【正文】 ts of the process analysis, process, program design, the process of parts drawing analysis includes parts of the integrity and correctness, materials, technical requirements, construction technology and so on。 1 基于 Mastercam X5 棘輪零件三維設(shè)計(jì)及自動(dòng)編程 2 【 摘要 】 本文主要闡述棘輪零件的三維造型及數(shù)控加工，內(nèi)容包括零件圖的工藝分析、工件的裝夾方案、零件的加工工藝分析、工藝流程、程序設(shè)計(jì)等，其中零件圖的工藝分析包括零件圖的完整性及正確性、材料、技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)工藝性等方面的分析；裝夾方案包括毛坯的選擇、機(jī)床的選擇、夾具的選擇；加工工藝分析包括加工順序的安排、刀具的選擇、切削用量的選擇等等。這些都是零件加工的重要組成部分，要使零件的加工精度，效率得到提高，就必須先 對(duì)零件進(jìn)行分析，確定好正確的工藝流程，使用 Mastercam 軟件對(duì)零件進(jìn)行三維造型和數(shù)控加工，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高精度，高效率的特性。 the clamping scheme includes the choice of blank, the choice of machine tools, jig choice。數(shù)控技術(shù)是數(shù)字程序控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人以及各類(lèi)機(jī)電一體化設(shè)備上。隨著改革開(kāi)放深入發(fā)展，全國(guó)特別是國(guó)有大中型企業(yè)級(jí)三資企業(yè)，在生產(chǎn)中都廣泛的應(yīng)用了數(shù)控加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助加工技術(shù)。 隨著民營(yíng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)（廣東、浙江、山東）地區(qū)，數(shù)控人才更是供不應(yīng)求。要成為合格的數(shù)控編程員需具備有以下技能： （ 1）熟練掌握數(shù)控加工工藝知識(shí)和數(shù)控機(jī)床的操作； （ 2）熟練掌握機(jī)械設(shè)計(jì)和制造專(zhuān)業(yè)知識(shí)； （ 3）掌握計(jì)算機(jī)制圖 cad/cam 軟件。 數(shù)控加工是根據(jù)被加工零件的圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，以控制工件歸隊(duì)運(yùn)動(dòng)，使之加工出合格零件的方法。 1948 年美國(guó)帕森斯 公司接受美國(guó)空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。 1949 年，該公司在美國(guó)麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開(kāi)始數(shù)控機(jī)床研究，并于 1952 年試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，揭開(kāi)了數(shù)控技術(shù)的序幕。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控加工的硬件基礎(chǔ)，其性能對(duì)加工效率、精度等方面有決定性的影響。零件加工程序的編制是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的重 要環(huán)節(jié)，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的控制有著重要的作用。以便充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床 6 的性能，獲得更高的加工效率和質(zhì)量。努力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，向著更高層次的自動(dòng)化、柔性化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化制造方向推進(jìn)，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。