餐巾纸盒上盖造型设计与数控编程说明书

1 餐巾纸盒上盖造型设计与数控编程 摘 要 ： 数控加工技术是现代制造业的典型代表，在制造业的各个领域，如航空航天，模具，精密机械，家用电气等有着日益广泛的应用，已成为这些行业中不可缺少的加工手段。伴随着全球制造业向我国逐步转移的发展趋势， 我国机械产品生产加工能力不断增强，正在成为世界制造业大国。随着计算机技术的进步各种以计算机，特别是以 PC 为运行平台的三维设计与加工软件应运而生，他们的发展大大超出了设计师们的预想，不得不重新审视传统的设计与加工方式，转而采用 以兴型的 CAD/CAM 软件技术为核心的现代集成制造系统 来迎接带有“ E 时代”鲜明特征的“新产业”时代的到来。本文主要通过 PRO/ENGINEER 软件对餐巾纸盒上盖进行造型设计，再通过数据接口，将其导入 MASTERCAM 软件进行凹凸的设计以及数控编程。 关键词： Pro/ENGINEER，造型，工程图，数控加工 1 前 言 在现代集成制造系统中， CAM/CAD 软件技术是核心，而 PRO/ENGINEER和 MASTERCAM 无疑是 CAD/CAM 软件王国中的奇芭，两个系统在先进制造企业有着举足轻重的地位。本次毕业设计面巾纸盒模具 ,对模具设计技术的三年学习总结，本设计应 用 Pro/E 对面巾纸盒上盖进行三维实体造型设计，如图 1 所示，再利用 MASTERCAM 进行分模并进行数控编程。 图 1 面巾纸盒上盖 2 产品造型设计 应用 PRO/E 三维软件，对面巾纸盒上盖外型进行设计，主要通过拉伸，混合，旋转特征等命令进行外壳设计，最终的结果如图 2 所示。 2 图 2 面巾纸盒上盖模型 3 数控加工 3.1 数控加工工艺简述 1 机床的选择 在选择机床的时候必须考虑到几点： 1） .机床的精度与工件精度相适应； 2） .机床的规格与工件的外形大小相适应； 3） .与现在加工条件相适应， 如设备负荷和平衡等； 2 刀具的选择 1、数控加工刀具种类 数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式； 2 镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种； 3 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 高速工具钢；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：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、绞刀、丝锥等； 3 镗削刀具； 4 铣削刀具等，根据铣刀形状可分为： 1 平底到； 2 球头刀； 3 锥度刀； 4T 形； 5 桶状刀； 6 异形刀。 为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，进几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的 30%40%，金属切除量占总数的 80%90%。特别是可转位铣刀已广泛应用于各行业的高效、高精度铣削加工，其种类已基本覆盖了现有的全部铣刀类型。由于可转位刀具的切削效率高，辅助时间少，能极大提高工效；可转位刀具的刀体可重复使用，可节约钢材和制造费用，因此其经济性好；可转位刀具大多可以进行干切削，能节省冷却液的费用，并可保持机床整洁，减少辅助时间；同时可转 位刀具体的系列化、标 3 准化又使其具有广泛的适用性。因此在数控加工中被最广泛地应用，在实际加工中，应优先考虑使用可转位刀具。 2.加工不同形状工件的刀具选择 加工中心上用的立铣刀主要有三钟形式：球头刀（ R=D/2）、端铣刀（ R=0）R 刀（ R D/2（俗称“牛鼻刀”或“圆鼻刀”），如图 3 所示，其中 D 为刀具的直径的刀具直径， R 为刀尖圆角半径。某些刀具还带有一定的锥度 A。 球刀 圆角刀 平刀 图 3 刀具类型 选择刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。刀具直径的选用主要取决于设备的规格 和工件的加工尺寸，还需要考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内。 生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。 平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀，可转位面铣刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工作表面连续走刀。选好每次的宽度和铣刀的直径，是接痕不影响精铣精度。因此，加工余量大又不均匀时，铣刀的直径要选小些。精加 工时，铣刀直径要选的大些，最好能够包容加工面的整个宽度。表面要求高时，还可以选择使用具有修光效果的刀片。在实际工作中，平面的精加工，一般用可转位密齿面铣刀，可以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨。密布的到齿使进给速度大大提高，从而提高切削效果。精切平面时，可以设置 68 个刀齿，直径大的刀具甚至可以超过 10 个刀齿。 加工空间曲面和变斜角轮廓外形时，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 4 去除的部分，每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除 的部分就越多，其高度（通常称为“残余高度”）就越大，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。