毕业设计（论文）-手机电极模型的数控工艺分析与加工.doc

毕业设计（论文）毕业设计（论文）题题目：目：手机电极模型的数控手机电极模型的数控工艺分析与加工工艺分析与加工学学院：院：机电工程学院机电工程学院专业班级：专业班级：机械工程及自动化机械工程及自动化指导教师：指导教师：职称：职称：教教授授学生姓名：学生姓名：学学号：号：I摘摘要要MasterCAM软件以其强大的CADCAM功能在计算机辅助制造方面有着广泛的应用。手机也是我们日常生活中不可或缺的通讯工具。我们以手机电极模型的设计与加工为例，来探讨计算机辅助设计与加工软件在模具加工方面的优越性。本文针对MasterCAM软件在数控加工中应用的实际情况，结合手机电极模型的数控加工实例，阐述了在MasterCAM环境下进行零件造型、刀轨生成、仿真加工、后处理程序、机床加工等数控加工的一整套加工过程。手机电极模型的设计包括手机模型结构尺寸、三维建模。CAM加工方案包括机床类型选择、刀具路径模拟和加工参数设置；数控加工工艺包括加工方案的制定、毛坯材料的选择、夹具的设计、刀具卡、切削用量的计算等。在仿真加工中对比了粗加工和精加工的加工效果，同时该手机电极模型的设计与加工制造也能真正凸显出MasterCAM软件优异的建模和加工功能。关键词：关键词：手机模型，电极，仿真加工，MasterCAMABSTRACTMasterCAMsoftwarewithitspowerfulCADCAMcapabilitiesincomputer-aidedmanufacturinghasawiderangeofapplications.Phoneisanintegralpartofourdailylifecommunication.Ourmodelofmobilephonedesignandprocessingelectrodeforexampletoexplorethecomputer-aidedmolddesignandprocessingsoftwareintheprocessingadvantages.InthispaperCNCMasterCAMsoftwareapplicationintheactualsituationcombinedwiththephonemodelofCNCmachiningelectrodeinstancedescribestheenvironmentinMasterCAMunderPartModelingToolPathGenerationsimulationprocessingpost-processingprogramsuchasCNCmachiningofaentireprocess.Electrodedesignofthemodelincludemobilephonemodelstructuresizethree-dimensionalmodeling.CAMmachiningprogramincludingthetypeofmachineselectiontoolpathsimulationandmachiningparametersdigitalprocessingtechnologyincludingprocessingofprogramdevelopmentroughmaterialselectionfixturedesigntoolcardscuttingtheamountofcalculation.InthesimulationprocessincontrasttotheroughandfinishmachiningresultswhilethemobileelectrodedesignandmanufacturingmodelcanreallyhighlighttheoutstandingMasterCAMsoftwaremodelingandprocessingfunctions.KEYWORDS:MobilephonemodelElectrodeSimulationMasterCAMI目目录录第第1章章序序论论.11.1引言.11.2数控技术的发展.11.2.1数控系统概述.11.2.2数控系统的构成.21.2.3数控机床简介.21.2.4数控技术的现状及发展趋势.21.3CADCAM技术简介.4第第2章章手机电极模型造型设计手机电极模型造型设计.52.1MASTERCAM软件简介.52.2手机模型结构及尺寸.52.3手机模型造型设计.6第第3章章加工工艺加工工艺.123.1手机模型加工工序.123.2手机电极模型的毛坯选择.133.3夹具的选择.133.4切削液的选择.143.5刀具卡的制定.143.5.1铣刀的类型.153.5.2刀具材料选择.173.5.3刀柄类型的选择.173.6切削用量的选择.18第第4章章运用运用MASTERCAMX4进行数控编程进行数控编程.224.1机床选择及参数设置.224.2走刀路径及参数设置.234.3加工代码的生成.314.4加工代码传输和机床通信.32第5章数控仿真加工.355.1数控仿真软件简介.355.2毛坯设置.365.3设置工件零点.385.4刀具库管理.395.5零件模拟加工.40第6章总结.41II参考文献.42致谢.43诚信声明1第第1章章序序论论1.1引言引言CADCAM（计算机辅助设计与制造技术）是现代信息技术与传统机械设计制造技术相结合的一个典型范例是先进制造技术的一个重要组成部分。