在數(shù)控機(jī)床中所 占的比例比較大，在航空航天、汽車(chē)制造、一般機(jī)械制造加工和模具制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。在加工中心上加工，其工序高度集中，一次裝夾即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次裝夾所產(chǎn)生的裝夾誤差，因此，加工表加工中心面之間能獲得較高的相互位置精度。 (2)精度穩(wěn)定。同時(shí)，沒(méi)有凸輪、靠模等硬件，省去了制造和使用中磨損等所造成的誤差，加上機(jī)床的位置補(bǔ)償功能和較高的定位精度和重復(fù)定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。一次裝夾能完成較多表面的加工，減少了多次裝夾工件所需的輔助時(shí)間。 (4)表面質(zhì)量好。 (5)軟件適應(yīng)性大。 本課題的主要任務(wù) 7 給定樣圖如圖 所示。 2 零件的三維造型設(shè)計(jì) 軟件的選擇 選擇 MasterCAM X5 軟件進(jìn)行造型及編程。目前，在各種 CAD/CAM 軟件中其裝機(jī)量居世界第一。其中設(shè)計(jì)模塊主要用于繪圖和加工零件造型；車(chē)削模塊主要用于生成車(chē)削加工刀具路徑；銑削模 塊主要用于生成銑削加工的刀具路徑；線切割模塊主要用于生成電火花與線切割的加工路徑。 Mastercam 的銑削功能模塊（ Mill）是在生產(chǎn)實(shí)踐中運(yùn)用得最多最廣泛的數(shù)控編程模塊。 零件的三維造型設(shè)計(jì) 繪制頂蓋 （ 1）繪制草圖 運(yùn)用曲線功能，繪制出頂蓋的草圖曲線如圖 所示。最終得到如圖 所示的頂蓋圖形。 圖 切割草圖 2）實(shí)體切割 單擊“擠出實(shí)體”工具，然后拾取上圖中左側(cè)的曲線，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置如圖 所示參數(shù)。 10 圖 參數(shù)設(shè)置 圖 三維實(shí)體 底座的繪制 （ 1）繪制草圖 運(yùn)用曲線功能，繪制出如圖 所示的草圖。最終得到如圖 所示的底座圖形。 選擇“布爾運(yùn)算 結(jié)合”功能，分別拾取凸臺(tái)實(shí)體和底座實(shí)體，然后按下回車(chē)鍵 ，即可將兩實(shí)體合為一體。 12 圖 結(jié)合體 圓角的生成 運(yùn)用“實(shí)體倒圓角”、“面與面倒圓角”等功能對(duì)外形進(jìn)行倒圓角，最后得到的三維實(shí)體如圖 所示。 圖 參數(shù)設(shè)置 13 圖 抽殼后的實(shí)體 開(kāi)口 （ 1）繪制草圖 按照樣圖中曲線，繪制出切開(kāi)口的曲線，如圖 中內(nèi)側(cè)曲線所示。 圖 切開(kāi)口后的實(shí)體 六邊形凸臺(tái)的生成 （ 1）草圖的繪制 運(yùn)用曲線功能繪制出六邊形凸臺(tái)的曲線如圖 所示。 15 圖 六邊形凸臺(tái)繪制后的三維實(shí)體 孔的生成 同理運(yùn)用擠出實(shí)體功能，最后得到 的三維實(shí)體如圖 所示?；仡櫼陨系睦L制步驟，可以知道本次造型設(shè)計(jì)主要運(yùn)用 Mastercam 中的功能有：曲線、擠出實(shí)體、倒圓角、布爾運(yùn)算 結(jié)合等功能，總的來(lái)說(shuō)該零件的造型比較簡(jiǎn)單，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。零件材料為 45鋼，單件生產(chǎn)，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)確定零件的數(shù)控加工工藝及程序的編制。 零件無(wú)公差標(biāo)注要求，故只需要將產(chǎn)品外形加工到位即可，表面粗糙度控制在 。 根據(jù)其零件的結(jié)構(gòu)特性，確 定該零件的毛坯類(lèi)型為型材，毛坯材料為 45 鋼，毛坯尺寸為 54 40 20mm。 （ 2）精基準(zhǔn)的選擇：以型腔底部及側(cè)面為精基準(zhǔn)定位，銑凸臺(tái)，外形部位。第一次裝夾時(shí)，銑削零件的上下表面，控制尺寸 ，可直接采用虎鉗進(jìn)行裝夾；第二次裝夾時(shí)銑削型腔及鉆孔，此次裝夾也可直接采用虎鉗裝夾；第三次裝夾時(shí)銑削凸臺(tái)及外輪廓，此次裝夾需要 設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具進(jìn)行裝夾方能完成。 工序 2：銑上下表面，控制尺寸 。 