包饺子模具数控加工工艺的设计与制造毕业论文.doc

. 包饺子模具数控加工工艺的设计与制造容摘要论文对包饺子模具进行工艺分析、数控编程与加工，并对模具图进行工艺分析、制定工艺路线、确定工艺方案。运用CAXA软件进行造型和自动编程，最终完成模具的加工。论文表明：通过对该模具的工艺分析、造型、加工，深入了解了模具制造的全过程，加工完成后模具也达到了加工要求，造型、轨迹与G代码的生成也以最简洁的方式做出，达到了预期的要求。关键词：包饺子模具，CAXA造型，模具工艺分析，模具制造AbstractThe paper is written for making dumplings mold process analysis, NC programming and completion of processing, At the same time.to analyze the diagram of the mold,make processing route,determing processing ,determine processing plan by making full use of the knowledge we have leaned. And using CAXA software modeling and automatic programming, then ultimately complete the tool parts making. Paper shows that:by the analyzing modeling,processing of the mould process,We can have a good understanding and of the whole process of the mould processing.After processing the mould finally meet the manufacturing needs. Shape, trajectory and G code generation are also made by ?the most simple means to achieve the anticipated requirements. Key words：dumplings mold,CAXA software modeling,analyze the diagram of the mold，mould processing.- 25 - / 26目 录论文题目：包饺子模具数控加工工艺的设计与制造I包饺子模具数控加工工艺的设计与制造II容摘要II前言- 3 -1 绪论- 3 -1.1数控加工技术的发展趋势- 3 -1.1.1 高速、高精加工技术与装备的新趋势- 3 -1.1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展- 4 -1.1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展主要趋势- 4 -1.1 CAXA软件在行业中的应用- 4 -1.1.1 CAXA的概念- 4 -1.1.2CAXA在实际生产中的应用- 4 -2 数控加工工艺方案的设计与拟定- 4 -2.1制定加工方案的一般原则- 4 -2.2模具图样的工艺分析- 5 -2.2.1 读图与审图- 5 -2.2.2 图样分析- 7 -2.3 毛坯设计- 8 -2.3.1 毛坯的种类- 8 -2.3.2 毛坯种类的选择- 8 -2.3.3 毛坯的形状与尺寸- 8 -2.3.4 加工余量- 9 -2.4基准的选择- 9 -2.4.1 基准的概念- 9 -2.4.2 本模具基准选择- 10 -2.5 夹具的选择- 10 -2.6模具工艺路线的拟定- 11 -3 数控加工中模具制造精度分析- 12 -3.1 概论- 12 -3.1.1 加工精度概念与分类- 13 -3.1.2 本模具在精度要求上所需注意问题- 13 -3.2运用刀具半径补偿的方法提升模具数控铣削加工精度的研究- 13 -3.2.1 刀具半径补偿概念- 13 -3.2.2 刀具半径补偿功能的应用- 14 -3.2.3 三种轮廓补偿方式- 14 -3.2.4 上下模外轮廓粗精加工示例- 14 -3.2.5 运用刀具半径补偿所需注意的问题- 23 -4 结论- 24 -5 致- 24 -主要参考文献- 24 -前言在现代工业生产中，模具是重要的机械装备之一，它在铸造、锻造、冲压，塑料，粉末冶金，瓷制品等生产行业中得到广泛应用。由于采用模具能提高生产效率、节约材料、减低成本，并且能够保证一定的加工质量要求，所以，汽车飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。随着工业科学技术的进步，工业产品的品种和数量不断增加，产品的改型换代加快，对产品外观、质量不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。如果模具制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和精力的发展。因此，模具制造技术在国民经济中占的地位是显而易见的。1 绪论1.1数控加工技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术与其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.1.1 高速、高精加工技术与装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。