关 键 词：

Q519 飞机 零件 MasterCAM 自动 编程 加工 设计

资源描述：

以上为资料预览概图，下载文件后为完整一套设计。【清晰，无水印，可编辑】dwg后缀为cad图，doc后缀为word格式，png和jpg，gif后缀为资料预览图片。有疑问可以咨询QQ：529358737

内容简介：

江海职业技术学院毕 业 设 计毕业设计 题 目：零件的Mastercam自动编程加工 学 生 学 号： 127010229 学 生 姓 名： 许洪伟 所 在 系（部）： 机电工程系 专 业 及 班 级： 机电一体化1202 指 导 教 师： 朱敏红 完 成 日 期： 2015年03月20日 毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文零件的Mastercam自动编程加工是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 毕业论文作者签名： 许洪伟 2015 年 3 月 20日目录摘要1关键词1第一章 绪论4 一、数控机床的介绍4 二、数控编程6 三、本课题的主要内容及任务10第二章 飞机凹台数控加工工艺分析16 一、凹台零件分析16 二、刀具量具的选择16 三、编制加工工艺16 四、手动编制程序19第三章 工件的自动编程与仿真加工21 一、Mastercam的介绍21 二、零件造型及加工32参考文献19总结20致谢21零件的Mastercam自动编程加工 摘要：本篇毕业设计主要讲述数控机床和编程的介绍，对凹台零件的工艺进行分析和工艺参数的选择以及刀具的选择，零件的程序的自动编制，程序的仿真，Mastercam的造型与实体仿真加工。 文章的主要内容为凹台零件的工艺分析，零件的自动程序编制，还有Mastercam制造工程师的造型与实体仿真加工。在零件的自动编程中用到了G02/G03圆弧插补指令；G81钻孔；M98调用子程序指令。 关键词：自动编程 圆弧插补指令 钻孔 子程序第一章 绪论 一、数控机床的介绍数字控制（Numerical Control,简称NC）技术是近代发展起来的一种用数字化信息进行控制的自动控制技术，在机床领域具体指的是用数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。定义中的“机床”不仅指金属切削机床，还包括其他各类机床，如线切割机床，三坐标测量机等。数控系统（NC System）是指采用数字控制技术的控制系统。这种控制系统，能自动阅读输入载体上预先给定的数字值和指令，并将其译码，处理，从而自动的控制机床进给运动进行零件加工。装备了数控系统的机床称为数控机床。数控机床（NC Machine Tools）又称CNC机床，数字化信息实现机床控制的机电一体化产品。它能利用数字化信息（指令，代码）对机床的进给运动和加工过程进行控制，即把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的启动和停止，主轴变速，刀具的选择，工件的夹紧松开，冷却电动机的开关等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。（1）产生 机械产品的自身要求 单件、多品种小批量零件约占80%以上（2）发展1952年 美国Parsons公司和MIT 三坐标数控立铣床 1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代1959年 采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置 第四代数控系统（CNC系统）1974年 以微处理为核心的数控系统 第五代数控系统（MNC系统）（3） 我国1958年起步20世纪60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年 进入实用阶段19861990年 数控机床大发展时期1991年。 （4）数控技术发展趋势1）高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能2）高柔性化 柔性：指机床适应加工对象变化的能力3）高精度化利用数控系统的补偿功能采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和热稳定性4）高速度化机械方面：提高切削速度和减少辅助时间数控系统：CPU5）复合化工序复合化功能复合化6）制造系统自动化 (5）数控机床的组成1)计算机数控装置（CNC装置）计算机数控装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令道相应的执行部件（伺服单元，驱动装置和PLC等），完成零件加工程序或操作所要求的工作。所有这些都是在CNC装置的协调控制及合理组织下，使整个系统都有条不紊的工作。它主要由计算机系统，位置控制板，PLC接口板，通信接口板，扩展功能模块以及相应的控制软件等组成。