工步 1：開(kāi)粗； 工步 2：半精加工壁邊及型腔內(nèi)的六邊形凸臺(tái)輪廓； 工步 3：精加工腔底及六邊形凸臺(tái)表面； 工步 4：精加工壁邊及半精加工型腔喇叭錐面； 工步 5：精修六邊形凸臺(tái)輪廓； 工步 6：精加工喇叭錐面； 工步 7：鉆中心孔； 工步 8：鉆底孔； 工步 9：鉸孔； 工序 4：銑凸臺(tái) 及外形。 工序 6：檢驗(yàn)。 表 數(shù)控加工刀具卡片 工序號(hào) 刀具編號(hào) 刀具規(guī)格名稱(chēng) 數(shù)量 加工表面 刀尖半徑 /mm 3 T01 Ф 16 圓鼻刀 1 開(kāi)粗 T02 Ф 4 圓鼻刀 1 半精加工壁邊及型腔內(nèi)的 六邊形凸臺(tái)輪廓 T03 Ф 6 平底刀 1 精加工腔底及六邊形凸臺(tái)表面 T04 Ф 2 圓鼻刀 1 精加工壁邊及半精加工型腔喇叭錐面 T05 Ф 1 平底刀 1 精修六邊形凸臺(tái)輪廓 T06 Ф 2 球刀 1 精加工喇叭錐面 1 T07 Ф 3 中心鉆 1 鉆中心孔 T08 Ф 麻花鉆 1 鉆底孔 T09 Ф 8 鉸刀 1 鉸孔 4 T01 Ф 16 圓鼻刀 1 開(kāi)粗 T02 Ф 3 平底刀 1 精加工外輪廓及交接面 T03 Ф 2 球刀 1 精加工凸臺(tái)及圓角 T04 Ф 6 圓鼻刀 1 半精加工凸臺(tái)輪廓 切削用量的選擇 銑削用量的選擇原則是：“在保證加工質(zhì)量的前提下，充分發(fā)揮機(jī)床工作效能和刀具切削性能”。 （ 1）銑削深度 ap 和銑削寬度 ac 的選擇 對(duì)于端銑刀，選擇吃刀量的原則是：當(dāng)加工余量≤ 8mm，且工藝系統(tǒng)剛度大，機(jī)床功率足夠時(shí)，留出半精銑余量 ~2mm 以后，應(yīng)盡可能一次去除多余余量；當(dāng)余量＞ 8mm 時(shí)，可分兩次或多次走刀。 （ 2）進(jìn)給量的選擇 每齒進(jìn)給量 fz 是衡量銑削加工效率水平的重要指標(biāo)。 表 每齒進(jìn)給量 fz 的推薦值 mm/z 工件材料 工件硬度 HBS 硬質(zhì)合金 高速鋼 面銑刀 三面刃銑刀 圓柱銑刀 立銑刀 面銑刀 三面刃銑刀 低碳鋼 150 150～ 200 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 中、高碳鋼 120～ 180 180～ 220 220～ 300 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 鋁鎂合金 95～ 100 ～ ～ ～ — ～ ～ 注：表中小值用于精銑，大值用于粗銑 (3)銑削速度 vc 的確定 銑削速度的確定可查銑削用量手冊(cè)，如《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第 l卷等 綜上所述，該零件的銑削用量請(qǐng)查看數(shù)控加工工序卡。通過(guò)對(duì)該零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)控加工工藝課程有了更進(jìn)一步的了解，能夠懂得如何對(duì)所加工零件在做好加工前的準(zhǔn)備工作，即工藝規(guī)程設(shè)計(jì)。因在做凹圓弧曲面加工時(shí)需要用到。 圖 加工曲面及輔助線 22 毛坯的設(shè)置 在進(jìn)行刀具軌跡生成之前，需要先設(shè)置好所加工的機(jī)床、加工的毛坯、刀具等等。 （ 2）加工毛坯 設(shè)置好機(jī)床以后，將在軟件的操作管理面板中的看到如圖 所示界面。 刀具的設(shè)置 選擇“刀具路徑”→“刀具管理器”，將得到如圖 所示的對(duì)話框，然后我們將第 3 章中的刀具依次添加到刀具管理器當(dāng)中。 圖 平面加工參數(shù)設(shè)置 圖 粗加工挖槽加工參數(shù)設(shè)置 （ 2）單擊【曲面加工參數(shù)】，設(shè)置加工余量為 。 （ 4）單擊【挖槽參數(shù)】，設(shè)置如圖 所示參數(shù)。 圖 開(kāi)粗刀具路徑 工步 2 半精加工壁邊及六邊形凸臺(tái)輪廓的刀路設(shè)計(jì) （ 1）單擊【刀具路徑】→【曲面粗加工】→【粗加工等高外形加工】，拾取如圖 所示曲面作為加工面，拾取如圖 所示曲面作為干澀面，按下回車(chē)鍵，確認(rèn)選擇，單擊√確認(rèn)選擇，將跳出如圖 所示的等高外形刀具路徑參數(shù)設(shè)置界面，在界面中，首先選擇第 2 把 4mm 的圓鼻刀，將其“進(jìn)給速率”設(shè)置為 25 1200，主軸轉(zhuǎn)速 3800，下刀速率 50，提刀速率 20xx。 （ 3）單擊【等高外形粗加工參數(shù)】選項(xiàng)，將【 Z 軸最大粗切步進(jìn)量】設(shè)為。 26 圖 半精加工壁邊及六邊形凸臺(tái)輪廓的刀具路徑 工步 3 精