《手机电池盖凸凹模》毕业设计解读.docx
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《手机电池盖凸凹模》毕业设计解读
毕业设计说明书
设计题目
手机电池盖凸凹模的工艺分析与仿真加工
学生姓名
专业名称
数控技术
指导教师
二○一五年六月十五日
河源职业技术学院机电工程学院毕业设计
手机电池盖凸凹模的工艺分析与仿真加工
指导教师：
专业名称：
数控技术
论文提交日期：
2015年06月20日
论文答辩日期：
2015年06月23日
论文评阅人：
摘要
数控技术是用数字化信息对机械设备（机床）的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称CNC。
数控铣床已经广泛的应用于模具型芯型腔的铣削加工中，此次的设计任务是手机电池盖模具数控加工，本课题应用UG、CAD/CAM等软件设计产品二维图、三维造型和产品凸模，合理选择刀具、切削参数等，利用UG-CAM软件中的CAD模块对产品进行三维曲面造型，设计出手机电池盖凸模，然后根据手机电池盖凸模的曲面特点，选择最佳的加工方案，拟定数控加工工艺，输入加工参数，利用UG-CAM对其进行数控加工编程，自动生成数控加工程序后，进行数控仿真加工；再利用UG软件中的CAD模块对设计出产品的二维图，根据二维图进行三维曲面造型，设计出手机电池盖凸模，然后根据手机电池盖凸模的曲面特点，选择最佳的加工方案，拟定数控加工工艺，输入加工参数，利用UG的加工模块编写加工程序并输入相应的加工参数利用UG自动生成程序的功能，生成NC数控程式，进行数控仿真加工。
关键词：
三维造型；工艺分析；UG、CAD/CAM；加工程序；编程仿真。
ABSTRACT
CNCtechnologywithdigitalinformationonthemovementofmachineryandequipment（machine）andamethodofcontrollingthemachiningprocess,referredtoCNC.
CNCmillingmachinehasbeenwidelyusedinmoldcorecavitymilling,thedesigntaskistomoldCNCmachiningcellphonebatterycover,thesubjectoftheapplicationUG,CAD/CAMsoftwaretodesignproductsandothertwo-dimensionalmap,3Dmodelingandproductpunch,areasonablechoicetools,cuttingparameters,theuseofUGCADsoftwaremoduleforproductdimensionalsurfacemodeling,designacellphonebatterycoverpunch,punchandthencoverthesurfaceaccordingtothecharacteristicsofmobilephonebatteries,choosethebestprocessingprogramdrawupCNCmachiningprocess,entertheprocessingparameters,itsuseUG-CAMNCprogramming,automaticallygenerateNCprograms,NCmachiningsimulation;reuseUGCADsoftwaretodesignatwo-dimensionalmapmoduleproducts,preparedinaccordancewiththetwo-dimensionaldiagramthree-dimensionalsurfacemodeling,designacellphonebatterycoverpunch,punchandcoverthesurfaceaccordingtothecharacteristicsofmobilephonebatteries,choosethebestprocessingprograms,developdigitalprocessingtechnology,inputprocessingparameters,useUGprocessingmoduleprocessingprogramandentertheappropriateprocessingparametersofUGprogramautomaticallygeneratesafunctiontogeneratetheNCprogram,NCmachiningsimulation.
Keywords:
three-dimensionalmodelling,Processanalysis,UG,CAD/CAM,Processingprocedure,Programmingsimulation.
