加工中心椭圆宏程序数控加工工艺与仿真夹具设计说明书.doc
大红鹰加工中心椭圆宏程序数控加工工艺与仿真夹具设计(带CAD图）
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分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)加工中心椭圆宏程序数控加工工艺与仿真夹具设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级xx机自x班姓 名学 号指导老师 2017 年 3 月 31 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）加工中心椭圆宏程序数控加工工艺与仿真夹具设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： (手签)(手签) 2017 年 3 月 31 日VII摘 要本课题主要是加工中心椭圆宏程序数控加工工艺与仿真模拟夹具设计，目前，数控铣削加工中普遍采用UG或Mastercam自动编程，而数控加工中主要采用手工编程的方法，而手工编程效率低，准确性差.然而UG包含了三维建模和数控铣削编程模块，在对工件的加工过程中，可以利用UG进行数控铣削自动编程。结合UG强大的参数化功能和后处理器支持多种数控机床功能，可迅速自动生成数控代码,缩短编程人员的编程时间,提高程序的正确性和安全性,降低生产成本,提高工作效率。本文以加工为例，详细介绍了加工中心椭圆宏程序数控加工工艺与仿真夹具设计和创建数控铣床后处理文件的方法,并且单独创建后置处理构造器来生成出符合加工人员实际操作的机床程序。在数控铣床上完成该轴的铣削加工，结果表明加工精度符合图纸要求、基于UC的自动编程可以提高NC程序的正确性和安全性、同时还能提高工作效率。关键词：UG、自动编程、数控，加工中心，椭圆宏Abstract The main topic of fixture design, machining center of ellipse macro program of NC machining technology and simulation at present, UG or Mastercam automatic programming is widely used in CNC milling, CNC machining and mainly uses the method of manual programming and manual programming, low efficiency, poor accuracy. However, the UG contains 3D modeling and NC Milling programming module. In the process of the workpiece, can carry out automatic NC Milling Programming Based on UG. With the processor supports a variety of CNC machine tool UG with powerful function of parameterized function and, can quickly generate CNC code automatically, shorten programmers programming time, improve the accuracy and safety procedures, reduce production cost, improve work efficiency.In this paper, processing as an example, introduces the processing center of ellipse macro program of NC machining process and fixture design and Simulation of NC milling machine postprocessing method to create the file, and create a separate post processing to generate the actual constructor operation in accordance with the procedures of machine tool processing personnel. In the CNC milling machine to complete the axis of the milling process, the results show that the accuracy of the processing requirements in accordance with the drawings, based on the UC automatic programming can improve the correctness and security of the NC program, but also improve the efficiency of.Keywords: UG, automatic programming, numerical control, machining center, ellipse macro: 目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V第1章 绪论11.1 选题背景11.2 选题意义31.3 论文结构3第2章 数控铣削宏程序编程（一）42.1 宏程序的基本概念42.1.1宏程序的定义42.1.2宏程序中的变量42.2 