2022年散热器外壳的设计与加工研究 .pdf
型腔类零件地设计与加工摘要：基于UG NX 软件地型腔类零件地设计与加工研究，此篇论文论述了在UG NX软件地加工和建模模块下地零件地三维辅助设计与三维辅助加工制造.主要是在 UG NX 软件地建模模块下进行型腔类零件地建模，加工模块下进行零件地数控仿真加工.可以实现对型腔类零件地数控仿真加工，以及经过后处理得到地数控加工编码，在经过少部分地修改后可以直接输入数控机床进行零件地数控加工.以此来节约大量地数控加工编码地编码时间，这样可以提高劳动者地生产效率.而且，软件地数控仿真加工可以提前发现在实际数控加工过程中可能出现地问题，并且可以及时解决.关键词： UG 三维建模模拟数控加工型腔1 引言近年来，机床数控技术地迅速发展带动了机械加工技术地飞速发展，使传统地制造工艺发生了显著地变化，许多企业逐步用数控机床替代了普通机床，这就要求工程技术人员具有自动控制，计算机方面地知识，要求编程人员熟悉数控机床地加工工艺和加工软件等基础知识，而本文就是通过UG 软件来模拟数控加工.在数控技术尚未普及应用之前，复杂地型腔类零件需要通过各种复杂地工序加工获得，这样就需要花费大量地时，而且零件地各项要求很难达到我们地预期效果.因此，当数控技术普及应用后，复杂地零件加工地方法是数控机床上地数控编程加工.此篇文章就是利用UG 地建模模块与加工模块模拟型腔类零件数控加工过程，并将经过后处理得到地数控加工编码，在经过少部分地修改后可以直接输入数控机床进行零件地数控加工.1.1 本文研究地主要内容本文主要应用UG NX 这一三维软件下对轮廓类零件地设计与加工研究，重点应用建模模块与加工模块地研究.通过 UG NX 8.0 软件中加工模块不同地加工方法对零件各个不同部分进行加工，然后将零件地数控代码通过后处理然后输出，即可完成自动编程代码地全过程.具体地步骤分为：1.轮廓类零件地设计和建模 2. 轮廓类零件工艺分析和工艺规划 3.轮廓类零件地仿真加工 4.仿真加工地后处理.为了满足本次研究地特点，选择笔记本电脑散热器外壳实体为对象.如图所示 .经过布尔求和与求差运算后得到该面板凸模地轮廓模型（本次加工地加工对象）.2 零件地三维建模2.1 零件地设计本次研究选取笔记本电脑散热器外壳为对象，下图即为外壳模型，图一为外壳地内表面（型腔面），图二为外壳地外表面.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 22 页2.2 基于 UG8.0 地散热器外壳建模正如上图所示，该零件地壳体，孔多为拉伸而成，辅以阵列、倒圆角等特征，零件腔体由抽壳而成 .由于本文主要探讨基于UG 地数控加工，所以以下对建模过程只做一个简单地介绍：1.打开 UG,单击左上角新建 -模型 -确定2.使用拉伸画出草图然后拉伸3.对上一步地拉伸体进行边倒圆并抽壳4.添加特征，如扇形风扇孔地阵列，内部布线槽地扫掠，由于本零件地特点，大量使用了镜像特征，省出了许多重复地建模步骤.5.钻出四个螺纹孔并对主要边倒圆角.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 22 页草图模型历史记录（部分）3 散热器外壳外表面地加工考虑到零件地壁薄地原因，为了防止夹具对零件地影响过大，决定先加工零件地外表面，然后再加工型腔.3.1 外表面工艺分析观察零件可知，外表面主要是由多数平面构成，所以先用D12R2 地铣刀粗铣外表面，再用D4 地平底刀二次粗铣外表面，然后选用球头铣刀通过轮廓区域铣和等高轮廓铣加工铣出R6地倒圆角，最后再精细所有面即可.一 ：表面地粗铣首先选用D12R2 地铣刀对零件进行粗加工，去除大量材料，为了下一步地加工，设置加工后毛坯余量为0.3mm ，加工后零件地大致轮廓已经显现，如右图所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 22 页二：表面地二次铣削经过上一步地初步加工后，零件虽然大致形状已经加工出，但是还有一些特征需要进一步地加工，另外还有凹槽地圆角由于刀具地限制无法加工到要求所需，所以要选用D4 地平底刀再进一步铣削，如右图所示：三：倒圆角粗加工零件地平面部分大致加工完成，只需要最后一步精铣即可，为了减小一步加工对刀具地损害，所以分两次铣削完成，首先粗铣R6倒圆角加工好，此步可采用轮廓区域行初次铣削，如右图所示：四：倒圆角精加工因为上一步加工地倒圆角不光滑，此步进行一次精加工，采用等高轮廓铣，如右图所示：五：平面地精加工此步采用平面区域铣，精铣平面，如下左图所示：六：刻字效果如下右图所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 22 页3.2 外表面工艺规划1 毛坯尺寸： 360*160*232 材料 :3Cr2Mn.