李亚周电话机上盖的设计与数控加工

1、 .工贸高级技工学校工贸高级技工学校数控技术论文数控技术论文题 目： 数控机床故障诊断与维修系 （院）： 机电技术系 专 业： 数控技术应用年 级： 09 双证数控 姓 名： 郝胜宁学 号： 7指导教师： 周伟 二零一一 .I / 42数控机床故障诊断与维修学校：工贸高级技工学校班级：09 双证数控：郝胜宁E-mailE-mail：1065030167 .：130摘 要机上盖是流线形结构,使用二维绘图难以描述，本课题采用 UG 软件对机上盖制品与模具进行了三维造型，结合生成凸凹模的结构等因素，用 Mastercam 生成刀具轨迹；在Mastercam 仿真加工结果无误后，使用后置处理程序选取相

2、应的配置文件，将刀具轨迹转化为数控机床可以识别的 NC 程序，为更加高速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的办法。生成的 NC 程序可以利用 DNC 方式传输给数控机床进行三维加工。关键词:机上盖 UG Mastercam 数控加工 后处理 .II / 42AbstractAbstractPhone cover flow linear structures using two-dimensional drawing describe this subject adopts UG software, to phone cover products and mould, the three-di

3、mensional modelling, combined with the structure of the die and punch generated by factors such as the tool path generation, Mastercam; Mastercam simulation processing result in correct, use the postprocessing procedures selected corresponding configuration files, will be transformed into numerical

4、control machine tool path of NC program can recognize, for more high speed, efficient modelling, production provides a feasible method. Generated NC program can use the DNC mode for NC machine tools for 3d processing. Keywords:Phone cover UG Mastercam NCPost-processing .III / 42 .III / 42引引 言言UG 软件的

5、特点与主要功能UG 是 Unigraphics 的缩写，这是一个交互式 CAD/CAM(计算机辅助设计 与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体与造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着 PC 硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC 上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。 UG 的开发始于 1990 年 7 月，它是基于 C 语言开发实现的。 UG NX 是一个在二和三维空间无结构 网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。Maste

6、rCAM 软件的特点与主要功能MasterCAM 软件是美国的 CNCSoftware 公司开发的基于 PC 平台的 CAD/CAM 系统，由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟等功能，并提供友好的人机交互，从而实现了从产品的几何设计到加工制造的 CAD/CAM 一体化。是目前世界上应用最广泛的 CAD/CAM 软件之一。 课题容与实施步骤本设计的课题是基于 UG 机的设计与数控加工，具体讲就是先进行机原

7、型的设计，再通过 Mastercam 对机原型进行模具的型芯和型腔的生成以与数控加工后处理程序的编制，最后根据生成的程序进行数控加工仿真。研究背景和研究意义随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高；此外，激烈的市场激烈竞争要求产 .IV / 42品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状的高效、高质量加工要求。因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控(NC)加工技

8、术得到了迅速发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造技术推进，是当前机械制造业发展的方向。数控技术是机械加工现代化的重要基础和关键技术。应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动此加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力，改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力和综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期限备工作与机械加工过程连为一体，使零件的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规

9、划(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断提高。论文结构论文主要研究 UG 的设计与 Mastercam 制造过程，第一章与第二章主要研究的是机的创建以与通过已创建的机为参照生成分模与定模的过程。对于第三章和第四章两个章节则是主要从加工工艺分析和模拟加工方面来进行研究的。目 录 .V / 42第一章 机的三维造型11.1 创建草图 11.2 创建长方形 21.3 拉伸长方形 21-4 倒圆角 31.5 创建曲线 31.6 扫琼 41.7 修剪体 51.8 边倒圆 51.9 绘制草图 61.10 拉伸 61.11 拔模 71.12 倒圆角 8113

10、抽壳 81.14 绘制草图 91.15 拉伸 101.16 正列 10第二章机的分模112.1 模具设计准备过程 112.2 初始化项目 112.3 设置收缩率 122.4 设定坐标系 122.5 工件设定 132.6 型腔布局 13 .VI / 422.7 分型 142.7.1 实体修补142.7.2 编辑分型线152.7.3 创建分型面152.7.4 设计分型区域152.7.5 抽取区域和分型线162.7.6 创建型腔和型芯172.7.7 文件保存18第三章机模具的数控加工工艺分析193.1 图形分析 193.2 加工工艺分析 193.3 加工工艺卡 20第四章机的数控模拟加工 214.1

