畢畢業業設設計計說說明明書書 論論文文 論文題目 端蓋類零件的建模與仿真加工論文題目 端蓋類零件的建模與仿真加工 系 部 機電工程系 專 業 數控技術 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 2016 年 4 月 8 日 摘 要 數控技術及數控機床在當今機械制造業中的重要地位和巨大效益 顯示了其 在國家基礎工業現代化中的戰略性作用 并已成為傳統機械制造工業提升改造 和實現自動化 柔性化 集成化生產的重要手段和標志 數控技術及數控機床 的廣泛應用 給機械制造業的產業結構 產品種類和檔次以及生產方式都帶來 了革命性的變化 本次畢業設計是端蓋零件基于 MacterCAM 的的建模與編程加工 該零件 的尺寸精度 形狀精度以及位置精度的要求都很高 因此在安排工藝過程時 就需要把各主要表面的粗精加工工序分開 逐步減少加工余量 切削力及內應 力的作用 并修正加工后的變形 才能達到零件的技術要求 文中介紹了數控 加工的特點 加工工藝分析以及數控編程的一般步驟 設計中先用 AutoCAD 完 成零件的平面視圖 再用 MasterCAM 軟件完成零件的三維造型及加工路徑設計 最后再用 MasterCAM 實現零件的加工仿真 關鍵詞關鍵詞 數控加工 尺寸 加工工序 ABSTRACT Numerical control technology and CNC machine tools in today s machine building industry an important position and great benefits shows its strategic role in the modernization of national industries and has become a traditional machinery manufacturing industry transformation and automation flexibility and integration of important means of production and logo The wide application of numerical control technology and CNC machine tools machinery manufacturing industry structure product categories and grades as well as changes in production are revolutionized The graduation is the end cover parts based on MacterCAM model and the programming process the part accuracy of size shape and location accuracy requirements are very high so when scheduling process you need to separate the main surface rough and finish machining operations Gradually reduce allowances cutting forces and the role of internal stress and deformation of the amendment process in order to achieve the technical requirements of the parts CNC machining is introduced in this paper features machining technology and NC programming procedure design using AutoCAD to complete part of the plane in the view then use the MasterCAM software design of three dimensional modeling and path parts and finally with MasterCAM parts machining simulation Keywords CNC machining dimensions