手机模型类零件的设计加工与研究.docx
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手机模型类零件的设计加工与研究
安徽农业大学
毕业论文（设计）
论文题目手机模型类零件的设计及其加工研究
姓名xxx学号xxxx
院系xxx专业机械设计制造及其自动化
指导老师xxx职称xxxx
中国·合肥
二0一五年五月
目录
1引言3
1.1手机模型类零件的及其传统加工方式3
1.2本文研究的主要内容3
2手机模型类零件的三维建模4
2.1零件的设计4
2.2基于UGNV8.5的建模4
3工艺分析8
3.1型腔的整体粗加工8
3.2型腔各部位的半精加工8
3.3型腔的精加工8
4工艺规划8
5仿真加工9
5.1加工前准备9
5.2粗加工阶段13
5.3凸模轮廓的精加工18
5.4凸模平面的铣削20
5.5工件凹槽的铣削加工21
6后处理24
结论25
致谢26
参考文献26
手机模型类零件设计与加工研究
作者：
xxxx指导老师：
xxx
（安徽农业大学工学院11级机械设计制造及其自动化合肥230036）
下载须知：
本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。
另外：
有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。
摘要：
基于UG的手机模型类零件的设计与加工研究，本文叙述了在UGNX8.5的建模和加工模块下对零件的三维辅助制造和三维辅助设计。
实现了对手机模型零件的数控仿真加工，采用后处理生成的数控加工代码通过少量修改可输入数控机床进行对应零件的加工。
由此极大的减少了手工编程过程时间的浪费，提高了生产效率。
在对零件模拟加工过程中，能及时看出操作上的问题并加以解决，避免了在实际加工过程中的错误。
关键字：
手机模型UGNX8.5数控加工刀轨路径
1引言
随着数控技术的普遍应用，复杂类零件的加工已不再是难事。
由于手机模型类零件曲面和型腔结构，并且对轨迹曲线的要求较高。
因此在加工过程中，零件的各项要求等很难达到预期的效果。
由于当前零件加工的过程为数控机床上的编程加工。
故本文的目的主要是利用UGNX8.5的建模模块和加工模块模拟型腔类零件的数控铣削过程，并将最后的后处理文件（数控编程代码）输出，最后经过修正后可以在数控机床上直接对该零件进行加工。
1.1手机模型类零件及其传统加工方式
手机模型类零件带有曲面和型腔结构，其表面较复杂，加工时需区分曲面与平面的不同要求。
数控加工过程可分为手工编程与自动编程，由于手机模型类零件多数具有异型曲线和复杂曲面，手工编程时难度大、耗时长、容易出错。
因此对于复杂的零件采用计算机辅助制造技术是必要的也是实用的。
1.2本文研究的主要内容
本文主要基于UGNX8.5对手机模型类零件的设计与加工研究，综上所叙，研究的重点在于计算机辅助制造即加工模块。
通过UGNX8.5中不同的加工方式对于零件的各个部分进行分解加工，然后将该零件的数控代码通过后处理输出，从而完成了自动编程的过程。
具体的步骤分为：
1零件的设计与建模；2零件的工艺分析与工艺规划；3零件的仿真加工；4加工的后处理。
2手机模型类零件的三维建模
2.1零件的设计
为了更好的满足本次研究的特点，选用了手机模型作为实体加工研究，如图2-1所示。
图2-1
2.2基于UGNX8.5的建模
如上图所示，该零件主要是由曲面，平面和凹槽组成。
在UG的建模模块下对该零件进行三维造型设计。
因为本文的重点在于数控加工的模拟，所以对建模过程进行简单的介绍。
1.打开UG软件，单击新建—模型—确定，进入建模模块。
如图2-2所示。
2.使用拉伸命令和布尔运算完成零件的三维设计。
3.对主要边进行倒圆角。
4.可在图2-3中查看该零件的模型历史记录。
图2-2
3工艺分析
在UGNX8.5的建模模块中，零件的加工过程主要需要1.加工方式的选择；2.加工刀具的选择；3.切削模式的选择；4.切削参数和非切削参数的设定5.进给量的选择；6.其他辅助参数的选择。
