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基于 MasterCAM 零件 数控 铣削 加工 工艺 设计 编程 仿真 三维 CAD 独家

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基于MasterCAM的盘零件数控铣削加工工艺设计及编程仿真含三维及CAD图-独家.zip,基于,MasterCAM,零件,数控,铣削,加工,工艺,设计,编程,仿真,三维,CAD,独家

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盘零件的数控加工及编程设计盘零件的数控加工及编程设计摘要摘要随着科学技术的进步，现代机械产品日趋精密复杂，改型换代频繁，发展现代数控 机床是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路。数控机床当中数控车床应用比 较广泛,该设计内容是对数控铣床简单了解。本文主要讲述盘零件的加工工艺，通过 Master CAM X5 画出三维图，对零件图的工艺性分析、加工刀具的选择。然后用 12mm 的立铣刀粗铣 160h9外圆及 4mm 的立铣刀精铣 160h9 外圆，用可调式镗刀分别镗 70H7 孔及镗6-80H7 孔，再用 6mm 的点钻打螺纹底孔，用 15mm 的麻花钻钻底孔,用M16 丝锥加工螺纹。最后导出程序。关键词关键词： 工艺分析、装夹方案、工艺流程、三维造型、自动编程AbstractWith the progress of science and technology, modern mechanical product is becoming more and more sophisticated, modification and updating of frequent, the development of modern CNC machine tools is the route one must take the machinery manufacturing industry technological transformation, update technology. CNC machine tools, CNC lathe application more widely, the design is simple to understand for CNC lathe.This paper describes the processing technology of disc parts, through the Master CAM X5 to draw the 3D map, analysis, process of drawing processing tool selection. Then & Oslash; 12mm of rough milling cutter & Oslash 160h9 outer circle and & Oslash 4mm vertical milling cutter & Oslash 160h9 round with adjustable boring cutter were boring & Oslash 70H7 hole Jitang 6 & Oslash 80H7 hole, then & Oslash; 6mm drilling screw thread bottom hole, drill hole with a 15mm & Oslash; twist drill, M16 tap processing thread. The export program.Key words: Process analysis, clamping scheme, process flow, three-dimensional modeling, automatic programming目目 录录1 绪论绪论.11.1 数控机床的发展.11.2 数控加工工艺的基本知识.11.2.1 数控加工工艺的概念 .11.2.2 数控加工工艺过程 .11.2.3 数控加工工艺和数控加工工艺的过程的主要内容 .11.2.4 数控加工工艺的特点 .21.3 本课题的主要任务.22 零件的工艺规程设计零件的工艺规程设计.32.1 零件的工艺分析.32.1.1 零件的结构特点工艺性分析 .32.1.2 零件的技术要求分析 .32.2 毛坯的选择.42.3 定位基准的选择.42.4 装夹方式的选择.42.5 工序及工步的划分.42.6 刀具的选择.52.7 切削用量的选择.62.9 本章小结.63 零件的三维造型设计零件的三维造型设计.73.1 软件的选择及介绍.73.2 零件的三维造型设计.73.3 本章小结.84 零件的零件的 MASTERCAM 自动编程及加工自动编程及加工.94.1 毛坯的设置.94.2 刀具的设置.94.3 刀路的设计.104.3.1 粗铣 160H9 外圆凸台轮廓的刀路设计 .104.3.3 精铣的刀路设计 .134.3.2 镗孔的刀路设计 .134.3.3 钻孔的刀路设计 .154.3.4 钻孔的刀路设计 .184.3.5 整体加工刀具路径图及加工后的实体图。 .214.5 后处理设置（加工程序的生成）.22总总 结结.24谢谢 辞辞.25参考文献参考文献.261 1 绪论绪论1.11.1 数控机床的发展数控机床的发展数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938 年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。 80 年代，我国从日本及美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985 年，我国数控机床品种有了新的发展。数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精、加工精度高、质量容易保证，发展前景十分广阔。随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。1.21.2 数控加工工艺的基本知识数控加工工艺的基本知识1.2.1 数控加工工艺的概念数控加工工艺的概念数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所应用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 1.2.2 数控加工工艺过程数控加工工艺过程数控加工工艺过程是利用切屑工具在数控机床直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。1.2.3 数控加工工艺和数控加工工艺的过程的主要内容数控加工工艺和数控加工工艺的过程的主要内容（1）选择并确定进行数控加工的内容。（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析。（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定。（4）数控加工工艺方案的制定。（5）工序、进给路线的确定。（6）选择数控机床的类型。（7）刀具、量具、夹具的选择和设计。（8）切屑参数的确定。（9）加工程序的编写、校验与修改。（10）首件试加工与现场问题处理。（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。1.2.4 数控加工工艺的特点数控加工工艺的特点由于数控加工是应用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工与普通加工相比具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、周期短、设备使用费高的特点。1.31.3 本课题的主要任务本课题的主要任务（1）绘制零件二维图及三维图；（2）分析零件结构、技术要求等；（3）对零件进行工艺分析；（4）制定合理的加工方案；（5）运用 Mastercam 绘制出零件的三维图及仿真加工。2 2 零件的工艺规程设计零件的工艺规程设计2.12.1 零件的工艺分析零件的工艺分析如图 2.1 所示为件二维图（图中有不清晰之处请参见附图） 。零件材料为灰铸铁，单件生产，试运用所学知识确定零件的数控加工工艺及程序的编制。2.1 零件二维图2.1.1 零件的结构特点工艺性分析零件的结构特点工艺性分析该零件由通孔、凸台、凹槽、螺纹等组成。其中尺寸精度和表面粗糙度如图所示。零件材料为铸件。该形状比较简单，但是工序较繁琐，表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。为了保证加工精度和表面质量，根据毛胚形状和尺寸，分析采用两次定位（一次粗定位，一次精定位）装夹加工完成，按照基准面先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次划分工序加工.。2.1.2 零件的技术要求分析零件的技术要求分析从图中分析得知，该零件的技术要求主要如下：（1）外圆部分外圆 160 外圆的精度等级为 IT12 级，表面粗糙度为 Ra3.2um。侧表面及孔壁的粗糙度为 Ra1.6um；尺寸 160h9 的精度等级为 IT8 级。