管道零件數(shù)控銑削加工工藝設計

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管道零件數(shù)控銑削加工工藝設計摘要：隨著數(shù)控技術的發(fā)展，數(shù)控技術給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的不斷擴大，它對一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用?，F(xiàn)在數(shù)控技術也稱計算機數(shù)控技術，加工軟件的更新快，CAD/CAM 應用是一項實踐性很強的技術。如 UG，PRO/E,Master CAM,CAXA 制造工程師等。數(shù)控技術是技術性極強的工作，尤其在模具領域應用最為廣泛，所以這要求從業(yè)人員具有很高的機械加工工藝知識，數(shù)控編程知識和數(shù)控操作技能。本文主要通過對管道零件進行加工工藝設計。關鍵詞：CAD/CAM、UG、數(shù)控加工 一、數(shù)控技術與 UG 加工的簡要介紹數(shù)控技術是現(xiàn)代制造的基礎，它的廣泛應用使普通機械被數(shù)控機械所代替，使全球數(shù)控業(yè)發(fā)生了根本的變化。數(shù)控技術的水準，擁有和普及程度已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。為適應這種形勢，需要大量培養(yǎng)數(shù)控專業(yè)技術人才。隨著計算機技術和機床制造業(yè)的不斷發(fā)展，CAD/CAM 圖形交互式的應用成為數(shù)控技術發(fā)展的新趨勢。數(shù)控編程在 CAD/CAM 系統(tǒng)中能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，而 PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）和 UG 的結合，讓CAD/CAM 的設計過程變得容易管理和控制，實現(xiàn)了時間的節(jié)約，有助于實現(xiàn)設計加工自動化，提高加工精度和加工質量、縮短產(chǎn)品研制周期等。1.數(shù)控加工技術的發(fā)展趨勢（1）繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 說具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為他的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的良好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊、遠程診斷和維修將更加普遍。高速化和精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度發(fā)展的需要。（2)向智能化發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。1)應用自適應控制技術數(shù)控系統(tǒng)能在運行過程中檢測一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。2)引入專家系統(tǒng)指導加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。3)引入故障診斷專家系統(tǒng)在設備診斷系統(tǒng)中借助多種數(shù)學原理和系統(tǒng)理論，形成多種不同的診斷方法。4)智能化數(shù)字伺服驅動裝置可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行狀態(tài)。2.UG 加工的特點（1）刀具統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了 CAD/CAM 等模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可施行并行工程。