宏程序编程52.2.1变量的赋值52.2.2宏程序运算指令52.2.3宏程序转移指令7第3章 椭圆宏零件零件的工艺分析与设计93.1 读图和审图93.2 零件图的工艺分析103.2.1数控加工内容的选择103.2.2 椭圆宏零件的工艺性分析103.2.3毛坯种类的选择103.2.4加工余量103.2.5表面加工方法的确定103.2.6夹具的选择113.2.7机床的选择113.3工艺路线113.4 加工余量、工序尺寸和工差的确定123.5 本章小结12第4章 椭圆宏零件造型13第5章 椭圆宏零件编程及加工265.1 数控加工编程265.2 钻孔的数控加工编程315.3 本章小结33第6章 数控加工程序34第7章 铣椭圆宏零件夹具设计417.1 研究原始质料417.2 定位、夹紧方案的选择427.3 切削力及夹紧力的计算427.4 误差分析与计算447.5 定向键与对刀装置设计457.6 夹具主要零件的设计467.6.1 夹具体的设计467.6.2 活动体的结构设计477.6.3 丝杠螺母的设计487.6.4 钳口板的结构设计487.6.5 固定钳口板用螺钉的结构设计497.6.6螺母的选择设计507.6.7销的选择设计507.6.8螺杆的结构设计517.6.9 螺杆的强度校核计算517.6.10垫片的选择设计527.7 确定夹具体结构和总体结构537.8 夹具设计及操作的简要说明54总 结55致 谢56参考文献57第1章 绪论第1章 绪论1.1 选题背景随着科学技术的高速发展，制造业发生了根本的变化。由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，并形成了巨大的生产力。专家曾预言：二十一世纪机械制造业的竞争，其实是数控技术的竞争。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAM/CAD，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率、降低制造成本、提高企业的市场适应能力和竞争能力必不可少的物质手段；数控技术是国防现代化的重要战略物质，是国际技术和商业贸易的重要构成。因而可以毫不夸张地说：数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低和拥有量是衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控技术的广泛应用，给机械制造业生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化。随着我国工业现代化进程快速发展，数控技术在制造业中越来越多地得到应用。目前，我国制造工业中，从事数控机床制造和生产的科技人员以及数控机床的操作员、程序员和维修人员都非常缺乏。特别是在我国的经济特区，数控人才非常抢手。因此。数控人才的缺乏是制约我国数控技术推广应用的极其重要的因素。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等数控技术的应用不但给传统制造业带来了很大的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，对国计民生的一些重要国防产业、汽车等行业的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标AC摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。 1.高速化发展新趋势随着数控系统核心处理器性能的进步，目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3小时，在普通铣床加工需8小时。 由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。 2、精密化加工发展新趋势随着伺服控制技术和传感器技术的进步，在数控系统的控制下，机床可以执行亚微米级的精确运动。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 3.开放化发展新趋势由于计算机硬件的标准化和模块化，以及软件模块化，开放化技术的日益成熟，数控技术开始进入开放化的阶段。开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 4.复合化发展新趋势随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。1.2 选题意义UG是美国比较好的一种的3D产品开发软件，它具有强大的功能比如三维建模、零件的装配、出工程图、逆向、数控刀路仿真、产品分析等功能。本课题主要利用UG对曲面零件进行数控仿真，找出加工过程中出现的问题并合理的修改，是零件的加工效果达到最佳。UG的数控基本操作有以下几种，平面的铣削加工、面铣削加工、型腔铣削加工、插铣削加工、等高曲面轮廓铣削加工、固定轴曲面轮廓铣削加工、点位加工、数控车削、后处理、车间文档。不同的操作方法中刀轨方法不同同样的条件下所加工的零件效果是不一样的。一般刀轨的方法有粗加工、半精加工、精加工等，切削模式有跟随部件、跟随周边、配置文件、摆线、单向、往复、单向轮廓等。步距有%刀具平直、残余高度、恒定、多个等。并且通过切削层数的设置可以有效地减少空走刀，提高加工效率。在学习了数控加工工艺与装备机械制造基础UG数控编程CAD/CAM应用技术数控机床及编程等课程后，为了将所学的知识应用于实际中，加深对知识的掌握程度，提升自身的实际工作能力，故选取基于UG的拨叉凹模的数控铣削加工的课题，综合所学知识，解决出现的问题，完成设计。本课题主要内容是数控铣削加工，包括了零件图的审查、工艺的设计、刀具和机床夹具的选择、切削用量的选择、UG的建模与编程、后处理等，通过一系列的作业操作，完成对零件的加工任务。