论文相关方法-基于UG的斜槽凸台零件的数控加工与编程-CNKI知网查重网站

论文相关方法-基于UG的斜槽凸台零件的数控加工与编程

2021-06-01 13:41:50
作者:杭州千明

  本次设计为了得到斜槽凸台的数控加工工序卡,数控加工工艺过程卡,数控加工程序等作品,在做上述工作的时候需要绘制CAD零件,完善图纸的尺寸公差,表面粗糙度符号,计术要求等。然后确定每个位置的加工方式,确定夹具型号和量具规格,选择加工设备并计算切削三要求,程序使用UG自动编程,编写程序的系统为法兰克数控编程系统。

  自动编程的程序使用UG软件, 侯先设计加工坐标点,加工毛坯,加工刀具,确定加工位置,并且生产刀轨并且加工仿真。

  通过本次设计得到一种斜槽凸台零件的加工方法和加工工艺,加工夹具和加工程序,为以后同类型的零件加工提供一种切实可行的加工方法。

  本次设计的零件名称为斜槽凸台,由键槽结构,圆弧结构,矩形结构,内孔结构等组成,产品结构较为复杂,绘制图纸如下图1-1所示,详见附图。

  图1-1零件CAD图

  1.1.2尺寸精度的要求分析

  零件最大轮廓尺寸为110x90x22mm,轮廓的尺寸公差为±0.01。零件有四个对称分布的斜槽,槽的宽度为8mm,深度为4mm,零件有对称分布3xφ9的孔,孔的深度为9.4mm,孔的尺寸上偏差为0.03,下偏差为0mm,零件由R5圆弧,R20圆弧等特征组成了高度5mm的凸台。

  1.1.3几何形状精度的要求分析

  零件的形状也不规则,在加工时还需要主要零件的形位公差,来保证零件的平面度要求。

  零件以90x22mm侧面为设计基准B,宽度52mm的凸台与设计基准B的垂直度为0.05mm。

  1.1.4表面粗糙度的要求分析

  零件使用去除毛坯材料的方式加工出零件,所以要对标注了标注了表面粗糙度位置件分析,分析零件的表面粗糙度, 侯先需要有专业的书籍作为参考,参考《机械制造技术课程设计指导教程》P13表1-11平面加工方案的经济精度和表面粗糙度中找到关于的未淬硬钢,铸铁,非铁金属端面加工,本次设计的毛坯材料为45#,符合这个表的标准。

  因为本次加工零件的零件未注的表面粗糙Ra=3.2μm,对应的经济加工精度为IT8级,使用粗铣—精铣加工即可完成精度要求。

  零件φ9内孔的表面粗糙Ra=6.3μm,对应的经济加工精度为IT10级,使用钻孔—扩孔加工即可完成精度要求。

  1.2零件毛坯和材料分析

  型材就是常见的钢板零件,钢板按轧制分,分热轧和冷轧,本次设计选择毛坯类型为热轧钢板。

  零件的材料选择45钢,该钢冷塑性一般,具有较高的强度和较好的切削加工性,并且价格便宜,零件的最大轮廓为110x90x22mm,设置毛坯尺寸为114x94x26mm,绘制毛坯结果如下图1-2所示。

  图1-2毛坯图

  1.3装夹方案分析

  产品的装夹方案要根据毛坯的结构,加工设备的类型来选择,比如车床加工零件基本会选择三爪卡盘,四爪卡盘或者双顶尖装夹,在选择时也只有这三种选项,铣床加工零件会使用三爪卡盘,平口钳,电磁吸盘等装夹,本次设计的毛坯为矩形毛坯,适合用平口钳进行装夹,平口钳是铣床加工时的一种通用夹具,由动钳口,定钳口,钳身和推杆等零件组成,平口钳固定在铣床工作台上,然后使用百分表找正平口钳,就可以装夹毛坯进行加工。

  图1-3平口钳

  1.4定位基准分析

  精加工基准选择110x90mm轮廓面为精加工基准。

  粗基准的选择主要保证各加工表面有足够的加工余量,使加工面与不加工面间的位置符合图样要求,并特别注意尽快获得精基面。选择原则包括选择重要表面、不加工表面、加工余量最小的表面作为粗基准。

  粗加工基准选择94x114mm毛坯面为粗加工基准。

  1.5加工工艺方案分析

  1.5.1选择加工方法

  本次设计参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》P11表1-11平面的经济加工精度和表面粗糙度来判断零件的加工方式。轮廓使用粗铣—精铣加工,内孔使用钻孔—扩孔加工。

