数控专业课程设计产品设计及其数控加工.doc

1、 目录第一章 绪论11.1本次毕业设计的课题与目的11.2 Pro/E、CAM的概述11.3 数控加工技术的发展历程与趋势21.4本毕业设计的主要内容5第二章 基于Pro/E软件的造型设计与分模6第三章 数控加工刀路编制25第四章 数控实际加工364.1生成NC程序364.2 传输NC数据至数控机床37结束语39致谢39第一章 绪论1.1本次毕业设计的课题与目的本次课题是基于pro/E的产品设计及其数控加工。目的是进一步了解零件设计的流程与掌握数控加工编程；掌握Pro/E、MasterCAM等软件的应用。1.2 Pro/E、CAM的概述Pro/ENGINEER是由美国PTC公司开发的三维CAD

2、软件，在工业造型设计和模具设计制造行业中得到广泛应用。运用Pro/ENGINEER软件，设计人员可以在计算机上实现虚拟现实设计和制造。由于当前，机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用，传统的工艺设计方式：由工艺师手工查手册、计算数据和编写报表、逐件设计，工艺文件的内容、质量以及编制时间主要取决于工艺师的经验和熟练程度。这种状况导致工艺文件的多样性、设计时间长和质量不易保证。这种工艺设计远不能适应当前机械制造行业发展的要求，其主要表现为：（1）传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大，效率低，是一项繁琐的重复性工作。（2）设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求。（3）工艺设计是经验性很强的工作，

3、它是随产品技术要求、生产环境、资源条件、工人技术水平、企业及社会的技术经济要求而多变，甚至完全相同的零件，在不同的企业，其工艺也可能不一样，即使在同一企业，也因工艺设计人员的不同而异。工艺设计质量依赖于工艺设计人员的水平。（4）工艺设计最优化、标准化较差，工艺设计经验的继承性也较困难。当前应用的较多CAM软件有MasterCAM、UG、Cimtron、PROE、 CAXA、 Power mill 等。MasterCAM是美国CNC Software,Inc公司开发的CAD/CAM一体化软件。它集二维绘图、三维实体、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等功能于一身，系统运行环境

4、要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果。Mastercam基于PC平台、支持中文环境、价位适中。故本次毕业设计采用MastercamV9.1作为数控编程软件，通过程序的后处理生成数控加工指令代码，缩短编程人员的编程时间，特别对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率,输人到数控机床既可完成加工。1.3 数控加工技术的发展历程与趋势目前，数字控制技术与数控机床，给机械制造业带来了巨大的变化。数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技

5、术敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率的必不可少的物质手段，也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。新世纪机械制造业的竞争，其实就是数控技术的竞争。现在世界数控技术的发展趋势主要有以下几点:数控系统向开放式体系结构发展；20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级

6、和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。1、 数控系统向软数控方向发展；实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段。 传统数控系统，这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机

7、丰富的软件资源相结合开发的产品。“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统，它由开放体系结构运动控制卡和PC机同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。SOFT型开放式数控系统，这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。3、数控系统控制性能向智能化方向发展；随着人工智能在计算机领域的渗透和

8、发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。4、数控系统向网络化方向发展；数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。数字制造，又称“

9、e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。5、数控系统向高可靠性方向发展；数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主

10、机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。6、数控系统向复合化方向发展；柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。7、数控系统向多轴联动化方向发展。加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质

11、量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。综前所述 ，数控技术课程是一门实践性很强的课程，离开实践，就谈不上素质，实践是知识转化并升华为素质的根本条件。要想达到理想的教学和实践效果，仅在课堂上

12、实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的数控设备价格的因素，经过多方调研，我们选定了一种能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的美国CNCsoftware公司研制的基于PC平台的masterCAM。本次毕业设计就是通过Pro/ENGINEER设计与建模,用masterCAM编制加工刀具路径,最后通过学校提供的数控加工系统把所需加工零件加工出来。1.4本毕业设计的主要内容1、pro/E软件三维造型2、模具设计3数控刀路编制4、实际加工第二章 基于Pro/E软件的造型设计与分模2.1引言本毕业设计是通过现实产品(图1-1

13、)的测量数据在PRO/E野火版2.0(1-2)上建模，分模，再由MASTERCAM9.0生成数控加工的刀路并通过模拟加工,最后用刀路数据在数控铣床上加工出产品的上下模。通过本课题目的是进一步了解PRO/E的设计与加工的流程与掌握数控加工编程。图1-1图1-22.2 Pro/E建模详细步骤。1.选择菜单栏中的文件/新建命令建立新的文件,系统弹出如图2-1所示新建对话框,在类型栏选择零件模块,在子类型栏选择实体模块,在名称输入栏输入文件名”BINGXIANGJIDANTUOJIA”,并取消使用缺省模板复选框,单击按钮。2系统自动弹出如图2-2所示新文件选项对话框，在模板选项选择公制零件设计模板mm

