数控专业毕业论文数控大赛顶盖的自动加工.doc

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1、枣庄职业学院毕 业 设 计（论 文） 2011年数控大赛顶盖的自动加工姓 名 系 部 数控工程系 专 业 数控 班 级 09高职数控一班 学 号 200901010126 指导老师 2012 年 5月摘要 本论文的题目是2011年全省数控大赛的试题。选择本课题的主要原因是在2011年数控大赛中各个参赛队基本上都没有在规定的时间内做出来，该题综合性强，涵盖知识面广，具有很大的代表性！该课题涉及到CAXA制造工程师的基本造型（拉伸，旋转，放样）、曲面造型等，通过CAXA制造工程师生成三维实体，进而运用CAXA自身所带的加工方法（平面区域粗加工，参数线精加工等）生成程序，加工出实体。同时该课题设计到

2、数控工艺的装夹方法、各种参数的具体设置、走到路线的优化等内容 关键词：caxa制造工程师 参数线加工 三维实体 目 录摘 要I第一章 绪论1 设计背景及意义1 CAXA软件简介2（） 自动编程的基本步骤3（） CAXA软件界面介绍5第二章 顶盖的工艺分析8 图纸工艺分析8（）零件结构工艺分析8（） 加工方法9 装夹方案选择9 刀具选择及加工工序9 切削量选择10（） 背吃刀量（ap）的确定10（）进给转速（f）的确定11（）主轴转速(n)的确定11第三章 顶盖的仿真与加工18 顶盖刀具轨迹的生成18 顶盖的仿真加工26（） 刀具轨迹的选择26（） 仿真加工效果2第四章 结论28参考文献30 第

3、一章 绪论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设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。 设计背景及意义数控加工，也称之为NC（Numerical Contorl）加工，是以数值与符号构成的信息，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二点：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

4、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；(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)便于设计变更，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；(11)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

5、，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设计和制造（CAD/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，采用手工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

6、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。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程，本次基于CAXA制造工程师软件对转接盘零件的建模、造型、仿真与加工，旨在在提高专业技术水平和个人自主学习能力的同时，切身体会

7、现代制造业技术进步之快，享受现代高科技发展的成果，激发对高科技领域的研发兴趣，为国家的发展、社会的和谐贡献力量。 CAXA软件简介20世纪90年代以前，市场是销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了CAXA制造工程师数控编程系统。这套系统

8、集CAD、CAM于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入成本，而且提高了经济效益。CAXA制造工程师数编程系统，现正在一个更高的起点上腾飞。（） 自动编程的基本步骤CAM系统的编程基本步骤如下：l 理解二维图纸或其它的模型数据；l 建立加工模型或通过数据接口读入；l 确定加工工艺（装卡、刀具等）；l 生成刀具轨迹；l 加工仿真；l 产生后置代码；l 输出加工代码；现在分别予以说明：加工工艺的确定加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：a) 核准加工零件的尺寸、公差和精度要求；b) 确定装卡位置；c) 选择刀具；d)

9、确定加工路线；e) 选定工艺参数；加工模型建立利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来

10、越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。刀具轨迹生成建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年

11、科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。后置代码生成在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后置处理。后置处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后

12、置处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。加工代码输出生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。我们相信当你认识了CAXA制造工程师以后，CAXA制造工程师一定会走到你的身边，成为你身边的不可多得的造型能

13、手，忠实可靠的编程高手，数控加工工艺的良师益友。（） CAXA软件界面介绍制造工程师的用户界面，是全中文界面，和其他Windows风格的软件一样，各种应用功能通过菜单和工具条驱动；状态栏指导用户进行操作并提示当前状态和所处位置；特征树记录了历史操作和相互关系；绘图区显示各种功能操作的结果；同时，绘图区和特征树为用户提供了数据的交互的功能。制造工程师工具条中每一个按钮都对应一个菜单命令，单击按钮和单击菜单命令是完全一样的。第章 顶盖的工艺分析 图纸工艺分析（）零件结构工艺分析该零件主要是由圆柱平面、曲面组成。其中曲面的表面粗糙度要求较高，为Ra3.2，其余则是Ra6.3；根据上述，可以采用先粗加

