小型玩具飞机模型数控加工设计.doc

工学院毕业设计小型玩具飞机模型数控加工设计二零 年 月 专 业：数控技术 班 级： 学 号： 学生姓名： 校外指导教师： 校内指导教师： 专 业：数控技术 班 级：数控0911 学 号：0901107114 学生姓名：鲍斌 校外指导教师：夏雨 校内指导教师：陈永刚目录第一章 引言21.1 概述2第二章飞机的造型321飞机头部的造型322机身部分的造型423绘制机尾部分524绘制引擎部分625对引擎和机尾做圆角处理726机身部分进行融合及抽壳827对机头与机身融合与切除的造型828定位键的造型10第三章飞机模型的分模1331快速断开1332设置分模线与分模面1433创建新毛坯，形成型芯与型腔1434输出模具部件1535处理型腔及型芯模具部件15第四章工艺规划1741工件分析1742确定工件的装夹方法1743选择合适的刀具1744刀具切削用量的选择17第五章模型加工及分析（型芯部分）1851使用Cimatron E8.0对未进入加式模式时参数的设定1852进入加工环境建立刀路轨迹1853进入加工环境创建毛坯1854创建加工程序（粗铣上表面）1955创建加工程序（粗铣个凹陷部位）2056创建加工程序（精加工上表面）2057创建加工程序（精加工个凹陷部位的侧壁面）2058创建加工程序（精加工个凹陷部位的表面）2159创建加工程序（粗加工飞机表面）21510创建加工程序（对飞机尾部由于9铣不到的区域进行清角处理）21511创建加工程序（对飞机尾部由于9铣不到的区域进行清角处理）22512创建加工程序（精加工飞机模型的侧壁）22513创建加工程序（精加工飞机模型尾部的斜面进行爬面）22514创建加工程序（精加工飞机模型上表面的）23515最终计算后生成的刀具轨迹图24第六章 结论与展望25参考文献26附录A 工艺卡27工学院毕业设计摘 要：小型飞机玩具模型的造型设计与加工编程是通过Cimatron E8.0软件的造型和分模功能，运用三轴加工处理功能再到后置处理,对其进行加工设计，加工工艺选择环切进行粗加工、根据层进行侧面精加工、精铣水平区域进行分型面精加工等步骤加工出飞机三维，同时运用cimatron软件件模型分模。然后对模型的模拟加工，根据加工方式可以选择粗加工体积铣环切-3D，而精加工的方式选择曲面铣根据角度铣，水平面精加工是曲面铣精铣水平区域。解决了数控铣床手工编程产生的问题，使得产品加工时，有相关参数的选择，大幅度的提高产品加工的精度。 关键词：飞机模型；造型；分模；加工工艺第一章 引言1.1 概述设计小型飞机玩具模型，利用cimatyon软件绘制零件的三维实体图及零件分模图，导工程图；主要的是工艺的设计，设计该产品的加工工艺流程，并编写加工工艺过程卡片；按照工艺过程，使用cimatyon软件完成零件的刀具轨迹创建工作，进行加工工艺过程仿真，初步检验刀具轨迹的正确性；完成零件数控加工工艺的编程。难点是配合件的配合，尺寸要求对应，精度要求高。Cimatron E 是专门针对工模具行业设计开发的CAD/CAM软件。Cimatron E的3D设计工具融合了线框造型、曲面造型和实体造型，允许用户方便的处理获得的数据模型或进行产品的概念设计。针对模具的制造过程，Cimatron E支持具有高速铣削功能的2.55轴铣削加工，Cimatron E以交互式的NC 向导条引导用户完成整个NC过程。编程过程快速方便，易学易用。同时Cimatron E在程序的可靠性、加工效率上也有相当好的口碑。通用典型CIMATRON E平台在进行数控铣削加工编程时，其三轴刀具轨迹设计、刀具矢量控制及其轨迹自动生成、后台处理程序开发等方面的对比应用，并以实例的形式进行说明，希望能不同的CAM软件平台进行数控编程时提供较好的作用，为生产带来较高的加工效益和人性化。通过这两种软件完成零件的三维造型设计和程序编制。通过已有知识并查阅书籍，完成工艺设计及编制。第二章 飞机的造型21飞机头部的造型1打开cimatron，新建零件文件，单击“草图”（）选项，先择默认平面，进入草图状态。.利用软件提供的草绘工具（直线、圆弧、尺寸）绘制如下图（2-1-1）图（2-2） 2-1-1机头轮廓草图 2-1-2机头草图点击（），退出草图状态。