CADCAM实践.doc

渤海石油职业学院机电工程系毕业论文CAD/CAM实践院 系：渤海石油职业学院机电系班 级： 07机械大4姓 名： 指导老师： 纪武瑜、张 斌完成时间：2010年3月12日 目 录摘 要.3.关键词.3前 言.4 第一章：数控技术和PRO/E软件技术.4第二章：加工中心工艺方案的制定.7第三章：零件的加工.11总 结.15参考文献.17致 谢.17摘 要：随着中国经济的快速发展，“中国制造”开始行销全球。2006年，中国制造业的GDP增加值达到10956亿美元，首次在总量上超过日本，成为世界排名第二的制造大国；2007年，中国制造业的GDP增加值达到13000亿美元。陕西渭河工模具总厂是机械电子行业工模具专业生产企业。从最初的研发试制到现在CAD/CAM的应用，设计和制造了许多典型的冷冲模具，在国内赢得了良好的声誉。近年来，随着CAD/CAM的不断应用，我厂生产了大批的精密冲压模具，特别是多工位级进模和多工位传递模具，不论从设计上还是制造方面均可与进口模具相媲美。 我厂应用CAD/CAM技术起步较早，不但是在设计和加工上应用了CAD技术，同时在工艺参数上，特别是复杂零件的几何参数上也应用了CAD技术，被陕西省科技厅、国家科技部授予“CAD示范企业称号。近10年来，在模具设计上已经全部采用了CAD技术，部分加工上也应用了CAM技术。我厂模具设计应用平台硬件是美国SGI工作站，软件是美国EDS公司的UG软件，近年来又购进了电子图板设计软件。同时，针对本厂所设计的范围我们做了许多标准件的图库，此项工作大大地提高了设计速度。CAD/CAM技术在该厂应用面比较广，但存在的不足主要有三点：一是由于软件引进较早，且一直没有升级，与现在的UG版本差11个版本。关键词: 技术，发展，制造 前 言随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。在20世纪60年代初，麻省理工学院研究生发表了人机对话图形通信，推出了二维SKETCHPAD系统，系统允许设计者在图形显示器前操作光笔和键盘，同时可以在显示器上显示图形，由此为CAD/CAM技术提供了理论基础。20世纪60年代到20世纪70年代中期是CAD/CAM技术走向成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，三维几何软件也相应发展起来。到了20世界90年代，CAD/CAM技术从单一的模式、单一的功能走向集成化和智能化。使用CAD/CAM各子系统之间进行数据交换，从而出现了面向对象的技术、并行工程的思想、人工智能技术等。我国CAD/CAM技术从20世纪70年代开始以来，经过不断的发展和推广使用，取得了良好的经济效益和社会效益，以Pro/Engineer、Unigraphics、Solidworks为代表的CAD/CAM软件技术是目前最完善的CAD/CAM技术。 第一章：数控技术和PRO/E软件技术1.1数控技术1.1.1 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，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扩大，他对国计民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.2高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（cirp）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从emo2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，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60 000r/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3h，在普通铣床加工需8h；德国dmg公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 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)。 