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模具毕业设计54宁夏大学机械工程学院可乐瓶的造型与加工
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机械毕业设计论文
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模具毕业设计54宁夏大学机械工程学院可乐瓶的造型与加工,机械毕业设计论文
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宁夏大学机械工程学院毕业设计 I 目 录 1 前 言 . 1 1.1 前期准备 . 1 2 可乐瓶的造型与加工 . 2 2.1被加工零件的基本参数 . 2 2.2 造型 . 3 2.3 加工工艺 . 11 2.4 生成工序单及 G 代码 . 15 3 吊钩的造型与加工 . 16 3 吊钩的造型与加工 . 17 3.1 基本 尺寸及参数的确定： . 17 3.2 造型： . 18 3.3 加工工艺 . 23 3.4 生成工序单及 G 代码： . 26 4 组合体零件的造型及加工 . 28 4.1基本尺寸及参数的确定： . 28 4.2 造型 . 29 4.3 加工工艺 . 32 4.4 生成工序单及 G代码： . 34 5 结论与总结 . 36 参考文献 . 37 谢 辞 . 38 附 录 . 39 1 图纸说明 . 39 2英文翻译 . 39 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 1 1 前 言 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。而 在机械制造行业中，机床又是一种主要的生产设备。 在新的世纪发展的浪潮下，面对国际产业结构的巨大变革 ，用户对机械制造行业产品的要求趋于结构复杂化，精度和性能高度化。这就对作为生产设备的机床也相应地提出了高效率、高精度和高自动化的要求。数控机床就是 为了能满足这一要求而诞生的典型设备。 今后一段时间，应用高科技、特别是信息技术改造传统专业，促进产业结构优化升级，将成为制造业发展的主要趋势。 我本次做的设计正是为适应信息技术技能要求而进行的。我主要应用了“ CAXA制造工程师”软件进行工件的造型、仿真加工、生成 G代码，然后在数控铣床上加工出工件。 下面我先将我的先期准备工作做 一介绍。 1.1 前期准备 由于我院工厂条件有限，因此数控铣的加工我采用的毛坯材料是蜡模 。 其次 ,根据实际情况的需要 ,我申请到 R3和 D14的平面铣刀， R3球头铣刀，及与其 相配套的卡套各一副。 根据毛坯的实际大小、现有的加工条件及刀具的大小等因素的影响，我适时地对实体的实际加工参数进行了适当的调整，以达到完整造型的要求 ，把零件 加工出来。 但由于时间仓促，加上本人水平和经验有限， 因 此设计 中 难免有欠妥和错误之处，恳请各位老师给予 指正。 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 2 图 2.1 图 2.2 2 可乐瓶的造型与加工 被加工零件 -可乐瓶 2.1 被加工零件的基本参数 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 3 2.2 造型 造型思路： 利用 CAXA 制造工程师中曲面造型功 能中的网格面和直纹面来实现 造型 。作出一个突起的两根截面线和一个凹进的一根截面线，然后进行圆形阵列得到 其他几个突起和凹进的所有截面线，再 使用网格面功能生成五个相同部分的曲面。可乐瓶底的最下面的平面 使用直纹面中的点曲线方式来实现 。最后以瓶底的上口为准，构造一个立方体实体，然后用可乐瓶底的两张面把不需要的部分裁剪掉，就得到 可乐瓶 的凹模型腔 。 步 骤 1 绘制截面线 1 按下【 F7】键将绘图平面切换到 XOZ 平面。单击曲线工具中的“矩形”按钮，在立即菜单中选择“中心 _长 _宽”方式，输入长度 42.5，宽度 37，光标拾 取到坐标原点，绘制一个 42.5 37的矩形。 如图 4.3所示： 2 单击 “平移”按钮，在立即菜单中输入 DX 21.25， DZ -1， 将矩形的左上角平移到原点（ 0,0,0）。单击“等距线”按钮，先后在立即菜单中输入距离 3， 8， 5， 17，拾取矩形的四条边，选择等距方向，生成相应的等距线，如图 2.4所示 ： 3单击 “裁剪” 和“删除” 按钮 ，拾取需要裁剪 删除 的线段。结果如 图 2.5所示 ： 图 2.3 图 2.4 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 4 图 2.6 图 2.9 图 2.10 4 作过 P1、 P2 点且与直线 L1相切的圆弧。 作过 P4点且与直线 L2相切，半径 R 为 6的圆 R6。 作过直线端点 P3和圆 R6的切点的直线。 结果如图 2.6所示： 5 作与圆 R6相切过点 P5，半径为 6的圆 C1。 