基于Proe简单零件的造型及数控仿真加工机械设计制造及其自动化.doc
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1、 编号: 毕业论文毕业论文(设计设计) 题 目 基于 Proe 简单零件的造型及数控仿真加工 专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程系 二 O 一二年 05 月 03 日 摘摘 要要 鼠标上盖是流线形结构,使用二维绘图难以描述,本课题采用 Pro/E 软件对鼠标上盖制 品及模具进行了三维造型,结合生成凸凹模的结构等因素,生成刀具轨迹;在仿真加工结果 无误后,使用后置处理程序选取相应的配置文件,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。 关键词关键
2、词:鼠标上盖 Pro/E 数控加工 后处理 目目 录录 第一章 引言1 1.1 研究意义及内容1 1.2 概述2 3.3 总结.4 第二章 鼠标上盖的三维造型.5 2.1 创建新零件.5 2.2 创建双向拉伸曲面5 2.3 创建落下曲线的参照草绘曲线6 2.4 创建落下曲线6 2.5 创建鼠标顶面的轮廓曲线7 2.6 创建两条自由曲线7 2.7 将自由曲线混合成自由曲面8 第三章 鼠标上盖分模9 3.1 创建模具9 3.2 模具布局10 3.3 设置收缩率和创建工件13 3.4 创建工件14 3.5 创建分型面15 3.6 分割模具体积块18 3.7 创建体积块零件19 第四章 鼠标上盖模具的
3、数控加工工艺分析 .20 4.1 图形分析20 4.2 加工工艺分析20 4.3 加工工艺卡21 第五章 鼠标上盖的数控模拟加工22 5.1 创建工艺文件22 5.2 制造设置23 5.3 进行退刀设置24 5.4 创建铣削加工窗口24 5.5 鼠标上盖凸模数控加工及模拟加工24 5.6 鼠标上盖凹模数控加工及模拟加工35 第六章 结论 41 6.1 工作小结.41 6.2 工作展望.41 6.3 谢辞.41 参考文献: 42 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 1 第一章第一章 引言引言 1.1 研究意义及内容 (1)课题的意义 制造业是国民经济的
4、命脉,机械制造业又是制造业中的支柱与核心。在现代社会生产领 域中,计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计 算机集成制造(CIM)已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。用计算机辅助制造工 程技术对我国传统产业进行改造,是我国制造业走向世界、走向现代化的必由之路。在国际 竞争日益激烈的今天,作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的 地位显得愈来愈重要。现在很多工业发达国家的数控化率可达 30%以上,数控机床已成为机 械制造业的主要设备。我国从 1958 年开始研制和使用数控机床,至今在数控机床的品种、 数量和质量等方面得到了长足的发展。
5、特别是在改革开放以来,我国数控机床的总拥有量有 了显著的增加。数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高 竞争力、摆脱困境的有效途径。 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 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)加工技术得
6、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
7、辅助工艺规划(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。 (2)课题内容及实施步骤 本设计的课题是基于 Pro/E 鼠标上盖的设计及数控加工,具体讲就是先进行鼠标上盖原 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 2 型的设计,再通过 Pro/E 对鼠标原型进行模具的型心和型腔的生成以及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。 1.2 概述 (1)Pro/ENGINEER 基础知识 Pro/E(Pro/Engineer 操作软件)是美国参数技术公司(Parametric Technol
8、ogy Corporation,简称 PTC)的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今最成功的 CAD/CAM 软件之一。 Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问 题。另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。 Pro/E 的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。它不但 可以应用于工作站,而且也可以应用到单机上。 Pro/E 采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设
