机械专业毕业设计---茶杯模具造型与数控加工

1、业 设设计计题题 设 茶杯模具造型与数控加工 毕计（论文） 目目 前言前言 本毕业设计较系统的介绍了数控技术的各方面知识， 既总结了现代的加工技术现状， 又介绍数控技术未来的发展前景及目标。 现代生产中，模具已成为大量生产各种工业产品和日用生活的重要工艺设备。应用 模具的目的在于保证产品的质量，提高生产效率和降低制造成本。因此不但要有合理、 正确的模具设计技术，还必须有高效、高质量的模具制造技术作为保证。 Mastercam 集 CAD 与 CAM 于一体，使用方便，容易掌握，被广泛用于机械制造业 和模具行业中的零件二维绘图三维制定、数控自动编程与加工。用户还可以将 AUTOCAD、Pro/E

2、 参数化设计，能够用最短的时间实现产品的设计与制造，灵活性比较 高、更新快。本设计以 Inventor 和 Mastercam 软件为基础，采用 Inventor 绘图以及进行 实体造型， 和模具合模。 然后在 Mastercam 中， 进行自动加工， 生成程序， 实现 CAD/CAM 一体化。 设计加入了高数切削技术， 高数切削加工是面向 21 世纪的一项新技术， 它是一种不 同于传统加工的加工方式。与之相比，高数切削加工主轴转速高、切削进给速度高、切 削量小，但单位时间内的材料切除量却增加 510 倍，它以高效率、高精度和高表面质 量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行

3、业中获得了愈来愈广 泛的应用，并以取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。因 此采用高速切削工艺，缩短工艺路线，提高了加工生产效率。 随着科学技术的发展，对产品精度提出了越来越高的要求。一些传统的加工方法已 经不能适应高精度和高表面质量的要求，促使机械加工技术向精密加工和超精密加工的 方向发展。新的刀具材料的开发与应用使得高速切削、强力切削成为可能，从而大大提 高了切削加工效率。 2 目录目录 前言前言 绪论绪论 1.1 课题来源、目的及意义4 1.2 课题背景及国内外研究现状5 1.3 课题研究的主要内容5 第一章第一章数控加工技术数控加工技术 1.1 数控技术发展前景6

4、 1.2 数控加工的适应性6 1.3 数控加工的特点7 1.4 数控工艺制定的主要内容7 第二章第二章 CAD/CAM CAD/CAM 技术在模具中的运用技术在模具中的运用 2.1 CAD/CAM 的概念9 2.2 常用软件的介绍9 2.3 Mastercam 加工应用的介绍10 第三章第三章高速加工技术与刀具材料高速加工技术与刀具材料 3.1 高速切削技术概述11 3.2 高速切削技术应用11 第四章第四章茶杯模具设计与加工茶杯模具设计与加工 4.1 茶杯模具设计流程12 4.2 茶杯加工工艺分析16 4.3 茶杯加工工艺制定23 4.4 自动编程与仿真模拟操作26 4.5 加工程序32 第

5、五章第五章设计总结设计总结 总结38 致谢39 参考文献40 3 绪论绪论 1.11.1 课题来源、目的及意义课题来源、目的及意义 模具是工业产品中应用广泛的工艺装备。由于采用模具进行生产能提高生产效率、 节约原材料、降低成本，在一定的尺寸精度范围内保证产品零件的同一性和互换性。所 以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模 具进行加工。据统计，利用模具制造的零件，在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表等机 械电子产品中占 60%70%；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占 80%以上；在 自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占 85%以上。随着科学技

6、术的发 展，工业产品品种和数量不断增加，产品的改型换代加快，对产品质量、外观不断提出 新的要求，对模具质量的要求也越来越高。模具设计、制造工业部门肩负着为国名经济 相关部门和企业提供模具的重任。显然，模具设计及制造水平落后，生产的模具质量低 劣，制造周期长，必然影响相关产品的更新换代，是产品失去竞争力并阻碍生产和经济 的发展。可见，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是十分重要的。 先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品机构和生产过程，对模具行业也是 如此。质量成本和时间已成为现代工程设计和产品开放的核心因素，现代企业大都以提 高质量、低价格、短周期为宗旨来参与市场竞争。模具行业必须在技术

7、、制造工业和生 产模式等方面加以调整以适应着这种要求。模具制造现代化正成为国内外行业发展的一 种趋势。 模具是现代工业生产的主要工艺设备之一。无论是工业制品的生产，还是新产品的 开发，都离不开模具。现代工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业 的发展水平。许多新技术和新设备的生产与应用往往源于模具工业。从某种意义上说， 模具制造技术代表了一个国家的工业制造的发展水平。 模具型腔一般是形状复杂的自由区曲面，材料硬度高。常规的加工方法是粗切削加 工后进行热处理，然后进行磨削或电火花精加工，最后手工打磨、抛光，这样使得加工 周期很长。高速切削加工可以达到模具加工的精度要求，减少甚至取消了