在工具栏中选择 “实体新建旋转”（）， 依次拾取画好的轮廓及旋转轴，设置相关参数（增量，单向，增量角度=180）如下图（2-1-3）图（2-1-4） 2-1-3机头参数图 2-1-4机头实体图单击“草图”（）选项，先择平面，进入草图状态。用草绘工具绘制如下图（1-1-5）2-1-5草图点击（），退出草图状态。在工具栏中选择 “实体新建拉伸”（），拾取轮廓，设置相关参数（增量，两边，增量与反增量=2mm）如下图（2-1-6）图（2-1-7） 2-1-6机头拉伸图 2-1-7机头实体图单击（），选择上图中两条圆弧，设置全局值=2mm。如下图（2-1-8）图（2-1-9） 2-1-8机头实体图 2-1-9机头实体图单击（），选择两个实体，然后确定。单击（），依次选择合并后的实体、拾取开面，设置参数（通用厚度=1，内侧）。如下图（2-1-10）图（2-1-11） 2-1-10机头抽壳图 2-1-11机头实体图22机身部分的造型 单击“草图”（）选项，先择平面，进入草图状态。选中所画的一半后单击（），再选择中心线，即可得到另一部分草图。绘制图形（含部分尺寸）。如图（2-2-1）图（2-2-2）图（2-2-3）图（2-2-4） 2-2-1机身草图 2-2-2机身草图 2-2-3机身草图 2-2-4机身草图 在工具栏中选择 “实体新建拉伸”（），拾取轮廓，设置相关参数（增量，单向，增量与反增量=2mm）如下图（2-2-5）2-2-5机身实体图单击，全选机身，将机身向X轴移动3mm设置参数如图（2-2-6）2-2-6机身参数图23绘制机尾部分1.（草图选择机身上表面）绘制草图，(图2-3-1) 2. “实体新建拉伸”（）, 拾取轮廓，设置参数（增量，单向，增量=2mm）图（2-3-2） 2-3-1 机尾草图 2-3-2机尾实体图3.（1）绘制草图，选择机尾块为平面，画一直线（图2-3-3），退出草图。 （2）选择“曲面扫掠面”（），设置参数，形成一张平面（图2-3-4） （3）选择“实体切除”（）设置参数，将机尾部分切除（图2-3-5） 2-3-3机尾草图 2-3-4机尾图 2-3-5机尾实体图24绘制引擎部分（1）（草图选择机身上表面）绘制草图，(图2-4-1)（2）“实体新建拉伸”（）, 设置参数（增量，单向，增量=2mm）（图2-4-2）（3）绘制草图，选择机尾块为平面，画一直线（图2-4-3），退出草图。（图）（4）选择“曲面扫掠面”（），设置参数，形成一张平面（图2-4-4）（5）选择“实体切除”（）设置参数，将机尾部分切除（图2-4-5） 2-4-1 引擎图 2-4-2实体图 2-4-3实体图 2-4-4引擎实体图2-4-5飞机实体图25对引擎和机尾做圆角处理1. 单击（），选择上图中蓝色圈起来的线，设置全局值=1mm。如下列图（2-5-1）图（2-5-2） 2-5-1机尾图 2-5-2机尾实体图最终得到的图（1-5-3）2-5-3实体图 单击“编辑复制几何体镜像阵列”()，设置相关参如图(2-5-4) 2-5-4机尾镜向图最终得到的图（2-5-5） 2-5-5机尾实体图26机身部分进行融合及抽壳 （1）在工具栏中依次单击“实体融合”（）选择机尾及引擎实体与机身，确定 （图2-6-1） （2）在工具栏中依次单击“实体抽壳”（ ），选取上步中合并的实体，选取开面（机身底面），通用厚度=1mm，方向为内侧(2-6-2)。 2-6-1 机身抽壳图 2-6-2抽壳实体图27对机头与机身融合与切除的造型绘制组合曲线（1）绘制直线，单击“直线”（），选择（图2-7-1）中的两个点，设置参数按两点方式画线（图2-7-2） 2-7-1机头图 2-7-2参数图（）单击工具栏中“曲线组合曲线”（），选择上一步中的直线及图中的圆弧，设置参数图（2-7-3），单击确定，即图（2-7-4）中两条棕色的线 2-7-3 实体图 2-7-4机头实体图 2.通过删除拉伸把机头的部分实体删除（1）单击“草图”（）选项，选机身内的平面，进入草图。用草绘工具绘制如图2-7-5，（）依次单击工具栏中的“实体删除拉伸”（），拾取图中的轮廓，设置参数，单向，增量5mm，选择机头作为删除拉伸的对象，如图2-7-6.