运用这项技术可以大大缩短企业产品开发周期改善产品质量提高产品的市场竞争能力1。MasterCAM是集设计和制造、数控机床自动编程于一体的CADCAM软件是目前世界上应用最广泛、最优秀的软件之一也是目前在我国应用最广泛、最有代表性的CADCAM软件之一。南京斯沃数控加工仿真系统是一个应用虚拟技术于现实数控加工操作技能的仿真软件对机械产品的加工具有预演真实加工的功效2。手机电极模型的设计和模拟加工在我们日常教学和生产中都具有广泛的示范性和典型性本文将对手机电极模型利用MasterCAM软件设计在MasterCAM软件中进行三维线框绘图并生成实体后置模拟加工优化路径后自动生成G代码NC程序。再运用南京斯沃模拟仿真软件调入此NC程序进一步优化手机电极模型的程序最终能够准确、快捷地完成设计者要求的手机电极模型的加工。1.2数控技术的发展数控技术的发展1.2.1数控系统概述数控系统概述数控系统是数字控制系统简称，英文名称为NumericalControlSystem，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（HardNC）3，1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控（ComputerizedNumericalControl简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。典型的数控系统有FANUC、SINUMERIK、FAGOR、华中数控、广州数控等。其中FANUC系统应用最为广泛4。21.2.2数控系统的构成数控系统的构成目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统5。1.2.3数控机床简介数控机床简介数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件6。数控机床一般由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成。本次加工所用的机床是立式铣镗加工中心，加工中心是指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。1.2.4数控技术的现状及发展趋势数控技术的现状及发展趋势20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50多个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专用机床，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10-20万台，产值上百亿美元。世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次3挫折，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮7。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家，但我们的机床数控化率仅达到1.9左右，这与西方工业国家一般能达到20的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。近十年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。（1）高速化与高精度化要实现数控机床高速化，首先要使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做出使数控机床在极短的空行程内由零加速到高速度和在高行程速度下保持高定位精度，必须具有高加速度、高精度的位置检测系统和伺服系统。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CNC系统控制误差方面，通常采用的是提高数控系统的分辨率，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。（2）智能化现代数控机床采用了自适应控制技术，它能根据切削条件变化而自动调整并保持最优工作状态，从而使得经济效果好，加工精度和表面质量高。