8、手工加工，而 且采用新型的道具材料，高速切削可以加工硬度达到 60HRC 甚至硬度更高的工件材料， 可以加工淬火后的模具。高速铣削加工技术引进模具加工将会提高模具的生产效率和生 产成本，提高模具质量。由于模具的质量。由于高速切削技术具有很高的加工效率，可 以使由模具型腔的三维实体模型到满足设计要求的模具快速转化， 真正的实现快速制模。 4 1.21.2 课题背景及国内外研究现状课题背景及国内外研究现状 世界上一些工业发达的国家，模具工业发展十分迅速。据有关资料介绍，有些国家 模具的总产值，已超过机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、 汽车、电子等工业。 莫结局工业已发展为独立的行业，是国民经

9、济的基础之一。模具技术，特别是制造精度、 复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。 模具工业潜力巨大，发展前景广阔。 我国模具工业发展较快，全国已有模具厂及生产单位数千个，拥有职工数十万人， 每年能生产上百万套模具。多工位级进模具、长寿命硬质合金模具的生产和应用进一步 扩大。为了适应工业生产对模具的需求，在模具生产中采用了许多新工艺和先进设备， 不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。数控铣床、加 工中心等设备已在模具生产中被采用。电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手 段。为了对硬质合金进行精密成形磨削，研制成功了单层电镀金刚石

10、成形磨削和电火花 成形磨削专业机床，使用效果良好。电火花加工、电解加工、陶瓷型机密制造、挤压成 型技术以及利用照相腐蚀技术加工皮革纹等加工技术已在型腔加工中被采用。为了满足 新产品试制、小批量生产的需要，我国模具行业制造了多种结构简单、生产周期短、成 本低廉的简易冲模，在我国模具的计算机辅助设计及制造（ CAD/CAM）也已经进入了 使用阶段。 尽管我国模具工业发展较快， 制造技术水平也在逐步提高， 但与工业发达国家相比， 还存在较大的差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、制造周期长，造成了模 具供应不求的状况。许多精密、大型、复杂模具不得不从国外高价引进。为了尽快改变 这种状况，国家已

11、从许多方面采取措施，促进模具工业的发展，使之尽快掌握精密、复 杂、大型、长寿命模具的生产，使模具生产基本适应各行业产品发展对模具的需求。 模具制造技术是一门综合性很强的课程，金属材料及热处理、数控技术、机械制造 工艺及设备、公差配合与测量技术等方面的相关知识。 1.31.3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容 1.模具技术 2.CAD/CAM 技术 3.高速切削加工 4.加工工艺的制定 5.数控加工技术 5 第一章第一章数控加工技术数控加工技术 1.11.1 数控技术的发展前景数控技术的发展前景 1.1.11.1.1 数控加工技术及装备的趋势数控加工技术及装备的趋势 效率、质量是先进制造技术

12、的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高 产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其 列为5大现代制造技术之一， 国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m， 精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (0.01m)。在可靠性方面， 国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上， 伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。 1.1.21.1.2 智能化、开放式、网络化成为当代数控

13、系统发展的主要趋势智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统， 智能化的内容包括在数控系统中的 各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺 参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自 适应运算、自动识别负载自动选定模型等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能 化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统 的诊断及维修等。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将 极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集

14、成的需求，也是实现新的制造模式如 敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造 公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的 趋势。 1.21.2 数控加工的适应性数控加工的适应性 数控机床是一种高自动化的机床，有一般机床所具备的许多优点，所以数控机床加 工技术的应用范围在不断的扩大，但数控机床是高精度机电一体化产品，技术含量高， 成本高，因此对使用与维修都有较高的要求。根据数控加工的优缺点及国内外大量应用 实践，其最适应数控加工零件：形状复杂，加工精度要求高，通用机床很难加工或虽能 加工但很难保证加工质量的零件。用数学模型描述的

15、复杂的曲线或曲面零件。具有难测 量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件，必须在一次装夹中完成 铣、镗、锪、铰或攻螺纹等多工序的零件。 6 1.31.3 数控加工的特点数控加工的特点 控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制 造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括 加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持 加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由 机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点： 1.提高生产效率。 2.不需熟练的机床操作人员。

16、3.提高加工精度并且保持加工质量。 4.可以减少工装卡具。 5.可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，用数控加工可以一次装 卡完成，缩短加工周期，提高生产效率。 6.容易进行加工过程管理。 7.可以减少检查工作量。 8.可以降低废、次品率。 9.便于制订变更，加工设定柔性。 10.容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；操作容易，极大减轻体力劳 动强度。 随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在 模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争 力的象征。 数控加工技术应用的关键在于计算机辅助制订和制造 （C