11、 机凸模的模拟加工 214.1.1 调取型芯档案214.1.2 边界设定214.1.3 曲面加工224.1.3.1 曲面粗加工224.1.3.2 曲面半精加工234.1.3.3 曲面精加工244.2 机凹模的模拟加工 254.2.1 调取型腔档案254.2.2 边界设定254.2.3 曲面加工264.2.3.1 曲面粗加工26 .VII / 424.2.3.2 曲面半精加工264.2.3.3 曲面精加工27第五章 结 论305.1 工作小结 305.2 工作展望 30致词31参考文献32第一章 机的三维造型1.1 创建草图1.在 UG NX6.0 系统中新建文件以 dian hua ji 命名

12、，选择主菜单栏文件 首选项草 .2 / 42图命令。2.在图 1-1 所示的对话框中，将表达式改为值，单击对话框中的确定按钮。 1-13.在主菜单中点击草图，选择现有平面，点击确定， ，如图 1-2 所示。1-21.2 创建长方形1.在绘图区绘制一个长方形，如图 1-3 所示. .3 / 42 1-33.绘制完长方形后，单击左上角完成草图命令。1.3 拉伸长方形1.单击拉伸命令。2.在出现的对话框中点击选择曲线，选择长方形。3.在选择矢量中选择。4.拉伸起始位置为 0，结束位置 60，单击确定，如图 1-4 所示。 1-4 .3 / 421-4 倒圆角1单击边倒圆命令。2选择平行于 Z 轴 4

13、 条棱角，倒 20 的圆角。如图 1-5 所示。 1-51.5 创建曲线1.在工具栏中单击草图命令。2.选择 YZ 平面，点击艺术样条 图标，绘制如图 1-6 所示曲线。 .4 / 42 1-63.点击艺术样条对话框中的确定的命令，完成 YZ 平面的曲线绘制。4.继续在工具栏中点击草图命令，选择 XZ 平面，绘制弧线，完成草绘，如图 1-7 所示。1-71.6 扫琼1.在工具栏中单击扫琼图标。2. 在扫琼对话框中单击截面下的选择曲线，选择 XZ 平面所绘制的曲线，再单击引导线下面的选择曲线，选择 YZ 平面所绘制的曲线，然后点击对话框中的确定，完成扫琼，如图1-8 所示。 .5 / 42 1-

14、81.7 修剪体1.单击工具栏中的修剪体命令。2.在修剪体对话框中点击选择体，选择长方体。再点击对话框中的选择面或平面，选择扫琼的那个曲面，点击确定，如图 1-9 所示，完成修剪。 1-9 1.8 边倒圆1.选择扫琼后的曲面以与长方形的线框，XZ，YZ 平面所绘制的两条曲线用 Ctrl+B 命令全部隐藏。2.点击工具栏中的边倒圆命令，将修剪后的曲面上表面倒 5 的圆角，完成倒圆角，如图1-10 所示。 .6 / 421-10 1.9 绘制草图1.在工具栏中单击图标。2.在草图对话框中选择 XY 平面，绘制如图 1-11 所示正方形，点击完成草图。1-111.10 拉伸1.单击拉伸命令。2.在出

15、现的对话框中点击选择曲线，选择两个长方形。3.在选择矢量中选择。 4.拉伸开始距离为 8，结束距离为 50。 .7 / 42 5.在布尔后面选择求差，单击选择体，选择整个实体。 6.点击确定，如图 1-12 所示，完成拉伸。1-121.11 拔模1.点击工具栏中的拔模命令。2.点击在拔模对话框中脱模方向下指定矢量中选择沿 Z 正方向。3.点击在固定面下选择平面中选择拉伸后的槽的底面。4.点击在要拔模的面下的选择面，选择拉伸后两个槽的八个侧面。5.拉伸角度为 5 度。6.点击确定，如图 1-13 所示，完成拔模。1-13 .8 / 421.12 倒圆角 1.点击工具栏中的边倒圆命令。 2.倒边长

16、为 40 的长方体里面的八个角为 5 的圆角，点击应用。 3.倒边长为 30 的长方体里面的八个角为 4 的圆角，点击应用。 4.倒两个长方体最边缘的棱角为 2 的圆角，点击确定，如图 1-14 所示。1-14113 抽壳 1.点击工具栏中的抽壳命令。2.在抽壳对话框中，类型下面选择移除面，然后抽壳，再点击要冲裁的面下的选择面，选择下表面，厚度为 1.5。3.点击确定，完成抽壳，如图 1-15 所示。 .9 / 421-151.14 绘制草图1.点击工具栏中的草图命令。2.在草图对话框中选择 XY 平面，绘制如图 1-16 所示长方形，椭圆与圆，点击完成草图命令。1-16 .10 / 421.

