基于Mastercam的双曲线曲面数控加工工艺设计编程及仿真-五件套.zip
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基于
Mastercam
双曲线
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五件套
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基于Mastercam的双曲线曲面数控加工工艺设计编程及仿真-五件套.zip,基于,Mastercam,双曲线,曲面,数控,加工,工艺,设计,编程,仿真,五件套
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摘 要在零件的数控加工过程中，零件的数控加工工艺分析和工艺设计至关重要。无论是手工编程还是自动编程，在加工前都要对所加工零件进行工艺分析，制定加工方案，选择加工设备、夹具、刀具、量具、确定切削用量、安排加工顺序、制定走刀路线等。在编程过程中，还要对一些工艺问题（如工件的装夹、对刀、换刀、刀具补偿等）做相应处理。如果在加工零件之前不做这一系列的准备工作，很难加工出符合标准的零件，因此程序编制中的工艺分析和工艺设计是一项十分重要的工作。本文根据该零件的图纸及技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，根据分析的结果，确定了该零件的加工方法、装夹方式、定位基准、使用刀具、加工顺序安排、工步划分，走刀路线和切削用量等，并编制了零件的数控加工工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡片，最后，采用手工编程编制了该零件的数控加工程序。关键词：数控加工；轴类配合件；加工工序；加工程序AbstractIn the process of NC machining, the analysis and design of NC machining process are very important. Whether it is manual or automatic programming, the processing parts should be processed before the process analysis, design a processing plan, choose processing equipment, fixtures, tools, measuring tools, determine the amount of cutting, arrange the order of processing, make the path of the knife. In the programming process, some process problems(such as the assembly of workpiece, knife, change knife, tool compensation, etc.) should be dealt with accordingly. If this series of preparatory work is not done before processing the parts, it is difficult to produce the parts that meet the standard, so process analysis and design in programming is very important.In this paper, according to the drawing and technical requirements of the part, the detailed numerical control machining process analysis of the part