17、AD/CAM） 系统的质量。 如何进行数控加工程序的编制是影响数控加工效率及质量的关键，传统的手工编程 方法复杂、烦琐，易于出错，难于检查，难以充分发挥数控机床的功能。在模具加工中， 经常遇到形状复杂的零件，其形状用自由曲面来描述，采用手式编程方法基本上无法编 制数控加工程序。近年来，由于计算机技术的迅速发展，计算机的图形处理功能有了很 大增强，基于 CAD/CAM 技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟，这种方法速度快、 精度高、直观、使用简便和便于检查。CAD/CAM 技术在工业发达国家已得到广泛使用。 近年来在国内的应用也越来越普及，成为实现制造业技术进步的一种必然趋势。 1.41.4

18、数控工艺制定的主要内容数控工艺制定的主要内容 1.4.11.4.1 数控加工工艺设计准备数控加工工艺设计准备 1、选择并决定进行数控加工内容 2、零件图的数控加工工艺性分析 3、零件毛坯的工艺性分析 7 1.4.21.4.2 机床的选择机床的选择 不同类型的零件应在不同的数控基础上加工，要根据零件的设计要求选择机床。 数控车床适用于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内腔。 数控立式镗铣床和立式加工中心适用于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复 杂平面或立体零件以及模具的内外型腔。 1.4.31.4.3 加工工序和顺序的安排加工工序和顺序的安排 零件各表面加工前后顺序的安排，

19、对保证加工质量，提高生产率，降低生产成本有 重要作用。工艺人员必须切削加工、热处理和辅助工序综合考虑。 1.4.41.4.4 工件装夹方式的确定工件装夹方式的确定 1、定位基准与夹紧方案的确定 2、夹具的选择 1.4.51.4.5 加工方法的选择与加工方案的确定加工方法的选择与加工方案的确定 1、加工方法的选择 2、确定加工方案的原则 3、加工余量的选择 1.4.61.4.6 加工刀具的选择加工刀具的选择 数控机床，特别是加工中心，其主轴转速较普通机床的主轴转速高 12 倍，某些特殊 用途的数控机床、加工中心主轴转速高达每分钟数万转，因此数控机床用刀具的强度与 寿命至关重要。目前，涂层刀具与立

20、方氮化硼等刀具已广泛用于加工中心，陶瓷刀具与 金刚石刀具也开始在加工中心上运用。 一般来说， 数控机床刀具具有较高的寿命和刚度， 刀具材料抗脆性好，有良好的断屑性能和可调易更换等特点。 1.4.71.4.7 切削用量的确定切削用量的确定 切削用量包括切削速度、背吃刀量、进给量三要素。选择切削用量原则是，粗加工 时，以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保 证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 8 第二章第二章 CAD/CAM CAD/CAM 技术在模具中的应用技术在模具中的应用 2.1 CAD/CAM2.1 CAD/CAM 的概念的概念 2.1.

21、12.1.1 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD） 计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，简称CAD)，是以计算机为主要手段来辅助 设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化、信息输出等全部任务的综合性高 新技术。作为现代先进设计与制造技术的基础，CAD 是多学科相交叉、知识密集型的高 新技术。它使产品设计的传统模式发生了深刻变革，不仅改变了工程界的设计思想及思 维方式，而且影响到企业的管理和商业对策，是现代企业必不可少的设计手段。计算机 辅助设计的主要研究内容包括造型技术、优化设计、综合评价和信息交换等方面。 (1)造型技术计算机辅助设计是以各种数字化的图形来

22、表达设计方案， 因此图形处 理和表达是计算机辅助设计技术研究的基础与关键。人们在解决了二维图形问题之后， 主要目光集中在三维的图形技术方面，曲面造型、实体造型、特征化造型、参数化设计 等都是研究的重点。 (2)优化分析在工程设计中往往要进行某些分析， 包括力学、 传热学、 流体力学等。 如今，提供优化分析功能的各种专用软件和商品化的通用软件已被广泛地集成到计算机 辅助设计系统中去。它允许使用者在设计的同时就能够进行数据的分析，为设计带来了 方便。从而提高了设计的质量和效率。 2.1.22.1.2 计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAMCAM） CAM 技术是通过计算机的几何造型，然后用计算机上