processing 目 錄 摘 要 緒 論 1 第 1 章 零件的造型 4 1 1 新建文件 4 1 2 繪制中間層外輪廓 4 1 3 構建中間層實體 4 1 4 繪制下層圖形 5 1 5 繪制下層實體 7 1 6 繪制上層圖形 9 1 7 繪制上層實體 11 第 2 章 零件的工藝分析 18 2 1 幾何要素分析 18 2 2 精度分析 18 2 3 毛坯 18 2 4 基準的選擇 18 2 4 1 粗基準的選擇 19 2 4 2 精基準的選擇 19 2 5 工藝方案的擬訂 20 第 3 章 數控加工過程及注意事項 22 3 1 零件加工前的準備工作 22 3 1 1 零件幾何模型的構建 22 3 2 機床加工注意事項 23 3 3 工件加工過程 23 3 3 1 工件裝夾 23 3 3 2 工件對刀 24 3 3 3 工件加工 24 第 4 章 基于 MasterCAM 軟件的編程加工 25 4 1 設定工件毛坯 25 4 2 工件的加工路徑 25 總 結 40 致 謝 41 參考文獻 42 附錄 43 緒 論 隨著科技的發展和計算機技術的普及 制造業中的數控技術的應用也越來 越廣泛 數控技術具有自身的顯著特點 受到廣泛應用的同時也正在發生深刻 的變革 對制造業的現代化生產起到十分關鍵的作用 雖然我國數控技術發展 較快 在一些先進領域取得了長足的進步 但數控技術在我國發展的時間較短 我國的數控技術水平與國際先進水平相比還存在一定的差距 在發展中還存在 著一定的問題 所以我國的數控技術人才一方面要具有數控基礎理論知識 另一方面還要具 有解決實際問題的能力 為此我們更應了解數控技術和其有關的知識 且更應 注重實際應用能力的培養 1 1 數控技術的發展歷程與重要性 數控技術的歷史是從 1952 年開始的 美國研制出了第一臺試驗性的數控系 統 標志著數控技術的產生數控系統從產生到現在經歷了四個主要的發展階段 分別是研究開發階段 推廣應用階段 系統化階段 高性能集成化階段 經過 這四個階段的發展 數控技術逐漸走向成熟 并向新的發展階段邁進 數控技術的廣泛使用為制造業提供了全新的生產制造模式 數控技術是利 用數字信息對機械和工作的活動進行控制的一項技術 現代的數控技術包括傳 統的機械制造 計算機和網絡通信等技術 具有高效率 高精度和柔性自動化 等顯著特點 數控技術是國家工業現代化的關鍵技術 與國家的戰略地位緊密 相連 體現一個國家的綜合國力 所以數控技術往往成為衡量一個國家工業現 代化程度的標志 1 2 我國數控技術的發展現狀 數控技術在我國發展的時間較短 從上個世紀五十年代末開始發展至今 基本掌握了現代化的數控技術 建立了一批具有我國自身特色的數控研發和生 產的基地 培育了大批專業的數控人才 數控技術產業初具規模 特別是近幾 年 我國加大了對數控技術的研發力度 在諸多方面取得突破性進展 如可以 供應集成化和網絡化的制造裝備 五軸聯動技術逐步成熟 進入了世界高速 高精度 精密數控機床的生產國的行列等等 并且擁有自主知識產權 雖然我國數控技術發展較快 在一些先進領域取得了長足的進步 但同時 我們也應該看到 我國的數控技術水平與國際先進水平相比還存在一定的差距 在發展中還存在著一定的問題 首先 我國數控技術的基礎薄弱 對于許多先 進的數控信息化技術主要依賴于對國外技術的引進 自主研發和創新能力較弱 缺乏生產高精度 高效率的數控機床的能力 大多采取進口 信息化的應用程 度和水平偏低 其次是數控產品的穩定性和可靠性較低 還不是很成熟 與國 外的數控系統的平均無故障時間相比相差很遠 最后 國內的數控技術缺乏創 新能力 雖然擁有眾多的數控機床的生產企業 但許多企業的規模有限 信息 化技術的應用程度低 缺乏技術創新的能力 生產出來的產品缺乏市場競爭力 1 3 數控技術的發展趨勢 在現代制造系統中 數控技術是關鍵技術 它集微電子 計算機 信息處 理 自動檢測 自動控制等高新技術于一體 具有高精度 高效率 柔性自動 化等特點 對制造業實現柔性自動化 集成化 智能化起著舉足輕重的作用 當今世界各國制造業廣泛采用數控技術 以提高制造能力和水平 提高對動態 多變市場的適應能力和競爭能力 工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為 國家的戰略物資 不僅大力發展自己的數控技術及其產業 而且在 高精尖 數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策 因此大力發展以數控技 