基于Mastercam_X5棘轮零件三维设计及自动编程毕业设计(论文).doc
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1、1 基于 Mastercam X5 棘轮零件三维设计及自动编程 2 【摘要】 本文主要阐述棘轮零件的三维造型及数控加工,内容包括零件图的工艺分 析、工件的装夹方案、零件的加工工艺分析、工艺流程、程序设计等,其中零 件图的工艺分析包括零件图的完整性及正确性、材料、技术要求、结构工艺性 等方面的分析;装夹方案包括毛坯的选择、机床的选择、夹具的选择;加工工 艺分析包括加工顺序的安排、刀具的选择、切削用量的选择等等。这些都是零 件加工的重要组成部分,要使零件的加工精度,效率得到提高,就必须先对零 件进行分析,确定好正确的工艺流程,使用 Mastercam 软件对零件进行三维造 型和数控加工,充分发挥数
2、控机床的高精度,高效率的特性。 关键词: 工艺分析、装夹方案、工艺流程、三维造型、自动编程 Abstract:Abstract: This paper mainly discusses the 3D modeling and NC machining of ratchet parts, including parts of the process analysis, workpiece clamping scheme, parts of the process analysis, process, program design, the process of parts drawing ana
3、lysis includes parts of the integrity and correctness, materials, technical requirements, construction technology and so on; the clamping scheme includes the choice of blank, the choice of machine tools, jig choice; analysis of the technological process including the sequencing of machining, tool se
4、lection, cutting the amount of choice etc These are an important part of machining, the machining accuracy of parts, improve the efficiency, we must first on the parts for analysis, determine the correct process, 3D modeling and NC machining of parts using the Mastercam software, give full play to t
5、he high accuracy of numerical control machine, high efficiency characteristics. KeyKey words:words: Process analysis, clamping scheme, process flow, three- dimensional modeling, automatic programming 3 目目 录录 1 绪论绪论4 1.1 数控加工技术概述.4 1.2 数控铣削加工技术.5 1.3 本课题的主要任务.5 2 零件的三维造型设计零件的三维造型设计6 2.1 软件的选择.6 2.2 零
6、件的三维造型设计.7 2.2.1 绘制顶盖.7 2.2.2 底座的绘制.9 2.2.3 实体的结合.10 2.2.4 圆角的生成.11 2.2.5 实体抽壳.11 2.2.6 开口.12 2.2.7 六边形凸台的生成.13 2.2.8 孔的生成.14 2.3 本章小结.14 3 零件的工艺规程设计零件的工艺规程设计15 3.1 零件的工艺分析.15 3.1.1 零件的结构特点工艺性分析.15 3.2 毛坯的选择.15 3.3 定位基准的选择.16 3.4 装夹方式的选择.16 3.5 工序及工步的划分.16 3.6 刀具的选择.16 3.7 切削用量的选择.17 3.8 工艺卡片的制定.18