23、的软件进行工艺参数的调整和 设置进行的工艺安排，自动的合理安排工艺路线和刀路参数进行的自动编程和加工的， CAM 技术能够完成零件的仿真检测、加工模拟等自动计算功能。 2.22.2 常用软件的介绍常用软件的介绍 随着计算机技术的飞速发展和设计制造领域对计算机新技术的迫切需求，各种各样 的 CAD/CAM 软件应运而生。CAD/CAM 技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小 型机、工作站和微机时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM 软件。目前，机械工程 领域使用的 CAD/CAM 软件呈现出“百花齐放、百家争鸣”的局面。只有那些及时采用 了最新技术、商品化程度高、操作简便且功能丰富、齐备的

24、 CAD 系统，才表现出更为 强劲的生命力。国外CAD/CAM 软件较国内同类软件出现得较早，开发和应用的时间也 较长，所以比较成熟。目前，国外一些优秀软件如UG、Pro/E、MasterCAM 等，已经占 领了相当一部分国内市场。 9 2.3 MasterCAM2.3 MasterCAM 加工应用介绍加工应用介绍 Mastercam 是美国 CNC Software Inc.公司开发的基于 PC 平台的 CAD/CAM 软件。它 集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感 摸拟等到功能于一身。 它具有方便直观的几何造型 Mastercam 提供了设计零件外形

25、所需 的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。具有易学易用、 计算速度快、仿真功能强、操作方便等优点。该设计是采用 Mastercam9.0 进行加工的。 本设计将详细说明在茶杯模具数控加工的具体的工艺流程、 操作步骤、 参数的设置、 刀具的选择、走刀路线、仿真模拟、后处理、程序的生成、程序的修改等内容。 10 第三章第三章高速加工技术与刀具材料高速加工技术与刀具材料 3.13.1 高速切削技术概述高速切削技术概述 高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低 耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加 工的应

26、用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，以级数级提高， 切削机理也发生了根本的变化。与传统切削加工相比，高速切削加工发生了本质性的飞 跃，其单位功率的金属切除率提高了 30%40%，切削力降低了 30%，刀具的切削寿命 提高了 70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。已成为切削加工 的重要发展方向，在航空航天、汽车、模具等行业得到越来越广泛的应用，并逐渐向其 它行业扩展。推广应用高速切削加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。研究 和建立高速切削参数数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高 速切削加工技术具有非常重要的意义。 其优势为：提

27、高了加工速度、生产效率高、可获得高质量的加工表面、简化加工工 序、也可加工形状复杂的硬质汽车模具。 3.23.2 高速切削技术应用及刀具材料高速切削技术应用及刀具材料 采用高速加工技术加工模具，除加工产品质量高以外，还能够显著减少乃至取消效 率低下的磨削以及人工后加工工时，整体上缩短模具的加工制造周期。高速、高精加工 技术及装备的新趋势。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大 地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先 端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一。 高速铣削技术的应用给工业带来了希望， 主要应用在军工、航空航天、汽车、太空技

28、术、模具制造、精密仪器、精密机床等许多 的高科技领域表现突出。 通过高速切削加工技术，可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问 题。近几年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具 公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高 速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。 高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲和力要小，并具有优异的化学性 能、热稳定性、抗冲击性和耐磨损。目前国内外适用于高速切削的刀具材料主要有：陶 瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具和涂层刀具等。 11 第四章第四章茶杯模具设计与

29、加工茶杯模具设计与加工 4.14.1 茶杯模具设计流程茶杯模具设计流程 绘制茶杯型芯 绘制茶杯立体图 12 绘制茶杯左模 绘制茶杯右模 13 合模 1 14 2 3 15 4 4.24.2 茶杯加工工艺分析茶杯加工工艺分析 4.2.14.2.1 零件图的分析零件图的分析 16 材料 设计 制图 审图 其余 钢 茶杯型芯 比例1:1数量共 3 张 第 1 张 其余 .8 .8 材料 设计 制图 审图 钢 茶杯左模 比例1:1数量共 3 张 第 2 张 其余 材料 设计 制图 审图 钢 茶杯右模 比例1:1数量共 3 张 第 3 张 17 （1） 数控铣削加工的主要内容的选择： 在上图的零件的图样

30、所示该零件的轮廓曲线、 圆弧及直线构成，形状复杂的，加工、检验都较困难，除了毛坯平面宜在普通机床上进 行外，其余各加工部位需采用数控机床铣削加工。 （2）零件结构工艺性分析： 零件尺寸的标注基准较统一，且无封闭尺寸；构成该零 件轮廓形状的各几何元素条件，无相互矛盾之处，有利于数控加工。该零件是注塑模具。 该零件要求 IT6，表面粗糙度均为Ra0.8，要求有较高的精度，所以采用数控高速机进行 高速铣削，能够达到较高的尺寸精度和表面粗糙度，粗加工才用气冷，精加工采用油冷， 这样可以保证较好的表面粗糙度。 根据上述零件分析方案，主要解决的问题，采用以下方法： 安排粗、半精、精加工及清根加工。 先加工