術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展 提高綜合國力 和國家地位的重要途徑 數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控 制的技術 其技術范圍覆蓋很多領域 機械制造技術 信息處理 加工 傳輸技術 自動控制技術 伺服驅動技術 傳感器技術 軟件技術等 從目前世界上數控技術發展的趨勢來看 其主要研究熱點有以下幾個方面 高 速 高精度化智能化 開放式 網絡化環保化采用五軸聯動加工和 復合快速力重視新技術標準 規范的建立 1 4 主要課程 機械制圖 公差配合與技術測量基礎 金屬材料與熱處理 機械設計基礎 工程力學 液壓與氣動技術 機床夾具 金屬切削原理與刀具 機械制造工藝 學 電工電子基礎及操作技能 鉗工技能培訓數控車床加工技術 數控銑床加 工中心加工技術 電火花加工技術 AutoCAD PRO E 三維造型與設計 UG 三 維設計與數控編程 Mastercam 三維設計與數控編程 數控機床結構與維護 1 5 Mastercam 簡介 Mastercam 是美國 CNC Software Inc 公司開發的基于 PC 平臺的 CAD CAM 軟件 它集二維繪圖 三維實體造型 曲面設計 體素拼合 數控編程 刀具 路徑摸擬及真實感摸擬等多種功能于一身 它具有方便直觀的幾何造型 Mastercam 提供了設計零件外形所需的理想環境 其強大穩定的造型功能可設 計出復雜的曲線 曲面零件 Mastercam9 0 以上版本還有支持中文環境 而且 價位適中 對廣大的中小企業來說是理想的選擇 是經濟有效的全方位的軟件 系統 是工業界及學校廣泛采用的 CAD CAM 系統 Mastercam 不但具有強大穩定的造型功能 可設計出復雜的曲線 曲面零 件 而且具有強大的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能 其可靠刀具路徑效 驗功能使 Mastercam 可模擬零件加工的整個過程 模擬中不但能顯示刀具和夾 具 還能檢查出刀具和夾具與被加工零件的干涉 碰撞情況 真實反映加工過 程中的實際情況 不愧為一優秀的 CAD CAM 軟件 同時 Mastercam 對系統運 行環境要求較低 使用戶無論是在造型設計 CNC 銑床 CNC 車床或 CNC 線 切割等加工操作中 都能獲得最佳效果 Mastercam 軟件已被廣泛的應用于通用 機械 航空 船舶 軍工等行業的設計與 NC 加工 從 80 年代末起 我國就引 進了這一款著名的 CAD CAM 軟件 為我國的制造業迅速崛起作出了巨大貢獻 第 1 章 零件的造型 1 1 新建文件 單擊 Main Menu 主菜單 File 文件 New 新建 選項 完成構圖 參數的初始化 1 2 繪制中間層外輪廓 設定構圖平面為 TOP 俯視圖 構圖視角為 TOP 圖層 1 為當前圖層 單擊主菜單中的 Z 輸入 5 單擊 Main Menu 主菜單 Create 繪圖 Arc 圓形 Circ pt rad 圓心和半徑 在 Enter the radius 框內輸入 63 再 選擇 Origin 坐標原點 為圓心畫圓 再單擊 MainMenu Create Line Poler 選 圓心為起點再依次輸入角度和長度 分別畫出 20 70 110 160 20 70 110 160 長 63mm 的線段 如圖 1 1 然后單擊 Modify Break At inters 分別選擇外圓和經過圓心的 8 條線段 最后單擊快捷菜單中的刪除鍵 刪去多余的線條 如圖 1 2 1 1 1 2 1 3 構建中間層實體 設置構圖視角為 Isometric 等軸測視 構圖平面為 TOP 俯視圖 圖層 2 為當前圖層 單擊 Main Menu 主菜單 Solids 實體 Extrude 擠壓實體 Chain 串聯 單擊圖 1 2 上的一點 完成外輪廓的串聯 單擊 Done 執行 選項 顯示構建擠壓實體的擠壓方向 選擇正確的擠壓方向 向下 單擊 Reverse it 改變擠壓方向 再單擊 Done 執行 選項 彈出如圖 1 3 所示的擠 壓實體對話框 選中 Extred by specified distance 復選框 在 Distance 擠壓距離 輸入框內輸入 24 然后單擊 OK 在繪圖區顯示構建的矩形實體 如圖 1 4 所 示 1 3 1 4 1 4 繪制下層圖形 設定圖層 