摘要3
ABSTRACT4
第一章绪论6
第二章手机电池盖凸模设计7
2.1绘制手机电池盖二维零件图7
2.2设计手机电池盖三维造型图9
2.3设计手机电池盖凸模10
第三章手机电池盖数控加工工艺12
3.1确定工件毛坯12
3.2确定加工方案12
3.3基准分析与装夹方案的确定13
3.4机床及刀具的选用13
3.5加工参数的确定13
第四章手机电池盖凸模仿真加工15
4.1外形铣削2
4.2手机电池盖凸模二次开粗加工2
4.3手机电池盖曲面平行铣削半精加工2
4.4手机电池盖侧壁等高外型精加工20
4.5铣削精加工21
4.6手机电池盖曲面放射状精加工2
4.7数控加工程序2
第五章手机电池盖凸模的数控编程与仿真25
5.1加工准备25
5.2创建加工操作28
第六章手机电池盖凹模设计34
6.1手机电池盖凹模的设计思路34
第七章手机电池盖凹模的数控编程与仿真35
7.1加工准备35
7.2创建加工操作36
结束语41
参考文献42
致谢43
第一章绪论
数控（英文名字：
NumericalControl简称:
NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控（ComputerNumericalControl），简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。
现在，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，ComputeNumericalControl），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，如数控机床等。
数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。
世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。
工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势。
数控技术的发展离不开CAD和CAM，CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用得更为广泛。
几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。
随着对产品质量要求的不断提高，要高效地制造高精度的产品，CAM技术不可或缺。
设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。
另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。
所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CAD/CAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。
数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。
CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。
第二章手机电池盖凸模设计
2.1绘制手机电池盖凸模二维零件图
根据机手电池盖凸模产品实体模型，用UG-CAM打开生成结构图（如图2-1所示），为了方便标注，利用AutoCAD绘制手机电池盖凸模二维平面图（如图2-2所示）,此工件材料采用45号钢制造，工件的厚度为55mm,精度要求：
表面粗糙度为1.6µm，公差等级为IT7。
图2-1手机电池盖结构图
图2-2手机电池盖凸模二维平面图
2.2设计手机电池盖三维造型图
绘制三维图可利用UG或ugCAM，尽管手机壳曲面较多，但UG-CAM完全可以完成造型设计，在这里我选用UG-CAM，根据手机壳形状分析可知道，绘制手机壳的外部曲线，然后通过网格扫略可获得手机壳正面外形。
在用加厚命令将手机壳正面实体化，然后一手机壳正面底面为基准面绘制草图，绘制出手机壳背面，在通过拉伸命令获得手机可外形。
最终结果如图2-3、图2-4所示。
图2-3手机电池盖三维造型轴测图
图2-4手机电池盖三维造型底部轴测图
2.3设计手机电池盖凸模
设计手机电池盖的凸模有两种方法：
1、利用产品实体模型复制其内表面生成手机电池盖凸模
2、利用布林运算得到。
我采用第一种方法设计，首先，根据凸面选上进行偏执区域15mm，如图2-5所示；
图2-5三维凸模设计
然后用创建方块的方法得到，如图2-6所示；
图2-5创建方块
再采用布林运算命令，通过渲染以后，结果如图2-7所示。
图2-7手机电池盖凸模
第三章手机电池盖凸模加工工艺
3.1确定工件毛坯
通过分析手机电池盖的零件图可知，手机电池盖零件长为150mm，宽度为74mm，高度为10.2mm，所以手机电池盖凸模的毛坯我选用尺寸为290mm×215mm×55mm的长方体45号钢精料毛胚。
3.2确定加工方案
合理的加工方案，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领（生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。