31、型芯，后加工左、右型腔这样有适合工艺安排。 精加工采用小直径的铣刀加工来进行加工。 型芯采用高速车削进行加工来进行加工，可以保证较好的粗糙度。 （3）确定装夹方案 在数控铣削加工工序中，可以根据零件的形状采用通用夹具、专用夹具和组合夹具 来进行装夹。该零件使用通用夹具：机用虎钳进行装夹，这样即减少了制作专用夹具、 组合夹具的时间和成本，同时机用虎钳也可以保证装夹定位精度和夹紧力。 4.2.24.2.2 毛坯与材料的选择毛坯与材料的选择 毛坯的选择包括选择毛坯的种类和确定毛坯的制造方法两个方面。常用的毛坯种类 有铸件、锻件、型材、焊接件等。毛坯的制造方法很多，概括来说，毛坯的制造方法越 先进，毛

32、坯的精度越高，其形状和尺寸越接近于成品零件，就会使机械加工的劳动量大 为减少，材料的消耗也低，使机械加工成本也相应降低；但毛坯的制造费用却因采用了 先进的设备而提高。因此，在选择毛坯时应当综合考虑各方面的因素，以求获得最佳得 到效果。 一、毛坯种类的选择 确定毛坯时主要考虑的因素： 1）零件的材料及其力学性能 2）零件的结构形状及外形尺寸 3）生产纲领的大小 4）毛坯车间现有的生产发展情况 18 45 钢是 GB 中的叫法， JIS 中称为:S45C， ASTM 中称为 1045、 080M46， DIN 称为:C45， 45 号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板、梢

33、子、导柱 等，但须热处理。45 钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳 钢，淬火性能并不好，45 号钢可以淬硬至 HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望 发挥 45 钢优越的机械性能，常将 45 钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。 45 钢淬火后没有回火之前，硬度大于 HRC55（最高可达 HRC62）为合格。实际应 用的最高硬度为 HRC55（高频淬火 HRC58），45 钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那 些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用

34、调 质表面淬火提高零件表面硬度。 渗碳处理一般用于表面耐磨、 芯部耐冲击的重载零件， 其耐磨性比调质表面淬火高。其表面含碳量 0.81.2，芯部一般在 0.10.25（特 殊情况下采用 0.35）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部 硬度低，耐冲击。 如果用 45 钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采 用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到 0.30芯部强度已经可以达到很高，应用上不多 见。0.35从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质高频表面淬火的工 艺，耐磨性较渗碳略差，GB/T699-1999 标准规定的 45 钢推荐热处理制度为

35、 850正火、 840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPa。 选择合理性的标志， 应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度地发挥材料潜力， 做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。同 时要适应加工设备条件而设计加工工艺。选择的一般原则，首先是满足零件使用性能的 前提下，现时考虑工艺性、经济性。只要根据我国的资源情况尽量选择材料， 45 钢是机 械制造中广泛使用的中碳优质碳素钢，淬透性较低，水淬容易变形和开裂，经适当热处 理后具有高的强度，通常在调质或正火状态下使用。为了保证有必要的韧性，并消除其 残余应力，应在淬火再回火后成索氏体。该钢具有良好的

36、切削加工性能，冷变形塑性中 等，钢丝可供冷镦。可焊接，但焊接前需预热，焊后需退火处理。综合考虑，茶杯模具 采用常用的中碳优质钢 45 钢。 二、毛坯形状与尺寸的确定 现代机械制造的发展趋势之一，是通过毛坯精化使毛坯的形状和尺寸尽量与零件相 接近，以减少机械加工劳动量，力求实现少、无屑加工。但是，由于现有毛坯制造工艺 技术的限制，加之产品零件的精度和表面质量的要求也越来越高，所以毛坯上某些表面 仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工来达到零件的质量要求。毛坯制造尺寸和 零件尺寸的差值称为毛坯加工余量，毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差。毛坯加工余量 及公差同毛坯的制造方法有关，生产中可参考有关工艺

37、手册。 19 毛坯加工余量确定后，在确定毛坯的形状和尺寸，除了将毛坯的加工余量附加在零 件相应的加工表面上之外，还要考虑毛坯制造、机械加工以及热处理等许多工艺因素的 影响。 参考金属机械加工工艺人员手册表 5-1 自由锻件 碳钢 1.5 光轴类、多台阶轴机械加工余量及公差 表 5-28 锻件长度 300 毛坯类别 光轴 多台阶轴 短方柱、方块、带孔方盘锻件的机械加工余量及公差 表 5-33 锻件长度 50 51100 根据上图中茶杯的尺寸经计算可将毛坯定为： 左模型腔毛坯 右模型腔毛坯 茶杯型芯毛坯 4.2.34.2.3 刀具的选择刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺的重要内容之一，它不仅影响