（2）采用復合建模技術，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。（3）基于特征（如：孔、凸臺、型腔、溝槽、倒角等）的建模和編輯方法作為實體造型的基礎，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設計方法，并能用參數(shù)驅動。（4）曲線設計采用非均勻有理 B 樣條作為基礎，可用多樣方法生成復雜的曲面造型，特別適合于汽車、飛機、船舶、汽輪機葉片外形設計等外形復雜的曲面造型。（5）出圖功能強，可以十分方便地從三圍實體模型直接升成二維工程圖。能按 ISO 標準標注名義尺寸、尺寸公差、行位公差漢字說明等，并能直接對實體進行局部剖、旋轉剖、階梯剖和軸測圖挖切，生成各種剖視圖，增強了繪圖功能的實用性。（6）以 Parasolid 為實體建模核心，實體造型功能處于領先地位。目前著名的 CAD/CAM 軟件均以此作為實體造型的基礎。（7）提供了界面良好的二次開發(fā)工具 GRIP 和 UFUNC,并能通過高級語言接口，使 UG 的圖形功能與高級語言的計算機功能緊密結合起來。（8）具有良好的用戶界面，絕大多數(shù)功能都可以通過圖標實現(xiàn)，進行對象操作時，具有自動推理功能，同時在每個步驟中，都有相應的信息提示，便于用戶做出正確的選擇。 二、管道零件圖紙分析這是一個管道零件，有孔、曲面、平面。曲面是一個難點，何為曲面？曲面是一條動線，在給定的條件下，在空間連續(xù)運動的軌跡。 根據(jù)圖紙我們可以發(fā)現(xiàn)，該零件需要進行雙面加工，因此我們可以創(chuàng)建兩個模。一個是管道零件的底座，另一個是管道零件圓柱形輪廓。由于管道零件是個對稱的零件，在建模的時候，我們可以將原點設在底座的對角線交點處，與加工坐標原點相重合，這樣就不需要再重新創(chuàng)建坐標系原點了。在數(shù)控銑床上裝夾管道零件時，曲面是不能直接被裝夾的，因此在裝夾底座平面的時候，實際的零件與創(chuàng)建的模型不是同一個，存在著旋轉 90°差異。對此我們可以有三種方法來解決這個問題：（1）創(chuàng)建的模型還是圖紙給定的，在該零件“后處理”的文件中中，添加“G68 X0 YO P90”的指令。（2）建模建好后，先將原模型旋轉 90°，再進行刀具軌跡的設計，“后處理”生成的程序即為該零件的程序。（3）在建模的時候，直接將原模型旋轉 90°建模，“后處理”生成的程序即為該零件的程序。三、管道零件的加工工藝分析1.加工分析根據(jù)圖紙，我們可以選擇 115×75×75 的毛坯，需要用到的刀具有立銑刀、麻花鉆、鉸孔刀、球頭銑刀。(1)加工難點：1)A 面的 0.02 的平行度控制。2)雙面裝夾時，平行度的保證。3)2×φ16H7 的孔位置度保證。4）曲面的加工。(2)坐標原點的創(chuàng)建：可以用建模時的原點作為加工坐標原點。(3)加工順序考慮到裝夾因素，底座的圓弧是不能用來裝夾的，應先銑削管道零件的底座，再銑削上部的圓柱形輪廓，最后鉸 φ16H7 的通孔。2.刀具選擇粗加工時，為了提高銑削效率，一般選擇較大的銑削深度，且留一定的銑削余量。精加工時為了保證尺寸精度，一般選擇較大的銑削速度和較小的進給量。本零件加工刀具使用清單如表一所示。表一：刀具類型 刀具材料 刀具直徑(D)麻花鉆 高速鋼 φ15.8鉸孔刀 高速鋼 φ16立銑刀 硬質合金 φ30立銑刀 硬質合金 φ20球頭銑刀 硬質合金 φ16盤銑刀 硬質合金 Φ503.加工工藝卡片研定加工工藝卡片如表二所示。表二：4、A 面的平行度 0.02 如何保證第一次裝夾毛坯料，先用盤銑刀進行平端面，平好后，用百分表進行校驗，正負偏差不能超過 0.01，然后再進行底座的銑削。第二次裝夾底座的兩端平面，圓柱形輪廓精銑好后，再用百分表進行校驗，正負偏差不能超過 0.01。 這樣 A 面平行度 0.02 就得以保證了。四、UG 加工造型1.UG 建模這是一個管道零件，可以通過拉伸增料、旋轉、邊倒圓等方法完成。根據(jù)圖紙的特性，管道零件的底座可以用拉伸來完成，軸的部分可以通過旋轉來完成，比較快捷。具體操作步驟如下：工種 工序 工步 加工內(nèi)容銑 一 1 用 φ20 的立銑刀粗銑管道零件的底座。