加工精度要求越高，走刀步长和切削行距越小，编程加工效率越低。因此，应在满足加工精度要求的前提下，尽量加大走刀步长和行距，以提高编程和加工效率。而在 2 轴及 2.5 轴加工中，为提高效率，应尽量采用端铣刀，由于相同的加工参数，利用球刀 ,调整好加工参数也可以达到较好的效果。 镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台 凹槽和箱口面 .为了提高槽宽的加工精度 ,减少铣刀的种类 ,加工时采用直径比槽宽小的铣刀 ,先铣 槽的中间部分 ,然后在利用刀具半径补偿 (或称直径补偿 )功能对槽的两边进行铣加工。 对于要求较高的细小部位的加工，可使用整体式硬质合金刀，它可以取得较高的加工精度，但是注意刀具悬升不能太大，否则刀具不但让刀量大，易磨损，而且会有折断的危险。 铣削盘类零件的周边轮廓一般采用立铣刀。所用的立铣刀的刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径。一般取最小曲率半径的 0.80.9 倍即可。零件的加工高度（ Z 方向的吃刀深度）最好不要超过刀具的半径。若是铣毛坯面时，最好选用硬质合金波纹立铣刀，它在机床、刀具、工件系统允许的情况 下，可以进行强力切削。 钻孔时，要先用中心钻或球头刀打中心孔，用以引正钻头。先用较小的钻头钻孔至所需深度 Z，在用较大的钻头进行钻孔。最后用所需的钻头进行加工，以保证孔的精度，在进行较深的孔加工时，特别要注意钻头的冷却和排屑问题，一般利用深孔钻削循环指令 G83 进行编程，可以工进一段后，钻头快速退出工件进行排屑和冷却，再工进，再进行冷却和排屑直至孔深钻削完成。 加工中心机床刀具是一个较复杂的系统，如何根据实际情况进行正确选用，并在 CAM 软件中设定正确的参数，是数控编程人员必须掌握的。只有对加工中心刀具结构和选用 有充分的了解和认识，并且不断积累经验，在实际工作中才能灵活运用，提高工作效率和生产效益并保证安全生产。 3.2 切削速度的计算与确定 1切削速度 c 切削速度是切削刃上选定点相对于工件的主运动线速度。当主运动为旋转运 5 动时，其切削速度为 c（单位为 m/min） c= dn/1000 式中 d 完成主运动的工件或刀具的最大直径（单位为 mm）； N 主运动的转速（单位为 r /min）。 2进给量 当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上 的位移量 f。进给量 f的大小反映着进给速度 f（单位为 mm/min）的大小，关系为 f=fn 3背吃刀量 p 车削时 p（单位为 mm）是工件上待加工表面与已加工表面间的垂直距离： p=dw dm / 2 式中 dw 工件待加工表面的直径，单位为 mm； dm 工件已加工表面的直径，单位为 mm。 4切削用量 粗铣时： p=1 3mm， f=0.3 0.6mm/r, c=60m/min。 半精铣时： p=1 1.5mm， f=0.3 0.4mm/r, c=60 120m/min。 精铣时： p=0.5 1mm， f=0.08 0.2mm/r， c=100 120m/min。 4 凸模编程 4.1 对面巾纸盒凸模进行设计 在实体完成后把文件转换为 IGES 格式文件，然后有 MASTERCAM 转入进行加工，然后，进行分模。首先将凸模曲面提前取出来再通过旋转，平移命令将凸模移到如图所在位置。最后通过曲面修整命令创建分型面，如图 4 所示。 图 4 凸模 6 4.2 对 面巾 纸盒凸模进行数控编程 以下通过 MASTERCAM，对面巾纸盒上盖的凸模进行加工，主要加工参数如表 1 所示。接下来再具体对加工操作过程进行简单的介绍。 序号 作业内容 刀具号 主轴转速 进给速度 1 挖槽整体粗加工 D32R6 1000 1200 2 浅平面进行分型面精加工 D32R6 1200 1000 3 平行铣 削进行顶面 精加工 D12R6 1800 1000 4 等高外形进行侧面精加工 D12R6 1200 1000 5 等高外形进行底面清角加工 D10 1800 600 6 等高外形进行顶面凹槽清角 D10 1800 600 4.2.1 挖槽粗加工 1.单击刀具路径曲面加工粗加工挖槽粗加工窗选所加工的零件在串联边界。 2.在打开刀具选项卡设置刀具参数 （选用 32R6 的圆角刀，进给率 1200，Z 轴进给率 300，刀具半径 6，主轴转速 1000）如图 5 所示。 3.在打开曲面加工参数卡（参照高度 50，在加工预留量 0.3）如图 6 所示。 4.在打开挖槽加工参数对话框（最大 Z 轴进给量为 1.5，选用等距环切，顺铣，在打开切削深度选择相对坐标顶部预留量 0.2，顶部预留量 0.2）如 图 7 所示。 5.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 8 所示。 6.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了，如图 9 所示。 图 5 图 6 7 图 7 图 8 图 9 4.2.2 浅平面精加工 1.单击刀具路径曲面加工精加工浅平面加工选择分型面在串联边界。 2. 在打开刀具选项卡设置刀具参数（选用 32R6 的圆角刀，进给率 1200，Z 轴进给率 300，刀具半径 6，主轴转速 1200）如图 10 所示。 3.在打开曲面加工参数卡（参照高度 50，在加工预留量 0）如图 11 所示。 4.在打开浅平面加工参数对话框（最大切削参数 5，切削方式 3D 环绕切削，精铣方向顺铣，限制深度最高点 -72 最底点 -80）如图 12 所示。 5.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 13 所示。 