2)伺服单元，驱动装置和监测装置伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置，主轴电动机，进给伺服驱动装置及进给电动机。测量装置是指位置和速度测量装置，它实现主轴控制，进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统的作用实现零件加工的切削运动其控制量为速度，特点是能灵敏，准确地实现CNC装置的位置和速度指令。3)控制面板控制面板又称为操作面板，是操作人员与数控机床（系统）进行信息交换的工具。操作人员可以通过它对数控机床进行操作，编程，调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床的运行状态。它是数控机床的一个输入输出部件，主要由按钮站，状态灯，案件阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器等部分组成4)控制介质与程序输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互的装置，其作用是将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统，或将已调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等一、按工艺用途分类（1） 普通数控机床为了不同的工艺需要，与传统的通用机床一样，有数控车、铣、钻、磨及镗床等，而且每一类都有好多品种。这类机床的工艺性能与通用机床相似，所不同的是它们能自动的加工精度较高、形状更复杂的零件。（2）数控加工中心 数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。典型的机床有镗铣加工中心和车削加工中心（3）多坐标数控机床有些复杂形状的零件，用三坐标数控机床无法完成加工，需要三个以上的坐标的合成运动才能加工出来所需要的曲面形状，于是出现多坐标联动的数控机床，其特点是数控装置同时控制多坐标的联动，现在常用的有4、5、6坐标联动的数控机床（4）数控特种加工机床包括数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床二、按控制运动的方式分类（1）点位控制数控机床：它是指能控制刀具相对于工件的精确定位控制系统,而在相对运动的过程中不能进行任何加工。 通过采用分级或连续降速，低速趋近目标点，来减少运动部件的惯性过冲而引起的定位误差。（2）直线控制数控机床:它是指控制机床工作台或刀具以要求的进给速度，沿平行于某一坐标轴或两轴的方向进行直线或斜线移动和切削加工的机床。这类数控机床要要求具有准确的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半径和长度的补偿功能以及主轴转速控制的功能。现代组合机床也算是一种直线运动控制数控机床。（3）轮廓控制的数控机床:它是指能实现两轴或两轴以上的联动加工，而且对各坐标的位移和速度进行严格的不间断控制，具有这种控制功能的数控机床。现代数控机床大多数有两坐标或以上联动控制、刀具半径和长度补偿等等功能。按联动轴数也可分两轴联动、两轴半、三轴、四轴、五轴联动等。随着制造技术的发展，多坐标联动控制也越来普遍三、 按进给伺服系统类型分类 由数控装置发出脉冲或电压信号，通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按进给伺服系统控制方式分类有三种形式：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。 （1）开环数控机床 这种控制系统采用步进电机，无位置测量元件，输入数据经过数控系统运算，输出指令脉冲控制步进电机工作，如图1-1所示，这种控制方式对执行机构不检测，无反馈控制信号，因此称之为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低，调试方便，操作简单，但控制精度低，工作速度受到步进电机的限制。图1-1 开环控制系统 （2）闭环数控机床 这种控制系统绝大多数采用伺服电机，有位置测量元件和位置比较电路。如图1-2所示，测量元件安装在工作台上，测出工作台的实际位移值反馈给数控装置。位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作，直至到达实际位置，误差值消除，此称之为闭环控制。闭环控制系统的控制精度高，但要求机床的刚性好，对机床的加工、装配要求高，调试较复杂，而且设备的成本高。图1-2 闭环控制系统 （3）半闭环数控机床(图1-3) 这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机的转角，经过推算得出工作台位移值，反馈至位置比较电路,与指令中的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作。