在现代数控机床上装有各种类型的监控、检测装置，对工件及刀具进行监测，并监视加工全过程。一旦发现工件尺寸超差、刀具磨损破损，便立即报警，并补偿或调换刀具。（3）高可靠性现代数控机床的可靠性是在设计阶段就开始进行，即预先确定可靠性指标，在生产过程中模拟实际工作条件进行检测并采取各种提高可靠性的措施予以保证。通常采用的可靠性技术有：冗余技术、故障诊断技术，自动检错、纠错技术，系统恢复技术，软件可靠性技术。41.3CADCAM技术简介技术简介随着计算机和电子与控制技术的发展，从1970年代中后期开始CADCAM技术应运而生。CAD是ComputerAidedDesign的简称，也叫做计算机辅助设计。CAM是ComputerAidedManufacturing的简称，也叫做计算机辅助制造。经过二十多年的飞速发展，CADCAM技术日趋成熟，它们对现代工业设计和加工制造技术的发展起到了关键的推动作用，得益于CADCAM技术的不断完善，波音777新一代大型客机以四年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产，飞机出厂后直接交付顾客使用，故障返修率几乎为零。媒介宣传中称之为“无纸设计”，而波音公司本生认为，这主要功归于CADCAM设计制造一体化。近十几年来，数控编程技术取得了突飞猛进的发展，CADCAM设计和编程逐渐取代了CNC手工编程，特别是对复杂零部件三维曲面的编程，CADCAM软件处于不可替代的地位。CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，像二维图、三维线框、曲面、实体和特征建模。CADCAM的概念不仅仅是体现在辅助制图方面，它更主要地起到了设计助手的作用，帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。极大地提高了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，增强行业竞争力。CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用的更为广泛。几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。随着对产品质量要求的不断提高，要高效的制造出高精准的产品，CAM技术不可或缺。设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。所以在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CADCAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密的联系为一个整体。CADCAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生巨大的经济效益8。5第第2章章手机电极模型造型设计手机电极模型造型设计2.1MASTERCAM软件简介软件简介MasterCAM是美国CNCSoftware公司研制开发的CADCAM系统。MasterCAM是一套兼有CAD和CAM功能的套装软件。它对硬件要求较低，且具有操作灵活、易学易用的特点，能使企业很快见到效益。可以在Windows2000，WindowsXP等操作环境下运行，MasterCAM由于其价格相对较低，又是在PC平台下应用，硬件投入小，所以有着巨大的发展潜力9。MasterCAM包括四大模块：DESIGN、LATH和MILL。DESIGN模块中不仅可以设计编辑复杂的二维、三维空间曲线，还能生成方程曲线，同时其尺寸标注、注释等也较为方便。在其曲面造型功能中，采用NURBS、PARAMETRICS等数学模型，有十多种生成曲面方法，还具有曲面修剪、曲面倒圆角、曲面偏移、延伸等编辑功能，并可以进行实体造型，同时提供了可靠的数据交换功能。LATHE模块主要用于生成车削加工刀具路径。具备精车、粗车、车螺纹、径向切槽、钻孔和镗孔等加工功能。在最新的.X版本中，还有WIRE线切割加工模块与ROUTER冲床加工模块。MILL铣床模块和LATHE车床模块中包含DESIGN设计模块。MILL模块主要用于生成铣削加工刀具路径。MasterCAM支持2轴、3轴、4轴和5轴加工程序的编制，可以直接加工曲面及实体，提供多种刀具路径形式和走刀方式，同时还提供了刀具路径的管理和编辑、路径模拟、实体加工模拟及后处理等功能，MasterCAM还可以直接与机床控制器进行通信10。本文所采用的软件是最新版本的MasterCAMX4。2.2手机模型结构及尺寸手机模型结构及尺寸手机模型的结构如图2-1所示6图2-1手机模型结构手机模型的尺寸如下外形外形初步设计手机模型的结构为最长为70mm，最宽为40mm，高为10mm。