具玩赛车底盘自动编程设计--毕业设计.doc
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1、 编号 *职业技术学院毕业论文题 目玩具赛车底盘自动编程设计学生姓名学 号系 部专 业数控技术班 级指导教师顾问教师 二一二年十月摘 要摘 要本课题选用的零件为玩具赛车底盘模型,将主要根据现代数控加工的基本工艺理论,运用UG自动编程技术来进行程序的生成,运用数控加工技术来实现加工的过程。在本设计中首先通过零件的工程图对零件从加工方法的选择、刀具的选择、加工切削参数的选择和加工工艺方案的确定等方面进行分析,结合自动编程加工的要求制定出合理的简易工艺卡片。然后,根据工艺卡片上的各项参数,运用UG编程的加工模块对零件进行自动编程设计,现在在下面的论文中就综合所学的专业知识,全面考虑可能影响铣削的因素
2、,设计其加工工艺和编辑程序,并进行相应的后处理生成加工程序,最后完成对赛车底盘模型的加工。关键词:数控自动编程 赛车底盘模型 加工程序 加工工艺II目 录目 录摘 要I第一章 绪论31.1 课题来源31.2 设计的目的与意义31.3 论文所要完成的工作与要求3第二章 自动编程的基本理论22.1自动编程的概述22.2图形交互自动编程的介绍32.2.1图形交互自动编程的基本步骤32.2.2图形交互自动编程的特点4第三章 玩具赛车底盘自动编程设计53.1加工工艺分析与规划53.1.1玩具赛车底盘模型实体图53.1.2工艺分析53.2刀具的选择和参数的确定53.2.1在模具加工时刀具的选择方法53.2
3、.2确定加工过程中的切削用量63.3玩具赛车底盘模型自动编程设计113.3.1加工环境设定113.3.2创建坐标系123.3.3创建刀具143.4粗加工163.4.1表面粗铣内槽1和内槽2163.4.2表面粗铣内槽3和内槽4203.4.3粗铣侧面凹槽1和凹槽2243.5钻孔263.6粗铣零件上表面两段圆弧面323.7精铣上表面333.8精铣底面34第四章 模型后处理及加工程序354.1后处理354.2生成程序35第五章 总结与展望38致 谢39参考文献40第一章 绪论第一章 绪论1淮安信息职业技术学院1.1 课题来源本设计课题为赛车底盘模型自动编程设计,选取的零件为自拟题目,课题的选取主要参照
4、企业真实零件,并进行适当修改后确定。在课题内容的选取上,力求将数控专业要求具备的机械制图能力、数控加工工艺分析能力、数控加工工艺设计能力、工艺文件编写能力、数控加工程序编制能力和数控零件加工等能力融入其中。1.2 设计的目的与意义毕业设计是教学过程的最后阶段所采用的一种总结性的实践性教学环节。通过毕业设计,能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能,进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习。在设计中,能够提高学生的写作能力、资料手册查阅能力及熟悉国家标准和规范的能力、分析与计算能力和计算机应用能力等。此外,通过毕业设计可以锻炼学生综合运用所学知识解决生产实际问题的能力,提高学生独立思考和分析解
5、决问题的能力,为以后从事专业技术工作打下基础。1.3 论文所要完成的工作与要求本设计要求学生针对赛车底盘进行工艺分析,根据分析结果制定零件的数控加工工艺,并编写零件的数控加工程序,具体要求如下:1对零件的数控工艺进行详细的分析,审查零件图纸的完整性和结构合理性,分析零件的技术要求,包括加工表面的尺寸精度要求、相互位置精度要求、形状精度要求和表面质量要求等;2制定零件的刀轨路线,划分零件的加工工序、加工工步;3合理的选择加工设备、加工刀具和夹具;4制定零件的刀具卡片;5运用自动编程编写该零件数控加工程序。*职业技术学院毕业设计论文第二章 自动编程的基本理论2.1自动编程的概述借助于电子计算机编制
6、数控加工程序的过程称为计算机辅助编程,习惯上称自动编程。自动编程系统主要由计算机、显示器、穿孔机,打印机等硬件和数控语言、编译程序等软件组成。 自动编程的方法有语言编程方法、图形编程方法及其它方法。随着科学技术特别是计算机科学的发展,自动编程的方法不断地改进与完善。自第一台数控机床问世不久,1952年美国麻省理工学院即开始研究自动编程的语言系统APT(Automatically Programmed Tools)。APT语言系统由APT-1、APT-2发展到可解决三维编程APT-系统后,宇航协会对APT见继续改进,成立了APT长期规划组织(APTLRP),由伊利诺斯理工学院研究所负责,1970
7、年发表了APT-初步方案,80年代进一步发展为APT/SS系统,具有定义和加工复杂雕塑曲面的功能。APT语言系统是世界上发展最早的编程语言,其语言词汇丰富,定义的几何类型多,加工的功能齐全,并配有1000多个后置处理程序,在各国得到广泛的应用。但该系统庞大,需大型计算机,费用昂贵。因此,各国相继研究出了针对性较强的各具不同特点的编程系统。如美国的ADAPT、AUTOSPOT,德国的EXAPT-1(点位 )、EXAPT-2(车削)、XEAPT-3(点位、轮廓),日本的FAPT、HAPT等数控自动编程语言系统。我国自50年代末即开始研究数控机床,60年代中期开始了数控自动编程方面的研究工作。70年
8、代已研制出了SKC、ZCK、ZBC-1、CKY等具有平面轮廓铣削加工、车削加工等功能的数控自动编程系统。后又研制出具有解决复杂曲面编程功能的数控编程系统 CAM-251等多功能的语言系统。随着计算机技术的发展,微机数控自动编程系统以 其较高的性能价格比迅速发展起来,近年来推出了EAPT、HZAPT等微机数控自动编程系统。 数控语言自动编程系统的编程效率比手工编程提高了很多倍,解决了手工编程难以完 成的复杂曲面的编程问题,大大地促进了数控技术的发展。但是,由于APT语言编程系 统发展较早,受计算机硬、软件条件的限制,使其存在一些缺点,如用户界面不够友好、 零件设计的信息不能直接传递,近年来发展的