  1.5.2加工方案分析

  工序1:铣削加工底面,厚度25mm

  工序2:粗铣90x110mm轮廓,深度19.5mm,留精铣余量0.5mm

  工序3:精铣90x110mm轮廓,深度19.5mm,到尺寸要求

  工序4:铣削加工上端面,厚底22mm

  工序5:粗铣96x54mm轮廓,深度4mm,留精铣余量0.5mm

  工序6:精铣96x54mm轮廓,深度4mm,到尺寸要求

  工序7:粗铣凹槽轮廓,深度4mm,留精铣余量0.5mm

  工序8:粗铣凹槽轮廓,深度4mm,到尺寸要求

  工序9:粗铣宽度4处宽度8mm槽,留精铣余量0.5mm

  工序10:精铣宽度4处宽度8mm槽,到尺寸要求

  工序11:中心钻定位

  工序12:钻3xφ9内孔,深度9.4mm。

  工序13:孔边倒角

  工序14:按图纸要求检验

  1.6机床的选择

  本次设计选择数控铣床,选择机床型号为XH714汉川加工中心,该加工中心机床床身、立柱、工作台、主轴箱等大件均采用优质树脂砂造型、高强度优质铸铁,内部基础件均采用进口零件,结构紧凑、运动平稳、精度高。如下图1-3所示。

  图1-4铣床夹具

  技术参数如表1-1所示:

  表1-1机床参数表

  规格及技术参数单位XH714

  工作台尺寸mm 900x400

  三轴行程mm 630x400x500

  T型槽尺寸mm 2-18-125mm

  最大加工长度mm 930

  主轴中心至立柱导轨面距离mm 515

  工作台承重kg 600

  快速移动速度m/min 24/24/20

  主轴电机功率kw 7.5

  主轴孔锥度bt40

  刀库类型斗笠式刀库

  编程系统发那科

  机床外形尺寸mm 2100x3200x2375

  1.7刀具的选择

  不同的机床需要配置不同的加工刀具,比如数控车床会配置外圆车刀,内孔车刀,车槽刀等专业的车削刀具,钻床会配置麻花钻,铰刀,中心钻等,本次设计会使用数控铣床加工,会配合面铣刀,立铣刀等刀具,刀具的材料选择高速钢刀具,刀具了的规程等参数如表1-2所示。

  表1-2数控加工刀具卡片

  刀具号刀具规格名称刀具材料数量加工内容

  H01φ50面铣刀高速钢1工序1 4

  H02φ20立铣刀高速钢1工序2356

  H03Φ6立铣刀高速钢1工序78910

  H04 A3中心钻高速钢1工序11

  H05Φ9麻花钻高速钢1工序12

  图1-5面铣刀

  图1-6立铣刀

  图1-7中心钻

  图1-8麻花钻

  1.8切削用量的选择

  。

  切削用量的合理选择直接影响到零件的表面质量以及加工效率,因此切削用量的选择是数控加工工艺编制过程中不可缺少的一部分,通常为了保证加工的表面质量,一般留有0.2mm~0.5mm的精加工余量。

  根据此零件的刀具材料、零件材料和机床性能通过表1-3推荐表得知:

  1-3常用切削用量推荐表

  工件材料粗加工精加工

  切削速度(mm/min)进给量(mm/r)背吃刀量(mm)切削速度(mm/min)进给量(mm/r)背吃刀量(mm)

  碳钢220 0.2~0.4 1~3 260 0.1 0.2~0.4

  合金钢150 0.2~0.4 1~3 180 0.1 0.2~0.4

  铸铁80 0.2~0.4 1~3 160 0.1 0.2~0.4

  钛合金40 0.2~0.4 1~1.5 150 0.1 0.2~0.4

  灰铸铁120 0.2~0.4 1~2 120 0.15 0.2~0.5

  铝合金1600 0.2~0.4 1~1.5 1600 0.1 0.2~0.5

  查表计算确定该零件在数控加工过程中的切削用量,最终填写在表格里面。

  (1)φ50面铣刀

  加工时根据查表及经验,选取Vc=130m/min,f=0.3mm/r,ap=2mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×130)/(3.14×50)]r/min=828r/min取800r/min

  进给速度:F=f×n=(0.3×800)mm/min=240mm/min

  (2)φ20立铣刀

  粗加工时根据查表及经验,选取Vc=40m/min,f=0.3mm/r,ap=1mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×40)/(3.14×20)]r/min=636r/min取600r/min

  进给速度:F=f×n=(0.3×600)mm/min=180mm/min

  精加工时根据查表及经验,选取Vc=60m/min,f=0.1mm/r,ap=0.5mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×60)/(3.14×20)]r/min=955r/min取1000r/min

