1、河南科技學院2011屆本科畢業論文（設計）論文題目：包餃子模具數控加工工藝的設計與制造學生姓名： 所在院系： 機電學院所學專業： 機械設計制造及其自動化導師姓名： 完成時間：2011年 5月 15日包餃子模具數控加工工藝的設計與制造內容摘要論文對包餃子模具進行工藝分析、數控編程及加工，并對模具圖進行工藝分析、制定工藝路線、確定工藝方案。運用CAXA軟件進行造型和自動編程，最終完成模具的加工。論文表明：通過對該模具的工藝分析、造型、加工，深入了解了模具制造的全過程，加工完成后模具也達到了加工要求，造型、軌跡及G代碼的生成也以最簡潔的方式做出，達到了預期的要求。關鍵詞：包餃子模具，CAXA造型，模

2、具工藝分析，模具制造AbstractThe paper is written for making dumplings mold process analysis, NC programming and completion of processing, At the same time.to analyze the diagram of the mold,make processing route,determing processing ,determine processing plan by making full use of the knowledge we have leaned

3、. And using CAXA software modeling and automatic programming, then ultimately complete the tool parts making. Paper shows that:by the analyzing modeling,processing of the mould process,We can have a good understanding and of the whole process of the mould processing.After processing the mould finall

4、y meet the manufacturing needs. Shape, trajectory and G code generation are also made by ?the most simple means to achieve the anticipated requirements. Key words：dumplings mold,CAXA software modeling,analyze the diagram of the mold，mould processing.目 錄論文題目：包餃子模具數控加工工藝的設計與制造I包餃子模具數控加工工藝的設計與制造II內容摘要I

5、I前言- 3 -1 緒論- 3 -1.1數控加工技術的發展趨勢- 3 -1.1.1 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢- 3 -1.1.2 5軸聯動加工和復合加工機床快速發展- 4 -1.1.3 智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展主要趨勢- 4 -1.1 CAXA軟件在行業中的應用- 4 -1.1.1 CAXA的概念- 4 - CAXA在實際生產中的應用- 4 -2 數控加工工藝方案的設計與擬定- 4 -2.1制定加工方案的一般原則- 4 -2.2模具圖樣的工藝分析- 5 -2.2.1 讀圖與審圖- 5 -2.2.2 圖樣分析- 7 -2.3 毛坯設計- 8 -2.3.1 毛坯的種類-

6、8 -2.3.2 毛坯種類的選擇- 8 - 毛坯的形狀及尺寸- 8 - 加工余量- 9 -2.4基準的選擇- 9 -2.4.1 基準的概念- 9 -2.4.2 本模具基準選擇- 10 -2.5 夾具的選擇- 10 -2.6模具工藝路線的擬定- 11 -3 數控加工中模具制造精度分析- 12 -3.1 概論- 12 -3.1.1 加工精度概念及分類- 13 -3.1.2 本模具在精度要求上所需注意問題- 13 -3.2運用刀具半徑補償的方法提升模具數控銑削加工精度的研究- 13 -3.2.1 刀具半徑補償概念- 13 -3.2.2 刀具半徑補償功能的應用- 14 -3.2.3 三種輪廓補償方式-

7、 14 -3.2.4 上下模內外輪廓粗精加工示例- 14 -3.2.5 運用刀具半徑補償所需注意的問題- 23 -4 結論- 24 -5 致 謝- 24 -主要參考文獻- 24 -前言在現代工業生產中，模具是重要的機械裝備之一，它在鑄造、鍛造、沖壓，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生產行業中得到廣泛應用。由于采用模具能提高生產效率、節約材料、減低成本，并且能夠保證一定的加工質量要求，所以，汽車飛機、拖拉機電器、儀表、玩具和日常用品等產品的零部件很多都采用模具加工。隨著工業科學技術的進步，工業產品的品種和數量不斷增加，產品的改型換代加快，對產品外觀、質量不斷提出新的要求，對模具質量的要求也越來越高。如

8、果模具制造水平落后，產品質量低劣，制造周期長，必將影響產品的更新換代，使產品失去競爭能力，阻礙生產和精力的發展。因此，模具制造技術在國民經濟中占的地位是顯而易見的。1 緒論1.1數控加工技術的發展趨勢數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業（IT、汽車、輕工、醫療等）的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高

9、精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發展，應用領域進一步擴大。 5軸聯動加工和復合加工機床快速發展采用5軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。 智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應

10、運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。1.1 CAXA軟件在行業中的應用 CAXA的概念CAXA制造工程師是北航海爾軟件有限公司研制開發的全中文、面向數控銑床和加工中心的三維CAD/CAM軟件。 CAXA在實際生產中的應用（1）機械工業用CAXA實體設計軟件制作機械的各種零件圖，即快又好。特別是用零件組成構件和一部完整的機器三維圖，就更加快捷，因為CAXA實體設計軟件有神通廣大的三維球工具，使得三維圖繪制更加方便靈活。（2）日常用品生產日常用品的工廠，用CAXA

