马头凹模的数控编程与加工

题题 目 目 马头凹模的数控编程与加工马头凹模的数控编程与加工 姓姓 名 名 系系 别 别 机械与电子系机械与电子系 专业班级 专业班级 数控技术与应用数控技术与应用 指导教师 指导教师 1 评语 成 绩 良 好 指导教师 窦凯 教研室主任 林新贵 日 期 06 6 21 2 目录目录 摘要 3 引言 3 一 马头模型的建模 3 二 马头凹模的零件分析 4 1 零件结构分析 2 零件工艺分析 1 毛坯选用 2 选择安装基准 确定装夹方式 3 数控刀具的选择 三 工件参数设置及加工编程 5 1 工件参数设置 2 粗加工 3 精加工 四 CAM 编程过程中的参数选项设置 7 五 Mastercam 后置处理 10 六 加工过程遇到的问题与解决方法 11 七 加工后存在的问题 11 八 毕业设计感想 11 九 附件 13 十 参考文献 14 十一 英文摘要 14 3 马马头头凹凹模模的的数数控控编编程程与与加加工工 摘摘 要要 本本文文主主要要论论述述模模的的数数控控编编程程加加工工 在在M Ma as st te er rC CA AM M 环环境境下下进进行行了了数数控控编编程程加加工工 并并生生 成成了了N NC C加加工工程程序序 通通过过对对马马头头凹凹模模的的加加工工操操作作 探探讨讨了了数数控控编编程程与与加加工工操操作作中中的的一一些些新新的的方方 法法和和应应用用 关关键键词词 文文件件转转换换 N NC C编编程程 加加工工操操作作 引引言言 随着历史的车轮在岁月的流逝中向前滚动 不知不觉中已跨进了 21 世纪 经济的发展 造 就了工业飞速 当前计算机辅助设计与编程已成为了现代制造技术中的一项关键技术 特别 在机械制造和数控加工领域得到了越来越广泛的应用 目前比较成熟的CAM 系统主要以两 种形式实现 CAD CAM 系统集成 一体化的 CAD CAM 系统 如 Pro ENGINEERU UG SolidWorks 等 和相对独立的 CAM 系统 如 MasterCAM PowerMill Cimatron 等 前者以内部统一的数据格式直接从CAD 系统获取 产品几何模型 而后者主要通过转换 从其它 CAD 系统获取产品几何模型 然而 无论是哪种 形式的 CAM 系统 都由五个模块组成 即交互工艺参数输入模块 刀具轨迹生成模块 刀具轨 迹编辑模块 三维加工动态仿真模块和后置处理模块 按照传统的CAD CAM 系统和 CNC 系 统的工作方式 CAM 系统以直接或间接 通过中性文件 的方式从 CAD 系统获取产品的几何数 据模型 CAM 系统以三维几何模型中的点 线 面或实体为驱动对象 生成加工刀具轨迹 并以刀具定位文件的形式经后置处理 以 NC 代码的形式提供给 CNC 机床 实现了零件的 NC 加工 一 马头模型的建模一 马头模型的建模 我是根据下图的图片来构建模型的 我们首先是在此模型上划线 然后就在机床上测量各个划 马头模型的原始塑件马头模型的原始塑件 4 出来的点的坐标值 接着就在 PRO E 里面进行模型的建造 我先在 PRO E 里面的造型里面描绘出马 头的形状 再根据在机床上测量到的数据来绘制正面看去的轮廓线 做轮廓线时是先绘根据坐标来 绘制点 再绘样条曲线来连结各个点便得到 然后就根据这些线来进行边界曲面的混合生成曲面 待所有的曲面都已做好了之后就进行曲面的合并就得到了一个整体的曲面模型 最后进行加厚操作 来得到实体 再另建一个实体文件来构建马头的底座图形 此底座的造形比较的简单只有一个旋转 和一个拉伸切剪就完成了 分模的操作是在 MasterCAM 里面来做的 因此最完成的零件的构建后就 把文件格式转换成 IGES 格式以便在 MasterCAM 里也能读到进行下一步的操作 边界混合曲面边界混合曲面 最得到的实体最得到的实体 底座零件底座零件 进入到 MasterCAM 里面后 就读取上面在 PRO E 里面转换出来的 IGES 格式文件进行分模 在 里面进行变换和移动 使之移动到适合的位置 而模型的分型面根据零件的形状决定是做成台阶形 的 最后进行修剪多余出来的曲面平整完成并移动复制到不同的图层形成凸模凹模模型 