設定圖層 3 為當前圖層 設定圖層 2 為不可見 設定構圖平面 構圖視角 構圖深度 設定構圖平面為俯視圖 構圖視角 為俯視圖 構圖深度為 5 單擊 MainMenu Create Arc Circ pt rad 畫出圓心在坐標原點的半徑分 別是 15 和 20 的圓 再畫出圓心距坐標原點 47 5mm 半徑為 5 和 15 的兩個圓 單擊 MainMenu Create Line Horizontal 畫出與 R15 的圓相切的直線 單擊 快捷按鈕 刪去多余的線條 構圖深度為 10 單擊 MainMenu Create Arc Circ pt rad 畫出圓心在坐標原點的半徑是 15 的圓 如圖 1 5 所示 1 5 構圖深度為 5 單擊 Main Menu Create Rectangle 1point 1 點法 在 One point 框 內輸入矩形參數 畫出上邊距圓心 52mm 長 38 寬 10 和長 50 寬 14 的兩個矩形 用同樣的方法再畫出下邊距圓心 52mm 長 60 寬 15 的矩形 單擊 Main Menu Xform Mirror Chain 選剛才所畫的三個矩形后再點 Done X axis 在彈出的對話框中選 Copy OK 完成對三個矩形的鏡像 設定構圖平面為前視圖 構圖視角為前視圖 單擊 MainMenu Create Line Horizontal 繪制由 R20 的圓心起長為 20mm 水平向右 的線段 再單擊 MainMenu Create Line Vertical 繪制由 R20 的圓心起長為 5mm 向下的垂線段 單擊 MainMenu Create Line Horizontal 繪制由垂線段 下端起長為 15mm 水平向右的線段 單擊 MainMenu Create Arc Endpoints 選擇兩水平條線的右端點 再選擇生成的向左上角凹陷的圓弧為要保留的 如 圖 1 6 建好的上層圖如圖 1 7 所示 1 6 1 7 1 5 繪制下層實體 設定圖層 設定圖層 4 為當前圖層 設定圖層 2 為可見 設定構圖平面為俯視圖 構圖視角為等軸側視 單擊 Main Menu Solids Extrude Chain 單擊圖 1 8 上的一點 完成圖 形的的串聯 再串連與他相對稱的一半圖形后單擊 Done 執行 選項 顯示構 建擠壓實體的擠壓方向 選擇正確的擠壓方向 向上 單擊 Reverse One 改變 一個擠壓方向或 Revers 改變擠壓方向 再單擊 Done 執行 選項 彈出如圖 1 10 所示的擠壓實體對話框 選中 Extend by specified distance 復選框 在 Distance 擠壓距離 輸入框內輸入 5 然后單擊 OK 在繪圖區顯示構建的實 體 用同樣的方法再構建出如圖 1 9 所示圖形的實體 1 8 1 9 1 10 1 11 單擊 Main Menu Solids Extrude Chain 選兩個 10 小圓 完成圖形的 的串聯 單擊 Done 執行 選項 顯示構建擠壓實體的擠壓方向 選擇正確的 擠壓方向 向下 再單擊 Done 選項 彈出與圖 1 10 相同的擠壓實體對話框 選擇 Cut Body 和 Extend through all 兩個復選框后單擊 OK 選擇中間層實體 在繪圖區顯示挖出的的孔 然后用同樣的方法朝上挖出兩個 10 的孔 再選中 最外側兩個矩形向下挖去兩邊多余的材料 此時將圖 1 10 對話框中的深度改為 6 單擊 Main Menu Solids Revolved Chain 單擊圖 1 6 中的一點 完成 圖形的串選 單擊 Done 后選擇圖形中的垂線 彈出如圖 1 12 對話框 選中 Cut Body 復選框 然后單擊 OK 選擇中間層實體 在繪圖區挖出所需的實體 單擊 Main Menu Solids Fillet 將 Edges 置為 Y 其余置為 N 選擇最小 矩形內的豎棱 單擊 Done 彈出如圖 1 11 所示的對話框 把 Radius 內的值改 為 3 0 單擊 OK 完成對實體的倒角 做好的實體如圖 1 13 所示 1 12 1 13 1 6 繪制上層圖形 設定圖層 設定圖層 5 為當前圖層 設定圖層 2 圖層 3 和圖層 4 為不可 見 設定構圖平面 構圖視角 構圖深度 設定構圖平面為俯視圖 構圖視角 為俯視圖 構圖深度為 29 單擊 MainMenu Create Next menu Elipse 彈出如圖 1 14 所示的橢圓參 數對話框 