其中加工方式与加工刀具可根据表3-1进行选择。
对于切削模式常用的有跟随部件，跟随周边和配置文件三种方式，具体情况可根据零件的加工进行选择。
切削参数和非切削参数以及进给量可以通过查阅资料和根据其他具体零件的加工比较来进行最后的决定。
其他参数可以在操作过程中根据具体操作来决定。
表3-1UGNX8.5加工方式
序列号
加工方式
适用类型
加工刀具
图标
备注
1
表面铣削加工
阶梯平面轮廓
平底刀
平面的精加工
2
面铣加工
平面区域的粗加工、精加工
平底刀
平面的加工
3
轮廓铣
整个零件轮廓的粗加工
圆角刀
粗加工
如图3-1所示，该型腔工件的总体尺寸是95mm×55mm×25mm。
从图3-1还可看出该零件上有很多凹槽和凸台，其表面质量可以在数控机床上加工实现。
综上所述，通过分析可以知道，由于工件局部尺寸的原因，加工余量不能通过一次走刀完成。
在UGNX8.5的加工方式中，测量零件上的相关尺寸后指定具体的工步顺序。
对主要参数如加工方式，刀具参数和切削参数等进行初步设定。
图3-1
3.1型腔整体的粗加工
根据表3-1该零件采用型腔铣的铣削方式来铣除零件表面大量的毛胚，以此提高加工效率。
为此采用D10R2的圆角刀进行型腔的粗加工，并使其余量为2mm。
3.2型腔各个部位的半精加工
经过上述粗加工以后，为了保证精加工能够达到所需的精度和对零件的各个部位进行半精加工，由于零件的局部尺寸的特殊性，可以看出零件上有很多凹槽,所以可以用D3的平底刀对工件进行半精加工为0.15mm。
3-3型腔的精加工
在精加工过程中，因为加工余量的保证，此阶段为了更好的达到零件的各项要求。
应对各个部分进行进一步的加工。
先对工件的四周进行精加工，可使用D10平底刀进行加工，然后用D3R0.2圆角刀对凹槽就行精加工。
4工艺规划
1.毛胚尺寸：
95mm×55mm×25mm。
材料：
铝块。
2.工件安装
使用平口虎钳将毛坯夹紧。
要求装夹后的毛坯高度高于平口虎钳10mm以上，然后将毛坯装夹到机床上去。
3.加工坐标原点
4.毛坯顶面的对称中心，并满足右手笛卡尔坐标系。
5.工步顺序
1）a.使用D10铣刀对整个工件进行轮廓铣。
b.使用D4铣刀对整个工件进行轮廓的精加工。
C.使用D10铣刀对工件四周进行粗加工。
D.使用D3R0.2铣刀凹槽进行粗加工，调整转速对凹槽进行精加工。
表4-1
加工顺序
刀具切削参数
类型
加工方式
进给方式
刀具
主轴转速（r/min）
进给速度（r/min）
切削深度（ap/mm）
1
工件轮廓粗加工
面铣
D10平底刀
3500
1000
3
2
工件四周铣削
轮廓加工
D4平底刀
3000
1200
3
3
工件四周得到铣削
面铣
D4R2圆角刀
3200
1200
3
4
凹槽粗加工
面铣
D3R0.2圆角刀
4000
700
0.3
5
工件四周精加工
轮廓加工
D10平底刀
4200
800
0.1
6
凹槽精加工
型腔铣
D3R0.2圆角刀
4500
700
0.3
5仿真加工
5.1加工前准备
1.打开零件的建模文件
启动UGNX8.5软件，双击打开文件，在显示的窗口中打开11100979.prt文件，单击OK进入工件的建模模块，如图5-1所示：
图5-1
2.零件的模拟加工
1）.打开零件后，单击左上角开始，选择加工，进入仿真加工界面，选择窗口中的mill_contour,单击确定，进入UGNX8.5的模拟加工模块。
图5-2
2．选择创建程序，按图5-2所示，新建名为biyesheji的程序父节点组，可在工序导航器中查看。
3．在工序导航器中，双击MCS_MILL，在弹出的对话框中，单击CSYS对话框，将其类型选择为动态，这样做是为了使工件坐标系和加工坐标系一致，可减少编程上的错误，如图5-3所示，这样两个坐标系已经一致对应了。
单击确定，返回到上一级菜单，设置安全平面距离为50mm。
图5-3