作与圆弧 C4相切，过直线 L3与圆弧 C4的交点 , 半径为 6的圆 C2。 作与圆 C1和 C2相切，半径为 50的圆弧 C3。 6 裁剪，删除，去掉不需要的部分。并单击圆弧 C4将其隐藏掉。 如下图所示： 7 按 F5 键将绘图平面切换到 XOY 平面，然后再按 F8 显示其轴侧图。 单击 “平面旋转”按钮，选择“拷贝”方式，输入角度 41.6 度，拾取坐标原点为旋转中心点， 框选图 2.7 图 2.5 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 5 图 2.11 图 2.12 图 2.13 所有线段。结果如下 : 8删掉不需要的部分 ,并旋转视图，观察生成的第一条截面线 ,单击“曲线组合”按钮 ，将截面线 组合 成 一样条曲线。 至此，第一条截面线完成！ 因为作第一条截面线用的是拷贝旋转，所以完整地保留了原来绘制的图形，只需要编辑就可以完成第二条截面线。 9 按 F7将绘图平面切换到 XOZ面内。单击“线面可见”按钮，显示前面隐藏掉的圆弧 C4。 然后 拾取第一条截 面线将其隐藏掉 。 删掉不需要的线段， 单击“曲线过渡”按钮，用“圆弧过渡”方式，半径为 6，对 P2、 P3两处进行过渡。 拾取第二条截面线，用“曲线组合”命令将其组合成一样条曲线。 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 6 图 2.14 图 2.15 图 2.17 10 按下 F5 键将绘图平面切换到 XOY 平面，然后再按 F8 显示其轴侧图。 单击 “圆弧”按钮，选择“圆心 _半径”方式，以 Z 轴方向的直线两端点为圆心，拾取截面线的两端点为半径，绘制如图所示的两个圆。 11 删除两条直线。单击“线面可见”按钮，显示前面隐藏的第一条截面线。 12 单击“平面旋转”按钮，选择“拷贝”方式，输入角度 11.2 度，拾取坐标原点图 2.16 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 7 图 2.18 图 2.19 图 2.20 图 2.21 为旋转中心点，拾取第二条截面线 并确定。如图所示： 可乐瓶底有五个相同的部分，至此已完成了其一部分的截面线，通过阵列就可以得到全部。 13.单击“阵列”按钮，选择“圆形”阵列方式，份数为 5，拾取确定三条截面线，拾取原点（ 0,0,0）为阵列中心并 确认， 得到如下结果： 至此为构造曲面 的线架已经完成！ 步骤 2 生成网格面 按 F5键进入俯视图，单击 “网格面”按 钮，依次拾取 U截面线共 2 条 ；再依次拾取V截面线共 15条， 确认，即 曲面生成。 如图： nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 8 图 2.22 图 2.23 图 2.24 步骤 3 生成直纹面 底部中心部分曲面可以用两种方法来做 ：裁剪平面。直纹面（点 +曲线）。这里为了在做加工时，两张面（网格面和直纹面）可以一同用参数线来加工，所以用直纹面“点+曲线”来做 。 （面裁剪平面不能与非裁剪平面一起来加工 。 ） 。 1 单击 “直纹面”按钮，选择“点 +曲线”方式。在点工具菜单中选择“圆心”命令，拾取底部圆，得到圆心点，再拾取圆，直纹面立即生成。 3.选择“设置” “拾取过滤设置”命令，取消图形元素的类型中的“空间曲面”项。选择“隐藏”命令，框选所有曲线，确认，将线框全部 隐 藏掉，结果如图所示。 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 9 图 2.25 图 2.26 图 2.27 图 2.28 至此可乐瓶底的曲面造型已经做完！ 步骤 4 曲面实体混合造型 造型思路：以瓶底的上口为准，构造一个立方体实体，然后用可乐瓶底的两张面（网格面和直纹面）把不需要的部分裁剪掉，即得到的凹模型腔。 1 以 XOY 平面为绘图基准面，进行草图绘制 ，绘制一个长度 120，宽度 120，坐标原点（ 0,0,0）为中心的一 120 120的正方形。 2 用“ 拉伸”命令，拉伸一 个 深度为 50 的 立方实体。 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 10 图 2.29 图 2.30 图 2.31 图 2.32 图 2.33 图 2.34 3 用“拾取过滤设置”命令，退出真实 显示，进入线架显示 。 4 用 “曲面裁剪除料”命令，拾取可乐瓶底的两个曲面，选除料方向为向里，结果如下： 5 确定 后 ，曲面除料完成。 隐藏两个曲面， 再 真实感显示，造型结果如下图所示。 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 11 图 2.35 至此，可乐瓶的曲面实体造型已完成！ 2.3 加工工艺 造型思路 :经过分析， 因可乐 瓶底凹模型腔的整体形状较为陡峭形状特点，所以粗加工采用等高粗加工方式 , 精加工采用参数线加工方式对凹模型腔中间曲面进行 加工 。 由于受机床和夹具的限制，我将该实体 的实际加工参数进行了改动 ,并进行 两次 换刀，两次对刀。