1、I工学院毕业设计（论文）二零一一年十一月 数控铣零件工艺设计与编程专 业：数控技术班 级：数控 1041学 号：1001407106学生姓名：葛宏伟校外指导教师：校内指导教师：夏雨目录第 1 章 引言 21.1 Cimatron 介绍 .2第 2 章三维绘制 .32.1 对于实体的绘制分析 32.2 整体的绘制 32.2.1 基准面的建立 32.2.2 外壳绘制过程 42.2.3 后盖的绘制过程 .11第 3 章 吹风机的分模 .153.1 吹风机的整体部件划分 .153.2 机身的分模 .153.3 后盖的分模 .16第 4 章 对于切削用量的选择 .184.1 切削三要素 .184.2 合
2、理的选择 .18第 5 章 盖子上下模的加工 .205.1 毛坯的选定 .205.2 出刀路 .205.2.1 盖子下模加工 .205.2.5 盖子上模加工 .22第 6 章 侧滑块的加工 .246.1 毛坯的选定 .246.2 出刀路 .24第 7 章 机身的模具加工 .267.1 毛坯的选定 .267.2 出刀路 .26第 8 章 分析 .318.1 精度分析 .318.2 刀具分析 .318.3 材料分析 .31第 9 章 展望和结论 .33谢辞 34工学院毕业设计（论文）1摘 要：此次的设计对象是应用很广泛的吹风机外壳模型，主要针对怎样建模，以及加工工艺的安排，要对其先进行三维造型，合
3、理的选择分型面、分模、出刀路，以及模拟加工。运用了 AUTO CAD2012、 Cimatron E 8.5 两个软件，通过 AUTO CAD2012 来绘制外形尺寸图，通过 Cimatron E 8.5 来绘制三维立体图，出刀路，自动导出程序以及模拟加工。还有对于刀具的合理选择，几何参数的选择，达到要求的表面粗糙度值，通过数控铣床加工，并且对模具材料和产品的分析。关键词：建模、加工工艺、AUTO CAD2012 、Cimatron E 8.5 选择分型面、分模、出刀路、几何参数。工学院毕业设计（论文）2第 1 章 引言1.1 Cimatron 介绍Cimatron 是以色列 Cimatron
4、Ltd.公司为了研发幼狮战斗机而发展的CAD/CAM 软件,为机械 Cimatron 制造业提供专业的服务。广泛遍布于汽车、航空、计算机、玩具、消费类商品、医疗、军事、光学仪器、远程通讯、教育机构、科研院所和其它基础工业领域等。2005 年 Cimatron 软件被指定为“劳动部职业院校教师（双师型）数控技师培训和鉴定推荐使用软件” 除了数控 NC 编程的解决方案以外，Cimatron E是全球最好的“面向制造的设计软件”！具有以下主要优势：1）模具行业使用最广泛的软件；2）唯一能够提供工模具“从询价到产品交付” 解决方案的公司；3）全球最强的电极设计软件提供商；4）最多的多轴软件用户；5）全
5、国第一个微铣削软件的用户；6）教育行业购买的最多的软件。Cimatron 软件产品是一个集成的 CAD/CAM 产品，在一个统一的系统环境下，使用统一的数据库，用户可以完成产品的结构设计、零件设计，输出设计图纸，可以根据零件的三维模型进行手工或自动的模具分模，再对凸、凹模进行自动的 NC 加工，输出加工的 NC 代码。Cimatron 的加工特色使 Cimatron 已经成为当今数控加工、特别是模具加工的首选软件之一，可以完成产品的结构设计、零件设计，进行手工或自动的模具分模，再对凸、凹模进行自动的 NC 加工，Cimatron 的加工技术仍在继续、快速地发展，而保持世界领先的地位。本次对于吹
6、风机的建模和加工工艺设计就是应用了 Cimatron E 8.5 来进行的，而且在学校老师的指导下，对于这软件的使用比较熟练，从三维建模分模出刀路。Cimatron E 8.无论在三维绘制，还是分模，刀路的功能都是相当强大和可用性的。而且此软件还经常用于数控加工，对于我设计的这副模具有很好的使用价值，这也是我选用了此软件的主要原因。工学院毕业设计（论文）3第 2 章三维绘制2.1 对于实体的绘制分析如图 2-1 所示，为吹风机整体三维图和后盖图，该图有较多的曲面，而且外形尺寸复杂，其中吹风机机身要分上下两部分分开画，左右两边相对对称，以中心线为界分开画，这里运用了很多命令，比如拉伸、切除、圆角
7、，以及运用很多曲面当中的命令，像导动、边界面等等。对于该实体的绘制难度相对较难，而且内部还有螺纹连接，故要考虑周到才能合理的绘制出来。图 2-1 吹风机实体图2.2 整体的绘制打开 Cimatron E8.5 的快捷方式。在工具条上单击“新建文件”按纽。系统弹出对话框。在新建文档中选择单位为“毫米” ，类型为“零件” ，然后单击“确定”按纽创建一个新的零件文件。2.2.1 基准面的建立单击菜单栏上的基准按钮，然后选择“基准面” “主平面” ，拾取坐标系，从而建立坐标平面。2.2.2 外壳绘制过程单击选择 XZ 平面，右击草图，通过 直线指令， 圆弧指令， 尺寸工学院毕业设计（论文）4标注指令等