在可靠性方面，国外数控装置的mtbf值已达6 000h以上，伺服系统的mtbf值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.3轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。 在emo2001展会上，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。 1.4 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的ngc(the next generation work-station/machine control)、欧共体的osaca(open system architecture for control within automation systems)、日本的osec(open system environment for controller)，中国的onc(open numerical control system)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在emo2001展中，日本山崎马扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能生产控制中心，简称cpc)；日本大隈（okuma）机床公司展出“it plaza”（信息技术广场，简称it广场)；德国西门子(siemens)公司展出的open manufacturing environment（开放制造环境，简称ome）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 第二章：加工中心工艺方案的制定2.1零件的工艺分析2.1.1分析图样（1）尺寸标注方法分析（2）零件图的完整性与正确性分析（3）零件技术要求分析（4）零件材料分析有机玻璃属于高分子聚合物，由聚甲基丙烯酸甲酯聚合而成，英释名叫“亚克力”。代号是PMA。密度是1.191.20g/cm3，硬度相当于铝，没有固定熔点，在90摄氏度开始软化，在104摄氏度呈熔融状态。透明度高为92，透过的紫外线多达73，与普通玻璃相比，机械强度、韧性是普通玻璃的10倍以上，重量仅1/2，抗碎裂性是1218倍，有突出的耐候性、耐老化性，溶于三氯甲烷（氯仿），用油性记号笔在上面画线不易脱落。2.2加工设备的选用在这里我们选择的是南通VMC1100B数控加工中心机床，技术参数如下表2.1表2.1VMC1100B行程 Unit 参数X轴行程 mm 1100Y轴行程 mm 560Z轴行程 mm 575主轴端面至工作台面距离 mm 200-775工作台中心至立柱导轨面距离 mm 590工作台面积 mm 5501200工作台最大承重 kg 800T型槽槽宽 mm 418H8主轴转速 rpm 8000主轴孔锥度 - BT-40(7:24)x、y轴快速位移 m/min 24z轴快速位移 m/min 18进给速度范围 m/min 115刀具数 pcs 24刀具最大外径/相邻无刀 mm 100/180刀具最大长度 mm 300换刀时间(刀-刀) sec 1.8主轴电机 kw 11/15X/Y/Z电机 kw 3/3/4定位精度x mm 0.032定位精度y、z mm 0.025重复定位精度x mm 0.018重复定位精度y、z mm 0.015机床总高 mm 3162占地面积(长宽) mm 33403065机床重量(毛重) kg 82002.3零件的工艺设计和夹具的选择2.3.1加工方法的选择以下是几种常见的平面加工方法由于在数控加工中心上加工零件，加工精度是很高的。所以我们根据加工的要求选择方法省去了半精加工和精加工，粗铣直接就可以达到我们的要求了。加工工序的划分：（1）：按所用刀具进行划分（2）：按安装次数划分（3）：按粗、精加工划分（4）：按加工部位划分在本设计中我们采用的是粗、精加工来划分，所以我们划分为一个阶段即粗加工阶段。2.3.2确定加工顺序和工序工艺顺序的安排原则：先加工基准面 （1）一般情况下先加工平面，后加工孔（2）先加工主要表面，再加工次要表面（3）先安排粗加工工序，再安排精加工工序对于我们要加工的零件来说，由于零件的特殊性，我们加工的只有内外轮廓，所以我们在选择加工工艺顺序是就简单了，直接一道工序就完成了。