小牛的造型设计与数控加工本科论文

密级：学号：本科生毕业论文（设计）小牛的造型设计与数控加工学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导老师：完成日期：本科生毕业论文（设计）③可调夹具：经济、实用，有比较好的应用范围，但是加工对象不固定。3.5.2装夹方案的选择在考虑到小牛加工时夹具装夹方案，我们要根据定位基准面和我们选择的工件加工表面的加紧方式。我们在选择夹具时，通常要注意夹具要满足我们加工的需求，这是我们首先要考虑的，在这个前提下我们在考虑其经济性。在夹具的选择中我们要注意夹具与机床的适应性，我们选择的夹具要方便装夹工件、刚性好、精度高、耐磨耐腐蚀等因素。根据这些要求，我选择三抓卡盘比较合适。在装夹工件时要注意一下几点:(1)装夹时要注意夹具不能与刀具太近，以免在加工过程中产生刀具与夹具相接触的情况，损坏刀具；(2)由于加工材料选择的是铝块，在装夹时要注意装夹的高度，避免在加工过程中出现刀具与夹具碰触，损坏刀具和夹具；(3)在装夹时要注意不能使得装夹太紧（注意不要太松）使得加工材料出现比较大的形变，影响加工精度；(4)装夹前注意清理夹具上的杂物，避免在装夹时出现误差，使得工件在加工中出现较大误差。小牛的造型比较复杂，是由许多的曲面构成。在加工材料上选用的铝，在表面粗糙度上比较好，而且我们选择平口钳做为夹具，这使得在装夹过程中要注意装夹的水平度，夹具的装夹力要适中，避免装夹时的力过大，迫使材料变形，使得加工精度产生误差。图3-1平口钳夹具3.6工序方案、加工顺序及加工余量的确定3.6.1工序方案的确定根据小牛造型设计的要求及其表面粗糙度的要求，我们在表面加工工艺方案的确定上才用粗车-半精车-精车的加工顺序，在小牛造型之中有一个弧形槽，我们才用半精铣-精铣的加工方案。在整个小牛的加工过程中，我们对表面精度的要求是统一的，在考虑到小牛的底部是在最后加工的，并且在加工后再处理表面时回比较空难，我们可以适当降低小牛底部的精度要求。在整个铣削加工中我们要注意一下几点：(1)在加工的过程中，要注意工序之间不要相互受到影响，尤其是在精车时注意这一点，如果出现加工的工艺的重复，可能造成产品表面的精度大不到设计要求；(2)在加工时，首先因该加工小牛头部的弧形槽，在加工其他表面，这样就避免了加工表面时对槽的影响；(3)在装夹时一定要夹好，如果出现装夹问题将是无法挽回的错误。3.6.2加工顺序的确定根据小牛的加工精度要求，将加工顺序划分为：（1）粗加工阶段：快速去掉大部分的加工余量，同时为后面的加工提供较精确的基准和保证后续加工余量的均匀，所以这个阶段的特点是吃刀深、进给量大、转速慢；（2）半精加工阶段：为精加工做准备，确保精加工的加工余量，搞定次要表面的加工，这个时候要达到一定的精度及表面粗糙度，所以切削用量较小，转速较高；（3）精加工阶段：实现加工精度及表面粗糙度的设计要求，所以切削用量更小，转速更高。3.6.3加工余量的确定根据加工余量的分析、工序方案及其加工顺序的确定，我们将每一道加工余量进行确定。根据零件的基本尺寸和选择加工材料，通过查表得到零件总的加工余量为1.5-2.5mm之间，考虑到实际加工的需要，我们将总加工余量确定为2mm。表3-4工序余量、公差等级、表面粗糙度加工顺序工序余量（mm）公差等级（IT）表面粗糙度（R/m）粗加工1.5IT1212.5半精加工0.8IT96.0精加工0.4IT70.83.7走刀路线的确定走刀路线的选择直接关系到零件加工是否符合设计要求，更关系到产品的加工效率。由于在小牛的设计中，曲面的应用非常的多，这就给走到路线的选择带来了比较大的空难。3.7.1走刀的基本原则数控加工时我们的加工走到路线是非常重要的，在选择的过程中要遵循一下两点原则：(1)首先我们要确保加工的质量，不能因为走刀路线选择不规范使得零件的加工精度和表面粗糙度不符合规定；(2)其次是要考虑到加工工时，要选择恰当的走到路线，机床空路程，降低工时，提升生产效率；图3-2最短走刀路线的设计如图3-2所示，在加工孔时（c）的加工时间要节约一倍，提高了生产效率。3.7.2铣削方式的选择数控加工中的铣削方式一般为顺铣和逆铣。这两种方式各有自己的优缺点，我们要综合考虑零件加工的需要，来选择铣削方式。顺铣对加工表面的质量较好，对刀具的磨损也相对较小。根据小牛的造型设计和相关参数，我们选择顺铣方式并且从材料的顶端下刀，这样就可以满足对小牛外表面的精度和粗糙度的要求。图3-3铣削的三种方式3.7.3小牛加工路线的确定小牛的外形设计比较复杂，而且对加工精确性和表面光滑度的需求较高，所以为了避免干扰到零件加工品质，我们选择进刀和退刀时沿零件轮廓的相切线上，以保证轮廓表面的光滑。