8、，绘制如图 2-2 所示草图图 2-2 草图退出草图，选择“实体”“新建” “旋转” ，然后选择草图，以及旋转轴，如图 2-3 所示。图 2-3 实体旋转部分画出手柄处的草图，退出草图，选择“实体”“新建” “拉伸” ，选择外形轮廓草图，两边增量 12mm，如图 2-4 所示。工学院毕业设计（论文）5图 2-4 实体手柄部分单击 圆角指令，选择手柄各外边，输入半斤值 3.5mm，然后选择 融合指令，融合旋转部分和手柄部分，再通过圆角指令倒圆角相交处 5mm 的圆角，如图 2-5 所示。图 2-5 倒圆角部分选择 XZ 平面为草图，绘制出 22055（mm）的矩形，退出草图，单击删除拉伸指令，两
9、边增量，50mm 和 150mm，按 拾取参考体命令选择，获工学院毕业设计（论文）6得如图 2-6 所示。图 2-6 切除部分单击 草图指令，绘制出 2210（mm）的矩形，退出草图，单击 拉伸指令，单向拉伸 18mm，如图 2-7 所示。图 2-7 倒圆角部分对所有实体进行融合指令，单击 抽壳指令，选择内侧，通用厚度为2mm，拾取开面，指定抽壳方向，如图 2-8 所示。工学院毕业设计（论文）7图 2-8 抽壳部分在前后两面绘制直径为 30mm 和 34mm 的圆，对其进行拉伸删除，如图 2-9所示。图 2-9 吹风机前后删除部分在看到那实体图的时，在画到这里为只，上下两部分都是对称的，为了效
10、率，通过 镜像指令，以 XZ 为镜像平面，获得如图 2-10 所示。工学院毕业设计（论文）8图 2-10 镜像部分为了能够对于下面绘制的方便，通过 线性移动指令，将镜像出的部分向Y 轴移动 100mm，在画螺纹连接部分时要考虑到其螺纹的尺寸，这里选用的是直径为 3.5mm 的螺纹连接，因为螺纹部分是在注塑出来后再进行攻丝才有的，故这里的直径要比 3.5mm 小，选择 3mm。同样的，吹风机上模螺纹连接处，也跟这个类似，如图 2-11 所示。图 2-11 螺纹连接部分工学院毕业设计（论文）9吹风机的按键部分，为了能够安装按键，故是一个 T 型槽，在内部要切一个槽，尺寸为 138（mm）的矩形，如
11、图 2-12 所示。图 2-12 手柄按钮 T 型槽部分吹风机的手柄处，为了在使用时，便于使用时，故在手柄处加了圆柱槽，增大与手之间的摩擦，直径为 2mm 的圆尺寸为，通过删除拉伸，如图 2-13 所示。图 2-13 手柄防滑部分选择 平行平面指令，方向为-Z 方向平行偏移 130mm，通过 草图指令，绘制一个直径为 8mm 的圆，通过删除拉伸进行删除，再将此平面向-Z 方向平移9mm，再在草图上面画一个直径为 9mm 的圆，通过删除里的双向删除 0.5mm，如图 2-14 所示。工学院毕业设计（论文）10图 2-14 吹风机通分孔最后通过 融合指令将上下两个吹风机外壳融合为一体，如 2-15
12、 所示。图 2-15 吹风机外壳整体图2.2.3 后盖的绘制过程单击选择 XY 平面，右击进入草图，通过 椭圆命令画出如图 2-16 所示草图。工学院毕业设计（论文）11图 2-16 后盖外形草图单击“实体” “拉伸” “旋转” ，拾取轮廓线并中键退出，拾取旋转轴线为 X 向的直线，增量旋转 360 度，如图 2-17 所示。图 2-17 大概外轮廓图单击选择 XY 平面，右击进入草图，通过 椭圆命令画出如图 2-18 所示草图。工学院毕业设计（论文）12图 2-18 后盖外形草图再次以 XY 为平面编辑草图，画出删除的轮廓，退出草图，并进行删除拉伸，选取 参考体，获得图 2-19 所示。图
13、2-19以 YZ 为平面编辑草图，画出删除的轮廓，每条上下线的距离是 5mm，退出草图，并进行删除拉伸，选取 参考体，获得图 2-20 所示。工学院毕业设计（论文）13图 2-20 后盖通风口部分选择后盖的底面，右击草图，进入编辑，绘制两个同心圆，直径分别为32mm 和 34mm，退出草图对其进行新建拉伸，单向拉伸 4mm，如图 2-21 所示。图 2-21因为后盖和外壳在一体时是固定的，在底部需要一个环槽，来进行配合，先选择后盖的底面，右击草图，进入编辑，绘制一个直径为 35mm 的圆，退出草图对其进行删除拉伸，单向拉伸 2mm，如图 2-22 所示。图 2-22 环型槽部分工学院毕业设计（