11、實體設計軟件來設計本廠的產品，可以降低成本，快速投入市場，并且可以在生產前模擬出產品的照片和三維圖來和商家訂貨，做到設計、銷售、生產的同步進行。另外還有以下幾個行業同時也用到了caxa例如：鞋帽業、家具業、通訊工具、設備布置、解決生產中的實際問題等。2 數控加工工藝方案的設計與擬定2.1制定加工方案的一般原則先粗后精，先近后遠，先內后外，程序段最少，走刀路線最短以及特殊情況特殊處理等。2.2模具圖樣的工藝分析2.2.1 讀圖與審圖 圖2-1圖2-2圖2-3圖2-4下模實體造型：圖2-5上模實體造型：圖2-6 圖2-7圖2-7 圖2-82.2.2 圖樣分析 首先要認真分析與研究這個模具的用途、性

12、能和工作條件，了解模具裝配關系及其作用，弄清各項技術要求對裝配質量和使用性能的影響，找出主要的和關鍵的技術要求，然后對模具圖樣進行分析。（1）該零件視圖表達完整、清晰，尺寸、公差、表面粗糙度及有關技術要求齊全、明確。（2）該模具上模加工表面粗糙度為Ra0.4m，Ra3.2m，Ra6.3m，下模4-6的表面粗糙度為Ra6.4m，其余為Ra3.2m。參數合理，便于加工。（3）上模圖樣中，如圖 所示，其左右兩邊2M3的螺紋孔要求與上表面的距離最小只有1mm，故加工時應特別注意。（4）該模具選用的材料為不銹鋼，加工難度略大上模加工要素有平面、曲面、曲線、倒角和孔類加工。主要加工項目包括上下平面、18m

13、m和7mm孔、外輪廓曲面、螺孔2M3、銷孔23mm、45倒角等。下模主要加工項目包括上下平面、模具壁厚為5mm、4M6mm螺紋孔、位置尺寸100mm、曲線外輪廓140mm，另下模內輪廓寬度59mm應控制在0.03mm之內，外輪廓過渡圓弧R3。 2.3 毛坯設計2.3.1 毛坯的種類一般毛坯的種類分為：鑄件、鍛件、型材、焊接件其它毛坯包括沖壓件，粉末冶金件，冷擠件，塑料壓制件等。2.3.2 毛坯種類的選擇選擇毛坯時應該考慮如下幾個方面的因素：模具的生產綱領、模具材料的工藝性、模具的結構形狀和尺寸、現有的生產條件。此次加工所選模具的材料為：304不銹鋼。304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性

14、能比200系列的不銹鋼材料要強。耐高溫方面也比較好，能高到到1000-1200度。304不銹鋼具有優良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧化性酸，在實驗中得出：濃度65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。304不銹鋼是一種常見的不銹鋼，業內也叫做18/8不銹鋼。它的抗腐蝕性能要優于 430不銹鋼，但是價格又比316不銹鋼便宜，因此廣泛使用于生活中，例如：一些高檔的不銹鋼餐具，戶外的欄桿等。 雖然此種不銹鋼在國內非常常見，但是“304不銹鋼”這個稱呼卻來自于美國。很多人以為304不銹鋼是日本的一種型號稱呼，但是嚴

15、格意義來講，日本的對304不銹鋼的正式稱呼是“ SUS304”。 304 是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設備和機件。為了保持不銹鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有12%以上的鉻。304不銹鋼是按照美國ASTM標準生產出來的不銹鋼的一個牌號。304相當于我國的0Cr19Ni9 (0Cr18Ni9)不銹鋼。2.3.3毛坯的形狀及尺寸毛坯的形狀和尺寸主要由零件組成表面的形狀、結構、尺寸及加工余量等因素確定的，并盡量與零件相接近，以達到減少機械加工的勞動量，力求達到少或無切削加工。此次模具加工中所用毛坯形狀如圖：下模毛坯：圖2-9 圖2-10圖2-11上模毛坯模

16、：圖2-12 圖2-13圖2-14 圖2-15其尺寸為：下模150895 上模10064502.3.4加工余量為保證加工精度和工件尺寸，在工藝設計時預先增加而在加工時去除的一部分工件尺寸量。工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金屬層厚度。毛坯尺寸與零件圖樣的設計尺寸之差稱為加工總余量。它是從毛坯到成品時從某一表面切除的金屬層總厚度，也等于該表面各工序余量之和。該模具的加工余量如下：粗加工上模外輪廓時余量0.5mm ，半精加工時余量0.15mm，粗加工上模內輪廓時余量0.5mm，精加工0.001mm。粗加工下模外輪廓時0.5mm，粗加工內輪廓時0.5mm，精加工時0.001mm。2.4基準的選

