李亚周+电话机上盖的设计与数控加工.docx
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李亚周+电话机上盖的设计与数控加工
江西工贸高级技工学校
数控技术论文
题目：
数控机床故障诊断及维修
系（院）：
机电技术系
专业：
数控技术应用
年级：
09双证数控
姓名：
郝胜宁
学号：
015810300737
指导教师：
周伟
二零一一
数控机床故障诊断及维修
学校：
江西工贸高级技工学校
班级：
09双证数控
姓名：
郝胜宁
E-mail：
1065030167@
电话：
130
摘要
电话机上盖是流线形结构,使用二维绘图难以描述，本课题采用UG软件对电话机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，用Mastercam生成刀具轨迹；在Mastercam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:
电话机上盖UGMastercam数控加工后处理
Abstract
Phonecoverflowlinearstructuresusingtwo-dimensionaldrawingdescribethissubjectadoptsUGsoftware,tophonecoverproductsandmould,thethree-dimensionalmodelling,combinedwiththestructureofthedieandpunchgeneratedbyfactorssuchasthetoolpathgeneration,Mastercam;Mastercamsimulationprocessingresultincorrect,usethepostprocessingproceduresselectedcorrespondingconfigurationfiles,willbetransformedintonumericalcontrolmachinetoolpathofNCprogramcanrecognize,formorehighspeed,efficientmodelling,productionprovidesafeasiblemethod.GeneratedNCprogramcanusetheDNCmodeforNCmachinetoolsfor3dprocessing.
Keywords:
PhonecoverUGMastercamNCPost-processing
引言
UG软件的特点及主要功能
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。
它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。
UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。
UGNX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。
其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。
因此软件可对许多不同的应用再利用。
MasterCAM软件的特点及主要功能
MasterCAM软件是美国的CNCSoftware公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统，由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，它具有二维几何图形设计、三维曲面设计、刀具路径模拟、加工实体模拟等功能，并提供友好的人机交互，从而实现了从产品的几何设计到加工制造的CAD/CAM一体化。
是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一。
课题内容及实施步骤
本设计的课题是基于UG电话机的设计及数控加工，具体讲就是先进行电话机原型的设计，再通过Mastercam对电话机原型进行模具的型芯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。
研究背景和研究意义
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。
论文结构
论文主要研究UG的设计与Mastercam制造过程，第一章与第二章主要研究的是电话机的创建以及通过已创建的电话机为参照生成分模与定模的过程。
对于第三章和第四章两个章节则是主要从加工工艺分析和模拟加工方面来进行研究的。
第一章电话机的三维造型1
1.1创建草图1
1.2创建长方形2
1.3拉伸长方形2
1-4倒圆角3
1.5创建曲线3
1.6扫琼4
1.7修剪体5
1.8边倒圆5
1.9绘制草图6
1.10拉伸6
1.11拔模7
1.12倒圆角8
1．13抽壳8
1.14绘制草图9
1.15拉伸10
1.16正列10
第二章电话机的分模11
2.1模具设计准备过程11
2.2初始化项目11
2.3设置收缩率12
2.4设定坐标系12
2.5工件设定13
2.6型腔布局13
2.7分型14
2.7.1实体修补14
2.7.2编辑分型线15
2.7.3创建分型面15
2.7.4设计分型区域15
2.7.5抽取区域和分型线16
2.7.6创建型腔和型芯17
2.7.7文件保存18
第三章电话机模具的数控加工工艺分析19
3.1图形分析19
3.2加工工艺分析19
3.3加工工艺卡20
第四章电话机的数控模拟加工21
4.1电话机凸模的模拟加工21
4.1.1调取型芯档案21
4.1.2边界设定21
4.1.3曲面加工22
4.1.3.1曲面粗加工22
4.1.3.2曲面半精加工23
4.1.3.3曲面精加工24
4.2电话机凹模的模拟加工25
4.2.1调取型腔档案25
4.2.2边界设定25
4.2.3曲面加工26
4.2.3.1曲面粗加工26
4.2.3.2曲面半精加工26
4.2.3.3曲面精加工27
第五章结论30
5.1工作小结30
5.2工作展望30
致谢词31
参考文献32
第一章电话机的三维造型
1.1创建草图
1.在UGNX6.0系统中新建文件以dianhuaji命名，选择主菜单栏文件→首选项→草图命令。
2.在图1-1所示的对话框中，将表达式改为值，单击对话框中的确定按钮。
1-1
3.在主菜单中点击草图，选择现有平面，点击确定，，如图1-2所示。
1-2
1.2创建长方形
1.在绘图区绘制一个长方形，如图1-3所示.
