机械设计制造及其自动化毕业设计(论文)基于Master CAM零件设计和数控机床零件加工(天使).doc
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1、1 引言计算机辅助设计和计算机辅助制造(Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing,简称CAD/CAM)技术作为传统技术与计算机技术的结合,以不同方式广泛用于各项工程实践中,例如:绘图和设计、生成着色图和动画显示、应用几何模型完成有限元等工程分析、生成工艺规划及零件数控加工程序等。随着计算机技术与现代设计制造技术的发展,CAD/CAM技术作为现代产品设计制造方法及手段的综合体现,在产品生产过程中发挥了重要的作用。Mastercam集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等功能于一身,其强大
2、稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。Mastercan可靠刀具路径校验功能模拟零件加工整个过程,模拟中不但能显示刀具和夹具,还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况,真是反映加工过程中的实际情况,不愧为一优秀的CAD/CAM软件。同时Mastercam对系统运行环境要求较低,使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中,都能获得最佳效果。2 零件的造型21 CAD/CAM技术经过多年的推广,CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。应用CAD技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计
3、的标准化等作用。90年代以后CAD技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期,这阶段的CAD技术都具有良好的开放性,图形接口、功能日趋标准化。CAD体系结构大体可分为基础层、支撑层和应用层三个层次。基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。随着网络的广泛使用,异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的主要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求,有各自的CAD专用软件来支援相应的CAD工作。CAD /CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及,使奢地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。22 Master CAM在数控
4、加工中的应用Mastercam是美国CNC software公司推出的基于PC机平台的CAD/CAM集成软件。目前以优良的性价比、常规的硬件要求、灵活的操作方式、稳定的运行效果、易学易用的操作方法等特点,成为国内外制造业使用得最广泛的CAD/CAM集成软件,在CAD/CAM软件行业持续11年销量第一,主要应用于机械、电子、汽车、航空等行业,特别是在模具制造业中应用最广。它具有Windows的标准界面:图标、窗口、对话框、菜单、工具栏、绘图工作区域、状态栏等。它将铣削系统、线切系统、雕铣系统和设计等5个模块整合在一个平台上,操作方便。Mastercam具有强大的二维绘图功能、完整的曲线设计功能、
5、丰富的曲面造型手段、先进的实体建模功能、实体与曲面的综合造型功能、着色曲面模型和实体模型。而在数控编程方面,Mastercam的加工方式多样化,在型腔铣削、轮廓铣削以及点位加工中,提供了多种走刀方式。各种进退刀方法丰富、实用,能迅速加工非常复杂的曲面。在曲面的粗、精加工中,mastercam仿照钻削的方法可以快速去除毛坯上较大余量,极大提高了加工效率。Mastercam智能化的加工可以使加工刀具路径与被加工零件的几何模型一致。当零件几何模型或加工参数被修改后,可以迅速准确地更新相应的刀具路径。在操作管理中可综合管理实体模型、刀具参数及加工参数、刀具路径等,修改和编辑上述参数都十分方便。在运用M