1.1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能与使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的容、方便系统的诊断与维修等。1.1 CAXA软件在行业中的应用1.1.1 CAXA的概念CAXA制造工程师是北航海尔软件研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维CAD/CAM软件。1.1.2 CAXA在实际生产中的应用（1）机械工业用CAXA实体设计软件制作机械的各种零件图，即快又好。特别是用零件组成构件和一部完整的机器三维图，就更加快捷，因为CAXA实体设计软件有神通广大的三维球工具，使得三维图绘制更加方便灵活。（2）日常用品生产日常用品的工厂，用CAXA实体设计软件来设计本厂的产品，可以降低成本，快速投入市场，并且可以在生产前模拟出产品的照片和三维图来和商家订货，做到设计、销售、生产的同步进行。另外还有以下几个行业同时也用到了caxa例如：鞋帽业、家具业、通讯工具、设备布置、解决生产中的实际问题等。2 数控加工工艺方案的设计与拟定2.1制定加工方案的一般原则先粗后精，先近后远，先后外，程序段最少，走刀路线最短以与特殊情况特殊处理等。2.2模具图样的工艺分析2.2.1 读图与审图图2-1图2-2图2-3图2-4下模实体造型：图2-5上模实体造型：图2-6 图2-7图2-7 图2-82.2.2 图样分析首先要认真分析与研究这个模具的用途、性能和工作条件，了解模具装配关系与其作用，弄清各项技术要求对装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对模具图样进行分析。（1）该零件视图表达完整、清晰，尺寸、公差、表面粗糙度与有关技术要求齐全、明确。（2）该模具上模加工表面粗糙度为Ra0.4µm，Ra3.2µm，Ra6.3µm，下模4-6的表面粗糙度为Ra6.4µm，其余为Ra3.2µm。参数合理，便于加工。（3）上模图样中，如图 所示，其左右两边2×M3的螺纹孔要求与上表面的距离最小只有1mm，故加工时应特别注意。（4）该模具选用的材料为不锈钢，加工难度略大上模加工要素有平面、曲面、曲线、倒角和孔类加工。主要加工项目包括上下平面、18mm和7mm孔、外轮廓曲面、螺孔2×M3、销孔2×3mm、45°倒角等。下模主要加工项目包括上下平面、模具壁厚为5mm、4×M6mm螺纹孔、位置尺寸100mm、曲线外轮廓140mm，另下模轮廓宽度59mm应控制在±0.03mm之，外轮廓过渡圆弧R3。 2.3 毛坯设计2.3.1 毛坯的种类一般毛坯的种类分为：铸件、锻件、型材、焊接件其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。2.3.2 毛坯种类的选择选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：模具的生产纲领、模具材料的工艺性、模具的结构形状和尺寸、现有的生产条件。此次加工所选模具的材料为：304不锈钢。304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，能高到到1000-1200度。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液与大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。304不锈钢是一种常见的不锈钢，业也叫做18/8不锈钢。它的抗腐蚀性能要优于 430不锈钢，但是价格又比316不锈钢便宜，因此广泛使用于生活中，例如：一些高档的不锈钢餐具，户外的栏杆等。 虽然此种不锈钢在国非常常见，但是“304不锈钢”这个称呼却来自于美国。很多人以为304不锈钢是日本的一种型号称呼，但是严格意义来讲，日本的对304不锈钢的正式称呼是“SUS304”。 304 是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬。304不锈钢是按照美国ASTM标准生产出来的不锈钢的一个牌号。304相当于我国的0Cr19Ni9 (0Cr18Ni9)不锈钢。2.3.3毛坯的形状与尺寸毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸与加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。此次模具加工中所用毛坯形状如图：下模毛坯：图2-9 图2-10图2-11上模毛坯模：图2-12 图2-13图2-14 图2-15其尺寸为：下模150×89×5 上模100×64×502.3.4加工余量为保证加工精度和工件尺寸，在工艺设计时预先增加而在加工时去除的一部分工件尺寸量。工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度。毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差称为加工总余量。它是从毛坯到成品时从某一表面切除的金属层总厚度，也等于该表面各工序余量之和。