机油泵；砂型铸造模具；数控编程steyr oil pump shell parts mould cad/camabstract： a car of the performance, depending on the engine performance is good or bad, and a engine performance is good or bad, depends on the performance of the oil pump. as chinas economy has been growing fast, heavy trucks to the growing demand, steyr heavy-duty trucks oil pump is an important part of the engine, therefore, its demand too more and more big. at present, the domestic steyr oil pump is mainly by gear type machine oil give priority to. this design first check data and surveying and mapping real get oil pump shell steyr 3 d modeling, and then based on the 3 d modeling design steyr oil pump shell casting mould, finally to the mold on the nc programming. keywords: steyr machine; gear type oil pump; sand casting mould; cnc programming 第1章 绪 论机油泵是汽车发动机的关键部件，它的的作用就是把油底壳内的机油输送到发动机每一个需要润滑的部位，如果损坏了，就有可能出现异响，噪音，动力衰减，如不及时处理，甚至拉缸、无法启动，发动机彻底报废！所以说机油泵的性能，特别是制造性能的好坏直接影响发动机的性能。特别是客车和重型卡车的机油泵，转速高、温度高，因此对其制造质量和工作性能要求都非常高。斯太尔机油泵是重型卡车发动机的重要组成部分，因此，对其的需求量也越来越大。目前，国内斯太尔机油泵主要是以齿轮式机油泵为主。我国汽车机油泵的产品制造技术的技术门槛不高，低端产品市场竞争激烈，其研发与制造受制于产品的制造技术，正因如此，国内斯太尔机油泵的研发和制造方面与发达国家相比还有一定的差距。随着我国经济不断快速增长，对重型卡车的需求量越来越大，开发一台斯太尔机油泵，如果采用传统的方法，周期长、成本高，但如果采用ug和mstercam，它可以代替传统方法对产品进行创新设计、测试和加工，可以缩短开发周期，降低生产成本，提高工作效率，改进产品设计质量，是当前模具企业优先选择的一种cad/cam相结合的产品研发方式。使用ug可以准确创建模具分型面，合理拆分上、下模，快速生成成型零件，其模具设计效率明显优于传统设计方法。而mastercam具有简单易学、功能齐全以及所生成数控程序质量好的特点。随着计算机技术、数控加工技术及我国汽车工业的迅速发展，cad/cam技术在汽车零部件毛坯设计制造领域被广泛应用，对斯太尔机油泵进行模具设计与加工仿真，可以提前知道自己的设计合不合理，能不能在实体机床上进行加工等，这样能有效缩短斯太尔机油泵体模具的研发周期，提高市场响应速度，增强企业竞争力。 第2章铸造技术在斯太尔机油泵外壳中应用2.1现代铸造技术的状况及发展铸造生产通常是指用熔融的合金材料制作产品的方法，将液态合金注入预先制备好的铸型中使其冷却、凝固，而获得毛坯或零件，这种制造过程称为铸造生产，简称铸造，所铸出的产品称为铸件。大多数铸件作为毛坯，需要经过机械加工后才能成为各种机器零件；有的铸件当达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，可作为成品或零件直接使用。铸造生产具有适用范围广、能采用的材料广、具有一定的尺寸精度、成本低廉和综合经济性能好等优点。铸件在一般机器中占总质量的40%80%，而制造的成本只占机器总成本的25%30%。铸造是机械制造工业毛坯和零件的主要供应者，在国民经济中占有及其重要的地位。铸件在机械产品中所占的比例大，如内燃机关键零件都是铸件，占总质量的70%90%；汽车中铸件质量占19%23%；机床、拖拉机、液压泵、阀和通用机械中铸件质量占65%80%；农业机械中铸件质量占40%70%。矿冶、能源、海洋和航空航天等工业的的重、大、难装备中铸件都占很大的比重和起重要的作用。我国古代铸造技术居世界先进行列。但由于过长的封建社会影响了科学技术的发展，阻滞了铸造技术前进的步伐。新中国成立以来的50多年中，自20世纪50年代初至今，几乎从零开始，逐步发展到现在这样的规模，成绩是巨大的。现在铸造在我国是一个很大的行业，产量居世界第二位，达年产1000万1200万t，厂点多达2万多个，职工100130万人，其中工程技术人员约占3.5%，已经成为了国家重要的基础工业之一。我国的铸造工业生产规模、铸件的产量品种都已处于世界前列。