毕业设计（论文）-型腔类零件的设计及其加工研究（全套图纸）.doc

第 36 页 共 36 页 型腔类零件的设计及其加工研究xxxxxxx 大 学毕业论文（设计） 论文题目 型腔类零件的设计及其加工研究 姓 名 xxx 学 号 xxxxxx 院 系 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导老师 xxx 职 称 xxxxx中国合肥二 0一 五 年 五 月目 次1 引言.3 1.1 型腔类零件的传统加工方法.3 1.2 本文的主要研究内容.32 型腔零件的三维建模.4 2.1 零件的设计.4 2.2 基于UG NX 8.5的建模.43 工艺分析.7 3.1 整体型腔的粗加工.8 3.2 型腔各个区域的半精加工.9 3.3 型腔的精加工.9 3.4 型腔里的点位孔加工.94 工艺规划.95 仿真加工.10 5.1 加工准备.10 5.2 粗加工阶段.14 5.3 精加工阶段.18 5.4 点位孔加工.216 后处理.277 对加工时间的设置研究.28结 论.31致 谢.32参 考 文 献.32附录A： 型腔的零件图.34型腔类零件的设计及其加工研究作者：xxxx 指导老师：xxx（xxxx大学工学院 11级机械设计制造及其自动化 合肥 230036）摘要：基于UG NX 8.5的型腔类零件设计与加工的研究，本文主要论述了在使用UG NX 8.5的建模和加工模块下对零件的三维辅助设计和三维辅助制造。实现了对型腔类零件的数控仿真加工，再利用后处理生成的数控加工代码，在经过少量修改后可输入数控机床进行零件的相应加工。从而减少了手工编程的时间，有效的提高了生产效率。在对零件模拟加工时，能及时观察出操作上的问题并及时解决，避免了在实际加工生产时出现错误。关键字：型腔 UG NX 8.5 数控加工 数控仿真 刀轨路径全套图纸加1538937061 引言 在数控技术普遍普及应用的今天，日益增多的复杂零件和高精度、高效的加工对数控技术提出了越来越高的要求，所以本文的主要目的是基于UG NX 8.5的建模模块和仿真加工模块来进行模拟型腔类零件的数控加工过程，再将最后的后处理文件（数控加工代码）导出，经过少量的修改后可以直接输入到数控机床上对该零件进行加工。1.1 型腔类零件的传统加工方法 由于该零件带有孔、槽等腔体结构，表面结构较为复杂，加工是要注意不同面的不同要求。 数控加工分为自动编程和手工编程，由于型腔类零件具有较为复杂的线或面，手工编程难度较大，耗时较长，并容易出错，。所以对于该类零件采用计算机辅助设计和计算机辅助制造技术是有必要和实用的。对实现机械加工自动化，改变传统机械加工方法也具有十分重要的意义。1.2 本文的主要研究内容 本文主要讲述了基于UG NX 8.5下对型腔类零件的设计及其加工的研究，重点在于对计算机辅助制造即仿真加工模块的研究。利用UG中不同的加工方式对零件的各个部分进行相应的加工，然后再对该零件的数控编程代码通过后处理导出，这也就完成了数控的自动编程过程。具体步骤可分为：1.零件的设计与建模；2.零件的工艺分析与工艺规划；3.零件的仿真加工；4.加工的后处理。2 型腔零件的三维建模2.1 零件的设计 为了更好的满足本次研究的特点，选择型腔类零件实体为研究对象，如图2-1所示。图2-1模型2.2 基于UG NX 8.5的建模 如上图所示，该零件体主要为拉伸体，平面和孔组成，使用UG的建模模块下对零件进行三维造型设计，因为本文重点在于对于零件的仿真数控加工，所以对建模模块进行一些简单的介绍。1. 打开UG NX 8.5软件，单击新建，选择模型，单击确定，进入建模模块界面，如图2-3所示。2. 进入草图界面，完成草图，使用拉伸命令及布尔运算完成零件的三维设计，如图2-3所示。3. 对指定的面进行钻孔操作。4. 对零件需要部分进行倒圆角操作。图2-2 UG NX 8.5建模模块 图2-3 草图及其拉伸命令 图 2-4 三维建模过程图2-5 零件三维图3. 工艺分析 在UG NX 8.5的加工模块中，对于零件的模拟加工主要需要完成以下操作1.选择加工方式；2.选择加工所使用的道具；3.选择合适的切削模式；4.设定切削参数和非切削参数；5.