该模具的加工余量如下：粗加工上模外轮廓时余量0.5mm ，半精加工时余量0.15mm，粗加工上模轮廓时余量0.5mm，精加工0.001mm。粗加工下模外轮廓时0.5mm，粗加工轮廓时0.5mm，精加工时0.001mm。2.4基准的选择2.4.1 基准的概念基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。按其功能不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。2.4.2 本模具基准选择本模具基准选择原则是互为基准。即上平面为基准加工下平面，工件重新装夹后，已加工的下平面为基准加工上平面。2.5 夹具的选择在加工毛坯、上模轮廓、下模外轮廓以与钻孔时用虎钳作为夹具，在加工上模外轮廓时，运用设计的专用模具，其图示如下：图2-16 图2-17图2-18图2-192.6模具工艺路线的拟定由上面所说知识拟定包饺子模具工艺路线：上模工艺路线表1：序号刀具加工表面规格名称数量刀长补正（mm）01R30mm端铣刀10铣毛坯02R1.5mm中心钻10钻中心孔03R3.5mm麻花钻头10钻R3.5mm孔04R1.5mm麻花钻头10钻R1.5mm孔05R6mm立铣刀10铣R9mm孔06R6mm立铣刀10外形粗、半精、精加工07R6mm的圆形铣刀10轮廓粗加工08R6mm立铣刀10轮廓精加工0945°倒角刀10铣3×45°倒角 10R1mm中心钻10钻侧面2×M3mm螺纹孔11R1.5mm螺旋槽丝锥10攻丝12抛光机抛光打磨下模工艺路线表2：序号刀具加工表面规格名称数量刀长补正（mm）01R6mm立铣刀10铣毛坯02R1.5mm中心钻10 钻中心孔03R6mm立铣刀10外轮廓粗精加工04R6mm立铣刀10轮廓粗精加工05R5mm麻花钻头10钻4×M6mm螺纹孔06R3mm螺旋槽丝锥10攻丝07抛光机10抛光打磨3 数控加工中模具制造精度分析3.1 概论模具的精度要求取决于模具成形的制品精度要求和模具的结构设计要求。为了保证制品的精度和质量，模具与制品成形有关的零件的精度要求通常要比制品精度高24级。模具的结构要保证模具开合模动作准确等精度要求，因此要求组成模具的零件都必须有足够的加工精度。上模 图3-1下模 图3-23.1.1 加工精度概念与分类所谓加工精度，是指零件加工后的几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）的实际值与理想值之间的符合程度，而它们之间的偏离程度（即差异）则为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。加工精度包括了以下三个方面：尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度3.1.2 本模具在精度要求上所需注意问题该模具结构虽然简单，但是有些地方却不太易于加工。从示意图来看，对上模和下模的孔与整体尺寸都提出了较高要求，即单件要上模外轮廓宽度应控制在-0.019mm以，外轮廓长度应控制在-0.022mm，表面粗糙度最高要求达到0.4。上模两个3mm圆柱销同时插入，即对孔位置精度有要求。上模外轮廓和下模轮廓的加工是模具是否配合的重点：（1）3mm的壁厚，上模外轮廓加工，为了保证配合精度，外轮廓尺寸应控制在0-0.022mm； （2）下模轮廓加工，为了保证配合精度，外轮廓尺寸和应控制在+0.030mm；3.2运用刀具半径补偿的方法提升模具数控铣削加工精度的研究3.2.1 刀具半径补偿概念在数控加工中心上进行工件轮廓的铣削加工时, 由于存在刀具半径, 使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合, 所以在编制程序的过程中, 我们就要考虑到刀具半径的补偿问题。刀具半径补偿是数控加工中常用的补偿功能,数控铣削加工中刀具半径补偿的建立和取消, 刀具半径补偿量的指定和计算方法是分重要的过程。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能,则只能按刀心轨迹, 即在编程时给出刀具的中心轨迹。图3-3如图3-3 所示的点划线轨迹进行编程。其计算相当复杂, 尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时, 必须重新计算刀心轨迹, 并修改程序。这样既复杂繁锁, 又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时, 数控程序只需按工件轮廓编写, 加工时数控系统会自动计算刀心轨迹, 使刀具偏离工件轮廓一个半径值, 即进行刀具半径补偿。对于刀具半径补偿量的确定, 如果是标准刀具第一次使用, 可以采用刀具厂家提供的有关参数来确定; 如果是已使用过或重磨过的刀具, 则应根据实测数据来确定。3.2.2 刀具半径补偿功能的应用(1)刀具因磨损、重磨、换新而引起刀具直径改变后, 不必修改程序, 只需在刀具参数设置中输入变化后刀具直径。图3-4如图3-4所示, 1 为未磨损刀具, 2为磨损后刀具, 两者直径不同, 只需将刀具参数表中的刀具半径r1 改为r2, 即可适用同一程序。(2)用同一程序、同一尺寸的刀具, 利用刀具半径补偿, 可进行粗、精加工。刀具半径为r, 精加工余量为。粗加工时, 输入刀具直径D=2( r+) , 则加工出虚线轮廓。精加工时, 用同一程序、同一刀具,但输入刀具直径D=2r, 则加工出实际轮廓。此次模具制造的过程，在上模外轮廓、下模外轮廓的粗精加工中，为提高其精度，均使用了刀具半径补偿的方法，在上模轮廓粗精加工中，为提高对比性，采用新的圆形铣刀，并未涉与刀具半径补偿。