通过此次课题，可以学习到很多加工和工艺方面的知识，为以后工作打下基础。1.3 论文结构1）运用制图软件绘制零件二维图纸及三维图。2）分析零件的技术要求，确定零件的加工方案。3）合理的选择刀具、切削参数。4）编制零件的数控加工程序并进行仿真加工。5）制定相应的工艺卡片。55第2章 数控铣削宏程序编程（一）2.1 宏程序的基本概念2.1.1宏程序的定义以一组子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序，简称宏程序；调用宏程序的指令称为“用户宏程序指令”，或宏程序调用指令（简称宏指令）。宏程序与普通程序相比较，普通的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和适用性。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，还可以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。通过使用宏程序能执行一些有规律变化（如非圆二次曲线轮廓）的动作。宏程序分A类和B类两种，FANUCi系统采用B类宏程序进行编程。2.1.2宏程序中的变量在常规的主程序和子程序内，总是将一个具体的数值赋给一个地址，为了使程序更加具有通用性、灵活性，故在宏程序中设置了变量。1）、变量的表示： 一个变量由符号“#”和变量序号组成，如：#I（I=1，2，）。此外，变量还可以用表达式进行表示，但其表达式必须全部写入方括号“”中。例：#100，#500，#5，#1+#2+#10；2）、变量的引用： 将跟随在地址符后的数值用变量来代替的过程称为引用变量。同样，引用变量也可以用表达式。例G01X#100 Y#101F#101+#103；当#100=100.0、#101=50.0、#103=80.0时，上例即表示为G01 X100.0 Y50.0 F130；3）、变量的种类：变量分为局部变量、公共变量（全局变量）和系统变量三种。在A、B类宏程序中，其分类均相同。A、局部变量（#1#33）是在宏程序中局部使用的变量。当宏程序C调用宏程序D而且都有变量#1时，由于变量#1服务于不同的局部，所以C中的#1与D中的#1不是同一个变量，因此可以赋予不同得不偿失值，且互不影响。关闭电源时，局部变量被初始化成“空”。宏调用时，自变量分配给局部变量。B、公共变量（#100#149/#199；#500#549/#599）贯穿于整个程序过程。他可以在不同的宏程序间共享，当宏程序C调用宏程序D而且都有变量#100时，由于#100是全局变量，所以C中的#100与D中的#100是同一个变量。关闭电源时变量#100#149被初始化成“空”，而变量#500#531保持数据。公共变量#150#199和#532#999也可以选用，但是当这些变量被使用时，纸带长度减少了8.5米。C、系统变量（#1000 ）是指有固定用途的变量，它的值决定系统的状态。系统变量用于读写各种NC数据项，如当前位置、刀具补偿值。系统变量包括刀具偏置值变量，接口输入与接口输出信号变量及位置信号变量等。2.2 宏程序编程2.2.1变量的赋值变量的赋值方法有两种，即直接赋值和引数赋值，其中直接赋值的方法较为直观，方便，其书写格式如下： 例 :#100=100.0 #101=30.0+20.0；2.2.2宏程序运算指令宏程序的运算类似于数学运算与逻辑运算，用各种数学符号来表示。常用运算指令表如下:表2-1 变量的各种运算功能格式备注与具体示例定义，转换/赋值#i=#j#100=#1,#100=30.0加法#i= #j+#k#100=#1+#2#100=#100.0-#2#100=#1*#2#100=#1/30减法#i=#j-#k乘法#i=#j*# k除法#i=#j*#k正弦#i=SIN#j#100=SIN#1#100=COS36.3+#2#100=ATAN#1/#2反正弦#i=ASIN#J余弦#i=COS#J反余弦#i=ACOS#j正切#i=TAN#j反正切#i=ATAB#j/#K平方根#i=SQRT#j#100SQRT#1*#1-100#100=EXP#1绝对值#i=ABS#j舍入#i=ROUND#j上取整/上进位#i=FIX#j下取整/下进位#i=FUP#j自然对数#i=LN#j指数函数#i=EXP#j或#i=#j OR #k用二进制数按位进行逻辑操作异或#i=#j XOR #K与#i=#j AND #K将BCD码转换成BIN码#i=BIN#j用于与PMC间信号的交换将BIN码转换成BCD码#i=BCD#j宏程序计算说明如下: 、角单位：在SIN，COS，TAN，ATAN中所用的角度单位是度，分和秒要换算成带小数点的度。 如9030表示90.5，而3018 表示30.3。 、ATAN功能：在ATANT之后的两个变量用“/”分开，结果在 0和360之间。如当#1=ATANT1/1时，#1=135.0。 、ROUND功能：当ROUND功能包含在算术或逻辑操作、IF语句、WHILE语句中时，将保留小数点后一位，其余位进行四舍五入。例：#1=ROUND#2；其中#2=1.2345，则#1=1.0当ROUND出现在NC语句地址中时，进位功能根据地址的最小输入增量四舍五入指定的值。例：编一个程序，根据变量#1、#2的值进行切削，然后返回到初始点。假定增量系统是1/1000mm，#1=1.2345，#2=2.3456则 G00 G91 X#1；移动1.235mm G01 X#2 F300；移动2.346mm G00 X#1+#2；因为1.2345+2.3456=3.5801移动3.580mm刀具此时不能返回到加工的初始位置。而换成G00XROUND#1+ROUND#2时能返回到初始点。 、上进位和下进位成整数：例：#1=1.2、#2=1.2则：#3=FUP#1，结果#3=2.0 #3=FIX#1，结果#3=1.0#3=FUP#2，结果#3=2.0 #3=FIX#2，结果#3= 1.0 、算术和逻辑操作的缩写方式：取功能块名的前两个字符，例：ROUNDRO。 