毕业设计(论文)红酒杯工艺品加工工艺分析与编程设计.doc
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1、江苏城市职业学院五年制(高职)毕业设计题 目酒杯工艺品加工工艺分析与编程设计学 校: 江苏城市职业技术学院 专业班级: 07机电高职一班 学生姓名: 学 号: 指导教师姓名 指导教师职称 中一 二一二 年 四 月 八 日红酒杯设计及加工摘 要:论文通过红酒杯的设计和加工,一方面力求做到按红酒杯的设计理论制定出一套合理的设计方案,所设计的红酒杯要符合经济、实用、精美的原则。产品的造型部分将运用UG NX4.0和AutoCAD这两款软件,前者用于实体建模,后者用来绘制二维工程图。在按要求完成产品造型的同时,也进一步了解和熟悉这两款软件的各个功能。另一方面,产品零件的加工将在数控车床上完成,因工件的
2、形状较规则,编程简单,故可采用手工编程加工。加工前将编写详尽的生产加工程序单和加工工艺流程表。产品的实际加工将作为检验产品设计方案的有效途径,最后再根据加工情况修改和完善产品的设计方案,最终生产出符合要求的红酒杯产品。关键词: 红酒杯;手工编程;数控车削. 目 录1 绪论12 红酒杯设计12.2材质选择22.3主要品牌22.4设计初稿43 红酒杯实体造型53.1 零件造型思路53.2 红酒杯实体造型63.2.1 新建零件文件63.2.2 绘制截面曲线的草图63.2.3 利用回旋生成实体73.2.4 实体倒圆角83.2.5 隐藏实体多余轮廓线83.2.6 保存文件94 红酒杯编程加工94.1 加
3、工工艺分析94.2 分析零件图样,确定加工方案104.3 零件材料分析104.4数控机床的选择114.5 工件的定位与装夹124.6 刀具选择与安装124.7 编制数控加工程序134.8 数控加工注意事项154.9工件验收与质量误差分析155 结论176 谢辞18参考文献18附录A21附录B221 绪论进入21世纪,制造业已成为推进社会生产力的重要力量,数控技术作为现代制业的先进方式,已得到了广泛的普及。作为数控专业的毕业生,必须达到熟练掌握常用数控机床的操作,了解不同产品的加工工艺并制定出合理的加工方案,还应具备产品设计和利用工具软件造型等技能。因此,本次毕业设计就是要通过设计及加工一款红酒
4、杯产品,加深对数控加工的认识,培养产品设计造型的能力。毕业设计包括论文誊写和产品数控加工两部分,产品的数控加工将是难点。因红酒杯零件属于薄壁、细长的悬伸件,自身结构刚性和承受切削、加紧能力差,加工过程中易产生多种变形。所以必须首要解决如何采取适当的措施减小和补偿形变,保证加工精度的问题。产品的理论设计将结合实际加工,根据加工情况将修改和完善产品的设计方案,最终生产出符合要求的红酒杯产品。2 红酒杯设计2.1 结构设计不同造型、弧度的红酒杯对于酒液的香气与口感所造成的差异与影响很大。喝红酒要选肚子大一些的酒杯,因为红酒需要和氧气接触,才能使香味释放出来。如果是陈年的红酒,就更需要用大杯子,这样可
5、以快速散掉常年存放的陈腐气味,避免干扰红酒的醇香。不同结构的红酒杯,其酒液的容积和表面积之比不同,表面张力和毛细管作用也不同,酒中的芳香成分挥发程度也就大不一样。如果酒杯的杯身太高,酒液表面离鼻孔太远,或者酒杯的喇叭口太大,易吸入外面的空气,那么杯中显现的香气就比较弱;如果用半球形的杯,其杯身短,鼻孔能更贴近酒液表面,香气虽易被发觉,但由于开口过大容易吸入外面的空气。所以只有选择杯杯体杯身高度适中、大肚收口、倒入酒的量使其在杯中的表面积最大,才能给出香气成分的最大强度挥发。品尝红酒最简便最好的工具就是高脚卵形伸长切顶的透明玻璃杯。理想的红酒杯应该是杯身薄、无色透明且杯口内缩的郁金香杯。而且一定
6、要有四至五公分长的杯脚,这样才能避免用手持拿杯身时,手的温度间接影响到酒温,而且也方便观察酒的颜色。一个好的高脚杯,一般有210225ml的容量。高脚杯的腿要足够高,脚盘要平,杯身也不能太短。若杯腿不够高,人们的手会抓住杯身,将加热杯中的酒,改变酒的原始状态;若杯脚盘不够大和平,就不能平稳地放在桌子上;若杯上身太矮,会影响盛酒的量,香味表现不充分。杯壁的厚薄应轻薄。普通的红酒杯,杯体高1555mm,杯上身高1002mm,杯大肚直径652mm,杯口直径462mm,杯口壁厚0.80.1mm,杯腿高553mm,腿粗91mm,脚盘直径655mm。此外,不同酸甜度的红酒对红酒杯郁金香形的结构要求也有所不