38、数控机床的加工效率，而 且直接影响加工质量。另外现代数控铣床的主轴转速可达 10002500r/min，主轴输出 功率较大，因此数控铣床对刀具的要求较高。 1、刀具材料必需满足的条件： 高的硬度 足够的强度和韧性 良好的耐磨性 良好的耐热性 良好的工艺性 20 模锻件 碳钢 1 锻件直径 65 41 62 锻件截面边长 A、B ab 1 5 1.5 62 1 5 1.5 62 127X127X57 127X127X57 58X110mm 2、选用刀具材料： 高速钢是一种加入了较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢有很 高的强度，抗弯强度，抗弯强度一般为硬质合金的 23 倍；韧性也高

39、，比硬质合金搞高 几十倍。高速钢的硬度为 HRC6369。热处理变形较小。更主要的优点是有较高的耐热 性，在切削温度达到 500650时，尚能进行切削，与碳素工具钢和合金工具钢相比， 高速钢能提高切削速度 13 倍，提高耐用度 1040 倍。高速钢可加工性也很好。 参考机械加工工艺手册1-10 表 1.2-1 主选高速钢，牌号 W18Cr4V 密度 8.7g/c m3 HRC抗弯强抗压强冲击韧弹性模导热系线膨胀耐热性 6366 度 33.4 Gpa 3、工艺性能 可冷热加工成形，工艺性能好，需经热处理，磨削性能好，但高矾类较差。 4、磨削性能 耐磨性好，可用普通刚砂轮磨削 4.2.44.2.4

40、 夹具的选择夹具的选择 在各类机床上所使用，为了保证加工精度，用来装夹工件，使之占有确定位置以接 受加工或检验的工艺装备，称为机床夹具。夹具在机械制造业中应用很广。由机床夹具 和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和 夹紧，并在加工过程中保持它们之间的正确相对位置。使用夹具，可提高劳动生产率和 加工精度。在其他工艺过程中使用的夹具，也能起到类似的作用。 夹具是重要的机械制造工艺装备，其主要作用包括： 1）提高加工精度和保证产品质量。 2）提高劳动生产率和降低加工成本。 3）扩大机床的工艺范围。 4）减轻工人的劳动强度，降低对操作工人的技术等级要求。 5）改善

41、工人的劳动条件。 综上所述结合本设计的实际情况，在加工中心中我们选用精密机用虎钳，在数控车 床中我们选用三爪卡盘。 21 度性 0kJ 量 210Gp a 数 20.9 系数 116204Gpa18032 4.2.54.2.5 确定数控加工内容确定数控加工内容 数控加工工艺内容 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 加 工 内 容 型芯粗车 型芯半精车 型芯精车 左模腔粗加工 左模腔半精加工 左模腔精加工 右模腔粗加工 右模腔半精加工 右模腔精加工 加 工 方 法 粗车外圆表面 半精车外圆表面 精车外圆表面 挖槽粗加工 挖槽半精加工 挖槽精加工 挖槽粗加工 挖槽半精加工 挖槽精加工 机

42、床 数控车床 数控车床 数控车床 立式加工中心 立式加工中心 立式加工中心 立式加工中心 立式加工中心 立式加工中心 参考：数控加工技术基础表 5-1 金属切削手册 铣削用量的选择 6.34 工件表面粗糙度为 Ra1.6 微米 Ra0.8 微米时， 可分粗铣、 半精铣、 精铣三步铣削。 模具制造技术 表 1-1 外圆柱表面通过粗车、半精车、精车也可达到 0.8 微米至 1.6 微米。 1、确定加工路线： 在数控加工中心上面进行模具型腔的粗、精加工，先采用8 的立铣刀进行左、右 模腔的粗加工；4 的立铣刀对把手粗加工。在采用10、3 球刀进行半精加工、精加 工和清角加工，来完成模具型腔的加工内容

43、。 在数控车床上面进行型心端面进行加工，然后再对外圆面进行粗车、半精加工、精 加工。然后在调头进行型心的另一端面的粗、精加工。 2、切削用量的选择： 铣刀种类及几何尺寸根据被加工表面和尺寸选择刀具的种类。选择不同的刀具进行 加工可以保证较好的加工精度和表面粗糙度，合理的选择刀具可以减少刀具的磨损和报 废，刀具对加工质量有着重要的作用，下表是本零件的的加工刀具的选择的尺寸和切削 用量如下表所示： 22 明细表：参考机械加工工艺手册 9.30 产品名称或代号茶杯模具 工步号刀具号 01 02 03 产品名称或代号茶杯模具 刀具 名称 立铣刀 立铣刀 球刀 球刀 球刀 零件 名称 刀柄 型号 1 2