17、15 拉伸1.点击工具栏中的拉伸命令。2.选择草绘完后的长方形，椭圆，圆沿 Z 轴正方各自向拉伸，布尔运算选择求差，完成拉伸，如图 1-17 所示。1-171.16 正列1.点击工具栏中的插入关联复制实体特征矩形正列命令，选择左边的矩形，进行正列，点击确定，如图 1-18 所示。1-182.正列椭圆，点击确定，如图 1-19 所示。 .11 / 421-19 3完成正列，机的外壳如图 1-20 所示。1-20 .12 / 42第二章机的分模第二章机的分模2.1 模具设计准备过程1.单击工具栏中的开始命令，然后点击所有应用注塑模导向，调出模具设计所需的所有指令。2.2 初始化项目1点击模具设计工

18、具栏中的初始化项目命令。2.在初始化项目对话框中选择体选择机，点击确定，如图 2-1 所示。 2-12.3 设置收缩率1.单击模具设计工具栏中的收缩率命令。2.在收缩率对话框中输入比例因子为 1.005，点击确定如图 2-2 所示完成收缩率设置。2-2 .13 / 422.4 设定坐标系1.单击模具设计工具栏中的模具 CSYS 命令。2.在模具 CSYS 对话框中选择产品体中心，锁定 Z 位置，点击确定，如图 2-3，完成坐标系设定。 2-32.5 工件设定1. 单击模具设计工具栏中的工件命令。2. 直接点击确定工件对话框，完成工件设定，如图 2-4 所示。 2-42.6 型腔布局1.单击工具

19、栏中的型腔布局命令。 .14 / 422.在型腔布局对话框中，布局类型选择矩形，指定矢量选择沿 X 正方向，型腔数 2，缝隙 0，然后点击开始布局，自动对准中心，最后关闭型腔布局对话框，完成型腔布局，如图2-5 所示。 2-52.7 分型1.单击工具栏中的分型命令。2.7.1 实体修补1.在单击分型之后出现的分型管理器中单击创建/删除曲面补片命令。2.自动孔修补对话框中环搜索方法选择自动，显示环类型选择分型边，然后点击自动修补，点击确定，完成修补，如图 2-6 所示。 .15 / 422-6 2.7.2 编辑分型线 1.单击分型管理器中的编辑分型线命令。 2.点击分型线中的自动搜索分型线，在接

20、下来出现的对话框中点击选择体，点击应用，确定，再点击确定，完成分型线的设计，如图 2-7 所示。 2-72.7.3 创建分型面 1.单击分型管理器对话框中的创建/编辑分型面命令。2.点击对话框中的创建分型面，在曲面类型中选择有界平面，点击确定，完成曲面分型，如图 2-8 所示。 .16 / 42 2-82.7.4 设计分型区域1.单击分型管理器中的设计区域命令。2.在区域计算选项中选择保持现有的，点击确定。3.在塑模部件验证对话框中选择区域，为了区分型芯和型腔，可以在设置区域颜色中设置不同的颜色，在指派为下面选择型腔区域，然后点击应用，关闭塑模部件对话框。如图2-9 所示。 2-92.7.5

21、抽取区域和分型线 1.在分型管理器对话框中点击抽取区域和分型线命令.2.在定义区域对话框中点击 Cavity region，选择型腔中未选到的面，使得型腔面和型芯面之和等于区域面总和（其中型腔面 70 个，型芯面 110 个） 。3.在定义区域对话框中的设置下面将创建区域和创建分型线全部打勾，点击应用。4点击定义区域对话框中的 Core region，将设置下面的创建区域和创建分型线全部打勾，点击确定，关闭定义区域对话框，完成抽取区域和分型线，如图 2-10 所示。 .17 / 422-102.7.6 创建型腔和型芯1.点击分形管理器对话框中的创建型腔和型芯命令。2.在定义型腔和型芯对话框中点