在整个加工过程中，我们要求进给连续，不能再加工过程中出现停顿。考虑到小牛的头部有一个弧形槽，切槽的底部为曲面，考虑到曲面加工的方式一共有三种，即沿参数曲面的Y向行切（a），沿X向行切（b）和环切（c）如图所示，这几种走刀路线之中，a优点是加工精度较高；b优点是行程短，每次沿直线入，点位计算方便；c一般为内槽的加工。在选择c方案之后要考虑进刀和退刀，在加工是要沿切线进刀并且在槽的中部（如图3-4），退刀时注意不要碰到槽沿。图3-4进退刀路径3.8刀具的选择科学技术的稳步前进，数控机床的加工速度逐步加快，这就使得加工行业对刀具的要求变得更加高。3.8.1数控铣床的常用刀具有一下几种：(1)盘铣刀：一般采用在盘状刀体上机夹刀片或到头组成，常用于端铣较大的平面；(2)端铣刀：数控铣削中常用的刀具；(3)成型铣刀：多用于平面的加工，也可用于孔加工；(4)球头铣刀：刀头为球形，在加工复杂曲面中有较广泛的应用，可以加工较小的圆弧曲面。3.8.2铣刀的选用原则刀具选择总的原则是装调快捷、强度高、硬度高和精度高。在实际生产中，选择刀具的主要依据是一下几点：(1)加工曲面零件时，一般才用球头刀。粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀；(2)铣削较大平面时，为一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀；(3)铣削小平面或台阶时，一般采用通用铣刀；(4)铣键槽时，一般采用两刃键槽铣刀；(5)孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具。根据以上几点选用原则，在加工小牛的外形和尺寸的要求下，我们采用球头刀。粗加工为两刃球头铣刀，半精和精加工采用四刃球头铣刀。在加工凹圆弧是，考虑到凹圆弧的深度只有1mm，所以才用平头立铣刀。表3-5选用道具的基本参数（mm）铣刀类型铣刀型号半径（R）刃长（L1）柄径（D）全长（L）铣刀材料两刃球头铣刀EST/M-N-BQ203L48852高速钢四刃球头铣刀FSW-XD3.53.6750高速钢平头立铣刀HMX2.54650高速钢3.9切削液的选取选择合理切削液能使切削力和切削温度得到降低，从而提高刀具的使用寿命，防止工件过热产生变形和改善已加工表面的质量。3.9.1切削液的作用（1）冷却作用：降低刀具温度，减小工件变形和提高刀寿命；（2）润滑作用：降低刀面与工件摩擦、黏结，从而提升加工面的质量；（3）清洗和排屑的作用：在切削工程中产生的碎屑和粉末，我们可以通过切削液将它们清除掉；（4）防锈作用：使工件和切削液之间产生化学反应，形成保护膜，到达保护工件免受氧化作用。3.9.2切削液的种类切削液的种类繁多，主要分为水溶液、乳化液和切削油等。表3-6常用的冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却、清洗乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗、防锈切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑、防锈根据小牛加工所选材料和刀具，我们选择乳化液作为加工时的切削液，浓度为5%。3.10对刀点的选择数控加工时，首先确定零件的坐标原点，建立加工坐标系，同时考虑刀具尺寸对加工影响。(1)试切法对刀：原理是根据刀具与毛坯相互接触产生摩擦来找到坐标原点，这种方法的缺点是侧面的加工品质不高；(2)工具对刀：对于外表苛刻的工件。根据所选刀具的型号，我们确定对刀的方法，采用试切法对刀。在生个加工中，我们主要加工的是外部轮廓，我们在对刀时要确定棒材的轴心为加工坐标原定，这样有利于我们加工小牛的外部轮廓。图3-5对刀和换到的确定图3-6不同刀具的到位点3.11工艺文件编制工序卡片根据加工的工序，将每道工序所使用的刀具参数和机床的主轴转速、进给速度和背吃刀量等相关参数编织为表格3-7。表3-7工序参数单位产品名称或代号零件名称零件图号名称/小牛1工序号程序编号夹具名称使用设备车间//平口钳KVC650加工中心/工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量备注mmr/minmm/minmm1轮廓粗铣T01D8350010503/2轮廓半精铣T02D7350012001.5/3轮廓精铣T02D7500020000.5/4凹圆弧槽半精铣铣T03D5500020000.8/5凹圆弧槽精铣T03D5500020000.2/6切断T04D320004003编制审核批准共1页第1页刀具卡片根据小牛加工的需要，将整个加工过程中所需要的刀具详细参数编织为表3-8。