最后分出 来的模型如下面的图形所示 马马头头凹凹凸凸模模 二 马头凹模的零件分析二 马头凹模的零件分析 零件图样分析主要分析零件的形状 尺寸 和技术要求 定位基准及毛坯等 如如 图图 1 1 所示 所示 零件结构分析 零件结构分析 马头凹模主要是用于玩具方面的塑料产品 该模型 的形状比较复杂 宽窄不一 在数控加工方面 由于 很多曲面 增加了编程的步骤 并且需要打点火花的 地方 增加了加工的难度 零件工艺分析 零件工艺分析 分析一个零件的工艺 主要是分析加工该零件所用的毛坯 性能 定位基准 装夹方式及加工切削用量 刀具的选用 5 1 1 毛坯选用 毛坯选用 图图 1 1 马马头头凹凹模模 零零件件二二维维图图 根据我们这次毕业设计所做出的零件需要注塑 学校给我的毛坯是 210 100 67 的 45 钢 但考虑到加工零件时毛坯是否便于定位和装夹 是否需要热处理 毛坯尺寸要考虑到零件的尺寸 是否留有足够的加工余量等问题 判断毛坯加工的难易程度 为刀具材料和切削用量的选择提高依 据 零件的加工范围是 70 x180 x45 25 2 2 选择安装基准 确定装夹方式 选择安装基准 确定装夹方式 1 在普通铣床中铣一个长方体 再在磨床上磨出定位基准 在加工装夹时 正确选择定位基 准对保证表面间的位置要求 位置尺寸和位置精度 和安排加工顺序都有很大的影响 一个零件加工 的基准包括设计基准 定位基准和装配基准 因为我们要合模 一般都是采用设计基准作为定位 基准的基准重合原则 这样可以避免基准之间的误差 选择装夹时 在数控加工中心中夹具主要任 务就是保证零件的加工精度 夹具要有足够的刚性和强度 我们使用虎钳装夹 3 3 选择数控刀具及切削用量 选择数控刀具及切削用量 在数控机床中加工 特别是加工中心 其主轴转速一 般比普通机床的主轴转速高 2 5 倍 我们实训中心的加工 中心主轴转速是 3000 转 秒 所以对刀具的要求也相对高 点 刀具要具有较高的刚度和良好的断屑性能 刀头材料 热脆性要好 加工一般都是按照先粗后精的步骤来加工零 件 对于我们加工的凹模零件材料 开粗时使用的是合金 刀 因为合金刀的硬度使吃刀量可以大点 这样就节省了很 多时间 我们这次加工一般用的都是三刃 四刃立铣刀 加长球刀 合金刀 如图如图 2 2 所示所示 图图 2 2 刀刀具具 刀具的选择主要是根据零件材料切削加工性 工件表面几何形状和尺寸大小 而切削用量则根据零 件材料特 点 刀具性能及加工精度要求来确定 一般为了提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀 侧吃刀量 取刀具直径三分之一到二分之一 背吃刀量应大于冷硬层厚度 切削速度和进给速度应视加工情况 来选取效率和刀具的综合最佳值 精铣时切削速度应高一些 三 零件加工编程及参数设置三 零件加工编程及参数设置 MasterCAM 是一套基于 Windows 的 PC 级 CAD CAM 软件 它具有优秀的数控编程功能 有 效地解决了几何造型 零件几何形状的显示 交互设计 修改及刀具轨迹生成 走刀过程的 仿真显示 验证等问题 本文采用MasterCAM 对由 Pro E 所生成的马头凹模进行 NC 加工 如如图图 3 3 所所示示 参照前面马头凹模的零件分析 考虑到精度问题 采用粗精加工相结合 进行 不同方式的加工达到要求 6 图图 3 3 马马头头凹凹模模加加工工实实体体 图图4 4 工工件件参参数数的的设设置置 马马头头凹凹模模的的工工件件参参数数设设定定 在对马头凹模进行曲面挖槽粗加工模拟前 先要对坯料工件参数进行设定 如如图图 4 4 所所 示示 工件是 210 x100 x67 的 A3 钢 工件的原点是设在 0 0 67 2 2 粗加工 粗加工 对于这个零件我首先对它整个外形做三维曲面挖槽粗加工与一般挖槽 选用平刀直径 16 的合 金刀 为达到好的效率 设 Z 下刀量为 0 5mm 主轴转速为 1000 进给速度 800 Z 轴下刀速率 200 余量留 0 1mm 我加工的马头是两个 我就分开来编程的 由于第一步的三维曲面挖槽粗加 工的刀具直径大 