is carried out, based on the result of the analysis, and the design of the part is determined.Keywords:NC machining; Axial type fitting; Processing processes; ProcessII目 录摘 要IAbstractII绪 论11 零件介绍22加工工艺方案分析72.1件1件套定位基准的选择72.2件2调节轴定位基准的选择82.3件3锥轴定位基准的选择82.4件4本体定位基准的选择92.5件5法兰盘定位基准的选择103加工工艺方案分析123.1 加工设备的选择123.2刀具的选择133.3 量具的选择143.4确定加工方案144 加工工艺卡的拟定185 零件的三维建模195.1 Mastercam软件简介195.2 零件三维造型设计206 仿真加工286.1仿真加工刀路设计286.2配合五件套仿真验证406.3后处理45总 结46致 谢47参考文献48III绪 论本次车削轴类零件数控加工工艺及编程加工毕业设计是学院为了提高我们的数控技术及相关技能等综合运用能力。我们是否能通过这次的毕业设计论文也是学院对毕业生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论与实践的基础。 数控车床技术是通过数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。现在的车床广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、中小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。数控加工和编程是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。491 零件介绍零件一件套（如图1.1），最先装配的第一个。从总体上看，其右端是外圆、外圆槽、外螺纹，内孔组成，左侧是阶梯内孔、内槽以及外槽，最重要的部分加工工艺难点是双曲线，件一薄壁长轴形，因为长度比较适中，所以加工控制精度以避免加工轴晃动，导致精度质量差。其中左端50和550.02与右端内孔50同轴度必须在0.04内，零件的内孔和外圆为要求Ra1.6较高，除了材料的制作外，在考虑零件的工艺确定毛坯尺寸8580。其余工序在数控车床上完成零件加工。图1.1 零件1件套零件二调节轴（如图1.2），是车削配合件最小的一个，固加工较简单。从总体上看，主要是外圆和内孔的加工，零件的表面粗糙度全部要求Ra1.6较高，除了材料的制作外，在考虑零件的工艺确定毛坯尺寸5530。其余工序在数控车床上完成零件加工。图1.2 零件2调节轴零件三锥轴（如图1.3），由外圆及内孔组成的。本次主轴同样是五件套较简单的，零件主要注意下同轴度的保证，零件的表面粗糙度全部要求Ra1.6较高，除了材料的制作外，在考虑零件的工艺确定毛坯尺寸5570。其余工序在数控车床上完成零件加工。图1.3 件3锥轴零件四本体（如图1.4），是车削配合件的主体。相对加工较难，由外圆曲线、外圆弧槽、内孔内螺纹等组成的。本次连续外圆弧槽3-R3外圆弧槽是零部件加工的难点，加工时注意先加工右侧，在加工左侧时需要装夹64位置，其中左端50、56和45.174内孔、右端55外圆与左端的基准34.456同轴度必须在0.02内，右端64、32与58.577同轴度为0.025，零件的内孔和外圆为要求Ra1.6较高，除了材料的制作外，在考虑零件的工艺确定毛坯尺85110。其余工序在数控车床上完成零件加工。图1.4 件4本体零件五法兰盘（如图1.5），由外圆及内孔组成的。本次法兰盘是所有部件加工的最难的一个零件，从零件图可以看出不仅仅外圆和内控要加工。其中左端内圆57与右端面基准S的圆跳动在0.04，且右端面的平面度在0.025，并且由于零件较短，加工时容易晃动，所以这个零件是本次加工最难的地方。除了材料的制作外，在考虑零件的工艺确定毛坯尺寸13035。