武汉工业学院毕业设计灯前盖前盖分模及型面数控加工程序.docx

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武汉工业学院毕业设计灯前盖前盖分模及型面数控加工程序

武汉工业学院

毕业设计（论文）

毕业设计课题:

灯前盖前盖分模及型面数控加工程序

姓名:

学号;

院（系）;

专业:

机械设计与制造

指导老师:

2011年5月29日

摘要

本课题做的是灯前盖前盖.所用材料是ABS收缩率是5‰.

文中具体采用Pro/E软件系统画出测量器前盖，然后利用UGCAM进行模拟数控加工，从而生成NC程序。

实践证明，这种方法方便可行.

加工步骤主要有

（1）对设计本课题的目的及意义以及国内外的发展现状和发展趋势进行了介绍，提出了一种可行的设计方案。

（2）了解模具的结构和工作原理，根据给定的按钮零件模型，对模具中各个零件进行设计分析计算、分析该制品的技术要求、材料；该模具的结构，最后得出该零件的总装配图。

（3）设计该按钮模具的分型面，制定三维数控加工方案，设计加工路线，选取合理的切削要数。

（4）根据造型和加工方案，利用CAM软件编制符合FANUC0imate-MC数控系统要求的数控加工程序，并在CAM软件中进行加工仿真演示。

（5）根据制定的加工路线，切削要素，进行仿真，经过后置处理得到数控加工程序。

（6）模具设计要求结构正确、画面质量规范；数控加工工艺规程制定要求工件定位合理、装夹可靠、工艺路线合理、切削用量合理；数控加工程序设计要求简洁、正确。

关键词：

UGNX4.0；CAM；Pro/E；模具设计；数控加工；注射过程；注塑成型

Abstract

Thesubjectdevicestodoistolightcover.ThematerialisABScontractionrateis5‰.

Inthistitle,thespecificuseofPro/Esoftwaresystemdevicetodrawthefrontcoversidewall,andthenuseUGCAMCNCmachiningsimulationtogenerateNCprograms.Practiceshowsthatthismethodconvenientandpractical.

Processingstepsmainly

（1）thedesignofthistopicandsignificanceofthepurposeandthedevelopmentstatusanddevelopmenttrendwereintroduced,andputsforwardafeasibledesignscheme.

（2）theunderstandingofmouldstructureandworkingprincipleofvariouspartsofmoulddesigncalculationandanalysis,finallyconcludedthatthepartsoftheassembly.

（3）Designofthebuttonpartingsurface,developedthree-dimensionalnumericalcontrolledmachining,designandprocessingline,cuttoareasonablenumberofselected.

（4）Accordingtomodelingandprocessingprogram,useofCAMsoftware,preparedinaccordancewithFANUC0imate-MCCNCmachiningprocesssystemrequirements,andCAMsoftwareformachiningsimulationdemonstration.

（5）Accordingtothedevelopmentoftheprocessingline,cuttingelementsofthesimulation,obtainedthroughtheNCpost-processingprocedures.

（6）Thestructuresofmolddesign,picturequalitynorms;CNCmachiningprocessplanningtodevelopareasonablerequestsworkpiecepositioning,clampingandreliable,andreasonableprocessroute,cuttingtheamountisreasonable;NCmachiningprogramdesignshouldbesimple,right.

Keywords:

UGNX4.0;CAM;Pro/E;molddesign;NC;injectionprocess;injectionmolding.

目录

摘要I

AbstractII

第一章前言1

1.1课题的背景和意义1

1.1.1CAD/CAM技术1

1.1.2.数控技术.1

1.2模具设计及数控加工的国内外发展状况1

1.2.1CAD/CAM技术1

1.2.2数控技术2

1.3课题主要设计内容和要求3

第二章灯前盖模具设计及三维数控加工程序设计的步骤5

2.1Pro/e的概述5

2.2利用Pro/e软件对灯前盖进行三维实体造型5

2.3利用Pro/e软件对灯前盖三维实体进行分模10

2.4利用Ug软件对模具进行数控加工的程序编制17

2.4.1对Ug软件的介绍17

2.4.2零件加工工艺分析18

2.4.3零件加工刀具路径确定19

2.4.4加工路径的生成及仿真掩饰30

2.4.5上模的加工方按32

2.4.6生成加工NC程序33

结论35

谢辞36

参考文献37

附录：

NC加工程序（部分）38

第一章前言

1.1课题的背景和意义

1.1.1CAD/CAM技术

随着人们生活水平的提高，消费者的价值观正在发生结构性的变化，呈现出多样化和个性化。

用户对各类产品的质量、产品更新换代的速度，以及产品从设计制造到投放市场的周期都提出了越来越高的要求。

为了适应这种变化，企业的产品也向着多品种、中小批量方向发展。

要适应这种市场需求，企业的生产必须具有柔性。

CAD/CAM技术是近20多年来迅速发展、广泛应用的一门新兴综合性计算机和自动化应用技术，这项技术从根本上改变了过去从设计到产品的整个生产过程中的技术管理和工作方式，给设计和制造领域带来了深刻变革。

