履带链轨节模具设计及其模拟数控加工

本科毕业设本科毕业设计计（ 论论文文） 题 目 履带链轨节模具设计及其履带链轨节模具设计及其 模拟数控加工模拟数控加工 部 系 专 业 机械设计制造及自动化机械设计制造及自动化 学 员 指导教员 西安电子科技大学网络教育西安电子科技大学网络教育 毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书 学习中心专业机械设计制造及其在动化 学号姓名 题目履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 任务与要求 任务：完成重型机械履带链轨节模具的设计及其加工 要求：模具最终与要求设计尺寸一致 开始日期2010 年 12 月 30 号完成日期2011 年 6 月 5 号 指导教师签名 年 月 日 西安电子科技大学网络教育西安电子科技大学网络教育 毕业论文（设计）工作计划毕业论文（设计）工作计划 学习中心烟台学习中心专业 机械设计制造及其自 动化 学号姓名吕世毅 题目履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 工作进程 起止时间工作内容 2011 年 1 月 1 日1 月 7 日 与指导教师研讨题目内涵，对所选题目进行确认或提出 修改 1 月 10 日1 月 21 日 阅读书籍、搜集资料、实地调研，根据掌握的资料撰写 论文大 1 月 22 日参加开题报告 1 月 23 日3 月 23 日 撰写论文初稿、中期报告 3 月 26 日3 月 31 日中期检查 4 月 1 日5 月 15 日继续撰写论文初稿 5 月 16 日5 月 20 日修改初稿直至定稿 5 月 20 日5 月 30 日论文验收 学习中心：6 月 4、5 日参加答辩 主要参考书目： 1 （美）SolidWorks 公司 著SolidWorks Simulation 基础教程出机械 工业出版社 2009 年 06 月 2 胡仁喜，刘昌丽，路纯红 SolidWorks 2010 中文版标准实例教程 机 械工业出版社 2010 年 3 孙树峰 王萍萍CIMATRON E8.0清华大学出版社 2007 年 4 舒大松CIMATRON E6.0 基础教程中南大学出版社 2005 年 8 月 5 康士廷SOLIDWORKS2009 中文版机械设计从入门到精通 机械工业出版社 2009 年 4 月 主要仪器设备：恒威 1060 数控铣床 指导教师签名： 年 月 日 西安电子科技大学网络教育西安电子科技大学网络教育 毕业论文（设计）开题报告评议表毕业论文（设计）开题报告评议表 姓名吕世毅学号性别男 指导教师田爱萍 报告题目履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 报告日期 年 月 日 报告地点 对开题报告的意见： 1. 论文难度： 偏高 适当 偏低 2论文工作量： 偏大 适当 偏小 3研究方案的可行性： 好 较好 一般 不可行 4对文献资料及题目的了解程度： 好 较好 一般 较差 5从报告中反映出的综合能力和表达能力： 好 较好 一般 较差 6对开题报告的总体评价： 好 较好 一般 较差 7是否同意论文开题报告： 同意 需要重做 （在相应的内划 ） 对开题报告的评价意见： 该生对本题目有深入的认识，准备充分，开题报告的内容和形式完全达到开 题要求； 该生对题目认识有一定深度，准备工作较充分，开题报告的内容和形式基本 符合要求； 该生对题目认识不深，准备工作不充分，未达到开题要求。 指导教师 签名 年 月 日 备 注 西安电子科技大学网络教育西安电子科技大学网络教育 毕业论文（设计）中期报告评议表毕业论文（设计）中期报告评议表 学习中心（盖章）： 年 月 日 学 号姓 名 专 业机械设计制造及其自动化指导教师 题 目 履带链轨节的模具设计及其模拟数控加工 检查内容检查结果 是否按工作计划进行 已完成工作量占总工作 量 的大小 已完成的任务内容 遇到那些难点、如何解 决 对毕业设计有何意见或 建议 总体评价 指导教师打分教师签名 年 月 日 说 明： 此表由指导教师填写，一式两份，一份交学习中心，一份给学生装订入最 终论文。 中期报告得分将作为期中成绩记入总成绩。若不交中期报告或 中期报告得分为不及格的学生不得参加答辩。 西安电子科技大学网络教育西安电子科技大学网络教育 毕业论文（设计）评审表毕业论文（设计）评审表 学习中心专业机械设计制造及其自动化 学号姓名 题目 履带链轨节的模具设计及其模拟数控加工 中期报告成绩： 论文过程成绩： 建议质量成绩 ： 评 语: 指导教师签名: 年 月 日 毕业论文 评语 评语内容应包括：学生的工作态度和投入时间、精力情况；运用基本技能获取、 利用信息的情况；学生对基础知识、专业知识的掌握程度；分析、解决问题和进 行创新的能力；论文（设计）的质量情况。 