  进给速度:F=f×n=(0.1×1000)mm/min=100mm/min

  (3)φ6立铣刀

  粗加工时根据查表及经验,选取Vc=20m/min,f=0.3mm/r,ap=1mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×20)/(3.14×6)]r/min=1061r/min取1000r/min

  进给速度:F=f×n=(0.3×600)mm/min=180mm/min

  精加工时根据查表及经验,选取Vc=35m/min,f=0.1mm/r,ap=0.5mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×35)/(3.14×6)]r/min=1857r/min取1900r/min

  进给速度:F=f×n=(0.1×1900)mm/min=190mm/min

  (4)A3中心钻

  加工时根据查表及经验,选取Vc=6m/min,f=0.05mm/r,ap=3mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×6)/(3.14×3)]r/min=636/min取700r/min

  进给速度:F=f×n=(0.05×700)mm/min=35mm/min

  (5)φ9麻花钻

  加工时根据查表及经验,选取Vc=15m/min,f=0.05mm/r,ap=3mm。

  则:主轴转速:n=1000Vc/πd

  =[(1000×15)/(3.14×9)]r/min=530r/min取600r/min

  进给速度:F=f×n=(0.05×600)mm/min=30mm/min

  将上述参数填入数控加工工艺卡片,如下表1-4,1-5所示所示。

  表1-4数控加工工艺卡片一

  表1-5数控加工工艺卡片二

  数控加工工序简图也需要进行绘制,如下表1-6所示所示。

  表1-6数控加工工序简图

  第二章UG环境下CAM编程及后置处理

  2.1零件三维造型设计

  2.1.1新建文件

  本次设计使用的软件为UGNX10.0版本,该版本经过西门子公司不断的研究和发展以及支持中文版本, 侯先双击UG的图标,进入UG的欢迎界面,如下图2-1所示。

  图2-1 UG主界面图

  点“CTRL+0”指令,弹出“新建模型”的对话框,这一步需要把UG默认的参数进行修改, 侯先修改名称为“斜槽凸台”,将这个文件保存在做面上,效果如下图2-2所示。

  图2-2新建文件图

  点“确定”按钮,进入UG建模的初始对话框,进入之后点键盘的“CTRL+S”按钮对文件进行包装,效果如下图2-3所示。

  图2-3初始界面

  2.1.2绘制草图

  开始绘制草图,直接将主视图的轮廓完整的绘制出来,点“插入—任务环境中的草图”然后点击2下鼠标中键,进入草绘环境,如下图2-4所示。

  图2-4进入草图环境

  绘制草图需要使用直线,圆弧,圆,镜像等指令,绘制圆弧和直线只需要按键盘的Z键就可以,其他的指令可以在任务栏中选择,绘制完成之按键盘的D键进行标注,标注完成之后稍微拖一下尺寸,做的美观一些,如下图2-5所示。

  图2-5绘制草图

  草图做到这一步就绘制完成了,点键盘的Q,绘制是点击,就可以退出草图的绘制,如下图2-6所示。

  图2-6草图效果

  点键盘的X键,或者点“插入—拉伸”指令,选择截面为90x110的轮廓面,拉伸方向为Z轴的负方向,拉伸的高度为19mm,其他所有的参数默认,点鼠标中键结束绘制,拉伸结果下图2-7所示。

  图2-7拉伸实体

  继续使用拉伸指令,就不需要在进行选择,直接点键盘的F4键,重新启动拉伸指令,选择截面为对称的四个斜槽面,拉伸方向为Z轴的负方向,拉伸的高度为4mm,布尔运算设置为求差,其他所有的参数默认,点鼠标中键结束绘制,拉伸结果下图2-8所示。

  图2-8拉伸键槽

  点键盘的F4键,重新启动拉伸指令,选择截面为52x96的截面,拉伸方向为Z轴的正方向,拉伸的高度为3mm,布尔运算设置为求和,其他所有的参数默认,点鼠标中键结束绘制,拉伸结果下图2-9所示。

  图2-9拉伸凸台

  点键盘的F4键,重新启动拉伸指令,选择截面为不规则槽的截面,拉伸方向为Z轴的正方向,拉伸的高度为3mm,负方向为1mm,布尔运算设置为求差,其他所有的参数默认,点鼠标中键结束绘制,拉伸结果下图2-10所示。

  图2-10拉伸不规则槽

  点“插入—设计特征—孔”指令,选择截面为2xφ9的孔,选择孔的类型为常规孔,孔的直径为φ9mm,深度为9.4mm,布尔运算为求差,其他所有的参数默认,点鼠标中键结束绘制,孔的绘制结果下图2-11所示。