3.2.3 三种轮廓补偿方式在此处加工时采用了三种轮廓补偿方式：（1）on 刀具中心线与轮廓重合，即不考虑补偿（但刀具磨损后可运用刀具半径补偿）。（2）to 刀具中心线不到轮廓，相差一个半径（3）past 刀具中心线超过轮廓一个刀具半径3.2.4 上下模外轮廓粗精加工示例上模轮廓的粗精加工（此处铣刀使用的是新的圆形铣刀，如图： 图3-5 图3-6当刀具有所磨损时，可暂停铣床，将圆形刀片松开，转一定角度，把固定刀片的螺丝拧紧，因为是圆形刀片，所以半径不会变化，转化之后继续加工。）粗加工： 图3-7 图3-8图3-9 图3-10 图3-11 图3-12精加工时由可知，必须用立铣刀才能铣出90°角，所以精加工时改换12mm立铣刀：图3-13 图3-14 图3-15 图3-16图3-17 图3-181） 上模外轮廓的粗精加工粗加工： 图3-19 图3-20图3-21图3-22 图3-23半精加工：图3-24 图3-25图3-26 图3-27精加工：（精加工时立铣刀半径因磨损变为为5.9mm，此即采用刀补的情况） 图3-28 图3-29 图3-30 图3-31下模轮廓的粗精加工粗加工：（此处采用PAST轮廓补偿方式）图3-32 图3-33 图3-34 图3-35图3-36 图3-37精加工：图3-38 图3-39图3-40 图3-412） 下模外轮廓的粗精加工粗加工：图3-42 图3-43因为1、2边与此次加工的3、4边没有办法一次装夹加工完成，故1、2边在铣削毛坯时便已经加工好了，而此次粗精加工是以3、4边为例的。图3-44 图3-45图3-46 图3-47图3-48 图3-49精加工：图3-50 图3-51图3-52 图3-533.2.5 运用刀具半径补偿所需注意的问题刀具半径补偿功能在铣削应用中所产生的问题 （1）刀具半径补偿产生过切的几种情况：指定平面存在二段或二段以上 非移动指令段； 在两个运动指令之间有两个辅助功能程序段， 也可能造成过切等。 (2)在补偿开始时只能用G01或G00，不能用圆弧插补指令(G02或G03)，否 则会产生报警。 (3)在补偿进行时， 在指定的平面如果连续有两个或以上的非移动指令(辅 助机能或暂停等)。则会产生过切或切削不足。 (4)在补偿撤消时，只能用G01或G00，不能用圆弧插补指令(G02与G03)，否 则会产生报警且刀具停止；在“单程序段”方式下，执行一个程序段后停止，再 一次按起动按扭，执行下一个程序段而不再读取下一个程序段。 刀具半径补偿的指定，建立与撤销与使用中的注意事项 刀具半径补偿的指定，建立与撤销与使用中的注意事项如在使用事项中应注意以下几点： 1）G41( 或 G42) 必须与 G40 成对使用； 2）编入 G41、G42、G40 程序段，必须用和 G01(G40 程序段亦可用 G00，但 一般用 G01) 功能配合使用，且在使用时不允许有两句连续的非移动指令；3）G41( 或 G42) 与 G40 之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子 程序加工等； 4）D00 - D99 为刀具补偿号，D00 意味着取消刀具补偿。刀具补偿值在加 工或运行之前必须设定在补偿存储器中； 5）刀具半径补偿的建立与取消，应在辅助程序段中进行，不能编程在轮廓 加工的程序段上。4 结论本论文主要是利用对模具图形的结构分析，设计出适合其加工的最优工艺方案。在加工时要特别注意上模3mm螺纹孔的加工，以与型腔的加工。在加工上模壁时容易出现工件变形问题，处理时应该轮廓留0.5mm余量，增加精铣轮廓，高速精铣外轮廓至尺寸。精铣腔槽至尺寸，则3mm壁加工完成。然后利用caxa软件对其进行辅助造型和数控编程，以达到生产要求、提高生产效率的目的，在实际加工中遇到的许多问题也通过查阅资料找到了相应的解决措施。5 致 从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，我非常感激王振宁老师与帮助过我的老师同学。王老师他为人随和热情，治学严谨细心。在实际加工中，王老师自始至终都在我身边帮助我解决自己遇到的各种问题，无论是毕业设计还是生活中遇到的困惑，他总是可以耐心的给我讲解，在论文的方向、思路和写作等方面他给了我很大的帮助。从选题、定题开始，一直到最后论文的完成，王老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是王老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成。在此我真诚的王老师。同时我还要感在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以与关心我的同学和朋友。主要参考文献1红英. 金属塑性加工模具设计与制造. ：化学工业，2009.72二代龙震工作室. 冲压模具设计基础. ：电子工业，2007.33 炎嗣. 多工位级进模设计与制造. ：机械工业，2006.94程仲文.数控加工编程中刀具补偿常见错误与问题分析.：工业高等庄客学校学报,20065 章富安.对我国数控技术发展的思考.中国机械工程，1999 6 顾京.数控加工编程与操作.：高等教育，2003.9 7 长旭. 数控加工工艺. ：电子科技大学，2007.9 8 祝平, 新林。CAXA制造工程师2006数控加工基础与典型例，: 电子工业, 20089凌晨 CAXA模具设计教程 : 航空航天大学, 2005