组长签名: 年 月 日 答辩小组 意见 答辩小组对评定的“优秀”和“不及格”成绩需给出明确和详细的意见！ 综合评审 组意见 组长签名: 年 月 日 摘摘 要要 本论文是针对重型机械履带链轨节的模具设计加工，在设计加工过程中使 用了三维造型软件 solidworks 首先对履带链轨节零件进行分析造型，然后通过 solidworks 对零件进行分型，通过零件制作出模具的三维效果图。然后再 cimatron 软件上对模具进行分析，通过 cimatron 软件对模具产生模拟的加工轨迹， 然后通过人工规划以及轨迹加工参数的修改以及添加各种加工数据模拟仿真加工 在确认无误后方可将模具进行实际加工 本文是次零件模具加工过程的详细步骤，通过此次的模具设计制造全过程 的参与我对 solidworks 与 cimatron 有了更深入的了解以及更熟练的操作 关键词：关键词： 履带链轨节 solidworkssolidworks cimatroncimatron 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论 .3 3 1.1 CAD/CAM 技术的国内外发展现状和发展趋势3 1.1.1 CAD/CAM 技术的国内外发展现状3 1.1.2 CAD/CAM 技术的发展趋势3 1.2 数控加工技术概述4 1.2.1 数控机床的发展及其特点4 1.2.2 数控加工编程简介5 1.3 CIMATRON软件介绍6 1.3.1 CIMATRON软件简介6 1.3.2 CIMATRON 主要特性和优势6 第二章第二章 基于基于 SOLIDWORKSSOLIDWORKS 的零件三维造型的零件三维造型 .7 7 2.1 对零件三维造型分析7 2.2 零件毛坯的创建7 2.3 毛坯件的最终成型8 第三章第三章 模具不规则立体型腔的加工工艺分析模具不规则立体型腔的加工工艺分析.1515 3.1 加工工艺分析15 3.2 确定加工方案及设计流程16 第四章第四章 基于基于 SOLIDWORKSSOLIDWORKS 的零件不规则立体型腔的计算机虚拟加工的零件不规则立体型腔的计算机虚拟加工.1818 4.1 用CIMATRON进行格式转换以及分模18 4.2 进入模具加工环境20 4.2.1. N50 刀一次粗加工20 4.2.2 刀具切削仿真 23 4.2.3 N17 毛坯二次粗加工24 4.2.4 使用 D10R2 刀对模具进行淬火前半精加工24 4.2.5 后置处理生成加工程序25 4.2.6 模具淬火处理26 4.2.7 使用 D8R2 刀对模具进行淬火后半精加工27 4.2.8 使用 R3 刀对模具型腔进行最终精加工27 4.2.9 使用 N20R0.8 对模具进行导向定位部分的精加工29 结结 论论.3131 致致 谢谢.3232 参考文献参考文献.3333 附附 录录.3434 引言引言 1 引引 言言 此次要加工的是重型机械履带链轨节的模具。该链轨节零件坯料经加热后由 压力机锻压形成， （每个链轨节采用特殊成份材料工艺锻造，使金属流线按轨节 轮廓分布以增强强度。粗壮的支柱设计缓解冲击力，不变形。轨面硬度分布均匀， 都在 Rc54，而且具有细晶粒结构，减少开裂倾向。皇冠状的硬度分布减少了侧面 翻滚的磨损。 ）外表结构复杂，锻压磨具内部型腔不规整，其型腔内的凸台、凸 缘、凹槽及斜楞等部分是加工难点，由于锻模的拔模斜度比较大，模具型腔内部 全部为异型面，手工编程的方法无法进行加工，因此我采用以色列的 cimatron E8 软件对其进行电脑自动编程，所编程序不易进行人工检验。由于链轨节是履带 推土机履带总成中的关键零件,它在使用过程中要承受周期性压力和巨大的工作 拉力， （就 D80 型推土机而言,每块链轨节平均承受 11000N 以上的压力;按最低速 度计算,每块链轨节承受 S000ON 的工作拉力。推土机工作时常常出现过载现象, 同时链轨节又直接和地面接触）因此要求锻造后其内部组织紧密，不得有裂 纹褶皱应力。所以锻造的设计与加工时，要求模具精确度比较高，加工程序一 旦出错，即可造成时间、人力、毛坯料等不必要的浪费，程序更改起来也十分困 难。因此，我们采用 solidworks 软件对该零件进行计算机造型以及应力分析， 通过 cimatron 自动编程系统生成数控加工程序进行虚拟加工并进行检验，而后 对后期实际加工做铺垫。 随着我国改革开放步伐的进一步加快，中国正逐步成为全球制造业的基地， 特别是加入 WTO 后，中国的制造业近年来得到了迅速发展。在机械制造领域中， 随着机械制造工业的迅速发展，机械设计产品的市场潜力也越来越大，从而对加 工的多样性和特殊性有着越来越高的需求。