这种用推算方法间接测量工作台位移，不能补偿数控机床传动链零件的误差，因此称之为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统，调试比闭环控制系统容易，设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。图1-3 半闭环控制系统四、按数控系统的功能水平分类将机床分为高、中、低挡（经济型）数控机床 见下表功能抵挡中档高档分辨率1010.1进给速度815152415100驱动轴数（轴）开环半闭环或闭环直流或交流伺服系统通信功能232435显示功能一般无RS-232或DNC接口可有MAP通信接口，有联网能力内装PLC无有有较强的PLC主CPU8位、16位32位或32位以上的多CPU二、数控编程 数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。在数控机床加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开关、变速。换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或称程序载体）上；最后输入到数控机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。因此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全部过程为零件加工程序的编制。数控编程一般分为自动编程和自动编程两种。 1.2.1手工编程 自动编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工完成的。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用自动编程即及时又经济，因而自动编程仍被广泛的应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但是工件轮廓复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等平面，或工件加工程序较长时，使用自动编程将十分繁琐、费时，而且容易出错，常会出现自动编程工作跟不上数控机床的加工情况，影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。 1.2.2自动编程 自动编程有两种：APT软件编程和CAM软件编程APT软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外（有些自动编程系统能确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作数控介质、程序检验等各项工作均有计算机自动完成。编程人员只需要根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。CAM软件是将加工零件以图形的形式输入计算机，有计算机自动进行数值计算、前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算繁琐、自动编程困难、或自动无法编出的程序都能够实现。1）选择定位基准基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取凹台零件的底面轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承底面作主要定位面，限制5个自由度，再以压板限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。其余以零件的下端孔为主要的定位粗基准。精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以加工后的30通孔为主要的定位精基准，以30通孔端面为辅助的定位精基准。三、本课题的主要内容及任务 1、主要内容本文主要讲述了凹台零件的数控加工工艺中的问题，如毛坯的选择、定位基准的选择、装夹方式的选择、刀具及量具的选择、切削参数的选择等相关问题，在分析完这些问题后，制定出合理的加工方案，并制定相关工艺文件，编制出零件的数控加工程序。 2、主要任务（1）绘制零件二维及三维图纸，采用CAD和UG软件绘制。（2）对零件进行工艺分析。（3）制定合理的加工方案，填写工艺卡片（如加工工艺过程卡和数控加工工序卡等）。（4）编制零件的数控加工程序（自动编程）。（5）撰写说明书。 3、零件图纸第二章 飞机凹台数控加工工艺分析 一、凹台零件的分析 由零件图2-1可知，该零件为板状零件，采用先气割下料工件后，上下面及四周铣光后再进行正式上数控机床加工，材料为45号钢。上下面与四周铣可以在普通铣床上完成，数控铣为后续粗精加工的工序。主要为先铣四周及上下平面，中间孔以及外凸台轮廓，再铣四周凸台轮廊，以及内凹台，最后钻、绞孔。凹台零件的零件图如下： 图2-1 凹台零件图 二、刀具、量具的选择由图样分析，该图样的轮廓的最小半径为R8，以此我们在铣轮廓时选用16mm立铣刀。