、宏程序数学计算的次序依次为：函数运算（SIN，COS，ATAN等），乘和除运算（*，/，AND等），加和减运算（+，OR，XOR等）。 、函数中的括号。括号用于改变运算次序，函数中的括号允许嵌套使用，但最多只允许嵌套5级。例 #1=SIN#2+#3*4+#5/#6；注意：在加工程序中，方括号用于封闭表达式，圆括号用于注释。2.2.3宏程序转移指令控制指令起到控制程序流向的作用。在一个程序中，控制程序流向可以用GOTO、IF语句改变。有三种分支循环语句如下：GOTO语句（无条件分支）；IF语句（条件分支:if.，then.）;WHILE语句(循环语句while.)。 、分支语句格式一 :GOTO n； 例 GOTO 1000；无条件转移语句，当执行该程序时，无条件转移到N1000程序段执行，顺序号可以用表达式。格式二 : IF 条件表达方式 GOTO n；例 IF#1GT#100GOTO 100；有条件转移语句，如果条件成立，则转到N程序段执行，如果条件不成立，则执行下一句程序。 一个条件表达式一定要有一个操作符，这个操作符插在两个变量或一个变量和一个常数之间，并且要用方括号括起来，即：表达式 操作符 表达式。条件式的种类如下表:表2-2 表达式种类条件式意义具体示例#i EQ #j等于（=）IF#5EQ#6GOT100;#i NE #j不等于（）IF#5NE100GOT100;#i GT #j大于（）IF#5GT#6GOT100;#i GE #j大于等于（）IF#5GE100GOT100;#i LT #j小于（）IF#5LT#6GOT100;#i LE #j小于等于（）IF#5LE100GOT100; 、循环指令WHILE 条件式 DO m(m=1,2,3,)； END m；当条件式满足时，就循环执行WHILE与END之间的程序段m次，当条件不满足时，就执行ENDm；的下一个程序段。 、宏程序的嵌套A、 WHILE 条件式 DO m和END m必须成对使用，并且，DO m一定要在END m之前指定，用m来识别；B、 同一识别号m可以在一个程序中多次使用，但DO m与END m必须成对使用；C、 在一个程序中DO的范围不能够交叉，DO可以嵌套三重；D、 在DO mEND m的内部可以用GOTO n转移到外部，但不可以从外部用GOTO n转移到DO mEND m的内部；E、 从DO mEND m内部可以调用用户宏程序或子程序。DO mEND m可以在用户宏程序或子程序中嵌套三重；F、 用跳转语句和重复语句编程时，一般重复语句执行的时间比较短。第3章 数控宏零件的工艺分析与设计第3章 椭圆宏零件零件的工艺分析与设计3.1 读图和审图图3-1零件图3.2 零件图的工艺分析零件正面：包括一个中间高11mm的的不规则凸台，一个深4mm的矩形凹槽，一个直径16的凸台。零件反面：一个长半轴为47.5mm,一个短半轴为30mm的椭圆凹槽，一个长条环形凸台。3.2.1数控加工内容的选择该零件加工内容主要是椭圆宏零件与另外一配合件的连接表面是平面，该平面精度要求较高，还有凸台、由曲线构成曲面、尺寸较大的型腔和各类的孔加工，孔是加工中非常大的一部分内容，有沉头孔起到连接螺栓的作用，有通孔起到定位得作用。加工过程中如果采用普通机床，像曲面（球面）、曲线等，难加工，质量难以保证，而且效率低，工人手工操作劳动强度大，故将全部采用数控机床加工。3.2.2 椭圆宏零件的工艺性分析4个孔，在外表面的孔主要用来连接，要求的精度也不是很高，其次就是上下表面需要加工。上表面有表面粗糙度Ra3.2的要求，与孔中心有垂直度0.03的要求，所以上表面要求精度较高，要在整体半精加工的基础上，进行精加工。3.2.3毛坯种类的选择该椭圆宏零件零件根据前面的分析，其余就是孔的位置精度要求较高，并且在使用过程中只是起到封起来的作用，不承受过大的压力，所以毛坯采用45#型材开料3.2.4加工余量面（所有）加工：根据金属机械加工工艺人员手册表13-27（第1050页），当加工面长度小于等于300mm，加工面宽度小于等于100mm时，精铣余量为0.5mm，那么粗铣余量为2mm。3.2.5表面加工方法的确定 根据椭圆宏零件零件图上的各需要加工的平面和各大小不同的孔的的尺寸要求和表面粗糙度的要求，确定加工该椭圆宏零件各表面的加工方法，如表3-1所示：表3-1 加工方法加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案上表面IT113.2粗铣-精铣中间高4mm的的不规则凸台IT111.6粗铣-精铣深4mm的矩形凹槽IT112.5粗铣-精铣1个椭圆凹槽IT86.3粗铣-精铣4个直径8的通孔IT132.5钻12的沉头孔IT132.5钻-扩3.2.6夹具的选择本零件采用铣床用专用夹具装夹工件。3.2.7机床的选择本零件选择加工选用VMC850数控立铣床 。 3.3工艺路线该椭圆宏零件工序的安排顺序为：在热处理粗基准加工（孔表面、8孔）粗加工（各尺寸的孔和孔表面）精加工工艺过程方案：10备料备料游标卡尺 20热处理材料退火处理游标卡尺30粗铣 材料退火处理; 粗加工上表面，留余量0.5mm; 粗加工型腔，留余量0.5mm; 翻过来粗加工四周，留余量0.5mm;40半精铣 1.半精加工四周，留余量0.3mm; 2.半精加工型腔，留余量0.3mm; 3.翻过来半精加工四周，留余量0.3mm; 4.半精加工上面，留余量0.3mm;50精铣 1.精加工端面上表面，达到尺寸; 2.精加工四周，达到尺寸 3.精加工型腔，达到尺寸; 4.翻过来精加工四周，达到尺寸; 5.精加工上面，达到尺寸60 钻孔 钻4X8孔； 70钻沉头 钻12的沉头孔,达到尺寸 90去毛刺 去毛刺100检验 检验3.4 加工余量、工序尺寸和工差的确定面加工余量：根据上面的工艺路线安排，粗铣留余量0.5，半精铣留余量0.3，精铣到尺寸。孔加工余量：钻孔留余量1mm。