因此，许多国家都把发展CAD/CAM技术作为战略目标。

CAD/CAM技术的发展与应用程度已成为衡量一个国家科技进步和工业现代化水平的重要标志之一。

模具CAD/CAE/CAM系统的集成关键是建立单一的图形数据库、在CAD、CAE、CAM，各单元之间实现数据的自动传递与转换，使CAM、CAE阶段完全吸收CAD阶段的三维图形，减少中间建模的时间和误差；借助计算机对模具性能、模具结构、加工精度、金属液体在模具中的流动情况及模具工作过程中的温度分布情况等进行反复修改和优化，将问题发现于正式生产前，大大缩短制模具时间，提高模具加工精度。

在实际生产过程中，应用Pro/ENGINEER软件，将原来模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。

要实施并行工程关键要实现零件三维图形数据共享，使每个工程师使用的图形数据是绝对相同，并使每个工程师所做的修改自动反映到其他有关的工程师那里，保证数据的唯一性和可靠性。

Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证。

1.1.2.数控技术

随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量要求也越来越高，单件、小批生产的机械产品比重越来越大，已占到机械加工总量的80%以上，特别是在航天、航空、造船以及国防工业的一些部门，加工批量大、精度要求高、形状复杂的零件很多，不适于采用如汽车、拖拉机等行业所用的大批大量生产的自动机床、组合机床和自动线来加工，而一般机床又难于达到加工要求。

在此情况下，产生并发展了数控机床，它有效地适应了产品不断变化、多品种、小批量地自动化生产地需要。

1952年，美国的帕森斯公司和麻省理工学院率先研制成功世界第一台坐标数控铣床。

数控车床是切削加工的主要技术装备。

它能完成的切削加工最多。

因此，在机械制造工业中，数控车床是一种应用得较广泛的金属切削机床。

此外世界上各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，不仅采取重大措施来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。

总之，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。

1.2模具设计及数控加工的国内外发展状况

1.2.1CAD/CAM技术

模具是面向定单式的生产方式，属于单性生产，制造过程复杂，要求交货时间短。

如果利用CAD、CAM单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题，我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。

所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。

在初步确立产品的三维模型后，设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程，而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短设计、数控编程的时间。

在实际生产过程中，应用Pro/ENGINEER软件，我们将原来模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上，要实施并行工程关键要实现零件三维图形数据共享，使每个工程师使用的图形数据是绝对相同，并使每个工程师所做的修改自动反映到其他有关的工程师那里，保证数据的唯一性和可靠性。

Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证。

1.2.2数控技术

我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：

第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。

在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。

第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。

在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。

第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。

在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。

在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50％，配国产数控系统（普及型）也达到了10％。

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，其技术范围覆盖很多领域：

（1）机械制造技术；

（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。

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。

1.3课题主要设计内容和要求

1.给定的灯前盖实物,设计出反求实物形面的方法,按照实物完成三维造型。

2.设计该灯前盖模具的分型面，制定三维数控加工方案，设计加工路线，选取合理的切削参数。

3.根据造型和加工方案，利用CAM软件编制符合MPFAN.PST数控系统要求的数控加工程序，并在CAM软件中进行加工的仿真演示。

4.造型设计要求与实物相符，模具设计要求结构正确，图面质量规范；数控加工工艺规程制定要求工件定位合理，装夹可靠，工艺线路合理，选用刀具合理，切削用量合理；数控加工程序设计要求简洁，正确。

5.所撰写的设计计算说明书等文件语言表达准确，规范，结构严谨，版面质量好。

第二章灯前盖模具设计及三维数控加工程序设计的步骤

2.1Pro/E概述

在CAD/CAM领域，Pro/ENGINEER与AutoCAD、CATIA一样为业界所熟知。

越来越多的企业采用Pro/ENGINEER进行产品的开发与设计，它的功能十分强大，它集多种功能模块于一体，涵盖了零件设计、零件装配、零件制造、钣金件设计、NC加工、模具开发与设计制造、有限元分析、机构运动仿真和PDM（产品数据管理）等多方面。