因此，采用先进的加工方法和加工设 备以提高产品生产效率就显得十分重要。针对这一系列的问题，数控加工技术应 运而生。数控机床的诞生，大大提高了产品的加工精度和生产效率，但是随之而 来的一个问题就是怎样才能高效、合理、快速的编制出数控程序。计算机辅助设 计/计算机辅助制造（CAD/CAM）软件自动编程加工及快速成型等先进制造技术的 不断发展，以及这些技术在机械设计制造行业中的普及应用，机械设计与制造领 域正发生着一场深刻的技术革命，传统的机床加工方式正逐步被基于产品三维数 字化定义的数字化加工制造方式所取代。作为先进制造技术的重要组成部分， CAD/CAM 技术在工程设计、制造等领域具有重要影响力，它的发展及应用使传统 的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，并产生了巨大的经济和社会效益。 我国的 CAD/CAM 技术从 20 世纪 70 年代开始发展以来，经过不断地发展和推广应 用，已经取得了良好的经济效益和社会效益。少数的大型企业已建立起比较完善 的 CAD/CAM 系统，一些中小企业在保证产品质量、提高劳动生产率等方面也取得 了显著的效果。目前，主流的自动编程软件主要有国外的 Unigraphics NX、SolidWorks、CATIA、Pro/Engineer、AutoCAD 等软件和国内的天正 CAD 等软 件。 本论文就是运用 cimatron 软件对履带链轨节模具的不规则立体型腔进行计 算机虚拟加工并进行后置处理自动生成数控加工程序。首先对模具型腔进行结构 和材料的分析，确定加工方式和加工路线，选择合理的加工刀具。然后在 cimatron 软件的加工环境下设置各项工序的加工参数、生成刀具路径、检验刀具 路径及切削仿真，完成虚拟加工。最后进行后置处理将计算出的刀轨依照规定的 2 标准格式转化为数控程序 NC 代码并输出保存。生成的数控程序可直接导入数控 加工中心进行实际生产加工。这种加工方法操作简单快捷，仿真出的虚拟加工过 程直观形象，通过更改加工环境各项参数的设置即可得到理想的加工效果，从而 大大缩短了产品的生产开发周期，提高了生产效率，有助于促进同类产品的更新 换代。因此，该论文具有实际生产意义。 第一章 绪论 3 第一章第一章 绪绪 论论 1.11.1 CAD/CAMCAD/CAM 技术的国内外发展现状和发展趋势技术的国内外发展现状和发展趋势 1.1.11.1.1 CAD/CAMCAD/CAM 技术的国内外发展现状技术的国内外发展现状 CAD/CAM 是计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing）的英文缩写，是一项利用计算机软、硬件协助人完成产 品的设计与制造的技术。它产生于 20 世纪 50 年代末、60 年代初，高速发展于 20 世纪 80 至 90 年代。经过几十年的发展，CAD/CAM 技术先后走过大型机、小型 机、工作站、微机时代，现在 CAD/CAM 主要运行在工作站或微机平台上。工作站 虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在一定程度上限制了 CAD/CAM 技术的推广。随着 Pentium 芯片和 WindowsNT 操作系统的出现并流行， 以前只能运行在工作站上的 CAD/CAM 软件现在也可以运行在微机上。由于微机的 价格远远比工作站低，性能也不比中低档工作站逊色多少，并且 windowsNT 操作 系统的安全性与 DOS、Windows3.x、Windows95/98 等操作系统相比有了很大提高。 所以，微机平台为普及 CAD 应用创造了绝好的条件。在此基础上，CAD/CAM 软件 厂商展开了新一轮的竞争。一方面工作站上著名的 CAD/CAM 的软件（如 cimatron、CATIA）全功能地移植到微机平台，使微机完全对等地实现了工作站 环境的处理能力；另一方面 CAD/CAM 软件打破了原有 Unix 环境的桎梏，在 Windows 平台上全面拓展。Pentium 以上处理器和 NT 环境已经或者正在成为 CAD/CAM 软件运行和应用的主流平台。 1.1.21.1.2 CAD/CAMCAD/CAM 技术的发展趋势技术的发展趋势 作为先进制造技术的重要组成部分，CAD/CAM 技术在工程设计、制造等领域 具有重要影响力，它的推广和应用有助于利用电子信息技术改造传统产业，提高 企业的活力、竞争能力、市场应变能力和技术创新能力，使传统的产品设计方法 与生产模式发生深刻的变化，产生巨大的经济和社会效益。目前 CAD/CAM 技术正 由单项技术的应用转变到各种技术的集成化应用，从单个企业向集团联盟化发展。 其发展趋势如下： 1）一体化： 模具设计、制造和工程管理集成为一个系统，建立一个庞大的计算机辅 助工程(CAE)系统。 