面加工的工序尺寸见表3-2，表3-2 底面加工工序尺寸上下端面毛坯Z=2.574.5+1.5 -0.774.5 +1.5 -0.7粗铣Z=2.172.4IT110.1972.4 0 -0.19Ra12.5精铣Z=0.472IT100.1272 0 -0.12Ra0.8孔加工工序尺寸见表3-3，表3-3 孔加工工序尺寸直径8的通孔毛坯实心钻孔2Z=7.17.1IT117.1Ra12.5扩孔2Z=0.97.9IT11.9Ra6.3铰孔8IT108Ra3.23.5 本章小结本章主要完成椭圆宏零件零件的工艺设计部份。形成了一些成果，具体可见附件。第4章 随圆宏零件造型第4章 椭圆宏零件造型先建立新文件，文件名只能是英文和数字组成。1.在主菜单中依次单击“起始”“建模”命令，进入实体建模环境。以X-Y基准平面为绘制平面，进入草图绘制模块。使用直线与圆弧命令绘制草图，然后再通过尺寸标注，约束命令实现草图的全约束。在绘制过程中可以使用镜像命令镜像上下的缺口部分，绘制圆时注意圆和圆之间的同心关系，还有就是不能出现过约束的情况，最终草图如图4-1。 图4-1 草图2.选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数图4-2 拉伸3. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-3 编辑草图尺寸4. 选择拉伸截面-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-4 拉伸5. 选择边倒圆-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-5 边倒圆6. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-6 编辑草图尺寸图4-7 编辑草图尺寸7.选择扫掠-右键设为当前特征-编辑参数：图4-8 拉伸8.选择草图-右键选编辑参数：图4-9 编辑草图尺寸9. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-10 拉伸10. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-11 编辑草图尺寸11. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-12 拉伸12. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-13 编辑草图尺寸13. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-14 拉伸14. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-15 编辑草图尺寸15. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-16 拉伸16.草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-17 草图17. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-18 拉伸18. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-19 草图19. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-20 拉伸20. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-21 草图21. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-22 拉伸22. 选择草图-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-23 草图23. 选择拉伸-右键选设为当前特征-编辑参数：图4-24 拉伸24. 按照同样的方法对件二进行UG建模设计，具体步骤不一一列举了。 第5章 椭圆宏零件编程及加工5.1 数控加工编程首先切换到加工模式，在标准工具条中选择“开始”“加工”，此时系统弹出“加工环境”对话框，需要在这里进行初始化，可以在在CAM设置选择栏中选择“mill-contour”模板进行初始化，当然，也可以不在这里进行初始化，在后面选择也可以，系统将进入型腔铣加工环境。（一）创建几何体 在操作导航器的几何视图中，设置加工坐标系、零件和毛坯，为创建操作做准备。（1）设置加工坐标系。 先将操作导航器转换到几何体视图。 在“操作导航器-几何体”中选择“MCS-MILL”，单击右键，在其快捷菜单中选择“编辑”命令。 在弹出对话框中的“机床坐标系”中的“指定MCS”栏中，单击“自动判断”图标，然后在图形区域选择椭圆宏零件毛坯的上表面，之后单击“确定”，系统将自动在毛坯的顶面中心位置创建加工坐标系，如图3-8所示。 设计毛坯图3-8 生成平面铣刀路轨迹（2）设置几何体9 在“操作导航器-几何体”中，双击“WORKPIECE1”图标，将弹出“几何体”对话框。 指定部件几何体。在“几何体”对话框中，单击“指定部件”按钮，在图形区域选择椭圆宏零件零件，点击“确认”。 指定毛坯几何体，在“几何体”对话框中，单击“指定毛坯”图标按钮，将弹出“毛坯几何体”对话框，选择“自动块”，单击“确定”。 再次按鼠标中键，结束设置几何体的操作。（二）创建刀具9（1）在“创建操作”工具条中，需要选择“创建刀具”命令，进入“创建刀具”子对话框。（2）先在“创建刀具”对话框中的类型选择项内选择“mill-contour（铣型腔）中的分层铣削”，然后在“刀具子类型”选项栏中选择“立铣刀（MILL）”图标，并输入刀具名称LIXIDAO16，然后单击“应用”，进入“刀具参数”对话框，三齿立铣刀，无底面半径，刀刃长度50，设置参数后单击“确定”，完成刀具的创建。