小牛的造型設(shè)計(jì)與數(shù)控加工本科論文

密級：學(xué)號：本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）小牛的造型設(shè)計(jì)與數(shù)控加工學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：完成日期：本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）③可調(diào)夾具：經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，有比較好的應(yīng)用范圍，但是加工對象不固定。3.5.2裝夾方案的選擇在考慮到小牛加工時夾具裝夾方案，我們要根據(jù)定位基準(zhǔn)面和我們選擇的工件加工表面的加緊方式。我們在選擇夾具時，通常要注意夾具要滿足我們加工的需求，這是我們首先要考慮的，在這個前提下我們在考慮其經(jīng)濟(jì)性。在夾具的選擇中我們要注意夾具與機(jī)床的適應(yīng)性，我們選擇的夾具要方便裝夾工件、剛性好、精度高、耐磨耐腐蝕等因素。根據(jù)這些要求，我選擇三抓卡盤比較合適。在裝夾工件時要注意一下幾點(diǎn):(1)裝夾時要注意夾具不能與刀具太近，以免在加工過程中產(chǎn)生刀具與夾具相接觸的情況，損壞刀具；(2)由于加工材料選擇的是鋁塊，在裝夾時要注意裝夾的高度，避免在加工過程中出現(xiàn)刀具與夾具碰觸，損壞刀具和夾具；(3)在裝夾時要注意不能使得裝夾太緊（注意不要太松）使得加工材料出現(xiàn)比較大的形變，影響加工精度；(4)裝夾前注意清理夾具上的雜物，避免在裝夾時出現(xiàn)誤差，使得工件在加工中出現(xiàn)較大誤差。小牛的造型比較復(fù)雜，是由許多的曲面構(gòu)成。在加工材料上選用的鋁，在表面粗糙度上比較好，而且我們選擇平口鉗做為夾具，這使得在裝夾過程中要注意裝夾的水平度，夾具的裝夾力要適中，避免裝夾時的力過大，迫使材料變形，使得加工精度產(chǎn)生誤差。圖3-1平口鉗夾具3.6工序方案、加工順序及加工余量的確定3.6.1工序方案的確定根據(jù)小牛造型設(shè)計(jì)的要求及其表面粗糙度的要求，我們在表面加工工藝方案的確定上才用粗車-半精車-精車的加工順序，在小牛造型之中有一個弧形槽，我們才用半精銑-精銑的加工方案。在整個小牛的加工過程中，我們對表面精度的要求是統(tǒng)一的，在考慮到小牛的底部是在最后加工的，并且在加工后再處理表面時回比較空難，我們可以適當(dāng)降低小牛底部的精度要求。在整個銑削加工中我們要注意一下幾點(diǎn)：(1)在加工的過程中，要注意工序之間不要相互受到影響，尤其是在精車時注意這一點(diǎn)，如果出現(xiàn)加工的工藝的重復(fù)，可能造成產(chǎn)品表面的精度大不到設(shè)計(jì)要求；(2)在加工時，首先因該加工小牛頭部的弧形槽，在加工其他表面，這樣就避免了加工表面時對槽的影響；(3)在裝夾時一定要夾好，如果出現(xiàn)裝夾問題將是無法挽回的錯誤。3.6.2加工順序的確定根據(jù)小牛的加工精度要求，將加工順序劃分為：（1）粗加工階段：快速去掉大部分的加工余量，同時為后面的加工提供較精確的基準(zhǔn)和保證后續(xù)加工余量的均勻，所以這個階段的特點(diǎn)是吃刀深、進(jìn)給量大、轉(zhuǎn)速慢；（2）半精加工階段：為精加工做準(zhǔn)備，確保精加工的加工余量，搞定次要表面的加工，這個時候要達(dá)到一定的精度及表面粗糙度，所以切削用量較小，轉(zhuǎn)速較高；（3）精加工階段：實(shí)現(xiàn)加工精度及表面粗糙度的設(shè)計(jì)要求，所以切削用量更小，轉(zhuǎn)速更高。3.6.3加工余量的確定根據(jù)加工余量的分析、工序方案及其加工順序的確定，我們將每一道加工余量進(jìn)行確定。根據(jù)零件的基本尺寸和選擇加工材料，通過查表得到零件總的加工余量為1.5-2.5mm之間，考慮到實(shí)際加工的需要，我們將總加工余量確定為2mm。表3-4工序余量、公差等級、表面粗糙度加工順序工序余量（mm）公差等級（IT）表面粗糙度（R/m）粗加工1.5IT1212.5半精加工0.8IT96.0精加工0.4IT70.83.7走刀路線的確定走刀路線的選擇直接關(guān)系到零件加工是否符合設(shè)計(jì)要求，更關(guān)系到產(chǎn)品的加工效率。