有一点要特别强调的是受到加工条件限制的原因，精度受到了较大的限制，尤其在换刀、以及对刀的过程中，很难 精确的保证加工精度。期待在以后的设计中加以改善。 第一步 :对刀 在华中数控铣床世纪星系统的操作面板上分别按照如下步骤对刀：开机后先回 Z、 X、 Y 轴分别回参考点（切记先回 Z轴） ； 在【主菜单】里选【设 置】 ，选 【 显示设置 】 里的 【 机床坐标系 】 ； 输入 X、 Y 、 Z 轴 对刀点，退出返回 【 主菜单 】 ； 进入 【 MDI】 设置，手动输入 G54，在数控铣床操作面板上按钮 【 自动 】 并 【 循环启动 】 ，将 【 机床坐标系 】 和 【 工件坐标系 】 设置一致； 用华中数控的 DNC数据通讯软件将生成的 G代码传到机床电子盘里 调出加工程序，进行加工。 第二步 :粗加工轨迹的生成 用【轨迹生成】里的【等高粗加工】功能。流程图如下系列图形所示： nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 12 图 2.36 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 13 图 2.37 其生成加工轨迹 如下： 图 2.37 图 2.38 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 14 第三 步 :精 加工轨迹的生成 用【轨迹生成】里的【 参数线加工 】功能。 图 2.39 在这里，实际加工的时候，由于条件限制，加工方式和参数都多次改动，这里加工参数和方式仅供参考，以实际加工需要为主。 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 15 图 2.41 图 2.41 2.4 生成工序单及 G 代码 一 、 粗加工工序单的生成： 点击【应用】 【后置处理】 【生成工序单】； 弹出对话框，选择要保存到的文件夹； 点保存后拾取 所有的轨迹线。 如图所示，弹出工序单对话框： 图 2.42 图 2.40 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 16 二 、 粗加工 G代码的生成 点击【应用】 【后置处理】 【生成 G代码】； 弹出对话框，选择要保存到的文件夹； 点保存后拾取 所有的轨迹线； 如图所示，弹出记事本对话框； 对记事本中的 G 代码进行修改保存即可 。 至此，可乐瓶的设计工作已全部完成！ 加工实体照片如下： nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 17 3 吊钩的造型与加工 被加工零件 吊钩 3.1 基本尺寸及参数的确定： 图 3.1 图 3.2 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 18 3.2 造型： 步骤一 绘制轮廓线和截面线 在 XOY面上绘制一长 200、宽 144的矩形。并绘制出基准中心线。 如图 3-3所示： 绘制三个圆：分别以坐标（ 0， 0），（ 0， 20）和（ -20， 0）为圆心绘制半径为 20，36， 36的三个圆 。再分别把 Y向基准线分别正负偏 12.5， X向基准线正偏 110。 如图 3-4所示： 过 R36两圆和中心线的两个交点，画半径为 50的圆弧。曲线过渡使 R20和 R36的圆和右边两直线生成 R40 和 R15的圆弧，修剪多余曲线。如图 3-5所示： 图 3.3 图 3.4 图 3.5 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 19 绘制距离垂直中心线 20的辅助线，然后与圆 R20生成过渡线 R45，如图 3-6所示： 删除 上步生成的直线，过 R45圆弧的端点作长度 6.5的水平线，以此线的左端点为圆心画半径 6.5的圆，生成此圆和左边 R36的圆弧过渡，过渡圆角 R45。 修剪多余线，结果如图 3-7所示： 绘制吊钩中段截面线。绘制与 R50圆弧等距 6的圆弧线和与 R20 圆弧等距 20的圆弧线，两圆弧线分别与垂直中心线相交 A、 B两点，分别以这两点为圆心，以 6和 20为半径画圆。再绘制与垂直中心线等距 12的一条垂直辅助线。如图 3-8所示： 图 3.8 图 3.6 图 3.7 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 20 绘制吊钩中段和根部位的截面线。生成 R20圆和等距线的过渡圆弧 R6，画 出此圆弧和另一段 R6圆弧的公切线，再将这 4段曲线组合成一条样条线。另外再画出右端根部的直径 25的半圆，删除多余线段后的结果如图 3-9所示： 步骤 二 空间变换截面线 按 F8 进入轴测图状态，对钩头部，中部和根部的三处截面线进行绕轴旋转，使他们都能都垂直于 XY平面。 用曲线旋转命令，钩头的圆弧用拷贝方式旋转 90，另两端采用移动方式旋转 90。此处旋转轴的指向和旋转方向符合右手法则。如图 3-10所示： 用曲线平面旋转命令，选择复制方式，以原点为旋转中心，旋转 90，在 X轴 方向生成另一中段截面线。