（三）创建操作9在加工创建工具条中，单击“创建操作”命令，系统将弹出“创建操作”对话框。在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“mill-contour（铣型腔）”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标CAVITY-MILL铣型腔。在“创建操作”对话框中设置其他参数：程序、刀具，选择刚刚建立的LIXIDAO16、几何体选择刚建立的几何体和毛坯。在“创建操作”对话框中单击“确定”，选择切削区域、设置切削层为0.5mm为一层，这样粗加工后精加工的余量比较小、最后按照工艺部分的设计填写进给率和主轴转速。最后如图5-1所示。图5-1 型腔铣削5-2 加工中心凹槽刀轨5-3 铣平面加工效果 （四）后处理先在操作导航器中选中各铣削图标，然后在“加工操作”工具条中单击“后处理”按钮，在“后处理”对话框中，后处理选择“MILL-3-AXIS”，单位选择“公制/部件”，选择需要保存的路径为毕业论文的文件夹，单击“确定”后，系统就会生成型腔铣操作的NC加工代码。例如，图3-10 。图5-4 生成数控铣程序5.2 钻孔的数控加工编程（一）创建刀具9（1）在“创建操作”工具条中选择“创建刀具”命令，进入“创建刀具”对话框。（2）先在“创建刀具”对话框中的类型选择项内选择“drill”，然后在“刀具子类型”选项栏中选择“麻花钻头（DRILLING-TOOL）”图标，并输入刀具名称DRILLING-TOOLD11，然后单击“应用”，进入“刀具参数”对话框，设置参数后单击“确定”，完成刀具的创建。（二）创建操作9（1）在加工创建工具条中，单击“创建操作”命令，系统将弹出“创建操作”对话框。（2）在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“drill”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标PECK-DRILLING啄钻。在“创建操作”对话框中设置其他参数：程序、刀具DRILLING-TOOLD11、几何体。在“创建操作”对话框中单击“确定”，指定16个直径为14的孔、指定部件上表面作为起始平面、指定底面作为孔底、指定循环方式为跟随周边、进给和速度，如图5-5所示。图5-5 钻孔操作设置界面（3）生成操作，如图5-6所示。图5-6生成钻孔操作（三）后处理先在操作导航器中选中各铣削图标，然后在“加工操作”工具条中单击“后处理”按钮，在“后处理”对话框中，后处理选择“MILL-3-AXIS”，单位选择“公制/部件” ，单击“确定”后，系统就会生成钻孔操作的NC加工代码，如图3-13所示 。5.3 本章小结本章主要完成了椭圆宏零件零件的三维造型和自动编程，相对来说三维造型比较复杂，因为有很多的孔，而且孔的大小、形式均不同。自动编程完成了各个孔加工和跑道型底面的粗精加工，形成了程序。第6章 数控加工程序第6章 数控加工程序1、加工上表面%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T01 M06N0040 G0 G90 X3.5826 Y-.6037 S0 M03N0050 G43 Z1.7323 H00N0060 Z1.3386N0070 G1 Z1.2205 F9.8 M08N0080 X2.5984N0090 X-2.5984N0100 X-3.5826N0110 Z1.3386N0120 G0 Z1.7323N0130 X3.5826 Y.6037N0140 Z1.3386N0150 G1 Z1.2205N0160 X2.5984N0170 X-2.5984N0180 X-3.5826N0190 Z1.3386N0200 G0 Z1.7323N0210 M02%2、加工中间高4mm的的不规则凸台%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X.8868 Y-.1172 S0 M03N0050 G43 Z1.6142 H00N0060 Z1.3386N0070 G3 X.8868 Y-.1172 Z1.1 I-.0797 J.1172 K.038 F9.8N0080 X.9488 Y0.0 Z1.063 I-.0797 J.1172 K.038N0090 G1 X.8071 M08N0100 X.6299N0110 X.9843N0120 X.8071N0130 Y.1575N0140 X.5455N0150 G2 X.4091 Y.2362 I0.0 J.1575N0160 Y-.2362 I-.4091 J-.2362N0170 X.5455 Y-.1575 I.1364 J-.0788N0180 G1 X1.1417N0190 Y.1575N0200 X.8071N0210 Y0.0N0220 Z1.1811N0230 G0 Z1.6142N0240 X-2.626 Y1.1373N0250 Z1.1811N0260 G1 Z1.063N0270 X-2.4685 Y1.3541N0280 G2 X-2.3214 Y1.5236 I1.0512 J-.7635N0290 G1 X-2.1589 Y1.6811N0300 Z1.1811N0310 G0 Z1.6142N0320 X-2.626 Y.6647N0330 Z1.1811N0340 G1 Z1.063N0350 X-2.4685 Y1.0362N0360 G2 X-2.0753 Y1.5236 I1.0512 J-.4456N0370 G1 X-1.852 Y1.6811N0380 Z1.1811N0390 G0 Z1.6142N0400 X-2.1589 Y-1.6811N0410 