7、同。例如自身酸甜协调、酸度适中的红酒要用含苞欲放的郁金香型红酒杯盛放。酸度较高、需要特别突出果味的红酒适合用盛开的郁金香型酒杯盛放,以平衡酒中的果味、甜度和酸度。而果味浓烈而酸度相对较弱的红酒则适合用圆肚的郁金香型酒杯盛放。2.2材质选择 红酒杯的材质,应选择玻璃或水晶,杯身要轻薄且无色透明,方便判断酒的颜色和色泽。高档的红酒杯当然是用水晶玻璃打造的精品,这种酒杯透明度非常高,折射率也很小。水晶之外,也有更便宜的玻璃质地的红酒杯。水晶杯和玻璃杯带来的香气与口感会有细微差别,其原因主要是两者表面的粗糙程度不同而造成的。通过显微镜可以观察到,水晶的表面的凹凸要比玻璃。水晶根据它的原材料分为两种:一
8、种是铅人造水晶,主要是白水晶玻璃,含24 铅(或以上)称为全铅水晶,低于24者则称为铅水晶,它有较好的折射率、硬度,以及较大的比重。但容易折断、较软、易磨花,且含铅水晶杯中的铅会析出并溶于酒或酸性饮料之中,长期使用会引起铅蓄积而导致中毒,损害健康。另一种是无铅人造水晶,就是以其它元素(如光学玻璃常用的钾)代替原本生产过程中所使用的铅加入玻璃中,它既包含了有铅人造水晶的优点,又极富弹性、特别晶莹透澈,使杯身透光度极佳,呈现晶莹剔透的质感。因不含铅,所以环保健康,是目前市场上水晶玻璃杯的主流。选料精良的水晶酒杯,应看不到星点状、云雾状和絮状分布的气液包体,质地纯净、光润、晶莹。此外,金属及陶瓷质地
9、的红酒杯也广受人们的追捧。如纯银、镀银红酒杯一直是西方贵族的餐具及收藏品首选,纯锡、纯铝及黄铜镀金等制成的红酒杯则常作为工艺品和礼品被人们青睐。而上了彩釉的陶瓷杯在广大家庭和酒馆里比较常见。2.3主要品牌奥地利的Riedel致力于水晶与玻璃不同系列的红酒杯生产,采用手工与机制的方式生产。Riedel的酒杯做工很精细,当然价格也不菲。其Sommelier和Vinum两个系列的水晶酒杯种类都超过了30种。 图2.3 Riedel的酒杯德国的Spiegelau牌子的酒杯价格十分公道,形状也有很多可供选择,只不过做工相对粗糙一些,比较适合家用。 图2.4 Spiegelau的酒杯德国的Scott Zw
10、iesel酒杯做工精细,杯腿很长,看起来精美优雅,只是形状不如Riedel和Spiegelau那样多。 图2.5 Scott Zwiesel酒杯另外,也有为适合不同产区的葡萄品种而量身定做的红酒杯,多由葡萄产区命名。如波尔多杯相对深长,适合用来品尝饮用来自波尔多地区的葡萄种类,无论是浓郁厚重的Cabernet Sauvignon还是单宁柔顺、酸度较低的Merlot,都能很好地表现;而勃根地杯体态更圆和浅,几近球形,在品尝勃根地产区的酸度较高的黑皮诺葡萄(Pinot Noir)时更出色。 图2.6 不同产区的葡萄品种特制红酒杯2.4设计初稿通过以上论述,作出红酒杯的初步设计。如图2.7所示。(详
11、见附录工程图 图2.7 红酒杯零件图主要尺寸:杯体高1021mm,杯上身高601mm,杯大肚直径622mm,杯口直径522mm,杯壁厚30.1mm,杯腿高303mm,腿粗102mm,脚盘高50.5mm,脚盘直径491mm。考虑到本课题重点在通过实例操作进一步了解数控加工,故材料选用钢材。3 红酒杯实体造型3.1 零件造型思路红酒杯形状比较规范,造型过程相对比较简单。可先作出红酒杯轮廓的截面曲线草图,再利用回旋命令生成红酒杯实体,最后利用边倒角命令使杯口和底座光滑圆润。 图3.1 红酒杯红酒杯可通过以下步骤进行造型:绘制红酒杯轮廓截面曲线草图,利用回旋命令生成红酒杯实体,实体边倒角,隐藏实体多余
12、轮廓线。造型过程每一步骤的结果如图3.2所示。 图3.2 红酒杯造型流程3.2 红酒杯实体造型3.2.1 新建零件文件在桌面上双击UGS NX 4.0的快捷方式,打开UGS NX 4.0在工具条上单击“新建文件”按钮。系统弹出新建文档对话框。选择新建文档的存放位置为盘,“文件名”为hongjiubei,“文件类型”为部件文件(*.prt),“单位”为毫米,单击“”按钮新建一个部件文件。3.2.2 绘制截面曲线的草图进入草图状态。单击“起始”按钮,选择“建模”进入建模界面。再单击“草图”按钮,系统直接以默认的XOY平面为绘画平面,进入草图绘制状态。绘制截面曲线。利用草图工具栏上的“直线”、“圆弧