9、计、加 工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 (2)参数化设计和特征功能 Pro/Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用 具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图, 轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 (3)单一数据库 Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多 个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在 为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设
10、计过程的任何一处发生 改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变,NC(数 控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。 这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。这一优点, 使得设计更优化,成品质量更高。 (4)ProCAT ProCAT 是选用性模块,提供 ProENGINEER 与 CATIA 的双向数据交换接口,CATIA 的造型可直接输入 ProENGINEER 软件内,并可加上 ProENGINEER 的功能定义和参数工 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业
11、论文(设计) 3 序,而 ProEngineer 也可将其造型输出到 CATIA 软件里。这种高度准确的数据交换技术 令设计者得以在节省时间及设计成本的同时,扩充现有软件系统的投资。 (5)ProCDT Pro/CDT 是一个 Pro/ENGINEER 的选件模块,为 CADAM 2D 工程图提供 PROFESSIONALCADAM 与 Pro/ENGINEER 双向数据交换直接接口。CADAM 工程图的文件可以直 接读入 Pro/ENGINEER,亦可用中性的文件格式,经由 PROFESSIONAL CADAM 输出或读入任何 运行 Pro/ENGINEER 的工作站上。Pro/CDT 避免
12、了一般通过标准文件格式交换信息的问题, 并可使新客户在转入 Pro/ENGINEER 后,仍可继续享用原有的 CADAM 数据库。 (6)Pro /E建模技术和CAD功能 Pro /E建模技术是曲面建模、实体建模和特征建模, Pro /E是完全应用特征技术发展起 来的全参数化设计的CAD /CAM工程软件,在CAM造型方面它提供了挤压、旋转、扫描、切除、 打孔、倒角、拔模等多种实体造型方式。另外,还针对高级用户提供了多种高级的造型方式, 可以方便的设计各种复杂的特征模型(如图1所示) ,还提供了纺织曲面、自由曲面等更为复 杂的曲面设计,具备利用曲面生成实体模型的功能,是非常优秀的工程软件之一。
13、 (7)Pro /E驱动模型和CAM功能 Pro /E提供了车削、铣削、钻削等多种功能,它的CAM驱动模型有曲面驱动、实体驱动、 和特征驱动,其加工环境设置完全符合工况,灵活进行机床和工件坐标系的设置,在不同工序 可以设置不同的工件坐标系,便于工件的找正装夹,保证加工精度。进行夹具及辅具的设置自 动编程进行干涉和碰撞检验,提高程式的可靠性。同时, Pro /E采用余量模型的加工方式,加 工时将毛坯和零件装配在一起,在刀具轨迹生成时,进行刀路优化,减少空切,以提高切削效率。 Pro /E提供了强大的刀位验证、编辑修改功能。在编程修改方法, Pro /E具备复制、移动、 缩放比例、旋转(Rotat
14、e)等功能,这些在实际的自动编程非常有用在刀位验证方面, Pro /E 提供了动态模拟、实体仿真、过切检查功能(这一点对于实用加工程式一定要做,而且100%不 能过切) 。由于Pro /E的加工环境设置完全符合实际加工,同时进行夹具及辅具的设置,在进 行实体仿真时,能够逼真地模拟加工全过程。 (8)数控自动编程加工 首先,进入Pro /NC加工模块,进行加工的设定工作,主要包括创建制造模型,选定所用的加工 机床,设定工件坐标系(要与机床数控装置设定一致) ,选择加工方法及工艺参数设定,然后显示 走刀轨迹及实物仿真,最后修改加工参数直至符合要求,完成加工的设定工作。其次,后置处理 德州学院 机电
15、工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 4 生成数控程式,其过程是先生成刀位文件,然后选用法兰克系统后置处理生成NC程式,并与刀位 文件同名,接着在超级编辑中,打开NC文件进行编辑,符合加工用程式,一般修改文件头尾即可。 最后,将程式传输到数控装置进行程式预演,确认无误后,驱动加工中心进行实际加工。由于该 系统涉及到加工中心、Pro /E软件的实体建模和加工模块、G程式编制、数控工艺规划等很 多问题,这里只是举一简单工程实例,不可能面面俱到,然而,实际加工应用中不管加工模型多么 复杂,其原理及过程是类似的。 3.3 总结 Pro/ ENGINEER 采用三维实体设计,
16、给人以真实的视觉效果,更容易与用户沟通,这是二维设 计所无法比拟的;在新产品开发中,全面应用 Pro/ ENGINEER 软件进行设计,大大缩短了设计 周期,为产品尽快上市,争取了宝贵的时间,提高了企业的市场竞争力. 本论文以鼠标上盖为例,先进行鼠标上盖原型的设计,再通过 Pro/E 对鼠标原型进行模具的 型心和型腔的生成以及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。 让复杂的曲面直接通过 Pro/ E 上进行造型和自动生成数控加工程序,体现了 Pro/ E 在造型 及数控加工方面应用的快捷及巨大前景! 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文