2）微型化： 随着计算机硬件的发展，以超级微型机取代初期 CAD/CAM 系统中的中小 型计算机。 3）网络化： 微型机 CAD/CAM 系统，要实现强大的功能，发展的唯一途径是建立 CAD/CAM 网络。 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 4 4）智能化： 人工智能技术应用于 CAD 系统，发展模具 CAD/CAM 专家系统，逐步实现 全盘自动化。 1.21.2 数控加工技术概述数控加工技术概述 1.2.11.2.1 数控机床的发展及其特点数控机床的发展及其特点 随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高， 更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、 造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工已无法满足生产需求，从而 一种新型的数字化程序控制的机床数控机床应运而生。数控机床是一种装有程 序控制系统（数控系统）的自动化机床，它能够把数字化了的刀具移动轨迹的信 息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工 出所需要的零件。数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工参数及动作执行 的，它是一种高效能的自动或半自动机床。 从 1952 年第一台数控机床问世至今，数控系统向后经历了电子管（1952 年） 、 晶体管（1959 年） 、小规模集成电路（1965 年） 、大规模集成电路及小型计算机 （1970 年） 、微处理机或微型计算机（1974 年）等 5 代。前三代数控系统属于采 用专用控制计算机的硬逻辑接线数控系统，称为普通数控系统（NC） 。20 世纪 70 年代初，小型计算机逐渐普及并应用于数控系统。数控系统中的许多功能由软件 实现，简化了系统设计并增加了系统的灵活性和可靠性。计算机数控（CNC）技 术问世时，数控系统发展到第四代。1974 年，以微处理器为基础的 CNC 系统问世， 标志着数控系统进入了第五代。20 世纪 90 年代以来，受通用微型计算机技术飞 速发展的影响，数控系统正朝着以通用微型计算机（个人计算机，PC）为基础、 体系结构开放和智能化的方向发展。1994 年基于 PC 的 NC 控制器首先在美国出现 于市场中，此后得到了迅速发展。由于基于 PC 的开放式数控系统可充分利用通 用微型计算机丰富的硬件资源和适用于通用于通用微型计算机的各种先进技术， 因此，它已成为数控技术发展的潮流和趋势。 我国自八十年代改革开放以来，国家对数控技术和数控机床的发展十分重视， 通过引进技术和科技攻关，经历了“六五” 、 “七五”引进技术消化吸收、 “八五” 开发自主版权数控系统， “九五”的商品化、产业化，已为数控技术的产业化奠 定了良好的基础，并取得了长足的进步。目前，中国数控技术已由研究开发阶段 向推广应用阶段过渡，也是由封闭型系统向开放型系统过渡的时期。现已出现了 一批能成批量生产数控机床、数控系统的企业。在数控技术软件的基础上，一些 单项技术已接近国外水平。 数控机床技术可从精度、速度、柔性化和自动化程度等方面来衡量，目前数 控机床技术正朝着高精度化、高速度化、高柔性化、高自动化、智能化和复合化 的方向发展。 与普通机床相比，数控机床具有以下明显特点： 1）适合于复杂零件的加工 第一章 绪论 5 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因 此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。 2）加工精度高 加工稳定可靠，实现计算机控制，排除人为误差，零件加工一致性好，质量 稳定可靠。 3）高柔度 加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大 节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造 系统。 4）高生产率 数控机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般 为普通机床的 3 到 5 倍，对某些复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几 十倍。 5）有利于管理现代化 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自 动化创造了条件。 