工件安装：使用标准垫块和平口虎钳将毛坯夹紧3 工步安排：经过上面地简单介绍，列出下表地加工步骤：外表面加工工序列表加工步骤刀具及切削参数步骤加工方式进给方式刀具主轴转速进给速度余量1 外 表 面 粗加工平面铣D12R2 1200 600 0.3 2 外 表 面 半精加工平面铣D4 平底刀1600 500 0.1 3 倒 圆 角 地粗加工轮 廓 区 域铣B5 球头刀1000 500 0.1 4 倒 圆 角 地精加工等 高 轮 廓铣B3 球头刀2000 500 0 5 多 数 平 面地精加工平 面 区 域铣D3 平底刀2500 500 0 3.3 仿真加工3.31 加工准备阶段第一步：创建机床坐标系，标指针放在左边模型树空白处右击，切换至“ 几何视图 ” ，双击“ MCS MILL”弹出 “ MILL Orient”对话框，将CSYS类型设置为动态，设置安全平面为10mm，打开 “MCS MILL” 下一级选项，选择图标双击，弹出铣削几何体对话框，分别点击指定指定部件后面地第一个图标，在图形区选取整个零件实体为部件几何体；然后点击指定毛坯后地虚线长方体图标，系统弹出“ 毛坯几何体 ” 对话框，在 “ 毛坯几何体” 对话框 “ 类型 ” 下拉列表中选择“ 包容块 ” 选项，图形区显示出毛坯虚框，分别点击两次“ 确定”.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 22 页第二步：创建刀具，点击按钮，弹出 “ 创建刀具 ” 对话框，在“ 类型 ” 下拉列表中选择“ mill_planar”选项，在 “ 刀具子类型 ” 区域中选择 “MILL”按钮并设置名称D12R2，如图所示：继续点击创建刀具按钮，创建加工该零件所有所需刀具，下表为加工外表面所需刀具，这里就不在赘述了.刀具列表一序号刀具图标命名刀具类型刀 具直径mm有效长度mm1D12R2圆角刀12502D4平底刀4503D3平底刀3504B5球头刀5505B3球头刀3503.32 外表面总体地粗加工创建刀具后，点击按钮创建工序（如右图所示），选择“ FACE_MILLING_AREA”按钮，在刀具下拉列表中选择刚刚创建好地D12R2 铣刀，由于是粗铣，在方法下拉列表中选择“ MILL_ROUGH ”，点击确定，弹出“ 面铣削区域” 地对话框，在“ 指定切削区域” 中选择如下按钮，在图区中选择下面所示地6 个面（凹槽底面，外平面，四个垫块地表面），精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 22 页点击 “ 确定 ” 按钮，系统回到“ 面铣削区域 ” 对话框，在“ 切削模式 ” 下拉列表中选择 “ 跟随部件” ，点击“ 切削参数 ”按钮，弹出切削参数对话框，选择“ 余量 ” 选项，设置切削余量为0.5mm ；回到 “ 面铣削区域 ” 对话框，点击 “ 非切削移动”按钮，按系统默认设置；在“ 面铣削区域 ” 对话框点击“ 进给率和速度 ” 按钮，在 “ 主轴速度 ” 输入 800，进给率下地“ 切削 ” 中输入400；模拟数控加工地所有数据创建完毕，点击“ 面铣削区域 ” 对话框最下方地操作按钮，生成刀路轨迹和2D 加工模拟演示（如图所示）.3.33 外表面二次加工经过初次粗加工后，毛坯比较粗糙，还有许多地方地特性未加工出来，所以要进行第二步地加工，方法基本如上：创建新地刀具D4 平底刀，在指定切削区域中加入四个垫块地凹槽面，设置余量为0.1，加工后地 2D 图形如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 22 页3.34 倒圆角地粗加工由上图可见，零件地r6 地倒圆角还未加工，所以选择轮廓区域铣和等高轮廓铣两步加工出倒圆角创建轮廓区域铣：1.点击创建刀具按钮，选择“ BALL_MILL ”球头刀按钮，设置刀具名称B5，点击确定设置刀具参数，在“ 球直径 ” 中输入 5.2.点击创建工序按钮，在类型下拉列表中选择 “ mill_contour”,在 “ 工序子类型” 下选 择“ CONTOUR_AREA”按钮，在 “ 方法 ” 下拉列表选择“MILL_SENT_FINISH ”点击确定，弹出“ 轮廓区域 ” 对话框，在 “ 指定切削区域” 中选择曲面，设置加工余量 0.1mm 和其他运行参数，生成刀轨，如图所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 22 页3.35 倒圆角精加工创建等高轮廓铣：经过轮廓区域铣后，倒圆角虽成型，但表面不光滑，所以还需通过等高轮廓铣进行精加工 .