选择合适的进给用量；6。选择其他辅助参数如安全平面高度等。 其中，加工方式和加工刀具的选择可以参考表3-1。常用的切削模式有跟随部件、跟随周边和配置文件三种模式，具体的可以根据零件具体加工情况选择。切削参数和非切削参数以及进给用量进行查阅相关资料进行选择确定，然后比较其他具体零件的加工来最后决定具体的参数。表3-1 UG NX 8.5加工方式序列号加工方式适用类型加工刀具图标备注1表面铣削加工阶梯平面轮廓平底刀平面的精加工2面铣加工平面区域的粗加工、精加工平底刀平面的加工3型腔加工整个零件轮廓的粗加工圆角刀粗加工4点位孔加工圆柱孔的粗加工、精加工中心钻孔的加工如图3-1所示，该型腔工件的总体尺寸是200mm125mm40mm。在型腔里面分别有4个直径为6mm的孔，深度为8mm；一个直径为10mm的孔，深度为8mm；两个直径为10mm的孔，深度为10mm。还可以看出该工件上有不同的凹槽和凸台。其表面质量可以在数控机床上的加工来满足要求。图3-1 零件的三维图 综合上述分析可以知道，由于工件局部尺寸的原因，不能通过一次走刀来完成加工余量。在UG NX 8.5中，可以通过测量该工件上的尺寸后来制定相应的加工顺序，对相关的参数比如刀具参数和切削参数等来进行初步的拟定。3.1 整体型腔的粗加工根据上述分析可知，该工件采用型腔铣削的方式来除去工件表面的大量毛坯，为了提高加工的效率，采用D10R2的圆角刀来进行型腔的粗加工，并使其余量为3mm。3.2 型腔各个区域的半精加工经过粗加工后，为保证工件的表面精度和质量要求，需要对工件各个区域进行半精加工，由工件表面形状可以看出多为平面，所以可用D10的平底刀对工件进行半精加工，设定余量为1mm。3.3 型腔的精加工 在精加工阶段，有了上述加工阶段的加工余量保证，在这一阶段是为了更好的得到工件的各项要求，对各个部位进行进一步的加工。 先对工件四周进行精加工，可使用D10的平底刀来进行加工。然后对四个型腔进行精加工，可使用D10的平底刀对凹槽进行精加工。3.4 型腔里的点位孔加工由先铣后钻的原则，在铣削完型腔的各个部分后，进行最后的孔加工。首先选用Z8的中心钻在工件表面钻出3个中心孔；然后选用Z9.8的麻花钻钻出工件上的3个盲孔；然后使用Z10的铰刀来进行最后的点位加工。最后四周的D6的孔也可用上述介绍的方法来进行加工。4 工艺规划1. 毛坯尺寸：200mm125mm40mm。 材料：铝块。2. 工件安装 使用平口虎钳将毛坯夹紧。要求装夹后的毛坯高度高于平口虎钳10mm以上， 然后将毛坯装夹到机床上去。3. 加工坐标原点毛坯顶面的对称中心，并满足右手笛卡尔坐标系。4. 工步顺序 1） 1.使用D8O对顶面进行粗加工，调整转速后再进行精加工。b.使用D10的平底刀对工件四周进行粗加工，然后对型腔各个部分进行首次的粗加工。c.调整转速和主轴转速，采用D10对工件四周和型腔各个部分进行精加工。 表4-1 工序表加工顺序刀具切削参数类型加工方式进给方式刀具主轴转速（r/min）进给速度（r/min）切削深度（ap/mm）1顶面粗加工面铣D80R2圆角刀3500100032工件四周铣削轮廓加工D10平底刀3000120033型腔粗加工型腔铣D10R2圆角刀3200120034顶面精加工面铣D80平底刀40007000.35工件四周精加工轮廓加工D10平底刀42008000.26型腔精加工型腔铣D10平底刀45007000.3 2） 采用Z8中心钻在工件顶面钻出3个中心孔，然后使用Z9.8的麻花钻钻出3个盲孔，最后使用Z10的铰刀来完成最后的加工。4D6的孔的加工方法同上所述。4-2 点位孔加工工序表序号加工方式刀具循环方式循环参数设置切削深度（mm）停留时间（s）进给速度（mm/min）1钻3处中心孔Z8mm中心钻标准钻632002钻3处9.8mm的盲孔Z9.8mm麻花钻标准断屑钻模型深度33503铰3处10mm孔Z10mm铰刀标准钻模型深度31005 仿真加工5.1 加工准备1. 打开零件的建模文件 启动UG NX 8.5软件，单击打开文件，在显示的窗口中打开11100978.prt文件，单击OK进入零件的建模模块，如图5-1所示：图5-1 UG打开文件窗口2. 