1.2.21.2.2 数控加工编程简介数控加工编程简介 数控编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移量等 信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。数控编程大体经过了机器 语言编程、高级语言编程、代码格式编程和人机对话编程与动态仿真等几个阶段。 数控加工程序的编制方法主要分为手工编程与自动编程两种。 1）手工编程 手工编程是指从零件图纸分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、直到程 序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成的全过程。手工编程适合于编写进 行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序，以及程序坐标计算较为简单、 程序段不多、程序编制易于实现的场合。对于几何形状复杂或曲面较多的零件则 编制起来较为困难。 2）自动编程 自动编程是指在计算机及相应的软件系统支持下，自动生成数控程序的过程。 它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。其特点是采用简单、习惯的语言对 加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按规则进行描述， 再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理，产生零件 加工程序单，并且对加工过程进行模拟。对形状复杂，具有非圆轮廓曲线、三维 曲面等复杂零件编写加工程序时，编程效率高，可靠性好。在编程过程中，程序 编制人可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改。由于使用计算机代替了编 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 6 程人员完成了繁琐地数值计算工作，并省去了书写程序单等工作量，因而可提高 编程效率几十倍乃至上百倍，解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难 题。目前常用的数控编程软件（CAM）主要有：UG NX，Pro/E(Pro/Engineer)， SolidWorks，MasterCAM，CATIA 等。 1.31.3C Ci im ma at tr ro on n 软件介绍软件介绍 1.3.11.3.1 C Ci im ma at tr ro on n 软件简介软件简介 自从 Cimatron 公司 1982 年创建以来，它的创新技术和战略方向使得 Cimatron 有限公司在 CAD/CAM 领域内处于公认领导地位。作为面向制造业的 CAD/CAM 集成解决放方案的领导者承诺为模具、工具和其它制造商提供全面的， 性价比最优的 软件解决方案，使制造循环流程化，加强制造商与外部销售商的 协作以极大地缩短产品交付时间。 今天在世界范围内的四千多客户在使用Cimatron 的 CAD/CAM 解决方案为 各种行业制造产品。这些行业包括：汽车、航空航天、计算机、电子、消费类 商品、医药、军事、光学仪器、通讯和玩具等行业 1.3.21.3.2 C Ci im ma at tr ro on n 主主要要特特性性和和优优势势 Cimatron 解决方案的基础是该公司独一无二的集成技术，产品思想为用户提供 了可以一起紧密工作的、界面易学易用的一套综合产品。Cimatron 的模块化 软件套件可以使生产每一个阶段实现自动化，提高了产品生产的效率。 不管您是为制造而设计，还是为 2.55 轴铣销加工生成安全、高效和高 质量的 NC 刀具轨迹。 ，Cimatron 面向制造的 CAD/CAM 解决方案为客户提 供了处理复杂零件和复杂制造循环的能力。 Cimatron 保证了每次制造出的产 品即是您所设计的产品。 Cimatron 公司推出的全新中文版本 Cimatron E9.0，其 CAD/CAM 软件 解决方案包括一套易于 3D 设计的工具，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。 -9.0 版本在设计方面以及数据接口方面都有了非常 明显的进步。 