还有很多的地方的余量还很大 我用了一些小刀对这些部分分开来加工 从第四 步开始就是半精加工 根据工件的空间的大小我用 8 的平刀来加工 Z 下刀量为 0 2mm 主轴转速为 1600 进给速度 1000 Z 轴下刀速度 500 余量留 0 08mm 从这第四步起到第 14 步都属于半精加 工 用的都是 8 的平刀 在第八步到十一步用的是等高外型加工 设 Z 下刀量为 0 1 主轴转速为 1600 进给速度 1000 Z 轴下刀速度 500 余量 0 08 7 第十二步和第十三步采用的是一般挖槽 对台阶的下面加工 两步的粗切削角度分别为 0 度 和 90 度 就是应用了十字铣 8 的平刀 设主轴转速为 1600 进给速度 1000 Z 轴下刀速度 500 余量留 0 08 第十四步和第十五步采用了一般挖槽和曲面挖槽加工 加工中间的部分 第十四步曲面挖槽 粗加工中间的槽 Z 轴最大进给 0 5mm 主轴转速为 1600 进给速度 1000 Z 轴下刀速度 500 余 量 0 5mm 第 15 步是一般挖槽 精加工槽底的部分 主轴转速为 2000 进给速度 1200 Z 轴下刀 速度 600 XY 余量留 0 08 Z 向留量为 0 如图 5 6 所示 图图 5 5 粗加工刀路图粗加工刀路图 图图 6 6 组加工刀路图组加工刀路图 3 3 精加工 精加工 第十六步对中间内圆内册等高外型精加工 选用平刀直径 2 的高速钢刀 Z 下刀量为一刀切削 Z 轴最大进给量 0 05 主轴转速为 3500 进给速度 1800 Z 轴下刀速率 800 第十七步对中间突槽外型外型铣削精加工 选用平刀直径 2 的高速钢刀 Z 下刀量为一刀切削 主轴转速为 3500 进给速度 1800 Z 轴下刀速率 800 第十八步和第十九步对马头下面的长方形区内外型铣削精加工 此步为清楚残料 选用平刀直 径 2 的高速钢刀 Z 下刀量为一刀切削 主轴转速为 3000 进给速度 1800 Z 轴下刀速率 800 x y 方向留 0 08 余量 Z 方向余留量 0 08 第二十步对流道的曲面挖槽粗加工 选用平刀直径 2 的 高速钢刀 Z 轴最大进给量 0 2mm 主轴转速为 3500 进给 速度 1800 Z 轴下刀速率 800 预留量 0 08 第二十一和第二十二步对马头下面的长方形地面一般挖 槽精加工 选用平刀直径 2 的高速钢刀 主轴转速为 3500 进给速度 800 Z 轴下刀速率 400 X Y 预留量 0 08mm 如图如图 7 7 所示所示 图图 7 7 槽槽加工加工 第二十三和第二十四步对马头下面的长方形内侧外型铣削精加工 选用平刀直径 2 的高速钢刀 主轴转速为 3500 进给速度 800 Z 轴下刀速率 400 如图如图 8 8 所示所示 第二十五步对突台外型铣削精加工 选用平刀直径 2 的高速钢刀 主轴转速为 3500 进给速 度 800 Z 轴下刀速率 400 第二十六和二十七步对交口外型铣削精加工 选用平刀直径 2 的高速钢刀 主轴转速为 3500 进给速度 800 Z 轴下刀速率 500 8 第二十八到三十六步全是等高外型精修 应用 2 和 4 的球刀 主轴转速为 3500 进给速度 1200 z 轴下刀速度 600 第三十七到四十三步全是平行铣削精修 应用的也是 2 和 4 的球刀 主轴转速为 3500 进给 速度 1200 Z 轴下刀速度 600 第十八步对俯视图右下脚的椭圆形凸台下的面进行三维平行精加工 选用平刀直径 6 的高速钢 刀 Z 下刀量为 0 03mm 主轴转速为 3000 进给速度 1800 Z 轴下刀速率 500 角度为 90 度 图图 8 8 第十九步对俯视图上半部分两斜面进行平行精加工 因这个工件为缩小件 次两斜面与这里的 小槽在凹模里无法加工 因此我把这两个斜面与小槽补上面再进行加工 选用球刀直径 3 的高速钢 刀 Z 下刀量为 0 03mm 主轴转速为 4000 进给速度 2000 Z 轴下刀速率 800 角度为 90 度 如如 图图 9 109 10 最后加工完成的仿真实体 如图 15 16 图图 9 9 精加工刀路图精加工刀路图 图图 1 