1-3
3.绘制完长方形后，单击左上角完成草图命令
。
1.3拉伸长方形
1.单击拉伸命令
。
2.在出现的对话框中点击选择曲线
，选择长方形。
3.在选择矢量中选择
。
4.拉伸起始位置为0，结束位置60，单击确定，如图1-4所示。
1-4
1-4倒圆角
1．单击边倒圆命令
。
2．选择平行于Z轴4条棱角，倒20的圆角。
如图1-5所示。
1-5
1.5创建曲线
1.在工具栏中单击草图
命令。
2.选择YZ平面，点击艺术样条
图标，绘制如图1-6所示曲线。
1-6
3.点击艺术样条对话框中的确定的命令，完成YZ平面的曲线绘制。
4.继续在工具栏中点击草图命令，选择XZ平面，绘制弧线，完成草绘，如图1-7所示。
1-7
1.6扫琼
1.在工具栏中单击扫琼
图标。
2.在扫琼对话框中单击截面下的选择曲线，选择XZ平面所绘制的曲线，再单击引导线下面的选择曲线，选择YZ平面所绘制的曲线，然后点击对话框中的确定，完成扫琼，如图1-8所示。
1-8
1.7修剪体
1.单击工具栏中的修剪体命令
。
2.在修剪体对话框中点击选择体，选择长方体。
再点击对话框中的选择面或平面，选择扫琼的那个曲面，点击确定，如图1-9所示，完成修剪。
1-9
1.8边倒圆
1.选择扫琼后的曲面以及长方形的线框，XZ，YZ平面所绘制的两条曲线用Ctrl+B命令全部隐藏。
2.点击工具栏中的边倒圆命令
，将修剪后的曲面上表面倒5的圆角，完成倒圆角，如图1-10所示。
1-10
1.9绘制草图
1.在工具栏中单击
图标。
2.在草图对话框中选择XY平面，绘制如图1-11所示正方形，点击完成草图
。
1-11
1.10拉伸
1.单击拉伸命令
。
2.在出现的对话框中点击选择曲线
，选择两个长方形。
3.在选择矢量中选择
。
4.拉伸开始距离为8，结束距离为50。
5.在布尔后面选择求差，单击选择体，选择整个实体。
6.点击确定，如图1-12所示，完成拉伸。
1-12
1.11拔模
1.点击工具栏中的拔模命令
。
2.点击在拔模对话框中脱模方向下指定矢量中选择沿Z正方向。
3.点击在固定面下选择平面中选择拉伸后的槽的底面。
4.点击在要拔模的面下的选择面，选择拉伸后两个槽的八个侧面。
5.拉伸角度为5度。
6.点击确定，如图1-13所示，完成拔模。
1-13
1.12倒圆角
1.点击工具栏中的边倒圆命令
。
2.倒边长为40的长方体里面的八个角为5的圆角，点击应用。
3.倒边长为30的长方体里面的八个角为4的圆角，点击应用。
4.倒两个长方体最边缘的棱角为2的圆角，点击确定，如图1-14所示。
1-14
1．13抽壳
1.点击工具栏中的抽壳命令
。
2.在抽壳对话框中，类型下面选择移除面，然后抽壳，再点击要冲裁的面下的选择面，选择下表面，厚度为1.5。
3.点击确定，完成抽壳，如图1-15所示。
1-15
1.14绘制草图
1.点击工具栏中的草图命令
。
2.在草图对话框中选择XY平面，绘制如图1-16所示长方形，椭圆及圆，点击完成草图命令
。
1-16
1.15拉伸
1.点击工具栏中的拉伸命令
。
2.选择草绘完后的长方形，椭圆，圆沿Z轴正方各自向拉伸，布尔运算选择求差，完成拉伸，如图1-17所示。
1-17
1.16正列
1.点击工具栏中的插入→关联复制→实体特征→矩形正列命令，选择左边的矩形，进行正列，点击确定，如图1-18所示。
1-18
2.正列椭圆，点击确定，如图1-19所示。
1-19
3．完成正列，电话机的外壳如图1-20所示。
1-20
第二章电话机的分模
2.1模具设计准备过程
1.单击工具栏中的开始命令
，然后点击所有应用→注塑模导向，调出模具设计所需的所有指令。
2.2初始化项目
1．点击模具设计工具栏中的初始化项目命令
。
2.在初始化项目对话框中选择体选择电话机，点击确定，如图2-1所示。
2-1
2.3设置收缩率
1.单击模具设计工具栏中的收缩率命令
。
2.在收缩率对话框中输入比例因子为1.005，点击确定如图2-2所示完成收缩率设置。
2-2
2.4设定坐标系
1.单击模具设计工具栏中的模具CSYS命令
。
2.在模具CSYS对话框中选择产品体中心，锁定Z位置，点击确定，如图2-3，完成坐标系设定。
2-3