零件的模拟加工模块 1）. 打开零件后，单击左上角开始，选择加工，进入仿真加工界面，选择窗口中的mill_contour,单击确定，进入UG的模拟加工模块。图5-2 加工环境的创建 2选择创建程序，按图5-2所示，新建名为biyesheji的程序父节点组，可在工序导航器中查看。 3在工序导航器中，双击MCS_MILL，在弹出的对话框中，单击CSYS对话框，将其类型选择为动态，这样做是为了使工件坐标系和加工坐标系一致，可减少编程上的错误，如图5-3所示，这样两个坐标系已经一致对应了。单击确定，返回到上一级菜单，设置安全平面距离为50mm。图5-3 坐标系的设定 4在几何视图窗口中，打开MCS_MILL，双击WORKPIECE，选择设定加工原件。如图5-4所示，选择集合体后，单击确定，返回到上一级菜单，检查没有错误后单击确定，这样就完成了毛坯的选择。图5-4 毛坯的设定5创建刀具 1）.创建D80的圆角刀：单击菜单中的创建刀具，如图5-5所示，将其名称设置为T1D80R2，单击确定；在下一级菜单中设置需要的刀具参数，编辑完成后单击确定。这样就完成了刀具的创建。 图5-5 刀具的创建及其参数设置 2）. 创建平底刀：重复上述操作，将圆角半径改为0。创建T2D80,T3D10。刀具补偿分别为2和3。其他为默认值。 3）. 创建中心钻：在菜单栏中选择创建刀具，如图5-6所示，单击中心钻的刀具图标，名称改为Z1D8，单击确定，在下一级菜单中设置刀具半径为8mm。并设置相应的刀具补偿值。重复上述操作，完成麻花钻Z2D9.8和铰刀Z3D10的创建。 图5-6 钻刀参数设置 创建完成后的刀具如下表所示：序号刀具图标名称刀具类型刀具直径（mm）有效长度（mm）1T1D80R2圆角刀80752T2D80平底刀80753T3D10平底刀10754Z1D8中心钻8505Z2D4中心钻4506Z3D9.8麻花钻9.8507Z4D5,8麻花钻5.8508Z5D10铰刀10759Z6D6铰刀6755.2 粗加工阶段 综合上述工艺分析可得，加工阶段分为粗加工，半精加工和精加工。为了获得更好的表面质量，也为后面的精加工做准备，首先进入粗加工阶段。 5.2.1 工件上表面的粗加工： 1）单击菜单栏中的创建工序，选择MILL_PLANAR,在工序子类型中选择平面铣，如图5-7所示，单击确定。进入下一级菜单，继续设置相关参数。 图 5-7 创建平面铣及其参数设置 图 5-8 平面铣具体参数设置 2）在弹出的下一级菜单中，单击切削参数参数，设置部件余量为3mm，并设置相应的公差要求。如图5-8所示，设置完成后单击确定返回到上一级菜单。 3）单击非切削参数，设置进刀类型为线性，并设置其他相应的参数，如图5-8所示。其他参数为默认值。4） 设置完成后，单击生成，UG将自动生成刀轨路径，如图5-9所示，检查无误后单击确定。这样就完成了顶面的粗加工模拟过程。图 5-9 刀轨路径5.2.2 工件四周的粗加工：1）.操作步骤如上顶面粗加工类似，将工序类型改为平面轮廓铣，将刀具更换为T2D10，其他参数不变，如图5-10所示，单击确定。 2）. 在弹出的窗口中，将其切削模式更改为轮廓加工，其切削参数与非切削参数设置如上所述，具体内容如图5-10所示。 图 5-10 轮廓铣及其参数设置 3）设置完成后，单击生成，UG将自动生成刀轨路径，如图5-11所示，检查无误后单击确定。这样就完成了四周轮廓的粗加工模拟过程。图5-11 四周轮廓的刀轨路径5.2.3 型腔的粗加工： 1）.单击快捷菜单中的创建工序，选择类型为MILL_CONTOUR，工序子类型选择为型腔铣，如图5-12所示。单击确定，进入下一级菜单。 图5-12 创建型腔铣及其参数设置 2）在弹出的窗口中设置其相应的切削参数和非切削参数，具体内容如图5-13所示。 图5-13 型腔铣具体参数设置 3）在弹出的窗口中选择刀具为T2D10的平底刀。其他为默认值。设置完成后，单击生成，UG将自动生成刀轨路径，如图5-14所示。查看无误后，单击确定。这样型腔铣的粗加工模拟过程就完成了。图5-14 型腔铣的刀轨路径5.3 精加工阶段 5.3.1上表面的精加工： 经过上述加工后，毛坯剩余加工余量已经很小了，所以在这里先进行上表面的精加工。 