由于在小牛的設(shè)計(jì)中，曲面的應(yīng)用非常的多，這就給走到路線的選擇帶來了比較大的空難。3.7.1走刀的基本原則數(shù)控加工時我們的加工走到路線是非常重要的，在選擇的過程中要遵循一下兩點(diǎn)原則：(1)首先我們要確保加工的質(zhì)量，不能因?yàn)樽叩堵肪€選擇不規(guī)范使得零件的加工精度和表面粗糙度不符合規(guī)定；(2)其次是要考慮到加工工時，要選擇恰當(dāng)?shù)淖叩铰肪€，機(jī)床空路程，降低工時，提升生產(chǎn)效率；圖3-2最短走刀路線的設(shè)計(jì)如圖3-2所示，在加工孔時（c）的加工時間要節(jié)約一倍，提高了生產(chǎn)效率。3.7.2銑削方式的選擇數(shù)控加工中的銑削方式一般為順銑和逆銑。這兩種方式各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，我們要綜合考慮零件加工的需要，來選擇銑削方式。順銑對加工表面的質(zhì)量較好，對刀具的磨損也相對較小。根據(jù)小牛的造型設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)，我們選擇順銑方式并且從材料的頂端下刀，這樣就可以滿足對小牛外表面的精度和粗糙度的要求。圖3-3銑削的三種方式3.7.3小牛加工路線的確定小牛的外形設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且對加工精確性和表面光滑度的需求較高，所以為了避免干擾到零件加工品質(zhì)，我們選擇進(jìn)刀和退刀時沿零件輪廓的相切線上，以保證輪廓表面的光滑。在整個加工過程中，我們要求進(jìn)給連續(xù)，不能再加工過程中出現(xiàn)停頓?？紤]到小牛的頭部有一個弧形槽，切槽的底部為曲面，考慮到曲面加工的方式一共有三種，即沿參數(shù)曲面的Y向行切（a），沿X向行切（b）和環(huán)切（c）如圖所示，這幾種走刀路線之中，a優(yōu)點(diǎn)是加工精度較高；b優(yōu)點(diǎn)是行程短，每次沿直線入，點(diǎn)位計(jì)算方便；c一般為內(nèi)槽的加工。在選擇c方案之后要考慮進(jìn)刀和退刀，在加工是要沿切線進(jìn)刀并且在槽的中部（如圖3-4），退刀時注意不要碰到槽沿。圖3-4進(jìn)退刀路徑3.8刀具的選擇科學(xué)技術(shù)的穩(wěn)步前進(jìn)，數(shù)控機(jī)床的加工速度逐步加快，這就使得加工行業(yè)對刀具的要求變得更加高。3.8.1數(shù)控銑床的常用刀具有一下幾種：(1)盤銑刀：一般采用在盤狀刀體上機(jī)夾刀片或到頭組成，常用于端銑較大的平面；(2)端銑刀：數(shù)控銑削中常用的刀具；(3)成型銑刀：多用于平面的加工，也可用于孔加工；(4)球頭銑刀：刀頭為球形，在加工復(fù)雜曲面中有較廣泛的應(yīng)用，可以加工較小的圓弧曲面。3.8.2銑刀的選用原則刀具選擇總的原則是裝調(diào)快捷、強(qiáng)度高、硬度高和精度高。在實(shí)際生產(chǎn)中，選擇刀具的主要依據(jù)是一下幾點(diǎn)：(1)加工曲面零件時，一般才用球頭刀。粗加工用兩刃銑刀，半精加工和精加工用四刃銑刀；(2)銑削較大平面時，為一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀；(3)銑削小平面或臺階時，一般采用通用銑刀；(4)銑鍵槽時，一般采用兩刃鍵槽銑刀；(5)孔加工時，可采用鉆頭、鏜刀等孔加工類刀具。根據(jù)以上幾點(diǎn)選用原則，在加工小牛的外形和尺寸的要求下，我們采用球頭刀。粗加工為兩刃球頭銑刀，半精和精加工采用四刃球頭銑刀。在加工凹圓弧是，考慮到凹圓弧的深度只有1mm，所以才用平頭立銑刀。表3-5選用道具的基本參數(shù)（mm）銑刀類型銑刀型號半徑（R）刃長（L1）柄徑（D）全長（L）銑刀材料兩刃球頭銑刀EST/M-N-BQ203L48852高速鋼四刃球頭銑刀FSW-XD3.53.6750高速鋼平頭立銑刀HMX2.54650高速鋼3.9切削液的選取選擇合理切削液能使切削力和切削溫度得到降低，從而提高刀具的使用壽命，防止工件過熱產(chǎn)生變形和改善已加工表面的質(zhì)量。