如图 3-11所示。 图 3.9 图 3.11 图 3.10 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 21 图 3.14 步骤三 对底面轮廓线进行曲线组合和生成断点 将 1、 4点之间的曲线组合成一条样条线，将 2、 3点之间的曲线组合成一条样条线。如图 3-12所示： 用曲线打断命令，拾取点 5、 6、 7、 8使之打断。 如图 3-12所示。 步骤四 生成凸 曲面 应用导动面命令，分别以截面线 12、 56 和截面线 34、 78为双截面线，以轮廓线15 、 26和轮廓线 37、 48 为双导动线采用变高选项。生成如图 3-13所示的两个双导动曲面。 应用 导动面命令，以轮廓线 67.58为双导动线，以截面线 56、 78 为双截面线，采用等高选项，生成等高双导动曲面，如图 3-14 所示。 图 3.14 图 3.12 图 3.13 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 22 应用旋转面命令，以曲线伸缩命令将直线 1、 2双向延长后作为旋转轴，将旋转后的 R6.5截面线旋转 90，即可生成吊钩头部的球面。用直纹面生成后端半圆面。如图 3-15所示。 曲面缝合。该吊钩是由 5张曲面组成的（右边封口的平面， 3张导动面， 1个旋转球面），为了提高型面加工的表面质量和便于加工编程运算和处理，现对四张曲面进行缝合处理。 应用缝合命令，选择 平均分矢，分别拾取相邻的两个曲面，最后可生成一整张曲面，如图 3-16所示。 用几何变换的镜像命令，可生成凹模型面。如图 3-17所示： 图 3.15 图 3.16 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 23 至此，吊钩的凸面造型已经完成！ 3.3 加工工艺 本次 加工共分为三步： 毛坯的粗加工； 曲面 的精加工； 底座的粗加工。 第一步：对刀 同 可乐瓶 加工工艺的对刀一致。 第二步：吊钩面 加工轨迹的生成 用【轨迹生成】里的【 曲面区域加工 】功能。流程图如下系列图形所示： 图 3.17 在这里，实际加工的时候，由于条件限制，加工参数都 有所 改动，以上加工参数和方式仅供参考，以实际加工需要为主。 图 3.18 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 24 图 3.19 第二步： 底座粗加工轨迹的生成 用【轨迹生成】里的【 平面区域加工 】功能。流程图如下系列图形所示： 在这里，实际加工的时候，由于条件限制，加工参数都 有所改动，以上加工参数和方式仅供参考，以实际加工需要为主。 图 3.20 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 25 图 3.21 图 3.22 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 26 3.4 生成工序单及 G 代码： 仅以精加工为例介绍其做法 一 、 精加工的工序单的生成 二 、 精加工的 G代码的生成 至此 吊钩的 加工 已 完毕 ! 点击“应用 后置处理 生成工序单”； 弹出对话框，选择要保存到的文件夹； 点保存后拾取 所有的轨迹线； 如图所示，弹出工序单对话框 ： 图 3.23 点击“应用 后置处理 生成G 代码”； 弹出对话框，选择要保存到的文件夹； 点保存后拾取 所有的轨迹线； 如图所示，弹出记事本对话框。 对记事本中的 G代码进行修改保存即可 。 图 3.24 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 27 加工完最后的实物照片 如下： nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 28 4 组合体 零件的造型及加工 被加工零件 组合体 零件： 4.1 基本尺寸及参数的确定： 图 4.1 图 4.2 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 29 4.2 造型 由于该零件的造型较简单，所以对造型只做一简单说明。 步骤一 拉伸增料矩形实体 1建立草体。在 XOY面上建立一个草图，并绘制一个长 120，宽 234的矩形： 2用 【增料拉伸】 拉伸一个高 40的矩形实体： 步骤二 拉伸除料椭圆形 实体 1建立草体。在矩形实体上表面上建立一个草图，并绘制一个似椭圆形状的图形： 用 【 拉伸 除料 】 成形深 10的如下椭圆形实体： 图 4.3 图 4.4 图 4.5 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 30 图 4.1 步骤三 拉伸除料“ W”形 实体 1建立草体。在椭圆形实体面上建立一个草图，并绘制一个似“ W”形状的图形 ： ： 2用 【 拉伸 除料 】 成形如下 “ W” 形实体： 步骤四 拉伸除料两圆： 1 建立草体。