6、aster CAM软件对零件进行数控加工自动编程前,首先要对零件进行加工工艺分析,确定合理的加工顺序,在保证零件的表面粗糙度和加工精度的同时,要尽量减少换刀次数,提高加工效率,并充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度,以及零件刚度和变形等因素,做到先粗加工后精加工;先加工主要表面后加工次要表面;先加工基准面后加工其他表面。在生成加工NC程序后,在实验中心五轴联动机床上加工我们所做的零件(如图2-1)。2. 零件图的几何建模 图2-1加工零件图的几何建模建立零件的几何模型是实现数控加工的基础,本文选择用Solidworks软件进行零件的三维几何建模。23 天使的建模 (1)启动Solidworks,
7、界面如图2-2所示。 图 2-2 Solidworks启动界面(2)选择菜单项目中【新建文档】后,再选择【单一设计零部件的3D展示】,如图2-3所示 图2-3 新建零件(3)再鼠标左键单击【确定】按钮,得到如图2-4的Solidworks的零件设计界面 图2-4 Solidworks的零件设计界面(4) 分别右键点击操作界面中的【前视基准面】、【上视基准面】和【右视基准面】,选择【显示】,得到拥有三视基准面的操作界面如图2-5。 图2-5 三视基准面的操作界面(5) 单击【上视基准面】,再单击【草图绘制】,这时已选择上视基准面为草图面。选择最上方【工具】按钮,再选择【草图工具】,再选择【草图图
8、片】,并在弹出的图片选 择对话框中选择“天使”图案,如图2-6。 图2-6 插入天使草图图案(6)插入天使图案后 选择【样条曲线】画出天使的左心草图1,如图2-7。然后在【特征】中选择【拉伸凸台/基体】,在选项中给定8.5mm的拉伸深度与拉伸方向,如图2-8、2-9. 图2-7 左心草绘 图2-8 给定拉伸深度 图2-9 左心拉伸方向(7) 选择菜单栏【参考几何体】/【基准面】,以【上视基准面】为基础创建相距9mm的【基准面1】,如图2-10、2-11 图2-10 图2-11(8) 在菜单栏中选择【圆角】,选中左心上部的边线,输入圆角1值为2mm, 如图 2-12、2-13。 图2-12 倒圆
9、角1 图2-13 圆角1边线(9) 在前面创建的【基准面1】上利用【样条曲线】进行草图3,完成后的草图3如图2-14所示。使用【拉伸曲面】将草图3向下拉伸2mm,如图2-15、2-16所示。 图 2-14 图 2-15 图 2-16 (10) 在【基准面1】上继续绘制草图5,如图2-17;在【前视基准面】上绘制草图6,如图2-18。 完成两草图后选择【投影曲线】,生成草图5与草图6的投影曲线1。然后单击绘图工具中的【填充曲面】,在修补边界中添加草图3的几条边线,并设置为【接触】,然后再添加投影曲线1为【约束曲线】,勾选【修复边界】选项,如图2-19、2-20,完成女天使手臂。 图2-17 创建
10、草图5 图2-18 创建草图6 图2-19 填充曲面1 图 2-20 女天使手臂(11)完成女天使手臂后,在上视基准面中进行草图7女翅膀的绘制,如图2-30,然后单击【拉伸凸台/基体】将女翅膀草图7向上拉伸7mm,如图2-31、2-32。 图2-30 女翅膀草图7 图2-31拉伸深度 图2-32拉伸方向(12)点击【参考几何体】/【基准面】,建立以上视基准面为基础相距10mm方向向上的基准面2,如图2-33、2-34。 图2-33 建立基准面2 图2-24 基准面2(13) 单击【草图绘制】在之前建立的基准面1上使用草图工具中的【样条曲线】进行女翅膀草图8的绘制,完成后如图2-35所示。然后以
11、女翅膀拉伸2的上表面为平面用【样条曲线】绘制女翅膀草图10,完成后如图2-36所示。 图2-35 女翅膀草图8 图2-36 女翅膀草图10(14) 使用【3D草图】在草图8与草图10之间绘制3D草图1,如图2-37,然后单击使用【放样曲面】,轮廓选择女翅膀草图8与女翅膀草图10,引导线选择所绘制的拥有40条线的3D草图1。完成放样曲面1,如图2-38、2-39所示。 图2-37 3D草图1 图2-38放样 放样1 图2-39 放样曲面1效果(15) 使用基准面2,单击【草图绘制】,绘制如图2-40的椭圆形草图9,然后单击【填充曲面】,以接触形式选择女翅膀草图6中的数条边线,并将椭圆形草图9作为
12、引导线,生成填充曲面2如图2-41、2-42所示。 图2-40草图9 图2-41填充曲面2 图2-42 填充曲面2效果(16) 在上视基准面上单击【草图绘制】,使用【样条曲线】,画出女腿部草图11,如图2-43所示,然后单击【拉伸凸台/基体】,选择女腿草图11局部部分,给定7mm的深度,拉伸方向向上,完成拉伸4,如图2-44、2-45所示。同样的选择女腿草图局部,分别进行3.5mm深度、方向向上的拉伸5、拉伸6,如图2-46、2-47、2-48、2-49所示。 图2-43女腿草图11 图2-44女腿局部拉伸4 图2-45 拉伸4 图2-46局部拉伸5 图2-47拉伸5 图2-48局部拉伸6 图