7、3.8.1 工艺过程卡.18 3.8.2 数控加工工序卡.19 3.9 本章小结.20 4 零件的零件的 MASTERCAM 自动编程及仿真加工自动编程及仿真加工.20 4.1 刀路设计前的准备.20 4.2 毛坯的设置.21 4.3 刀具的设置.21 4.4 工序 3 加工型腔部分的刀路设计.22 4.4.1 工步1开粗的刀路设计.22 4.4.2 工步2半精加工壁边及六边形凸台轮廓的刀路设计.23 4.4.3 工步3精加工腔底及六边形凸台表面的刀路设计.25 4.4.4 工步4精加工壁边及半精加工型腔喇叭锥面的刀路设计.27 4.4.5 工步5精修六边形凸台轮廓的刀路设计.28 4 4.4
8、.6 工步6精加工喇叭锥面的刀路设计.28 4.4.7 钻孔的刀路设计.30 4.5 工序 4 铣凸台及外形的刀路设计.31 4.5.1 工步1开粗的刀路设计.31 4.5.2 工步2精加工外轮廓的刀路设计.32 4.5.3 工步3半精加工凸台轮廓.33 4.5.4 工步4精加工凸台交接面.34 4.5.5 工步5精加工凸台及圆角.34 4.6 后处理设置(加工程序的生成).35 4.7 仿真加工.39 结结 束束 语语41 谢谢 辞辞42 参参 考考 文文 献献43 5 1 1 绪论绪论 1.11.1 数控加工技术概述数控加工技术概述 数字控制简称数控(NC) ,是近代发展起来的一种自动控制
9、技术,是用数 字化信息实现设备控制的一种方法,在数控加工技术方面得到了广泛的应用。 数控技术是数字程序控制设备实现自动工作的技术。它广泛应用于机械制造和 自动化领域,较好的解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程中的自 动化问题。随着计算机、自动控制技术的飞速发展,数控技术已广泛地应用于 数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时,社会经济的飞速发展, 对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。随着改革 开放深入发展,全国特别是国有大中型企业级三资企业,在生产中都广泛的应 用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。由于市场竞争日益激烈,从而导致 对专业人才的需求量大大提高
10、。 随着民营经济的飞速发展,我国沿海经济发达地区(广东、浙江、山东) 地区,数控人才更是供不应求。所以数控行业有着十分广阔的前景。要成为合 格的数控编程员需具备有以下技能: (1)熟练掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作; (2)熟练掌握机械设计和制造专业知识; (3)掌握计算机制图 cad/cam 软件。如 UG、Proe、Mastercam、AUTO CAD 等; (4)数量掌握手工编程和自动编程等技术。 数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求,编制成以数码表示的程序 输入到机床的数控装置中,以控制工件归队运动,使之加工出合格零件的方法。 该技术是 20 世纪 40 年代后期为适应加工复
11、杂外形零件而发展起来的一种自动 化加工技术。1948 年美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制飞机螺旋桨叶片 轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难 以加工,于是提出计算机控制机床的设想。1949 年,该公司在美国麻省理工学 院伺服机构研究室的协助下,开始数控机床研究,并于 1952 年试制成功第一台 三坐标数控铣床,揭开了数控技术的序幕。 一般来说,数控加工技术涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两个方面。 数控机床是数控加工的硬件基础,其性能对加工效率、精度等方面有决定性的 影响。高速、高效和高精度技术是机床技术的发展目标。零件加工程序的编制 是实现数控加工的重要
12、环节,对于产品质量的控制有着重要的作用。特别是对 于复杂零件加工,其编程工作的重要性甚至高于数控机床本身。以便充分发挥 6 数控机床的性能,获得更高的加工效率和质量。 当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重要的地位,是柔性制造系 统、计算机集成制造系统、自动化工厂的基本构成单位。努力发展数控加工技 术,向着更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进, 是当前机械制造业的发展方向。 1.21.2 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 数控铣削加工是以铣削为加工方式的数控机床加工,包括数控铣床、加工 中心加工等。在数控机床中所占的比例比较大,在航空航天、汽车制造、一般 机械制造加