1）单击选中FACE_MILLING，右击点击复制，再粘贴，这时出现FACE_MILLING_COPY,因为精加工与粗加工有很多参数设置相同，所以粘贴刀具设置可节省操作时间。 2）双击打开FACE_MILLING_COPY，在弹出的窗口中更改刀具、刀轨的相应参数设置。 3）设置完成后，单击确定，返回到上一级菜单，在窗口中对切削参数进行设置，将其部件余量更改为0，因为此时为精加工，必须除去全部的加工余量。其他参数为默认值。 4）生成的刀具路径和模拟零件加工如图5-15所示。 图5-15 上表面精加工的参数设置及其刀轨路径5.3.2 工件四周的精加工： 1）.如上顶面精加工第一步相同。复制FACE_MILLING，并粘贴出FACE_MILLING_COPY1，在这里要将刀轨设置改为MILL_FINISH，如图5-16所示。 2）在切削参数设置中，将其加工余量改为0，如图5-16所示。其他参数设置不变，沿用FACE_MILLING中的设置。 3）生成的刀轨路径如图5-17所示。 图5-16 工件四周精加工参数设置图5-17 刀轨路径5.3.3 各个型腔部位的精加工： 1）.为加工方便，首先还是复制粘贴上一工序，得到FACE_MILLING_COPY。 2）双击打开FACE_MILLING_COPY，在指定部件中选择要加工的四个型腔，刀具设置为T2D10，在刀轨设置中，将方法更改为MILL_FINISH,切削模式更改为跟随周边，如图5-18所示。其他参数沿用上一工序的值。 3）生成的刀轨路径如图5-18所示。 图5-18 型腔精加工参数设置及其刀轨路径5.4 点位孔加工 5.4.1 中心钻的点位孔加工 1）单击创建工序，如图5-19所示，在弹出的窗口中对相应的参数进行设置，然后单击确定。 图5-19 创建中心钻 2）在下一级窗口中，单击指定孔，选中需要加工的孔，如图5-20所示。单击确定。 图5-20 选取要加工的孔操作 3）在循环类型中的循环选择标准钻，单击编辑参数，在弹出的窗口中对相应的参数进行设置。编辑内容如图5-21所示。 图 5-21 参数设置 4）如图5-22所示，对主轴转速进行设定。图5-22 主轴转速设置5）参数设置完成后，单击生成。生成的刀轨路径如图5-23所示。图5-23 刀轨路径5.4.2 麻花钻的点位孔加工 1） 单击创建工序，在弹出的窗口中编辑相关参数，如图5-24所示，单击确定。图5-24 创建麻花钻 2）选择和中心钻相同的3个孔，具体操作同上所述。 3)在循环类型中的循环选择为标准断屑钻，单击编辑参数，如图5-25所示，在弹出的窗口中对相关参数进行编辑。 图5-25 标准断屑钻的参数设置 4)主轴转速与上相同。生成的刀轨如图5-26所示。图5-26 刀具轨迹5.4.3 铰刀的点位孔加工 1） 单击创建工序，在弹出的窗口设置相关参数，具体内容如图5-27所示，设置完成后单击确定。图5-27 创建铰刀 2) 选择与中心钻相同的3个孔，具体操作同上所述。 3) 在循环类型中的循环选择标准钻，单击编辑参数，如图5-28所示，在弹出的窗口中对相关参数进行编辑。 图5-28 相关参数设置 4) 如图5-29设置主轴转速。5-29 主轴转速设置 5) 生成的刀轨路径如图5-30所示。图5-30 刀轨路径5.4.4 工件四角的点位孔加工 工件四角的点位孔加工与型腔内部的点位孔加工的工序和刀具类型是一样的，只是刀具半径不同。故这里不再赘述。下面仅给出相关参数设置和加工的刀具轨迹。如图5-31所示。 图5-31 参数设置及其刀具轨迹6. 后处理 经过上述的加工，零件已经加工完成，现在需要将UG NX 8.5生成的数控加工代码输出，以便后续应用。 在工序导航器中选中FACE_MILLING,然后单击菜单栏中的后处理选项，如图5-32所示，选中MILL_3_AXIS选项，在单位设置里选择为公制/部件，并勾中列出输出选项，其他为默认值。单击确定，系统将自动生成后处理文件，并以PTP格式输出，将其保存到用户盘里，这样就得到了该零件的数控加工代码。 由于代码比较多，所以仅截取一部分示意。如图5-32所示。 图5-32 后处理的创建及其数控代码7. 