其余工序在数控车床上完成零件加工。图1.5 件5图1.6是在图1.1、图1.2、图1.3、图1.4和图1.5中进行组装的撞配图，通过图1.6可以看出装配间隙比较小。图1.3 装配图技术要求：1.将轴套1、调节轴2、锥轴3、本体4和12、4的两种钢球，按照装配图的要求装配在一起，保证装配尺寸+0.04/-0.16；保证所装的钢球要与锥面及圆弧面接触。2.为保证装配尺寸1+0.04/-0.16，对调节轴2、锥轴4和本体6中带“*”号的尺寸偏差自定，调整本体4带*号的尺寸偏差精度，并标注在图纸上，并要求调整后，轴套1和本体4上24轴和24孔的间隙0.06内。3.按照装配图要求，将本体4和法兰盘5装配在一起，要求保证装配间隙6.185+0.04/-0.08，并保证法兰盘5的端面跳动要求；4.按照装配图的要求，将轴套1反装在装配图右端，保证装配图间隙尺寸5.2460.05，要求四周距离均匀，保证轴套1的端面跳动精度。5.为保证轴套1与锥轴4两圆弧面与12钢球的接触，可修调节轴2的定位端面。2加工工艺方案分析为了保证定位精度，采用三爪自定心的卡盘，寻找工件的轴线，将工件的右端面作为粗加工的定位基准。这样，它不仅符合统一和标准的一致性原则，而且有利于提高生产率。请参阅定位基准。2.1件1件套定位基准的选择（1）加工件套左端时以毛坯和左端面为定位基准。图2.1 件套左端基准（2）加工件套右端时以左端76外圆和右端面为定位基准。图2.2 件套右端基准2.2件2调节轴定位基准的选择（1）加工调节轴左端时以毛坯和左端面为定位基准。图2.3 调节轴左端基准（2）加工调节轴右端时以左端32外圆和右端面为定位基准。图2.4 调节轴右端基准2.3件3锥轴定位基准的选择（1）加工锥轴左端时以毛坯和左端面为定位基准。图2.5 锥轴左端基准（2）加工锥轴右端时以左端50外圆和右端面为定位基准。图2.6 锥轴右端基准2.4件4本体定位基准的选择（1）加工本体左端时以毛坯和右端面为定位基准。图2.7 本体右端基准（2）加工本体右端时以左端64外圆和左端面为定位基准。图2.8 本体左端基准2.5件5法兰盘定位基准的选择（1）加工法兰盘左端时以毛坯和左端面为定位基准。图2.9法兰盘左端基准（2）加工法兰盘右端时以左端78外圆和右端面为定位基准。图2.10 法兰盘右端基准3加工工艺方案分析3.1 加工设备的选择加工设备，我们选择了数控车床，由于数控系统的选择要综合考虑系统功能的需要，我们用华中数控系统来加工可以实现。车削加工是经常应用于车刀上，加工工件的旋转面，并进行表面的切削方式。主要是利用加工各种轴类、套筒类等零件上的旋转表面和螺旋面，主要有内外圆柱面、内外圆锥面等，此外还可以进行钻孔、扩孔等加工。车削加工精度一般为IT8-IT7，表面粗糙度为Ra6.3-1.6m，精车时，加工的精度比较高，可以达到IT6-IT5，粗糙度可以达到Ra0.4-0.1m。车床如下图所示：图3.1 CKA6150设备的参数具体看（表3-1）：表3-1机床型号单位CK6150数控车床床身最大回转直径mm500拖板最大回转直径mm200最大切削直径mm400最大加工长度mm1000X/Z轴最大行程mm280/1000X/Z轴最小位移单位mm0.001主轴通孔直径mm83主轴内孔锥度1：20主轴级数无极主轴极限转速rpm150-2000工件夹紧方式mm手动卡盘主电机功率（变频）kW7.5变频器kW11X/Z轴N.m6/6X/Z轴快移速度M/min5/8刀架型式4工位电动刀架刀杆尺寸mm2020刀架重复定位精度mm0.004尾座型式有尾座套筒直径mm60尾座套筒行程mm100尾座顶尖锥孔莫氏4#机床净重kg1560机床外型尺寸（LWH）mm223012801640电力需求（功率/电流）kW/A10/20重量kg16503.2刀具的选择数控加工刀具的选择是数控加工工艺设计的主要内容一部分，它不仅影响加工效率，而且直接导致加工质量不好。伴随着刀具材料性能不断地的提高和结构特性的持续完善，在其耐久性、断屑、抗脆性、刚度、调整更换等方面的性能有了很大的提高。