在椭圆形实体面上建立一个草图，并绘制两个圆的草图： 图 4.6 图 4.7 图 4.8 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 31 2用 【 拉伸 除料 】 贯穿成形如下两圆孔形实体： 步骤五 拉伸除料 四个小圆 建立草体并除料。在矩形实体上表面上建立一个草图，并绘制四个同样大小的直径为12的螺纹孔草图，然后除料成形深度为 20的螺纹孔： 步骤 六 拉伸除料 四个角 1 建立草图。在矩形的上表面建 立草图并绘制如下的草图形状： 图 4.9 图 4.10 图 4.11 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 32 2用 【 拉伸 除料 】 贯穿成形深度为 10的如下形状实体： 至此， 组合元素零件的造型已完成 。 4.3 加工工艺 该零件的加工方法 较多，这里我们选等高线粗加工。 本次加工共分为三步：毛坯的粗加工； 各 面 的精加工。 第一步：对刀 同 可乐瓶 加工工艺的对刀一致。 第二步：毛坯粗加工轨迹的生成 用【轨迹生成】里的【等高粗加工】功能。流程图如下系列图形所示： 图 4.12 图 4.13 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 33 图 4.14 图 4.15 在 实际加工的时候，由于条件限制，加工方式和参数都经过多次改动，以上加工参数和方式仅供参考，以实际加工需要为主。 图 4.14 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 34 4.4 生成工序 单及 G 代码： 仅以精加工为例介绍其做法 。 一 、 精加工的工序单的生成 ： . 二 、 精加工的 G代码的生成 至此，组合体 零件的造型及加工已全部完成！ 点击“应用 后置处理 生成工序单”； 弹出对话框，选择要保存到的文件夹； 点保存后拾取轨所有的轨迹线； 如图所示，弹出工序单对话框 。 图 4.16 点击“应用 后置处理 生成G 代码”； 弹出对话框，选择要保存到的文件夹； 点保存后拾取轨所有的轨迹线； 如图所示，弹出记事本对话框。 对记事本中的 G代码进行修改保存即可 。 图 4.17 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 35 加工实物照片如下 ： nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 36 5 结论与总结 毕业设计即将接近尾声，回顾这段 毕业设计的日子，觉得心里有几多欣喜和充实。原来毕业设计还是这么 有意思。 我做的设计题目属于加工类，而且作图所用的软件是目前效率较高的“ CAXA 数控车XP”软件，加工设备是华中数控。在以往的课程设计中我们只限于在纸张 上计算、绘图，比较枯燥。而这次的毕业设计所有的任务基本上都是在电脑上完成的，而且还有实际操作，再加上毕业设计就是我们大学学习生活中的最后一次“作业”了，所以一开始我就对这次设计很重视，也很感兴趣。 设计进程中，每个设计环节可以说都是困难不断。造型对我们已经有了四年作图经验的学生是比较容易的。主要的困难发生在选择加工方法和确定参数以及应用华中数控车床加工工件的阶段。这些都基本属于初次接触，还比较陌生。但设计过程中，通过老师的细心指导，我们同组的同学在一起互相讨论、不断实践，最终还是克服了所有的困难，完成了任务 。现在想起来使我这个即将要离校的学子充满了成就感。 通过本次设计，我觉得有以下收获： 一、检验了我们大学四年来对所学专业知识的掌握程度，增加了理论知识联系实际的应用能力。 二、提高了运用软件的能力和实际动手能力。 三、提高了我发现问 题、解决问题的能力，培养了我对待工程问题时应 有 的 科学严谨的态度。 四、提高了我搜集资料，查阅资料的能力。 五、使我认识到了协作的重要性，并且增加了 与 同学之间的友谊。 这次设计留给我的不仅仅只是这些，而这一切也都离不开老师对我们的关怀和帮助。在这里我感谢给我这次设计机会的每一位老师 。我也将会再以后的工作生活中更加努力、不断进取！ nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 37 参考文献 1 大连理工大学工程画教研室 机械制图 第四版 高等教育出版社 1991.10 2 徐 灏 机械设计手册 第三卷 机械工业出版社 1991.9 4 胡占齐 董长双 常兴 NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY 第 一 版 武汉理工大学出版社 2003.9 5 徐 灏 机械设计手册 中册 第二版 机械工业出版社 1991.11 6 濮良贵 纪名刚 机械设计 第七版 高等 教育出版社 2001.6 7 黄康美 数控加工实训教程 第 一 版 电子工业出版社 2005.3 8 廖念钊 莫雨松 李硕根 杨兴骏 互换性与技术测量 第四版 中国计量出版社 1998.12 9 杨伟群 数控工艺员培训教程（数控铣部分） 清华大学出版社 第一版 2002.8 10 廖效果 数控技术 第一版 湖北科技出版社 2000.6 11 李 超 FANUC 数控加工实例 第一版 辽宁科学技术出版社 2005.3 12 华中世纪星铣床数控系统操作说明书 13 刘 颖 CAXA制造工程师 2006实例教程 第一版 清华大学出版社 2006.4 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 38 谢 辞 大 学四年的学习即将以毕业设计的结束画 上 一个句号。 