卡通脸谱的数控铣雕加工工艺本科毕业设计.docx

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卡通脸谱的数控铣雕加工工艺本科毕业设计

本科毕业设计

卡通脸谱的数控铣雕加工工艺

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

卡通脸谱的数控铣雕加工工艺

龙凯

（交通学院，机械设计制造及其自动化，1104班，20112814509）

摘要：

随着科学技术和机电一体化技术的高速发展，数控技术在机械制造技术及设计领域得到了广泛的应用，本设计首先通过UG建模模块创建好卡通脸谱的具体模型，再通过工艺路线分析，制定出数控加工工艺卡片，然后在UG加工环境中实现加工工艺路线的仿真并生成具体的刀轨路线，最后经过后处理生成NC代码，用于实际的卡通脸谱的数控加工。

关键词：

数控加工工艺、数控铣削、UG的数控加工、数控编程技术

TheNCMachiningofCartoonFace

LongKai

（Instituteoftransportation,Mechanicaldesignmanufacturingandautomation1104,20112814509）

Abstract:

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,fundamentalchangeshavetakenplaceinChina'smanufacturing,highefficiency,highprecisionofmodernnumericalcontrolmachinetoolhasbeengraduallytakingplaceofcomplicatedoperation,lowefficiencyofgeneralmachinetools,thegreatproductivity.NCtechnologyisthecoreoftheCNCmachinetool,isacountry'sindustrialproductioncapacityandasignofscientificandtechnologicallevel,andrealizeflexiblemanufacturingsystem,automation,intelligent,integratedbasis.Thisdesigninthedevelopmentofnumericalcontroltechnologyanditsadvantageswereintroducedsimply,andthedifferencebetweenordinarymachinetool,determinetheprocessingroute,partsstructureanalysisprocessCARDS,modelingisrealizedbyusingUG,generateprogramminginstructions

Keywords:

NCmachiningtechnology,thecardoffacebookmillingcarving,UGprogrammingofncmachining,CNCcarving

1引言

随着高新技术的飞速发展数控技术得到了普遍的应用，逐步取代操作复杂的普通机床，在生产领域发挥着越来越重要的发展。

下面从数控机床的特点、优势，数控编程技术，UG建模模块、UG加工模块等方面对数控加工的铣雕技术作简要分析。

1.1设计目的

本设计要从数控加工工艺路线的制定入手，以卡通脸谱铣雕数控加工工艺过程为例，根据铣雕工艺过程卡片的分析，设计出符合要求的卡通脸谱模型，用UG建模，最后生成编程指令，用于实际的数控加工。

1.2数控加工与普通加工的区别

数控加工具有操作简单、零件加工成品率高、零件的机械性能稳定、生产周期产

品质量高等优点，但设备使用费用高、技术要求高、编程困难、设计复杂等缺点。

在加

工工艺上数控机床的普通机床的也有一些不同。

1.1.1数控加工工艺要求内容更加精确

普通加工工艺：

许多具体工艺性问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状、刀具的尺寸、背吃刀量、进给速度、切削用量等等，零件的质量也可由经验丰富的操作工人通过自己的习惯确定，而且零件的尺寸精度一般可通过试切法来保证。