Z1.1811N0420 G1 Z1.063N0430 X-2.3214 Y-1.5236N0440 G2 X-2.4685 Y-1.3541 I.9041 J.933N0450 G1 X-2.626 Y-1.1373N0460 Z1.1811N0470 G0 Z1.6142N0480 X-1.852 Y-1.6811N0490 Z1.1811N0500 G1 Z1.063N0510 X-2.0753 Y-1.5236N0520 G2 X-2.4685 Y-1.0362 I.658 J.933N0530 G1 X-2.626 Y-.6647N0540 Z1.1811N0550 G0 Z1.6142N0560 X-1.5813 Y-1.6811N0570 Z1.1811N0580 G1 Z1.063N0590 Y-1.5737N0600 X-1.7306 Y-1.5236.(中间省略很多行）N7470 G1 X2.3247 Y1.1606N7480 X2.626N7490 Z.5118N7500 G0 Z1.6142N7510 M02%3、加工深4mm的矩形凹槽%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X-.6489 Y-.1305 S0 M03N0050 G43 Z1.6142 H00N0060 Z1.3386N0070 G3 X-.6489 Y-.1305 Z1.1596 I.0264 J.1029 K.0285 F9.8.(中间省略很多行）N1420 X0.0 Z1.0236N1430 G3 I0.0 J.5118N1440 G1 Y-.4528N1450 Z1.1417N1460 G0 Z1.6142N1470 X-.4927 Y-.1385N1480 Z1.1417N1490 G1 Z1.0236N1500 X-.4169 Y-.1172N1510 G2 I.4169 J.1172N1520 G1 X-.4738 Y-.1332N1530 Z1.1417N1540 G0 Z1.6142N1550 M02%4、加工椭圆凹槽加工一椭圆，来说明宏程序的优越性。椭圆长轴为100，短轴为50（如图6-1）图6-1加工椭圆凹槽加工路线为OXYXYXO，假如现在要加工内形，它的刀具轨迹如下图（图6-2）图6-2 刀具轨迹O0008N2#100=1角度步长N4#101=0初始角度N6#102=361终止角度N8#103=47.5长半轴N10#104=30短半轴N12#105=-5 深度N13G90G00X#103+20Y0Z100.0刀具运行到(65,0,100.0)的位置N14S1000M03主轴正转N15G01Z#105F1000.0刀具下-5.0mmN16#114=#101变量#114赋初始值0N18#112=#103*COS#114计算X坐标值N20#113=#104*SIN#114计算Y坐标值N22G01G42XROUND#112YROUND#113D02F500.0走到第一点，并运行一个步长N24#114=#114+#100变量#114增加一个角度步长N26IF#114LT#102GOTO18 条件判断变量#114是否小于361，满足则返回18N28G01G40X#103+20Y0 取消刀具补偿，回到(65.0,0)N30G90G00Z100.0M05抬刀N32M30程序结束5、钻孔（4个直径8孔，12的沉头孔）%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X-1.8898 Y-1.1024 S0 M03N0050 G43 Z-1.1811 H00N0060 G81 Z0.0 R-1.1811 F9.8N0070 G81 X1.8898 Y-1.1024 Z.1181 R-1.1811N0080 Y1.1024N0090 X-1.8898N0100 G80N0110 M02%第7章 铣椭圆宏零件夹具设计第7章 铣椭圆宏零件夹具设计7.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工铣椭圆宏零件夹具设计，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。一、机床夹具定位元件工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。（一）工件以平面定位常用定位元件1支承钉 常用支承钉的结构形式如图7-1所示。平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。图7-1 常用支承钉的结构形式2支承板 常用的支承板结构形式如图6-2所示。平面型支承板（图a）结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b），在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。3可调支承 常用可调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。(二) 工件以孔定位常用定位元件1定位销 图7-2是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图 b 所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度。图7-2 固定式定位销的结构形式7.2 定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有：为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销再加上一手动调节的螺丝定位的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。