正面正面两端圆弧为50mm，手机屏幕长为40mm，宽35mm倒圆角为20mm。十二个数字键为长为3.5mm，宽为3mm，圆弧过度为10mm，倒圆角为R0.3mm。接听挂机键长为8mm，宽为5mm，圆弧为47mm长边和圆弧倒圆角为0.2mm，其余为0.3mm。在手机左端为游戏娱乐快捷键，中间键内圆为4mm，中圆为10mm外圆为12mm。左右方向键以中间键为中心，圆为14mm。其余一长边为13mm，短边为3.5mm，圆弧和短边倒圆角为1mm，其余为0.2mm，而圆弧为50mm。2.3手机模型造型设计手机模型造型设计（1）绘制手机的外形:打开MasterCAMX4，点击该图标中的将观察视图选择为【俯视图】绘图面，点击该图标绘制圆，输入下面的坐标和半径：7然后点击该图标画直线，作为偏移线的辅助线，输入如下坐标和尺寸：点击图标【单体补正】做直线偏移，上下各偏移20mm。绘图界面产生如图2-2所示。图2-2画基线下来就进行外形裁剪，单击，此时出来5种裁剪方式，选择进行裁剪，然后删除辅助线，最后做圆角，点击绘制圆角，输入圆角半径，此时外形绘制完成。如图2-3所示。图2-3手机外形轮廓点击【挤出实体】做手机外形的三维模型，弹出如下选项，如图2-4所示。8图2-4生成的三维模型如图2-5所示。图2-5手机外形造型（2）绘制手机的屏幕：将观察视图选择为【俯视图】绘图面，画矩形屏幕，点击画矩形的图标，输入基点坐标，9然后单击【以基点为中心画矩形】再输入长和宽的尺寸，完了以后给矩形的四角做圆角，点，输入圆角半径，平面图画完了在进行挖槽处理，点击【挤出实体】，弹出如下选项，如图2-6所示。图2-6生成的实体图如下图2-7所示。图2-7手机屏幕（3）绘制手机键盘：将观察视图选择为【俯视图】绘图面，绘制键盘的二维平面，键盘的尺寸如下：10在手机左端为游戏娱乐快捷键，中间键内圆为4mm，中圆为10mm外圆为12mm。左右方向键以中间键为中心，圆为14mm。其余一长边为13mm，短边为3.5mm，圆弧和短边倒圆角为1mm，其余为0.2mm，而圆弧为50mm，十二个数字键为长为3.5mm，宽为3mm，圆弧过度为10mm，倒圆角为R0.3mm。接听挂机键长为8mm，宽为5mm，圆弧为47mm长边和圆弧倒圆角为0.2mm，其余为0.3mm。现就以画中间键为例来说明绘制键盘的画法，先点击绘制圆，输入圆心坐标，输入圆的半径，再点【单体补正】，在点一下圆，弹出选项框，如图2-8所示。此时出现两个同心圆，大圆直径是4.3mm再点【挤出实体】，弹出选项框，如图2-9所示。图2-8补正图2-9实体挤出设置11生成实体如图2-10所示。图2-10手机中心键的生成按照这个步骤，把所有的键盘全部画出来，由于键盘数之多，只能省略之，画完之后的手机模型实体图如2-11所示。图2-11完整的手机电极模型至此，手机模型已经完成，手机模型的建模也基本完成，点击保存文件，给文件命名为“手机模型的建模”，默认文件格式为.MCX12第第3章章加工工艺加工工艺3.1手机模型加工工序手机模型加工工序手机模型的加工方案分为4道工序，先是对毛坯进行表面铣削，以达到表面粗糙度的要求，然后进行外形铣削，铣出一个外观，下来就是铣屏幕，要保证槽与上表面的垂直度，最后进行键盘的铣削，由于键盘的数量很多，而且槽宽又小，加工比较困难，用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的数据进行编程，曲面的曲率变化会导致球头刀与曲面切削点的位置改变，因此切削点的连线是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹11。在加工过程中，如果没有直径很小球头铣刀，可以使用中心钻加工。手机模型加工方案的工艺卡如表3-1所示。表3-1手机模型加工方案零件名称07级机自（3）班葛云龙机械加工工艺卡片手机模型设备夹具刀具量具工序号工序名称名称型号名称型号名称型号名称型号1铣上平面立式铣镗床FANUC0iM机用虎钳QB-300端铣刀游标卡尺2铣外形立式铣镗床FANUC0iM机用虎钳QB-300平底铣刀游标卡尺3铣屏幕立式铣镗床FANUC0iM机用虎钳QB-300圆鼻铣刀游标卡尺4铣键盘立式铣镗床FANUC0iM机用虎钳QB-300球头铣刀游标卡尺133.2手机电极模型的毛坯选择手机电极模型的毛坯选择目前，手机常用塑胶材料主要有PC、ABS和PC+ABS三大类.日本手机主PC+ABS，甚至采用ABS做手机外壳，韩国几家于机制造商最早采用纯PC材料，GE公司原来不推荐采用PC材料做手机外壳，主张采用PC+As材料，但最近一两年也推出适做手机外壳的PC材料。从制造来说，手机的外部金属结构件主要采用SUS304，SUS303等不锈钢材料，同时也包括洋白铜，黄铜，铝料，合金等！