3.9.1切削液的作用（1）冷卻作用：降低刀具溫度，減小工件變形和提高刀壽命；（2）潤滑作用：降低刀面與工件摩擦、黏結(jié)，從而提升加工面的質(zhì)量；（3）清洗和排屑的作用：在切削工程中產(chǎn)生的碎屑和粉末，我們可以通過切削液將它們清除掉；（4）防銹作用：使工件和切削液之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成保護(hù)膜，到達(dá)保護(hù)工件免受氧化作用。3.9.2切削液的種類切削液的種類繁多，主要分為水溶液、乳化液和切削油等。表3-6常用的冷卻液冷卻液名稱主要成份主要作用水溶液水、防銹添加劑冷卻、清洗乳化液水、油、乳化劑冷卻、潤滑、清洗、防銹切削油礦物油、動植物油、極壓添加劑或油性潤滑、防銹根據(jù)小牛加工所選材料和刀具，我們選擇乳化液作為加工時的切削液，濃度為5%。3.10對刀點(diǎn)的選擇數(shù)控加工時，首先確定零件的坐標(biāo)原點(diǎn)，建立加工坐標(biāo)系，同時考慮刀具尺寸對加工影響。(1)試切法對刀：原理是根據(jù)刀具與毛坯相互接觸產(chǎn)生摩擦來找到坐標(biāo)原點(diǎn)，這種方法的缺點(diǎn)是側(cè)面的加工品質(zhì)不高；(2)工具對刀：對于外表苛刻的工件。根據(jù)所選刀具的型號，我們確定對刀的方法，采用試切法對刀。在生個加工中，我們主要加工的是外部輪廓，我們在對刀時要確定棒材的軸心為加工坐標(biāo)原定，這樣有利于我們加工小牛的外部輪廓。圖3-5對刀和換到的確定圖3-6不同刀具的到位點(diǎn)3.11工藝文件編制工序卡片根據(jù)加工的工序，將每道工序所使用的刀具參數(shù)和機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和背吃刀量等相關(guān)參數(shù)編織為表格3-7。表3-7工序參數(shù)單位產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號名稱/小牛1工序號程序編號夾具名稱使用設(shè)備車間//平口鉗KVC650加工中心/工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度背吃刀量備注mmr/minmm/minmm1輪廓粗銑T01D8350010503/2輪廓半精銑T02D7350012001.5/3輪廓精銑T02D7500020000.5/4凹圓弧槽半精銑銑T03D5500020000.8/5凹圓弧槽精銑T03D5500020000.2/6切斷T04D320004003編制審核批準(zhǔn)共1頁第1頁刀具卡片根據(jù)小牛加工的需要，將整個加工過程中所需要的刀具詳細(xì)參數(shù)編織為表3-8。表3-8刀具具體參數(shù)產(chǎn)品名稱或代號/零件名稱輪廓加工零件圖號1序號刀具號刀具規(guī)格名稱直徑長度刀具材料加工部位備注1T01D8R4球頭銑刀4070高速銑削鋼//2T02D7R3.5球頭銑刀3770高速銑削鋼//3T03D5平頭立刀3470高速銑削鋼//4T04D10切斷銑刀4040高速銑削鋼//編制審核批準(zhǔn)共1頁第1頁第4章零件的數(shù)控加工編程4.1初始參數(shù)的設(shè)定UG有計(jì)算機(jī)輔助制造模塊，給我們在數(shù)控加工中帶來了許多方便，我們在加工時只需要將加工的各個參數(shù)輸入電腦，電腦將會自動根據(jù)設(shè)定的參數(shù)完成數(shù)控機(jī)床的編程，從而節(jié)省成本。1.我們選取的材料為長80mm，寬為80mm，高15mm的鋁塊。2.進(jìn)入數(shù)控加工階段，根據(jù)加工工藝的順序進(jìn)行加工。進(jìn)入UG的加工模塊，設(shè)定加工環(huán)境為“mill_contour”。在“加工導(dǎo)航器”設(shè)定加工的坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)定工件與刀具的安全距離為51mm，如圖4-1所示。圖4-1選擇“WORKPIECE”，指定加工部件，毛坯幾何體和指定材料為MATO-00103，選擇指定部件為全部，指定毛坯，如下圖4-2所示。圖4-24.2創(chuàng)建刀具1.