自二十世纪八十年代首次问世以来，Pro/ENGINEER就引起了人们的极大兴趣，特别是受机械方面过程技术人员的青睐。

Pro/ENGINEER以其参数驱动（参数化）而名扬业界，并迅速广泛应用于航空航天、机械、电子、模具、汽车和玩具等行业。

Pro/ENGINEER是世界上最成功的CAD/CAM软件之一，它是美国PTC公司的产品。

该公司1985年成立于波士顿，现已发展为全球CAD/CAE/CAM/PDM领域最具代表性的著名软件公司，其软件产品的总体设计思想体现了MDA（MechanicalDesignAutomation）软件的新发展，所采用的新技术比其他MDA软件具有更多优越性。

Pro/ENGINEER的功能非常强大，为工业产品设计提供完整的解决方案，广泛用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析级关系数据库管理等各个领域。

主要包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真、NC自动编程、有限元分析等常规功能模块，同时也有模具设计、钣金件设计、电路布线、装配管路设计等专有模块，以实现DFM（DesignForManufacturing），DFA（DesignForAssembly）、ID（InverseDesign）和CE（ConcurrentEngineer）等先进的设计方法和模式。

PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。

利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品，Pro/ENGINEER软件能将设计至生产的全过程集成到一起，让所有的用户能够进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。

Pro/ENGINEER系统的主要热症如下。

真正的全数据相关性：

任何位置的修改都会自动反映到整个系统中所有相关位置。

这样就彻底改变了自由建模时的系统数据不相关，减少了修改时需要修改所有位置的麻烦。

具有管理并发进程、实现并行工程的能力：

整个Pro/ENGINEER系统使用统一的数据库，使零件数据管理更加容易和科学。

具有强大的装配能力，并且可以实现计算机模拟加工，能够始终遵循设计者的设计意图，并帮助设计人员实现设计意图。

容易使用，可以极大的提高设计效率：

Pro/ENGINEER使用标准的视窗操作，易于用户学习和使用，完成过程设计任务。

Pro/ENGINEER系统用户界面简洁，概念清晰，符号工程人员的设计思想与使用习惯：

整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型，Pro/ENGINEER建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。

PTC公司及时更新Pro/ENGINEER的版本，不断地修改与更新人机交互界面，增强Pro/ENGINEER的功能，为三维CAD/CAE/CAM软件界带来了强大的冲击。

目前，Pro/ENGINEER的最新版本为Pro/ENGINEERWildfire4.0。

2.2利用Pro/e软件对灯前盖进行三维实体造型

2.3.1打开Pro/e软件在Pro/ENGINEERWildfire系统中单击主菜单栏中的“新建”出现“新建”对话框，选择文件的类型为“制造”，子类型为“模具型腔”，接受系统默认的的文件名“mfg0001”，使用“使用缺省模板”并单击“确定”按钮。

2.3.2单击模具工具条中的定位参照零件图标，将出现“布局”对话框并同时打开模具文件所在的工作目录，选择被布局的参照零件madahouzhao.prt,单击“打开”按钮。

在如图

（1）所示的“创建参照模型”对话框中，选中“按参照合并”单选按钮。

接受系统默认的“参照模型名称”为MFG0001－REF，单击“确定”按钮返回“布局”对话框。

图

（1）

单击“布局”对话框中的“预览”按钮。

布局后的零件在绘图区的位置如图

（2）

2.3利用Pro/e软件对灯前盖三维实体进行分模

2.3.1此部分是在Pro/E的制造模块中进行的。

灯前盖前盖原型如下图3-1

2.3.2

2.3.3

2.3.4点击右边级菜单栏中的“铸模”－“创建”，在输入框中键入M，点击中键确认。

生成的铸模零件M在绘图区中如图（17）所示[5]。

图（17）

单击“确定”返回级联菜单，点击“完成返回”。

2.3.5点击模具工具条中的模具打开命令图标。

在“模具打开”菜单下选取“定义间距”－“定义移动”，这时将显示“输出IGES”对话框，选择“曲面”，点击“确定”。

这个格式可以用Mill9.0软件打开，我们可以用这个软件对零件进行数控加工程序设计。

图（18）

2.4利用Ug软件对模具进行数控加工的程序编制

2.4.1对Ug软件的介绍[7]

UGNXCAM概述

UGNX是由美国CNCsoftware公司推出的基于PC机平台的CAD/CAM一体化软件，由于其卓越的设计及加工功能，在世界上拥有众多的忠实用户，被广泛应用于机械、电子、航空等领域。