数控加工工艺：

加工生产之前需要工作人员考虑到所有的设计和安排问题，并将应对措施以程序代码的形式编入机床控制器中。

数控加工工艺包括切削加工的具体步骤，夹具体的规格及型号，刀具的切削用量、进给量及背吃刀量等，同时还要有数控加工的工序图。

1.1.2数控加工工艺要求设计更加合理

普通加工工艺：

加工时可以根据加工过程中的实际情况，人为的调整生产加工过程中出现的各种紧急和突发问题。

数控加工工艺：

数控机床在生产过程中的适应性较差，编程人员需要事先考虑到加工生产过程中可能遇到的各种情况，并采取措施，否则将会产生不可避免的后果。

（1）螺纹攻丝时，孔中切屑是否已挤满，机床并无法检测，因此需要及时退刀清理切屑后，再继续攻丝的加工。

（2）普通机床在实际加工时，经常采用试切法来达到零件所需的加工精度等级，数控机床加工是由程序控制的，加工工序要求准确无误。

1.2.3.数控工艺路线需要数学分析处理生成

编程尺寸与零件图上的设计尺寸并不一定一样，零件图需要根据零件的尺寸公差和几何形状关系，经过数学处理和计算设计计算编程尺寸。

1.2.4.零件形状的精度受进给率的影响

在数控加工工艺的制定过程时，由于进给率影响加工零件几何形状的精度，所以进给率也间接影响切削用量的选择。

根据插补运算原理的分析，如果数控系统已经确定，可以通过增大进给率来降低插补精度，但往往会导致工件的轮廓形状精度降低。

这种情况在高精度加工时产生的影响会非常明显，所以在调整进给率时需要多方面的考虑。

1.2.5.注重刀具的选择

自动编程的方式主要用于复杂形面的加工，其加工复杂程度是普通机床无法实现

的。

使用自动编程的首要任务是必须先选定刀具，否则刀具中心的运动轨迹不会自动生成，因此数控机床如果不具有刀具补偿功能，当选择刀具不对时，所编的程序就不能用于所有的数控机床，只能再另改程序。

1.2.6.数控加工需要编写与校核程序内容

与普通机床加工的要求和侧重点不同，整个数控加工的分析过程是数控加工工艺的重点，需要制定确定的进给路线以保证刀具运动轨迹的正确生成，需要考虑的问题标较多。

自动编程软件是数控加工工艺的重要辅助软件，复杂表面的刀具运动轨迹的生成一般要借助自动编程软件实现。

1.3数控加工的特点及优势

随着数控技术的普及和完善，现代数控技术表现出一些普通机床无法比拟的特点和优势，逐渐克服了复杂零件难以满足加工要求甚至无法加工的困难，使加工的范围更加宽广，机床的利用率大大提高了：

1）能代替普通机床加工无法数学建模的数字模型描述的复杂曲面零件等不具有规则形状的复杂零件。

2）能实现装夹次数少，加工工序集中，减少了换装夹的时间，同时也避免了定位基准不同的麻烦。

3）由于自动化程度高，可以代替工人自动加工，降低了工人的劳动强度。

4）数控机床一般采用断续切削方式，而普通车床的车削一般是连续切削方式，两者的加工原理不同，因此刀具要具有良好的冲击性和耐磨性。

1.4数控机床常用铣刀的分类及选用原则

数控机床常用铣刀的分类方法有很多：

如按刀具形状分，可分为环形铣刀、球头铣刀、立铣刀、磨具铣刀等用于不同形状的零件的加工；按刀具材料分，可分为硬质合金刀片铣刀、高速钢立铣、陶瓷刀片铣刀、复合材料铣刀等不同材料的零件，其具体选用原则如下：

1）对于铣削平面的加工主要采用镶装不重磨的可转位的硬质合金刀片铣刀，这种铣刀硬度高，不会刮伤零件的表面，因而表面质量加工的高。

2）对于凸台和凹槽的加工可采用高速钢立铣刀或硬质合金铣刀等,这种形状不规则的曲面，没有固定的加工路线，需要随时生成刀轨路径。

也可以用于加工粗糙度要求较高的零件，降低零件的粗糙度要求。

3）加工精度要求较高的凹槽需要用立铣刀加工，一般是先环切再行切，即首先环切铣出凹槽的中间部分，利用刀具半径的插补功能切削外轮廓边界，这样的加工效率高，而表面质量要求也能满足。

4）刀具的选择不仅影响数控加工的效率，使得产品的生产周期大大缩短；还会影响加工零件的表面质量，只要采用合适的刀具，设置合适的参数，其加工质量一般均可到达要求，减少了再次加工的麻烦。

5）加工过程中，一般半径小的刀具用于粗加工，半径小加工精度难以保证，直径较大的刀具用于精加工，半径大受力范围大，加工的精度提高。

6）余量大且余量不均匀时，应选用直径较小的刀具，增加走刀次数，减少受力不均匀带来的质量误差。

2UG的数控加工技术简介

数控加工是现代复杂产品和模具产品生产中常用的加工方法，在生产加工中的地位越来越重要。

数控加工技术是利用电脑来操控数控机床进行加工的，因此编程数控技术是十分关键的。

UG软件是美国的麦道飞机公司研发的，在世界各国得到了广泛的应用，进入中国市场以来，已经成为中国汽车、航空航天、机械等领域的必不可少的软件，它的应用是公司的经济效益的到了提高。