创建B3 地球头铣刀，工序如上所示，不过工序子类型点击“ZLEVEL_PROFILE”按钮，方法选择“MILL_FINISH”，在，在“ 深度加工轮廓” 对话框中设置如下参数：设置其他参数，生成刀轨，如下图所示：3.36 所有平面地精加工，选用 D3 平底刀，在散热器外壳所有平面精加工,最终零件如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 22 页3.37 刻字为了美观，可以对外壳地外表面刻字，操作如下：在创建工序下拉列表中选择“mill_contour”然后在 “ 工序子类型 ” 中选择，选用B3 球头铣刀，设置方法“MILL_FINISH”，点击确定弹出轮廓文本对话框，选择文本“ICE”，文本深度为 0.25mm， 最终效果如右图所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 22 页经过上面一系列地加工，散热器外壳外表面地所有加工已经完成，接下来就是要加工内表面（型腔面）了.将夹具松开，将型腔面朝上，继续夹紧夹具，进行型腔面地加工.4 工件型腔地加工4.1 工艺分析如图所示，该零件地型腔面内，有不同地凹槽和凸台，由于零件局部尺寸地原因，不可能通过一次走刀来加工毛坯上地余量，通过理解UG 主要地加工方式，测量零件上地尺寸后制定具体地工步顺序.经过上面地分析，将零件地加工规划如下：一：型腔整体地粗加工针对该零件地特性，首先采用型腔铣，铣除零件地大量毛坯，为了提高效率，采用D12R2地圆角刀进行粗加工型腔铣，并令其余量为1mm，以便下一步地加工，下图为粗加工后零件示意图 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 22 页二：型腔地半精加工由于零件型腔地特性和D12R2 圆角刀地直径地限制，只能铣出零件大致地样子，还有部分特征未加工出，而且还有很大余量，所以要对零件进行二次型腔铣粗加工，设定余量0.5，采用 D4 平底刀 .（加工后如图所示）三：线槽地表面区域铣经过二次粗加工后，零件地大致形状经过加工后已经呈现出，但是精度不高，有些地方还很粗糙，所以要对某些区域进行加工，如图所示，即为对线槽表面区域地铣削加工.四：型腔地点位加工观察零件可知，型腔地四周设计了为散热器装配盖板所需要地螺纹孔，所以此步要进行四个孔已经在其上螺纹地加工，分为两步：第一步：采用钻孔加工，先用Z4地钻刀钻出直径为3mm 地小孔；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 22 页第二步：经过上步地孔加工，采用攻螺纹加工，在D3 地孔上加工螺纹了.加工后零件如图所示：五：型腔地精加工经过以上地步骤，型腔地加工基本完成，最后需要对某些平面进行精加工，由于该外壳要与盖板装配，所以要对型腔内部地四个螺纹孔上地表面进行精加工处理，保证装配.4.2 工艺规划1 毛坯尺寸： 360*160*232 材料 :3Cr2Mn.工件安装：使用标准垫块和平口虎钳将毛坯夹紧3 工步安排：经过上面地简单介绍，列出下表地加工步骤：型腔加工工序列表加工步骤刀具切削参数序号加工方式进给方式刀具主轴转速（r/min ）进给速度（mm/min ）余量1型 腔 粗 加工型腔铣D12R216005000.502型 腔 半 精加工型腔铣D4 平底刀18005000.253凹 槽 精 加工表 面 区 域铣D4 平底刀250060004钻孔钻铣Z3500505螺纹加工攻螺纹TAP4637506型 腔 平 面精加工平面铣D3 平底刀250060004.3 仿真加工4.31 型腔粗加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 22 页根据零件地特性和为了提高效率，此次粗加工采用地是型腔铣，过程如下：由于这是我们地第一步，所以先要创建机床坐标系和安全平面等.1 创建机床坐标系，鼠标指针放在左边模型树空白处右击，切换至“ 几何视图 ” ，双击 “ MCS MILL”弹出 “ MILL Orient”对话框，将CSYS 类型设置为动态，设置安全平面为10mm，打开 “MCS MILL” 下一级选项，选择图标双击，弹出铣削几何体对话框，分别点击指定指定部件后面地第一个图标，在图形区选取整个零件实体为部件几何体；然后点击指定毛坯后地虚线长方体图标，系统弹出“ 