2.3.3确定装夹方案和选用夹具2.3.4定位原理我们采用六点定位原理进行工件的定位，要使工件沿某个方向的位置确定，即要限制该方向上的自由度，当工件的六个自由度被夹具限制即确定了工件的正确位置。2.3.5装夹方式由于加工零件的要求我们选择夹具中装夹，它是由夹具上的定位元件来确定工件的位置，由夹具上的夹紧装置进行夹紧。夹具安装在机床上，并用夹紧元件进行夹紧。这样易于保证加工精度要求，操作简单方便，效率高，应用十分广泛。由于数控加工的要求，我们对夹具的要求很多，比如精度要求、定位要求、空间要求、快速重调要求。在本设计中有现成的夹具。我们采用压板装夹工件，原因是：在加工中心上，由工艺分析得到我们的加工内容，铣出的平面平行于工作台，所以只要把基准安装得与工作台平行和贴合，就能铣出准确度较高的平面，尤其是垂直进给时，由于工作台的“零位”准确度的影响，其精度更高，从而避免了夹具本身精度的影响。准备材料有压板、垫铁、T形螺栓（或T形螺母）等。使用压板时应注意：1.压板的位置要安排得适当，要压在工件刚性最好的地方，夹紧力的大小也应该适当，不然刚性差的零件容易产生变形2.垫铁必须正确地放在压板下，高度要与工件相同或略高于工件，否则会降低压紧效果。3.压板螺栓必须尽量靠近工件，并且螺栓到工件的距离应小于螺栓到垫铁的距离，这样 就能增大压紧力。4.螺栓要拧紧，否则会应压力不够而使工件运动，以免损坏工件、机床和刀具。5.在工件的光洁表面与压板之间，必须安置垫片，这样可以避免光洁表面因受压而损伤。6.避免出现欠定位。2.4选择刀具加工中心对刀具的基本要求是：1.良好的切削性能：能承受高速切削和强力切削并且性能稳定；2.较高的精度：刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度；3.配备完善的工具系统：满足多刀连续加工的要求。加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同，数控机床上的刀具选择比较严格，有些刀具是专用的。 要求：工件材质，加工轮廓类型，机床允许的切削用量以及刚性和耐用度等。编程时，要规定刀具的结构尺寸和调整尺寸。对自动换刀的数控机床，在刀具装到机床上以前，要在机外预调装置(如对刀仪对刀)中，根据编程确定的参数，调整到规定的尺寸或测出精确的尺寸。在加工前，将刀具有关尺寸输入到数控装置。在铣削的加工中，我们经常用到立铣刀。直径小的立铣刀一般制成带柄的形式，比如直柄立铣刀（ 2-7mm）。立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度（60m/min）。立铣刀半径可以按以下经验来算：R=（0.8-0.9）min, 其中R表示立铣刀半径，rmin表示零件内轮廓的最小曲率半径。铣刀齿数应该根据工件材料和加工要求选择，一般铣削脆性材料或半精加工、精加工时，选择细齿铣，粗加工则选择粗齿铣刀。由于铣削的是有机玻璃，所以采用顺铣，顺铣可以减小表面粗糙度。粗齿直柄立铣刀的选择.直径(mm) 总长(mm) 切削部分长度(mm) 柄部直径(mm) 前角() 后角() 螺旋角() 齿数2（2.5） 32 6 3 15 18 40-45 33 36 8 3 15 18 40-45 34 40 10 4 15 18 40-45 3 2.5切削用量的确定(1)主轴转速的确定：主轴转速与切削速度关系为：N=1000V/DV刀具的切削速度m/min ，N主轴转速r/min，D刀具直径mm在这里可以得出我们加工刀具的直径D=mm。(2)刀具进给速度与齿数的关系为：F=Fz*N*ZF刀具的切削速度m/min， Fz刀具的每齿进给量mm/r，N 主轴的转速r/min， Z刀具的齿数在这里可以得出刀具进给速度F =m/min。 第三章：零件的加工3.1零件加工前机床的基本操作3.1.1开机在开机前应该检查辅助装置的工作状态是否满足要求：润滑油油池的油面高度、气泵的压力、电器柜的门是否关上。然后将电源开关由OFF打到ON ，按下接通键（接通数控系统的电源） 接通侍服驱动电源（急停开关顺时针旋转使它复位，按下机床复位键）。 3.1.2回机床原点方式选择开关选回零（手动选择，按回零轴的正方向，回零成功则回零指示灯亮）：先Z轴回零，然后Y轴回零，最后X轴回零。