22、击 Cavity region，将设置下面的检查几何体和检查重叠全部打勾，点击应用，再点击确定，完成型腔的创建，如图 2-11 所示。 2-113继续点击定义型腔和型芯对话框中的 Core region，将设置下面的检查几何体和检查重叠全部打勾，点击应用，再点击确定，完成型芯的创建，如图 2-12 所示。 .18 / 422-122.7.7 文件保存1.加工时我们采用的是 Mastercam8.0 进行机的型芯和型腔加工，所以保存时要保存为Mastercam8.0 默认格式，即 IGES 格式。2.先将文件全部保存，点击文件全部保存即可。然后点击窗口，将机的型芯和型腔分别调出来，点击开始导出I

23、GES，存到自己盘中，即完成机的型芯和型腔的保存。第三章机模具的数控加工工艺分析3.1 图形分析 .19 / 42图3-1 机型芯与型腔先要对加工方案进行整体规划，依次采用什么样的加工步骤才能更高效地加工出整个型腔。如图 3-1 所示为机的型芯与型腔零件体积块零件。对于凸模的数控加工，其结构相对凹模简单，所以加工也比较简单。因此在加工中以粗加工为主，然后再进行精加工。机凹模相对复杂， ，不仅有复杂的台阶面和角，还有宽度较小的槽，加工时应单独加工。凹模加工还是主要以粗加工为主，分型面等精加工到位。3.2 加工工艺分析1.通过分析机零件的结构特点，采用如下的工艺方案：（1）机凸模的工艺方案本次加工

24、使用由线切割割制而成的规则长方体，预留壁余量为 2mm。机凸模顶部为凸面，因此采用12R1 平头铣刀和10R0.5 球刀分别进行曲面的粗加工和半精加工，即快速切除大量材料又为精加工做好准备。粗加工和半精加工所留余量分别为 0.8mm 和 0.3mm。采用8 的球刀进行曲面外形轮廓精铣削操作，将第一步留下的零件周边 0.3mm 余量去除，保证机零件周边尺寸精度和表面粗糙度.（2）机凹模的加工工艺方案凹模的粗加工用12 的平头刀，快速去除材料，预留加工余量为 0.5mm，加工方法为粗加工。采用8 的球头刀半精加工，去除材料，预留加工余量五 0.1mm，保证加工尺寸，采用重新粗加工的方法加工。采用5

25、 的球头刀将分型面中的曲面部分光刀，加工余量为 0，采用精加工的加工方 .20 / 42法。对于零件的圆角部位，为了保证表面加工质量，采用3 球铣刀进行曲面环绕等距精加工。曲面环绕等距精加工的时间较长，如果加工该零件有时间要求，可以考虑使用其他方加工法代替；3.3 加工工艺卡表 3-1 凸模加工工序卡序号加工容工艺类型使用刀具主轴转速/Rmin-1进给速度/mmmin-11平头刀开粗体积块加工12R1 平头铣刀150015002球头刀半精加工轮廓加工10R05 球头铣刀180020003球头刀精加工轮廓加工8 球头刀20002500表 3-2 凹模加工工序卡序号加工容工艺类型使用刀具主轴转速/

26、Rmin-1进给速度/mmmin-11平头刀刀开粗粗加工12R1 平头铣刀150015002球头刀半精加工半精加工8R05 球头铣刀180018003球头刀精加工精加工5R05 球头铣刀200020004球头刀清残角精加工3R05 球头铣刀22002200第四章 机的数控模拟加工4.1 机凸模的模拟加工4.1.1 调取型芯档案1.启动 Mastercam8.0。点击主功能表中的档案取档，将保存好的机型芯调到绘图区域，即完成型芯的取档。 .21 / 424.1.2 边界设定1.点击主功能表中的刀具路径工作设定，在工作设定对话框中，点击使用边界盒，选择型芯的四边和上表面，然后点击对话框中的确定，如

27、图 4-1 所示，完成边界的设定。 4-1 4.1.3 曲面加工4.1.3.1 曲面粗加工1.点击刀具路径中的曲面加工粗加工挖槽粗加工窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。2. 在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择12R1 平头铣刀，刀具参数设置如图 4-2 所示。 .22 / 42 4-23. 曲面加工参数和挖槽粗加工参数设置如图 4-3 所示，其中参数：安全高度 30，下刀位置 5.0，绝对坐标，加工预留量 0.8，Z 轴最大进给量 2.5，等距环切，快速提刀，顺铣。4-34.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM 软件自动计算走刀路径。 .23 /