44、 3 4 5 茶杯模具 左右模腔 零件图号 程序 号 补偿 刀具量 (mm) 直径(mm) 8 4 10 3 3 刀长(mm) 82 43 80 75 75 备 注 T1 T2 T3 刀具 名称 端面刀 外圆刀 外圆刀 零件茶杯模具 名称 刀柄 型号 1 2 3 型芯 刀具 45机夹端面车刀 90机夹外圆车刀 93机夹外圆车刀 零件 图号 程序号 补偿量 (mm) 备注 工步号刀具号 01 02 03 04 05 T1 T2 T3 T4 T5 4.34.3 茶杯加工工艺制定茶杯加工工艺制定 根据零件的结构形状，制定如下加工工艺表：根据零件的结构形状，制定如下加工工艺表： 模具型芯数控车削加工工

45、艺模具型芯数控车削加工工艺 模具型腔左模腔数控铣削加工工艺模具型腔左模腔数控铣削加工工艺 模具型腔右模腔数控铣削加工工艺模具型腔右模腔数控铣削加工工艺 23 型芯数控车削加工工艺表 产品 名称 工厂数控加工工序卡片或代 号 工序 号 程序编号 夹具 名称 三爪卡 盘 工步内容加工面刀具 号 刀具规格 mm 夹具 编号 型芯45 钢 使用设备 数控车床 主轴 转速 rmi n-1 45机夹端面 车 刀 45机夹端面 车 刀 90机夹外圆 车刀 93机夹外圆 精车刀 93机夹外圆 精车刀 45机夹端面 车刀 45机夹端面 车 刀 进给 速度 mm min-1 600 1000 600 1000 1

46、500 600 1000 300 50 300 50 100 300 50 0.5 3 0.5 0.2 取重叠 量 0.5 0.2 3 粗加工整个左端面 留余量 0.5mm 精加工整个左端面 整体外圆粗加工留 余量 1mm 整体外圆半精加工 留余量 0.5mm 整体外圆精加工 粗加工整个右端面 留余量 0.5mm 精加工整个右端面 背吃刀 量 mm 备注 01 车间 数控车间 零件名称 材料零件图号 工步 号 1端面粗加工左端面 端面精加工 加工 外圆粗加工 外圆半精加 工 外圆精加工 T01 2 3 4 5 6 7 左端面 整个外 圆柱面 整个外 圆柱面 整个外 圆柱面 T02 T03 T0

47、4 T05 T06 T07 端面粗加工右端面 端面粗 加工 右端面 24 左右模型腔数控铣削加工工艺表 产品 名称 工厂数控加工工序卡片或代 号 工序号程序编号夹具名称 机用虎钳 夹具 编号 01 刀具 号 刀具规 右模腔45 钢 使用设备 立式加工中心 主轴转 工步号工步内容加工面 速 -1 1 2 3 4 曲面粗加 工 曲面粗加 工 曲面半精 加工 曲面精加 工 清角加工 型腔大面 型腔把手 部分 型腔大面 所有曲面 曲面的交 接处 T01 T02 T03 T04 8 立 铣刀 4 立 铣刀 10 球 刀 3 球 刀 3 球 刀 800 1000 3000 3000 格 mmr min 进

48、给速 度 mm min-1 384 480 240 180 3 0.5 0.5 0.3 取重叠 量 0.5 粗加工整个外型 留余量 0.5mm 粗加工加工局部 外型留余量0.3mm 整体外型精加工 留余量 0.3mm 清除挖槽粗加工 的残留量 清除平行 铣削的残 留部分 背吃刀 量 mm 备注 03 车间 数控车间 零件名称材料零件图号 5T051000180 选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定铣削速度 vc 与每齿的进给量 fz： 1、切削速度公式 Vc=dn/1000 2、进给速度 Vf=fz zn n铣刀转速n铣刀转速 d铣刀直径Z铣刀齿数 fz每齿进给量 参考金属切削手册

49、6.40 表 6-14 加工材料硬度 HBW铣削速度 vc m/min 高速钢 25 低、中碳钢22532512-36 注：粗铣时，切削负荷大，vc 取小值；精铣时，为了减少表面粗糙度，vc 应取大值 参考数控加工工艺与编程表 3-5 工件材料 钢 每齿进给量 fz/(mm/z) 粗铣 高速钢铣刀 0.10-0.15 精铣 高速钢铣刀 0.02-0.05 注：1、每齿进给量 fz 的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗 糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高，fz 越小；反之则越大。 2、球头立铣刀一般情况采用以下切削用量：铣削速度 100-150m/min，每组圆周有 效齿进