2.5工件设定
1.单击模具设计工具栏中的工件命令
。
2.直接点击确定工件对话框，完成工件设定，如图2-4所示。
2-4
2.6型腔布局
1.单击工具栏中的型腔布局命令
。
2.在型腔布局对话框中，布局类型选择矩形，指定矢量选择沿X正方向，型腔数2，缝隙0，然后点击开始布局，自动对准中心，最后关闭型腔布局对话框，完成型腔布局，如图2-5所示。
2-5
2.7分型
1.单击工具栏中的分型命令
。
2.7.1实体修补
1.在单击分型之后出现的分型管理器中单击创建/删除曲面补片命令
。
2.自动孔修补对话框中环搜索方法选择自动，显示环类型选择分型边，然后点击自动修补，点击确定，完成修补，如图2-6所示。
2-6
2.7.2编辑分型线
1.单击分型管理器中的编辑分型线命令
。
2.点击分型线中的自动搜索分型线，在接下来出现的对话框中点击选择体，点击应用，确定，再点击确定，完成分型线的设计，如图2-7所示。
2-7
2.7.3创建分型面
1.单击分型管理器对话框中的创建/编辑分型面命令
。
2.点击对话框中的创建分型面，在曲面类型中选择有界平面，点击确定，完成曲面分型，如图2-8所示。
2-8
2.7.4设计分型区域
1.单击分型管理器中的设计区域命令
。
2.在区域计算选项中选择保持现有的，点击确定。
3.在塑模部件验证对话框中选择区域，为了区分型芯和型腔，可以在设置区域颜色中设置不同的颜色，在指派为下面选择型腔区域，然后点击应用，关闭塑模部件对话框。
如图2-9所示。
2-9
2.7.5抽取区域和分型线
1.在分型管理器对话框中点击抽取区域和分型线命令
.
2.在定义区域对话框中点击Cavityregion，选择型腔中未选到的面，使得型腔面和型芯面之和等于区域面总和（其中型腔面70个，型芯面110个）。
3.在定义区域对话框中的设置下面将创建区域和创建分型线全部打勾，点击应用。
4．点击定义区域对话框中的Coreregion，将设置下面的创建区域和创建分型线全部打勾，点击确定，关闭定义区域对话框，完成抽取区域和分型线，如图2-10所示。
2-10
2.7.6创建型腔和型芯
1.点击分形管理器对话框中的创建型腔和型芯命令
。
2.在定义型腔和型芯对话框中点击Cavityregion，将设置下面的检查几何体和检查重叠全部打勾，点击应用，再点击确定，完成型腔的创建，如图2-11所示。
2-11
3．继续点击定义型腔和型芯对话框中的Coreregion，将设置下面的检查几何体和检查重叠全部打勾，点击应用，再点击确定，完成型芯的创建，如图2-12所示。
2-12
2.7.7文件保存
1.加工时我们采用的是Mastercam8.0进行电话机的型芯和型腔加工，所以保存时要保存为Mastercam8.0默认格式，即IGES格式。
2.先将文件全部保存，点击文件→全部保存即可。
然后点击窗口，将电话机的型芯和型腔分别调出来，点击开始→导出→IGES，存到自己盘中，即完成电话机的型芯和型腔的保存。
第三章电话机模具的数控加工工艺分析
3.1图形分析
图3-1电话机型芯与型腔
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所示为电话机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，所以加工也比较简单。
因此在加工中以粗加工为主，然后再进行精加工。
电话机凹模相对复杂，，不仅有复杂的台阶面和角，还有宽度较小的槽，加工时应单独加工。
凹模加工还是主要以粗加工为主，分型面等精加工到位。
3.2加工工艺分析
1.通过分析电话机零件的结构特点，采用如下的工艺方案：
（1）电话机凸模的工艺方案
①本次加工使用由线切割割制而成的规则长方体，预留壁余量为2mm。
②电话机凸模顶部为凸面，因此采用φ12R1平头铣刀和φ10R0.5球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0.8mm和0.3mm。
③采用φ8的球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，保证电话机零件周边尺寸精度和表面粗糙度.