17、(设计) 5 第二章第二章 鼠标上盖的三维造型鼠标上盖的三维造型 2.1 创建新零件 1.在 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 系统中选择主菜单栏文件 新建命令 2.在图 2-1 所示的新建对话框中,选择文件的类型为零件、子类型为实体,改变系统默 认的文件名为 mouse,不选中使用缺省模板复选框。 图 2-1 建立新文件 3.单击对话框中的确定按钮。进入新文件选项对话框,选择模板类型为 mmns_part_solid,并单击确定按钮。 2.2 创建双向拉伸曲面 1.在绘图区或模型树中选取基准平面 FRONT 为草绘平面,系统已自动选择基准平面 RIGHT 为右侧参照平面,如
18、图 2-2 所示。单击进入草绘模式。 图 2-2 草绘对话框 2.绘制的截面如图 2-3 所示。 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 6 图 2-3 草绘尺寸绘制 3.绘制完成后,在操控板中选择特征创建的方式为,在数值文本框中输入 60.0 为 双向拉伸的长度。 4.单击图标完成拉伸曲面的创建。 2.3 创建落下曲线的参照草绘曲线 单击建模工具栏的造型图标,进入系统的造型模块。绘制的如图 9 所示的线条。 图 2-4 绘制参照草绘曲线 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 7 2.4 创建落下曲线 1.在造型
19、工具栏中单击图标,利用前一步骤创建的草绘曲线在拉伸曲面上创建落下 曲线。 2.在绘图区中按住键,选取如图 2-5 所示的草绘曲线为参照曲线,单击确定按钮。 系统将要求选取投影方向参照平面,在绘图区或模型树中选取基准平面 TOP 为方向参照平面。 图 2-5 创建下落曲线 2.5 创建鼠标顶面的轮廓曲线 1.在右侧造型工具栏中单击图标。 2.在绘图区中按住键,分别捕捉如图 2-55 所示的落下曲线两个端点。 3.在平面曲线上的任意位置右击。在出现的快捷菜单栏中选择添加点命令,在所选位置 添加一个插值点,如图 16 所示。 4.通过调整曲线内部的三个插值点和切线向量来改变平面曲线的外形,使之符合产
20、品设 计的意图,并点击完成按钮。 2.6 创建两条自由曲线 1.在右侧造型工具栏中单击图标。 2.在操控板中选择曲线的类型为自由。在绘图区中按住键,捕捉平面曲线和 COS 曲线为自由曲线首尾端点的参照曲线 3.单击图标完成自由曲线的创建,自由曲线处于选中状态。单击图标 4. 在绘图区中单击自由曲线的端点以显示切线向量,右击从快捷菜单栏中选择法向命 令,选择基准平面 FRONT 为法向约束的参照平面。调整后的自由曲线,如图 2-6 所示。 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 8 图 2-6 创建自由曲线 5.单击图标完成自由曲线的编辑。用同样的方法完成
21、另外一条自由曲线的创建和编 辑 2.7 将自由曲线混合成自由曲面 1.在右侧造型工具栏中单击图标,在下面的步骤中将选取 4 条边界曲线和两条内 部曲线以构成自由曲面。 2.单击编辑工具栏中的镜像图标绘制另一半。 3.绘制完成成的鼠标上盖如图 2-7 所示 图 2-7 鼠标上盖 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 9 第三章第三章 鼠标上盖分模鼠标上盖分模 3.1 创建模具 1.调入分模参照零件,新建模具文件 mouse_top_mold 在,系统弹出的菜单栏中依次点 击文件新建选项,系统弹出如图 3-1 所示的新建对话框 图 3-1 “新建”对话框
22、2.在对话框类型中选择制造模块,在子类型中选择模具型腔选项,然后再名称栏输入模 具文件名“mouse_top_mold” ,然后取消使用缺省模板前勾选项。统弹出如图 3-2 所示的新 文件选项对话框,选择“mmns_part_solid”选项,然后单击确定。 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 10 图 3-2 “新文件选项”对话框 3.2 模具布局 1.打开模具文件。单击确定后,系统自动进入模具模块设计环境,单击右侧模具制造工 具条中选取零件按钮,系统弹出打开对话框和布局对话框,选择 “mouse_top_mold.prt”文件,单击打开对话框下端
23、的打开按钮,如图 3-3 所示。 图 3-3 “布局”对话框 2.创建参照模型。接着系统弹出创建参照模型对话框,如图 3-4 我 所示,接受系统默 认选项按参照合并,单击确定按钮。 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 11 图 3-4 “创建参照模型”对话框 3.定义参照模型坐标。在布局对话框中单击参照模型起点与定向下按钮,如图 3-5 示,系统自动弹出参照模型对话框,如图 3-6 所示,同时出现坐标系类型菜单和选取,如图 3-7 所示,选择标准选项。 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 12 图 3-5
24、“布局”对话框 图 3-6 “参照模型”对话框 图 3-7 新元件窗口和“坐标系类型”菜单 4.系统弹出参照模型方向对话框,单击确定按钮,调整后结果如图 3-8 所示。 图 3-8 参照模型方向 5.生成参照模型。单击确定按钮退出参照模型方向对话框,保持布局栏中单一选项不变, 接着单击布局对话框中的预览按钮,在工作区预览调入的参照模型,然后单击确定按钮退出 布局对话框,并在型腔布置菜单中单击完成/返回按钮,结束布局。结果如图 3-9 所示。 德州学院 机电工程系 2010 届 机械设计制造及自动化专业 毕业论文(设计) 13 图 3-9 完成布局 6.屏蔽不必要的曲线和曲面。在特征模型树中单击
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