1、武汉大学纺织行业及管理知识解析毕业设计武汉纺织大学毕业设计（论文）十字架飞镖模具设计与数控加工学生姓名。梁森南学生学号:1011312115 院（系）: 高等职业技术学院年级专业: 数控技术指导教师:肖志权二一二年十二月武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称：十字架飞镖模具设计与数控加工完成期限：2012年11月1日至 2012 年 12月31日院系名称高等职业技术学院指导教师肖志权专业班级数控102 指导教师职称副教授学生姓名梁森南院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字一、课题训练内容1.资料收集、文献查询、整理和归纳能力；2.毕业设计课题理解、分析能力；3.设计技术方案分析、比较和拟
2、定能力；4.零件尺寸联系拟定能力；5.零件设计和数控加工能力；6.表述及写作能力；7.独立思考、分析及解决问题能力。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）1、任务：完成零件结构尺寸拟定；零件设计、数控自动编程与数控加工；缮写出设计计算说明书。2、要求：技术方案设计正确，零件设计合理、正确。图纸绘制符合国家规范规范（CAD方式）。设计计算说明书规范，文字通畅，达到10000字以上。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料1、主要参数： 图1 零件图2、主要参考资料：1 冯炳尧，韩泰荣主编. 模具设计与制造简明手册M. 上海：上海科学技术
3、出版社，19982 黄道业主编.数控铣床编程、操作及实训M.合肥:合肥工业出版社，20053 陈明，刘刚，钟敬文主编. CAXA制造工程师数控加工M. 北京：北京航空航天大学出版社，20064 廖念钊主编. 互换性与技术测量M. 北京：中国计量出版社，20005 张幼桢主编. 金属切削原理及原理M. 北京：国防工业出版社，1990四、毕业设计（论文）进度表:表1-1 进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期111.111.6布置任务，收集资料，熟悉课题211.711.14总体结构技术方案或数控加工工艺技术方案设计311.1512.5结构总图或数控加工程序设计412.612.
4、18零件图设计或零件数控加工制作512.1912.26撰写毕业设计说明书612.2712.29准备毕业设计答辩武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称零件模型设计与数控加工 院系名称高 职 院专 业数控技术班 级数控102学生姓名梁森南一、课题背景与文献综述1. 课题研究的意义 通过此次的设计，让我掌握模具设计，数控加工所需的工艺知识，提高合理设计模具的数控编程能力。也让我能够在数控加工时，能够根据实际情况，充分考虑各种制造方法的特点从而选择最佳的工艺技术方案。锻炼我把所学专业知识运用在实际设计生产中的实践能力，为以后在实际生产设计中打下良好的基础。本次的毕业设计对我们具有很大的意义：掌握
5、各种制造方法对模具结构的要求，具有分析模具结构工艺的能力，能够加工出工艺性能良好的模具结构。培养理论联系实践的设计思想，训练综合运用机械设计，数控加工编程和有关课程的理论，结合生产实践分析和解决工程实践问题的能力，巩固、加深和宽展有关机械设计和数控加工方面的知识。在设计过程中，培养独立思考、深入钻研，主动的、创造的进行设计。2.所属领域的发展状况模具被称为工业产品之母，是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。没有模具，就没有高质量的产品。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标
6、志之一。近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使模具的制造水平比十年前进了一大步，为了快速发展我国的模具技术，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和改革开放方针引导下,我国模具正向着高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命模具的方向迅速发展。除了国内良好的市场环境外，对中国模具行业来说，国际模具市场更加呈现出高速前行的态势。从模具设计和制造技术方面来看模具的发展趋势可归纳如下几个方面。1）规范化开展模具规范化工作，使通用零件规范化、系列化、商品化，以适应大规模地成批地生产成型模具。2）高效率、自动化 大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具
7、，对改善判件质量、提高生产效率，降低产品成本起了很大的作用。3）计算机辅助设计和制造技术CAD/CAM技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实践证明，CAD /CAM技术是模具制造的发展方向。大力开展企业信息化工程，可从计算机辅助工艺设计开始向计算机集成制造乃至向虚拟制造发展，逐步深化和提高。4）超精加工和复合加工随着精密成型模具日益增多，必须用超高精度的模具来制造超高精度的零件。超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工技术在今后的模具制造中将要进一步扩大应用。二、研究内容本课题主要按照老师的安排，完成某个零件的相关模具设计和数控加工过程，主要研究设计的内容有： 1、完成