13、工和模具制造业中应用非常广泛。 数控铣削加工中心的特点如下: (1)加工精度高。在加工中心上加工,其工序高度集中,一次装夹即可加工 出零件上大部分甚至全部表面,避免了工件多次装夹所产生的装夹误差,因此, 加工表加工中心面之间能获得较高的相互位置精度。同时,加工中心多采用半 闭环,甚至全闭环的位置补偿功能,有较高的定位精度和重复定位精度,在加 工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿,与普通机床相比,能获得较高的尺 寸精度。 (2)精度稳定。整个加工过程由程序自动控制,不受操作者人为因素的影响。 同时,没有凸轮、靠模等硬件,省去了制造和使用中磨损等所造成的误差,加 上机床的位置补偿功能和较高的定位精
14、度和重复定位精度,加工出的零件尺寸 一致性好。 (3)效率高。一次装夹能完成较多表面的加工,减少了多次装夹工件所需的 辅助时间。同时,减少了工件在机床与机床之间、车间与车间之间的周转次数 和运输工作量。 (4)表面质量好。加工中心主轴转速加工中心和各轴进给量均是无级调速, 有的甚至具有自适应控制功能,能随刀具和工件材质及刀具参数的变化,把切 削参数调整到最佳数值,从而提高了各加工表面的质量。 (5)软件适应性大。零件每个工序的加工内容、机床切削用量、工艺参数都 可以编人程序,可以随时修改,这给新产品试制,实行新的工艺流程和试验提 供了方便。 7 1.31.3 本课题的主要任务本课题的主要任务
15、给定样图如图 2.1 所示。 图图 2.1 零件样图零件样图 根据图 2.1 需要完成以下五项内容: (1)绘制零件二维图及三维图; (2)分析零件结构、技术要求等; (3)对零件进行工艺分析; (4)制定合理的加工方案; (5)运用 Mastercam 绘制出零件的三维图及仿真加工。 2 2 零件的三维造型设计零件的三维造型设计 2.12.1 软件的选择软件的选择 选择 MasterCAM X5 软件进行造型及编程。 Mastercam 是美国 CNC software 公司开发的基于 PC 平台的 CAD/CAM 软 件,由于它对硬件要求不高,且操作灵活、易学易用并有良好的价格性能比, 因
16、而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎。目前,在各种 CAD/CAM 软件 8 中其装机量居世界第一。 Mastercam 是一套全面服务于制造业的数控加工软件,它包括设(Design) 、 车削(Lathe) 、铣削(Mill)与线切割(Wire)四个模块。其中设计模块主要用 于绘图和加工零件造型;车削模块主要用于生成车削加工刀具路径;铣削模块 主要用于生成铣削加工的刀具路径;线切割模块主要用于生成电火花与线切割 的加工路径。其中后三个模块内也包括设计模块中的完整设计功能。Mastercam 的铣削功能模块(Mill)是在生产实践中运用得最多最广泛的数控编程模块。 它主要的功能有:具有完整的
17、曲线曲面建模功能,便于建立 2D、3D 几何模型; 能高效地编制各种铣削加工程序;用它可快速设计加工零件,还可以组织、管 理相关的文档;Mastercam 的数据转换器,可与任何 CAD 系统交换数据,这些 转换器包括: Ascii、STEP、Autodesk、IGES、Parasld、STL、VDA、SAT、ProE 等。 2.22.2 零件的三维造型设计零件的三维造型设计 2.2.1 绘制顶盖绘制顶盖 (1)绘制草图 运用曲线功能,绘制出顶盖的草图曲线如图 2.1 所示。 图图 2.1 草图草图 (2)实体旋转 运用“实体旋转”工具,对草图进行旋转。最终得到如图 2.2 所示的顶 盖图形。
18、 9 图图 2.2 顶盖图形顶盖图形 (3)实体切割 1)绘制草图 运用曲线功能绘制出如图 2.3 所示草图。 图图 2.3 切割草图切割草图 2)实体切割 单击“挤出实体”工具,然后拾取上图中左侧的曲线,在弹出的对话框中 设置如图 2.4 所示参数。然后单击确定,最后得到如图 2.5 所示三维实体。 10 图图 2.4 参数设置参数设置 图图 2.5 三维实体三维实体 2.2.2 底座的绘制底座的绘制 (1)绘制草图 运用曲线功能,绘制出如图 2.6 所示的草图。 11 图图 2.6 底座草图底座草图 (2)拉伸实体 运用“挤出实体”工具,对草图进行拉伸,拉伸距离均为 10.2mm。最终 得