同样外凸轮伦廊的铣削，采用的立铣刀。中间孔也采用键槽铣刀。两个的孔采用先钻孔后绞孔，可以选选择中心钻，选择A4中心钻头，接着钻孔选择8.2钻头，攻丝选择10的机用铰刀。量具选择0-150mm游标卡尺，75-100mm外径千分尺，深度游标卡尺等。三、编制加工工艺（1）自动铣削四周及上下平面 安装 平面铣刀并对刀，设定刀具参数，加工上表面至精度要求.（2）钻通中间孔并铣至30mm1）安装键槽铣刀并对刀，设定刀具参数，粗铣中间孔，留0.50mm单边余量. 2）实测工件外轮廓尺寸，调整刀具参数，精铣至工艺要求。（3）铣削7090的外凸台轮廓，高度15mm 1）粗铣外凸台轮廓面。 2）精铣外凸台轮廓面（4）铣削四周凸台轮廓，高度5mm1）粗铣外凸台轮廓面。 2）精铣外凸台轮廓面（5）铣削内凹台40X40深10mm1）粗铣内凹台轮廓面。2）精铣内凹台轮廓面（6）钻、绞2-销孔1）安装中心钻A4，对准两个孔中心，打中心孔。2）安装8.2 钻头并对刀，设定参数 ，钻通孔。3）安装10铰刀并对刀，设定刀具参数，绞削（7）确定安装定位方案 选择工作台作为定位面，侧面作为夹紧平面，首先手动铣削底面，精加工到基准面后，再以机用平口钳定位，用百分表将机用平口钳的固定钳口侧面找正放平，然后在钳口处利用标准块垫平，一定要考虑垫铁与加工部位是否干涉，钻孔时注意不要钻到垫铁。（8）背吃刀量 它主要根据机床，夹具，工件和刀具的刚性决定。在允许的条件下，最好一次性切除余量，以提高加工效率，这里选择一次切除余量（即5.0mm）（9）主轴转速n 根据允许的切削速度v选取转速 式中，D为刀具直径（mm），v由刀具寿命决定。18mm立铣刀切削速度v常选为10-25m/min.这里取，则主轴转速 8.2钻头速度常选为则主轴转速 10铰刀速度常选为则主轴转速 这里选取（10）进给量 通常是根据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料进行选择。当加工精度要求较高时，进给量应选择小一些，查表选取每齿进给0.05mm，确定进给速度进给速度是根据每齿进给，齿数和已知的转速计算出来的其余刀具进给速度可查表计算这里选取，在实际使用中我们可以根据自身操作机床对计算的值适当的作些调整。 四、手动编制程序 根据零件可知，手动编制的程序是有两个工步，中间同凸台外轮廊和30的孔。(1)铣中间孔O0100N10 G0 G90 G54X-24.Y0 S1000 M3N20 G43 H1 Z50.N30 Z10.N40 G1 Z-5. F120N50 G2 X-15. Y9. R9. F120N60 G1 X15.N70 G2 Y-9 .R9.N80 G1 X-15.N90G2 X-24.Y0.R9.N100 G1 Z5. F120N110 G0 Z50.N120M5N130 G91 G28 Z0.N140 G28 X0. Y0N150 M30(2)铣削7090的外凸台轮廓，高度15mmO0200N10 G0G90G54X0.Y-9.A0.S1200M3N20 G43H1Z50.N30Z10.N40 G1Z-3.F100.N50 X10.392Y9.F200.N60 X-10.392N70 X0.Y-9.N80 Z7.F800.N90 G0Z50.N100 M5N110 G91G28Z0.N120 G28X0.Y0.A0.N130 M30N0G91G28Z0.N140 G28X0.Y0.A0.N150 M30(3)两个孔的加工O0300N10 T0202 换8.2mm钻头 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N25 M03 S600N30 Z20 M08N40 G98 G81 X25 Y30 Z-20 R10 F60 钻2-孔的第一个孔N50 X-25 Y30 第2个孔 N80 G00 Z100 M09 N90 T00303 换10铰刀N100 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 绞孔N110 M03 S60 N120 Z20 M08N130 G98 G81 X25Y30 Z-24 F20 第1个0孔N140 X-25 Y30 第2个孔N150 G00 Z100 M09N160 M05N170 M30 第三章 凹台零件的自动编程与仿真加工 一、Mastercam制造工程师的介绍Mastercam制造工程师 是在Windows环境下运行CAD/CAM一体化的数控加工编程软件。软件集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成、加工工艺单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。实体曲面结合 3.1.1 方便的特征实体造型采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来描述，简单而准确。