4．在几何视图窗口中，打开MCS_MILL，双击WORKPIECE，选择设定加工原件。
如图5-4所示，选择集合体后，单击确定，返回到上一级菜单，检查没有错误后单击确定，这样就完成了毛坯的选择。
图5-4
5．创建刀具
1）.创建圆角刀：
单击菜单中的创建刀具，如图5-5所示，将其名称设置为T1D3R0.2，单击确定；在下一级菜单中设置需要的刀具参数，编辑完成后单击确定。
这样就完成了刀具的创建。
图5-5
重复上述操作，完成圆角刀T2D4R2，T3D3R0.1的创建。
2）.创建平底刀：
重复上述操作，将圆角半径改为0。
创建T4D10，T5D4。
刀具补偿分别为4和5。
其他为默认值。
创建完成后的刀具如下表所示：
序号
刀具图标
名称
刀具类型
刀具直径（mm）
有效长度（mm）
1
T1D3R0.2
圆角刀
3
8
2
T2D4R2
圆角刀
4
50
4
T3D10
平底刀
10
50
5
T4D4
平底刀
4
20
5.2粗加工阶段
综合上述工艺分析可得，加工阶段分为粗加工，半精加工和精加工。
为了获得更好的表面质量，也为后面的精加工做准备，首先进入粗加工阶段，尽可能的切除加工余量，为精加工半精加工做准备。
5.2.1工件上表面的粗加工：
1）．单击菜单栏中的创建工序，选择MILL_CONTOUR,在工序子类型中选择图标，进行型腔铣削加工参数设置，命名工序子类型的名称为AA1，进行几何体的选择，制定几何体为WORKPIECE，然后进行刀具的设置。
3）选择如下图刀具，点击确定进行刀具参数的修改，设置刀具直径为10，长度50，刀刃长度50，单击确定。
进入切削参数和进给率和进给速度的设置，走刀路线如下图：
5.2.2工件上表面的半精加工
经过粗加工，完成轮廓表面余量的切削，工件的大致轮廓都有已经显现出来，其次进行半精加工的操作进行加工余量的再次切削，重复上述的加工步骤，但是这里要进行刀具的变化，如下图所示，在刀具的参数中选择刀具的直径为4，长度输入为20。
点击确定退回轮廓加工对话框，进行进给量和进给速度的设定，在切削参数对话框中选择深度优先，参数设置过程截图如下所示，词工序对零件的切削区域如图5-8所示：
5-8切削区域图
5.2.3工件底座上表面的精加工
1）.经过轮廓的铣削加工，零件的凸模已经形成，这里进行底座上表面的铣削加工，保证零件的表面质量。
首先创建工序，选择mill-planar类型，选择如下图图标进行工序的创建，命名工序名为BB1，点击确定进入加工参数设定，选择加工部件为WORKPIECE，选择检查边界和面边界。
2）进行刀具的创建，选择mill刀具，命名刀具名称为T4D10，点击确定进行刀具参数的设置，输入刀具的直径为10，长度为50，刀刃长度为50，刀刃数为2,点击确定完成为刀具的创建。
3）.完成对刀具的创建后退回上一界面，此时刀轴选择为垂直于第一个面。
切削模式为跟随周边。
切削参数中切削方向为顺铣，刀路方向为内向。
主轴速度设置为7000，切削进给率为1000，点击确定即完成对底座上表面精加工加工参数的设定。
参数设定截图如下，切削区域为如下图所示：
5.2.4底座边缘的加工
为了保证零件加工的表面的质量，还要对零件底座的边缘进行修复，对边缘进行铣削加工。
重复工序的创建，命名工序名称为BB2。
选择工件几何体WORKPIECE，进行刀具的选择，刀具参数与上一步刀具相同，加工的路线如图所示。
在切削模式中选择轮廓加工，此时刀轴选择为+ZM轴，在切削参数对话框中选择鞋靴顺序为层优先。
进给率与进给速度与上一步相同。
点击确定完成对底座边缘模拟加工的参数设定。
5.3凸模轮廓的精加工
前面已经进行到零件的半精加工，通过上两步对底座精度的要求，这里选择完成对凸模零件的精加工。
首先创建工序，命名工序名称为CC1，工序的类型选择为mill-contour，进行如下图标的选择
，进行深度轮廓铣削加工。
指定几何体为WORKPIECE，选择刀具为球头铣刀
，命名刀具名称为T2D4R2圆角刀，点击确定进入刀具的参数的设定，设置刀具直径为4，长度为75，刀刃长度为50，刀刃数为2，点击确定进行进给量和进给速度的选择。