8、零件的分模。2、完成模具凸模的数控加工编程，选择合理的加工步骤，并生成相对应的G代码。3、完成设计零件的数控加工。4、完成设计计算说明书以及进行设计答辩。三、研究方法及步骤综合运用机械设计及其有关课程的专业理论知识，明确设计的任务和要求，并拟定设计计划，注意掌握进度，在老师的指导下按时完成。设计分阶段进行，每一阶段的设计都要认真检查，没有原则错误时才能继续进行下一阶段的设计，保证设计质量，完成设计任务。设计步骤如下：1、明确本课题的设计要求；2、收集、分析、消化原始资料，收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备及特殊加工资料等，以备设计模具时使用； 3、 把所给的零件进行分模；4、 选择合适的
9、数控加工技术方案；5、 按照选定的技术方案进行模具的数控加工；6、 整理资料并行归档。四、主要参考资料：1 冯炳尧，韩泰荣主编. 模具设计与制造简明手册M. 上海：上海科学技术出版社，19982 黄道业主编.数控铣床编程、操作及实训M.合肥:合肥工业出版社，20053 廖念钊主编. 互换性与技术测量M. 北京：中国计量出版社，20004 张幼桢主编. 金属切削原理及原理M. 北京：国防工业出版社，1990 5 王启平主编. 机械制造工艺学（第五版）M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006指导教师签名：年 月 日摘 要本文主要研究旋纽模具的数控铣削工艺以及在此基础上的数控铣床的程序编制。了解
10、数控铣床在旋纽模具加工中的运用，从而完成旋纽模具数控铣削工艺性分析以及编写数控加工工艺文件。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分，各工业发达国家业投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统。本文以数控编程中的加工工艺分析及设计为出发点，着力分析零件图，从数控加工的实际角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在了解数控加工铣削基础、数控铣床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工技术方案、确定加工路线和加工内容以及对一些特殊的工艺问题处理的基础上，控制数控编程过程中的误差，从而
11、大大缩短了加工时间，提高了效率，降低了成本。此次设计采用CAXA制造工程师软件，CAXA制造工程师从设计、编程到生成G代码完全由软件来实现，设计和加工效率大大提高。关键词：模具设计；数控铣削； 数控加工工艺； CAXA制造工程师1 绪论11.1前言11.2 本文的研究背景与意义11.3数控编程技术的历史22. 零件模具的造型42. 1 CAXA制造工程师CAD/CAM系统102.2零件模具的造型103.零件模具的加工工艺分析133.1数控加工工艺133.1.1分析零件图143.1.2数控加工工艺概念与工艺过程153.1.3数控铣床加工的工艺设计特点153.1.4数控铣床加工工艺的主要内容183
12、.2加工方法的确定183.3数控加工工艺路线的设计183.3.1数控铣削加工零件的工序顺序193.3.2数控铣削工序的各工步顺序203.4走刀路线的设计203.4.1 铣削平面的加工路线213.5夹具的选择223.6刀具的选择223.6.1铣削用刀具及其选择223.6.2刀具材料应该满足零件的加工要求233.7铣削用量的确定233.7.1吃刀量的选择233.7.2每齿进给量的选择243.7.3主轴转速的确定253.8数控加工工艺文件254. 零件模具的数控加工274.1粗加工的参数设置274.2等高线粗加工的参数设置324.3精加工的参数设置384.4 轨迹仿真424.5 生成G代码464.5
13、数控铣床上的加工495. 小结50参考文献51附录52致谢541 绪论1.1前言数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的
14、。本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并利用CAXA制造工程师软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。利用数控仿真系统软件完成仿真加工。利用CAD/CAM软件及G代码指令进行手工编程。1.2本文的研究背景与意义当今，在电子技术和计算机技术的高速发展的同时，制造业发生了根本性的变化，其中一个重要的标志就是数控技术的广泛应用。普通机床逐渐被高效率、高精度的数控机床所代替，制造业正朝着高自动化、高智能化的方向发展。与普通机床相比，数控机床可显著提高加工效率和加工精度，例如烟灰缸模具中非圆的平面曲线，普通机床根本无法加工，或是加工精度很低，或是加工时间
15、很长，而使用数控机床可以在很短的时间内加工出来，其加工精度和加工效率是普通机床所无法达到的。数控技术在短短几十年内得到了飞速发展，并己形成了巨大的生产力。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分，各工业发达国家也投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统。此次采用的CAXA制造工程师从设计、编程到生成G代码完全由软件实现，设计和加工效率大大提高，现已广泛用应于塑模、锻模、汽车覆盖件拉伸模、压铸模等复杂模具的生产以及汽车、电子、航空航天等行业的精密零件加工。1通过此次的设计，让我掌握模具设计，数控加工所需的工艺
16、知识，提高合理设计模具的数控编程能力。也让我能够在数控加工时，能够根据实际情况，充分考虑各种制造方法的特点从而选择最佳的工艺技术方案。锻炼我把所学专业知识运用在实际设计生产中的实践能力，为以后在实际生产设计中打下良好的基础。本次的毕业设计对我具有很大的意义：掌握各种制造方法对模具结构的要求，具有分析模具结构工艺的能力，能够加工出工艺性能良好的模具结构。培养理论联系实践的设计思想，训练综合运用机械设计，数控加工编程和有关课程的理论，结合生产实践分析和解决工程实践问题的能力，巩固、加深和宽展有关机械设计和数控加工方面的知识。在设计过程中，培养独立思考、深入钻研，主动的、创造的进行设计。1.3数控编