進(jìn)入“創(chuàng)建刀具”功能，在刀具的類型中選第二個立式銑刀，刀具名稱為”D8”,在球頭銑刀的參數(shù)選項(xiàng)中選擇刀具直徑8mm，刃長8mm，長度52mm，刀具刃數(shù)為2，刀具號1;如圖4-3所示。圖4-3同理，用相同的方法創(chuàng)建其他的刀具D7，D5D4刀具參數(shù)：直徑7，刃長3.6，全長50，刀刃4，刀具號2；D5刀具參數(shù)：直徑5，刃長4，全長50，刀刃4，刀具號3；4.3創(chuàng)建粗加工操作進(jìn)入“加工方法視圖”中“MILL_ROUGH”點(diǎn)擊右鍵進(jìn)入插入-操作界面,在操作類型中選第六個“跟隨輪廓粗加工”，設(shè)置刀具和幾何體，如圖4-4所示。圖4-4表4-1編程基本參數(shù)表參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值刀具材料硬質(zhì)合金進(jìn)給速度1050刀具類型球頭銑刀主軸轉(zhuǎn)速3500刀具刃數(shù)2公差0.03刀具直徑3切削步距5刀具半徑1.5切削深度3圓角半徑1.5加工余量側(cè)壁2快進(jìn)速度1050底面/打開“切削參數(shù)”設(shè)置切削方向?yàn)轫樸姡邢魃疃葍?yōu)先，在“余量”中設(shè)置毛坯余量為2mm。公差為0.05mm，如圖4-5所示。圖4-5在完成這些設(shè)置后，進(jìn)入“進(jìn)給率和速度”界面，在主軸轉(zhuǎn)速中設(shè)主軸3500，進(jìn)給率1050，點(diǎn)擊生成按鈕，生成刀具的軌跡和切削面，如圖4-6所示。圖4-6圖4-7由于在切削過程中，無法一次走刀完成小牛的粗加工的尺寸要求，所以要進(jìn)行二次進(jìn)給和走到，集體參數(shù)如圖4-7,4-8所示。圖4-84.4創(chuàng)建半精加工進(jìn)入“加工方法視圖”根據(jù)粗加工的創(chuàng)建步驟，創(chuàng)建半徑加工的操作步驟，基本參數(shù)乳下表：表4-2編程基本參數(shù)表參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值刀具材料硬質(zhì)合金進(jìn)給速度1200刀具類型球頭銑刀主軸轉(zhuǎn)速3500刀具刃數(shù)4公差0.03刀具直徑2切削步距刀具直徑50%刀具半徑1切削深度1.5圓角半徑1加工余量側(cè)壁0.5快進(jìn)速度1200底面/根據(jù)編輯基本參數(shù)表，進(jìn)入“切削參數(shù)”策略選項(xiàng)，切削方向?yàn)轫樸?，切削順序?yàn)閷觾?yōu)先。在“余量”選項(xiàng)中，部件余量為0.5mm，毛坯余量為0.5mm。如圖4-9所示。圖4-9在完成切削和余量的設(shè)置后，我們要對“切削模式”設(shè)置為輪廓加工，主軸轉(zhuǎn)速為3500，進(jìn)給率為1200，點(diǎn)擊生成，形成刀具走到路徑，其他數(shù)據(jù)如4-10,4-11所示。圖4-10圖4-114.5精銑小牛表面在精加工時我們采用輪廓銑，在工具欄中選操作平面，選中輪廓銑，將使用幾何體的項(xiàng)目改為WORKPIECE，“使用方法”才用精加工，在刀具選用D1進(jìn)行小牛造型的輪廓加工，點(diǎn)擊確定進(jìn)入平面銑削界面，選中圖標(biāo)，點(diǎn)擊確定進(jìn)入工件界面，在幾何體中選指定部件、指定毛坯，選取曲線為邊界，點(diǎn)擊選取加工中心的外輪廓線框，完成的設(shè)置。在選取，完成加工底面的設(shè)置。在切削方式上選擇“跟隨部件”，將“切削深度”設(shè)定為0.5mm，點(diǎn)擊生成按鈕，看刀具的走刀能否完成，點(diǎn)擊完成創(chuàng)建操作，接著進(jìn)入2D模擬，如圖4-12所示。圖4-12圖4-13在完成精加工后，由于加工的難度較大，在實(shí)際加工中我們要對最后的加工進(jìn)行清根處理才能完成這個加工過程，如圖4-13所示。4.6后處理后處理只要是在整個編程中的刀具軌跡和數(shù)控加工中的程序生成。在項(xiàng)目選項(xiàng)中點(diǎn)擊“后處理”，進(jìn)入“后處理”界面，如圖4-14所示。圖4-14經(jīng)過后處理后，導(dǎo)出NC代碼，部分代碼如下：%G17