数控加工技术的广泛应用，影响了整个机械的生产领域和产品的结构，是整个社会综合国力和工业现代化水平提高的标志。

2.1UG数控加工模块介绍

UGCAM中定义了各种各样的操作，各种相关的信息参数可以自行设置，系统会自动生成特定刀轨。

例如通过曲面轮廓铣削操作创建壳体曲面的精加工刀轨，实现不同加工路径的生成；通过平面铣削操作创建壳体的曲线刀轨，实现沿任意形状曲线的加工；通过型腔铣操作创建基于工件表面的粗加工刀轨，实现零件的初次加工经济效益；通过钻孔操作创建工件的孔和螺纹等操作，可以实现精度要求不高的孔的半精加工。

2.2UGCAM中UG/固定轴铣削（UG/Fixed-AxisMilling）模块

该模块提供了综合和完全的工具，可用于3轴运动的刀具路径，实现三维空间的加工，模拟效果符合实际要求。

任何实体模型和曲面模型的加工都可以通过该模块实现，同时也可以选择性的加工具有特殊要就的表面和部位。

该模块定义了很多种驱动方式和走刀方式供选择，如沿边界曲线驱动、沿流线曲线驱动、沿螺旋线驱动等在边界驱动方法中又分为同心圆和径向等多种走刀方式，这种加工方法主要用于曲面的加工，例如本次设计中的卡通脸谱多次采用边界驱动实现刀轨路径的生成。

3卡通脸谱的总体设计

本次毕业设计要求完成一个卡通脸谱的数控加工程序编制，零件材料为铜，毛坯为烧铸件。

零件模型如图3-1。

需要制定合理的工艺路线，防止过切或欠切现象的发生。

同时也要分清楚边界和曲面加工的不同，避免驱动方法的选择错误。

该零件上的几个图案在模型设计时并不需要进行完全正确的造型，而是在实际加工中指定驱动方式后，将图案部分作为驱动几何体，在曲面上生成刀轨，将曲面设置为负余量，即可完成图案的加工。

3.1建模方案的拟定

首先创建出脸的实体轮廓，轮廓大小要符合实际要求，壳体要有一定的厚度，可通过抽壳实现，但要注意有一定的拔模斜度。

再以此在草图环境下创建出眼睛曲线、眼球边界、嘴巴流线、额头曲面的形状，最后完成文本的创建。

3.2UG建模

打开UGNX8.0，新建一个文件，进入建模模块，具体建模步骤如下：

（1）点击图标选择类型为在平面上，选择X0Y平面，点击确定按钮，进入草图环境，单击图标椭圆中心点为坐标原点，并设计椭圆半径参数均为200，单击确定按钮，退出对话框。

单击图标创建长为400的直线，并添加约束，如图3-2，单击图标退出草图。

（2）再次单击草图按钮，进入草图环境，选择X0Z平面作为基准平面，单击直线按钮，并添加约束，单击完成草图按钮，退出草图对话框。

（3）单击图标选中所有曲线，单击确定按钮，完成曲线组的创建，再次单击图标选择类型为三角形，外环为椭圆，单击确定，完成N边曲面的创建。

（4）单击图标将上一步的曲线组缝合为实体，完成实体的创建，再次单击图标类型选择移除面，然后完成抽壳。

（5）单击图标并选择拔模斜度-20，注意方向的选择，单击确定按钮生成如图3-3所示的实体。

（6）再次单击草图按钮，选择X0Y平面，进入草图环境，单击图标并依次添加约束，完成眼睛的建模。

（7）单击创建圆的图标并约束在合适位置，完成嘴的创建，脸部的建模创建如图3-4。

（8）再次单击创建草图，单击图标选择类型为通过点，创建两条样条曲线，单击确定，退出样条曲线对话框，单击直线图标，选择两条样条曲线的短点，创建两条直线，单击图标系统自动弹出通过曲线网格对话框，主曲线选择两条样条曲线，交叉曲线选择两条直线，单击确定按钮，完成曲面的创建。