材料的选择主要是根据手机所希望达到的功能决定主要通过金属料带连续模冲压成型的方式，当然这个说起来就比较复杂了，然后通过焊接，铆接，热熔，超声等工艺方法将大小不一但属于整体的金属件组装成一个整体，已达到厂商的需要。本文做的是手机电极模型的设计与加工，所以选的是铝合金，便于加工，铝合金的一些物理特性如下：铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可以加工各种型材，具有良好的导热性和抗腐蚀性，正因为铝合金有以上的优点，所以它在切削过程中比较容易，使加工变得简单12。由于手机电极模型是一个规则的实体，就不需要特别设计，故采用长80mm宽50mm高10mm的铝合金，可以先在普通铣床上铣出所需要的毛坯。3.3夹具的选择夹具的选择由于本次手机模型的毛坯选用的是矩形的铝合金，所以采用的夹具是普通机用虎钳。虎钳是利用螺杆或其他机构使两钳口作相对移动而夹持工件的工具13。一般由底座、钳身、固定钳口和活动钳口，以及使活动钳口移动的传动机构组成。按使用的场合不同，有钳工虎钳和机用虎钳等类型。机用虎钳是一种机床附件，又称平口钳，（如图3-1所示）一般安装在铣床、钻床、牛头刨床和平面磨床等机床的工作台上使用。机用虎钳钳口宽而低，夹紧力大，精度要求高。机用虎钳有多种类型，按精度可分为普通型和精密型。精密型用于平面磨床、镗床等精加工机床。机用虎钳按结构还可分为带底座的回转式、不带底座的固定式和可倾斜式等。机用虎钳的活动钳口也有采用气动、液压或偏心凸轮来驱动快速夹紧的。14图3-1机用虎钳3.4切削液的选择切削液的选择为了降低刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件。喷注足量的切削液可以有效地降低切削温度。使用切削液，除起冷却作用外，还可以起润滑、清洗和防锈的作用。生产中常用的切削液可以分为以下三类14：（1）水溶液它的主要成分是水，并在水中加入一定量的防锈剂，其冷却性能好，润滑性能差，呈透明状，常在磨削中使用。（2）乳化液它是将乳化油用水稀释而成，呈乳白色。为使油和水混合均匀，常加入一定量的乳化剂（如油酸钠皂等）。乳化液具有良好的冷却和清洗性能，并具有一定的润滑性能，适用于粗加工及磨削。（3）切削油它主要是矿物油，特殊情况下也采用动、植物油或复合油，其润滑性能好，但冷却性能差，常用于精加工工序。粗加工时，主要要求冷却，也希望降低一些切削力及切削功率，一般应选用冷却作用较好的切削液，如低浓度的乳化液等。精加工时，主要提高工件表面的表面质量和减少刀具磨损，一般应选用润滑作用较好的切削液，如高浓度的乳化液等。3.5刀具卡的制定刀具卡的制定数控加工的特点对刀具的强度及耐用度要求较普通加工严格。因为刀具的强度不好，一直导致刀具不宜兼用于粗、精加工，影响生产效率；二是在数控加工中极易产15生打断刀具的事故；三是加工精度会大大下降15。3.5.1铣刀的类型铣刀的类型铣削加工刀具种类很多，在数控机床和加工中心上常用的铣刀有：（1）面铣刀面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金。硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。如图3-2所示。图3-2面铣刀（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。立铣刀端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工精度的目的。如图3-3所示。16图3-3平底铣刀（3）模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀3种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，16mm以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时；刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用圆弧端铣刀。如图3-4所示。图3-4球头铣刀（4）键槽铣刀键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃。键槽铣刀可以不经预钻工艺孔而轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出全长。如图3-5所示。图3-5直柄键槽铣刀手机模型的加工有平面、槽和曲面，用到的刀具有面铣刀、平底铣刀、圆鼻铣刀和球头铣刀，其中最主要的是球头铣刀，它加工的面积最大，加工部分最重要，因此其性能要求也较高。刀具的最终选择还要参考刀具材料来定。