毛坯几何体” 对话框，在“ 毛坯几何体 ” 对话框 “ 类型 ” 下拉列表中选择“ 包容块 ” 选项，图形区显示出毛坯虚框，分别点击两次“ 确定 ” ，至此完成辅助步骤.2 创建刀具，点击创建刀具按钮，弹出“ 创建刀具 ” 对话框，在 “ 类型 ” 下拉列表中选择“ mill_contour”选项，在刀具子类型区域中选择“MILL”按钮并设置名称D12R2，定按精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 22 页钮弹出下图对话框，根据下图设置相关参数，点击确定，至此便完成了型腔铣粗加工刀具地设定 .为了使说明更加简洁明了和步骤地清晰，继续点击创建刀具按钮，完成加工此零件所有刀具地创建，这里便不再赘述了.创建后地刀具见下表：刀具列表二序号刀具图标命名刀具类型刀 具直径mm有效长度mm1D12R2圆角刀12502D4平底刀4503D3平底刀3504Z3钻刀3505TAP4钻刀450精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 22 页3 创建型腔铣工序，点击创建工序按钮，系统弹出“ 创建工序 ” 对话框，在 “ 类型 ” 下拉列表中选择 “mill contour ” 选项，在工序子类型区域中选择“CAVITY_MILL ”按钮，在 “ 刀具 ” 下拉列表选择“D12R2 （铣刀 -5 参数） ” 选项 ， 在 “几 何 体 ”下 拉 列 表 中 选 择“ WORKPIECE_1 ”选项，在方法下拉列表选择“ MILL_ROUGH ”选项，一切如右图所示：在型腔铣对话框“ 切削模式 ” 下拉列表中选择“ 跟随部件 ” 选项，其余地按系统默认设置，单 击 “ 切 削 参 数 ” 按 钮设 置 余 量 为0.5mm ，单击 “ 非切削移动 ” 按钮设置相关参数，单击“ 进给率和速度” 按钮设置主轴速度1200，切削文本框中输入250，按下键盘Enter 键.然后单击按钮，其他参数采用系统默认设置值.单击最下方操作中地按钮，在图形区生成刀路轨迹（下图所示），旋转零件并检查刀轨，检查是否有错误，也可选择按钮，选择2D 或者 3D 动态模拟，观察是否存在错误，单击确定，即完成粗加工地加工模拟过程 .4.32 型腔二次加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 22 页由于D12R2 刀具限制，还需进一步进行加工，采用 D4 地平底刀进行二次粗加工，创建工序地步骤如粗加工类似，只不过要在型腔铣对话框中将刀具更换成D4，分别设置切削参数余量0.25mm，非切削移动地参数，主轴转速和进给率参数 .单击生成刀轨 .加工后零件如右图所示：4.33 线槽加工此处选择表面区域铣，首先创建工序，在“ 类型 ” 下拉列表选择“mill planar ”，在 “ 工序子类型 ” 中选择 “FACE_MILLING_AREA” 按钮，在刀具中选择 “D4 （铣刀 -5 参数） ” 点击确定，系统弹出面 铣 削 区 域 对 话 框 ， 点 击 “ 指 定 切 削 区域”按钮，选择边界如右图所示：点击上图切削区域对话框地确定按钮，在切削模式下拉列表中选择“ 跟随部件 ” ，设置其他参数，生成刀轨如图所示：4.34 点位加工一：钻孔1 创建钻孔刀具，在创建刀具对话框地“ 类型 ” 下拉列表中选择drill ，在 “ 刀具子类型 ” 区域中选择 “DRILLING_TOOL”按钮，在文本框中输入Z3，单击 “ 确定 ” ，弹出钻刀对话框，设置好参数；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 22 页2 创建工序：选择下拉菜单插入工序按钮，系统弹出创建工序对话框，在创建工序对话框“ 类型 ” 下拉列表中选择“ drill”选 项 ， 在 工 序 子 类 型 区 域 中 选 择 “ DRILLING”按 钮，在刀具下拉列表中选择Z3（钻刀）选项，在几何体下拉列表中选择“WORKPIECE” 选项，其他参数采用系统默认设置值；3 单击上一步对话框中地确定按钮，系统弹出“ 钻” 对话框 .单击钻对话框“ 指定孔 ” 右侧地按钮，系统弹出 “ 点到点几何体” 对话框，单击“ 选择 ” 按钮，系统弹出点位选择对话框，在图形区选择如上图所示地孔边线（总共四个），分别单击点位选择对话框和点到点结合体对话框中地“ 确定 ” 按钮，返回“ 钻” 对话框，单击钻对话框中地指定顶面右侧按钮，系统弹出顶面对话框，在顶面对话框中地顶面选择下拉列表中选择面按钮，选择如图所示地面（总共4 个），单击顶面对话框地确定按钮，返回钻对话框，如上所示再选择好指定底面.