6.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了。如图 14 所示。 图 10 图 11 8 图 12 图 13 图 14 4.2.3 平行铣 削 精加工 1.单击刀具路径曲面加工精加工平行铣 削 选择上表面在串联边界。 2.在打开刀具选项卡设置刀具参数（选用 12 的球刀，进给率 1000， Z 轴进给率 300，刀具半径 6，主轴转速 1800）如图 15 所示。 3.在打开曲面加工参数卡（参照高度 50，在加工预留量 0）如图 16 所示。 4.在打开平行铣削精加工参数对话框（最大切削间距 0.4，切削方式双向切削，加工角度 45 度，限制深度最高点 0 最底点 -24）如图 17 所示。 5.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 18 所示。 6.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了。如图 19 所示。 9 图 15 图 16 图 17 图 18 图 19 4.2.4 等高外形精加工 1. 单击刀具路径曲面加工精加工等高外形选择零件两侧面在串联边界。 2.在打开刀具选项卡设置刀具参数（选用 12 的球刀，进给率 1000， Z 轴进给率 300，刀具半径 6，主轴转速 1600）如 图 20 所示。 3.在打开曲面加工参数卡（参照高度 50，在加工预留量 0）如图 21 所示。 10 4.在打开等高外形精加工参数对话框（最大 Z 轴进给量为 0.4，封闭式轮廓方向顺铣，开放式轮廓为单项切削，两区段间的处理方式为打断，在打开切削深度选择绝对坐标限制深度最高点 -22 最底点 -80）如图 22 所示。 5.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 23 所示。 6.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了。如图 24 所示。 图 20 图 21 图 22 图 23 图 24 4.2.5 等高外形精加工 1.单击刀具路径曲面加工精加工等高外形选择零件分型面底部在串联边界 11 2.在打开刀具选项卡设置刀具参数（选用 10 的平刀，进给率 600， Z 轴进给率 300，刀具半径 5，主轴转速 1800）如图 25 所示。 3.在打开曲面加工参数卡（参照高 度 100，在加工预留量 0）如图 26 所示。 4.在打开等高外形精加工参数对话框（最大 Z 轴进给量为 0.3，封闭式轮廓方向顺铣，开放式轮廓为单项切削，两区段间的处理方式为打断，在打开切削深度选择绝对坐标）限制深度最高点 -71 最底点 -76）如图 27 所示。 5.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 28 所示 6.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了，如图 29 所示。 图 25 图 26 图 27 图 28 图 29 4.2.6 等高外形精加工 12 1.单击刀具路径曲面加工精加工等高外形选择零件分型面凹槽在串联边界。 2.在打开刀具选项卡设置刀具参数（选用 10 的平刀，进给率 600， Z 轴进给率 300，刀具 半径 5，主轴转速 1800）如图 30 所示。 3.在打开曲面加工参数卡（参照高度 100，在加工预留量 0）如图 31 所示。 4.在打开等高外形精加工参数对话框（最大 Z 轴进给量为 0.3，封闭式轮廓方向顺铣，开放式轮廓为单项切削，两区段间的处理方式为打断，在打开切削深度选择绝对坐标）限制深度最高点 -10 最底点 -15）如图 32 所示。 5.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 33 所示。 6.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了，如图 34 所示。 图 30 图 31 图 32 图 33 图 34 13 5 凹模编程 5.1 对面巾纸盒凹模进行设计 由于 凹模与凸模设计类同 创建 凹模 分型面，如图 35 所示。 图 35 凹模 5.2 面巾纸盒凹模进行加工 序号 作业内容 刀具号 主轴转速 进给速度 1 上表面平面铣削 D50 1000 1200 2 挖槽整体粗加工 D32R6 1200 1000 3 底平面平面铣削 D12R6 1800 1000 4 等高外形进行内侧面精加工 D12R6 1200 1000 5 等高外形进行顶面凹槽清角 D10 1800 600 5.2.1 轴平面铣削加工 1.单击刀具路径平面铣削选择所有曲面在串联边界 2.在打开刀具选项卡设置刀具参数（选用 D50 的平刀，进给率 1000， Z 轴进给率 300，刀具半径 25，主轴转速 1200）如图 36 所示。 3.在打开面铣的加工参数卡（参照高度 50）如图 37 所示。 4.刀具路径生成。单击“确定”按扭生成刀具路径，如图 38 所示。 5.关闭该刀具路径的显示。在单击实体验证就有加工图了，如图 39 所示。 14 图 36 图 37 图 38 图 39 5.2.1 其它部位加工 1挖槽粗加工 单击刀具路径曲面加工粗加工挖槽粗加工窗选所加工的零件在串联边界。弹出曲面粗加工挖槽对话框，选用 32R6 的圆角刀，设置进给率 1200，Z 轴进给率 300，刀具半径 6，主轴转速 1000，最大 Z 轴进给量为 1.5，预留量0.2，完成以后，生成的刀具路径如图 40 所示。实体验证结果如图 41 所示。 图 40 图 41 15 2. 等高外形精加工 单击刀具路径曲 面加工精加工等高外