14、论文）14第 3 章 吹风机的分模3.1 吹风机的整体部件划分吹风机的机身是整个模具中最重要的部件，各项要求精度也较高，模具分型面的设定是非常重要的，如图 3-1 所示为其三维立体图，将其分为如图 3-2所示 3 部分来进行分模，图 3-1 三维立体图 图 3-2 吹风机部件图3.2 机身的分模吹风机的机身机身由两部件组成，因为是不对称的两部件，特别市在一些侧向部分，有通孔的，必须在分模的时候考虑到实际注塑模具时，补一些面，以及按键和螺纹链接的不同，所以要分别进行单独的分模，机身 1 的分模如图3-3 所示，图 3-4 为机身 2 的分模图。工学院毕业设计（论文）15图 3-3 机身 1 分模
15、图 图 3-4 机身 2 分模图3.3 后盖的分模后盖是个有侧向环形槽的部件，因此要求有侧滑块，分型面的选择在滑块上下两面，如图 3-5 所示工学院毕业设计（论文）16图 3-5 后盖分模图吹风机外壳一般采用增强的 ABS 塑料材料制造，模具的尺寸跟产品的塑料收缩率有关。ABS 材质的优点是比较硬，不易被压变形，外壳强度高，不易破损，能有效的保护内装物品，这很适合用来制造吹风机的外壳的材料。因此，各模具的尺寸并不能跟原来吹风机尺寸一样，未增强的 ABS 收缩率为 0.4-0.6%，增强的在 0.3-0.5% 。要适当的增大 0.4-0.6%的尺寸。图 3-6 为 ABS 性能图。塑料品种 结构
16、特点 使用温度 化学稳定性 性能特点 成型特点ABS热塑性塑料非结晶型塑料但不透明-40100较好；比较稳定力学性能优良，良好的综合性收缩率大，吸湿性强，流动性中等，尺寸稳定性好。结论 成型性能良好，适合于注射成型图 3-6ABS 基本性能图工学院毕业设计（论文）17第 4 章 对于切削用量的选择4.1 切削三要素切削速度、进给量、背吃刀量、切削三要素。4.2 合理的选择制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定切削深度、进给量和切削速度。所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。不同的加
17、工性质，对切削加制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定切削深度、进给量和切削速度。所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。在选择切削用量时，考虑的侧重点也应有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的切削深度，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和切削深度，而尽可能选用较高的切削速度。切削深度
18、应根据工件的加工余量来确定。粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀应尽可能切除全部余量。当加工余量过大，工艺系统刚度较低，机床功率不足，刀具强度不够 或断续切削的冲击振动较大时，可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸锻件时，应尽量使大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。半精加工和精加工的加工余量一般较小时，可一次切除，但有时为了保证工件的加工精度和表面质量，也可采用二次走刀。多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深度取大些，一般为总加工余量的2/33/4。在中等功率的机床上、粗加工时的切削深度可达810mm，半径加工（表面工学院毕业设计（论文）18粗糙度为 Ra6.33.2m）时，切削深度取为0.52mm，
19、精加工（表面粗糙度为Ra1.60.8m）时，切削深度取为0.10.4mm。进给量 f 的选择切削深度选定后，接着就应尽可能选用较大的进给量。粗加工时，由于作用在工艺系统上的切削力较大，进给量的选取受到下列因素限制；机床刀具工件系统的刚度，机床进给机构的强度，机床有效功率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。工厂中，进给量一般多根据经验按一定表格选取（详见车、钻、铣等各章有关表格） ，在有条件的情况下，可通过对切削数据库进行检索和优化。切削速度的选择在和选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，用计算的方法或用查表法确定切削速度的值。在具