14、ns_part_solid，单击确定按钮。 图2-3图2-2图2-13系统启动零件设计模块如图2-3,点选TOP面草绘平面面图2-44进入绘图界面绘制如图图2-4的外形线。点选按钮，结束草绘特征。5选择拉伸命令，拉伸截面。设定拉伸高度是25.0,如图2-5所示。图2-5 拉伸实体 点击勾选按钮,结果如下图2-6所示：图2-6 6使用薄壳特征点选要从零件删除的面2-7， 图2-7 图2-7结果如图2-8：图2-87.剪切去除材料在视图right面绘制截面曲线图2-9用拉伸命令拉伸截面曲线单击向上去除材料,得到如图2-10特征：图2-10同理在侧面分别绘制截面曲线，如图2-11切割如图 图2-11

15、切割如图 绘制图2-12底面圆孔图2-12切割去除材料如图2-13所示:图2-138.倒圆角图2-14选取右图中红色线条,输入圆角半径为5，如图2-14完成的圆角特征如图2-15图2-15同样方法完成底面圆角特征如图2-16: 图2-16产品的最后建模外型和模型树，如图2-17。 图2-17 2.3 ProE分模详细步骤一 调入模具参考模型:1. 选择菜单栏中的文件/新建命令建立新的文件,系统弹出如图所示对话框,在类型栏选择制造模块,在子类型栏选择模具开腔模块,在名称输入栏输入文件”ych”,并取消使用缺省模板复选框,单击按钮，如图2-18。图2-182系统弹出如图所示新建文件选项对话框，在模

16、板栏选择公制模具设计模板“mmns_mfg_mold”,单击按钮。图2-193选择如图2-20所示菜单管理器中的模具模型/装配/参照模型命令。 图2-204系统弹出如图2-21所示的对话框，选择文件BINXIANGJIDANTUOJIA.PRT,单击打开按钮。图2-215系统在设计区显示打开的参考模型，并弹出如图所示放置对话框，要求选择装配约束参照，单击对话框中的按钮，以缺省位置将参考模型装配到模具装配体中，单击确定按钮，结果如图2-22。图2-22 6接受如图所示的参照模型名称为“YCH_REF”，单击确定，如图2-23。图2-237选择菜单管理器中的完成/返回命令结束参考模型装配。二设置收

17、缩率1选择如图2-24所示菜单管理器中的收缩/按尺寸命令，系统打开产品三维零件模型，并弹出如图所示按尺寸收缩对话框，在比率栏输入收缩率“0.005”，按回车键确认，单击按钮。图2-24 三 设计毛坯工件1.选择如图所示菜单管理器中的模具模型/创建/工件/手动命令，手动创建毛坯工件。2系统弹出如图所示创建选项对话框，在名称栏输入毛坯工件名称”yang”,单击确定按钮如图2-25。3系统弹出如图2-26所示创建选项对话框，选择创建特征选项，单击确定按钮。图2-26图2-25 7选择菜单管理器中的实体/加材料/拉伸/实体/完成命令。8系统在下方的信息提示区出现拉伸特征选项，如图2-27所示，按下定义

18、按钮。图2-279选取front面为草绘平面，top面为参照视图方向平面，选择如图2-28所示的参照。图2-28图2-30绘制如图2-29体积块截面:图2-29拉伸截面厚度为120，所得体积块如图2-30所示：图2-2610设计分型面 在设计分型面前,先将毛坯工件隐藏起来,便于后面复制参考模型的曲面。在菜单管理器中选择分型面创建，创建面名为PART_SURF_1，再选增加后如图所示，用复制方式创建分型面，如图2-31图2-31按住ctrl键复制如右图所示的曲面单击确定结束得到如图2-32图2-32复制如图曲面图2-33 曲面还有几个通孔必须将其封闭，定义填充环选择如图所示曲面 图2-34选择如

19、图所示菜单管理器中的完成参考/完成/返回命令，单击曲面复制对话框中的确定按钮，复制的分型面如图所示，单击确定结束分型面的复制。得到的分型面如2-34图： 图2-35接下来用曲面延拓增加分型曲面 图2-36单击完成选择如图2-36曲线单击完成选择延拓至的曲面结果如图所示图2-38图2-37同样方法选择曲面外边界，延拓得着色分型面如图2-38分型面创建完成。11分割体积块1选择模型树中的毛坯工件“yang”，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择撤消遮蔽命令，重新显示毛坯工件，如图2-39和2-40所示图2-40图2-39 2选择如图2-41所示菜单管理器中的模具体积块/分割/完成命令。图2-41 3系