最终得到图形为图2-7-7 2-7-5机头图 2-7-6实体图2-7-7实体图通过删除旋转把机头与机身相交的部分实体删除（）在工具栏中依次单击“实体融合”（），设置参数（图2-7-8），拾取机头与机身为融合对象，然后确定 （图2-7-9） 2-7-8整机融合图 2-7-9实体图（）在工具栏中选择 “实体删除旋转”（）， 依次拾取图（2-8-0）中的组合曲线及旋转轴，设置相关参数（增量，单向，增量角度=360）（图2-8-0），拾取整个实体，单击确定, 确定后的效果（图2-8-1） 2-8-0机头图 2-8-1机头实体图28定位键的造型（） 单击“草图”（）选项，先择平面，进入草图状态。（）点击（），退出草图。在工具栏中选择 “实体新建拉伸”（），拾取轮廓，设置参数（“到参考”）选择机头内曲面（2-8-2）得到的实体如图1-8-3所示 2-8-2 机头草图 2-8-3机头实体图 （）单击“草图”（）选项，先择平面，进入草图状态，绘制图（2-8-4），图（2-8-5），图（2-8-6）（）点击（），退出草图。在工具栏中选择 “实体新建拉伸”（），将直径为的圆向轴的负方向拉伸0.5mm，直径为2.5的圆向轴的正方向拉伸1mm（）依次单击工具栏中的“实体删除拉伸”（），拾取图中.5mm的轮廓，设置参数，单向，增量1mm，选择上一步骤中拉伸所得的实体作为删除拉伸的对象。如图（2-8-7） 2-8-4参数图 2-8-5参数图 2-8-6参数图 2-8-7参数图 （）单击()，全选上一步骤中所做出来的定位键，设置参数图（2-8-9） （）同上一步骤，这里不在赘述。如图（2-8-10）2-8-9参数图2-8-10实体图（）在工具栏中依次单击“实体融合”（），设置参数（图1-8-11），拾取图中所有对象，然后确定 2-8-11参数图第三章 飞机模型的分模31快速断开1.打开cimatron 软件，单击“分模设置”（），选择完成的（一）中完成的图形文件，设置参数如图（3-1-1）与图（3-1-2），然后确定。 3-1-1分模导向图 3-1-2分模导向图单击“快速断开”如图（1-1-3），设置参数（两个方向，垂直面不包括，使用分析）图（1-1-4），选择中中间白色的面及飞机尾部的棕色的面，在“split01飞机模型”上右击，选择“附加”，最后单击退出（） 3-1-3参数图 3-1-4参数图（）设置拔模角，单击“拔模角分析”（），设定拔模角角度（图3-1-5），单击退出（）3-1-5拔模角图32设置分模线与分模面（） 单击“分模线预览”（）如图（3-2-1）中蓝色的线即为分模线。（） 单击工具栏中“曲线组合曲线”（），选拾取分模线为组合曲线的对象，设置参数如图（3-2-2） 3-2-1分模线图 3-2-2分模面图（） 单击“外分模面”（），拾取上一步中组合的曲线，设定宽度=100mm，如图（3-2-3）3-2-3外分模面图33创建新毛坯，形成型芯与型腔（1）单击“草图”（）选项，先择分模面，进入草图状态，绘制图（3-3-1）（）点击（），退出草图。在工具栏中选择 “实体新建拉伸”（），拾取图（3-3-2）中的轮廓，设置参数（增量，两边，增量反向增量20mm）图（3-3-3） 3-3-1 参数图 3-3-2参数图（）在工具栏中选择“分模工具新毛坯”（），选择上一步骤中的轮廓（图3-3-3）3-3-3轮廓图34输出模具部件选择“分模输出模具部件”（），两次单击确定，弹出如图信息框，单击确定即可。（3-4-1）3-4-1生成图35处理型腔及型芯模具部件选取菜单“激活工具缝合分模面”，再选取菜单“激活工具切除”，选取毛坯为要被切除的实体，单击鼠标中键退出，选取分模曲面，作为用来切除的体，切换删除方向箭头为向下，在“特征向导”对话框中单击“确定”。最后删除分模曲面。以下两图所示为分模结果。（两张图中的4个突起与凹陷是为了防止型芯与型腔之间发生相对移动）(3-5-1)(3-3-2)3-5-1上模图3-5-2下模图第四章 工艺规划41工件分析零件的结构一般，模具要求的精度一般，采用硬度适中的号钢（45号钢为优质碳素结构用钢）加工后的精度要求高，在数控铣床中加工。毛坯为六方块，六面已光整处理。42确定工件的装夹方法把底面固定在机床上，夹具为平口钳。