在切削参数中选择安全距离为3.选择主轴速度为1300，切削进给率为3000.点击确定即完成创建。
步骤截图和走刀路线示：
5.4凸模平面的铣削
凸模的边缘轮廓都已经加工完成，这里开始对凸模平面的加工，例如凹槽的加工。
重复工序的创建，命名工序名称为CC2，工序的子类型为固定轮廓铣
，点击确定完成工序的创建。
选择驱动方法为区域切削，选择零件几何体及修剪边界。
刀具与上步所使用的刀具相同。
切削参数中制定切削角为与XC夹45度。
进刀类型为查削，位置为距离，高度选择1mm。
点击确定进行为进给量和进给速度的设定。
主轴速度填写为13000，切削进给率为3000。
点击确定即完成对凸模上表面的铣削加工，截图及走刀路线如下图所示：
5.5工件凹槽的铣削加工
5.5.1凹槽轮廓的铣削加工
零件为手机外壳的凸模，上面的键槽需要铣削出来。
但是由于所需要的凹槽加工过多，刀具参数相同，加工方式也大致相同，都写出来会浪费大量的时间还有精力，而且显得过于重复。
所以这里选择几个有代表性的操作进行说明，例如下面进行凹模显示屏的轮廓铣削加工及凹模底面的轮廓加工。
首先进行工序的创建，在mill-contour类型中选择型腔铣加工
，命名为DD1。
然后进行刀具的选择，选择刀具子类型为
，命名刀具名称为D3R0.2（铣刀-5参数）。
点击确定进入刀具的参数设定。
输入刀具直径为3，下半径为0.2，长度为8，刀刃长度为8点击确定退回上一对话框进入
5.5.2凹槽平面的铣削加工
由上可知，按键凹槽的底面铣削加工也是大致相同，所以这里依然选择显示屏的底面铣削加工作为例子。
进入工序的创建，选择轮廓加工，命名工序名称为DD6。
铣削平面如下图所示，选择要加工的几何体及修剪边界，进行刀具的创建，本次工序与上次所选用的刀具相同，所以直接选择刀具为T1D3R0.2圆角刀，选择刀具后退回到上一对话框进行刀轨的参数设定，切削方向选择为顺铣，主轴速度为13000.进给率为3000.点击确定，完成对轮廓底面的加工，过程截图如下，其他键槽步骤与此相同，所以仅给出按钮的刀轨路径图，如图5-9所示：
5-9按钮的刀轨路径
6.后处理
经过上述的加工，零件已经加工完成，现在需要将UGNX8.5生成的数控加工代码输出，以便后续应用。
在工序导航器中选中FACE_MILLING,然后单击菜单栏中的后处理选项，如图5-10所示，选中MILL_3_AXIS选项，在单位设置里选择为公制/部件，并勾中列出输出选项，其他为默认值。
单击确定，系统将自动生成后处理文件，并以PTP格式输出，将其保存到用户盘里，这样就得到了该零件的数控加工代码。
由于代码比较多，所以仅截取一部分示意。
如图5-10所示。
5-10
结论
本文主要论述了基于UGNX8.5下的零件建模以及仿真加工，利用对零件的结构分析，设计出适合加工的工艺方案，通过对零件的刀轨路径的仿真加工从而生成数控加工代码。
通过本次毕业设计，充分利用了UGNX8.5软件对其进行辅助造型和数控编程，将复杂的操作通过计算机软件的辅助变得简单化。
本次课题需要我们对所学的知识融会贯通，对零件的建模需要结合以前在CATIA中的建模的复习，从而熟练的在UG下对零件进行三维造型设计；其中零件的加工分析主要包括零件的工艺分析与工艺规划、零件的仿真加工、加工的后处理以及加工时间设置的研究；最后对走刀路径进行检查，考虑是否存在错误。
本次对型腔类零件的设计与加工研究，需要对刀具的切削参数等方面的问题给予考虑，这让我对在大学中所学习到的专业知识有了一个框架式的回忆，尤其对数控加工与工艺设计方面有了一定的掌握。
同时对于UGNX8.5软件的加工与建模模块有了一定的熟悉，认识到当前的数控加工编程更加倾向于计算机辅助制造的方向发展。
因此，我总结出，理论是指导实践的基础，只有不断在实践中总结经验，并对先前的理论进行消化和创新，才能有所提高。
致谢
在毕业设计期间，感谢杨义老师的悉心指导。