雄厚的工业基础为众多的行业提供着大量的铸件。改革开放以来，我国开始进出口铸件，近几年来铸件出口增长较快，已占铸件产量的10%，创汇稳步增加，出口品种也由简单件进展到要求较高的形状复杂的铸件。我国铸造行业虽然已经进入厂点多、产量大、门类齐全的世界铸造大国行列，但与美、日、德、法等铸造强国比，还有相当大的差距。我国铸造生产必须走优质、高效、低耗、清洁，可持续发展的道路，才能迅速由大变强。通过不断吸收电子、信息、材料、能源、现代化管理等高新技术成果，与传统铸造技术想结合形成一批先进铸造技术。它们不仅应用与铸件开发及生产，而且也影响到组织管理、营销、售后服务等环节，正显著改变铸造行业的技术面貌，使之以崭新的形象展现在世人面前。2.2铸造方法2.2.1 砂型铸造斯太尔机油泵外壳是采用砂型铸造的方法生产的，砂型铸造是适用面最广的一种凝固成型方法，它几乎适用于所有零部件生产。但由于砂型的导热系数较低，液态金属在砂型中的凝固速度较慢，特别是对一些壁厚较大的铸件，会导致铸件内部晶粒粗大，易于产生组织及成分的偏析等，从而降低了材料的力学性能。另一方面，砂型铸造生产的铸件的表面粗糙度较其他凝固成型方法高。砂型铸造的基本工艺过程如图2.1所示主要工序有制造模样和芯盒、配置型砂和芯砂、造型、造芯、合型、浇注、落砂清理和检验等。其中造型（芯）是砂型铸造的基本工序。、模样芯盒炉料准备金属熔炼合型浇注铸件检验落砂清理型砂配置芯砂配置造芯砂芯干燥型砂干燥造型铸件热处理铸件图2.1 砂型铸造生产工序流程2.2.2手工造型紧砂与起模由手工完成。手工造型的优点是操作灵活，工艺装备简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。手工造型对人工的技术水平要求高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定，主要用于单件、小批量的生产。手工造型的方法很多，分别有：（1）整模造型 模样是整体结构，最大截面在模样一端且是平面，分型面多为平面。铸型型腔全部在半个铸型内，操作简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于简单形状的铸件；（2）分模造型 将模样外形的最大截面分成两半，型腔位于上下两个砂箱内。分模造型适用于形状较复杂的铸件。（3）活块造型 模样上可拆卸或活动的部分叫活块。为起模方便，将模样方便，将模样上妨碍起模的部分做成活动的。起模时，先起出主体模样，再单独取出活块（4）挖砂造型 模样是整体的，分型面为曲面，为了便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂，每造一型需挖砂一次，生产率低，要求操作技术水平高。适用于形状复杂铸件的单件生产。（5）假箱造型 为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎，然后在底胎上制下箱，因底胎不参加浇注，故称假箱。假箱造型比挖砂造型操作简单，且分型面整齐（6）刮板造型 用刮板代替实体模样造型，可以降低模样成本，节约木材，缩短生产周期，但要求操作者技术水平高，适用于有等截面或回转体的铸件。所以斯太尔机油泵外壳采用手工造型里的分模造型。2.2.3 合箱在整个铸造过程中，合箱是最关键的一步，合箱就是将造好的型箱与砂芯组合成一个整体的过程。根据合箱计划，按材质，砂箱大小将砂箱放平稳，摆箱应将水口按天车纵向横走向对齐。大活应在箱底下面开沟排气，或将砂箱垫高。2.3 分型面的选择分型面是指两半铸型互接触的表面。分型面一般在确定浇注位置后再选择。但分析各种分型面方案的优劣之后，可能需要重新调整浇注位置。生产中，浇注位置和分型面有时是同时确定的。选择分型面时，应注意一下原则：（1） 应使铸件全部或大部分置于同一半型内；（2） 应尽量减少分型面的数目；（3） 要尽可能的选择平直分型面以简化工装结构及其制造、加工工序及操作；（4） 选择的分型面要有利于下芯、验型和合型综上所述，斯太尔机油泵外壳的3d造型如图2.2，其分型面如图2.3。图2.2 斯太尔机油泵外壳的3d造型图2.3 油泵壳体零件分型面2.4 模具设计模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。铸造模具是指为了获得零件的结构外形，预先用其他轻易成型的材料做成零件的结构外形，然后再在砂型中放入模具，于是砂型中就形成了一个和零件结构尺寸一样的空腔，再在该空腔中浇注流动性液体，该液体冷却凝固之后就能形成和模具外形结构完全一样的零件了。砂型铸造工艺装备包括模样、模板、芯盒、砂箱和辅助工艺装备5部分。在铸造生产中，模样是用于形成铸件外表和型腔的必要工艺设备。模样的结构和质量的好坏，直接关系着铸件的几何形状、尺寸精度和表面质量。制芯的作用在于获得铸件的空腔、孔洞等部分，有时为了简化砂型结构，便于起模或局部强化砂型也采用砂芯。在模具设计中，构成模腔的所有零部件统称为成型零部件。为了保证模具具有足够的刚度、强度以及安装方便和正常工作，所需要的其他零部件称为结构零部件。成型零部件和结构零部件装配组合就形成一套完整的模具。在本次设计中，设计的模具有模样、漏板、导向销、底板、以及一些定位用的零部件，由这些组成一套完整的模具。