（2）电话机凹模的加工工艺方案
①凹模的粗加工用φ12的平头刀，快速去除材料，预留加工余量为0.5mm，加工方法为粗加工。
②采用φ8的球头刀半精加工，去除材料，预留加工余量五0.1mm，保证加工尺寸，采用重新粗加工的方法加工。
③采用φ5的球头刀将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对于零件的圆角部位，为了保证表面加工质量，采用φ3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；
3.3加工工艺卡
表3-1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
平头刀开粗
体积块加工
φ12R1平头铣刀
1500
1500
2
球头刀半精加工
轮廓加工
φ10R05球头铣刀
1800
2000
3
球头刀精加工
轮廓加工
φ8球头刀
2000
2500
表3-2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
平头刀刀开粗
粗加工
φ12R1平头铣刀
1500
1500
2
球头刀半精加工
半精加工
φ8R05球头铣刀
1800
1800
3
球头刀精加工
精加工
φ5R05球头铣刀
2000
2000
4
球头刀清残角
精加工
φ3R05球头铣刀
2200
2200
第四章电话机的数控模拟加工
4.1电话机凸模的模拟加工
4.1.1调取型芯档案
1.启动Mastercam8.0。
点击主功能表中的档案→取档，将保存好的电话机型芯调到绘图区域，即完成型芯的取档。
4.1.2边界设定
1.点击主功能表中的刀具路径→工作设定，在工作设定对话框中，点击使用边界盒，选择型芯的四边和上表面，然后点击对话框中的确定，如图4-1所示，完成边界的设定。
4-1
4.1.3曲面加工
4.1.3.1曲面粗加工
1.点击刀具路径中的曲面加工→粗加工→挖槽粗加工→窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。
2.在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择φ12R1平头铣刀，刀具参数设置如图4-2所示。
4-2
3.曲面加工参数和挖槽粗加工参数设置如图4-3所示，其中参数：
安全高度30，下刀位置5.0，绝对坐标，加工预留量0.8，Z轴最大进给量2.5，等距环切，快速提刀，顺铣。
4-3
4.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM软件自动计算走刀路径。
4.1.3.2曲面半精加工
1.点击刀具路径中的曲面加工→精加工→环绕等距→窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。
2.在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择φ10R05球头铣刀，刀具参数设置如图4-4所示。
4-4
3.曲面加工参数和3D环绕等距加工参数如图4-5所示，其中参数：
加工预留量0.3，切
4-5
削方向误差值0.025，绝对坐标，最大切削间距0.8，快速提刀，顺铣。
4.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM软件自动计算走刀路径。
4.1.3.3曲面精加工
1.点击刀具路径中的曲面加工→精加工→环绕等距→窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。
2.在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择φ8R05球头铣刀，刀具参数设置如图4-6所示。
4-6
3.曲面加工参数和3D环绕等距加工参数如图4-7所示，其中参数：
加工预留量0，最大切削间距0.6，绝对坐标，快速提刀，顺铣。
4-7
4.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM软件自动计算走刀路径。
5.所有参数设置完之后，点击操作管理→实体切削验证，进行电话机凸模的数控模拟加工，加工完之后的电话机模型如图4-8所示。
4-8
6.模拟加工完之后，点击操作管理→执行后处理→储存NC档→确定。
4.2电话机凹模的模拟加工
4.2.1调取型腔档案
1.点击主功能表中的档案→取档，将保存好的电话机型腔调到绘图区域，即完成型腔的取档。
4.2.2边界设定
1.点击主功能表中的刀具路径→工作设定，在工作设定对话框中，点击使用边界盒，选择型腔的四边和上表面，然后点击对话框中的确定，完成边界的设定。
4.2.3曲面加工
.4.2.3.1曲面粗加工
1.点击刀具路径中的曲面加工→粗加工→挖槽粗加工→窗选，将型腔放置到俯视面，窗选型腔，点击执行。
2.在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择φ12R1平头铣刀，刀具参数设置如图4-9所示。
4-9
3.曲面加工参数和挖槽粗加工参数设置如图4-10所示，其中参数：
安全高度30，下刀位置5.0，绝对坐标，加工预留量0.5，Z轴最大切削量2.5，等距环切，顺铣。
4-10
4.参数设置完之后，点击功能表中的执行，CAM软件自动计算走刀路径。
4.2.3.2曲面半精加工
1.点击刀具路径中的曲面加工→精加工→环绕等距→窗选，将型芯放置到俯视面，窗选型芯，点击执行。
2.在出现的刀具参数对话框中右击空白处，点击从刀库中选取刀具，选择φ8R05球头铣刀，刀具参数设置如图4-11所示。
4
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