9、一些先进的算法(例如NURBS)未能得到 应用等。 美国1964年研制出的第一台图形显示器(图形终端),为克服语言编程系统的缺点及 发展图形编程系统打下了基础。使用图形交互功能,在屏幕直接显示零件图形及加工走刀轨迹,得到加工程序。其用户界面友好,比APT语言系统编程时间缩短了7075, 提高了编程质量,经济效益显著。美国洛克希德的加里福尼亚飞机制造公司1967年初步完成了第一个CAD/CAM集成系统,以后命名为CAD/AM系统,在一些工厂中应用。80年代后,随着图形工作站及微机性能的提高,CAD/CAM软件大量涌现,交互式图形编程技术大量被采用。我国已研制出并正在研制一些自主版权的CAD/CA
10、M软件。2.2图形交互自动编程的介绍图形交互自动编程是一种计算机辅助编程技术,它是通过专用的计算机软件来实现的。这种软件通常以计算机辅助设计(CAD)软件为基础,利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上,形成零件的图形文件,然后调用数控编程模块,采用人机交互的方式,在计算机屏幕上指定被加工的部位,再输入相应的加工参数,计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序,同时在计算机屏幕上动态地显示出 刀具的加工轨迹。该方法不需要编制零件加工的源程序,用户界面好,使用更加方便、直观。因此,“图形交互自动编程”已经成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。
11、2.2.1图形交互自动编程的基本步骤图形交互自动编程不需要编写零件源程序,只需把被加工零件的图形信息输送给计算机,通过系统软件的处理,就能自动生成数控加工程序。它是建立在CAD和CAM的基础上的。这种编程方法具有速度快、精度高、直观性好、使用方便和便于检查等优点。因此,图形交互式自动编程是复杂零件普遍采用的数控编程方法。其主要处理过程有: (1)几何造型:几何造型是利用CAD软件的图形标记功能交互自动地进行图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等工作,将零件被加工部位的几何图形准确的绘制在计算机屏幕上。与此同时,在计算机内自动形成零件图形数据库。 (2)刀具走刀路线的产生:图形交互自动编程的刀具轨迹
12、生成是面向屏幕上的图形交互进行的。首先调用刀具路径生成功能,然后根据屏幕提示,用光标选择相应的图形目标,点取相应的坐标点,输入所需的各种参数,软件将自动从图形中提取编程所需的信息,进行分析判断,计算节点数据,并将其转换为刀具位置数据,存入指定的刀位文件中或直接进行后置处理并生成数控加工程序,同时在屏幕上模拟显示出零件图形和刀具运动轨迹。 (3)后置处理:后置处理的目的是形成各个机床所需的数控加工程序文件。由于各种机床使用的控制系统不同,其数控加工程序指令代码及格式也有所不同。为了解决这个问题,软件通常为各种数控系统设置一个后置处理用的数控指令对照表文件。在进行后置处理前,编程人员应根据具体数控
13、机床指令代码及程序的格式事先编辑好这个文件。然后,后置处理软件利用这个文件,经过处理,输出符合数控加工格式要求的NC加工文件。2.2.2图形交互自动编程的特点图形交互式数控自动编程是通过专用计算机软件来实现的,是目前所普遍采用的是数控编程方法。1.这种编程方法既不像手工编程那样需要用复杂的数学手工计算算出各节点的坐标数据,也不需要像APT语言编程那样用数控编程语言去编写描绘零件几个形状加工走刀过程及后置处理的源程序,而是在计算机上直接面向零件的几何图形以光标指点、菜单选择及交互对话的方式进行编程,其编程结果也以图形的方式显示在计算机上。所以该方法具有简便、直观、准确、便于检查的优点。2.图形交
14、互式自动编程软件和相应的CAD软件是有机地联在一起的一体化软件系统,既可以用来进行计算机辅助,又可以直接调用设计好的零件图进行交互编程,对实现CAD/CAM一体化极为有利。3.这种编程方法的整个编程过程是交互进行的,简单易学,在编程过程中可以随时发现问题并进行修改。4.编程过程中,图形数据的提取、节点数据的计算、程序的编制及输出都是由计算机自动进行的。因此,编程的速度快、效率高、准确性好。5.此类软件都是在通过计算机上运行的,不需要专用的编程机,所以非常便于普及推广。基于上述特点,可以说图形交互自动编程是一种先进的自动编程技术,是自动编程软件的发展方向,目前国内外先进的编程软件均采用了这种编程
15、技术。4第三章 玩具赛车底盘自动编程设计第三章 玩具赛车底盘自动编程设计3.1加工工艺分析与规划3.1.1玩具赛车底盘模型实体图图3-1赛车底盘模型实体图3.1.2工艺分析通过测量可知该零件是长为98mm、宽为55mm、高为12mm的长方体零件。所以将选择长为110mm、宽为65mm、高为15mm的毛坯在加工中心上一次装夹完成加工,由于零件加工部分极为复杂,所以用手工编程的方法不可能进行精密加工。因此只能运用数控编程的方法做出零件的加工程序,利用机床数控系统网络传输功能把NC程序装置存储中,或者使用DNC方式输入数控机床,再对零件进行具体的加工。数控加工工序中,按照粗加工半精加工精加工的步骤进