10 0 精加工刀路图精加工刀路图 四 四 CAMCAM 编程过程中的参数选项设置编程过程中的参数选项设置 MasterCAM 中的加工参数的设计是非常重要的 合适的参数要通过理论与实践的相结合得 出来的 不同材料的加工参数也不同 具体情况具体分析 在 CAM 编程过程中的参数选项设 置都是通过查表和经验相结合而设订的 比如说我们选用平刀直径加工编程 16 的合金刀 对整个 外形做三维曲面挖槽粗加 那我们可以在切削用量选择表中输入刀具的直径 就可以得到相应的参 数 但是我们的切削深度设得很小 所以我们的进给速度也可以相应的设大一些 如图如图 1111 1212 1313 1414 所示所示 9 图图 1 11 1 加工效果加工效果 图图 1 12 2 切切削削用用量量选选择择 图图 1 13 3 刀刀具具参参数数的的设设定定 10 图图 1414 曲面挖槽粗加工对话框曲面挖槽粗加工对话框 五 五 MastercamMastercam 后置处理后置处理 Mastercam 后置处理主要是使编程软件的代码和机床的编程代码相 一致 一般不同型号的机床使用的代码也不尽相同 所以我们编程 时首先要熟悉所使用的机床编程软件的代码 我们学校的加工中心 的喷油的代码为 M7 而 CAM 编程时的代码是 M8 在 Mastercam 后置 处理时我们就需要把 M8 改为 M7 如图如图 1515 利用 Mastercam 产生后置处理程序 如图 21 22 所示因篇幅有限 本 文只摘录了部分 NC 代码如下 如如图图 1 16 6 图图 1616 后处理后处理 NCNC 输出输出 图图 1515 后处理程式后处理程式 O0000 PROGRAM NAME MATOU AO DATE DD MM YY 29 03 06 TIME HH MM 09 02 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 16 FLAT ENDMILL TOOL 1 DIA OFF 1 LEN 1 DIA 16 N104T1M6 N106G0G90G54X71 647Y 3 487A0 S1000M3 N108G43H1Z120 N110Z73 6 11 N112G1Z68 6F400 N114G3X58 513Y2 417Z67 81R7 2 N116X70 399Y 5 388Z67 1R7 2 N118G1X71 129Y 4 588F800 N120X71 738Y 2 988 N122X72 051Y 2 188 N124X71 849Y 1 388 N126X71 741Y 588 N128X71 677Y 212 N130X71 81Y1 012 N132X69 533 六 六 加工过程遇到的问题与解决方法加工过程遇到的问题与解决方法 由于我们毕业设计的毛 坯的尺寸很小 限定我们找零件得符合毛坯 所以我们的零件就会有 一些很难加工的地方 本来有的地方间隙就过小或是直角 使得刀具半径或加工不到 就根本 加工不到 因此 在加工过程中我们把这些凹模或凸模不能加工的面倒圆角或者打电火花 在 加工时 工件放置和找正是加工出来一个合格产品的基础 就算是有几丝的误差也会影响到加 工效果 所以装夹时要擦干净毛坯和虎钳 利用百分表准确找正 还有是在粗加工过程中 后 一不加工编程要考虑到前步加工留下的余量是多少 有没有影响下一步加工的刀具路径 过多 余量会使刀具磨损或断刀 七七 加工后存在的问题加工后存在的问题 由于经验不足 在编程加工过程中所设的参数不够完善 导致加工出来的零件精度不高 八 八 毕业设计感想毕业设计感想 我们这次毕业设计比我们的师兄们早就开始的 在这两个月的时间里 应该是我收获最大 的阶段 在刚刚开始的时候我们需要寻找自己想要加工的零件 并且需要那到机床是描点 这 可需要有耐心拍 不过在描点的过程中使我们更加深入的了解了雕刻机的操作 点描完之后 就开始造型 在这个过程中使我们对PROE 的造型功能更加的操作更加熟练 给我们最大的 感触就是 PROE 的造型功能比 MASTERCAM 的造型强的多 不过 MASTERCAM 