20、体确定值时，一般应遵循下述原则：1）粗车时，切削深度和进给量均较大，故选择较低的切削速度；精车时，则选择较高的切削速度。2）工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应较加工中碳钢低，而加工铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。3）刀具材料的切削性能越好时，切削速度也可选得越高。因此，硬质合金刀具的切削速度可选得比高速钢高度好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石个立方氧化硼刀具的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。此外，在确定精加工、半精加工的切削速度时，应注意避开积屑瘤和鳞刺产生的区域；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激震动的临界速度，在加工带硬皮的铸锻件时
21、，加工大件、细长件和薄壁件时，以及断续切削时，应选用较低的切削速度。其次，在机床工件材料刀具伺服系统刚性允许的前提下，先选择大的切削速度，再选择大的进给量，最后才选择大的背吃刀量。一般来说，刀路的水平步距为刀具直径的 0.75。4.3 主轴转速的确定 工学院毕业设计（论文）19主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 式中 v-切削速度，单位为 m/min，由刀具的耐用度决定； n- -主轴转速，单位为 r/min； D-工件直径或刀具直径，单位为 mm。 计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。参照切削手册，加工材
22、料为 Cr12，硬度较高，切削力大.根据刀具材料和工具材料，选择切削速度为 25m/min，Vc=3.14dn/1000。经计算:平面加工转速：n=(20x1000)/(3.14x6)=1200r/min，根据经验，精加工转速约为 1500 r/min。轮廓加工转速：n=(20x1000)/(3.14x4)=1800r/min根据经验，精加工转速约为 2000 r/min。4.4 进给速度的确认进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得
23、到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在 100 200mm/min 范围内选取。 2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 2050mm/min 范围内选取。 3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min 范围内选取。 4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。工学院毕业设计（论文）204.5 被吃刀量的确认背吃刀量和进给量都会影响切削力大小，当进给量增大的时候，切削力的增大不成比例的增大，而背吃刀量增大的时候，切削力成比例的增大。这样就对切削刀的影响是磨损就不同了。还有
24、就是对温度的影响！进给量的影响比背吃刀量的大！对刀具的耐用度也就产生影响也就不同了咯！进给量大于背吃刀量啊！切削用量三要素对切削力的影响规律：背吃刀量对切削力的影响最大（aP加大一倍，切削力增大一倍）；进给量对切削力的影响次之（f 加大一倍，切削力增大 68%86%）；切削速度对切削力件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样的影响最小。 背吃刀量根据机床、工可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般 0.20.5mm。工学院毕业设计（论文）21第 5 章 盖子上下模的加工5.1 毛坯的选定后盖是吹风机中通气的重要部
25、件，而且跟机身的配合要求也相对较高，上下两模毛坯材料尺寸选为 606025（cm） ，毛坯需要两块，如图 5-1 和图 5-2 所示。图 5-1 尺寸图 图 5-2 毛坯图5.2 出刀路在出刀路前，必须了解材料的性质，包括材料的硬度，刚性，以及力学性能。5.2.1 盖子下模加工在出刀路前先要选定刀具，加工此模具需要两把刀具，一把是直径为 12cm的和一把直径为 1cm 的，创建刀路轨迹设定安全平面为 50mm，如图 5-3 和 5-4所示。工学院毕业设计（论文）22图 5-3 刀具规格 图 5-4 刀路轨迹设定初始毛坯，用 指令，设定参数，具体如图 5-6 和图 5-7 所示图 5-5 毛坯实