从加工方式角度来看，合理选择加工工具的类型和工艺方案是非常重要的。以下对本次配合轴零件刀具进行了初步列举：表3-2所用刀具规格序号刀具号刀具名称型号备注1T0193外圆右偏车刀MVJNR2020K16硬质合金2T023mm切槽刀ZQ1616R刀片宽3mm3T0360外螺纹刀SER2020K16硬质合金4T04内孔镗刀MVJNR2020K16硬质合金5T053mm切断刀WQ1616R刀片宽3mm6T06内螺纹刀NLR2020K16硬质合金7T07球头槽刀QAR2020K16硬质合金8T08端面球刀DER2020K16硬质合金9T0918钻头高速钢10T1025钻头高速钢3.3 量具的选择在数控加工中，为了保证工件的尺寸精度要求，必须选用正确测量工具，测量各种各样的类型，但不同的零件使用不同的测量工具作为测量工具。但在数控车削外圆的千分尺、游标卡尺、直尺测量工件的使用中，游标卡尺是最普遍的工具，因其简单易用。对于高精度零件则使用千分尺。如表3-3所示。表3-3 量具表名称规格分度值用途游标卡尺0-150mm0.02mm主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺0-150mm0.001mm用于长度测量工具直尺0-200mm1mm用来测量工件的长度簧规M60*1.5用来测量螺纹的标准塞规M60*1.5用来测量螺纹的标准塞规M24*1.5用来测量螺纹的标准R规1-100.1mm用来测量圆弧的标准3.4确定加工方案综合数控加工工艺路线设计与普通机加工工艺路线设计，主要区别在于它不是从毛坯到成品的整个过程，只有具体说明的几个数控加工工艺。因此，在路线设计过程中必须注意，因为数控加工部分一般都是在零件加工的全过程中体现，因此要与其他加工工艺相连接。在数控加工工艺设计中应注意以下几个问题：1工序的划分根据数控加工的特点，对数控加工过程可以分为以下几种：（1）以安装一次并加工作为一个工序。该方法适用于具有较少加工内容的零件，加工后将能够达到状态。（2）用同把刀具加工划分工序。有的零部件在一次安装过程中有很多道加工表面，由于考虑程序太长，会受到一定的限制，如控制系统传输的限制，机器的连续工作时间限制，机器的负载平衡等。另外，程序太长会增加错误和检索的难度，所以程序不能太长，内容的过程不能太多。（3）以加工零件部位的工序。对于工件的加工加工项目很多的件，根据其结构特点将加工件分为几个部分，如凹腔、曲面、外形或平面，并将每一部分的加工过程作一个工序。（4）以粗加工和精加工区分工序。对于工件易变形的加工，由于对粗加工可能产生的变形需要对其进行验形，所以一般说来，不管是粗加工还是精加工，都要将工序划分。2. 加工顺序的安排加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯，以及需要进行定位、安装和夹紧来考虑。并依据下列原则安排：（1）在加工的过程中，前面得工序不能影响到下一个工序的定位与装夹，还应考虑一般机床加工穿插的影响。（2）首先进行内腔加工，加工内腔后在加工外形；（3）在同一个定位、装夹方式或同一刀具加工过程中，最好的式连续加工，以减少重复定位的次数，刀具的更换的次数和移动压板的次数；（4）在一次定位和安装后的几道工序，必须先安排对工件刚性影响小的加工工序。3. 普通工序和数控加工工序的衔接普通加工工序一般都是穿插在数控加工过程中，如衔接不好，容易产生矛盾。所以在熟悉全部加工过程工序的内容同时，要明确数控加工工艺要求和普通机床加工加工工艺各自的加工特点，如：校正形状对工艺要求；热处理工艺上的安排，这样才能使各个工序满足加工需要，并有明确的质量目标和技术要求，验收依据。在上述分析的基础上，零件的主要加工部分是外圆表面，以及少见的特殊形状表面，所以加工方法是根据经济精度选择的。按由基面先行、先粗到细、先主到次、先面到孔、就近的加工原则确定车削配件（如图1.1）的加工过程安排如下：处理方案的制定和选择根据零件图样到工序原则，制定了以下的加工方案，选择最佳的一个，（即，工作时间最短，并可以保证质量）的2套加工方案进行比较。