在 X Axis Radius 輸入 25 在 Y Axis Radius 輸入 40 單擊 OK 后選擇坐標原點為橢圓中心點 畫出所需的橢圓 1 14 單擊 MainMenu Create Arc Circ pt rad 畫出圓心距坐標原點 47 5mm 直 徑為 15 的兩個圓 單擊 MainMenu Create Arc Polar Center pt 選坐標原點為圓弧圓心 再依次輸入圓弧半徑 49 起始角度 55 終止角度 125 畫所需的圓弧 用同樣 的方法再畫出起止角度相同半徑為 56 的圓弧 單擊 MainMenu Create Arc Endpoints 選則兩圓弧的右端點 在生成的 圓弧中選擇朝左凹陷的圓弧 同樣的方法再選擇兩圓弧的左端點 生成朝右凹 陷的圓弧 如圖 1 15 所示 單擊 Main Menu Xform Mirror Chain 選擇上 述的四段圓弧后再點 Done X axis 在彈出的對話框中選 Copy OK 完成對四 段圓弧的鏡像 如圖 1 16 所示 1 15 1 16 單擊 MainMenu Create Line Horizontal 繪制貫穿外輪廓距 X 軸 18mm 的兩條水平線段 再單擊 MainMenu Create Line Vertical 繪制貫穿外輪廓 距 Y 軸 35mm 的兩條垂線段和距 Y 軸 58mm 的兩條垂線段 單擊快捷按鈕 刪去多余的線條 生成所需圖形 如圖 1 17 1 17 單擊 Main Menu Create Rectangle 1point 1 點法 在 One point 框 內輸入圖 1 18 的屬性 在 Y 軸右側畫出所需的矩形 同理在 One point 框內輸 入圖 1 19 的屬性 在 Y 軸左側畫出所需的矩形 1 18 1 19 設定圖層 1 為不可見 單擊 MainMenu Create Line Endpoints 將圖形中 的所有開口封閉 如圖 1 20 所示 1 20 1 7 繪制上層實體繪制上層實體 設定圖層 設定圖層 6 為當前圖層 設定圖層 5 為可見 圖層 1 2 3 4 均不可見 設定構圖平面為俯視圖 構圖視角為等軸側視 單擊 Main Menu Solids Extrude Chain 單擊圖 1 20 中橢圓上的一點 完成橢圓的串聯 單擊 Done 執行 選項 顯示構建擠壓實體的擠壓方向 選 擇正確的擠壓方向 向下 再單擊 Done 執行 選項 彈出與圖 1 22 相同的 擠壓實體對話框 選中 Extred by specified distance 復選框 在 Distance 擠壓距 離 輸 入框內輸入 11 然后單擊 OK 在繪圖區顯示構建的橢圓實體 如圖 1 21 所示 1 21 1 22 單擊 Main Menu Solids Extrude Chain 單擊圖 1 19 中四段圓弧組成的 圓弧臺上的一點 完成圓弧臺的串聯 用同樣的方法再串聯與它對稱的圓弧臺 單擊 Done 執行 選項 顯示構建擠壓實體的擠壓方向 選擇正確的擠壓方向 向下 再單擊 Done 執行 選項 彈出與圖 1 22 相同的擠壓實體對話框 選 中 Extred by specified distance 復選框 在 Distance 擠壓距離 輸入框內輸入 6 然后單擊 OK 在繪圖區顯示構建的圓弧臺實體 如圖 1 23 所示 1 23 設定圖層 5 為可見 單擊 Main Menu Solids Extrude Chain 單擊圖 1 20 中最外側矩形上的 一點 完成圓弧臺的串聯 用同樣的方法再串聯與它對稱的圓弧 單擊 Done 執行 選項 顯示構建擠壓實體的擠壓方向 選擇正確的擠壓方向 向 上 再單擊 Done 選項 彈出與圖 1 25 相同的擠壓實體對話框 此時選中 Cut Body 和 Extred by specified distance 兩個復選框 在 Distance 擠壓距離 輸入 框內輸入 11 然后單擊 OK 再單擊中間層實體 在繪圖區顯示切出來的實體 如圖 1 24 所示 1 24 1 25 單擊 Main Menu Solids Extrude Chain 單擊圖 1 20 中 T 形線框上的一 點后再單擊 End here 完成 T 形線框的串聯 用同樣的方法再串聯與它對稱的 T 形線框 單擊 Done 執行 選項 顯示構建擠壓實體的擠壓方向 選擇正確 的擠壓方向 向上 再單擊 Done 執行 選項 彈出與圖 1 24 相同的擠壓實