基于proe简单零件的造型及数控仿真加工机械设计制造及其自动化毕业论文.docx
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基于proe简单零件的造型及数控仿真加工机械设计制造及其自动化毕业论文
编号:
毕业论文（设计）
题目基于Proe简单零件的造型及数控仿真加工
专业机械设计制造及其自动化
教学单位德州学院机电工程系
二O一二年05月03日
摘要
鼠标上盖是流线形结构,使用二维绘图难以描述，本课题采用Pro/E软件对鼠标上盖制品及模具进行了三维造型，结合生成凸凹模的结构等因素，生成刀具轨迹；在仿真加工结果无误后，使用后置处理程序选取相应的配置文件，将刀具轨迹转化为数控机床可以识别的NC程序，为更加高速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的办法。
生成的NC程序可以利用DNC方式传输给数控机床进行三维加工。
关键词:
鼠标上盖Pro/E数控加工后处理
第一章引言
1.1研究意义及内容
（1）课题的意义
制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。
在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计算机集成制造（CIM）已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。
用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必由之路。
在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。
现在很多工业发达国家的数控化率可达30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。
我国从1958年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。
特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增加。
数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径。
随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高；此外，激烈的市场激烈竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状的高效、高质量加工要求。
因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控（NC）加工技术得到了迅速发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。
努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造技术推进，是当前机械制造业发展的方向。
数控技术是机械加工现代化的重要基础和关键技术。
应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动此加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力，改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力和综合经济效益。
数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期限备工作与机械加工过程连为一体，使零件的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断提高。
（2）课题内容及实施步骤
本设计的课题是基于Pro/E鼠标上盖的设计及数控加工，具体讲就是先进行鼠标上盖原型的设计，再通过Pro/E对鼠标原型进行模具的型心和型腔的生成以及数控加工后处理程序的编制，最后根据生成的程序进行数控加工仿真。
1.2概述
（1）Pro/ENGINEER基础知识
Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的重要产品。
在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。
Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。
它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
（2）参数化设计和特征功能
Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
（3）单一数据库
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。
换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。
这一优点，使得设计更优化，成品质量更高。
（4）Pro／CAT
Pro／CAT是选用性模块，提供Pro／ENGINEER与CATIA的双向数据交换接口，CATIA的造型可直接输入Pro／ENGINEER软件内，并可加上Pro／ENGINEER的功能定义和参数工序，而Pro／Engineer也可将其造型输出到CATIA软件里。
这种高度准确的数据交换技术令设计者得以在节省时间及设计成本的同时，扩充现有软件系统的投资。
（5）Pro／CDT
Pro/CDT是一个Pro/ENGINEER的选件模块，为CADAM2D工程图提供PROFESSIONALCADAM与Pro/ENGINEER双向数据交换直接接口。
CADAM工程图的文件可以直接读入Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，经由PROFESSIONALCADAM输出或读入任何运行Pro/ENGINEER的工作站上。
Pro/CDT避免了一般通过标准文件格式交换信息的问题，并可使新客户在转入Pro/ENGINEER后，仍可继续享用原有的CADAM数据库。
（6）Pro/E建模技术和CAD功能
Pro/E建模技术是曲面建模、实体建模和特征建模,Pro/E是完全应用特征技术发展起来的全参数化设计的CAD/CAM工程软件,在CAM造型方面它提供了挤压、旋转、扫描、切除、打孔、倒角、拔模等多种实体造型方式。
另外,还针对高级用户提供了多种高级的造型方式,可以方便的设计各种复杂的特征模型（如图1所示）,还提供了纺织曲面、自由曲面等更为复杂的曲面设计,具备利用曲面生成实体模型的功能,是非常优秀的工程软件之一。
（7）Pro/E驱动模型和CAM功能
Pro/E提供了车削、铣削、钻削等多种功能,它的CAM驱动模型有曲面驱动、实体驱动、和特征驱动,其加工环境设置完全符合工况,灵活进行机床和工件坐标系的设置,在不同工序可以设置不同的工件坐标系,便于工件的找正装夹,保证加工精度。
进行夹具及辅具的设置自动编程进行干涉和碰撞检验,提高程式的可靠性。
同时,Pro/E采用余量模型的加工方式,加工时将毛坯和零件装配在一起,在刀具轨迹生成时,进行刀路优化,减少空切,以提高切削效率。
Pro/E提供了强大的刀位验证、编辑修改功能。
在编程修改方法,Pro/E具备复制、移动、缩放比例、旋转（Rotate）等功能,这些在实际的自动编程非常有用在刀位验证方面,Pro/E提供了动态模拟、实体仿真、过切检查功能（这一点对于实用加工程式一定要做,而且100%不能过切）。
由于Pro/E的加工环境设置完全符合实际加工,同时进行夹具及辅具的设置,在进行实体仿真时,能够逼真地模拟加工全过程。
（8）数控自动编程加工
首先,进入Pro/NC加工模块,进行加工的设定工作,主要包括创建制造模型,选定所用的加工机床,设定工件坐标系（要与机床数控装置设定一致）,选择加工方法及工艺参数设定,然后显示走刀轨迹及实物仿真,最后修改加工参数直至符合要求,完成加工的设定工作。
其次,后置处理生成数控程式,其过程是先生成刀位文件,然后选用法兰克系统后置处理生成NC程式,并与刀位文件同名,接着在超级编辑中,打开NC文件进行编辑,符合加工用程式,一般修改文件头尾即可。
最后,将程式传输到数控装置进行程式预演,确认无误后,驱动加工中心进行实际加工。
由于该系统涉及到加工中心、Pro/E软件的实体建模和加工模块、G程式编制、数控工艺规划等很多问题,这里只是举一简单工程实例,不可能面面俱到,然而,实际加工应用中不管加工模型多么复杂,其原理及过程是类似的。
3.3总结
Pro/ENGINEER采用三维实体设计,给人以真实的视觉效果,更容易与用户沟通,这是二维设计所无法比拟的;在新产品开发中,全面应用Pro/ENGINEER软件进行设计,大大缩短了设计周期,为产品尽快上市,争取了宝贵的时间,提高了企业的市场竞争力.