28、424.1.3.2 曲面半精加工1.点击刀具路径中的曲面加工精加工环绕等距窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。2. 在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择10R05 球头铣刀，刀具参数设置如图 4-4 所示。 4-43.曲面加工参数和 3D 环绕等距加工参数如图 4-5 所示，其中参数：加工预留量 0.3，切 4-5削方向误差值 0.025，绝对坐标，最大切削间距 0.8，快速提刀，顺铣。 .24 / 42 4.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM 软件自动计算走刀路径。4.1.3.3 曲面精加工1.点击刀具路径中的曲面加工精加工环绕等距窗选，将型芯放置

29、到俯视面，窗选型芯，点击执行。2. 在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择8R05 球头铣刀，刀具参数设置如图 4-6 所示。 4-63.曲面加工参数和 3D 环绕等距加工参数如图 4-7 所示，其中参数：加工预留量 0，最大切削间距 0.6，绝对坐标，快速提刀，顺铣。 .25 / 42 4-74.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM 软件自动计算走刀路径。5.所有参数设置完之后，点击操作管理实体切削验证，进行机凸模的数控模拟加工，加工完之后的机模型如图 4-8 所示。4-86.模拟加工完之后，点击操作管理执行后处理储存 NC 档确定。 .26 / 424.2 机

30、凹模的模拟加工4.2.1 调取型腔档案1.点击主功能表中的档案取档，将保存好的机型腔调到绘图区域，即完成型腔的取档。4.2.2 边界设定1.点击主功能表中的刀具路径工作设定，在工作设定对话框中，点击使用边界盒，选择型腔的四边和上表面，然后点击对话框中的确定，完成边界的设定。4.2.3 曲面加工.4.2.3.1 曲面粗加工 1.点击刀具路径中的曲面加工粗加工挖槽粗加工窗选，将型腔放置到俯视面，窗选型腔，点击执行。2. 在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择12R1 平头铣刀，刀具参数设置如图 4-9 所示。 4-93.曲面加工参数和挖槽粗加工参数设置如图 4-10 所示，

31、其中参数：安全高度 30，下刀位置 5.0，绝对坐标，加工预留量 0.5，Z 轴最大切削量 2.5，等距环切，顺铣。 .27 / 424-104.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM 软件自动计算走刀路径。4.2.3.2 曲面半精加工1.点击刀具路径中的曲面加工精加工环绕等距窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。2. 在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择8R05 球头铣刀，刀具参数设置如图 4-11 所示。 .28 / 42 4-113.曲面加工参数和 3D 环绕等距加工参数如图 4-12 所示，其中参数：加工预留量 0.1，最大切削间距 0.8，绝对坐

32、标，切削误差 0.025，快速提刀，顺铣。4-124.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM 软件自动计算走刀路径。4.2.3.3 曲面精加工1.点击刀具路径中的曲面加工精加工环绕等距窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。2. 在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择5R05 球头铣刀，刀具参数设置如图 4-13 所示。 .29 / 424-133.曲面加工参数和 3D 环绕等距加工参数如图 4-14 所示，加工预留量 0，最大切削间距0.6，绝对坐标，切削误差 0.025，快速提刀，顺铣。 .30 / 424-144.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CA

33、M 软件自动计算走刀路径。5.所有参数设置完之后，点击操作管理实体切削验证，进行机凸模的数控模拟加工，加工完之后的机模型如图 4-15 所示。4-156.模拟加工完之后，点击操作管理执行后处理储存 NC 档确定。 .31 / 42第五章 结 论5.1 工作小结在国三维造型与加工市场中，UG 以其参数化的操作方式一直在业占有重要地位，该软件的引入与应用程度正日渐增强。根据我们在网上和查看了一些书籍的后，不难看出该软件的模块多，应用围大，所以想彻底地掌握和了解它有一定的难度。而目前国所有出版的图书大都集中在 CAD 模块上，对于其在 CAM 方面的应用则讲解甚少，所以在这次毕业设计中我选了个 CAD/CAM 并存的课题，借此机会能多了解一些关于 CAM 的知识和应用。而我本次毕业设计的目的就是：通过自己设计机作为参考零件生成模具的型芯与型腔，进而通过使用 CAM 加工出模具的型芯与型腔。通过学习，我对该软件有了很深的了解，该软件的 CAD/CAM 加工技术在生产制造方面具有以下优点：减少加工前的准备工作；减少操作程序与人为误差；提高加工灵活性；减少产品检验所需的成本；生产时间控制