表3-8刀具具体参数产品名称或代号/零件名称轮廓加工零件图号1序号刀具号刀具规格名称直径长度刀具材料加工部位备注1T01D8R4球头铣刀4070高速铣削钢//2T02D7R3.5球头铣刀3770高速铣削钢//3T03D5平头立刀3470高速铣削钢//4T04D10切断铣刀4040高速铣削钢//编制审核批准共1页第1页第4章零件的数控加工编程4.1初始参数的设定UG有计算机辅助制造模块，给我们在数控加工中带来了许多方便，我们在加工时只需要将加工的各个参数输入电脑，电脑将会自动根据设定的参数完成数控机床的编程，从而节省成本。1.我们选取的材料为长80mm，宽为80mm，高15mm的铝块。2.进入数控加工阶段，根据加工工艺的顺序进行加工。进入UG的加工模块，设定加工环境为“mill_contour”。在“加工导航器”设定加工的坐标原点，设定工件与刀具的安全距离为51mm，如图4-1所示。图4-1选择“WORKPIECE”，指定加工部件，毛坯几何体和指定材料为MATO-00103，选择指定部件为全部，指定毛坯，如下图4-2所示。图4-24.2创建刀具1.进入“创建刀具”功能，在刀具的类型中选第二个立式铣刀，刀具名称为”D8”,在球头铣刀的参数选项中选择刀具直径8mm，刃长8mm，长度52mm，刀具刃数为2，刀具号1;如图4-3所示。图4-3同理，用相同的方法创建其他的刀具D7，D5D4刀具参数：直径7，刃长3.6，全长50，刀刃4，刀具号2；D5刀具参数：直径5，刃长4，全长50，刀刃4，刀具号3；4.3创建粗加工操作进入“加工方法视图”中“MILL_ROUGH”点击右键进入插入-操作界面,在操作类型中选第六个“跟随轮廓粗加工”，设置刀具和几何体，如图4-4所示。图4-4表4-1编程基本参数表参数参数值参数参数值刀具材料硬质合金进给速度1050刀具类型球头铣刀主轴转速3500刀具刃数2公差0.03刀具直径3切削步距5刀具半径1.5切削深度3圆角半径1.5加工余量侧壁2快进速度1050底面/打开“切削参数”设置切削方向为顺铣，切削深度优先，在“余量”中设置毛坯余量为2mm。公差为0.05mm，如图4-5所示。图4-5在完成这些设置后，进入“进给率和速度”界面，在主轴转速中设主轴3500，进给率1050，点击生成按钮，生成刀具的轨迹和切削面，如图4-6所示。图4-6图4-7由于在切削过程中，无法一次走刀完成小牛的粗加工的尺寸要求，所以要进行二次进给和走到，集体参数如图4-7,4-8所示。图4-84.4创建半精加工进入“加工方法视图”根据粗加工的创建步骤，创建半径加工的操作步骤，基本参数乳下表：表4-2编程基本参数表参数参数值参数参数值刀具材料硬质合金进给速度1200刀具类型球头铣刀主轴转速3500刀具刃数4公差0.03刀具直径2切削步距刀具直径50%刀具半径1切削深度1.5圆角半径1加工余量侧壁0.5快进速度1200底面/根据编辑基本参数表，进入“切削参数”策略选项，切削方向为顺铣，切削顺序为层优先。在“余量”选项中，部件余量为0.5mm，毛坯余量为0.5mm。如图4-9所示。图4-9在完成切削和余量的设置后，我们要对“切削模式”设置为轮廓加工，主轴转速为3500，进给率为1200，点击生成，形成刀具走到路径，其他数据如4-10,4-11所示。图4-10图4-114.5精铣小牛表面在精加工时我们采用轮廓铣，在工具栏中选操作平面，选中轮廓铣，将使用几何体的项目改为WORKPIECE，“使用方法”才用精加工，在刀具选用D1进行小牛造型的轮廓加工，点击确定进入平面铣削界面，选中图标，点击确定进入工件界面，在几何体中选指定部件、指定毛坯，选取曲线为边界，点击选取加工中心的外轮廓线框，完成的设置。在选取，完成加工底面的设置。在切削方式上选择“跟随部件”，将“切削深度”设定为0.5mm，点击生成按钮，看刀具的走刀能否完成，点击完成创建操作，接着进入2D模拟，如图4-12所示。图4-12图4-13在完成精加工后，由于加工的难度较大，在实际加工中我们要对最后的加工进行清根处理才能完成这个加工过程，如图4-13所示。4.6后处理后处理只要是在整个编程中的刀具轨迹和数控加工中的程序生成。在项目选项中点击“后处理”，进入“后处理”界面，如图4-14所示。图4-14经过后处理后，导出NC代码，部分代码如下：%G17