14、工，后精加工，以保证表面粗糙度要求。（） 加工方法曲轮廓面的粗糙度要求均为Ra3.2，可选择“粗铣精铣”的加工方案；其余表面的粗糙度要求为Ra6.3，选择粗铣即可满足精度要求，但有公差要求的可以进行精加工；装夹方案选择在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准确定夹紧方式，选择夹具原则：夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开；必须保证最小的夹紧变形；装卸方便，辅助时间尽量短；对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；夹具结构应力求简单；夹具应便于与机床工作台定位表面间的定位元件连接。该零件结构较为简单，主要由平面、不规则曲面面构成

15、，且毛坯外形比较规则，考虑到上述装夹原则，因此在加工平面时可选用“平口虎钳+V型铁”夹紧。 刀具选择及加工工序在加工中心加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，因此加工顺序安排的是否合理，直接影响到加工精度、加工效率、刀具参数和经济效益。遵循“基面先行”、“先粗后精”及“先面后孔”的一般工艺原则。因为此次加工的转接盘零件的平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。而用作精基准的表面应先加工。此外还应考虑： 减少换刀次数，节省辅助时间； 每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序； 安排加工顺序时可参照采用粗

16、铣大平面-粗镗孔、半精镗孔-立铣刀加工-加工中心孔-钻孔-攻螺纹-平面和孔精加工的加工顺序； 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果阶段要求更高，还包括光整经过的几个阶段；综合以上原则，考虑到转接盘零件的上下表面、外轮廓面以及槽、圆腔下表面的加工精度要求，可以对这些部位先进行粗加工、再精加工，整个加工过程采用顺铣方式加工，根据夹装工具的不同，可以分为二道工序。工序一：采用10键槽铣刀（过中心刃），粗铣、精铣曲面下表面；工序二：用10立铣刀（过中心刃）粗铣曲面；用6立铣刀精加工曲面和曲面上的平面；用10键槽铣刀（过中心刃）精加工曲面上的凹面； 切削量选择（）背吃刀量（

17、ap）的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，尽可能时背吃刀量等于工件的加工余量。铣削分为粗铣和精铣。粗铣时，在机床动力足够和工艺系统刚度许可的条件下，应选取尽可能大的吃刀量，在对转接盘的铣削加工过程中，考虑到毛坯材料为铝件，粗铣后的余量在0.5-1mm，其余量作为粗铣吃刀量，尽量一次切除。精铣吃刀量可选为0.2-0.5mm。（）进给转速（f）的确定确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度。当加工精度，表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小些。刀具空行程时，特别

18、是远距离“回零”时可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。进给量的选择（）主轴转速(n)的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）的直径选择。其公式为：根据加工不同部位时刀具直径和材质的不同，可以计算出相应的主轴转速的大小；按照上述有关原则和计算公式，可以计算出相应的切削用量的有关参数，如下表所示：刀具号刀具名称刀具规格/mm加工表面主轴转速n（r/min）进给量f (mm/r)备注01立铣刀20粗铣6000.90过中心刃精铣8000.1202键槽铣刀10粗铣12000.30过中心刃精铣15000.0603键槽铣刀8粗铣15000.30过中心刃精铣20000.0604麻花钻头10钻孔

19、16000.06第章 顶盖的仿真与加工顶盖零件三维实体的生成工序一：粗铣、精铣下圆柱底座（1）双击图标，进入CAXA制造工程师；（2）三维工程图纸如下：（3）通过分析零件图，利用CAXA制造工程师绘出三维实体图，如下图所示：（4）在加工管理模型树中，双击毛坯选项，弹出定义毛坯对话框，设置毛坯如图：（5）设置模型参数如图：（6）设置刀具起始点如图：（7）粗铣下底座：根据以上所列的加工工艺，选择合理的加工方法，加工方法和加工轨迹如下图所示：加工方法加工轨迹用平面轮廓精加工精铣下底座：（8）选中特征树中刀具轨迹，然后单击鼠标右键进入“轨迹仿真”，再点击按钮，点击按钮后，点击按钮执行和制品形状比较，仿

20、真结果如下图所示：工序二：同理，按照类似步骤（1） 粗铣、精铣上表面，具体参数设置如下图：粗铣（2）精铣曲面参数设置如下图：（3）参数线精加工刀具轨迹如下： （） 仿真加工效果仿真加工效果如下图所示第章 结 论现代三维CAD通过产品与零件的三维建模、全数字化三维虚拟装配以及三维动态模拟等形成数字样机，不仅为产品概念的形成与表达、设计方案的分析与优化，设计效果的展示与确定等产品开发过程提供基本平台，而且三维CAD数据将直接用于产品虚拟效果的制作、产品工程图纸的生成、产品与零件的分析仿真/CAE、产品生产工艺的准备（CAPP）、零件的数控加工（CAM）、产品的制造执行（MES）、以及整个产品设计和