（2）镗孔部分尺寸 70H7 孔和 6-80H7 孔的精度为 IT8，表面粗糙度要求为 Ra1.6um，需要进行精镗加工方能达到要求；（3）螺纹孔孔 4-M16H7 深 30mm 螺纹孔；通孔需要进行钻攻加工。（4）未注表面未注尺寸加工面的精度等级按 IT12 级进行控制，表面粗糙度按 Ra3.2um 控制。2.22.2 毛坯的选择毛坯的选择毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。该零件为盘零件，根据其零件的结构特性，确定该零件的毛坯类型为铸造，毛坯材料为 HT150，毛坯形状及尺寸见 CAD 图。2.32.3 定位基准的选择定位基准的选择（1）粗基准的选择：选择毛坯上下表面中任意一面以及毛坯的外轮廓其中一对边为粗基准。（2）精基准的选择：以上表面及铣削后的外轮廓为精基准定位，铣外圆、镗孔、攻空及钻孔等部位。2.42.4 装夹方式的选择装夹方式的选择该零件的尺寸较大，其装夹方式需采用组合压板进行装夹。2.52.5 工序及工步的划分工序及工步的划分工序 1：铸造毛坯灰铸铁。工序 2：粗、精铣外圆、镗孔、打底孔、钻孔、攻螺纹。 工步 1：铣上表面； 工步 2：粗铣 160h9 外圆，单边预留 0.2mm 精加工余量； 工步 3：精铣 160h9 外圆，保证零件的精度和表面粗糙度； 工步 4：镗 70H7 孔； 工步 5：镗 6-80H7 孔； 工步 6：打螺纹底孔； 工步 7：钻孔； 工步 8：攻 M16 螺纹；工序 3：去毛刺。工序 4：检验。以上便是该零件的所有工序内容，将工序 1 和工序 4 的内容选择在普通机床上进行加工。工序 2 和工序 3 的加工内容选在数控加工中心上完成。2.62.6 刀具的选择刀具的选择根据零件的结构特点、加工余量、尺寸精度及表面粗糙度等技术要求，确定该零件的刀具如表 2.1 所示。表 2.1 数控加工刀具卡片序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm1T0112mm 立铣刀1粗铣外轮廓0.22T0210mm 立铣刀1精铣外轮廓3T0370mm 可调式镗刀1镗孔4T0480mm 可调式镗刀1镗孔5T056mm 中心钻1钻中心孔6T0615mm 麻花钻1钻 4-15 孔7T07M16 丝锥1攻 M16 螺纹孔2.72.7 切削用量的选择切削用量的选择切削用量：“三要素”是指刀具在切削过程中的运动参数。“三要素”是指：切削速度，进给量，背吃刀量。选择切削用量时考虑的因素：（1）切削加工生产率在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 （2）刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为 v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。（3）加工表面粗糙度精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 综上所述，该零件的铣削用量请查看数控加工工序卡。2.92.9 本章小结本章小结本章前面通过对该零件的工艺分析，最终确定了零件的毛坯、定位基准、装夹方式、工艺路线、加工刀具及切削用量等。通过对该零件的工艺规程设计，使我对数控加工工艺课程有了更进一步的了解，能够懂得如何对所加工零件在做好加工前的准备工作，即工艺规程设计。3 3 零件的三维造型设计零件的三维造型设计3.13.1 软件的选择及介绍软件的选择及介绍选择 MasterCAM X3 软件进行造型及编程。Mastercam 的 CAD 功能强大，具有完整的曲线曲面建模及图形编辑功能，便于建立 2D、3D 几何模型用于编制数控加工程序。能运用 Mastercam 的 CAD功能创建与加工零件图纸相一致的几何模型是能运用 CAM 功能编制数控加工程序的基础与前提，所以要想熟练掌握 Mastercam 的 CAM 功能运用，就必须熟练掌握该软件 CAD 建模功能。Mastercam 的铣削功能模块（Mill）也包括设计模块中的完整设计功能，该部分 CAD 功能主要包括以下几方面的内容：可进行二维图形绘制、编辑、图形标注、曲面造型与实体造型等。Mastercam 的铣削功能模块（Mill）提供了二轴、三轴及多轴加工的 CAM编程功能，同时，可对刀具轨迹进行实体仿真加工，此外，它提供了如 Fanuc, Milacron，Heidenhain，DeckelMaho, Okuma, Mitsubishi, Mazak,Agie, Charmilles等众多系统的后置处理，实际应用中也可根据机床的需要对输出格式、系统配置等进行修改使其与相应的数控机床系统相匹配。