茶杯模具造型与数控加工Word格式文档下载.docx
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2数控加工技术
2.1数控技术发展前景（3）
2.2数控加工的适应性（4）
2.3数控加工的特点（5）
2.4数控工艺制定的主要内容（6）
3CAD/CAM技术在模具中的应用
3.1CAD/CAM概念（6）
3.2常用软件的介绍（7）
3.3MasterCAM加工应用介绍（8）
4高速加工技术与刀具材料
4.1高速切削技术概述（8）
4.2高速切削技术应用（9）
5茶杯模具设计与加工
5.1茶杯模具设计流程（10）
5.2茶杯加工工艺分析（16）
5.3茶杯加工工艺制订（17）
5.4自动编程与仿真模拟操作（21）
5.5加工程序（22）
6设计总结
6.1本文总结（31）
致谢（32）
参考文献（33）
1.概论
1.1模具制造的发展趋势
先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品机构和生产过程，对模具行业也是如此。
质量成本和时间已成为现代工程设计和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与市场竞争。
模具行业必须在技术、制造工业和生产模式等方面加以调整以适应着这种要求。
模具制造现代化正成为国内外行业发展的一种趋势。
模具是现代工业生产的主要工艺设备之一。
无论是工业制品的生产，还是新产品的开发，都离不开模具。
现代工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。
许多新技术和新设备的生产与应用往往源于模具工业。
从某种意义上说，模具制造技术代表了一个国家的工业制造的发展水平。
模具型腔一般是形状复杂的自由区曲面，材料硬度高。
常规的加工方法是粗切削加工后进行热处理，然后进行磨削或电火花精加工，最后手工打磨、抛光，这样使得加工周期很长。
高速切削加工可以达到模具加工的精度要求，减少甚至取消了手工加工，而且采用新新型的刀具材料，高速切削可以加工硬度达到60HRC甚至硬度更高的工件材料，可以加工淬火后的模具。
高速铣削加工技术在模具技术引进模具加工将会提高模具的生产效率和生产成本，提高模具的质量。
由于高速切削技术具有很高的加工效率，可以使由模具型腔的三维的实体模型到满足设计要求的模具快速转化，真正的实现快速制模。
1.2课题背景及国内外研究现状
目前，我国的模具技术有了很大发展，模具的精密度、复杂程度和寿命都有很大提高。
如，主要的汽车模具企业已能生产大型、精密的轿车覆盖件模具；
体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面增加；
塑料模热流道技术日渐成熟，气体辅助注射技术开始采用；
压铸工艺得到发展。
此外，CAD/CAM技术得到广泛应用，高速加工、复合加工等先进的加工技术也得到进一步推广；
快速原型进展很快；
模具的标准化程度也有一定提高。
但是，由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比，仍存在不小的差距，主要体现在：
产需矛盾：
随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度的加快，对模具的需求越来越大。
无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达到70％左右。
造成矛盾突出的原因是模具企业的专业化、标准化程度低，生产周期长。
另外，设计和制造工艺水平还不能完全适应发展的需要。
企业结构不合理：
我国很多模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂或车间内，模具的商品化程度低，而国外70％以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路，因此生产效率和经济效益俱佳。
产品水平：
衡量模具的产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度，以及模具的制造周期和使用寿命。
而这几项指标与国外相比的差距都十分明显。
针对不足和模具市场巨大的潜力，国家制定了模具行业的“十五”发展规划。
一方面要继续推广新技术的应用，提高大型、精密、复杂模具的制造水平；
另一方面要针对不同模具市场的需求，有针对性的发展。
希望在模具企业的整体实力有进一步提升，重点、骨干企业可以达到50%。
2003年是“十五”关键的一年，如果做不到60%任务的完成，那么计划就会失败，而模具失败了，对整个工业都会有影响。
近年来，外企进入中国加剧了竞争，也出现一些价格方面的恶性竞争。