17、程技术的历史零件加工程序的编制是数控加工的基础，国内外数控加工统计表明，造成数控设备空闲的原因大约2030是编程引起的，可见数控编程直接影响设备的使用效率。数控机床出现不久，计算机就被用来帮助解决复杂零件的加工，称为计算机辅助编程或自动编程。自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，有数控语言自动编程和图形交互自动编程。语言自动编程就是利用计算机以专门的数控语言编写零件的源程序，来实现自动编制零件数控加工程序。近年来，计算机技术发展十分迅速，计算机的图形处理能力有了很大的增强。因而“图形交互自动编程”应运而生，并在70年代以后，得到迅速的发展和推广应用。“图形交互自动编程”是一种
18、计算机辅助编程技术，它是通过专用的计算机软件(如机械CAD软件)来实现。利用CAD软件的图形编辑功能，通过使用鼠标、键盘、数字化仪等将零件的几何图形绘制在计算机上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的实时对话方式，在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可以自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。这种编程方法，不需要编制零件加工源程序，编程方法简单易学，与语言自动编程相比，具有速度快、直观性好、使用简单、便于检查等优点。因此，“图形交互自动编程”已成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编
19、程方法。二十世纪八十年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，出现了并行工程的概念。为了适应并行工程发展的需要，数控编程技术正向集成化和智能化方向发展。进入二十世纪九十年代，随着Web技术的不断发展，传统的产品设计、制造和生产模式正在发生深刻的变革，出现了协同设计制造、异地设计制造、全球制造等一系列新概念和新技术。将Web技术和CAM技术相结合，成为CAM系统的又一重要发展方向。目前正在研制的新一代CAM系统将采用面向对象、面向工艺特征的基本处理模式，系统的自动化水平、智能化程度将大大提高。系统结构将独立于CAD、CAPP系统而存在，为CAPP的发展留下空间，更符合网络集成化的要求。1.4 数
20、控铣床结构、使用、操作步骤等情况简介数控铣床形式多样，不同类型的数控铣床在组成上虽有所差别，但却有许多相似之处。下面以XK5040A型数控立式升降台铣床为例介绍其组成情况。锯040A型数控立式升降台铣床配有四3MA数控系统，采用全数字交流伺服驱动。该机床由6个主要部分组成即床身部分，铣头部分，工作台部分，横进给部分，升降台部分，冷却、润滑部分。(1)床身床身内部布局合理，具有良好的刚性，底座上设有4个调节螺栓，便于机床进行水平调整，切削液储液褴设在机床座内部。(2)铣头部分铣头部分由有级(或无级)变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精度轴承上保证主轴具有高回转精度和良好的刚性；主轴装有快
21、速换刀螺母，前端锥采用1$0505锥度；主轴采用机械无级变速，其调节范围宽，传动平稳，操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，可节省辅助时间，刹车时通过制动手柄撑开止动环使主轴立即制动。启动主电动机时，应注意松开主轴制动手柄。铣头部件还装有伺服电机、内齿带轮、滚珠丝杠副及主轴套简，它们形成垂直方向(z方向)进给传动链，使主轴作垂向直线运动。(3)工作台工作台与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装在工作台右端的伺服电机驱动的。通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠剐，从而使工作台获得纵向进给。工作台左端装有手轮和刻度盘，以便进行手动操作。床鞍的纵横向导轨面均采用了TuRcllE B贴塑面
22、，从而提高了导轨的耐磨性、运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。(4)升降台(横向进路部分)升降台前方装有交流伺服电机驱动床鞍作横向进给运动，其传动原理与工作台的纵向进给相同。此外在横向滚珠丝杠前端还装有进给手轮，可实现手动进给。升降台左侧装有锁紧手柄，轴的前端装有长手柄，可带动锥齿轮及升降台丝杆旋转，从而获得升降台的升降运动。(5)冷却与润滑装置冷却系统。机床的冷却系统是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，冷却泵将切削液从底座内储液池打至出水管，然后经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。润滑系统及方式。润滑系统是由手动润捐油泵、分油器、节流阀、油管等组
23、成。机床采用周期润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒、纵横向导轨及三向滚珠丝杆进行润滑，以提高机床的使用寿命。2. 零件模具的造型2. 1 CAXA制造工程师CAD/CAM系统2.1.1CAM系统的编程基本步骤如下：1) 理解二维图纸或其它的模型数据2) 建立加工模型或通过数据接口读入3) 确定加工工艺（装卡、刀具等）4) 生成刀具轨迹5) 加工仿真6) 后期处理生成NC代码7) 输出加工代码现在分别予以说明。2.1.2加工工艺的确定加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：A.核准加工零件的尺寸、公差和精度要求B.确定装夹位置C.选择刀具D.确定加工路线E.选定工艺参数2.