铣削加工模块（Mill）二维编程功能有：外形铣削、挖槽加工、钻孔加工、面铣削、圆加工等五种方式，限于篇幅，在此不做详细介绍。Mastercam 的三轴加工功能在实际运用中最为普遍，尤其在模具制造业运用得更多，多轴加工是编程的难点，随着数控加工技术的不断进步，其应用也越来越普及，软件提供了 6 种方式的多轴编程功能，下面对软件提供的三轴与多轴编程功能加以介绍。三轴加工：三轴加工多用于加工曲面，曲面刀具路径用来加工曲面、实体或实体表面，Mastercam 有两大类刀具路径：粗加工（Rough）和精加工（Finish） 。软件提供了 8 种粗加工刀具路径和 10 种精加工刀具路径。每一种曲面刀具路径都具有其特有的特征及参数。3.23.2 零件的三维造型设计零件的三维造型设计运用 Mastercam X5 软件对零件进行三维造型设计，最终绘制好的三维图如图 3.1 及图 3.2 所示。.图 3.1 零件的三维模型图 3.2 零件的三维模型3.33.3 本章小结本章小结到此为止，该零件的三维实体已经全部绘制完成。回顾以上的绘制步骤，可以知道本次造型设计主要运用 Mastercam 中的功能有：曲线、拉伸实体、布尔运算-结合、旋转除料等功能，总的来说该零件的造型比较简单，适合初学者学习。4 4 零件的零件的 MastercamMastercam 自动编程及加工自动编程及加工4.14.1 毛坯的设置毛坯的设置在进行刀具轨迹生成之前，需要先设置好所加工的机床、加工的毛坯、刀具等等。（1）机床的选择设置步骤：“机床类型”“铣床”“默认” 。（2）加工毛坯设置好机床以后，将在软件的操作管理面板中的看到如图 4.1 所示界面。 图 4.1 操作管理 图 4.2 毛坯设置选择图 4.1 中的材料设置，对面板中的参数进行设置，毛坯选择依照实体，设置后如图 4.2 所示。4.24.2 刀具的设置刀具的设置选择“刀具路径”“刀具管理器” ，将得到如图 4.3 所示的对话框，然后我们将第 3 章中的刀具依次添加到刀具管理器当中。图 4.3 刀具管理器4.34.3 刀路的设计刀路的设计4.3.1 粗铣粗铣 160h9160h9 外圆外圆凸台轮廓的刀路设计凸台轮廓的刀路设计（1）单击“刀具路径”“外形铣削” ，根据提示，拾取轮廓线铣 160外圆轮廓，单击确认选择，将跳出如图 4.4 所示的外形加工刀具路径参数设置界面，在界面中，首先选择第 2 把平底刀如图 4.5 所示，将其“进给速率”设置为 500，主轴转速 2000，下刀速率 100，单击“十字架”应用选择。图 4.4 外形铣削刀具设置参数图 4.5 外形铣削刀具设置参数（2）单击“切削参数”选项，将“壁边预留量”设为 0.2，如图 4.6 所示。图 4.6 外形铣削刀具设置参数（3）单击“共同参数”选项，将其参数设置为如图 4.7 所示。图 4.7 共同参数设置（4）设置完毕后，单击右下角的按钮确认设置，刀具路径将得到如图4.8 所示的刀路，仿真如图 4.9 所示。 图 4.8 外形铣削刀具设置参数图 4.9 粗铣 10080 椭圆轮廓凸台的刀具路径及加工4.3.3 精铣的刀路设计精铣的刀路设计运用外形铣削加工的方法，设计出精铣外圆凸台的刀具路径及加工效果图如图 4.10 所示。图 4.10 精铣的刀路及加工效果图4.3.2 镗孔的刀路设计镗孔的刀路设计（1）单击“刀具路径”“钻孔” ，根据提示，拾取 70H7 孔的中心点，单击确认选择，将跳出如图 4.11 所示的钻孔加工刀具路径参数设置界面，在界面中，首先选择第 3 把 70mm 的镗孔刀如图 4.12 所示，将其“进给速率”设置为 80，主轴转速 2000，单击“十字架”应用选择。图 4.11 钻孔的参数设置图 4.12 外形铣削刀具设置参数（2）单击“共同参数”选项，将其参数设置如图 4.13 所示。图 4.13 钻孔共同参数设置（3）设置完毕后，单击右下角的按钮确认设置，将得到如图 4.14 所示的刀路。图 4.14 钻中心孔的走刀路径及加工效果（4）同上可以的到镗 6-80H7 孔将得到如图 4.15 所示的刀路。图 4.15 钻铰孔的走刀路径及加工效果4.3.3 钻孔的刀路设计钻孔的刀路设计（1）单击“刀具路径”“钻孔” ，根据提示，拾取 4 个孔的中心点，单击确认选择，将跳出如图 4.16 所示的钻孔加工刀具路径参数设置界面，在界面中，首先选择第 5 把 3mm 的中心钻如图 4.17 所示，将其“进给速率”设置为 120，主轴转速 1200，单击“十字架”应用选择。图 4.16 钻孔的参数设置图 4.17 钻孔的参数设置（2）单击“共同参数”选项，将其参数设置如图 4.18 所示。图 4.18 钻孔共同参数设置（3）设置完毕后，单击右下角的按钮确认设置，将得到如图 4.19 所示的刀路。