从对于零件的构思到最后的仿真加工过程，杨义老师都不断的对我的方案进行悉心的指导和修正，提出了宝贵的专业意见，本次毕业设计能够顺利完成，杨义老师和同学都给予了我很大的帮助，让我学到了很多的专业知识，同时我也相信这些知识在我以后的工作中将给予我极大的帮助，让我终身受益。
最后，衷心的感谢杨义老师和给予我帮助的各位同学，在你们的无私帮助下，我的毕业设计才能顺利完成。
本次设计虽然完成，由于自己知识水平的欠缺，此次毕业设计存在着需要缺陷与不足，请评委老师批评指导，在此深表感谢！
参考文献
1牛新春，宋斌，魏三营.UGNX8.5数控编程与加工实例教程.化学工业出版社，2014.
2贺建群.UGNX数控加工典型实例教程.机械工业出版社，2012.
3陈乃峰.UGNX8数控加工案例教程.机械工业出版社，2012.
4张兴华.UGNX5.0数控加工范例教程.机械工业出版社，2010.
5浦艳敏.型腔类零件的数控加工工具技术.2010,44（5）：
87-90.
6ShengWenZhang.CNCprogrammingsystemforcomplexcomponentsbasedonKBEwithinintegratedenvironmentofCAD/CAPP/CAM[J].FrontiersofMechanicalEngineeringinChina,2009,Vol.4
（1）,pp.97-102
7Soni.softwareArchitectureinIndustrialApplications.[M].Soft-WareEngineering,1995.ICSE1995.17thInternationalConferenceon1995.
8S.K.Ong.AnInternet-BasedVirtualCNCMillingSystem[J].
InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology.2002.20
（1）.
Thecavitypartsdesignandprocessingresearch
Author:
YangHongjianInstructor:
YangYi
（AnhuiAgriculturalUniversityInsituteoftechnologylevel11mechanicaldesignmanufactureandautomationHefei230036）
Abstract:
BasedonUGNX8.5cavitypartsdesignandprocessingresearch,thisarticlemainlydiscussesthemodelingandprocessingmoduleinusingUGNX8.5forcomponentsofthethree-dimensionalcadand3daidedmanufacturingRealizedthenumericalsimulationofmoldpartsprocessing,usingpost-processinggeneratenccode,afterafewmodificationscaninputthecorrespondingprocessingofCNCmachinetoolpartsThusgreatlyreducedthetimeofmanualprogramming,effectivelyimprovetheproductionefficiencyinthesimulatedpartsprocessing,timelyobservetheoperatingproblemsandtimelysolve,avoidtheerrorintheactualproduction.
Keywords：
cavityUGNX8.5numericalcontrolmachiningcuttrackpath
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