目前在我国制造业及教育业界，UGNX由于其出色的表现，有着极为广阔的应用前景。

UGNX是目前功能最为强大的CAD/CAM软件，在汽车、航天、接卸制造等行业应用十分广泛，特别是在模具行业。

它的特点是：

A灵活的建模方式。

采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模及参数化建模融为一体。

B参数驱动，形象直观，修改方便。

C曲面设计以非均匀有理B样条曲线为基础，可用多种方法生成复杂曲面，功能强大。

D良好的二次开发环境，用户可以用过种方法进行二次开发。

E只是驱动自动化（KDA），便于获取和重新使用知识。

UGNX系统提供了多种加工各种复杂零件的粗、精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。

在每种加工类型中包含了多个加工模板，应用各加工模板可快速建立加工操作。

在交互操作过程中，用户可在图形方式下交互编辑刀具路径，观察刀具的运动过程，生成刀具位置源文件。

同时应用其可视化功能，可以在屏幕上显示刀具轨迹，模拟刀具的真实切学过程，并通过过切检查和参余材料检查，检查相关参数设置的正确性。

UGNX提供了强大的默认加工环境，也允许用户自定义加工环境。

选择合适的加工环境，用户在创作加工操作的过程中，可继承加工环境中以定义的参数，不必在每次创建新的操作时重新定义，从而避免了重复劳动，提高操作效率。

在加工基础模块中有以下加工类型：

1.点位加工

2.平面铣削

3.型腔铣削

4.固定轴曲面轮廓铣削

5.可变轴曲面轮廓铣削

6.顺序铣削

7.线切割加工

在利用UGNX加工电话面板之前，要熟悉UGNX加工模块的基本应用以及面铣、平面铣、区域铣、角清根、2.5轴加工和3轴加工的应用。

2.4.2零件加工工艺分析

灯前盖是由周边、凹槽、凸台以及曲面的零件。

形状比较简单，需要进行表面精加工和凹槽的粗、精加工，侧壁的精加工、底面精加工和角清根。

图（19）

2.4.3零件加工刀具路径确定

零件的建模后，根据加工工艺的安排，选用相应工序所使用的刀具，根据零件的要求选择加工毛坯同时正确选择工件坐标原点，建立工件坐标系统，确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，并进行各种工艺参数设定[2]，从而得到零件加工的刀具路径。

Masthe进行各种工艺参数设定，得到零件加工的刀具路径。

2.4.3.1建立工件坐标

将铸模零件的上模的igs文件在Mstercam软件中打开，你会发现零件的的体积块的中心不在CAM标系的圆点。

单击功能表中的“转换”－“旋转”－“所有的”－“图素”－“执行”。

这时系统会给你提供各种抓点方式，选择“圆点（0，0）”，系统弹出如图（20）所示的菜单，处理方式“移动”,旋转次数为1次，角度的选择视铸模零件的上模的具体位置而定。

图（20）

有时为了达到加工面朝向坐标系Z轴正向的的目的，需要旋转几次才能实现。

旋转完成后，回到。

返回“主功能表

返回“主功能表”，这样就使模具体积块的中点位于系统坐标系的零点。

2.4.3.2毛坯和加工方式的确定

在主功能表中点击“刀具路径”－“工作设定”系统会弹出如图（22）所示的对话框。

在这里可以选择刀具，设置零件的各种工艺参数，

2.4.3.3粗加工刀具的选择和零件的各种工艺参数的设定

一.刀具的选择

 在模具型腔数控铣削加3）

在模具型腔加工时刀具的选择应遵循以下原则[10]：

   1.根据被加工型工影响加工的精度。

   2.根据从大到小的原则选择刀具

   模具型腔一般包含有多   无论是粗加工还是精加工，应尽可能选择大直径的刀具，因为刀具直径越小  

3.根据型面曲率的大小选择刀具

在精加工时，所大的切削负荷，因为较大直径的刀具在零件轮廓拐角处会留下更多的余量，这往往是精加工过程中

图（24）

出现切削力的急剧变化而使刀具损坏或栽刀的直接原因。

   4.粗加工时尽可能选择圆角铣刀

一方面圆角铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的0~90°范围内给出比较连续的切削力变化，工余量，这对后续加工是十分有利的。

切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。

在CAM软件中与切削相关rate）、步距宽度（Step-over）和切削深度（Stepdepth）等。

5.本次加工的刀具选择

所加工的零件是凹槽零件，采用铣削加工的加工方式，根据工件凹槽的深度和工件的表面轮廓的曲率球头刀。

其参数如图（25）所示。

图（25）

二、切削参数的控制

   切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。

在CAM软件中与切削相关的参数主要有主轴转速（Spindlespee