基于mastercam_x5棘轮零件三维设计及自动编程毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于mastercam_x5棘轮零件三维设计及自动编程毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

数控机床已经在机械加工部门占有非常重要的地位，是柔性制造系统、计算机集成制造系统、自动化工厂的基本构成单位。 努力发展数控加工技术，向着更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业的发展方向。 数控铣削加工技术 数控铣削加工是以铣削为加工方式的数控机床加工，包括数控铣床、加工中心加工等。 在数控机床中所 占的比例比较大，在航空航天、汽车制造、一般机械制造加工和模具制造业中应用非常广泛。 数控铣削加工 中心 的特点 如下： (1)加工精度高。 在加工中心上加工，其工序高度集中，一次装夹即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次装夹所产生的装夹误差，因此，加工表加工中心面之间能获得较高的相互位置精度。 同时，加工中心多采用半闭环，甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，与普通机床相比，能获得较高的尺寸精度。 (2)精度稳定。 整个加工过程由程序自动控制，不 受操作者人为因素的影响。 同时，没有凸轮、靠模等硬件，省去了制造和使用中磨损等所造成的误差，加上机床的位置补偿功能和较高的定位精度和重复定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。 (3)效率高。 一次装夹能完成较多表面的加工，减少了多次装夹工件所需的辅助时间。 同时，减少了工件在机床与机床之间、车间与车间之间的周转次数和运输工作量。 (4)表面质量好。 加工中心主轴转速加工中心和各轴进给量均是无级调速，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整到最佳数值，从而提高了各加工表面的质量。 (5)软件适应性大。 零件每个工序的加工内容、机床切削用量、工艺参数都可以编人程序，可以随时修改，这给新产品试制，实行新的工艺流程和试验提供了方便。 本课题的主要任务 7 给定样图如图 所示。 图 零件样图 根据图 需要完成以下五项内容： （ 1）绘制零件二维图及三维图； （ 2）分析零件结构、技术要求等； （ 3）对零件进行工艺分析； （ 4）制定合理的加工方案； （ 5）运用 Mastercam绘制出零件的三维图及仿真加工。 2 零件的三维造型设计 软件的选择 选择 MasterCAM X5 软件进行造型及编程。 Mastercam是美国 CNC software公司开发的基于 PC平台的 CAD/CAM软件，由于它对硬件要求不高，且操作灵活、易学易用并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。 目前，在各种 CAD/CAM 软件中其装机量居世界第一。 8 Mastercam 是一套全面服务于制造业的数控加工软件，它包括设（ Design）、车削（ Lathe）、铣削（ Mill）与线切割（ Wire）四个模块。 其中设计模块主要用于绘图和加工零件造型；车削模块主要用于生成车削加工刀具路径；铣削模 块主要用于生成铣削加工的刀具路径；线切割模块主要用于生成电火花与线切割的加工路径。 其中后三个模块内也包括设计模块中的完整设计功能。 Mastercam 的铣削功能模块（ Mill）是在生产实践中运用得最多最广泛的数控编程模块。 它主要的功能有：具有完整的曲线曲面建模功能，便于建立 2D、 3D 几何模型；能高效地编制各种铣削加工程序；用它可快速设计加工零件，还可以组织、管理相关的文档； Mastercam 的数据转换器，可与任何 CAD 系统交换数据，这些转换器包括： Ascii、 STEP、 Autodesk、 IGES、 Parasld、 STL、 VDA、 SAT、 ProE 等。 零件的三维造型设计 绘制顶盖 （ 1）绘制草图 运用曲线功能，绘制出顶盖的草图曲线如图 所示。 图 草图 （ 2）实体旋转 运用“实体旋转”工具，对草图进行旋转。 最终得到如图 所示的顶盖图形。 9 图 顶盖图形 （ 3）实体切割 1）绘制草图 运用曲线功能绘制出如图 所示草图。 图 切割草图 2）实体切割 单击“挤出实体”工具，然后拾取上图中左侧的曲线，在弹出的对话框中设置如图 所示参数。 然后单击确定，最后得 到如图 所示三维实体。 10 图 参数设置 图 三维实体 底座的绘制 （ 1）绘制草图 运用曲线功能，绘制出如图 所示的草图。 11 图 底座草图 （ 2）拉伸实体 运用“挤出实体”工具，对草图进行拉伸，拉伸距离均为。 最终得到如图 所示的底座图形。 图 底座实体的生成 实体的结合 顶盖和底座生成之后，需要先将两实体进行结合为一体，这样方便后续的裁剪时更好的拾取体。 选择“布尔运算 结合”功能，分别拾取凸台实体和底座实体，然后按下回车键 ，即可将两实体合为一体。 最终得到的效果图如图 所示。 12 图 结合体 圆角的生成 运用“实体倒圆角”、“面与面倒圆角”等功能对外形进行倒圆角，最后得到的三维实体如图 所示。 图 倒圆角后的三位实体 实体抽壳 单击“实体抽壳”工具，选择需要抽壳的实体，然后在对话框中设置如图 所示参数，单击“确定”后得到如图 所示三维。 