四年的大学 ， 四年的朋友 ， 转眼就要分开 。 四年虽然短暂 ，平淡， 但是可以说刻骨铭心 。 在这次毕业设计过程中，我感谢的人很多。 首先感谢大学四年，各位老师对我的教诲，感谢学院对我的培养。 很幸运，在我大学的最后一次作业的完成中，能得到 王春秀 老师的指导与帮助，有了一次宝贵的机会跟老师接触。老师 那 严谨治学的态度，在我的心里留下深刻的影响。在以后的工作中，我要学习 她对工作认真严谨的态度 。 雍耀维老师在我们对零件的实际加工中也给 予 了我 很多热心的帮助。 在 这里请 老师 接受我诚挚的谢意！ 借此机会我也向在这四年中给予 我很多帮助的每一位老师说一句：老师，感谢您，祝您一切都好！ 我要感谢我的父母和家人。感谢他们还是一如继往的给 予 我无私的支持和关心。祝他们身体健康，生活顺利 ！ 此外，我要感谢校工厂 的周师傅，门房的大姐，还有 我的搭档杨小军同学， 在设计的工程中他们也帮了我不少忙。 希望 他们 在以后的日子里，开心、快乐 ！ 最后，我向在百忙之中评审本次设计的各位老师表示衷心的感谢！ nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 39 附 录 1 图纸说明 内附 三张设计图纸如下表所示： 序号 图纸名称 数量 图号 1 可乐瓶 底 零件图 1张 A2 2 钓钩零件图 1张 A2 3 组合体 零件图 1张 A2 2 英文翻译 第二章 数控加工零件编程 2 1 简介 数控程序的指令是一个详细的一条一条的命令 ,这些指令是直接作用于工艺加工装置上。在机械刀具的应用中，程序指令被称为一个零件加工程序，而编写这些程序的人被称为零件程序设计员。 数字控制（ NC）是一种以字母数字代码为基础的自动化操作机械工具。一个能实现操作的完整的指令代码叫 做一个程序。一个程序被转换成相应的电信号后输入到伺服电动机从而带动机器的运转。 我们把从零件图形到控制介质完成的整个过程叫做数字控制编程生产，或者叫做数控编程加工。当用数控刀具加工零件时，程序的编写是非常重要的。所编程序不但要求正确、迅速，而且也要高效和经济。 2 1 1 数控编程的内容和步骤 在数控编程之前编程人员应当很好的理解数字控制机床的 性能，特点，作用及计算机数字控制系统所用编程指令代码的格式等。 编程时，编程人员需要分析零件加工的技术要求，几何形状，尺寸大小和技术需要。然后他就可以确定零件的加工方法 ，预定数值参数和确定切削位置。编程人员根据零件的直径，切削部位的价值，切削参数（主轴转速、进给速度、切削深度）以及辅助的功能（地址转换高速缓存、连续波、中国计算机世界，冷却液的开关）就可以开始编程了。当把程序输入到计算机数控系统时，数控系统控制它上nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 40 面的刀具就可以进行自动的加工。 一般来说，数控编程的主要步骤是分析零件图形，确定加工工艺规程，计算数值，程序编写，程序校验和向数控系统的输入。程序编写的步骤如表 2.1 所示。 （ 1）分析零件图形和确定加工工艺 规程 这个步骤包括分析零件图形，理解加工内容和要求，确定加工技术工艺过程，加工计划，加工次序，加工路由，安装方法，切削参数以及选择切削刀具等。另外，对数字控制的代码要理解透彻，对数字控制的作用也要明白。 （ 2）正确选择程序开端和坐标系统 在数控机床的加工生产中，正确选择程序的开端和相应的系统是非常重要的。在数控编程中，程序的坐标系统是以工件坐标系为标准的。 （ 3）计算数值 在完成工艺规程后，下一步就是根据零件的几何尺寸和切削半径补偿的方法来确定走刀路径，从而确定切削位置。 （ 4）书写零件加工程序 在确定加 工路线，工艺规程和相应的走刀路径的值后，编程者就可以一步步的按照相应特殊功能的代码和计算机数控系统的程序格式把程序书写出来。 （ 5）制造控制载体 数控程序是以与机床控制单元相适应的代码。很多年以前，通用的媒介是一英尺宽的穿孔纸带，用能被数控单元所识别的标准格式来承载。如今，穿孔纸带已经被现代商场中随处可见的新的存储技术所代替。这些技术包括磁带，磁盘和计算机上部分程序的电子转换器。 （ 6）校验零件加工程序 在程序正式用于生产之前，必须要检查程序。我们检测的刀具路径的错误可以损坏零零件图形分析 工艺过程 选择编程原点和坐标系 计算数值 书写和校验程序 表 2.1 数控编程的步骤 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 41 件，破坏固定装置，损坏刀具甚 至机床等等。在一些例子中，我们通过在机床上制造一个零件来检测程序是否正确。