26、体 图 5-6 毛坯参数刀路分两步，先用直径为 12cm 的进行粗加工，留 0.5mm 的余量，再用直径为 1mm 的刀来进行精加工，用直接为 mm 加工时必须选择尽量少得背吃刀量，选择 1mm 具体刀路图如图 5-7 所示，图 5-8 为模拟加工图，图 5-9 为刀路表。工学院毕业设计（论文）23图 5-7 刀路图 图 5-8 模拟加工图图 5-9 刀路表5.2.5 盖子上模加工用到的刀具有三把，分别为直径 6mm 角落半径为 2mm 的牛鼻刀，直径为6mm 的平底刀，以及直径为 0.5mm 的球头刀。设定初始毛坯，设定参数，毛坯类型为 606025（mm）的矩形，选择体积铣中的粗加工环形铣
27、，选用刀具为牛鼻刀，进行初步开粗加工，留有 0.5mm的余量以便保证最后模具的精度要求；然后通过曲面铣的精铣所有，对上平面进行精加工，余量为 0mm，选用 6mm 的平底刀；再选用直径为 0.5mm 的球头刀来对曲面进行精加工，最后用刀具为 0.5mm 的平底刀来进行最后的精加工，因为有垂直，所以用平底刀来加工。具体刀路图如图 5-10，图 5-11 拟加工图。工学院毕业设计（论文）24图 5-10 刀路图 图 5-11 模拟加工图工学院毕业设计（论文）25第 6 章 侧滑块的加工6.1 毛坯的选定侧滑块是吹风机后盖的模具之一，毛坯材料尺寸选为 35356（cm） ，数量为两块，如图 6-1
28、和图 6-2 所示。图 6-1 毛坯尺寸图 图 6-2 毛坯立体图6.2 出刀路在出刀路前先要选定刀具，加工此模具只要一把直径为 6cm 的平底刀。先通过 进行粗加工，留余量，加工侧向步长一般为刀具的 0.75，为 4.5cm，然后再进行精加工，用 来出刀路，加工出如图 6-3 和 6-4，所示工学院毕业设计（论文）26图 6-3 粗加工 图 6-4 精加工再对右侧的半圆进行出刀路，同样的先进行粗加工然后精加工，加工刀路图如图 6-5 和图 6-6 所示图 6-5 半圆粗加工 图 6-6 半圆精加工滑块有两个，形状和几何尺寸相同，故同样加工方法加工两块，通过高级仿真如图 6-7 所示，图 6-
29、8 为两侧滑块模型。图 6-7 高级仿真 图 6-8 侧滑块工学院毕业设计（论文）27第 7 章 机身的模具加工7.1 毛坯的选定吹风机外壳是整个吹风机最主要的机构，该部件需要良好的导热性能，力学性能要较强，并且要有良好的绝缘性能，选用 ABS 材料，尺寸选为300300120（cm） ，毛坯需要 4 块，如图 7-1 和图 7-2 所示。图 7-1 尺寸图 图 7-2 毛坯图7.2 出刀路机身外壳模具的加工所需求的刀具相对较多图 7-3 为两个下模所需的刀具类型，图 7-4 为两个上模的刀具类型。图 7-3 下模刀具类型图 7-4 上模刀具类型依次进行“刀具”“刀路轨迹” “毛坯” “加工程
30、序” ，都进行了体积环形铣，曲面铣，水平铣，根据角度精铣，其中对于机床参数的设定要合理，粗加工时慢的进给速度，切削速度慢，背吃刀量要大，精加工时快的进给速度，切削速度快，背吃刀量要小，刀路从“环形铣”“水平区域铣” 工学院毕业设计（论文）28“根据角度精铣” “精细所有” ，下模的两个模具的刀路步骤一样。单击加工向导条“创建加工程序” ，进行程序的创建。1）选择工艺。主选择：体积铣;子选择：环形铣。2）选择轮廓。单击“零件” “轮廓” ，选择“轮廓”再拾取长宽轮廓按中键退出， “轮廓”显示“1” ；零件曲面选择实体全部 ，按中键提出，数值显示 70。3）设置机床参数：主轴转速：1500；进给量
31、 1000。其余的值选择系统默认。选择刀具：选择 D12R4。4）设置刀路参数：进刀和退刀方式选择切向，进退刀数值为 5；。5）安全平面设置；坐标系为 MODEL，其余系统默认。6）精度和曲面精度设置：零件加工余量为 0.5，其余默认7）刀路轨迹设置：切屑深度为 1，侧向步长为 9，铣削方向为混合铣，其余默认。完成设置后点击“保存并计算”按钮，显示刀路轨迹。如图 7-5 所示。7-5 环形铣单击加工向导条“创建加工程序” ，进行程序的创建。1）选择工艺。主选择：曲面铣;子选择：水平区域铣。2）选择轮廓。单击“零件” “轮廓” ，选择“轮廓”再拾取长宽轮廓按中键退出， “轮廓”显示“1” ；零件曲面选择实体全部 ，按中键提出，数值显示 73。3）设置机床参数：主轴转速：1800；进给量 1200。其余的值选择系统默