其中下模具装配图的爆炸图如图2.4。图2.4 下模具装配图的爆炸图1圆柱销；2导向销；3下模样；4削边销；5漏板；6底板；7弹簧垫圈；8内六角螺钉；9圆锥销第3章cad/cam在斯太尔机油泵外壳设计中的应用3.1 cad/cam技术介绍cad/cam技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。是一种设计人员借助于计算机进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有机地结合起来。计算机辅助设计/计算机辅助制造，简称cad/cam，该技术是以计算机数控技术、计算机图形技术、计算机数据分析技术及计算机网络技术为基础发展起来的，是计算机在工程应用中最有影响的技术之一，推动了几乎一切领域的设计革命，在机械行业的应用中尤以模具制造业的应用成果最为突出。cad/cam技术的引入，不仅提高了产品质量，缩短了新产品的开发周期，也为工厂实现由产品设计、生产到管理的一体化，无图纸化奠定了基础。cad/cam建模（造型）是cad/cam的核心技术和基础，对cad/cam的整体技术水平及相关功能的发展至关重要。当今流行的商品化cad/cam系统主要基于2d平面或3d线框造型， 3d曲面造型和参数化实体造型三种：（1）2d平面或3d线框造型以autocad等为代表，主要解决计算机绘图初级工作；（2）3d曲面造型。以duct/shape为代表，是3d建模技术发展方向之一，在解决复杂形体单一零件的三维建模方面起着不可替代的作用。特别适合于复杂模具、汽车、飞机等复杂曲面产品设计与制造；（3）参数化实体造型。以solidworks、solidedge为代表的实体造型如实反映了所设计零件的空间结构，参数化设计确保了零件、部件、总装及2d、3d工程图纸修改的相关性，完全符合机械设计过程。3.1.1我国模具cad/cam的发展现状由于对模具要求的越来越高，传统的制模方法已经不能满足需要，这就促使了cad/cam技术在模具业中的应用。发达国家从20世纪50年代就开始模具cad/cam的研究。到20世纪80年代，模具cad/cam技术已经广泛应用于冷冲模具、锻造模具、注射模具、压铸模具的设计与制造。我国的计算机技术起步较晚，模具cad/cam的开发始于20世纪70年代末，但发展也相当迅速。到目前为止，通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和注塑模等cad/cam系统，它们在生产中发挥着重要的示范作用并产生巨大的经济效益。80年代中、后期，我国的冲模cad研制工作进入了全面发展阶段，不少企业、科研院所大专院校都开发了面向中国制造的cad软件，强调软件产品的专业化和本地化。从上世纪90年代开始，华中科技大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模cad/cam系统的研究和开发。近年来，我国模具标准件库的应用也日益增多。为了减轻重复劳动，提高工作效率，许多研究机构和设计生产部门都在各种cad平台上利用其提供的二次开发接口进行二次开发。大多数的cad系统不含有标准件库，尤其是对特定行业的专用标准件库，不能满足设计人员的需求，因此相关的设计部门和科研机构采用不同的方法开发了行业内适用的标准件系统，很大程度上提高了设计效率。但是，我国cad/cam的研究应用与工业发达国家相比还有较大差距，主要表现在：（1）cad/cam的应用集成化程度较低，很多企业的应用仍停留在绘图、nc编程等单项技术的应用上。（2）cad/cam系统的软、硬件均依靠进口，自主版权的软件较。（3）缺少设备和技术力量，有些企业尽管引进cad/cam系统，但其功能没能充分发挥。近年来模具cad/cam技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具cad/cam技术创造了良好的条件。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。3.1.2 模具cad/cam的发展趋势(1)集成化集成化是cad/cam技术发展的一个最为显着的趋势。它是指把cad、cae、capp、cam以至ppc（生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。国内外大量的经验表明，cad系统的效益往往不是从其本身，而是通过cam和ppc系统体现出来；反过来，cam系统假如没有cad系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；ppc系统假如没有cad和cam的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将cad、cae、capp、cam和ppc等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除自动化孤岛，取得最佳的效益。cim是cad/cam集成技术发展的必然趋势。