为了避免因为暂时的利益而损失长远和整体的发展，未来一年中，行业协会也将加强模具企业间的组织和协调，制定合理的价格水平。
同时，研究国际模具价格水平，以对行业进行指导和信息沟通。
加入世贸组织后，受影响最大的是汽车制造业，而汽车制造业是模具的一大用户。
到2006年，进口轿车的关税要由目前的80%降到25%，进口零部件关税要降到10%。
我国的汽车工业规模小，厂点多，人力、资金、技术分散，100多个整车厂家只生产200多万辆汽车，仅为美国、日本等国家汽车产量的一个零头。
“入世”后，我国汽车工业面临的巨大压力和挑战，是显而易见的。
目前我国在农用车、微型车、载货卡车、摩托车等方面有比较优势。
这几种车辆所需要的模具，大部分是国内模具企业提供的。
所以“入世”后对这类模具的影响不会太大。
轿车覆盖件模具，目前大部分都是进口的，一汽、东风、天汽等汽车模具制造厂家，现在只能生产部分轿车覆盖件模具。
所以轿车模具面临的形势十分严峻。
我们必须狠抓产品结构和技术结构调整，加大技术改造的力度，通过今后五六年的努力，使轿车覆盖件模具的设计制造技术和生产能力再上一个台阶，替代一部分轿车模具的进口，增强国产轿车的市场竞争力。
1.3本课题研究的主要内容
1.模具技术
2.高速切削技术
3.CAD/CAM技术
4.模具材料
5.数控加工技术
把这几项技术综合在本设计上的应用
2.数控加工技术
2.1数控技术的发展前景
1）高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
2）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：
为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；
为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；
简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；
还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。
数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak）公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC）；
日本大隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（信息技术广场，简称IT广场）；
德国西门子（Siemens）公司展出的OpenManufacturingEnvironment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
2.2数控加工的适应性
数控机床是一种高自动化的机床，有一般机床所具备的许多优点，所以数控机床加工技术的应用范围在不断的扩大，但数控机床是高精度机电一体化产品，技术含量高，成本高，因此对使用与维修都有较高的要求。
根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，其最适应数控加工零件：
形状复杂，加工精度要求高，通用机床很难加工或虽能加工但很难保证加工质量的零件。
用数学模型描述的复杂的曲线或曲面零件。
具有难测量，难控制进给，难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件。
必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻螺纹等多工序的零件。
2.3数控加工的特点
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两点：
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.便于制订变更，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；
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，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制订和制造（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，采用手式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。
2.4数控工艺制定的主要内容
加工方案主要由工件表面轮廓而定。
例如，单纯铣削或铣槽的简单小型零件，选择数控铣床要比加工中心好；