24、1.3加工模型建立利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供规范的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频
25、繁，这种形式目前越来越普遍。被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。(a)刀具轨迹生成建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成
26、了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。(b)后期G代码生成在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后期处理功能是非
27、常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。(c)加工代码输出生成数控指令之后，可通过计算机的规范接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。2.2零件模具的造型a. 在【零件特征】中选择XY平面，在该平面进行建模。单击【草图】图标，建立草图。图2-1零件草图1b. 单击【拉伸增料】图标，在对话框中选择类型为固定深度、深度10，如图2-2所示。ab图 2-2 拉伸增料c. 选择
28、上图毛坯的上表面，在该平面进行建模。单击【草图】图标，建立草图。图2-3 零件草图2d. 单击【拉伸增料】图标，在对话框中选择类型为固定深度、深度10，如图2-4所示。（a）b图2-4拉伸增料e. 在【零件特征】中选择XY平面，在该平面进行建模。单击【草图】图标，建立草图。图2-5 零件草图3f. 单击【拉伸增料】图标，在对话框中选择类型为固定深度、深度5，如图2-6所示 ab图2-6 拉伸增料g. 单击【拔模】图标，角度设为30，需过渡的元素为边面，如图2-7所示。ab图2-7拔模h. 单击【过渡】图标，半径设为3，需过渡的元素为边面，如图2-8所示ab图2-8 过渡i. 最终形成模型图，如
29、图2-9所示。图2-9 模型图3. 零件模具的加工工艺分析3.1数控加工工艺数控铣床加工工艺过程一般是：先通过分析零件图样，明确工件适合在数控铣削的加工内容、加工要求，然后以此为出发点确定零件在数控铣削的加工工艺和过程顺序。接着确定数控加工的工艺装备，如：确定何种类型、规格、技术参数的机床；考虑工件如何装夹及装夹技术方案的拟定；选择适合加工的表面、结构特征和技术要求的刀具并进行调试，明确和细化工步的具体内容，包括对走刀路线、位移量和切削参数等的确定。数控铣床加工工艺过程如图3-1所示。图3-1 数控铣床加工工艺过程3.1.1分析零件图I分析零件的尺寸标注在分析零件图时，除了考虑尺寸数据是否有遗
30、漏或重复、尺寸标注是否模糊不清和尺寸是否封闭等因素外，还应该分析零件图的尺寸标注方法是否便于编程。无论是用绝对、增量、还是混合方式编程，都希望零件结构的形位尺寸从同一基准出发标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法，不仅便于编程，而且便于尺寸之间的相互协调，并便于保持设计、制造及检验基准与编程原点设置的一致性。不从同一基准出发标注的分散类尺寸，可以考虑通过编程时的坐标系变换的方法，或通过工艺尺寸链解算的方法变换为统一基准的工艺尺寸。此外，还有一些封闭尺寸，为了同时保证孔间距的公差，直接按名义尺寸编程是不行的，在编程时必须通过尺寸链的计算，对原孔位尺寸进行适当的调整，保证加工后的孔距尺寸符合公差要求。实际生产中有许多与此相类似的情况，编程时一定要引起注意。2、分析加工的质量要求 检查零件加工结构的质量要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或技术方案。虽然数控铣床的加工精度高，但对一些过薄的腹板和缘板零件应认真分析结构特点。这类零件在实际加工中因较大切削力的作用容易使薄板产生弹性退让变形，从而影响到薄板的加工精度，同时也影响到薄板的表面粗糙度。当薄板的面积较大而厚度又小于3mm时，就应充分重视这一问题，并采取相应措施来保证其加工的精度。如在工艺上，减小每次进刀的切削深度或切削速