）加工的过程中尽量减少换刀的次数，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便尽量降低生产成本。
（1）两种工艺方案
工艺方案一
工序一外型铣削
工序二手机电池盖凸台等高外型粗加工
工序三手机电池盖曲面平行铣削半精加工
工序四手机电池盖侧壁等高外型精加工
工序五外型铣削精加工
工序六手机电池盖曲面放射状精加工
工艺方案二
工序一对手机电池盖进行挖槽式粗加工
工序二手机电池盖等高外型半精加工
工序三手机电池盖曲面平行铣削半精加工
工序四手机电池盖侧壁等高外型精加工
工序五手机电池盖上表面放射状精加工
（2）工艺方案的比较与分析
上述两种方案中，虽然第二种方案的工序少一步，第一步是给手机电池盖整体开粗，但仿真实践可知，效率较低，加工的时间长，工艺方案一将开粗分为两步，但时间上却少了很多，效率高，并且可以用同一把刀完成，有利于加工精度，工艺方案二的换刀频率也高于方案一，因此，决定将工艺方案作一作为加工方案。
3.3基准分析与装夹方案的确定
基准面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，加工工艺过程中会出问题，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
定位基准的选择对保证加工面的位置精度，确定零件加工顺序具有决定性影响，同时也影响到工序数量、夹具结构等问题，因此，必须根据基准选择原则进行选择。
3.3.1粗基准的选择
对于一般的零件而言，按照有关粗基准的选择原则,当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。
现选取毛坯的底面为粗基准，用工艺板为夹具。
3.3.2精基准的选择
考虑基准重合的问题。
当前零件的设计基准与工件几何中心的交点不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，在此不再叙述。
3.3.3装夹方案
由于该零件为大型凸模零件，宜采用磁盘进行装夹；设工件几何中心的交点为工件坐标系的原点。
这样便于编程和操作加工。
3.4机床及刀具的选用
通过熟悉零件图，了解零件的用途及工作条件，并根据机械加工对零件结构的要求。
分析零件图上各项技术条件，确定主要加工表面。
铣削刀具和刀具材料主要根据零件材料的切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择，由于零件材料为45号钢，切削加工性能较好。
根据加工表面范围选用不同直径的硬质合金立铣刀。
首次开粗可以选用较大直径的铣刀，保证加工效率，但也必须衡量加工精度和材料、刀具的强度刚度。
现分述如下：
由图可知道，手机电池盖最小的倒圆角半径为3mm，所以选用一把
6的立铣刀加工3mm的倒圆角，并用于精加工；第一步加工为工件开粗，用一把
30的平底铣刀开粗，精加工曲面时选用一把
6的刀，容易清角。
加工过程中一共就采用四把刀。
根据零件的加工要求，加工机床可以选用FANUC数控铣床，完全可以满足加工要求。
3.5加工参数的确定
依据零件材料45号钢的切削性能，硬质合金刀具材料的特性及加工精度要求确定切削用量。
手机电池盖最大厚度为10.2mm，Z轴设置最大粗切深度为0.3mm，分34层切削加工。
曲面粗加工的选取加工量不超过0.2mm，切削速度和进给速度的选择应考虑刀具的工作效率和寿命，铣削时主轴转速范围可以取1500r/min至3000r/min，进给速度范围可以取800mm/min至1200mm/min，粗加工进给慢点，精加工可以快点，这样保证尺寸精度和表面质量符合图纸的加工要求。
加工工艺卡如图3-1所示。
河源职业技术学院12数控（加工）2班
数控加工工艺卡
零件号
零件名称
材料
加工位号
设备型号
设备名称
夹具编号
第一页
手机壳凸模
45
数控铣床
序列号
刀具
补偿
切削参数
数控加工参数
刀号
名称
（mm）
直径
粗精加工
加工内容
长度（H）
半径（R）
主轴转速（S）
每分钟进给（F）
子程序号
固定循环
Z轴进给深度
N1
T1
球刀
30
粗
陡峭铣削
5
2500
3000
0.3
N2
T2
平铣刀
17
粗
外形铣削
0.8
2500
2000
0.25
N3
T3
平铣刀
6
精
平行铣削
0
3500
1000
0.1
N4
T4
平铣刀
6
精
平行铣削
3
3000
800
0.08
图3-1加工工艺卡
第四章手机电池盖凸模仿真加工
UG-CAM软件是美国CNCSoftware公司开发的PC级CADPCAM系统，它集二维绘图、三维建模、曲面设计、图素拼合、刀具路径模拟、数控仿真等功能于一体，对系统运行环境要求低的一款软件。
在此先利用UG-CAM软件中的CAD模块对手机电池盖凸模曲面进行三维造型设计，再根据工件的特点，拟定数控加工工艺，输入加工参数，利用UG-CAM软件中的CAM模块自动生成数控加工程序，同时进行数控仿真加工。
加工前的准备：
把图形的几何中心点移到坐标原点（加工原点），图形最高点移到Z=0处。
将毛坯的外形尺寸设计为290mm×215mm。
UG-CAM软件能够进行数控自动编程，但是数控编程之前的加工工艺分析和规划必须由用户自行完成。
为了缩短加工时间，本零件的加工刀具路径为第三章设定的方案一进行。
4.1外形铣削
外型铣削是指刀具按照指定工件的轮廓线进行加工，刀具中心可以在轮廓线上（不补偿）、或者在轮廓线的两侧（这时需要补偿）用外型铣削对工件进行开粗，可以去掉大量的毛胚量，加工效率高。