的编程功能比 PROE 的功能强的多 造型结素之后就分模了 之后就编程加工 最后得总结才行 上面我简单的介绍了一下整个毕业设计的全过程 在这个过程中我主要负责的是编程那段 我觉得用 MASTRCAM 编程还是比较复杂的 需要做很多的干涉面 补面等等 在编程的时候 要设置主轴转速 进给率 精加工余量 还的注意刀具的选择 一般在粗加工的时候会小一些 但在精加工的时候可以大一些的 一般在粗加工的时候所用的刀具直径比较大 精加工的时候 大一些 我们是几个人一组 一组的成员做一个模具 根据人来分配任务 可以说我们的分工明确 也体现了我们的团队精神 经过这次毕业设计我对编程软件MASTERCAM 有了更深入的了解 可以熟练的应用一些编程命令 我觉得加工中心给现代的制造业带来了很大的便利 无论从那个方面来讲 现在我们家里 12 用的大部分用品基本上都是应用这中方法来制作出来了 可以说中国的制造业还处与发展阶 段 我们应用的加工中心大部分都是外国进口的 中国的加工中心还很初步的 所以说中国 的制造业还有很大的发展空间的 从这段时间的实训我们可以看的出 数控编程就是其中一 个小的部 分 13 九 附件 九 附件 番禺职业技术学院机电系实训中心数控实训室番禺职业技术学院机电系实训中心数控实训室 CNC 实训 加工工序卡 工序卡号 产品名称 材料 A3编程员 耿博日期 2006 3 16 机床号 04零件名称 马头凹模数量 1核对 日期 存档位置 D 03 数控毕业设计 03504010第 1 页共 1 页预计加工时间 完成日期 2006 3 20 刀具参数进给率转速余量进给量 序 号 NC 名称 编 号 直 径 编程 推荐实际编程 推荐实际 XYZXYZ 刀 刃 长 装 刀 长 预 计 时 间 开始 时间 结束 时间 实际 时间 1F16 R 平 刀 1 6 1000 8001000800 6006000 10 160 0 5 18 22 1 8 0 41 38 2F18 R A 平 刀 1 6 1000 8001000800 6006000 1 0 1 5 33 0 5 188 16 0 31 3F8 R 平 刀 81600 150016001000 800720 0 0 5 033 1 189 050 20 4F8 R A 平 刀 81600 150016001000 8007200001 189 410 30 5F4 F 球 刀 R21200 100013003000 3500330000 0 0 8 20 2 0 23 0 5 2 55 6F4 F A 球 刀 R21200 100013003000 3500330000 0 0 8 0 0 8 188 309 100 40 7F4 R 平 刀 4800 6003002800 300031000 10 1 0 0 7 0 0 7 189 40 10 3 8 0 38 8F4 F B 平 刀 4800 6008002800 30003100 0 0 8 033 0 5 18 10 5 6 11 2 8 0 32 9F4 F C 平 刀 4800 6008002800 300031000033 0 5 18 11 3 3 0 20 10F3 R A 平 刀 3200 3001003000 35003300 0 0 8 0 0 8 0 0 7 18 15 0 8 0 31 11F3 R B 平 刀 3100 2001003000 35003600000 5 18 16 0 5 0 30 12F3 R C 平 刀 31400 120015003000 3500330000 0 0 5 188 060 20 13F4 F D 球 刀 R21200 100014003000 3500330000 0 0 5 188 450 33 14F2 F 平 刀 2800 4001003500 3600 3600000 0 0 5 189 430 23 加工要求与备注 总时 间 14 参参考考文文献献 1 郑修本 机械制造工艺学 北京机械工业出版社 1995 5 2 何满才 数控编程与加工 MasterCAM9 0实例详解 北京 人民邮电出版社 2