4.19 钻中心孔的走刀路径图 4.20 钻孔的加工效果图 4.21 钻孔的走刀路径及加工效果4.3.4 钻孔的刀路设计钻孔的刀路设计（1）单击“刀具路径”“钻孔” ，根据提示，拾取 4 个孔的中心点，单击确认选择，将跳出如图 4.22 所示的钻孔加工刀具路径参数设置界面，在界面中，首先选择第 5 把 3mm 的中心钻如图 4.23 所示，将其“进给速率”设置为 120，主轴转速 1200，单击“十字架”应用选择。图 4.22 钻孔的参数设置图 4.23 钻孔的参数设置（2）单击“共同参数”选项，将其参数设置如图 4.24 所示。图 4.24 钻孔共同参数设置（3）设置完毕后，单击右下角的按钮确认设置，将得到如图 4.25 所示的刀路。图 4.25 钻铰孔的走刀路径及加工效果4.3.5 整体加工刀具路径图及加工后的实体图。整体加工刀具路径图及加工后的实体图。图 4.26 图 4.274.54.5 后处理设置（加工程序的生成）后处理设置（加工程序的生成）将以上绘制好的所有刀具轨迹路径全部勾上，方法为，按住 Ctrl,逐一选择生成的刀具路径，然后单击按钮，将跳出如图 4.31 所示对话框。图 4.31 后处理程式对话框直接按确认，然后选择要保存的目录，将该 NC 文件保存到你的电脑盘中，最后系统将会自动打开该零件的加工程序编辑器如图 4.32 所示。图 4.32 加工程序编辑器截图零件最后的完整加工程序请查看 NC 文件。总总 结结本设计的零件为铣削类零件，全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，该设计主要完成了以下工作：简要介绍了数控加工工艺知识；用 AUTOCAD 和 MasterCam 软件分别绘制了零件图纸和三维模型；对零件图纸进行了工艺分析，确定了加工方法、定位基准、装夹方案、加工工序、切削用量，选择了加工设备、夹具和加工刀具；制定了加工工艺路线和刀具卡片；运用 MasterCam 软件编程编写了数控加工程序。但是在设计时我也遇到了一些困难，主要有以下几点：进行外轮廓铣削时要夹住外轮廓才能够完成加工，但是统统是会工件的外边缘，所以专门在夹工件时尽量用力轻轻夹紧来避免夹伤工件表面问题；由于工件表面的粗糙度要求比较高，所以在选择转速与进给量时查阅了很多的书籍才得以确定下来；在进行曲面精加工时，由于未确定合理的下刀深度，所以导致加工曲面是出现阶梯状，最后通过多次的实践才得以确定下刀深度为 0.2mm。通过这次毕业设计，我发现在这几个月里我与老师、同学、朋友增加了交流，加强了学习，阅读了更多的相关书籍，并且对资料进一步收集与完善。进一步充实了自己的论文，这些对我以后的生活，工作都会有很大的帮助。谢谢 辞辞本设计是在我在指导老师的精心指导和大力支持下完成的，这篇设计的每个细节和每个数据，都离不开老师的细心指导，而老师严谨的治学精神，精益求精的工作作风和宽容的教学态度都深深地感染和激励着我。并在此同时您还在思想上、学习上给予了我无微不至的关怀，在此谨向指导老师致以诚挚的谢意。我也要感谢我的母校，回想我在学院的两年多的时间里，感谢各位老师对我的栽培，他们不仅在学习方面给了我很大的帮助。而且，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思维方式给予我无尽的启迪，这些都将使我终生受益。借此机会对他们表示深深的感谢，并祝福他们在以后的人生旅途中永远幸福快乐。我在这里生活和学习了两年多的时间，我们同学、朋友们无论是在学习还是在生活及其它各个方面都给了我很多的帮助和支持。在毕业设计的编写过程当中，我认真地听取他们的意见，使毕业设计说明书表述更加清晰，内容更加完善。同时感谢自己的家人 ，谢谢你们。也谢谢那么多提供我资料的人参考文献参考文献1 袁锋 主编.全国数控大赛试题精选机械工业出版社，2005 版2 李益民 主编.机械制造工艺设计简明手册机械工业出版社，1994。 3 韩绍才 主编.数控加工编程与操作江苏教育出版社，2011 年4 郑修本 主编.机械制造工艺学机械工艺出版社，19995 吴国华 主编.金属切削机床机械工艺出版社，20016 周敏 主编.Mastercam 数控加工自动编程 ，机械工艺出版社 20137 周晓宏 主编.数控铣床操作技能考核培训教程北京:中国劳动社会保障出版社,20088 晏初宏 主编.数控加工工艺与编程M.北京:化学工业出版社,20049 吴明友 主编.数控铣床(FANUC)考工实训教程北京:化学工业出版社,200610 汪红 主编.数控铣床/加工中心操作工技能鉴定培训教程北京:化学工业出版社,2009 产品名称零件名称零件号共 1 页工艺过程卡盘11第 1 页材料铸件硬度HB100毛坯尺寸见毛坯图毛坯可制造零件数1序号工序名称设备备注序号工