表1为工艺和操作清单：
表1
内容
主轴转速r/min
进给速度r/min
提刀速度mm/min
刀具
号数
类型
直径
外型铣削
2000
3000
4000
1
平刀
30
加工参数设置:
如图4-1、图4-2、
图4-1
图4-2
参数设置完成后，产生的刀具路径如图4-3
图4-3外型铣削刀具路径
4.2手机电池盖凸模二次开粗加工
表2为工艺和操作清单：
表2
内容
主轴转速r/min
进给速度r/min
提刀速度mm/min
刀具
号数
类型
直径
等高外型粗加工
2500
2000
3000
2
平刀
17
加工参数设置：
如图4-5、图4-6所示。
产生的路径如图4-7
图4-5等高外型曲面粗加工参数
图4-6等高外型粗加工参数
图4-7等高外型粗加工刀具路径
4.3手机电池盖曲面平行铣削半精加工
表3为工艺和操作清单：
表3
内容
主轴转速r/min
进给速度r/min
提刀速度mm/min
刀具
号数
类型
直径
等高外型粗加工
2500
1000
3000
2
平刀
17
参考高度绝对坐标为20mm；进给下刀绝对坐标为5mm；校刀长位置选择“刀尖”；加工的曲面预留量为0.1mm，整体误差为0.02；最大切削间距为0.1；切削方式选择“双向切削”；加工角度为0度,参数设置好后，产生的刀具路径如图4-8所示。
图4-8平行铣削半精加工刀具路径
4.4手机电池盖侧壁等清角加工
表4为工艺和操作清单：
表4
内容
主轴转速r/min
进给速度r/min
提刀速度mm/min
刀具
号数
类型
直径
刀角半径
等高外型精加工
3500
1000
3000
3
立铣刀
6
0
参考高度绝对坐标为20mm；进给下刀位置绝对坐标为3.0mm；校刀长位置选择“刀尖”；加工的曲面预留量为0mm，整体误差为0.02；Z轴最大进给量为0.2mm，封闭轮廓的方向选择“顺铣”，起始长度为0；开放式轮廓的方向选择“单向”；两区段间的路径选择“打断”；采用螺旋式下刀，螺旋半径为2mm，开始螺旋距离为2mm。
参数设置好后产生刀具路路径如图4-9所示
图4-13等高外型精加工刀具路径
4.5铣削精加工
表5为工艺和操作清单：
表5
内容
主轴转速r/min
进给速度r/min
提刀速度mm/min
刀具
号数
类型
直径
刀角半径
外型铣削
3000
800
3000
4
球刀
6
3
参考高度绝对坐标为20mm；进给下刀位置绝对坐标为2mm；工件表面设为-16，可以减少空刀运行，主要为加工平面；深度-20mm；补正方向选择左；余量设为0；点选平面多次铣削，次数为4，间距为10；点选Z轴分层铣削，最大切削深度为0.5，不提刀；参数设置好后，产生的刀具路径如图4-10所示。
图4-10铣削刀具路径
4.6手机电池盖曲面放射状精加工
表6为工艺和操作清单：
表6
内容
主轴转速r/min
进给速度r/min
提刀速度mm/min
刀具
号数
类型
直径
刀角半径
放射状精加工
5000
2000
4000
3
立铣刀
6
0
参考高度绝对坐标为20mm；进给下刀位置绝对坐标为2mm；加工预留量为0；整体误差为0.02；切削方式选择“双向切削”；最大角度增量为0.4；起始角度为0；扫掠角度为360度，其余的设为默认值，参数设置好后刀具路径如图4-11所示。
图4-11放射状精加工刀具路径
4.7数控加工程序
刀具路径生成后进行工件的仿真加工，仿真加工结果如图4-12所示。
经过后处理后得到数控加工程序，后处理文件要根据机床的系统来选择生成的NC程序，有的指令或符号往往与加工中心或数控机床不兼容，这就需要根据采用的系统进行程序修改。
我们采用的是FANUCGSVM6540A系统，后处理后程序（截取一部份）如图4-13。
图4-12仿真加工效果图
图4-13
对生成的程序作如下修改：
（1）数控机床中没有自动换刀功能，程序中的自动换刀指令M06可删除。
机床只有三轴联动，把程序中表示第4轴的A.删除。
还有就是手动换刀，刀具的高度补偿G43也可以删除掉；
（2）根据零件的实际要求和机床的实际情况，对主轴速度S、进给率F、有无切削液等参数进行适当修改；
（3）生成的NC程序有很多说明性的部分（在括号内的部分），这可以增加程序的可读性，便于操作员管理程序，在不影响加工结果的情况下也可删去。
为了缩短工步,通常把用同样型号的刀具的铣削加工一起出程序。
即缩短时间，也减少了人力。
第五章手机电池盖凸模的数控编程与仿真
5.1加工准备
5.1.1进入加工模块
单击
，选择
命令。
进入UG的加工模块。
设置加工环境，进入加工模块后，系统弹出“加工环境”对话栏。
如图5-1所示。
制定CAM进程配置文件为“cam_geTeral”，CAM设置为“mill_coTtour”，单击“初始化”按钮，进入加工环境的初始化设置。
“CAM会话配置”列表列出的是随UG提供的一些加工环境，其中“cam_geTeral”加工环境是一个通用的加工环境，基本包含了所有的铣加工、车加工、已经电火花线切割功能。
“mill_coTtour”是适用于曲面加工的加工模板。
图5-1加工环境初始化对话栏图5-2UG加工环境界面
点击
几何视图，软件左边的浏览器就切成“几何视图”如图5-2所示。
5.1.2设置工件坐标系
双击加工导航器里面的
，打开弹出“MillOrieTt”对话框（图5-3），单击
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