cim的最终目标是以企业为对象，借助于计算机和信息技术，使生产中各部分从经营决策、产品开发、生产准备到生产实施及销售过程中，有关人、技术、经营管理三要素及其形成的信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，从而达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，使企业赢得市场竞争的目的。cims是一种基于cim哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统。它适应多种、小批量市场需求，可有效地缩短生产周期，强化人、生产和经营管理的联系，压缩流动资金，提高企业的整体效益。(2)网络化21世纪网络将全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。cad/cam系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持灵敏制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流，能进行治理的物料治理应用系统等。(3)智能化人工智能在cad中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家cad系统。专家系统具有逻辑推理和决策判定能力。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起, 给设计者更全面，更可靠的指导。应用这些实例和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。(4)并行工程并行工程（concurrent ensineering）是随着cad/cam、cims技术发展提出的一种新哲理、新的系统工程方法。这种方法和思路，就是并行的、集成的设计产品及其开发的过程。它要求产品开发人员在设计的阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括质量、成本、进度、用户要求等，以便最大限度地提高产品开发效率及一次成功率。并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计方法。随着市场竞争的日益激烈，并行工程必将引起越来越多的重视。但其实施也决非一朝一夕的事情，目前应为并行工程的实现创造条件和环境。其中，与cad/cam技术发展密切相关的有如下几项要求：1）研究特征建模技术，发展新的设计理论的方法；2）开展制造仿真软件及虚拟制造技术的研究，提供支持并行工程运行的工具和条件；3）探索新的工艺过程设计方法，适应可制造性设计（dfm）的要求；4）借助网络及统一dbms技术，建立并行工程中数据共享的环境；5）提供多学科开发小组的协同工作环境，充分发挥人在并行工程中作用。以上要求将极大地促进cad/capp/cam技术的变革和发展。3.2 ug软件介绍ug是unigraphics的缩写，这是一个交互式cad/cam(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着pc硬件的发展和个人用户的迅速增长，在pc上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。 ug的开发始于1990年7月，它是基于c语言开发实现的。ug nx是一个在二和三维空间无结构网络上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。 一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网络加密（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。 ug的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。来自siemensplm 的ug nx使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。 nx 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。nx 是 ugs plm 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 nx 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 nx 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。nx 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新， nx 的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得 nx 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。