件一工艺安排：工序1：下料8580工序2：加工左端工步1：粗车件1左端外形轮廓工步1：精车件1左端外形轮廓工步1：切41外圆槽工步1：打底孔并钻孔20通孔工步1：粗镗件1左端内孔工步1：精镗件1左端内孔工步1：切41内孔槽工序3：加工右端工步1：粗车件1右端外形轮廓工步1：精车件1右端外形轮廓工步1：切31外圆槽工步1：切M601.5-6h外螺纹工序4：去毛刺、检测件二工艺安排：工序1：下料5530工序2：加工左端工步1：粗车件2左端外形轮廓工步1：精车件2左端外形轮廓工步1：打底孔并钻孔18通孔工步1：粗镗件2左端内孔工步1：精镗件2左端内孔工序3：加工右端工步1：粗车件2右端外形轮廓工步1：精车件2右端外形轮廓工序4：去毛刺、检测件三工艺安排：工序1：下料5570工序2：加工左端工步1：粗车件3左端外形轮廓工步2：精车件3左端外形轮廓工步3：打底孔并钻孔18通孔工步4：粗镗件3左端内孔工步5：精镗件3左端内孔工序2：加工左端工步1：粗车件3右端外形轮廓工步2：精车件3右端外形轮廓工序4：去毛刺、检测件四工艺安排：工序1：下料85110工序2：加工右端工步1：粗车件4右端外形轮廓工步2：精车件4右端外形轮廓工步3：切63外圆槽工步4：打底孔并钻孔18通孔工步5：粗镗件4右端内孔工步6：精镗件4右端内孔工步7：切M241.5-7H内螺纹工序3：加工左端工步1：粗车件4左端外形轮廓工步2：精车件4左端外形轮廓工步3：切3-R3外圆弧槽工步4：粗镗件4左端内孔工步5：精镗件4左端内孔工步6：切30.5外圆槽工序4：去毛刺、检测件五工艺安排：工序1：下料13035工序2：加工左端工步1：粗车件5左端外形轮廓工步2：精车件5左端外形轮廓工步3：切端面圆弧槽工步4：打底孔并钻孔30通孔工步5：粗镗件5左端内孔工步6：精镗件5左端内孔工步7：切31.5内孔槽工序3：加工右端工步1：平件5右端端面工步2：切端面圆弧槽工步3：粗镗件5右端内孔工步4：精镗件5右端内孔工序4：去毛刺、检测4 加工工艺卡的拟定机械加工工艺过程卡是说明加工工艺路线的详细阐述，主要是用来描述工件的加工流程，安排生产计划，组织生产调度；而机械加工工序卡是在加工过程卡的基础上，根据各工序编制的工艺文件，主要用于指导工人完成每一个工艺加工操作。工艺卡片的设计见附录。5 零件的三维建模5.1 Mastercam软件简介Mastercam是美国CNC Software NC公司研制与开发的CAD/CAM一体化软件。自1981年推出第一代产品开始就以其强大的加工功能闻名于世。二十年来在此基础上进行不断地更新与完善，Mastercam是被工业界及学校广泛采用。Mastercam作为众多CAD/CAM软件中的一种，之所以能有第一位的装机量，其优点是显而易见的。它对硬件的要求不高，在一般配置的计算机上就可运行；它操作灵活，界面友好，易学易用，适用于大多数用户，能使企业迅速使用并取得很好的经济效益。另外，Mastercam的性价比，是其他同类软件所不能比拟的。随着我国加工制造业的崛起， Mastercam在中国的销量逐步提升，在全球的CAM市场份额雄居榜首。因此对每个机械设计与加工人员来说，学习Mastercam是十分必要的。Mastercam x是Mastercam的最新版本，它在以前版本的基础上做了较大的改进，特别是在三维造型及加工方面增加了新的功能和模块，使其操作更方便，功能更强大，更适合用户的要求。Mastercam包括4大模块：Design、Lathe、Mill和Wire。Design模块用于被加工零件的造型设计，Mill模块主要用于生成铣削加工刀具路径，Lathe模块主要用于生成车削加工刀具路径，Wire模块主要用于生成线切割刀具路径。这4个模块可单独使用，在Mill模块，Lathe模块和Wire模块中也可以进行Design模块中的完整的造型设计，在其中一个模块中就可以实现造型设计与加工过程的统一。Mastercam x还增加了Router模块和 The MetaCut Utullities模块。本书仅对Mastercam X版本中的Mill模块进行介绍。