19、到如图 2.7 所示的底座图形。 图图 2.7 底座实体的生成底座实体的生成 2.2.3 实体的结合实体的结合 顶盖和底座生成之后,需要先将两实体进行结合为一体,这样方便后续的 裁剪时更好的拾取体。 选择“布尔运算-结合”功能,分别拾取凸台实体和底座实体,然后按下回 车键,即可将两实体合为一体。最终得到的效果图如图 2.8 所示。 12 图图 2.8 结合体结合体 2.2.4 圆角的生成圆角的生成 运用“实体倒圆角” 、 “面与面倒圆角”等功能对外形进行倒圆角,最后得 到的三维实体如图 2.9 所示。 图图 2.9 倒圆角后的三位实体倒圆角后的三位实体 2.2.5 实体抽壳实体抽壳 单击“实体
20、抽壳”工具,选择需要抽壳的实体,然后在对话框中设置如图 2.10 所示参数,单击“确定”后得到如图 2.11 所示三维。 图图 2.10 参数设置参数设置 13 图图 2.11 抽壳后的实体抽壳后的实体 2.2.6 开口开口 (1)绘制草图 按照样图中曲线,绘制出切开口的曲线,如图 2.12 中内侧曲线所示。 图图 2.12 切开口草图切开口草图 (2)切割 选择“挤出实体”功能,拾取草图,然后进行切割,完成后将得到如图 14 2.13 所示样图。 图图 2.13 切开口后的实体切开口后的实体 2.2.7 六边形凸台的生成六边形凸台的生成 (1)草图的绘制 运用曲线功能绘制出六边形凸台的曲线如
21、图 2.14 所示。 图图 1.14 六边形凸凸台曲线六边形凸凸台曲线 (2)拉伸实体 选择“挤出实体”功能,拾取草图,然后进行拉伸,完成后将得到如图 2.15 所示三维实体。 15 图图 2.15 六边形凸台绘制后的三维实体六边形凸台绘制后的三维实体 2.2.8 孔的生成孔的生成 同理运用挤出实体功能,最后得到的三维实体如图 2.16 所示。 图图 2.16 孔生成后的最终三维图孔生成后的最终三维图 2.32.3 本章小结本章小结 到此为止,该零件的三维实体已经全部绘制完成。回顾以上的绘制步骤, 可以知道本次造型设计主要运用 Mastercam 中的功能有:曲线、挤出实体、倒 圆角、布尔运算
22、-结合等功能,总的来说该零件的造型比较简单,适合初学者学 16 习。 3 3 零件的工艺规程设计零件的工艺规程设计 3.13.1 零件的工艺分析零件的工艺分析 如图 3.1 所示为件二维图(图中有不清晰之处请参见附图) 。零件材料为 45 钢,单件生产,试运用所学知识确定零件的数控加工工艺及程序的编制。 3.1 零件二维图零件二维图 3.1.1 零件的结构特点工艺性分析零件的结构特点工艺性分析 从图 3.1 零件二维图及图 2.14 零件三维图分析得知,该零件的结构主要有 底座、凸台、型腔、孔等部位组成,该零件涉及到曲面加工,在普通机床上难 以加工,需要在数控机床上进行,在编程时,使用手工编程
23、存在一定的难度, 因此需要采用辅助软件进行编程。 零件无公差标注要求,故只需要将产品外形加工到位即可,表面粗糙度控 制在 Ra3.2um。 3.23.2 毛坯的选择毛坯的选择 毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、 冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。 根据其零件的结构特性,确定该零件的毛坯类型为型材,毛坯材料为 45 钢, 17 毛坯尺寸为 544020mm。 3.33.3 定位基准的选择定位基准的选择 (1)粗基准的选择:选择毛坯上下表面中任意一面以及零件的外轮廓其中 一对边为粗基准,铣型腔及钻中间的孔。 (2)精基准的选择:以型腔底部及侧面为精基准定位,铣
24、凸台,外形部位。 3.43.4 装夹方式的选择装夹方式的选择 该零件需要进行三次装夹方能完成加工。第一次装夹时,铣削零件的上下 表面,控制尺寸 14.6,可直接采用虎钳进行装夹;第二次装夹时铣削型腔及钻 孔,此次装夹也可直接采用虎钳装夹;第三次装夹时铣削凸台及外轮廓,此次 装夹需要设计专用夹具进行装夹方能完成。 3.53.5 工序及工步的划分工序及工步的划分 工序 1:制造毛坯 504020mm 板材。 工序 2:铣上下表面,控制尺寸 14.6mm。 工序 3:铣型腔、钻孔。 工步 1:开粗; 工步 2:半精加工壁边及型腔内的六边形凸台轮廓; 工步 3:精加工腔底及六边形凸台表面; 工步 4:
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