20、统弹出如图所示分割对话框，选择分型面。分型面图2-42单击确定按钮结束分型面的选择。再按确定结束分割 图2-434系统自动沿分型面分割了体积块，如图2-43。12.抽取模具元件1选择如图2-44所示菜单管理器中的模具元件/抽取。图2-44 2单击弹出如图2-45所示创建模具元件对话框，单击选取全部体积块按钮，单击确定。图2-453选择菜单管理器中的完成/返回命令结束抽取模具元件。图2-464模型树中同时也产生抽取的模具元件零件，如图所示。13开模 开模是模具设计模拟的一个过程，结果如图2-47所示。 图2-47最后把SHANGMO-VOL-2-1.prt打开保存为IGES文件。本章小结： 1、

21、分模前应先装配零件，创建工件，工件尺寸应该根据塑胶模具知识，再结合实际生产来确定。2、因为塑胶材料有缩水特性，所以在分模前一定要定义材料的缩水率。3、分模的重点是创建分型面，分型面要根据实际生产与方便加工相结合。4、分模时如有抽芯，滑块等的模具，要先分此部分再分凹模与凸模。第三章 数控加工刀路编制3.1引言当前应用的较多CAM软件有MasterCAM、UG、Cimtron、PROE、 CAXA、 Power mill 等。MasterCAM是美国CNC Software,Inc公司开发的CAD/CAM一体化软件。它集二维绘图、三维实体、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等功

22、能于一身，系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果。Mastercam基于PC平台、支持中文环境、价位适中。故本次毕业设计采用MastercamV9.1作为数控编程软件，通过程序的后处理生成数控加工指令代码，缩短编程人员的编程时间，特别对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率,输人到数控机床既可完成加工。3.2凸模数控程序的编制3.2.1 准备工作分析当前加工工件的形状编制加工工件的工艺流程卡如下图:加工毛坯长132.0宽72.6 高 40.24顺序加工部位加工方式刀具选用主要刀

23、具参数（包括下刀速度、下刀方式、进给、转速）主要切削参数（每刀切深、行距、加工余量）1粗加工凸模外形 外形铣10mm有效长度25mm平刀 下刀速度200；垂直下刀；进给300；转速1500。每刀切深1.5mm；加工余量XY为0.5、Z为02粗加工凸模顶面挖槽粗加工10mm有效长度25mm平刀下刀速度200；进给300；转速1500。每刀切深1.5mm；加工余量0 .5mm4半精加工凸模平行铣精加工3mm有效长度11mm球刀下刀速度200；进给300；转速2000。加工余量0.2 mm5精加工凸模 平行铣精加工3mm有效长度11mm球刀下刀速度200；进给300；转速2000。加工余量0 mm6

24、精加工凸模平面面挖槽精加工2mm有效长度5mm平刀 下刀速度200；垂直下刀；进给200；转速1500。每刀切深0.3mm；加工余量XY为0、Z为0注:以上某些参数可以在数控机床上进行在线加 工调整,根据机床实际需要可进行实时优化。3.2 凸模数控程序编制3.2.1 IGES文件的调用用File / Converters / IGES / Read file 命令（选取所要的IGES文件）完成IGES文件调用。如图3-1所示。图3-1图3-2注：所需IGES文件导入Mastercam后可能会出现加工表面转变的现状，可以通过xfrom里的旋转命令通过基轴的转变可以得到所需要的加工表面如图3-2。

25、3.2.2 编刀路前的一些准备工作1、设置图层，设置Level2为当前层，用它来存放曲线，方便管理。生成曲线如图图3-32、Creat/Next meum/Bound.box/Ok命令做边界盒。 3把对加工没影响的曲面删除，如图3-4图3-43.2.3 整体加工刀路规划（刀路加工顺序）粗加工凸模外形粗加工凸模顶面半精加工凸模精加工凸模精加工凸模顶面轮廓。如图3.4示。 图3-53.2.4粗加工凸模外形 1、毛坯外表面加工刀具路径。用刀具路径/外形铣削命令。选取10的平底刀。参数设置如图3-6。设置此三处的参数，如图3-7、3-8、 3-9。图3-6图3-9图3-8图3-72、粗加工凸模。用曲面