173.5.2刀具材料选择刀具材料选择数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为：（1）高速钢刀具；（2）硬质合金刀具；（3）陶瓷刀具；（4）立方氮化硼刀具；（5）金刚石刀具；（6）涂层刀具。图3-6所示为各种材料的刀具硬度与韧性的对比，手机模型的加工既需要刀具有较高的硬度又要有一定得韧性，因此选择涂层硬质合金，它属于新型硬质合金，既保持了普通硬质合金机体的强度和韧性，又使表面有很高的硬度和耐磨性16。图3-63.5.3刀柄类型的选择刀柄类型的选择常用刀柄有多种类型，如图3-7所示依次为面铣刀刀柄、整体钻夹头刀柄、钻头刀柄。18图3-7常见的几种刀柄根据刀具形状的不同选择不同的刀柄，按照选定的加工方案选择的刀具类型，刀柄类型需要面铣刀刀柄、镗刀柄、整体钻夹头刀柄和侧压式立铣刀柄。综上所述，最终选择的刀具如表3-2所示。表3-2刀具信息卡片3.6切削用量的选择切削用量的选择切削用量表示切削时各运动参数的数量，包括切削速度、背吃刀量、进给量。但是这三个要素中影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是背吃刀量。在选择粗加工切削用量时，应优先考虑选用大的吃刀量，其次考虑选用大的进给量，最后选用合理的切削速度。精加工时，首先要保证加工精度和表面质量，同时要兼顾必要的刀具耐用度和生产效率，因此一般多选用较小的吃刀量和进给量，在保证合理刀具耐用度前提下确定合理的切削速度17。1背吃刀量ap（mm）背吃刀量ap是指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离（mm）。背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度允许刀具类型刀柄类型刀片材料对应工序面铣刀面铣刀刀柄YG8铣端面平底铣刀钻夹头刀柄YT15铣外形球头刀整体钻夹头刀柄YS2T屏幕键盘粗加工球头刀整体钻夹头刀柄YT15屏幕键盘精加工19的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，建议留少量的余量（0.20.5mm），在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性允许的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表面完整性。2进给量Vf（mmz）在主运动每一行程或单位时间里，刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移。进给量还可以用进给速度Vf（mms）或每齿进给量fz(mmz)表示。每分钟进给量由公式3-1计算得到。Vf是数控机床切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料来确定。粗铣时，Vf限制的是铣削力及铣刀容屑空间的大小，当工艺系统的刚性愈好及铣刀齿数愈少时，Vf可取得愈大；半精铣及精铣时，Vf限制的是工件表面粗糙度，粗糙度要求愈小，Vf应愈小。=Zn(3-1)Vffz式中-铣刀每齿进给量（mmz）fzZ-铣刀齿数n-铣刀转速（rmin）表3-3为立铣刀每齿进给量参考值。表3-3硬质合金立铣刀进给量背吃刀量ap（mm）135812立铣刀类型铣刀直径（mm0d）每齿进给量（mmz）fz10120.030.02-14160.060.040.040.03-带整体硬质合金刀头的立铣刀18220.080.050.060.040.040.03-背吃刀量ap（mm）346810铣刀直径（m0dm）铣刀类型每齿进给量（mmz）fz160.080.050.060.05-200.100.050.080.04-250.120.070.090.050.080.04-36立铣刀20.070.100.05-203铣削速度Vc铣削的切削速度Vc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣导齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当Fz、ap和ae增大时，刀边负荷增加，同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具耐用度，允许使用较低的切削速度。但是加大铣刀直径可改善散热条件，可以提高切削速度。铣削速度可由公式3-2计算。（3-2）10000ndvf式中-铣刀直径（mm）0dn-铣刀转速（rmin）表3-4为部分材料的铣削速度范围。