按POS键，看机床坐标系是不是零。3.1.3机床的调试机床功能调试是指机床试车调整后，检查和调试机 床各项功能的过程。调试前，首先应检查机床的数控 系统及可编程控制器的设定参数是否与随机表中的数 据一致。然后试验各主要操作功能、安全措施、运行 行程及常用指令执行情况等，如手动操作方式、点动 方式、编辑方式（ EDIT ）、数据输入方式（ MDI ）、 自动运行方式（ MEMOTY ）、行程的极限保护（软件 和硬件保护）以及主轴挂档指令和各级转速指令等是 否正确无误。最后检查机床辅助功能及附件的工作是 否正常，如机床照明灯、冷却防护罩和各种护板是否 齐全；切削液箱加满切削液后，试验喷管能否喷切削 液，在使用冷却防护罩时是否外漏；排屑器能否正常 工作；主轴箱恒温箱是否起作用及选择刀具管理功能 和接触式测头能否正常工作等。对于带刀库的数控加工中心，还应调整机械手的位 置。调整时，让机床自动运行到刀具交换位置，以手 动操作方式调整装刀机械和卸刀机械手对主轴的相对 位置，调整后紧因故中调整螺钉和刀库地脚螺钉，然 后装上几把接近允许质量的刀柄，进行多次从刀库到 主轴位置的自动交换，以动作正确、不撞击和不掉刀 为合格。3.2 CIMCO EDIT V5简体中文版介绍3.2.1程序DNC传输/模拟NC刀具在数控机床的程序输入操作中，如果采用手动数据输入的方法往CNC中输入，一是操作、编辑及修改不便；二是CNC内存较小，程序比较大时就无法输入。为此，我们必须通过传输（电脑与数控CNC之间的串口联系，即DNC功能）的方法来完成。 我们针对这种情况，选用这种方法。计算机电缆机床控制面板，具体的操作如下：机床操作：选择EDIT编辑模式按PRGRM（程序键）输入O（程序名）INPUT键 计算机操作：选择FILE COMMUNIC 选择要传输的程序ENTER现在计算机数控机床已经配有软盘驱动器，这样只需将加工程序存在软盘中，然后用软盘驱动器把加工的程序读入机床内存即可，操作方便。本机床RS232通讯口与外设计算1.机连机进行程序的传输或DNC操作时必须注意以下事项：2.外设计算机与数控机床要有同一接地点，并保证可靠接地。3.通讯电缆两端须装有光电隔离部件，以分别保护数控系统和外设计算机。4.通电情况下，不允许插拔通讯电缆。5.雷雨季节须注意打雷期间应将通讯电缆拔下，尽量避免雷击，引起接口损坏。3.2.2FANUC系统串口线路的连接FANUC系统数控机床的DNC采用9孔插头（与电脑的COM1或COM2相连接）及25针插头（与数控机床的通信接口相连接）用网络线连接。单击文件打开选择我们保存的NC生成的程序单击打开，出现NC程序.单击程序模拟在下拉菜单中选择窗口文件模拟,看其加工是否满足我们的要求。在其中，我们可以进行窗口的旋转、平移、缩放等。满意后，3.3加工程序的执行方式对于执行的加工程序大于机床内存空间，则要采用DNC方式，即将机床与计算机连接，计算机的内存作为存储缓冲区，加工程序由计算机一边传输，机床一边执行。机床操作：打开DNC输入加工参数选择AUTO（自动执行模式 ）按（START）启动键计算机操作：选择FILECOMMUNIC选择要传输的程序ENTER3.4加工程序试运行执行加工程序，但不做切削工件。目的是检查程序是否符合数控系统的要求，在执行过程中，刀具轨迹、机床动作是否正确，使用工装是否合理。操作如下：1.装夹，找正工件。2.按照程序及工艺文件的要求，将刀具对号装入刀库。3.对刀、输入工件坐标系及刀具补偿值等参数。4.沿+Z向平移工件坐标系到安全高度。5.将切削进给速度调至低档。6.启动机床。7.逐步提高切削进给速度。3.6工件试切目的是：1.检查程序数据是否正确，切削用量是否合理。2.加工精度是否能达到保证。3.工艺是否合理，加工变形是否能得到控制。4.检查加工的工件是否满足加工要求。3.7测量我们用游标卡尺来测量，看看加工出来的零件是否满足我们的加工要求，如果测量结果达到设计要求目的，说明加工成功。在测量零件是应该注意：1.机床远离工件，主轴停止运动。2.冷却液关掉。3.要把飞边去掉。当我们加工完零件后，把程序存好档，保护锁锁好，以免他人改动，将机床调整平衡，以免机床自身的重量使机床变形，为下次回零做好准备。清理干净机床，最后关掉机床电源。 总 结在大三的最后一个学期，我过得既充实又繁忙.从选题的那天起，我就开始了我的毕业设计。在毕业设计的这段时