  图2-11钻孔1

  点键盘的F4键,重新启动钻孔指令,选择第三个孔的位置,参数和图1-13的参数一致,孔的绘制结果下图2-12所示。

  图2-12钻孔2

  这个产品使用了草图,拉伸,钻孔三个指令,最终在UG软件绘制绘制出了完整的效果,结果如下图2-13所示。

  图2-13最终三维图

  2.2 CAM编程的一般步骤

  编程之前需要做的步骤如下:

  1:绘制三维模型。

  2:进行工艺分析,并且确定毛坯尺寸。

  3:选择加工刀具和对刀点。

  4:计算切削用量。

  在编程时针对绘制好的三维模型进行加工,在软件中编辑刀具尺寸,将坐标系确定在指定的位置,然后在进行CAM编程,只要设置好正确的加工方法,切削方式和非切削方式就可以得到正确的加工刀路。

  2.3编程参数设置

  2.3.1初始参数设置

  点键盘的“CTRL+AIT+M”指令激活加工界面,系统弹出“加工环境”的对话框,然后直接点确定,如下图2-14所示。

  图2-14加工环境

  选择几何试图,弹出“工序导航器—几何”试图,选择“MSC-MILL”机床坐标铣,双击激活之后,弹出铣削坐标选择对话框,将坐标放在矩形的中心上,如下图2-15所示。