通常的特征包括孔、槽、型腔、凸台、圆柱体、球体、管子等，Mastercam制造工程师 可以方便地建立和管理这些特征信息。先进的“精确特征实体造型”技术完全抛弃了传统的体素拼合和交并差的繁琐方式，使整个设计过程直观，简单。实体模型的生成可以用增料方式，通过拉伸，旋转，导动，放样或加厚曲面来实现；也可以通过减料方式，从实体中减掉实体或用曲面裁剪来实现。还可以用等半径过渡，变半径过渡，倒角，打孔，增加拔摸斜度和抽壳等高级特征功能来实现。3.1.2 强大的NURBS自由曲面造型Mastercam制造工程师 继承和发展了前一代版本的曲面造型功能。从线框到曲面，提供了丰富的建模手段。可通过列表数据，数学模型，字体文件及各种测量数据生成样条曲线；通过扫描，放样，拉伸，导动，等距，边界，网格等多种形式生成复杂曲面；并可对曲面进行任意裁剪，过渡，延伸，缝合，拼接，相交，变形等，建立任意复杂的零件模型。通过曲面模型生成的真实感图，可直观显示设计结果。3.1.3 灵活的曲面实体复合造型模式利用这一模式，可实现曲面裁剪实体，曲面生成实体曲面约束实体等混合操作，是用户设计产品和模具的有利工具。二优质高效的数控加工Mastercam制造工程师 快速高效的加工功能涵盖了从2轴到3轴的数控铣削加工功能。Mastercam制造工程师 将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，可直接对曲面，实体模型进行一致的加工操作。支持先进实用的轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通过的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。3.1.4 2轴到3轴的数控加工功能2轴到2.5轴加工方式:可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令,而无需建立其三维模型:提供轮廓加工和区域加工功能,加工区域内允许有任意形状和数量的岛.可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度,自动进行分层加工。3轴加工方式：多样化的加工方式可以安排从粗加工，半精加工到精加工的加工工艺路线3.1.5 支持高速加工支持高速切削工艺，提高产品精度，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。3.1.6 参数化轨迹编辑和轨迹批处理Mastercam制造工程师 的“轨迹再生成”功能可实现参数化轨迹编辑。只需选中已有的数控加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。Mastercam制造工程师 可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大批加工轨迹参数事先定义，而在某一集中时间批量生成。这样，合理地优化了工作时间。3.1.7 加工工艺控制Mastercam制造工程师 提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人员的经验的到充分的利用。3.1.8 加工轨迹仿真Mastercam制造工程师 提供了轨迹仿真手段以检验数控代码的正确性。可以通过实体真实感仿真如实地模拟加工过程，展示加工零件的任意截面，显示加工轨迹。3.1.9 通用后置处理Mastercam制造工程师 提供的后置处理器无需生成中间文件就可直接输出G代码控制指令。系统不仅可以提供常见的数控系统后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。3.1.10 丰富流行的数据接口Mastercam制造工程师是一个开放的设计/加工工具，具有丰富的数据接口，它包括直接读取三维CAD软件如CATIA，Pro/E的数据接口；基于曲面的DXF和IGES标准图形接口；基于实体的STEP标准数据接口；基于Parasolid几何核心的X_T,X_B格式文件；面向快速成型设备的STL以及面向Internet和虚拟现实的VRML（虚拟现实标记语言）接口。这些保证了与目前流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域与合作伙伴实现虚拟产品的开发和生产。二、零件造型及加工3.2.1 凹台零件的建模 通过三维绘图软件，对飞机凹台零件进行三维实体建模，建模过程如下：1、 打开PRO/E主界面，新建一个模型绘图界面，选好保存路径。如下图所示：2、 新建一个图形文件。如图：3、 绘制一个长100宽120的长方形，然后进行拉伸，拉伸长度为30。如下图所示：4、 在拉伸好的平面上继续草图，并拉伸，拉伸长度为15求差绘制。如下图所示5、 在拉伸好的平面上继续草图，并拉伸，拉伸长度为15求差绘制。如下图所示6、 继续在拉伸平面上进行草绘，并拉伸长度为4，绘出凸台。如下图所示：7、 在上述凸台上拉伸直孔求差，拉伸长度为50，如图：8、 继续在上述凸台上拉伸凹台求差，拉伸长度为10，如图：9、 在上述凸台上拉伸两直孔求差