17、擇2.4.1 基準的概念基準是指用來確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據的那些點、線、面。按其功能不同，基準可分為設計基準和工藝基準兩大類。2.4.2 本模具基準選擇本模具基準選擇原則是互為基準。即上平面為基準加工下平面，工件重新裝夾后，已加工的下平面為基準加工上平面。2.5 夾具的選擇在加工毛坯、上模內輪廓、下模內外輪廓以及鉆孔時用虎鉗作為夾具，在加工上模外輪廓時，運用設計的專用模具，其圖示如下：圖2-16 圖2-17圖2-18圖2-192.6模具工藝路線的擬定 由上面所說知識擬定包餃子模具工藝路線：上模工藝路線表1：序號刀具加工表面規格名稱數量刀長補正（mm）01R30mm端銑刀10銑

18、毛坯02R1.5mm中心鉆10鉆中心孔03R3.5mm麻花鉆頭10鉆R3.5mm孔04R1.5mm麻花鉆頭10鉆R1.5mm孔05R6mm立銑刀10銑R9mm孔06R6mm立銑刀10外形粗、半精、精加工07R6mm的圓形銑刀10內輪廓粗加工08R6mm立銑刀10內輪廓精加工0945倒角刀10銑345倒角 10R1mm中心鉆10鉆側面2M3mm螺紋孔11R1.5mm螺旋槽絲錐10攻絲12拋光機拋光打磨下模工藝路線表2：序號刀具加工表面規格名稱數量刀長補正（mm）01R6mm立銑刀10銑毛坯02R1.5mm中心鉆10 鉆中心孔03R6mm立銑刀10外輪廓粗精加工04R6mm立銑刀10內輪廓粗精加工

19、05R5mm麻花鉆頭10鉆4M6mm螺紋孔06R3mm螺旋槽絲錐10攻絲07拋光機10拋光打磨3 數控加工中模具制造精度分析3.1 概論模具的精度要求取決于模具成形的制品精度要求和模具的結構設計要求。為了保證制品的精度和質量，模具與制品成形有關的零件的精度要求通常要比制品精度高24級。模具的結構要保證模具開合模動作準確等精度要求，因此要求組成模具的零件都必須有足夠的加工精度。上模 圖3-1下模 圖3-2 加工精度概念及分類所謂加工精度，是指零件加工后的幾何參數（尺寸、幾何形狀和相互位置）的實際值與理想值之間的符合程度，而它們之間的偏離程度（即差異）則為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高

20、低。加工精度包括了以下三個方面：尺寸精度、幾何形狀精度、相互位置精度 本模具在精度要求上所需注意問題該模具結構雖然簡單，但是有些地方卻不太易于加工。從示意圖來看，對上模和下模的孔與整體尺寸都提出了較高要求，即單件要上模外輪廓寬度應控制在-0.019mm以內，外輪廓長度應控制在-0.022mm，表面粗糙度最高要求達到0.4。上模兩個3mm圓柱銷同時插入，即對孔位置精度有要求。上模外輪廓和下模內輪廓的加工是模具是否配合的重點：（1）3mm的壁厚，上模內外輪廓加工，為了保證配合精度，外輪廓尺寸應控制在0-0.022mm； （2）下模內輪廓加工，為了保證配合精度，外輪廓尺寸和應控制在+0.030mm；

21、3.2運用刀具半徑補償的方法提升模具數控銑削加工精度的研究3.2.1 刀具半徑補償概念在數控加工中心上進行工件輪廓的銑削加工時, 由于存在刀具半徑, 使得刀具中心軌跡與工件輪廓(即編程軌跡)不重合, 所以在編制程序的過程中, 我們就要考慮到刀具半徑的補償問題。刀具半徑補償是數控加工中常用的補償功能,數控銑削加工中刀具半徑補償的建立和取消, 刀具半徑補償量的指定和計算方法是分重要的過程。如果數控系統不具備刀具半徑自動補償功能,則只能按刀心軌跡, 即在編程時給出刀具的中心軌跡。圖3-3 如圖3-3 所示的點劃線軌跡進行編程。其計算相當復雜, 尤其是當刀具磨損、重磨或換新刀而使刀具直徑變化時, 必須

22、重新計算刀心軌跡, 并修改程序。這樣既復雜繁鎖, 又不易保證加工精度。當數控系統具備刀具半徑補償功能時, 數控程序只需按工件輪廓編寫, 加工時數控系統會自動計算刀心軌跡, 使刀具偏離工件輪廓一個半徑值, 即進行刀具半徑補償。對于刀具半徑補償量的確定, 如果是標準刀具第一次使用, 可以采用刀具廠家提供的有關參數來確定; 如果是已使用過或重磨過的刀具, 則應根據實測數據來確定。3.2.2 刀具半徑補償功能的應用(1)刀具因磨損、重磨、換新而引起刀具直徑改變后, 不必修改程序, 只需在刀具參數設置中輸入變化后刀具直徑。圖3-4如圖3-4所示, 1 為未磨損刀具, 2為磨損后刀具, 兩者直徑不同, 只