  图2-15加工坐标

  选择工件, 侯先指定部件,如下图2-16所示。

  图2-16加工部件

  点击指定毛坯,毛坯类型为包容块,偏置2mm即可,如下图2-17所示。

  图2-17设置毛坯

  对称的加工坐标铣,毛坯不用重新设置,如下图2-18所示。

  图2-18对面的坐标

  2.3.2创建刀具

  点击创建刀具,按照刀具卡的样式进行设置, 侯先设置D50的面铣刀,如下图2-19所示。

  图2-19建立铣刀

  D20的立铣刀和D6立铣刀的创建方式与图2-19一致,然后创建麻花钻,麻花钻为φ9麻花钻,如下图2-20所示,完成的刀具创建如图2-20所示。

  图2-20建立麻花钻

  图2-21完整刀具

  2.3.3开始加工

  (1)平面铣:铣削加工上端面,厚底25mm,使用D50面铣刀加工端面,如下图所示。

  图2-22工序图图2-23刀路图

  图2-24仿真效果

  (2)型腔铣:粗铣90x110mm轮廓,深度19.5mm,留精铣余量0.5mm,使用D20立铣刀加工四周轮廓,如下图所示。

  图2-25工序和余量设置

  图2-26加工深度图2-27刀路图

  图2-28仿真效果

  复制上面这个程序,把加工余量修改为零,得到新的加工刀路,完成精铣90x110mm轮廓,深度19.5mm,到尺寸要求,如下图所示。

  图2-29加工余量图2-30刀路图

  图2-31仿真效果

  (3)平面铣:铣削加工上端面,厚底22mm,使用D50面铣刀加工端面,如下图所示。

  图2-32工序图图2-33刀路图

  图2-34仿真效果

  (4)型腔铣:粗铣96x54mm轮廓,深度4mm,留精铣余量0.5mm,使用D20立铣刀加工四周轮廓,如下图所示。

  图2-35工序和余量设置

  图2-36加工深度图2-37刀路图

  图2-38仿真效果

  复制上面这个程序,把加工余量修改为零,得到新的加工刀路,完成精铣96x54mm轮廓,深度4mm,到尺寸要求,如下图所示。

  图2-39加工余量图2-40刀路图

  图2-41仿真效果

  (5)型腔铣:粗铣凹槽轮廓,深度4mm,留精铣余量0.5mm,使用D6立铣刀加工四周轮廓,如下图所示。

  图2-42工序和余量设置

  图2-43加工区域

  图2-44加工刀路图2-45刀路图

  (6)平面铣:精铣凹槽轮廓,深度4mm,到尺寸要求,使用D6立铣刀加工端面,如下图所示。

  图2-46工序图图2-47刀路图

  图2-48仿真效果

  (7)型腔铣:粗铣宽度4处宽度8mm槽,留精铣余量0.5mm,使用D6立铣刀加工四周轮廓,如下图所示。

  图2-49工序和余量设置

  图2-50加工区域

  图2-51加工刀路图2-52刀路图

  (8)平面铣:精铣宽度4处宽度8mm槽,到尺寸要求,使用D6立铣刀加工端面,如下图所示。

  图2-53工序图图2-54刀路图

  图2-55仿真效果

  (9)钻中心孔:使用A3中心钻钻定位孔,如下图所示。

  图2-56工序图

  图2-57加工点

  图2-58加工刀路图2-59刀路图

  (9)钻深刻孔:使用φ9麻花钻钻孔,如下图所示。

  图2-60工序图

  图2-61加工点

  图2-62加工刀路图2-63刀路

  2.4后处理

  后处理可以一次性全部导出程序,也可以单独一个工序出一个程序,如果需要全部出就在这个位置右键单击,然后选择后处理中的三轴后处理选项,单位选择公制,如下图所示。

  图2-64后处理

  点确定,得到NC程序如下图所示。

  图2-65程序

  2.5部分NC程序的输出

  工序1:铣削加工底面,厚度25mm

  N0010 G40 G17 G90 G71

  N0020 G91 G28 Z0.0

  N0030 T01 M06

  N0040 G00 G90 X-83.Y44.997 S1200 M03

  N0050 G43 Z13.H01

  N0060 Z3.

  N0070 G01 Z0.0 F700.M08

  N0080 X-80.

  N0090 X80.

  N0100 Y9.9985

  N0110 X-80.

  N0120 Y-25.

  N0130 X80.

  N0140 X83.

  N0150 Z3.

  N0160 G00 Z13.

  N0170 M02

  工序2:粗铣90x110mm轮廓,深度19.5mm,留精铣余量0.5mm

  N0010 G40 G17 G90 G71

  N0020 G91 G28 Z0.0

  N0030 T02 M06

  N0040 G00 G90 X-76.9945 Y0.0 S1200 M03

  N0050 G43 Z12.H02

  N0060 Z2.025

  N0070 G01 Z-.975 F700.M08

  N0080 X-65.5

  .......

  N3140 G02 X-55.Y55.5 I10.5 J0.0

  N3150 G01 X55.

  N3160 G02 X65.5 Y45.I0.0 J-10.5

  N3170 G01 Y-45.

  N3180 G02 X55.Y-55.5 I-10.5 J0.0

  N3190 G01 X-55.

  N3200 G02 X-65.5 Y-45.I0.0 J10.5

  N3210 G01 Y0.0

  N3220 X-76.9976

  N3230 Z-16.5

  N3240 G00 Z12.

  N3250 M02

  工序6:精铣96x54mm轮廓,深度4mm,到尺寸要求。

  N0010 G40 G17 G90 G71

  N0020 G91 G28 Z0.0

  N0030 T02 M06

  N0040 G00 G90 X-38.1003 Y-66.9967 S1200 M03

  N0050 G43 Z12.H02

  N0060 Z2.1667

  N0070 G01 Z-.8333 F700.M08

  N0080 Y-47.9967

  N0090 X-57.0034

  N0100 G02 X-57.2217 Y-47.971 I0.0 J.9393

  ........

  N1670 G02 X-27.8812 Y-36.0231 I0.0 J36.5

  N1680 G01 X-28.2035 Y-37.9969

  N1690 X-38.0997

  N1700 Y-66.9969

  N1710 Z.5

  N1720 G00 Z12.

  N1730 M02

  工序12:钻3xφ9内孔,深度9.4mm。

  N0010 G40 G17 G90 G71

  N0020 G91 G28 Z0.0

  N0030 T05 M06

  N0040 G00 G90 X-22.Y0.0 S1200 M03

  N0050 G43 Z3.H05

  N0060 G83 Z-12.1039 R3.F700.Q5

  N0070 X22.

  N0080 G83 X0.0 Y-16.Z-14.7039 R3.Q5

  N0090 G80

  N0100 M02

  总结

  本次课题用到了我所学的所有的专业课的知识和技能,从书上查表计算数据到CAD制图和UG自动编程完成设计,这次设计是对我的一场综合考试,也是检验我在大学三年内的对我所学知识的应用和自己独立自主完成零件工艺的能力,也是我对数控加工和编程的一次考核。

  现在设计加工零件不能光靠书本上的理论知识,也要考虑在加工的过程中可能会碰到的难题,由于实际加工中要考虑到有些尺寸无法加工或者加工困难这就要我对我的零件的图纸和工艺进行调整,这些都是宝贵的学习过程。

  这次课题也发现我的不足之处, 侯先我要加强我的专业知识,在查找使用刀具,和切削计算的选择上还是十分生疏,不能选择最合适的数据,需要我不停的去应用和复习以前所学的知识,其次我的专业知识还不能很好的关联使用,这也需要我在以后工作的中不断的学习和应用

  这次毕业设计,给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。