G90

G54G40

G49

G80G91

G28

Z0.0

M06

T01

G00

G90

X20

Y70.

S19000

M03

G43

G00

Z10

H11

G00

Z3

G01

X10

Y60.

Z1.5

F2000.

M08

G01

X10.5

Y54

Z1.5G01

X22.

Y50.3

Z1.5G03

X34.3

Y12.

I0.0

J12.3

G01

X34.3

Y12.

Z-1.5G03

X22.

Y24.3

I12.3

J0.0

G01

X22.

Y24.3

Z-1.497

G03

X34.3

Y12.

I0.0

J12.3

G01

X34.3

Y12.

Z1.497

G03

X22.

Y24.3

I12.3

J0.0

G01

X10.5

Y24.3

Z1.5

G02

X18.969

Y-18.3

I-10.273

J6.169

G01

X22.

Y-18.3

Z16.4

G03

X28.3

Y-12.001

I0

J6.3

G01

X28.3

Y12.

Z16.4

G03

X22.

Y18.3

I-6.3

J0G01

X18.9Y18.3

Z16.4

G01

X18.9

Y30

Z16.4

G01

X18.9

Y30

Z-\13.4

G00

Z19

M05

M09

G91

G28

Z0.0

G28

X0.0

Y0.0

M30

%结论在造型设计中，我们要利用UG这个强大的三维设计软件来完成图纸的设计和数控加工流程的制作。整个设计中要利用曲面来完成造型。产品的工艺设计上也是一个重点，这其中要确定我们在加工中所有流程的制作，要考虑的加工中各个环节中药注意的事项。综合来看，毕业论文有以下三点：第一：小牛的造型设计。在小牛的整体造型中，首先要利用UG绘制小牛的整体轮廓。在轮廓的绘制中要利用样条曲线和不断建立新的绘图平面，来完成小牛的轮廓设计。其次是对小牛的表面设计，利用曲面网格等绘制小牛的表面。最后就是对小牛进行倒圆角，对不同的部件进行缝合完成整个小牛的造型设计。第二：小牛加工的工艺。在小牛的加工中对小牛的加工工程进行确定。加工路线、刀具的尺寸、加工余量、进给速度、机床的主轴转速和夹具等对加工用重要影响的因素，并且对具体的参数进行相应的计算，从而确保能够顺利的对小牛的造型进行加工。第三：小牛的数控编程。利用UG软件，对小牛的数控加工进行编制。在编制时对加工坐标、加工路线、加工刀具和具体的加工参数进行设置，使得数控机床可以根据相关设定加工小牛的形状。数控编程要能实现小牛的模拟加工和数控代码的生成。本次毕业论文，在设计的理念和理论上有了很大的提高。此外，在造型设计中也从在许多不足，我们可以在造型方面在进行改进。在设计中我们发现一些曲面还不是很完美，从在曲面的而过度不协调，影响小牛的整体美观，还存在造型的单一，在以后我们可以在造型的多样性上下功夫。参考文献［1］张云杰、张云经.UGNX7.0［M］.北京：电子工业出版社，2011.5.［2］展迪优.UGNX8.0曲面设计实例精解［M］.北京：机械工业出版社第二版2012.1144~165/168~200.［3］王爱玲武文革.现代数控机床［M］.国防工业出版社第二版，2009.3.［4］武友德.机械加工工艺［M］.北京：北京理工大学出版社，2011.630~86.［5］高长银、刘丽.UGNX9.0数控多轴加工实例［M］.北京：北京工业出版社，2015.5.［6