第二章 基于 solidworks 的零件三维造型 7 第二章第二章 基于基于 solidworkssolidworks 的零件三维造型的零件三维造型 2.12.1 对零件三维造型分析对零件三维造型分析 根据零件图纸用 solidworks 软件对零件进行三维造型 2.1 基于 solidworks 的零件三维造型 我们根据厂方的提供的零件图纸使用 solidworks 进行零件的三维造型 以便进行后续的模具加工 首先我们构建一个与零件外形尺寸相当的毛坯，然后对毛坯进行修改 2.22.2 零件毛坯的创建零件毛坯的创建 1.首先在 solidworks 中点击新建 2.创建一个新的零件，点击新建按钮，选取零件 3.选择基准面以进行零件的造型 4根据零件图纸进行对零件的造型 5.根据图纸分析新建一个外形和零件大体相同的毛坯块体，点击拉伸 凸台机体按钮，然后在草图栏里选择相应的直线.曲线.画出零件的毛坯轮廓 ， 点击退出草图按钮进入到拉伸体特征编辑选定方向跟深度，点 击确认按钮获得拉伸体 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 8 。 2.32.3 毛坯件的最终成型毛坯件的最终成型 1.1.基准面的创建：点击参考几何体按钮选择基准面选项，选择以毛坯件 底面为参考实体点击反向按钮，选择距离 13 作一平行于底面 的基准面。 2 2选择上述中创建的基准面，根据图纸要求画出草图，点击拉伸切除按钮 进入拉伸切除特征编辑，选择方向，深度，在外向拔模选项上点勾 输入拔模角度，点击确认按钮获得图示零 件 。 3 3拉伸 2：根据图纸要求重复拉伸切除操作获得拉伸切除 2 后的零件如图 第二章 基于 solidworks 的零件三维造型 9 . 4 4重复基准面创建操作创建基准面 6 如图 。 5.5.重复切除拉伸操作获得零件如图 6.6.重复创建基准面操作获得零件如图 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 10 7.7.重复拉伸操作获得零件如图 8.8.放样曲面：在零件体上作出草图 6,7,单击菜单中的插入按钮在 切除选项中点击放样切除,选择草图 6,7 为上下轮廓,点击确认获得零件 9.9.根据模具图纸获取模具分型线:通过对模具图纸的解读进行模具分型线的 绘制在零件侧面作出分型线草图(图示绿色部分) ， 点击分割线选项选择零件所有的侧面点击确认按钮对零件进行分模处理 第二章 基于 solidworks 的零件三维造型 11 10.10.曲面拉伸：选择零件侧面为基准面，点击绘制草图按钮，选择草图 2 点 击转换实体引用按钮对草图 2 进行实体转换，点击曲面拉伸按钮， 在开始条件中选取草图基准面点击确认按钮获得曲面（图示 黄色部分） 11.11.重复拉伸切除操作对零件进行拉伸切除 4,5,20,21 四步操作获得零件 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 12 12.12.考虑到该零件是锻压件，所以在模具制作过程中要进行拔模工艺，因为 它可以是零件在加工的过程中更好的与模具脱离。 单击拔模按钮，在拔模类型中选取分型线，在零件草图上选取 分型线段，输入拔模角度，选择拔模方向，获得拔模效果 ， 重复上述拔模操作依次进行拔模 9,10,11 的操作。 1313切除放样 3 的操作： 点击 3D 草图制作在空间上作出点并用直线，弧线连接，点击切除放样选 择轮廓，在引导线选项里选择引导线类型为到下一引导线，同时选择草图 2、3 为引导线，在其他选项里点击合并切面获得零件效果 第二章 基于 solidworks 的零件三维造型 13 。 1414依次重复进行切除拉伸操作 6、7、16、17、8、9、10、18。 、19 获得零 件 1515对零件周边进行圆角处理：点击圆角处理按钮根据零件图纸要求在 半径处输入相应的圆角半径，选取要倒角的边线，根据要求在相应的选项处 勾对或取消 16.16.最后获得零件的最后 3D 实体效果 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 14 17.17.将画好的零件三维图保存为通用格式.iges 格式 第三章 模具不规则立体型腔的加工工艺分析 15 第三章第三章 模具不规则立体型腔的加工工艺分析模具不规则立体型腔的加工工艺分析 3.1 加工工艺分析 图（a） 、 （b）所示的零件是履带链轨节的三维实体模型。 （c）所示为履带链 轨节零件的锻压模具。该零件坯料经加热后由压力机锻压形成，该零件外表结构 复杂，锻压磨具内部型腔不规整，其型腔内的凸台、凸缘、凹槽及斜楞等部分是 加工难点，由于锻模的拔模斜度比较大，模具型腔内部全部为异型面，锻造的设 计与加工时，要求模具精确度比较高，加工程序一旦出错，即可造成时间、人力、 毛坯料等不必要的浪费，程序更改起来也十分困难，手工编程的方法无法进行加 工，因此我们采用 solidworks 软件对该零件进行计算机造型以及应力分析，通 过 cimatron 自动编程系统生成数控加工程序进行虚拟加工并进行检验，而后对 后期实际加工做铺垫。 （a） （b） （c） 1)结构分析。 对该模具进行结构分析可知，该模具是典型的复杂曲面型腔零件。型腔内的 加工对象有平面、自由曲面、曲面倒角等。该锻压模具有硬度要求，所以要模具 进行淬火处理，硬度要达到 HRC4852，因为淬火后模具硬度比较高，普通刀刀具 无法加工，要用硬质合金刀才能加工，由于硬质合金刀切削量少，不易进行大给 进量切削，因此在淬火前进行留取加工余量 0.5mm 的粗加工。淬火前加工该零件 时，首先用 N50 圆鼻刀粗加工，因为刀具半径比较大所以倒角处余量比较大，之 后再用 N17 圆鼻刀、D10R2 进行半精加工，淬火后用 D8R2 合金刀对型腔半精加工 留取加工余量 0.2mm，之后用 R3 合金刀对型腔进行精加工，最后用 N20R0.8 进行 导向定位面精加工。对该零件进行粗加工时，考虑到效率问题，选用飞刀端铣 刀进行操作。粗加工之后，型腔零件中的凸缘、凹槽部分毛坯剩余量较多，因此 用圆鼻刀对该型腔进行二次粗加工，经过两次粗加工之后，型腔的曲面部分毛坯 仍有剩余，因此采用 R3 球头刀对行腔曲面部分进行精加工。考虑到溢料槽（图 （c）黄色部分）没有尺寸要求，因此采用 N17 圆鼻刀进行一次加工到尺寸不留 余量。周边导向定位部分（图（c）墨绿色部分）配合需留有间隙，必须用 N20R0.8 进行二次精加工。 具体的加工路线如下图所示。 履带链轨节模具设计及其模拟数控加工 16 模具型腔半精加工以及溢料 槽精加工（淬火前） 模具型腔半精加工（淬火前） 模具型腔粗加工去废料料（淬火 前） 模具型腔精加工（淬火后） ） 导向定位面精加工（淬火后） N50 N17 D8R2 合金刀 D10R2 R3 合金刀 模具型腔半精加工（淬火后） N20R0.8 2）材料分析。由于该模具材料为 H13，淬火后硬度变大，韧性高，对刀具磨损大， 且热导率较高，使切削时温度较低，不会有粘刀现象，因此，在刀具材料的选择 上，圆鼻刀和球头刀均采用硬质合金材料加工工件。 3.23.2 确定加工方案及设计流程确定加工方案及设计流程 根据 3.1 中加工工艺分析，制定履带链轨节锻压模具的加工工艺方案。如表 下表所示。 履带链轨节锻压模具加工工艺方案 序号加工内容加工方式刀具 加工 余量 1 淬火前粗加工 模具型腔粗加工去废料 料 N50 0.5 2 淬火前半精加工 模具型腔半精加工以及 溢料槽精加工 N17 0.5 第三章 模具不规则立体型腔的加工工艺分析 17 3 淬火前半精加工 模具型腔半精加工 D10R2 0.2 4 淬火后半精加工 模具型腔半精加工 D8R2 合金 刀0,.2 5 淬火后精加工 模具型腔精加工 R3 合金刀 0 6 淬火后精加工 导向定位面精加工 N20R0.8 0 刀具参数如表所示. 加工刀具参数表 名称刀具类型刀具直径刀片下半径 N50 圆鼻刀 50mm R6 圆刀片 6mm N17 圆鼻刀 17mm R4 圆刀片 4mm D10R2 端铣刀 10mm2mm D8R2 合金刀 端铣刀 8mm2mm R3 合金刀 球头刀 6mm3mm N20R0.8 圆鼻刀 20mm R0.8 方刀片 0.8mm 18 第四章第四章 基于基于 solidworkssolidworks 的零件不规则立体型腔的计算机的零件不规则立体型腔的计算机 虚拟加工虚拟加工 4.14.1 用用 cimatroncimatron 进行格式转换以及分模进行格式转换以及分模 1.在 Main menu 中点击 data interface 进行数据转换将零件三维图由 iges 格式 转换为 pfm 格式 2.打开 cimatron new work area 工作区域进入工作页面打开文件 3点击造型选取线框造型，根据模具设计图进行分模， 点击移动键，根据分模线把上模延 Z 方向移动 100mm 点击确认键 19 4将模具设计图从 dwg 格式转换为 pfm 格式，打开后点击成组键选取所有保存， 点击放置键放置于零件三维图中 5点击爆炸键后利用平面图中给出点、线，在线框造型中根据平面图选 取相应的命令 20 作出分型 面、毛料仓、溢料口、导向定位部分。 此时，模具上下模分模完成，下一步进行模具淬火前的粗加工。 4.24.2 进入模具加工环境进入模具加工环境 4.2.1.4.2.1. N50N50 刀一次粗加工刀一次粗加工 1.点击造型选取加工进入轨迹管理 21 2.点击生成键选取 3 轴铣进入参数界面 3.点击生成键在加工方式中选取水平切削，生成刀具点击是， 进入刀具设置 选取刀具并输入刀具参数。点击生成选取毛坯并定义毛坯选取 按限制盒， 选取零件拾取曲面，鼠标点击右键点击所有键，点击中建退出，点击 继续选取执行生成毛坯， 22 点击继续进入水平切削参数设置 。 4.