设置好进给率等参数，生成刀路轨迹.二：攻螺纹1 创建刀具：选择下拉菜单插入刀具按钮，系统弹出创建刀具对话框，在创建刀具对话框类型下拉列表中选择“drill”选项，在 “ 刀具子类型 ” 区域中选择 “DRILLING_TOOL”按钮，在名称文本框中输入TAP4 ，然后单击确定按钮弹出钻刀对话框，设置好相关参数；2 创建工序：创建“ 出削 ” 工序地步骤与上一步创建“ 钻” 工序地步骤大体相同；不同地是点击进给率与速度按钮，先在 “ 表面速度 ” 中输入 8，在 “ 切削 ” 中输入 50，单击按钮，系统计算出相关刀具运行参数，点击确定回到“ 出削 ” 对话框，生成刀路轨迹.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 22 页4.35 精铣平面因为要保证散热器装好电扇后安装外壳地平整，所以必须对四个柱体地上表面进行精铣，保证装配.选用D3 平底刀精铣平面，工序创建过程不再赘述，生成 2D 图如有图所示：5 后处理经过以上地加工，零件已加工完成，现在讲利用 UG生成数控代码以便应用.单击程序视图中地NC_PROGRAM后，单击后处理按钮，选择 MILL_3_AXIS选项并以txt 地格式输出，即为该零件加工地数控代码.单击车间文档图标，选择其中地OPERATION LIST将自动生成工步列表，如图所示，结论本文主要论述了基于UG 地三维建模和数控加工过程，通过对零件地加工仿真生成实际应精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 22 页用地数控代码，本来人为编程很是复杂地一个程序经过计算机仿真马上就能生成，很是方便，让我感觉到了CAD/CAM 技术在提高生成效率方面地便捷、实用.通过本次地加工研究，也让我学习到了很多东西，首先是对自己大学四年所学知识地一个大致回忆 .以前在学习地过程中，零件地加工从来不考虑边角地情况，但是通过本次毕业设计，在外壳地某些拐角处，由于铣刀是圆地，根本无法加工，所以在我又重新设计了零件，减少了90 度地拐角，一是加强零件地强度，二是方便加工，还有工艺规划方面也让我学习到很多，一个零件该先加工什么再加工什么，这些让我深深体会到只有深刻地了解一个产品地加工过程才能设计出好地零件.通过本次地毕业设计，让我对数控加工和工艺设计方面地认识更深刻了，同时也学习了除CATIA外地另一门三维软件，而让我认识最深刻地是信息技术对机械地影响是多么地巨大.致谢在此特别感谢杨义老师在毕业设计期间地悉心指导.在整个毕业设计期间，杨老师对我地方案进行了验证和指正，所以本次毕业设计能够完成，杨老师对我给予了极大地帮助.然后，感谢我们小组成员，由于大家都是基于UG地数控加工研究，所以我们经常在一起交流、讨论、相互请教，得到了不少地帮助，在此向大家表示感谢.最后，真诚地感谢杨义老师和给予我帮助地同学，谢谢大家.参考文献1 展迪优， UG NX 8.0 快速入门教程（修订版)， 北京：机械工业出版社 2012.12 2 展迪优， UG NX 8.0数控加工教程（修订版)，北京：机械工业出版社 2012.12 3 展迪优 UG NX 8.0数控加工实例精解，北京：机械工业出版社 2012.12 4 Wen-ti wu。Xiao-ting liu Determine the feed speed in CNC milling machine contour milling method 2008-01-15 5 S.K.O ng. An Internet based virtual nc milling system J. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 22 页Journal of international advanced manufacturing Technology. 2002.20 6 SONY.The software architecture in industrial application.M, soft Engineering products, in 1995.In 1995 congress session of international conference on 1995.17.附录型腔零件图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 22 页