3.3 下模样的建模（1） 打开ug nx6.0单击新建文件按钮，或选择【文件】【新建】命令新建一个零件文件；（2） 选择【拉伸】命令，画出如图3.1所示图形并输入拉伸值49mm；图3.1（3）选择【拉伸】命令，画出如图3.2所示图形并输入图上所示拉伸值；图3.2（4）选择【拉伸】命令，画出如图3.3所示图形并输入图上所示拉伸值；图3.3（5）选择【拉伸】命令，画出如图3.4所示图形并输入图上所示拉伸值；图3.4（6）选择【修剪体】命令，选择如图3.5所示面并修剪；图3.5（7）选择【拔模】命令，如图3.6所示进行拔模，拔模斜度5；图3.6（8）选择【拔模】命令，如图3.7所示进行拔模，拔模斜度3；图3.7（9）选择【加厚】命令，对下底面加厚，厚度为15mm，如图3.8所示；图3.8（10）对相连的锐边倒园；最后的下模样零件图如图3.9所示。图3.9第4章数控加工4.1 数控系统近几年来，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代替。数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品，是数控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术装备。机床数控系统，即计算机数字控制(cnc)系统是在传统的硬件数控(nc)的基础上发展起来的。它主要由硬件和软件两大部分组成。通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。cnc系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零件。4.1.1 数控系统的组成数控系统是由系统程序、输入输出设备、通信设备、数控装置、可编程控制器、伺服驱动装置和测量装置等组成。数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即nc装置；二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置即cnc装置。由于计算机技术的不断发展，尤其是微处理器和微型计算机应用于数控装置后，现在nc装置已逐步被cnc装置所取代。数控系统的硬件除了一般计算机具有的cpu、eprom、ram接口外，还具有数控位置控制器、手动数据输入(mda)接口、视频显示(crt或lcd)接口和plc接口等。所以cnc装置是一种专用计算机。目前cnc系统大都采用体积小，成本低，功能强的微处理机。系统主要由微机及其相应的io设备、外部设备、机床控制及其io通道组成。数控系统的软件分为管理软件和控制软件两种。管理软件用来管理零件程序的输入、输出、刀具位置、系统参数、零件程序显示、机床状态及报警，故障诊断等。控制软件由译码、插补运算、刀具补偿、速度控制、位置控制等软件组成。系统程序存于计算机内存储器。所有的数控功能基本上都依靠该程序来实现。硬件是软件活动的物理基础。而软件则是整个系统的灵魂，整个cnc装置的活动均依靠系统软件来指挥。在机械制造工业中并不是所以的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船，航天，航空，机床，重型机械及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生发张起来的。它为单件，小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准gb/t8129-1997,对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行的过程中，不断的引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控简称cnc。4.1.2 数控系统的发展从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：（1）高精高速高效化速度效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若采用高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系统、高分辨率检测元件、交流数字伺服系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在今后的几年，超精密数控机床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床。（2）柔性化数控系统采用新一代模块化设计，功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足不同用户的需求。同一群控系统能根据不同生产流程，自动进行信息流动态调整，发挥群控系统的功能。（3）多轴化多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。（4）软硬件开放化用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。（5）实时智能化在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等方面发展。