点击加工参数设置主轴转速、进给率、切入进给率、冷却等设置 5 点击服务设置绝对安全高度、相对安全高度。 23 6.设置切屑高度 z-up、z-最低点、向下步长、倒角设置、行距设置、刀迹行 间间隙清除、切削方向、刀具进刀、退刀、曲面偏移留 0.5mm 余量、进刀角 度、曲面精度等设置 7.选取要加工的曲面，选取加工轮廓，继续执行点击是，此时计算机机型轨 迹计算，生成加工轨迹。 4.2.2 刀具切削仿真刀具切削仿真 1.选取加工轨迹，点击仿真选取模拟，再单击按钮，可看到 N50 刀粗加工的切削仿真如图 24 4.2.34.2.3 N17N17 毛坯二次粗加工毛坯二次粗加工 在本节中，使用 N17 刀将对毛坯进行二次粗加工。切除剩余毛坯材料上的余 量，使其比较接近零件型面，为下一步加工做准备。对话框中 N17 刀的参数设置 与 N50 刀粗加工大致相同，只是修改以下部分，区别如下图 N17 刀轨迹图 因为毛料仓对尺寸、精度没有严格要求，所以用 N17 刀就可以在淬火前一次 完成加工。 4.2.44.2.4 使用使用 D10R2D10R2刀对模具进行淬火前半精加工刀对模具进行淬火前半精加工 1.淬火前使用 D10R2 进行型腔半精加工去除 N17 刀残留的余量以减少淬火后 精加工量以及模具内部应力 D10R2 刀具参数设置与粗加工大致相同，修改如下图 D10R2 轨迹图 25 D10R2 刀加工完后根据模具设计要求进行淬火处理 注：此文章显示的为锻压模下模加工，上下模加工大致相同加工，在此上模 部分就不一一列举。 4.2.54.2.5 后置处理生成加工程序后置处理生成加工程序 在实际生产过程中，必须将数控程序输入到机床的数控系统才能进行数控加 工。因此，生成指定机床能执行的数控程序是用 cimatron 软件对模具型腔进行虚 拟加工的最终目的。Cimatron 软件所用的编程方法为自动编程方法，在刀具轨迹 生成之后产生的是刀位源文件(Cutter Location Source File，CLF)，而不是数控程 序。因此，需要把刀位源文件进行转换。在切削仿真过程中可从各个角度观察虚 拟加工的过程，通过改变切削参数可达到不同的加工效果。当达到加工要求时便 可进行 N50 /N17/D10R2 刀位源文件到数控程序的转换后处理，后处理过程如下。 1）点击单个选择 选取打开范围 选取模拟轨迹点击后置 处理 选择后置处理器 设计机床零点 设置 程序参数 输出 文件 生成程序部分截图 26 4.2.64.2.6 模具淬火处理模具淬火处理 根据模具图纸要求，在对模具进行上述粗加工完成后对模具进行热处理要求，要 求硬度达到 hrc4852，以下部分为淬火后对模具进行的去除余量的半精加工，为 最后的精加工做准备 27 淬火后的精加工与粗加工不用的是，淬火后材料硬度比较高，普通刀无法完成加 工，需用硬质合金刀进行加工，步长与粗加工相比要小，在 0.1mm-0.2mm 之间， 为了在最后精铣时加工量小并且均匀也要留 0.2mm 的余量用 D8R2 刀进行半精铣， 然后用 R3 球头刀进行最终的精加工型腔到尺寸 4.2.74.2.7 使用使用 D8R2D8R2 刀对模具进行淬火后半精加工刀对模具进行淬火后半精加工 1.淬火后使用 D8R2 进行型腔半精加工去除 D10R2 刀残留的余量以减少后续 精加工的加工余量 D8R2 刀具参数设置与粗加工大致相同，参数设置如下图 D8R2 刀轨迹图 4.2.84.2.8 使用使用 R3R3 刀对模具型腔进行最终精加工刀对模具型腔进行最终精加工 28 因为模具淬火后硬度比较高，R3 合金刀步长虽然设置为 0.1mm，但是我们采取水 平切削的加工方法在型腔部分曲面斜率很大的位置不能达到模具加工要求，所以 在水平切削后采用切曲面槽加工方法对此部分进行加工 R3 刀水平切削参数设置如下 R3 刀轨迹图 R3 刀切曲面槽参数设置如下 29 R3 刀轨迹图 4.2.94.2.9 使用使用 N20R0.8N20R0.8 对模具进行导向定位部分的精加工对模具进行导向定位部分的精加工 在此需要注意的是此处导向定位部分要留取配合间隙 0.1mm 方便衍模 N20R0.8 刀具参数设置如下图 N20R0.8 刀轨迹图 30 模具的最终加工效果图 31 结结 论论 1）研究本课题所取得的成果 （1）制作了重型机械履带链轨节锻造模具的数控加工方案，并给出了分析 过程。 （2）生成了数控加工程序。将该程序输入到加工中心后能够生产出零件。 （3）通过学习 cimatron 软件，对数控加工的工艺处理有了较系统的学习，完成 了重型机械履带链轨节锻造模具的数控加工。 2）还需要继续研究的问题 （1）对数控加工的工艺处理有了一定的了解，但还没完全掌握，仍需进一 步学习。 （2）在利用 cimatron 软件进行虚拟加工时在选用刀具、切削参数设置