13、2-49拉伸6(17) 对局部拉伸5的上表面进行【圆顶】操作,距离设置为1.5mm,完成圆顶1,如图2-50、2-51所示。然后选择圆顶与拉伸5相接触的边线,单击【圆角】,设置圆角3的半径值为0.5mm,完成后如图2-52、2-53所示。 图2-50圆顶1 图2-51圆顶1 图2-52 圆角3 图 2-53 圆角3(18) 同第17步一样原理,对局部拉伸6的上表面进行【圆顶】操作,距离设置为1.5mm,完成圆顶2,如图2-54、2-55所示。然后选择圆顶与拉伸6相接触的边线,单击【圆角】,设置圆角4的半径值为0.5mm,完成后如图2-56、2-57所示。 图2-54圆顶2 图2-55圆顶2 图
14、2-56 圆角4 图2-57 圆角4(19) 以上视基准面为基础建立距离8mm,方向垂直向上的基准面3,如图2-58、2-59所示。 图2-58建立基准面3 图2-59 基准面3 (20)单击【草图绘制】在基准面3上进行草图15的绘制,如图2-60。然后单击【填充曲面】,选择拉伸4上表面的数条边线,以接触形式作为修补边界,选择草图15作为约束曲线,完成曲面填充7。如图2-61、2-62所示。 图2-60草图15 图2-61 曲面填充界面 图2-62 曲面填充7 (21)单击【填充曲面】,修补边界选中第20步中曲面的3条边缘线,无约束曲线,完成曲面填充8,如图2-63、2-64所示。 图2-63
15、填充曲面8界面 图2-64填充曲面8(22) 单击【缝合曲面】,选择缝合曲面7与曲面8,并勾选“尝试生成实体” 完成曲面缝合1。如图2-65、2-66所示。 图2-65曲面缝合1界面 图2-66 曲面缝合1(23) 单击工具栏中的【圆角】,圆角选项选择“通过面选择”。将填充曲面7作为面组1,面组2选择下2面,圆角半径0.2mm,完成圆角11,如图2-67、2-68所示。再单击【圆角】,选择如图2-69的边线作为需要倒圆角的线,圆角半径0.4mm,完成圆角12,如图2-70所示。 图2-67 图2-68面圆角11 图2-69 图2-70边线圆角12(24) 在上视基准面上,单击【草图绘制】,利用
16、【样条曲线】绘制出如图2-71所示的男天使心草图17。然后单击【拉伸凸台/基体】,拉伸深度设定为9mm,方向垂直向上,见图2-72、2-73。 图2-71 男心草图17 图2-72拉伸7界面 图2-73 男心拉伸7(25) 单击工具栏【圆角】,选择男心上表面的边线,圆角半径设置为2mm,完成圆角13,如图2-74、 2-75所示。 图2-74 圆角13界面 图2-75 圆角13(26) 绘制男腿部草图,单击【草图绘制】,在上视基准面上使用【样条曲线】绘制出男天使腿部草图18,如图2-76所示。然后单击【拉伸凸台/基体】选择男腿草图局部,拉伸深度为7mm,方向垂直向上完成男腿局部拉伸9,如图2-
17、77、 2-78 。同样的方法拉伸出另外部分腿,拉伸深度3.5mm,方向垂直向上,完成男腿局部拉伸10,如图2-79、2-80所示。 图2-76男腿草图18 图2-77拉伸9界面 图2-78男腿局部拉伸9 图2-79男腿局部拉伸10界面 图2-80男腿局部拉伸10(27) 单击【草图绘制】,在基准面3上使用工具栏中的【样条曲线】绘制出草图19,如图2-81。然后单击【填充曲面】,选择男腿局部拉伸9上表面的边线作为修补边界,选择草图19作为约束曲线,完成男腿填充曲面9,如图2-82、 2-83所示。 图2-81 男腿草图19 图2-82男腿填充曲面9界面 图2-83男腿填充曲面9(28) 在男腿
18、局部拉伸10的上表面创建基准面,单击【参考几何体】/【基准面】,设置距离上表面距离为0.8,方向垂直向上,建立基准面4,如图2-84、 2-85所示。单击【草图绘制】在基准面4上绘制草图20,如图2-86。 再单击曲面工具栏中的【填充曲面】,选择男腿局部拉伸10上表面的边线作为修补边界,草图20作为约束曲线,创建填充曲面10。如图2-87、 2-88所示。 图2-84创建基准面4 图2-85基准面4 图2-86创建草图20 图2-87男腿填充曲面10 图2-88填充曲面10(29) 单击【填充曲面】,选择填充曲面9的数条边线,以接触形式作为修补边界,完成填充曲面11,如图2-89、2-90。
19、单击【填充曲面】,选择填充曲面10的数条边线,以接触形式作为修补边界,完成填充曲面12,如图2-91、 2-92。 图2-89 图2-90填充曲面11 图2-91 图2-92填充曲面12(30) 单击【缝合曲面】,选择缝合填充曲面9与填充曲面11,完成缝合曲面2,如图2-93、2-94。同样方法的单击【缝合曲面】,选择缝合填充曲面10与填充曲面12,完成缝合曲面3,如图2-95、2-96所示。 图2-93界面 图2-94缝合曲面2 图2-95 界面 图2-96缝合曲面3 (31) 鼠标单击【圆角】按钮,选择填充曲面9的边线,设置圆角半径为0.5mm,完成圆角16,如图2-97、2-98所示。再
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