如编程专家系统故障诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。 4.2 模样材料与毛坯类型的选择40cr是我国我国gb的标准钢号，40cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到2860mm,油淬时可淬透到1540mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为hrc920.5时，相对切削加工性为60%。所以选用此钢为下模样的材料。比较各个常用毛坯的种类、特点及应用可以知道，型材是最适合的下模样毛坯材料。因为型材是用轧制、拉拔、热压等方法，是固态金属通过塑性变形成形的，它形状简单，一般为圆形或平面，选用型材的话，可以减少加工工时，而且材料利用率高，组织致密，力学性能好，适合中、小型简单零件。所以毛坯的类型选择型材。4.3 刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交换状态下进行的，应根据机床的加工能力，工件材料的性能，加工工序，切削用量已经其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性，刀体一般均用普通碳钢或者合金钢制作，如焊接车刀，镗刀，钻头，铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具，形成铣刀，拉刀等。机夹，可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作。对于一些尺寸较小，刚度较差的精密孔的加工刀具，如小直径镗刀，铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。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。4.3.1 刀具的分类数控刀具根据刀具结构可分为整体式、镶嵌式和特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：(1) 高速钢刀；(2) 硬质合金刀具；(3) 金刚石刀具；(4) 其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：(1) 车削刀具，分外圆，内孔，螺纹，切割刀具等多种；(2) 钻削刀具，包括钻头，铰刀，丝锥等；(3) 镗削刀具；(4) 铣削刀具等。4.3.2 刀具的特点数控加工刀具必须适应数控机床高速，高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具，通用联接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐便准化和系列化。数控机床与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：（1）刚性好，精度高，抗振及热变形小；（2）换性好，便于快速换刀（3）寿命高，切削性能稳定，可靠（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除（6）系列化，标准化，以利于编程和刀具管理4.4 加工路线的拟定零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。工件上每一个表面的加工，总是先粗后精。粗加工去掉大部分余量，要求生产率高；精加工保证工件精度的要求。对于加工精度要求较高的零件，应当将整个工艺过程划分成粗加工，半精加工，精加工等几个阶段，在各个阶段之间安排热处理工序，加工划分阶段有如下优点：（1） 有利于保证加工质量 粗加工时，由于切去的余量较大，切削力和所需的夹紧力也较大，因而工艺系统受力变形和热变形都比较严重而且毛坯制造过程因冷却速度不均匀使工件内部存在着内应力，粗加工从表面切去一层金属，致使内应力重新分布也会引起变形，这就使得粗加工不仅不能得到较高的精度和较小的表面粗糙度，还可能影响其他已经精加工过的表面。粗加工分阶段进行，就可以避免上述因素对精加工表面的影响，有利于保证加工质量。（2） 合理地使用设备 粗加工采用功率较大，刚度大，精度不太高的机床，精加工应在精加工高的机床上进行，有利于长期保持机床的精度。（3） 有利于及早的发现毛坯的缺陷，粗加工安排在前，若发现了毛坯的缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。综上所述，工艺过程应当尽量划分阶段进行。至于究竟应当划分为两个阶段，三个阶段，还是更多的阶段，必须根据工件的加工精度要求和工件的刚性来决定。一般来说，工件精度要求越高，刚性越差，划分阶段应越细。另一方面，粗精加工分开，使机床台数和工序数增加，当生产批量较小时，机床负荷利率低，不经济。所以，当工件批量小，精度要求不太高，工件刚性较好时也可以不分或少分阶段。重型零件由于输送及装夹困难，一般在一次装夹完成粗精加工，为了弥补不分阶段带来的弊端，常常在粗加工工步后松开工件，然后以较小的夹紧力重新夹紧，在继续进行精加工工步。4.4 基于mastercam油泵壳体下模样的自动编程4.4.1 mastercam简介mastercam是美国cnc software inc.