21、制造过程的协同与管理（EDM/PDM的集成）等。本次基于CAXA制造工程师的转接盘零件的仿真与加工，实现了预期的目标，从设计题目公布到初稿的完成，已经有将近五个月的时间了，在过去五个月里，我按照指导老师设计任务书，开始学习CAXA制造工程师2006，然后通过所学习的理论知识的指导，开始尝试着去对转接盘零件进行初步的建模，因为这次建模的实体比较规整，所以在做起来难度还不是很大，但是，实体模型建出来之后，需要依据模型生产相应的刀具轨迹，并最终完成转接盘零件的仿真加工；因为在以前的学习过程中，没有系统的学习过数控机床的加工工艺的处理，在仿真前感觉到很迷茫，真是书到用时方恨少，一时半会儿无计可施，本来

22、想请教指导老师，可我又想到了在论文开题时，老师告诫我们的一句话：不管遇到什么样的困难和挫折，都不要轻易的请求帮助，更不能轻言放弃，要静下心来，沉淀下去，才能像螺丝钉一样，钻进去，有所收获：然后，我又开始去图书馆翻阅资料，向同学们请教，再回归到原始的零件图分析转接盘的加工要求和结构，然后确定加工方案、加工工艺、刀具的选择以及加工参数等，对于反复思考依然无法解决的问题，我就找到曾老师，在得到他们的讲解和指导后，问题便迎刃而解，虽然在整个设计的过程中，遇到很多困难和挫折，但是，在朱老师、刘老师的指导和同学们的帮助下，问题都一一得到了解决，并在规定的时间里完成毕业设计的任务。通过这次独立自主的学习、设

23、计，我再一次加深了对相关知识的理解和掌握，将大学四年所学到的基础和专业知识进行了一次全面系统的融合与总结，同时，对三维CAD也有了全新的认识，特别是对CAXA 制造工程师的学习，有了很大的收获，掌握了其基本操作和运用，更重要的是我深深地体会到团队合作精神在工业生产、设计过程中所起的重要作用，让我认识到同事之间不仅仅有竞争，更重要的是合作，也就是我们所说的团队精神。它使我懂得了团队合作的重要性，一个强大的组织必须要有很强的内聚性，要有很强的责任性和以团队任务为己任的精神。四年的大学时光在太阳的东升西落中一点点的消逝，对于我来说，这次论文是对我十几年校园生活的一个完美总结，无论从设计的思路还是从叙

24、述文字的字里行间来讲，她都闪烁着我这么多年来在知识文化殿堂里徜徉的身影，我想，她不仅仅是对大学四年生活的一次总结，还是对我十几年学生生涯的一次剪影，更是对未来人生蓝图的一种展望和畅想！激动，是因为即将完成从校园人向社会人的一次转型；留恋，是因为即将背上行李离开这片承载着欢声笑语的象牙之塔；离开，是也许一种伤痛，但是，每一次伤痛都将是一种蜕变！ 致 谢非常感谢各位指导老师，没有你们交给我们知识，我们是不可能完成这项毕业设计，非常感谢你们这几年对我们的辛勤教导，你们不仅仅是传授给我们了知识，更是教会我们技能，从而让我们在这个社会上更好的立足，让我们的人生更加丰富多彩，在这里我向你们致敬！参考文献1

25、隋秀梅主编. CAXA 制造工程师 2006 数控加工自动编程 M.机械工业出 版社.2009 年 1 月 2刘颖主编. CAXA 制造工程师 2006 实例教程 M.清华大学出版社.2006 年7月 3桂旺生主编. 数控铣工技能实训教程M.国防工业出版社.2006 年 4 月 4杨继宏主编. 数数控加工工艺手册M.化学工业出版社.2008 年 2 月 5王金城主编. 数控机床实训技术M.电子工业出版社.2006 年 8 月 6顾晔 楼章华主编.数控加工编程与操作M.人民邮电出版社. 2009 年 5 月 毕业论文（设计）成绩评定表姓 名学号专业毕业论文（设计）题目指导教师评价： 建议成绩 ： 指导教师签名： 年 月 日评阅教师评价：建议成绩: 评阅教师签名： 年 月 日答辩小组评价（未参加答辩的不填写）： 建议成绩: 答辩小组组长签名： 年 月 日毕业设计（论文）总评成绩（优、良、中、及格、不及格）：系（部）主任： 年 月 日