26、加工/粗加工/挖槽粗加工，选用10平底立铣刀。主要参数设置如图3-10和3-11：图3-10图3-113、半精加工模腔。 用曲面加工/精加工/平面铣精加工命令,选取3的球刀。参数设置如图3-12：图3-12加工面干涉面 以下部分加工参数一样,只是选择的干涉面不同，分别如图3-12图3-123、精加工模腔。 用曲面加工/精加工/平面铣精加工命令,选取3的球刀。参数设置如下图：图3-13图3-14干涉面的选择与半精加工的选择方法一样。图3-15图3-16这样编制刀路可以减少走空刀的路径。3 4 5 6为半精加工刀路7 8 9 10为精加工刀路。图3-17半精加工与精加工的刀具路线如图3-175.精

27、加工模具上表面，模具上表面是一个平整的曲面，所以可用2的平刀。用平面挖槽加工方法，选择如图曲线图3-17 选择的曲线方向必须一致，确保走刀路线最短。参数设置如图3-18 3-19： 图3-18图3-19最后所有刀路设置完成如图3-19：图3-20 最后仿真结果如图3-21。图3-21本章小结： 加工编制工艺路线是相当重要的,因为它是指导工人操作和用于生产,工艺管理工作的主要技术文件,是新产品投产前进行生产和技术准备的依据.所以在编制刀路前先编制好工艺文件。 加工方法的选择要考略其可行性和省时性，尽量避免不必要的走刀。 刀具的选择要结合所加工毛坯的材料和你所加工零件的形状尺寸。适当选择所用的刀具

28、的形状和有效长度。 通过模拟仿真确保所编的刀路的准确性。第四章 数控实际加工4.1生成NC程序同一把刀的生成同一组NC，本次加工总共用了三把刀，因此生成三组NC程序。三组刀具路径分别后处理注：在选择刀路程序时，可根据相同刀具、加工顺序相依的生成一个NC文件，可以大大减少停机时间，提高加工效率。后处理输出程序，首先改变后处理程式，把默认的程式改为加工系统相对应的后处理程式，然后存储NC档，按确定按钮。如图3-22。图3-22图3-23为生成的NC程序。图3-23根椐图3-23中系统生成的NC程序，再根据实际需要对程序进行修改，并保存。（它的最大作用也在于断刀后可以找出相关坐标，把断刀前已加工过的

29、坐标删除，使新的加工在断刀处或之前开始加工，可以减少重复加工，节约加工时间。）二实际加工1数据传输前的准备:准备加工机床，并检查机床各部件的运行情况和运动精度，添加润滑油。空运行机床，通过听声，观察等来检查是否有异常。必要时利用水平仪和千分表检测机床导轨和主轴精度。准备所需要的工、夹、量具等工具设备，并进行一定的精度检查。检查NC代码程序。包括检查程序的格式、主轴转速、切削速度、换刀方式等的设置有无错漏等。了解我们使用的加工系统，我们学校提供的加工铣床系统是华兴数控，准备好加工所用的刀具，切割好我们加工所要的毛坯。对毛坯进行装夹后，装入我们加工所要的第一把刀，用加工系统G92指令对刀。4.2

30、传输NC数据至数控机床首先安装通迅工具，双击通迅图标进入传输数据界面，点选数据发送，选中要传输的NC再打开就可以进行数控加工。（在进行数控NC传输前，数控机床应处于“自动/DNC”控制状态中，否则会通迅失败。）以下是加工的真实照片外形铣挖槽粗加工 完成的产品平行铣半精加工与精加工平面挖槽精加工结束语毕业设计是培养我们工件能力的最后一个实践性的学习环节。它不但是我们三年大学学习中所学知训的一次综合复习与考查，同时也是理论联系实际的一个过程，为以后从事专业技术工作的一次准务。通过这次毕业设计，培养了我综合运用所学的基础理论课，技术基础课，专业课的知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一般工程技术问

31、题的能力，使我建立了正确的设计思想，学会如何把三年所学的理论知识运用到实践当中去。掌握了Pro/e造型设计与分模的一般程序，还有利用CAM进行工艺刀路设计的能力，并进一步巩固，扩大和深化了我所学的基本理论，基本知识和基本技能，提高了我设计计算，计算机制图，工艺规程编制，设计说明书，正确使用技术资料，标准手册等工具书的能力。这次毕业设计是全组人共同努力完成的结果，虽然大家都忙于工作，但是仍然不忘记自己的任务。尤其在实际加工当中，大家各尽其力，通力合作，只用了五个半小时就把所加工的零件加工出来。虽然质量不是很高，但是这已很成功了。 致谢感谢我们学院为我们提供一个这么好的实习锻炼机会，感谢一直以来都对我毕业设计关心与帮助的叶老师，感谢为我们加工提供条件的李老师和何老师。- 39 -