13、”、“圆”等命令绘制截面曲线,利用“约束”命令使各段圆弧光滑连接。完成以上操作后的草图图形如图3.3所示。 图3.3 截面曲线 退出草图状态。单击草图工具栏上的“完成草图”按钮,退出草图绘制状态。3.2.3 利用回旋生成实体选择回旋功能。选择主菜单上“插入”“设计特征”“回旋”,系统将弹出回旋实体特征向导栏。选择刚生成的草图,单击“自动判断的矢量”按钮,选择草图上CY方向的直线。单击“应用”按钮,显示参数并自动生成回旋实体。确认生成实体。在图形预览确定模型正确后,在特征向导栏中单击“取消”按钮生成实体。生成的回旋实体如图3.4所示。 图3.4 回旋实体3.2.4 实体倒圆角 选择倒圆角功能。单
14、击“边倒角”按钮,系统弹出边倒角特征向导栏。 选择实体上边界。在图形上选择回旋体的上底面的边界,在浮动菜单中输入“半径值=6”。单击特征向导栏中的“确定”按钮生成实体圆角。 选择实体下边界。在图形上至上往下选择回旋体的四个下底面的边界,在浮动菜单中依次输入“半径值=6”、“半径值=2”、“半径值=2”、“半径值=6”。单击特征向导栏中的“确定”按钮生成实体圆角。结果如图3.5所示。 图3.5 完成实体倒圆角3.2.5 隐藏实体多余轮廓线选择隐藏功能。选择主菜单上“编辑”“隐藏”,系统弹出字菜单,选择隐藏选项,选择截面曲线和XCYC主平面,单击浮动菜单中的“确定”按钮完成操作。生成效果如图3.
15、图3.6 完成实体多余轮廓线隐藏3.2.6 保存文件完成实体造型各个特征的建立后,选择主菜单的“文件”“保存”,系统弹出UGS NX 4.0浏览器,选择需要保护的文件夹,并输入文件名“hongjiubei”单击“保存”按钮保存文件。4 红酒杯编程加工4.1 加工工艺分析红酒杯零件的加工,可按先进行零件内表面的粗、精车加工,后进行外轮廓的粗、精车加工的方式进行切削加工。加工时,相关参数的选择,直接关系零件的加工质量。主要参数有主轴转数、进给速率、刀具切入时的S进给速率、步距宽度和切削深度等。主轴转速一般根据切削速度来计算,公式:n=1000 Vc/d,式中d为刀具直径(mm),Vc为切削速度(m
16、/min),切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关。进给速度关系到零件的加工精度和表面粗糙度,其计算公式为F=nzf,式中n为主轴转速(r/min),z为铣刀齿数,f为每齿进给量(mm/齿)。在粗加工的时候需要留有0.20.5mm的精加工余量,通常采用比较节省时间的方式;精加工则将粗加工的余量全部加工,选择的加工方式在达到要求的前提下采用时间较少的方式。表4.1所示为加工中工艺参数。加工方式刀具选择切削量主轴转数进给倍率切端面外圆刀/8000.2钻孔中心钻/200/20mm钻头/200/内轮廓加工粗车内孔刀13000.15精车内孔刀0.53500.05外表面加工粗车外圆刀1.58000.2精车外
17、圆刀112000.08切断切槽刀/4000.2 表4.1 工艺参数4.2 分析零件图样,确定加工方案零件轮廓几何要素分析:红酒杯零件主要由直线、圆弧及曲线组成。考虑到加工所使用的数控车床没有曲线插补功能,所以设计时红酒杯杯身的曲线部分采用圆弧相切的方式连接而成,各切点坐标已知。零件中各节点的坐标都已知,便于手工编程。零件结构工艺性分析:红酒杯零件属于薄壁、细长的悬伸件。自身结构刚性差,易产生振动变形;承受切削和加紧能力差,易引起热变形。所以在切削过程中,必须采取适当的措施,如正确选择刀具和切削余量,合理安排加工工序,以减小和补偿形变,保证加工精度。精度及技术要求分析:通过以上对零件的分析,初步
18、确定红酒杯的加工方案:零件毛坯采用钢材。机床采用CYNC-400TA数控车床,系统为FANUC Series oi Mate-TC。刀具选择:外圆车刀、内孔车刀、切槽刀及中心钻、20mm钻头。夹具为三爪自定心卡盘。加工工序为先进行零件内表面的粗、精车加工,后进行外轮廓的粗、精车加工。进给路线采用G00快速引刀,G01切点切入。内表面加工结束采用轴径向退刀,避免撞刀;外轮廓采用斜线退刀,提高加工效率。编程选择手工编程。4.3 零件材料分析金属材料的性能主要是指力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能,其中金属材料是否易于加工成形的性能称为工艺性,如铸造性能、锻造性能、焊接性能、可切削加工性能和热处
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