7.3 切削力及夹紧力的计算刀具：铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 由参考文献55表129 可得铣削切削力的计算公式： 有：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5121可知其公式参数： 由此可得： 所以 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm7.4 误差分析与计算该夹具以一底面一侧面，两支撑钉和一个调节螺杆定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得：销的定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：7. 5 定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据GB220780定向键结构如图所示： 图7-3 夹具体槽形与螺钉根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表7-1：表7-1 定向键 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D180.0120.03525124124.518+0.0195对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。塞尺选用平塞尺，其结构如图7-4所示： 图7-4 平塞尺塞尺尺寸参数如表7-2：表7-2 塞尺公称尺寸H允差dC30.0060.25上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。7.6 夹具主要零件的设计7.6.1 夹具体的设计钳座属于机架、箱体类零件。该类零件特点是形状不规则，结构较复杂。固定钳身的总体组合方式为综合式，由圆柱台和若干凸台组成。其作用主要是固定连接，与桌面和台面连接紧固的；还有一部分是和其他零件配合连接；固定其他零件，为其他零件提供安装区域。根据夹具体的零件图画出三维实体图，选取材料为HT1502。夹具体的零件图（图7-5）：图7-5 夹具体的零件图7.6.2 活动体的结构设计根据活动体的零件图画出图，选取材料为HT1502。活动钳身的零件图（图7-6）：图7-6 活动钳7.6.3 丝杠螺母的设计根据丝杠螺母的零件图画出二维实体图7-7，选取材料为HT150。图7-7 丝杠螺母根据杠螺母的二维图画出三维实体图。图7-7丝杠螺母三维7.6.4 钳口板的结构设计根据钳口板的零件图画出三维实体图，选取材料为45 。钳口板的零件图（图7-8）：图7-8 钳口板零件图钳口板的三维实体图（图7-9）：图7-9 钳口板7.6.5 固定钳口板用螺钉的结构设计根据设计需求和平口钳的使用性能要求，本设计中选取标准件螺钉GB/T 68，选取材料为Q235。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得钳口板用螺钉的三维实体图（图7-10）：图7-10固定钳口板用螺钉7.6.6螺母的选择设计根据设计需求和平口钳的使用性能要求，本设计中选取标准件螺母GB/T 61742000M1010，选取材料为35。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得螺母M10的三维实体图（图7-11）。图7-11 螺母M107.6.7销的选择设计根据设计需求和平口钳的使用性能要求，本设计中选取标准件y圆锥销GB/T 913x14，选取材料为Q235。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得销的三维实体图（图7-12）。图7-12 销7.6.8螺杆的结构设计根据螺杆的零件图画出三维实体图，选取材料为45。螺杆的零件图（图7-13）：图7-13 螺杆（丝杠）的零件图螺杆的三维实体图（图7-14）：图7-14 螺杆（丝杠）7.6.9 螺杆的强度校核计算进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。本设计中，螺杆主要是扭矩，则应该按扭转强度条件计算。这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，轴的扭转强度条件为： 式中：扭转切应力，Mpa；T轴所受的扭矩，N.mm； 轴的抗扭截面系数， n轴的转数，p轴传递的功率，d计算截面处轴的直径，mm；许用扭转切应力，Mpa。根据国家标准，选取许用扭转切应力为25-45Mpa. T=15 kN.m。截面处轴的直径为18mm。代入数据可算得实际扭转切应力为12.86 Mpa，与理论相比可知符合设计使用性能的要求。所以，和螺母配合处轴的尺寸选择合理。7.6.10垫片的选择设计为了使螺杆在固定钳身里能够较好的定位，特配备两个垫圈，一个用于和M10螺母的配合使用，另一个用在螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用。和M10螺母配合使用的弹簧垫圈（图7-15）选用标准件，按GB 9387，相关尺寸为：d=10.2，s=b=2.6，0m=1.3 材料为65 Mn、表面氧化。图7-15 垫圈螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用的垫圈选用标准件，按GB 9387，相关尺寸为：d=18.3，s=b=4.5 ，0m=2.25 材料选取为Q235。7.7 确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触
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