对加工时间的设置研究 对于数控加工，加工时间也是一个很重要的参数，这涉及到零件加工的实用性和经济性。所以在仿真加工后，对加工时间进行一些研究是有必要的。 在Siemens NX 8.5文件夹下的加工文件夹里，打开后处理构造器，如图5-33所示。 图5-33 后处理构造器的创建操作 在弹出的窗口中单击新建，进入下一级窗口，并编辑后处理名称，将后处理输出单位更改为毫米，如图5-34所示。编辑完成后单击确定。图5-34 相关参数设置 在弹出的窗口中，选择创建命令，选择程序和刀轨，创建一个加工时间的命令，并更改如图5-35所示的相关内容。图5-35 加工时间的命令定制 加工时间命令定制完成后，单击程序，在添加块下选择上述创建的命令，在程序结束序列，按住添加块不放，拖动到最下面，如图5-36所示，单击保存。这样加工时间的命令就创建完成了。图 5-36 加工时间块的添加添加完成后，回到UG的后处理中，单击后处理，在弹出的后处理窗口中选择打开上述保存的文件，如图5-37所示，单击OK。图5-37 加工时间命令文件 打开后，如图5-38所示。在弹出的窗口中单击确定。图5-38 后处理文件生成 单击确定后，在生成的数控代码最后面就有了加工时间的显示。如图5-39所示。图5-39 数控加工时间结 论 本文主要论述了基于UG NX 8.5 下的零件建模以及仿真加工，利用对零件的结构分析，设计出适合加工的工艺方案，通过对零件的走刀路径的仿真加工从而生成数控加工代码。通过本次毕业设计，充分利用了UG软件对其进行辅助造型和数控编程，将复杂的操作通过计算机软件的辅助变得简单化。 本次课题需要我们对所学的知识融会贯通，对零件的建模需要结合以前在CATIA中的建模的复习，从而熟练的在UG下对零件进行三维造型设计；其中零件的加工分析主要包括零件的工艺分析与工艺规划、零件的仿真加工、加工的后处理以及加工时间设置的研究；最后对走刀路径进行检查，考虑是否存在错误。本次对型腔类零件的设计与加工研究，需要对刀具的切削参数等方面的问题给予考虑，这让我对在大学中所学习到的专业知识有了一个框架式的回忆，尤其对数控加工与工艺设计方面有了一定的掌握。同时对于UG软件的加工与建模模块有了一定的熟悉，认识到当前的数控加工编程更加倾向于计算机辅助制造的方向发展。因此，我总结出，理论是指导实践的基础，只有不断在实践中总结经验，并对先前的理论进行消化和创新，才能有所提高。致 谢 在毕业设计期间，感谢杨义老师的悉心指导。从开始的零件构思到最后的仿真加工，杨义老师不断的对我的方案进行指导和修正，提出了宝贵的专业意见，本次毕业设计能够顺利完成，杨义老师给予了我很大的帮助，让我学到了很多的专业知识。最后，衷心的感谢杨义老师和给予我帮助的各位同学，在你们的无私帮助下，我的毕业设计才能顺利完成。谢谢大家！参 考 文 献 1 牛新春，宋斌，魏三营.UG NX 8.5数控编程与加工实例教程.化学工业出版社，2014. 2 贺建群.UG NX数控加工典型实例教程.机械工业出版社，2012. 3 陈乃峰.UG NX8数控加工案例教程.机械工业出版社，2012. 4 张兴华.UG NX5.0 数控加工范例教程.机械工业出版社，2010. 5 浦艳敏.型腔类零件的数控加工工具技术.2010,44(5)：87-90. 6 ShengWen Zhang.CNC programming system for complex components based on KBE within integrated environment of CAD/CAPP/CAMJ. Frontiers of Mechanical Engineering in China, 2009, Vol.4 (1), pp.97-102 7 Soni.software Architecture in Industrial Applications.M. Soft-Ware Engineering,1995.ICSE 1995.17th International Conference on 1995. 8 S.K.Ong.An Internet-Based Virtual CNC Milling System J.International Journal of