本论文以鼠标上盖为例，先进行鼠标上盖原型的设计，再通过Pro/E对鼠标原型进行模具的型心和型腔的生成以及数控加工后处理程序的编制，最后根据生成的程序进行数控加工仿真。
让复杂的曲面直接通过Pro/E上进行造型和自动生成数控加工程序，体现了Pro/E在造型及数控加工方面应用的快捷及巨大前景！
第二章鼠标上盖的三维造型
2.1创建新零件
1.在Pro/ENGINEERWildfire3.0系统中选择主菜单栏文件→新建命令
2.在图2-1所示的新建对话框中，选择文件的类型为零件、子类型为实体，改变系统默认的文件名为mouse，不选中使用缺省模板复选框。
图2-1建立新文件
3.单击对话框中的确定按钮。
进入新文件选项对话框，选择模板类型为mmns_part_solid，并单击确定按钮。
2.2创建双向拉伸曲面
1.在绘图区或模型树中选取基准平面FRONT为草绘平面，系统已自动选择基准平面RIGHT为右侧参照平面，如图2-2所示。
单击
进入草绘模式。
图2-2草绘对话框
2.绘制的截面如图2-3所示。
图2-3草绘尺寸绘制
3.绘制完成后，在操控板中选择特征创建的方式为
，在数值文本框中输入60.0为双向拉伸的长度。
4.单击
图标完成拉伸曲面的创建。
2.3创建落下曲线的参照草绘曲线
单击建模工具栏的造型
图标，进入系统的造型模块。
绘制的如图9所示的线条。
图2-4绘制参照草绘曲线
2.4创建落下曲线
1.在造型工具栏中单击
图标，利用前一步骤创建的草绘曲线在拉伸曲面上创建落下曲线。
2.在绘图区中按住键，选取如图2-5所示的草绘曲线为参照曲线，单击确定按钮。
系统将要求选取投影方向参照平面，在绘图区或模型树中选取基准平面TOP为方向参照平面。
图2-5创建下落曲线
2.5创建鼠标顶面的轮廓曲线
1.在右侧造型工具栏中单击
图标。
2.在绘图区中按住键，分别捕捉如图2-55所示的落下曲线两个端点。
3.在平面曲线上的任意位置右击。
在出现的快捷菜单栏中选择添加点命令，在所选位置添加一个插值点，如图16所示。
4.通过调整曲线内部的三个插值点和切线向量来改变平面曲线的外形，使之符合产品设计的意图，并点击完成按钮。
2.6创建两条自由曲线
1.在右侧造型工具栏中单击
图标。
2.在操控板中选择曲线的类型为自由。
在绘图区中按住键，捕捉平面曲线和COS曲线为自由曲线首尾端点的参照曲线
3.单击
图标完成自由曲线的创建，自由曲线处于选中状态。
单击
图标
4.在绘图区中单击自由曲线的端点以显示切线向量，右击从快捷菜单栏中选择法向命令，选择基准平面FRONT为法向约束的参照平面。
调整后的自由曲线，如图2-6所示。
图2-6创建自由曲线
5.单击
图标完成自由曲线的编辑。
用同样的方法完成另外一条自由曲线的创建和编辑
2.7将自由曲线混合成自由曲面
1.在右侧造型工具栏中单击
图标，在下面的步骤中将选取4条边界曲线和两条内部曲线以构成自由曲面。
2.单击编辑工具栏中的镜像
图标绘制另一半。
3.绘制完成成的鼠标上盖如图2-7所示
图2-7鼠标上盖
第三章鼠标上盖分模
3.1创建模具
1.调入分模参照零件，新建模具文件mouse_top_mold在，系统弹出的菜单栏中依次点击文件→新建选项，系统弹出如图3-1所示的新建对话框
图3-1“新建”对话框
2.在对话框类型中选择制造模块，在子类型中选择模具型腔选项，然后再名称栏输入模具文件名“mouse_top_mold”，然后取消使用缺省模板前勾选项。
统弹出如图3-2所示的新文件选项对话框，选择“mmns_part_solid”选项，然后单击确定。
图3-2“新文件选项”对话框
3.2模具布局
1.打开模具文件。
单击确定后，系统自动进入模具模块设计环境，单击右侧模具制造工具条中选取零件
按钮，系统弹出打开对话框和布局对话框，选择“mouse_top_mold.prt”文件，单击打开对话框下端的打开按钮，如图3-3所示。
图3-3“布局”对话框
2.创建参照模型。
接着系统弹出创建参照模型对话框，如图3-4我所示，接受系统默认选项按参照合并，单击确定按钮。
图3-4“创建参照模型”对话框
3.定义参照模型坐标。
在布局对话框中单击参照模型起点与定向下按钮
，如图3-5示，系统自动弹出参照模型对话框，如图3-6所示，同时出现坐标系类型菜单和选取，如图3-7所示，选择标准选项。
图3-5“布局”对话框图3-6“参照模型”对话框
图3-7新元件窗口和“坐标系类型”菜单