G90

G54G40

G49

G80G91

G28

Z0.0

M06

T01

G00

G90

X20

Y70.

S19000

M03

G43

G00

Z10

H11

G00

Z3

G01

X10

Y60.

Z1.5

F2000.

M08

G01

X10.5

Y54

Z1.5G01

X22.

Y50.3

Z1.5G03

X34.3

Y12.

I0.0

J12.3

G01

X34.3

Y12.

Z-1.5G03

X22.

Y24.3

I12.3

J0.0

G01

X22.

Y24.3

Z-1.497

G03

X34.3

Y12.

I0.0

J12.3

G01

X34.3

Y12.

Z1.497

G03

X22.

Y24.3

I12.3

J0.0

G01

X10.5

Y24.3

Z1.5

G02

X18.969

Y-18.3

I-10.273

J6.169

G01

X22.

Y-18.3

Z16.4

G03

X28.3

Y-12.001

I0

J6.3

G01

X28.3

Y12.

Z16.4

G03

X22.

Y18.3

I-6.3

J0G01

X18.9Y18.3

Z16.4

G01

X18.9

Y30

Z16.4

G01

X18.9

Y30

Z-\13.4

G00

Z19

M05

M09

G91

G28

Z0.0

G28

X0.0

Y0.0

M30

%結(jié)論在造型設(shè)計(jì)中，我們要利用UG這個強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件來完成圖紙的設(shè)計(jì)和數(shù)控加工流程的制作。整個設(shè)計(jì)中要利用曲面來完成造型。產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)上也是一個重點(diǎn)，這其中要確定我們在加工中所有流程的制作，要考慮的加工中各個環(huán)節(jié)中藥注意的事項(xiàng)。綜合來看，畢業(yè)論文有以下三點(diǎn)：第一：小牛的造型設(shè)計(jì)。在小牛的整體造型中，首先要利用UG繪制小牛的整體輪廓。在輪廓的繪制中要利用樣條曲線和不斷建立新的繪圖平面，來完成小牛的輪廓設(shè)計(jì)。其次是對小牛的表面設(shè)計(jì)，利用曲面網(wǎng)格等繪制小牛的表面。最后就是對小牛進(jìn)行倒圓角，對不同的部件進(jìn)行縫合完成整個小牛的造型設(shè)計(jì)。第二：小牛加工的工藝。在小牛的加工中對小牛的加工工程進(jìn)行確定。加工路線、刀具的尺寸、加工余量、進(jìn)給速度、機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和夾具等對加工用重要影響的因素，并且對具體的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，從而確保能夠順利的對小牛的造型進(jìn)行加工。第三：小牛的數(shù)控編程。利用UG軟件，對小牛的數(shù)控加工進(jìn)行編制。在編制時對加工坐標(biāo)、加工路線、加工刀具和具體的加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使得數(shù)控機(jī)床可以根據(jù)相關(guān)設(shè)定加工小牛的形狀。數(shù)控編程要能實(shí)現(xiàn)小牛的模擬加工和數(shù)控代碼的生成。本次畢業(yè)論文，在設(shè)計(jì)的理念和理論上有了很大的提高。此外，在造型設(shè)計(jì)中也從在許多不足，我們可以在造型方面在進(jìn)行改進(jìn)。在設(shè)計(jì)中我們發(fā)現(xiàn)一些曲面還不是很完美，從在曲面的而過度不協(xié)調(diào)，影響小牛的整體美觀，還存在造型的單一，在以后我們可以在造型的多樣性上下功夫。參考文獻(xiàn)［1］張?jiān)平?、張?jiān)平?jīng).UGNX7.0［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.5.［2］展迪優(yōu).UGNX8.0曲面設(shè)計(jì)實(shí)例精解［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社第二版2012.1144~165/168~200.［3］王愛玲武文革.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床［M］.國防工業(yè)出版社第二版，2009.3.［4］武友德.機(jī)械加工工藝［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.630~86.［5］高長銀、劉麗.UGNX9.0數(shù)控多軸加工實(shí)例［M］.北京：北京工業(yè)出版社，2015.5.［6