23、需將刀具參數表中的刀具半徑r1 改為r2, 即可適用同一程序。(2)用同一程序、同一尺寸的刀具, 利用刀具半徑補償, 可進行粗、精加工。刀具半徑為r, 精加工余量為。粗加工時, 輸入刀具直徑D=2( r+) , 則加工出虛線輪廓。精加工時, 用同一程序、同一刀具,但輸入刀具直徑D=2r, 則加工出實際輪廓。此次模具制造的過程，在上模外輪廓、下模內外輪廓的粗精加工中，為提高其精度，均使用了刀具半徑補償的方法，在上模內輪廓粗精加工中，為提高對比性，采用新的圓形銑刀，并未涉及刀具半徑補償。3.2.3 三種輪廓補償方式在此處加工時采用了三種輪廓補償方式：（1）on 刀具中心線與輪廓重合，即不考慮補償（

24、但刀具磨損后可運用刀具半徑補償）。（2）to 刀具中心線不到輪廓，相差一個半徑（3）past 刀具中心線超過輪廓一個刀具半徑3.2.4 上下模內外輪廓粗精加工示例上模內輪廓的粗精加工（此處銑刀使用的是新的圓形銑刀，如圖： 圖3-5 圖3-6當刀具有所磨損時，可暫停銑床，將圓形刀片松開，轉一定角度，把固定刀片的螺絲擰緊，因為是圓形刀片，所以半徑不會變化，轉化之后繼續加工。）粗加工： 圖3-7 圖3-8圖3-9 圖3-10 圖3-11 圖3-12精加工時由可知，必須用立銑刀才能銑出90角，所以精加工時改換12mm立銑刀：圖3-13 圖3-14 圖3-15 圖3-16 圖3-17 圖3-181） 上

25、模外輪廓的粗精加工粗加工： 圖3-19 圖3-20圖3-21圖3-22 圖3-23半精加工：圖3-24 圖3-25 圖3-26 圖3-27精加工：（精加工時立銑刀半徑因磨損變為為5.9mm，此即采用刀補的情況） 圖3-28 圖3-29 圖3-30 圖3-31下模內輪廓的粗精加工粗加工：（此處采用PAST輪廓補償方式）圖3-32 圖3-33 圖3-34 圖3-35圖3-36 圖3-37精加工：圖3-38 圖3-39圖3-40 圖3-412） 下模外輪廓的粗精加工粗加工：圖3-42 圖3-43因為1、2邊與此次加工的3、4邊沒有辦法一次裝夾加工完成，故1、2邊在銑削毛坯時便已經加工好了，而此次粗精

26、加工是以3、4邊為例的。圖3-44 圖3-45圖3-46 圖3-47圖3-48 圖3-49精加工：圖3-50 圖3-51圖3-52 圖3-533.2.5 運用刀具半徑補償所需注意的問題刀具半徑補償功能在銑削應用中所產生的問題 （1）刀具半徑補償產生過切的幾種情況：指定平面內存在二段或二段以上 非移動指令段； 在兩個運動指令之間有兩個輔助功能程序段， 也可能造成過切等。 (2)在補償開始時只能用G01或G00，不能用圓弧插補指令(G02或G03)，否 則會產生報警。 (3)在補償進行時， 在指定的平面內如果連續有兩個或以上的非移動指令(輔 助機能或暫停等)。則會產生過切或切削不足。 (4)在補償

27、撤消時，只能用G01或G00，不能用圓弧插補指令(G02及G03)，否 則會產生報警且刀具停止；在“單程序段”方式下，執行一個程序段后停止，再 一次按起動按扭，執行下一個程序段而不再讀取下一個程序段。 刀具半徑補償的指定，建立與撤銷及使用中的注意事項 刀具半徑補償的指定，建立與撤銷及使用中的注意事項如在使用事項中應注意以下幾點： 1）G41( 或 G42) 必須與 G40 成對使用； 2）編入 G41、G42、G40 程序段，必須用和 G01(G40 程序段亦可用 G00，但 一般用 G01) 功能配合使用，且在使用時不允許有兩句連續的非移動指令；3）G41( 或 G42) 與 G40 之間的程序段不得出現任何轉移加工，如鏡像、子 程序加工等； 4）D00 - D99 為刀具補償號，D00 意味著取消刀具補償。刀具補償值在加 工或運行之前必須設定在補償存儲器中； 5）刀具半徑補償的建立與取消，應在輔助程序段中進行，不能編程在輪廓 加工的程序段上