相反对于大型非圆曲线齿廓齿轮齿形的加工，在规格小的数控铣床上加工，往往受X和Y坐标行程的限制，无法一次加工全部齿形，必须配备分度夹具。
这样，就不如选择规格大些的数控铣镗床加工中心，以节省昂贵夹具的设计制造费用。
3.CAD/CAM技术在模具中的应用
3.1CAD/CAM概念
1、计算机辅助设计（CAD）
计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称CAD），是以计算机为主要手段来辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化、信息输出等全部任务的综合性高新技术。
作为现代先进设计与制造技术的基础，CAD是多学科相交叉、知识密集型的高新技术。
它使产品设计的传统模式发生了深刻变革，不仅改变了工程界的设计思想及思维方式，而且影响到企业的管理和商业对策，是现代企业必不可少的设计手段。
计算机辅助设计的主要研究内容包括造型技术、优化设计、综合评价和信息交换等方面。
（1）造型技术计算机辅助设计是以各种数字化的图形来表达设计方案，因此图形处理和表达是计算机辅助设计技术研究的基础与关键。
人们在解决了二维图形问题之后，主要目光集中在三维的图形技术方面，曲面造型、实体造型、特征化造型、参数化设计等都是研究的重点。
（2）优化分析在工程设计中往往要进行某些分析，包括力学、传热学、流体力学等。
如今，提供优化分析功能的各种专用软件和商品化的通用软件已被广泛地集成到计算机辅助设计系统中去。
它允许使用者在设计的同时就能够进行数据的分析，为设计带来了方便。
从而提高了设计的质量和效率。
2、计算机辅助制造（CAM）
CAM技术是通过计算机的几何造型，然后用计算机上的软件进行工艺参数的调整和设置进行的工艺安排，自动的合理安排工艺路线和刀路参数进行的自动编程和加工的，CAM技术能够完成零件的仿真检测、加工模拟等自动计算功能。
3.2常用软件的介绍
随着计算机技术的飞速发展和设计制造领域对计算机新技术的迫切需求，各种各样的CAD/CAM软件应运而生。
CAD/CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站和微机时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。
目前，机械工程领域使用的CAD/CAM软件呈现出“百花齐放、百家争鸣”的局面。
只有那些及时采用了最新技术、商品化程度高、操作简便且功能丰富、齐备的CAD系统，才表现出更为强劲的生命力。
国外CAD/CAM软件较国内同类软件出现得较早，开发和应用的时间也较长，所以比较成熟。
目前，国外一些优秀软件如UG、Solidworks、Pro/E、MaterCAM等，已经占领了相当一部分国内市场。
3.3MasterCAM加工应用介绍
此软件是美国CANSoftware公司开发的基于PCWindows的CAD/CAM系统，在CAM领域MasterCAM是工业界较早的CAM自动化的软件之一，具有易学易用、计算速度快、仿真功能强大、操作方便等优点。
该设计采用MasterCAM10.0进行高速加工的，
MsterCAM10.0具有操作方便、参数化设计，易学易用，计算速度快，仿真效果好等特点。
为适应市场创造了良好的效果。
本设计将详细说明在茶杯模具数控加工的具体的工艺流程、操作步骤、参数的设置、刀具的选择、走刀路线、仿真模拟、后处理、程序的生成、程序的修改等内容。
4．高速加工技术与刀具材料
4.1高速切削技术概述
高速加工技术是一项先进的制造工艺，已成为切削加工的重要发展方向，在航空航天、汽车、模具等行业得到越来越广泛的应用，并逐渐向其它行业扩展。
推广应用高速切削加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。
研究和建立高速切削参数数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。
目前，国内有关模具高速切削加工的实用工艺参数还十分缺乏，针对模具高速切削的数据库系统的研究和开发也报道的很少。
而由于切削工艺参数选择不当而影响零件的加工质量和加工效率以及造成刀具严重磨损的情况还普遍存在，大量实例数据和经验数据的流失又造成了资源的严重浪费。
本文的主要目标就是构建一个模具高速切削工艺参数数据库的系统，将模具制造企业在实际生产中结合刀具、工件、机床与企业自身的实际情况积累得高速切削加工实例、工艺参数和经验等数据有选择地存储到高速切削数据库中，不但可以节省大量的人力、物力、财力，而且可以指导高速加工生产实践，达到提高加工效率，降低刀具费用，获得更高的经济效益。
4.2高速切削技术应用
采用高速加工技术加工模具，除加工产品质量高以外，还能够显著减少乃至取消效率低下的磨削以及人工后加工工时，整体上缩短模具的加工制造周期。