5.2 零件三维造型设计首先我们要建立新文件，文件名只能是英文和数字组成。建好新文件后，分别对零件进行线架造型。（1）进入初始界面首先点击Mastercam进入Mastercam界面。如下图所示：图5.1 Mastercam界面（2）新建模型点击新建右上角先创建一个模型，并输入文件名3D，文件名不允许出现中文件了。在应用栏中点击模型按钮。（3）件1绘制步骤点击确定按钮，通过草图工具栏绘制草图，草图轮廓2如下图所示：图5.2 件3草图点击回转指令，对刚才的绘制的草图进行回转，如下图所示：图5.3回转草图通过以上的步骤，最后得到三维图，如下图所示：图5.4 三维图（4）件2绘制步骤点击确定按钮，通过草图工具栏绘制草图，草图轮廓1如下图所示：图5.5 件1草图点击回转指令，对刚才的绘制的草图进行回转，如下图所示：图5.6 回转草图通过以上的步骤，最后得到三维图，如下图所示：图5.7 三维图（5）件3绘制步骤点击确定按钮，通过草图工具栏绘制草图，草图轮廓2如下图所示：图5.8 件2草图点击回转指令，对刚才的绘制的草图进行回转，如下图所示：图5.9 回转草图通过以上的步骤，最后得到三维图，如下图所示：图5.10 三维图（6）件4绘制步骤点击确定按钮，通过草图工具栏绘制草图，草图轮廓2如下图所示：图5.11 件3草图点击回转指令，对刚才的绘制的草图进行回转，如下图所示：图5.12 回转草图通过以上的步骤，最后得到三维图，如下图所示：图5.13 三维图（7）件5绘制步骤点击确定按钮，通过草图工具栏绘制草图，草图轮廓2如下图所示：图5.14 件3草图点击回转指令，对刚才的绘制的草图进行回转，如下图所示：图5.15 回转草图通过以上的步骤，最后得到三维图，如下图所示：图5.16 三维图6 仿真加工6.1仿真加工刀路设计本次（1）机床选择打开Mastercam，点击工具栏，选择“车削”，点击“默认”。（2）材料设置点击左侧机床设置中的，点击Stock的按钮，根据工艺设置如下图所示：的毛坯，设置“外径”，“内径”，“长度”，“轴向位置”，然后点击“”设置完毕。图6.1（3）刀具选取和仿真加工点击工具栏，选择“粗车”，选择加工路径，然后确定，选取外圆刀，设置“进给率”，“下刀速率”，“主轴转速”等参数。然后点击“粗加工参数”，如下图所示： 图6.2 图6.3 图6.4（4）仿真验证。点击右侧验证按钮，点击验证，加工仿真图，表示仿真正确如下图所示： 图6.52.切槽仿真加工机床选择、材料设置以及验证请参考内圆仿真加工。（1）刀具选择和仿真加工点击工具栏，选择“径向车削刀具路径”，选择加工路径，然后确定，选取槽刀，设置“进给率”，“下刀速率”，“主轴转速”等参数。然后点击“径向粗车参数”，最后点击“径向精车参数”，如下图所示：图6.6图6.7图6.8图6.9（2）仿真验证。点击右侧验证按钮，点击验证，切槽仿真如下图所示：图6.10 5车螺纹仿真加工机床选择、材料设置以及验证请参考外圆仿真加工。（1）刀具的选择和仿真加工点击工具栏，选择“车螺纹”，选择加工路径然后确定，选取螺纹刀，设置“进给率”，“下刀速率”，“主轴转速”等参数设置。然后点击“车螺纹参数”，如下图所示：图6.11图6.12（2）仿真验证。点击右侧验证按钮，点击验证，切槽仿真如下图所示：图6.133.內孔仿真加工机床选择、材料设置以及验证请参考外圆仿真加工。刀具选择和仿真加工点击工具栏，选择“粗车”，选择加工路径，然后确定，选取外圆刀，设置“进给率”，“下刀速率”，“主轴转速”等参数，然后点击“粗加工参数”，如下图所示：图6.14图6.15图6.16（2）仿真验证。点击右侧验证按钮，点击验证，镗孔仿真如下图所示： 图6.174.内孔切槽仿真加工机床选择、材料设置以及验证请参考内圆仿真加工。（1）刀具选择和仿真加工点击工具栏，选择“径向车削刀具路径”，选择加工路径，然后确定，选取槽刀，设置“进给率”，“下刀速率”，“主轴转速”等参数。然后点击“径向粗车参数”，最后点击“径
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