加工的坐标系定在毛坯上表面的上表面中心位置，使与软件中定的坐标系相一致。43选择合适的刀具选择合适的刀具是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响到加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。44刀具切削用量的选择切削用量包括主轴转速（切削速度）、层降步距和侧向步长、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对刀具磨损、加工质量均有显著影响。对工件的不同区域，要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。加工时的机床转速及进给是通过附录中的公式、结合实际加工中的经验及金属切削手册综合得来的。由于刀具与金属发生切削时会产生大量的热这里的刀具采用硬质合金刀片。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑加工成本；精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、加工成本。具体数值应根据金属切削用量手册，并结合经验而定。第五章 模型加工及分析（型芯部分）51使用Cimatron 对未进入加式模式时参数的设定（）打开欲加工的型芯文件（）在工具栏中依次打开“基准坐标系几何中心”（），全选模型，单击中键退出后，拾取坐标系的的原始点即工件上表面的中心点，然后确定。依次打开“基准坐标系激活坐标”（），选择上一步中建立的坐标系后确定。如下图(5-1-1)5-1-1飞机型芯图（）利用模式下能过“组合曲线”、“投影”、“草图工具”、“边界曲面”等创建辅助线及辅助面以提高数控加工效率和优化加工方法52进入加工环境建立刀路轨迹（）在工具栏中依次打开“文件输出加工”（），要求选择加工坐标系，单击“选择”坐标系，选取上一步骤中的新建的坐标系，单击确定即可。（）工具栏中依次打开“程序创建刀路轨迹”（）如图（5-2-1）选择安全平面高度=50mm5-2-1参数图53进入加工环境创建毛坯（）在工具栏中依次打开“程序创建毛坯”（），使用默认参数。如图（5-3-1）5-3-1参数图54创建加工程序（粗铣上表面）选择“体积铣环切3D”对零件进行上表面粗加工，加工余量0.3mm）选择图（5-4-1）中的两黄色的曲线，全选图中的曲面，就确定了加工范围。）选择一把刀具，这里选择25R5的牛鼻刀（）设定机床参数“主轴转数=1910r/min”“进给=916mm/min”）设置各类主要加工参数如图（5-4-2）图（5-4-3）图（5-4-4）图（5-4-5）图（5-4-6）保存并计算5-4-1加工图 5-4-2参数图 5-4-3参数图 5-4-4参数图 5-4-5参数图 5-4-6参数图55创建加工程序（粗铣个凹陷部位）选择“体积铣环切3D”对零件进行的个凹陷部位粗加工，加工余量0.3mm） 选择图（5-5-1）中的条黄色的曲线，全选图中的曲面，确定了加工范围。图（5-5-2） 选择刀具，这里选择20R4的牛鼻刀） 设定机床参数“主轴转数=2400r/min”“进给=1000mm/min”） 设置各类加工参数如图（5-5-3）5-5-1刀路图 5-5-2参数图 5-5-3参数图）保存并计算（）56创建加工程序（精加工上表面）选择“体积铣环切3D”对零件的上表面进行精加工，余量设为0mm1）步骤同4.3.12）步骤同4.3.23）设定机床参数“主轴转数=2400r/min”“进给=1000mm/min”4）设置零件加工余量为0（）保存并计算并计算57创建加工程序（精加工个凹陷部位的侧壁面）选择“ 曲面铣层切”对个凹陷部位的侧壁面进行精加工1）步骤同（5-5-2）2）选择刀具，这里选择16R0.8的牛鼻刀3）设定机床参数“主轴转数=2500r/min”“进给=2300mm/min”4）设置零件加工余量为0（），设置“Z值最大值= 4.55”设置“Z值最小值= 14.53”其他参数如图（5-7-1）图（5-7-2） 5-7-1进刀退刀图 