2 用 φ20 的立銑刀精銑管道零件的底座。銑 二 1 反身裝夾，用 φ30 立銑刀粗銑圓柱形輪廓。2 用 φ16 的球頭銑刀粗銑曲面。3 用 φ16 的球頭銑刀精銑曲面。4 用 φ30 的立銑刀精銑圓柱形輪廓。鉆 三 1 用 φ15.8 的麻花鉆通孔。鉸 四 1 用 φ16 的鉸孔刀鉸通孔。檢查、去毛刺、上油。 （1）創(chuàng)建草圖進入 UG8.0 軟件，選擇創(chuàng)建草圖，選擇“XY”平面為基準平面，畫出如圖 1 所示的草圖。圖 1 草圖 圖 2 拉伸對話框（2）拉伸增料在“過濾器”里面選擇“曲線”、“相連曲線”選擇外輪廓和 2個孔，選擇拉伸增料，如圖 2 所示。（3）創(chuàng)建草圖選擇“草圖”，選擇“XZ”平面為基準平面，創(chuàng)建草圖如圖 3 所示。圖 3 草圖 圖 4 回轉對話框 （4）旋轉選擇“回轉圖標”，在“過濾器”里面選擇“曲線”、“相連曲線”，選擇上面所畫輪廓為旋轉曲線，Z 軸為旋轉軸，參數(shù)設置如圖4 所示。（5）邊倒圓選擇“邊倒圓”圖標，“選擇邊”為圓柱形的上表面圓，其它參數(shù)設置如圖 5 所示。圖 5 邊倒圓對話框建好后的零件如圖 6 所示。圖 6 管道零件模型 五、管道零件加工軌跡設計1.銑削管道零件底座打開底座模型如圖 7 所示,進入“加工”界面。圖 7 底座（1）創(chuàng)建幾何坐標系：原點設置如圖 8 所示。圖 8 幾何坐標系 圖 9 幾何體對話框（2）創(chuàng)建工件毛坯：進入加工界面后，選擇幾何視圖，類型設置為包容塊，其它參數(shù)設置如圖 9 所示。（3）創(chuàng)建刀具組：創(chuàng)建一把直徑 30cm 的立銑刀，參數(shù)設置如圖10 所示。圖 10 銑刀參數(shù)對話框 圖 11 創(chuàng)建工序對話框 （4）創(chuàng)建工序：選擇創(chuàng)建工序圖標，粗加工時將銑削方法設置為“mill_rough”,其它參數(shù)設置如圖 11 所示，型腔銑削中指定切削區(qū)域為底座輪廓四周，其余參數(shù)默認，選擇下方的生成圖標，確認以后就會生成模擬的加工圖，如圖 12 所示。圖 12 模擬底座加工圖2.圓柱表面加工工藝軌跡 （1）打開圓柱表面模型，重新創(chuàng)建工件坐標原點，原點設置如圖 13 所示。圖 13 工件坐標原點建立（2）重新創(chuàng)建毛坯，參數(shù)設置如圖 14 所示。圖 14 毛坯幾何體對話框選擇 φ30 的立銑刀，按照銑削底座平面的方法進行圓柱輪廓的粗精銑削。3.銑削凹橢球曲面創(chuàng)建一把 φ16 的球頭銑刀，粗銑削凹橢球曲面時參數(shù)設置如圖15 所示。確定以后進入型腔銑對話框如圖 16 所示，指定切削區(qū)域選擇凹橢球曲面。 圖 15 創(chuàng)建刀具對話框 圖 16 型腔銑對話框精銑削凹橢球曲面，選擇 φ16 的球頭銑刀，參數(shù)設置如圖 18 所示。圖 17 刀軌設置對話框銑削完成后的凹橢球曲面如圖 18 所示。圖 18 橢球曲面加工模型4.精銑圓柱形輪廓精加工時，創(chuàng)建一把 φ20 的立銑刀，將銑削方法設置為“mill_finish”，其余參數(shù)與粗加工時類似。 5.鉆孔和鉸孔加工創(chuàng)建一把 φ15.8 的麻花鉆進行鉆削加工，再創(chuàng)建一把 φ16 的鉸孔刀進行粗精鉸孔加工。銑削刀具軌跡如圖 19 所示。圖 19 銑削刀具軌跡 5.生成部分程序選取所有的加工步驟，如圖所示，選擇“后處理”，根據(jù)提示選擇“MILL_3_AXIS 后處理器，如圖 20 所示。圖 20 后處理程序對話框總結從準備論文到開始寫作，總共用了一個多月的時間，時間比較倉促。如有不到位的地方，請多多包涵。在這期間，老師和同學都是我的好伙伴，不懂的地方都是他們指導的。我也通過查閱書籍、收集資料，寫成了這篇論文。在此謝謝我的指導老師！參考文獻（1）洪惠良主編.《CAD/CAM 應用技術（UG）》.中國勞動出版社 2012.1.（2）沈建峰、黃俊剛主編.《數(shù)控銑床/加工中心技能鑒定》.北京化學工業(yè)出版社.2007 年.（3）沈建峰主編.《數(shù)控機床編程操作》.中國勞動社會保障出版社.2008年.