4.系统弹出参照模型方向对话框，单击确定按钮，调整后结果如图3-8所示。
图3-8参照模型方向
5.生成参照模型。
单击确定按钮退出参照模型方向对话框，保持布局栏中单一选项不变，接着单击布局对话框中的预览按钮，在工作区预览调入的参照模型，然后单击确定按钮退出布局对话框，并在型腔布置菜单中单击完成/返回按钮，结束布局。
结果如图3-9所示。
图3-9完成布局
6.屏蔽不必要的曲线和曲面。
在特征模型树中单击显示按钮，在弹出的菜单栏中选择层数选项进入层数，然后单击上端的三角按钮，从下拉列表中选择“MOUSE_TOP_MOLD_REF.PRT”，然后按住Ctrl键选择“01_PRT_ALL_DTM_PLA”，“01_PRT_DEF_DTM_PLN”和“04_PRT_ALL_DTM_PNT”三个层，并单击鼠标右键，从弹出的菜单中选择隐藏选项，将这三个层遮蔽掉，如图3-10所示
图3-10遮蔽层
3.3设置收缩率和创建工件
1.设置收缩率
在模具制造工具条中单击
按钮，在弹出的下拉快捷方式
中选择按尺寸指定零件收缩
2.在系统弹出的按尺寸收缩对话框，选择
公式，在收缩栏中比率选项中输入“0.005”，如图3-11所示单击
按钮，完成收缩率设置。
图3-11设置收缩率
3.4创建工件
1.在右侧的模具制造工具条中单击创建工件按钮
，系统弹出自动工作对话框，选择“MOLD_DEF_CSYS”坐标系，并按照图3-12所示，设置自动工件参数。
3-12“自动工件”对话框
2.设置好后，单击对话框下端确定按钮，生成的工件如图3-13所示。
图3-13生成自动工件特征
3.5创建分型面
1.显示特征。
在模型树区单击设置按钮，在下拉菜单中选择树型过滤器选项，接着系统弹出模型树项目对话框，在显示栏中勾选特征选项，单击确定，模型树显示为如图所示的特征。
2.这笔工作特征。
单击系统工作区上方的工具栏中遮蔽按钮
，系统弹出遮蔽—取消遮蔽对话框，在过滤栏中选择元件选项，在可见元件栏中选择MOUSE_TOP_MOLD.wrk选项，然后单击对话框下端的遮蔽按钮，然后单击关闭，则工作区中不显示模具特征如图3-14所示。
图3-14显示创建特征
3.启动分型面命令。
单击操控板中分型面按钮，启动分型面命令，自动将进入分型面创建环境，建立新的分型面“PART_SURF_1”
4.复制曲面，选中工件一个曲面，然后单击工具栏中复制按钮
，再单击粘贴按钮
。
系统弹出操控板，然后依次选择如图3-15所示的曲面。
选择完成后，单击操控板选项按钮，在弹出的下拉列表中选择排除曲面并填充孔选项如图3-16所示。
然后把鼠标移到工件上，选择如图3-17所示曲面。
然后单击操控板中确定按钮
，结果如图3-18所示。
图3-15复制曲面图3-16“复制”操控板
图3-17选择填充面图3-18完成曲面复制
5.边界混合。
依次单击工具栏中插入→边界混合选项，系统弹出边界混合操控板。
把鼠标移到工件上，选择如图3-19所示四条边。
图3-19选取第一方向
6.选择完成后，单击操控板确定按钮
，结果如图3-20所示。
图3-20边界混合效果图
7.合并曲面单击特征工具栏合并按钮，系统弹出操控板，选择刚建立的两个曲面特征，并使“面组F7”为主面组，如图3-21所示，然后单击确定按钮，完成曲面复制。
图3-21“合并”操控板
8.特征着色。
依次单击视图→可见性→着色，所示然后单击继续模具体积块菜单中的完成/返回按钮命令。
9.取消依次特征。
单击工具栏遮蔽按钮
，系统弹出如图3-22遮蔽—取消遮蔽对话框，单击对话框上面的取消遮蔽选项，在遮蔽的元件中选择“MOUSE_TOP_MOLD_WRK”元件，然后单击下面的取消遮蔽选项按钮，并单击确定按钮。
图3-22“遮蔽—取消遮蔽”对话框
10.拓边线。
单击特征工具栏中确定按钮
离开分型面的创建。
把鼠标移到工件上，选择底部另一边，然后依次单击编辑→延伸，系统弹出延伸控制面板，单击面板上的将曲面延伸到参照平面选项按钮
，然后单击参照选项，在弹出的下拉列表中单击边界选项，然后依次选择鼠标底部面，如图3-23所示。
图3-23选择边线
11.选择完成后，单击参照平面选项，再用鼠标选择底面作为参照平面，接收系统默认的参照方向，单击确定按钮
完成。
3.6分割模具体积块
1.选取分型面。
在模具制造工具条中单击分割模具体积块命令图标
，系统弹出分割体积块菜单，选择来那个体积块/所有工件选项，如图3-24所示。
图3-24选择分型面
2.生成体积块MOLD_CORE。
单击对话框中确定按钮，系统弹出体积块名称对话框，在框中输入名称“MOLD_CORE”，接着单击着色按钮，显示的型芯如图3-25所示。