16、行,为了保证加工质量和刀具正常切削,可运用型腔铣削进行粗加工去除大部分的余量,利用固定轮廓铣进行零件平面的精加工,深度加工轮廓铣进行不规则曲面的半精加工和精加工。3.2刀具的选择和参数的确定3.2.1在模具加工时刀具的选择方法1.根据被加工型面外形选择刀具类型对于凹形表面,在半精加工和精加工时,应选择球头刀,以得到好的表面质量,但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀,这是由于球头刀切削条件较差;对凸形表面,粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀,但在精加工时宜选择圆角立铣刀,这是由于圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好;对带脱模斜度5*职业技术学院毕业设计论文的侧面,宜选用锥度铣刀,固然采用平端
17、立铣刀通过插值也可以加工斜面,但会使加工路径变长而影响加工效率,同时会加大刀具的磨损而影响加工的精度。 2.根据从大到小的原则选择刀具模具型腔一般包含有多个类型的曲面,因此在加工时一般不能选择一把刀具完成整个零件的加工。无论是粗加工还是精加工,应尽可能选择大直径的刀具,由于刀具直径越小,加工路径越长,造成加工效率降低,同时刀具的磨损会造成加工质量的明显差异。3.根据型面曲率的大小选择刀具在精加工时,所用最小刀具的半径应小于或即是被加工零件上的内轮廓圆角半径,尤其是在拐角加工时,应选用半径小于拐角处圆角半径的刀具并以圆弧插补的方式进行加工,这样可以避免采用直线插补而出现过切现象;在粗加工时,考虑
18、到尽可能采用大直径刀具的原则,一般选择的刀具半径较大,这时需要考虑的是粗加工后所留余量是否会给半精加工或精加工刀具造成过大的切削负荷,由于较大直径的刀具在零件轮廓拐角处会留下更多的余量,这往往是精加工过程中出现切削力的急剧变化而使刀具损坏或栽刀的直接原因。4粗加工时尽可能选择圆角铣刀一方面圆角铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的090范围内给出比较连续的切削力变化,这不仅对加工质量有利,而且会使刀具寿命大大延长;另一方面,在粗加工时选用圆角铣刀,与球头刀相比具有良好的切削条件,与平端立铣刀相比可以留下较为均匀的精加工余量,这对后续加工是十分有利的。 3.2.2确定加工过程中的切削用量合理选择切削
19、用量的原则是:粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素:切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,ap就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度L:一般L与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中,一般L的取值范围为:L=(0.60.9)d。切削速度V:提高V也是提高生产率的一
20、个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时,v可采用8m/min左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时,V可选200m/min以上。6第三章 玩具赛车底盘自动编程设计主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为:V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。(1).主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取:n=其中Vc-切削速度D-工件或刀具的直径(mm
21、)由于每把刀计算方式相同,现选取 10mm立铣刀为例说明其计算过程。根据切削原理可知,切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。铣削加工的切削速度Vc可参考数控加工工艺表5-9选取。 表3.1 铣削加工的切削速度参考值:工件材料硬度/HBS切削速度/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251842661502253251236541203254256213675铸铁19021366615019026091845901603204.5102130铝70120100200200400黄铜53562050100180从理论上讲,的值越大越好,因为这不仅可以提
22、高生产率,而且可以避免生成积屑瘤的临界速度,获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制,综合考虑:取粗铣时: =50m/min7*职业技术学院毕业设计论文精铣时 :=70m/min带入公式中:=100050/(3.1410)=1592.3 r/min =100070/(3.1410)=2229.2 r/min同理可得20mm刀具转速:=100050/(3.1420)=796.1 r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取:=1800 r/min =3500 r/min切削进给速度F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位mm/min。它与铣刀的转速n、铣
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