根据检测的结果，编程者需要对程序进行修改和调整，直到程序能完全满足机器加工的要求。 以上提到的都是手工编程的步骤，这种编程的方法被称为零件手工加工编程。我们知道一个编程员不仅要对机器的结构、功用及计算机数字控制系统非常的熟悉，而且也应具备加工工艺，例如夹具，切削刀具和切削参数各方面的知识等。 2 1 2 数控编程的方法 零件加工编程可以用各种步骤来实现，这些步骤涉及手工编程方法和高自动化的编程方法。 （ 1） 零件加工手工编程 这种编程之 所以称为零件加工编程是因为它的整个编程过程全是手工的（包括在计算机上计算数值）。在很多的机械加工贸易中，大量的不复杂的零件都是仅由简单的的直线和圆弧几何要素组成的。这些零件的数值计算也是简单的，程序块也不多，程序的检测也容易。这些零件可以由于编程来实现。因此手工编程仍是国内外非常通用的编程方法。 但是手工编程对那些非圆曲线和表面的完成有难度或不易编程。这就需要我们用自动编程的方法去编程。 （ 2） 自动编程 自动编程也叫做计算机辅助编程。大多数或几乎所有的编程都是由计算机完成的。例如数值的计算，程序的书写，制造 控制载体等。自动编程不仅减轻了编程人员繁重的体力劳动，缩短了编程时间而且也提高了编程的质量。同时，也解决了手工编程对复杂零件不容易实现编程的难题。零件的形状和工艺过程越复杂，自动编程的优越性体现的就越明显。 零件加工的自动编程有很多的方法。根据程序输入信息的不同和计算机处理方式的不同，自动编程可分为以自动编程语言为基础的自动数控程序（ APT）的编程和以交互式绘图系统为基础的计算机辅助设计（ CAD） /计算机辅助制造（ CAM）的运用的编程。在设计和制造中，一个 CAD/CAM 系统是由软件支撑完成的计算机交互式绘图 系统。 2 1 3 零件数控加工编程的基础 2 1 3 1 零件数控加工编程的几何基础 （ 1）数控坐标系统 控制 CNC 机床刀具坐标的 X， Y， Z 三 坐标系图 2.2 右手法则 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 42 统称为笛卡儿坐标系，此系统由三个方向的直线构成，称之为坐标轴，相互夹角为 90，切入点的坐标值 可由原点处得到。 这些轴系统的规定包括： （）机床主要轴的运动必须符合右手规则，如图 2.2所示。 （）主轴的运动必须符合图中的 Z 轴方向，接近工件的运动方向称为 Z 轴的负方向，远离工件的运动方向称为 Z轴的正方向。 （）大多数铣床中， X轴的运动是远离并垂直于 Z轴的， X轴是平行于工件的装夹位置并且是水平的， X轴的正方向是当操作者正对着工作台时轴的右侧方向。 （）鉴于对铣床的认识， Y 轴的运动是很靠近并垂直于 Z轴的， Y轴和 X轴在同一个平面内，正对着工作台看时，操作者会发现 Y轴也是垂直于 X 轴的。 大多数 CNC 铣床可实现 X， Y 和 Z 轴的同时动作，称之为三轴联动机床，如 图 2.3和图 2.4。 多数综合的 CNC 机床执行主运动时具有如下附加转动的运动： 相对于 X轴的平行转动或 A轴的转动。 相对于 Y轴的平行转动或 B轴的转动。 相对于 Z轴的平行转动或 C轴的转动。 转动方向同样遵守以下的右手定则。 如图 2.5和图 2.6所示。 （ 2）编程零点 编程零点关系到图形的初始位置。这个点也是从零件图形到零件加工的一个逻辑主轴 工作台 图 2.3 三轴联动数控机床的垂直轴 图 2.4 三轴联动数控机床的水平 轴 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 43 参考点。因此，编程人员必须确定坐标轴的初始位置。这种确定通常建立在编程方便或容易查找的基础上。例如，原点应当建立在零件的某个一角上。如果工件是对称性的，原点通常建立在容易定义的对称中心上。不管原点建立在何处，它都是机床操作者用来交流的。在加工开始时，操作者需要手工操作移动刀具去捕捉加工零件上使刀具容易准确定位的点。零件加工编程人员往往需要用坐标系 统中 的原点去定目标点，操作者再把零点的坐标值输入到机械控制单元。 （ 3）刀具位置种类的方式 在给定的机床坐标系中，刀具以以下的方式被设定在机床的位置：绝对方式，增量方式或混合方式（绝对方式和增量方式）。 （）绝对方式 ： 当零件以这种方式进行加工时，机床从起始点或特殊的原点（ 0，0）去测定每一个新的刀具位置。如表 2.7（ a）所示。 （）增量方式 ： 当零件以这种方式加工时，机床测定刀具每一个新位置都是建立在前一个位置的。图 2.7（ b） 就说明了增量的位置关系。 增量方式通常用 U， V， W 来表 示。 U， V， W 轴分别与 X， Y， Z 轴平行且同向。如果走刀路径是由 A 到 B，则 A 和 B 的各自坐标是 UA=0， VA=0， UB=20， VB=30。此时 U-V 坐标为增量坐标系。 图 2.5 回转轴的右手法则 图 2.6 六轴系统的垂直轴 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 44 增量位置也存在缺陷。其中最显著的是，如果增量位移出现错误随后的位移也相应出现错误。