公司开发的基于pc平台的cad/cam软件。自1981年推出第一代产品开始就以其强大的加工功能闻名于世。二十年来在此基础上进行不断地更新与完善，mastercam是被工业界及学校广泛采用。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身。它具有方便直观的几何造型 mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 mastercam9.0以上版本还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是理想的选择，是经济有效的全方位的软mastercam作为众多cad/cam软件中的一种，之所以能有第一位的装机量，其优点是显而易见的。它对硬件的要求不高，在一般配置的计算机上就可运行；它操作灵活，界面友好，易学易用，适用于大多数用户，能使企业迅速使用并取得很好的经济效益。另外，mastercam的性价比，是其他同类软件所不能比拟的。随着我国加工制造业的崛起， mastercam在中国的销量逐步提升，在全球的cam市场份额雄居榜首。因此对每个机械设计与加工人员来说，学习mastercam是十分必要的。mastercam包括4大模块：design、lathe、mill和wire。design模块用于被加工零件的造型设计，mill模块主要用于生成铣削加工刀具路径，lathe模块主要用于生成车削加工刀具路径，wire模块主要用于生成线切割刀具路径。这4个模块可单独使用，在mill模块，lathe模块和wire模块中也可以进行design模块中的完整的造型设计，在其中一个模块中就可以实现造型设计与加工过程的统一。mastercam 9.x还增加了router模块和 the metacut utullities模块。本书仅对mastercam 9.1版本中的mill模块进行介绍。4.4.2 油泵壳体下模样加工方案加工前，在ug中将机油泵壳体下模样文件保存为stp格式。在在mastercamx中依次选择：打开文件类型stp读取，打开机油泵壳体下模样stp文件。壳体上模样材料为40cr，毛坯类型为型材。工艺流程为：下料锻造退火粗加工淬火与回火（调质处理）精加工渗氮装配。采用16r1环形刀对壳体上模样进行粗加工，选择3d挖槽(pocket)，走刀方式为等距环绕(刀间距为12mm)。轮廓精加工选用等高外形（contour）及残料清角（leftover）的加工方式，两平面选用平行式（parallel）精加工。因整个模样都需要加工，故装夹方式选用工艺板进行装夹。加工工艺卡见附录，加工工序卡见附录。4.4.3 刀具路径的生成以工步2（轮廓粗加工）为例，加工方式为挖槽(3dpocket)，走刀方式为等距环绕(刀间距为12mm)，刀具为16园鼻刀，取切削速度为v=1.2m/s，取z=0.2mm/齿，机床主轴转速s及切削进给速度f为：通过计算得到：进给速度f=570mm/min，主轴转速s=1430r/min，插入进给率为400mm/min，退刀速度为1300mm/min，加工预留量为0.8mm，最大z轴进给量为1mm。在mastercam参数栏中进行相应设定后，即可生成对应的刀具路径文件。最后得到的路径如图4.1。图4.14.4.4 刀具路径的检验生成对应的刀具路径后，mastercam提供的刀具路径实体加工仿真功能，可对生成的刀具路径进行实体切削验证。单击刀具路径栏中的刀具验证操作图标，便可对选定的刀具路径进行实体加工仿真模拟，以检验生成的刀具路径是否正确。上模样挖槽加工实体切削验证如图4.2所示。图4.24.4.5 导出程序选择所有加工路径，点击g1图标（后处理指令的操作），让后保存。详细程序见附录。小 结 斯太尔油泵是齿轮泵当发动机工作时，凸轮轴上的驱动齿轮带动机油泵的传动齿轮，使固定在主动齿轮轴上的主动齿轮旋转，从而带动从动齿轮作反方向的旋转，将机油从进油腔沿齿隙与泵壁送至出油腔。这样，进油腔处便形成低压而产生吸力，把油底壳内的机油吸进油腔。由于主、从动齿轮不断地旋转，机油便不断地被压送到需要的部位。它的结构简单，工艺性较好，成本较低。与同样流量的其他各类泵相比，结构紧凑，体积小。而且自吸性能好，无论在高、低转速甚至在手动情况下都能可靠地实现自吸。转速范围大，因泵的传动部分以及齿轮基本上都是平衡的，在高转速下不会产生较大的惯性力。几个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做，才会使自己更快的成长。我相信，通过这次的实践，我对铸造、模具设计、数控加工能进一步了的解，为以后顺利的走上工作岗位打下坚实的基础。参 考 文 献 1 董大海.汽车机油泵行业前景分析j.汽车工业研究，2003，（6）：33-35.2 关耀奇.斯太尔油泵壳体铸造模具的cad/cam与加工仿真j.湖南工程学院学报，2010,20（4）：28-31.3 胡竟湘.液压与气压传动m.大连：大连理工大学出版社，2009.4 刘文剑.cad/cam集成技术m.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2000.5 王炽，鸿欧宗瑛.计算机辅助