表3-4各种常用工件材料的铣削速度推荐范围铣削速度（mmin）Vc加工材料硬度HBS硬质合金刀具高速钢刀具220801502140225290601151536低、中碳钢30042540759202206013018362253255310514243253753648912高碳钢375425354561022055120153522532540801024合金钢325425306059工具钢20025045831223铝镁合金95100360600180300查表可知，铝合金的硬度至少为洛氏硬度HB100，因此铣削速度不宜过高，为了充分发挥刀具的性能，铣削端面和粗加工时选择切削速度Vc为40mmin，精加工Vc为60mmin。由公式3-2可得刀具转速n=1000Vcd0，按照切削速度和所选刀具的直径大小可算出刀具的转速。表3-3可以查出每齿进给量的大小，再由公式3-1可以计算出每分钟的进给量。各项参数最后的结果如表3-5所示。21表3-5切削用量表加工工序铣削速度（mmin）刀具转速(rmin)每分钟进给量(mm)背吃刀量铣端面4020003502.5铣外形3025004001.5屏幕及键盘粗加工4030005000.8屏幕及键盘精加工6035004000.222第第4章章运用运用MastercamX4进行数控编程进行数控编程4.1机床选择及参数设置机床选择及参数设置打开MastercamX4，打开刚才保存的文件“手机模型的建模.MCX”。打开【机床类型】【铣床】（如图4-1）左边刀具管理器窗口出现如图4-2的机床信息：图4-1图4-2图4-3点开机床属性列表（图4-3），可以在【文件】页面修改和添加加工群组的名称、刀具路径名称和加工群组注释，在【文件】属性设置对话框的下部分有5个栏目，分别是：【机床刀具路径】下面有【编辑】和【替换】两个选项，可以编辑或选择已有的加工刀具路径；【刀具库】，可以选择刀具；【操作库】，可以选择各种走刀路径；【默认操作】，其中有各种走刀路径的默认参数设置；【输出注释到NC文件】，NC程序输出格式，勾选这些选项可以在后处理生成的NC代码开头格式中出现加工群组名称、注释等信息。在【刀具设置】页面可以给程序号起名，默认为0。下面也有5个栏目，分别为：【进给设置】，可以选择进给方式是来自刀具、材料、默认值还是根据给定半径的23圆弧调整；【刀具路径设置】刀具路径配置，有刀号重复报警，加开冷却液等；【材料设置】页面是毛坯设置，可以设置毛坯形状（有方形、圆柱体及自定义的毛坯文件）；设置显示方式（实体、线框等）；还有毛坯大小和位置。毛坯也可以在模拟加工时再设置，效果是一样的。【安全区域】页面是设置加工安全区域的，有4个选项，分别是没有、方形的、球形的和圆柱形的，选择后三个会弹出对话框，可以输入数值来定义安全区域的大小。4.2走刀路径及参数设置走刀路径及参数设置手机模型加工分为粗加工和精加工，粗加工切削量大，意在提高效率；精加工是为了确保加工质量，1手机模型的外观加工（1）选择【刀具路径】【外形铣削】命令，如图4-4所示，然后弹出对话框，如图4-4所示。图4-4（2）然后点击【确定】后弹出新的对话框，在图中用鼠标单击手机模型图的外形边线，然后点击【确定】后弹出【外形参数】的对框，如图4-5所示。24图4-5外形参数（3）再点击【刀具】选项栏，在刀具库中选取从刀库中选取214号直径为5的刀具如图4-6。图4-6刀具库（4）选取刀具后点击，出现刀具设置对话框，将刀具编号改为1，长度补偿和半径补偿都为1，进给率设为500.0，下刀率设为400，主轴转速为3000，选用快速提刀方式。如图4-7所示图4-7刀具参数（5）点击【切削参数】选项栏，出现设置选项框，补正方向选择向左。（6）选择【共同参数】进行参考高度，下刀深度的设置，如图4-8所示。25图4-8共同参数设置（7）单击参数设置对话框中的【确定】按钮，结束参数的设置，产生刀具路径。在刀路的生成过程中，左下角以百分比的形式不断刷新数据，如图4-9所示是最终生成的刀具路径。图4-9刀具路径（8）刀具路径产生后，选择【材料设置】，也就是设置毛坯，用把毛坯设置为长方形，长70宽40高10，完了就可以进行模拟刀路和模拟加工了。单击等角按钮把视图调整到最佳观察角度，单击加工操作管理器中的实体加工模拟按钮。26（9）由以上参数确定的手机模型外形加工效果如图4-10所示。图4-9手机模型外形加工图2.手机模型的屏幕及键盘的粗加工（1）选择【刀具路径】【曲面粗加工】【粗加工挖槽加工】命令，然后系统让选择加工曲面，用窗选的方式选取整个图，再按下【ENTER】键，出现一个刀具路径的曲面选取对话框。（2）用鼠标选取边界范围，点击手机的外形现况，出现一个箭头，然后单击【确定】，出现【曲面粗加工挖槽】对话框，点【刀具路径参数】的选项，选取合适的刀具，由于手机键盘的槽宽是0.15mm刀具库中没有相应的刀具，所以自定义刀具，如图4-10所示。图4-10定义刀具（3）出现刀具设置对话框，将刀具编号改为2，长度补偿和半径补偿都为2，进给27率设为400.0，下刀率设为350，主轴转速为3000，选用快速提刀方式。如图4-11所示。图4-11曲面粗加工挖槽刀具选择（4）点【曲面加工