（9）进入草图环境，在需要添加文本的地方创建一条直线，单击图标类型选择在曲线上，选择直线，文本属性输入CRY，注意选

择放置的位置，单击确定按钮生成如图3-5所图3-6部件导航器

示的文本图案。

最终建模步骤如图3-6。

4卡通脸谱的数控加工

4.1数控加工方案的拟定

经过上步建模创建出符合实际要求的卡通脸谱模型，再制定出数控加工工艺路线，用UGNX8.0的加工环境对卡通脸谱加工路线仿真，实现数控加工，生成各个刀轨的加工路径，再经过后处理，最后导出NC代码。

4.2数控工艺路线的制定

数控加工工艺路线的实质上是指刀具的走刀路线，它不仅包括工步的加工内容，还包括工步的加工顺序，当制定好工艺路线后，具体的走刀路线也就确定好了，最后的程序顺序也就自动生成了，所以确定加工路线时要遵循以下几点原则：

（1）设置合理的走刀路线，尽量简化计算量，减少生成的NC代码；

（2）确保零件的表面质量和加工精度要求；

（3）减少空行程的次数，避免不必要的突发情况的发生，提高加工效率。

根据以上原则，制定本设计的加工路线如下：

（1）通过固定轮廓铣中的螺旋式驱动方法完成脸部轮廓的铣削；

（2）通过固定轮廓铣中的的径向切削驱动完成脸部边界的铣削；

（3）通过驱动固定轮廓铣中的曲线/点驱动方法完成眼睛曲线的铣削；

（4）通过驱动固定轮廓铣中的边界驱动方法完成眼球边界的铣削；

（5）通过固定轮廓铣中的流线驱动方法完成嘴流线的铣削；

（6）通过驱动固定轮廓铣中的文本驱动方法完成文本标记的铣削；

（7）通过驱动固定轮廓铣中的刀轨驱动方法完成额头曲面的铣削。

4.4UG的数控加工

4.4.1创建曲面加工的螺旋式驱动固定轮廓铣

具体的加工步骤如下：

1）进入加工模块

在开始下拉菜单中选择加工选项，选择CAM设置为mill-contour，单击确定按钮，完成加工环境初始化设置。

2）创建坐标系几何体

单击创建几何体图标后如图4-1，工序子类型选择MCS，名称输入MCS，单击确定按钮弹出MCS对话框，如图4-2。

在MCS对话框中，安全设置选项选择为平面，指定选择区域为脸边界的圆形，单击确定按钮完成平面的指定，再次单击确定按钮该步骤的创建。

3）创建工件几何体

单击创建几何体图标几何体子类型选择为工件，位置几何体选择为MCS，单击确定按钮系统打开创建铣削几何体对话框如图4-3。

4）指定部件

在铣削几何体对话框中，指定部件选择图标单击确定按钮完成部件的选择，系统返回该工序铣削几何体对话框。

5）指定毛坯

在铣削几何体对话框中单击指定毛坯图标类型选择部件的偏置，设定偏置值为0.5，完成铣削几何体的创建。

6）创建工序

单击创建工序图标打开对话框后如图4-4所示完成个参数和类型的设置，单击确定按钮系统自动打开固定轮廓铣对话框如图4-5。

7）创建刀具

在固定轮廓铣对话框中单击新建刀具图标后如图4-6，类型选择mill-contour，刀具子类型选择图标即所选刀具类型指定为球刀，名称为B10R5单击确定按钮，打开铣刀—球刀铣对话框，刀具直径设定为10，单击确定按钮，返回固定轮廓铣对话框。

8）选择驱动方式

在如图4-5所示的固定轮廓铣对话框中，驱动方式选择为螺旋式驱动方法，系统打开该驱动方法对话框，如图4-7所示。

9）设置驱动参数

在螺旋式驱动方法对话框中，最大螺旋半径设定为52，步距设置为恒定方式，最大步距设置为0.5，切削方向设置为顺铣，单击图标后在图形上预览路径如图4-8，单击确定按钮完成创建。

10）设置切削参数

在固定轮廓铣对话框中，单击切削参数图标打开对话框并完成参数和类型的设置如图4-9所示，单击确定按钮返回该工序对话框。

11）设置非切