图3-25生成体积块
3.生成体积块MOLD__CAVITY。
单击确定，接着弹出体积块名称对话框，在框中输入名称“MOLD__CAVITY”,接着单击着色按钮，显示的型心如图3-26所示。
图3-26生成模具体积块1
4.完成体积块分割。
单击确定按钮，完成模具体积块分割。
3.7创建体积块零件
从创建的体积块抽取零件，如图3-27所示。
图3-27创建的零件
第四章鼠标上盖模具的数控加工工艺分析
4.1图形分析
图4-1鼠标型芯与型腔
先要对加工方案进行整体规划，依次采用什么样的加工步骤才能更高效地加工出整个型腔。
如图3-1所示为鼠标上盖的型芯与型腔零件体积块零件。
对于凸模的数控加工，其结构相对凹模简单，因此加工也比较简单。
由于在分型面存在厚度较小的台阶面以及角，因此在加工中以粗加工为主，然后再通过其他方法进一步加工；其他部分进行精加工。
鼠标凹模相对复杂，，不仅有复杂的台阶面和角，还有宽度较小的槽，加工时应有配套的电极加工。
凹模加工还是主要以粗加工为主，分型面等精加工到位。
4.2加工工艺分析
4.2.1加工路线
通过分析电脑鼠标零件的结构特点，采用如下的工艺方案：
（1）鼠标凸模的工艺方案
①本次加工使用由线切割割制而成的不规则柱体，预留壁余量为0.3mm；
②鼠标凸模顶部为凸面，因此采用φ12R1圆角铣刀和φ4R0.5圆角刀分别进行曲面的粗加工和半精加工，即快速切除大量材料又为精加工做好准备。
粗加工和半精加工所留余量分别为1mm和0.3mm；
③采用φ2的平铣刀进行曲面外形轮廓精铣削操作，将第一步留下的零件周边0.3mm余量去除，保证电脑鼠标零件周边尺寸精度和表面粗糙度；
④对于零件的圆角部位，由于其高度不一，为了保证表面加工质量，采用φ2球铣刀进行曲面环绕等距精加工。
曲面环绕等距精加工的时间较长，如果加工该零件有时间要求，可以考虑使用其他方加工法代替；
⑤最后采用φ4的平铣刀进行外形轮廓精铣削操作，将第一步留下的零件周边0.3mm余量去除，保证电脑鼠标零件周边尺寸精度和表面粗糙度。
（2）鼠标凹模的加工工艺方案
①凹模的开粗用大直径圆鼻刀，快速去除材料，预留加工余量为0.4mm，加工方法为粗加工；
②采用小直径的圆鼻刀二次开粗，去除材料，预留加工余量五0.4mm，保证加工尺寸，采用重新粗加工的方法加工；
③采用圆鼻刀对侧壁，分型面中的曲面部分光刀，加工余量为0，采用精加工的加工方法。
4.3加工工艺卡
表4-1凸模加工工序卡
序号
加工内容
工艺类型
使用刀具
主轴转速
/R·min-1
进给速度/mm·min-1
1
圆鼻刀开粗
体积块加工
φ12R1圆角铣刀
1500
1000
2
圆鼻刀二次开粗
体积块加工
φ4R05圆角铣刀
1500
1000
3
平刀对侧壁光刀1
轮廓加工
φ2平刀
1500
1000
4
平刀对侧壁光刀2
轮廓加工
φ2平刀
1500
1000
5
球刀对圆角光刀
曲面铣削
φ2球刀
3000
200
6
平刀对分型面光刀
曲面铣削
φ4平刀
3000
200
表4-2凹模加工工序卡
序号
加工内容
工艺类型
使用刀具
主轴转速
/R·min-1
进给速度/mm·min-1
1
大直径圆鼻刀开粗
粗加工
φ14R1圆角铣刀
1500
1000
2
小直径圆鼻刀二次开粗
半精加工
φ6R05圆角铣刀
1500
1000
3
圆鼻刀光刀
精加工
φ4R05圆角球道
2000
1000
第五章鼠标上盖的数控模拟加工
5.1创建工艺文件
1.立新NC文件
点击新建按钮
，在弹出的对话框中选取“制造”，“NC组件”，文件名为01，取消使用缺省模板选项，单击确定。
在出现的新文件选项对话框中，选择mmns_mfg_nc模板，单击确定按钮，进入Pro/NC模块。
以装配方式参照模型
在制造菜单中依次使用制造模型→装配→参照模型命令，在系统弹出的对话框中选择mold_core.prt鼠标型芯，单击确定。
用鼠标选取坐标系NC_ASM_DEF_CSYS和CS0坐标系，系统自动选择装配约束类型为坐标系，单击
按钮，完成参照模型的放置。
结果如图5-1所示。
图5-1参照模型放置结果
2.以草绘方式创建工件
①在制造模型中依次使用创建→工件命令，并在系统弹出窗口中输入01为文件名。
在制造模型菜单中依次使用实体→加材料→拉伸→实体→完成命令。
系统弹出拉伸特征控制面板，如图5-2所示。
图
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