5-7-2参数图）保存并计算并计算58创建加工程序（精加工个凹陷部位的表面）选择“体积铣环切3D”对零件的上表面进行精加工，余量设为0mm）步骤同4.4.1）选择刀具，这里选择16R0.8的牛鼻刀3）步骤同4.6.34）设置“Z值最大值= 14.35”，设置“Z值最小值= 14.55”5）保存并计算并计算59创建加工程序（粗加工飞机表面）选择“体积铣环切3D”对零件的上表面进行精加工，余量设为0.3mm）选择如图（5-9-1）中的一的组合曲线，选择所有曲面，确定加工范围）选择刀具，这里选择12R0.8的牛鼻刀）设定机床参数“主轴转数=2600r/min”“进给=1000mm/min”）设置“Z值最大值= 0”，设置“Z值最小值= 4.35”，层降步距0.3mm）保存并计算并计算 5-9-1飞机表面刀路图510创建加工程序（对飞机尾部由于9铣不到的区域进行清角处理）选择“体积铣环切3D”）选择如图（5-10-1）中的2条的组合曲线，选择所有曲面，确定加工范围）选择刀具，这里选择3R0的平底刀）设定机床参数“主轴转数=10000r/min”“进给=2300mm/min”）设置“Z值最大值= 1.52”，设置“Z值最小值= 4.35”，层降步距0.2mm）保存并计算并计算 5-10-1机尾刀路图511创建加工程序（对飞机尾部由于9铣不到的区域进行清角处理）选择“体积铣环切3D”，余量0.3mm）选择如图（5-11-1）中的组合曲线，选择所有曲面，确定加工范围）选择刀具，这里选择6R0的牛鼻刀）设定机床参数“主轴转数=2500r/min”“进给=1800mm/min”）设置“Z值最大值= 1.52”，设置“Z值最小值= 3.34”，层降步距0.2mm）保存并计算并计算 5-11-1机尾刀路图512创建加工程序（精加工飞机模型的侧壁）选择“曲面铣层切”，余量0mm）选择如图（5-12-1）中的黄色曲线，选择所有曲面，确定加工范围）选择刀具，这里选择6R0的牛鼻刀）设定机床参数“主轴转数=3500r/min”“进给=2300mm/min”）设置“Z值最大值= 0.5”，设置“Z值最小值= 4.55”，层降步距0.2mm）保存并计算并计算 5-12-1飞机刀路图513创建加工程序（精加工飞机模型尾部的斜面进行爬面）选择“曲面铣层切”，余量0mm）选择飞机尾部的3条组合曲线，选择所有曲面，确定加工范围）选择刀具，这里选择3R1.5的球刀）设定机床参数“主轴转数=4000r/min”“进给=1500mm/min”）设置“Z值最大值= 0.5”，“Z值最小值= 4.55”，层降步距0.2mm，其他参数如图（5-13-1）图（5-13-2）图（5-13-3）保存并计算并计算 5-13-1参数图 5-13-2参数图 5-13-3参数图514创建加工程序（精加工飞机模型上表面的）选择“体积铣环切3D”，余量0mm）选择如图（5-14-1）中黄色的组合曲线，选择所有曲面，确定加工范围）选择刀具，这里选择6R0的牛鼻刀）设定机床参数“主轴转数=2500r/min”“进给=1000mm/min”）设置“Z值最大值= 3.24”，“Z值最小值= 3.54”，层降步距0.3mm）保存并计算5-14-1飞机机身刀路图515最终计算后生成的刀具轨迹图（5-15-1）5-15-1刀路轨迹图第六章 结论与展望这次设计从开始选定毕业设计的内容开始到最后编写毕业设计说明书,虽说过程繁杂很费时间，但是让我了解到全面运用所学知识的重要性。在设计的过程中,我温故了以前所学的知识, 使我对于如何更加好的运用CimatronE软件的各个功能有了一个比较好的了解和掌握，还知道了结合课外知识的重要性,通过图书馆借来的数控工艺和加工手册,再结合以往所学的理论知识及操作方法,不断的改进以求达到最好的效果。在设计中自己遇到不会的问题时,通过不断翻阅加工手册等书籍或者在网上查找相关资料,另外再加上同学间的互相讨论以及老师的帮助,达到解决疑难的效果。在这设计，使我相信我们所要面临的挑战还有很多很多。大三,是我们即将步入社会的过渡期，这就要求我们要具备全面观察事物的眼力。一旦进入社会就只能靠自己的力量,没有人会主动的帮助你,有的就只有强烈的竞争而已。所以设计过程中遇到的种种问题也不