图 参数设置 13 图 抽壳后的实体 开口 （ 1）绘制草图 按照样图中曲线，绘制出切开口的曲线，如图 中内侧曲线所示。 图 切开口草图 （ 2）切割 选择“挤出实体”功能，拾取草图，然后进行切割，完成后将得到如图 14 所示样图。 图 切开口后的实体 六边形凸台的生成 （ 1）草图的绘制 运用曲线功能绘制出六边形凸台的曲线如图 所示。 图 六边形凸凸台曲线 （ 2）拉伸实体 选择“挤出实体”功能，拾取草图，然后进行拉伸，完成后将得到如图 所示三维实体。 15 图 六边形凸台绘制后的三维实体 孔的生成 同理运用挤出实体功能，最后得到 的三维实体如图 所示。 图 孔生成后的最终三维图 本章小结 到此为止，该零件的三维实体已经全部绘制完成。 回顾以上的绘制步骤，可以知道本次造型设计主要运用 Mastercam 中的功能有：曲线、挤出实体、倒圆角、布尔运算 结合等功能，总的来说该零件的造型比较简单，适合初学者学习。 16 3 零件的工艺规程设计 零件的工艺分析 如图 所示为件二维图（图中有不清晰之处请参见附图）。 零件材料为 45钢，单件生产，试运用所学知识确定零件的数控加工工艺及程序的编制。 零件二维图 零件的结构特点工艺性分析 从图 零件二维图及图 零件三维图分析得知，该零件的结构主要有底座、凸台、型腔、孔等部位组成，该零件涉及到曲面加工，在普通机床上难以加工，需要在数控机床上进行，在编程时，使用手工编程存在一定的难度，因此需要采用辅助软件进行编程。 零件无公差标注要求，故只需要将产品外形加工到位即可，表面粗糙度控制在。 毛坯的选择 毛坯是用来加工各种工件的坯料 ,毛坯的生产方法主要有 :铸造、锻造、焊接、冲压件 ,以及各种型材也可以用作毛坯。 根据其零件的结构特性，确 定该零件的毛坯类型为型材，毛坯材料为 45 钢，毛坯尺寸为 54 40 20mm。 17 定位基准的选择 （ 1）粗基准的选择：选择毛坯上下表面中任意一面以及零件的外轮廓其中一对边为粗基准，铣型腔及钻中间的孔。 （ 2）精基准的选择：以型腔底部及侧面为精基准定位，铣凸台，外形部位。 装夹方式的选择 该零件需要进行三次装夹方能完成加工。 第一次装夹时，铣削零件的上下表面，控制尺寸 ，可直接采用虎钳进行装夹；第二次装夹时铣削型腔及钻孔，此次装夹也可直接采用虎钳装夹；第三次装夹时铣削凸台及外轮廓，此次装夹需要 设计专用夹具进行装夹方能完成。 工序及工步的划分 工序 1：制造毛坯 50 40 20mm板材。 工序 2：铣上下表面，控制尺寸。 工序 3：铣型腔、钻孔。 工步 1：开粗； 工步 2：半精加工壁边及型腔内的六边形凸台轮廓； 工步 3：精加工腔底及六边形凸台表面； 工步 4：精加工壁边及半精加工型腔喇叭锥面； 工步 5：精修六边形凸台轮廓； 工步 6：精加工喇叭锥面； 工步 7：钻中心孔； 工步 8：钻底孔； 工步 9：铰孔； 工序 4：铣凸台 及外形。 工步 1：开粗； 工步 2：精加工外轮廓； 工步 3：半精加工凸台轮廓； 工步 4：精加工凸台交接面； 工步 5：精加工凸台及圆角； 工序 5：去毛刺。 工序 6：检验。 刀具的选择 根据零件的结构特点、加工余量、尺寸精度及表面粗糙度等技术要求，确定 18 该零件的刀具如表 所示。 表 数控加工刀具卡片 工序号 刀具编号 刀具规格名称 数量 加工表面 刀尖半径 /mm 3 T01 Ф 16 圆鼻刀 1 开粗 T02 Ф 4 圆鼻刀 1 半精加工壁边及型腔内的 六边形凸台轮廓 T03 Ф 6 平底刀 1 精加工腔底及六边形凸台表面 T04 Ф 2 圆鼻刀 1 精加工壁边及半精加工型腔喇叭锥面 T05 Ф 1 平底刀 1 精修六边形凸台轮廓 T06 Ф 2 球刀 1 精加工喇叭锥面 1 T07 Ф 3 中心钻 1 钻中心孔 T08 Ф 麻花钻 1 钻底孔 T09 Ф 8 铰刀 1 铰孔 4 T01 Ф 16 圆鼻刀 1 开粗 T02 Ф 3 平底刀 1 精加工外轮廓及交接面 T03 Ф 2 球刀 1 精加工凸台及圆角 T04 Ф 6 圆鼻刀 1 半精加工凸台轮廓 切削用量的选择 铣削用量的选择原则是：“在保证加工质量的前提下，充分发挥机床工作效能和刀具切削性能”。 在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择较大的铣削深度 ap 和铣削宽度 ac；其次选择较大的每齿进给量 fz；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度 vc。 （ 1）铣削深度 ap 和铣削宽度 ac 的选择 对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量≤ 8mm，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量 ~2mm 以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量＞ 8mm 时，可分两次或多次走刀。 铣削宽度和端铣刀直径应保持以下关系： d0=(~) ac（ mm） 对于圆柱铣刀，铣削深度 ap 应小于铣刀长度，铣削宽度 ac 的选择原则与端 19 铣刀铣削深度的选择原则相同。 （ 2）进给量的选择 每齿进给量 fz 是衡量铣削加工效率水平的重要指标。 粗铣时 fz 主要受切削力的限制，半精铣和精铣时， fz 主要受表面粗糙度限制。 表 每齿进给量 fz 的推荐值。