50、给量 0.1-0.2mm，每分钟进给量 100-150m 4.44.4 自动编程与仿真模拟操作自动编程与仿真模拟操作 该零件采用 MasterCAM9.0 进行自动编程加工，其操作步骤如下： 左模型腔加工 刀具路径 26 粗加工 半精加工 27 精加工 清角加工 28 右模型腔加工 加工结束 刀具路径 29 粗加工 半精加工 30 精加工 清角加工 31 加工结束 4.54.5 加工程序加工程序 左右模型腔仿真加工相类似，因程序过多，下列只列举右模型腔精加工程序 右模精加工程序： % O0000 (PROGRAM NAME - 2) (DATE=DD-MM-YY 10:44) N100G21

51、N102G0G17G40G49G80G9 0 203.7 N116X-34.406Z-6.617 N118X-29.52Z-6.623 -N120X-29.487Z-6.631 N124X-29.037Z-6.637 N126X-28.907Z-6.65 N128X-28.334Z-6.687 N130X-27.749Z-6.699 N152X25.98Z-6.623 N154X26.463Z-6.637 N156X26.593Z-6.65 N158X27.166Z-6.687 N160X27.751Z-6.699 N162X28.336Z-6.687 N164X28.909Z-6.651 N

52、166X29.037Z-6.637 N168X29.52Z-6.623 N170X32.101Z-6.617 N172X33.982Z-6.607 N174X35.558Z-6.589 N176X38.497 N178X38.496Y-25. 32 N262Y-21. N264Z-12.026 N266X40. N268Z-12.025 N270X39.612Z-12.139 N272X39.352Z-12.381 N274X39.25Z-12.469 N276X38.939Z-12.964 N278X38.758Z-13.454 N280X38.701Z-13.605 N282X38.551

53、Z-14.33 N284X38.5Z-15.042 N286Z-17.65 N288X-46.5 12-05-12 TIME=HH:MM -N122X-29.28Z-6.667 ( 3. BALL ENDMILL TOOLN132X-27.164Z-6.687 - 5 DIA. OFF. - 5 LEN. N134X-26.591Z-6.651 - 5 DIA. - 3.) N104T5M6 N106G0G90X-46.5Y-26. N136X-26.463Z-6.637 N138X-26.22Z-6.667 N140X-26.034Z-6.635 A0.S2546M3 N108G43H5Z5

54、0. N110Z-1.591 N112G1Z-6.591F3. N300X38.626Z-15.53 N302X38.701Z-15.201 N304X38.939Z-14.634 N306X39.25Z-14.197 N308X39.612Z-13.922 N310X40.Z-13.828 N312X40.028Z-13.835 N314X60. N316X59.994Y-19. N318Z-15.313 N320X40.006 N322X40.Z-15.312 N324X39.612Z-15.397 N326X39.25Z-15.647 N328X38.939Z-16.042 N330X3

55、8.701Z-16.554 N332X38.615Z-16.894 N334X38.551Z-17.131 N336X38.5Z-17.727 N338Z-19.971 N340X38.494Z-19.972 N342X-46.5 N344Y-18. N346Z-20.936 N348X38.494 N350X38.5Z-20.935 N352Z-18.83 N354X38.551Z-18.276 N356X38.622Z-18.027 N142X-26.013Z-6.625 N144X-25.98Z-6.623 N146X-7.32Z-6.615 N148X-6.301Z-6.607 N37

56、2Z-16.59 N374X59.994 N376X60.Y-17. N378Z-17.709 N380X40.007 N382X40.Z-17.708 N384X39.612Z-17.78 N386X39.25Z-17.994 N388X38.939Z-18.335 N390X38.701Z-18.779 N392X38.551Z-19.278 N394X38.5Z-19.808 N396Z-21.808 N398X38.493Z-21.809 N400X-46.5 N402Y-16. N404Z-22.609 N406X38.5 N408Z-20.697 N410X38.551Z-20.1

57、86 N412X38.701Z-19.703 N414X38.939Z-19.287 N416X39.25Z-18.964 N418X39.612Z-18.759 N420X40.Z-18.69 N422X40.063Z-18.701 N424X60. N426Y-15. N428Z-19.589 33 N180Z-10.263 N182X-46.5 N184Y-24. N186Z-12.713 N188X38.496 N444X38.5Z-21.482 N446Z-23.341 N448X-46.5 N450Y-14. N452Z-23.981 N454X38.493 N456X38.5Z-23.98 N458Z-22.194 N460X38.551Z-21.727 N462X38.701Z-21.288 N464X38.939Z-20.912 N466X39.25Z-20.612 N468X39.612Z-20.423 N470X40.Z-20.359 N472Z-20.36 N474X60. N476X59.992Y-13. N478Z-21.058 N480X40. N482Z-21.