现代的机床有控制位置的能力。根据实际情况，程序编制器可以用绝对式或增量式。 2 1 3 2 数控设计任务书的基本技术 在数控加工程序设计中技术加工是个重要的工作。不管程序是否正确、合理或其它情况它都会影响到工作。直到数控加工过程在 设计任务书允许下可视为自动装置，但设计任务书的正确性、合理性要求非常高。否则合格的产品也不能生产出来。在设计任务书之前，必须先选择正确、合理的加工工艺，技术途径。切削刀具和切削参数。 CNC 加工中的技术加工与传统加工大体上一致，但也有自己的特点。总的来说， CNC加工是个复杂的工作过程。在大多情况下传统加工可以独立处理一些情况。而 CNC 加工只能在设计任务书支配下被操作。 CNC 加工中技术加工的内容主要包括：分析 CNC 加工和任务书中技术的合理性，确定技术路径、任务书的设计方法，选择切削刀具确定切削参数，等等。根据 CNC 加工的特性，讨论在 CNC 加工中随后会出现的问题。 （ 1）合理性的确定任务书中加工路径 切削路径是方向指向加工工件的刀具移动的路径。确定任务书中加工路径的原则包括： （ ）保证加工精度要求和表面粗糙度； （）缩短加工路径，尽可能的减少刀具空转时间； （）简化数值评价，减少程序块； 当数控加工刀具工作，根据刀具不同的运动方向和路径会有顺铣或逆铣。如果铣的方法不同，工作表面粗糙度也不同。所以要合理的选择铣的方法。总的来说，一般加工用逆（ a） nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 45 铣精加工用顺铣。 因为加工过程在弹性变形情况下处于平衡状态，刀具 停顿会引起切削力突然变化，并且会在工作表面留下刀痕。所以要避免刀具停顿。如果在工作上有加工余量，刀具就可以重复切削。在加工中允许的最小余量为 0.2 0.5mm。 （ 2）合理的选择刀具的安装点和换刀点 当程序写好后，应正确、合理的选择刀具的安装点和换刀点。刀具的安装点是在刀库中刀具移动的起点。在这个点上程序是可执行的。刀具的安装点可以选择在工作上或工作外。但是它的大小与工作位置基准有关。选择刀具安装点的原则为： （）安装点应使操作容易，程序简单； （）安装点易找； （）引起加工误差要小； 机床上刀具位置 表示刀具位置点的位置。不同刀具的位置点是不同的。车刀和镗刀的位置点在刀具的前端；铣刀的在刀具的中心；球刀的在球头上。 如图 2.8 示： 在切削过程中如果刀库中的刀具需要换刀，刀具的换刀点就会确定。刀具的换刀点就是刀架的换刀位置。这个换刀点可以是将要被确定的（如加工中心里的机械手）也可以是已经按照意愿确定好了的（如车削中心）。 刀具的换刀点可以在工件上也可以在夹具外。确定换刀点的原则是当换刀时刀架不能接触工件或其它任何部分。 （ 3）合理的选择安装方法，切削刀具和切削参数 数控加工的安装方法和传统的加工一样。尽量 选择通用夹具。必须减少安装时间。加工表面必须一次被机械手住。夹具的选择和设计遵循以下原则： （）尽量选择标准、通用的夹具，避免选择特殊的夹具； （）安装、移动部分要迅速、方便、合理； （）被加工表面要暴露在外。不要让夹具影响刀具的运动、切削速度； nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 46 当设计程序 时 ，切削刀具选择的合理性成为一项非常重要的工作时，它不仅影响刀具的效率，而且还影响工件质量。当切削刀具选择好后，还要考虑工件材料，被加工表面的类型，切削刀具的性能以及加工工序的内容。其选择原 则和传统选择方法一样。但是数控加工中的对切削刀具的要求非常高。切削刀具必须要高精度，刚度强，耐用度久。并且他们的大小要稳定。切削刀具易安装、调整。 切削参数包括转轴转速，馈送率，切削深度以及切削宽度等。根据不同的加工方法和工件材料选择不同的切削参数。 在粗加工中，效率应被首先考虑。但是加工成本也应当考虑。在半成品加工和成品加工中，效率必须得到保证。切削效率和切削成本也应考虑。这就是选择切削参数的原则。 2 2 数控代码 程序中有很多代码。有准备机能的 G 代码和辅助功能的 M 代码。他们是数控程序中的基本。 ISO 可 以不用标准 G 代码和 M 代码就可以工作。因为出现了新的数控系统和机械，在一些系统中出现了大量的超过 ISO 标准的功能。他们的代码丰富，形式灵活，他们不受ISO 标准的约束。此外，即使是相同的功能，不同的公司开发的系统它的代码以及代码形式也有很多的不同。而且同一个公司开发的新、老系统其代码及及代码形式也不相同。但是在大多数数控系统中准备机能代码和辅助功能代码高于或相似于 ISO 标准。在生成 G 代码和 M 代码之前，我们必须首先明白程序语言格式。 2 2 1 程序语言格式 程序格式是信息的支配系统，所以它要与数控控制器的输入信 号相符合。存在一些不同类型的格式，这些采用的格式有我们知道的字码码址。 立铣刀 钻头 球状立铣刀 车刀 图 2.8 不同的刀具点 nts宁夏大学机械工程学院毕业设计 47 （ 1）码址 码址是一个用来描述数字值意义的一系列字符。 （
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