高速、高精加工技术及装备的新趋势。
效率、质量是先进制造技术的主体。
高速铣削技术的应用给工业带来了希望，主要应用在军工、航空航天、汽车、太空技术、模具制造、精密仪器、精密机床等许多的高科技领域表现突出。
在以下的实例中将举例说明高速铣削在实际加工中的应用，主要是在模具中的高速铣削为模具带来的巨大的生产效益，不仅节约了生产时间、减少了加工工序、提高了生产质量，更重要的是可以取代一部分的特种加工，为企业创造了效益，节约了成本。
可以加工淬火钢、模具钢、钛合金等一些较硬的材料。
铝合金、紫铜一些较软的材料。
可以达到以铣代磨的效果，粗糙度进一步的提升，加工精度较好，尤其在军工中的应用，为军事方面的高科技技术带来了新生。
5.茶杯模具设计与加工实例
5.1茶杯模具设计流程
进入绘制茶杯模具外形轮廓
毛坯模型的建立
设置收缩率
设置型芯分形面
茶杯模具位置的布置
5.2茶杯加工工艺分析
5.2.1茶杯模具材料的选择
选择合理性的标志，应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度地发挥材料潜力，做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。
同时要适应加工设备条件而设计加工工艺。
选择的一般原则，首先是满足零件使用性能的前提下，现时考虑工艺性、经济性。
只要根据我国的资源情况尽量选择材料，45钢是机械制造中广泛使用的中碳优质碳素钢，淬透性较低，水淬容易变形和开裂，经适当热处理后具有高的强度，通常在调质或正火状态下使用。
为了保证有必要的韧性，并消除其残余应力，应在淬火再回火后成索氏体。
该钢具有良好的切削加工性能，冷变形塑性中等，钢丝可供冷镦。
可焊接，但焊接前需预热，焊后需退火处理。
综合考虑，茶杯模具采用常用的中碳优质钢45钢。
5.2.2刀具的选择
1、切削速度公式Vc=πdn/1000
n—工件（或刀具）转速
d—工件（或刀具）直径
2、刀具材料必需满足的条件：
高的硬度、足够的强度和韧性、良好的耐磨性、较好的耐热性、良好的工艺性
3、选用工具材料：
主选高速钢，牌号W18Cr4V，硬度HRC=62~70，耐热温度540~600℃，抗弯强度2.5~4.5Gpa
4、工艺性能
可冷热加工成形，工艺性能好，需经热处理，磨削性能好，但高矾类较差。
5、磨削性能
耐磨性好，可用普通刚砂轮磨削
5.2.3夹具的选择
夹具，尤其是机床夹具，在机械制造业中应用很广。
由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间的正确相对位置。
使用夹具，可提高劳动生产率和加工精度。
在其他工艺过程中使用的夹具，也能起到类似的作用。
夹具是重要的机械制造工艺装备，其主要作用包括：
1）、提高加工精度和保证产品质量。
2）、提高劳动生产率和降低加工成本。
3）、扩大机床的工艺过程。
4）、减轻工人的劳动强度。
综上所述结合本设计的实际情况，在加工中心中我们选用精密机用虎钳，在数控车床中我们选用三爪卡盘。
5.2.4确定数控铣削加工的内容
数控加工工艺内容
序号
加工内容
加工方法
机床
1
左模腔粗加工
挖槽粗加工
立式加工中心
2
左模腔精加工
挖槽精加工
清根加工
3
右模腔粗加工
4
右模腔精加工
5
型芯粗车
粗车外圆表面
数控车床
6
型芯精车
精车外圆表面
确定加工路线
在数控加工中心上面进行模具型腔的粗、精加工，先采用￠12的立铣刀进行左、右模腔的粗加工，在采用球刀进行精加工和清角加工，来完成模具行腔的加工内容。
在数控车床上面进行型心端面进行加工，然后再对外圆面进行粗车、精车。
然后在调头进行型心的另一端面的粗、精加工。
选择刀具切削用量
铣刀种类及几何尺寸根据被加工表面和尺寸选择刀具的种类。
选择不同的刀具进行加工可以保证较好的加工精度和表面粗糙度，合理的选择刀具可以减少刀具的磨损和报废，刀具对加工质量有着重要的作用，下表是本零件的的加工刀具的选择的尺寸和切削用量如下表1-1。
加工明细表1-1
产品名称或代号
茶杯模具
零件名称
茶杯模具左模腔
零件图号
程序号
工步号
刀具号
刀具
名称
刀柄
型号
补偿量（mm）
备注
直径（mm）
刀长（mm）
01
T1
键槽铣刀
￠12
80
02
T2
￠5
75
03
T3
球刀
￠10
04
T4
05
T5
￠3
零件
茶杯模具型芯
图号
补偿量
（mm）
车端面刀
外圆刀
茶杯模具右模腔
刀柄型号
5.2.5零件图样的工艺分析
左模腔零件简图
右模腔零件图
（1）数控铣削加工的主要内容的选择在上图的零件的图样所示该零件的轮廓曲线、圆弧及直线构成，形状复杂的，加工、检验都较困难，除了毛坯平面宜在普通机床上进行外，其余各加工部位需采用数控机床铣削加工。
（2）零件结
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