创意烟灰缸数控加工工艺分析本科毕设论文文档格式.docx

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数控编程

完成加工工艺设计和数控编程（Cimatron）

第4-6周

数控加工

完成设计烟灰缸的数控加工。

第7-12周

论文写作

完成造型设计、数控编程与加工的整理、修改和标准格式论文的写作。

六、备注：

1、本任务书一式三份，系、指导教师和学生各执一份；

2、学生须将此任务书按装订要求进行装订。

指导教师：

袁华系主任：

陈学峰

目录

摘要…………………………………………………………………………………4

第一章创意烟灰缸的分析……………………………………………………5

1.1Cimatron8.5零件绘制软件介绍……………………………………………5

1.2烟灰缸的工程图分析与设计思路……………………………………………5

第二章烟灰缸的编程加工与工艺分析……………………………………7

2.1制定加工工艺路线…………………………………………………………7

2.2机床选取……………………………………………………………………8

2.3毛坯选取………………………………………………………………………8

2.4刀具清单……………………………………………………………………8

2.5装夹方式和定位基准………………………………………………………8

2.6加工步骤……………………………………………………………………9

2.7数控机床加工烟灰缸上盖的编程与加工…………………………………9

2.8数控机床加工烟灰缸底座的编程与加工……………………………………19

第三章烟灰缸的工艺总结………………………………………………………28

3.1烟灰缸加工工艺总结……………………………………………………………28

3.2成品形状图………………………………………………………………………28

致谢…………………………………………………………………………29

参考文献……………………………………………………………………30

摘要

通过采用CimatronE软件对烟灰缸进行外形设计、数控编程，并进行加工产品；

采用自动编程方法加工，在加工产品中可以大大缩短加工效率；

设计产品为装配类产品。

由于产品为装配类工件，编程时应注意工件上盖和底盖配合关系，在加工操作中要注意装夹，防止损坏产品表面精度。

关键词：

烟灰缸；

Cimatron软件；

数控编程；

加工操作

第一章烟灰缸的分析

烟灰缸是盛烟灰、烟蒂的工具，产生于19世纪末。

纸烟问世后，烟灰、烟蒂随地弹扔有碍卫生，烟灰缸就应运而生了。

最初，有人称烟灰缸为烟碟，以陶、瓷质为多见，也有以玻璃或金属材料制作的。

其形状、大小均无固定，但都有明显的标记，那就是烟灰缸上均有几道烟支粗细的槽，是专为放置烟卷而设计的。

烟灰缸除了具备实用功能之外，还是一种艺术品，具有一定艺术欣赏价值。

根据上述的资料背景，本人这次毕业设计的烟灰缸，主要是追求外形独特。

图1-1图1-2

1.1CimatronE8.5零件绘制软件介绍

Cimatron软件系统是以色列Cimatron公司开发的CAD／CAM集成化的软件系统，它的前身是以色列为了研发幼狮战斗机而专门设计的CAD／CAM软件。

Cimatron系统是一个关于计算机辅助设计、计算机辅助制作、数据转换接口、产品数据管理、系统二次开发的软件系统，适用于各行业模具设计和制作的全功能无缝集成系统。

Cimatron在世界范围内的知名客户包括MOTOROLA、BENZ、BMW等，在日本、美国、意大利、中国台湾等国家和地区是占有率第一的CAD／CAM软件。

利用Cimatron系统强大的产品设计与数控编程的功能可以帮助我们将事情做得更多、更快、更好。

Cimatron提供了灵活方便的轨迹编辑方法，可以对已有的刀具轨迹进行复制，还可以用手工的方式对生成的刀具轨迹进行方便的修改：

删除选择的走刀步骤，裁减选择的走到步骤和增加用户指定的走刀，对刀具进行投影等。

为了满足对加工质量和效率日益提高的要求，Cimatron提供了高速铣削技术。

同时，还支持2.5轴、3轴、4轴、5轴、的数控机床程序编制，提供多种的刀轨形式。

1.2烟灰缸的工程图分析与设计思路

利用Cimatron软件设计出产品外形：

产品设计思路是以动漫为主题，选取变形金刚头像为主要外形，产品底盖部分中间部分加了一个凹形“肺部”形状，外形生动，可用于提醒吸烟者吸烟有坏身体健康。

1.2.1烟灰缸设计的零件尺寸图见图1-3、图1-4

图1-3烟灰缸上盖

图1-4烟灰缸底座

根据零件的CAD二维图，利用Cimatron软件绘制出零件的三维图，如下图所示。

图1-5烟灰缸上盖三维图图1-6烟灰缸底盖三维图

第二章烟灰缸的编程加工与工艺分析

2.1制定加工工艺路线

烟灰缸上盖加工工艺过程表，见表2-1

表2-1烟灰缸上盖加工工艺过程表

工序号

选用刀具

工序内容

设备

1

D12平底刀

精铣上平面

数控加工中心

2

粗铣上盖外形

3

4

精铣上盖外形

5

D3平底刀

二次粗铣上盖眼部位置

6

D2平底刀

粗铣上盖细槽

7

精铣上盖细槽

8

D2球刀

倒上盖圆角R2

9

拆工件，换上盖下部分加工

10

粗铣上盖下部分

11

粗铣上盖4个凸点

12

精铣上盖下部分

13

精铣上盖4个凸点

烟灰缸底座加工工艺过程表，见表2-2

表2-2烟灰缸底座加工工艺过程表

粗铣底座外形

精铣底座外形

D4平底刀

粗铣底座内部键槽

粗铣底座侧边四凹槽

D6球刀

粗铣底座内部“肺部”外形

精铣底座内部“肺部”外形

拆工件，换底盖下部分加工

粗铣底座下部分

精铣底座下部分

2.2机床选取

铣床的种类很多，根据结构特点及用途可以分为：

升降台式铣床、龙门铣床、万能工具铣床和各种专门化铣床等。

本次毕业设计根据学校现有设备选用南通机床法兰克系统的数控加工中心。

2.3毛坯选取

根据产品设计要求，毛坯材料选取铝件。

铝件常用于配置铝合金或制作强度要求不高但有具有导热、耐大气腐蚀的器皿，而且铝件具有银白色金属光泽，很适合本产品外观上的要求。

毛坯选取：

120×

110×

40两件

2.4刀具清单

表2.1选用刀具

硬质合金

D10平底刀

D2球头刀

D6球头刀

2.5装夹方式和定位基准

装夹方式：

尽量减少装夹次数，尽可能一次定位装夹后，加工出全部待加工表面；

因本产品加工批量不大，应该采用虎钳夹紧。

定位基准：

力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一；

2.6加工步骤

1、烟灰缸在加工中心上的装夹

（1）把虎钳装在机床上；

（2）调整虎钳使其与工作台平行后，将它锁紧在工作台；

（3）把工件装夹在虎钳上，用高垫铁把工件底面垫起，并使工件加工部位最低处高于虎钳顶面（避免加工时刀具撞到虎钳）；

（4）夹紧工件，如果是未加工平面，应该使毛坯表面与虎钳尽量保持平行；

如果是已加工平面，要在加工平面上垫些东西防止损坏工件；

2、加工中心对刀采用方法

本次加工都采用碰刀对刀法：

（1）X、Y向对刀

①启动机床主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件左侧有一定的安全距离的位置，然后降低速度移动至接近工件左侧。

靠近工件时，应改用微调操作，让刀具慢慢地接近工件左侧，使刀具恰好接触到工件左侧（听取切削声音和观察工件左侧表面，如出现异常声音和表面出现切痕或者切屑，即表示刀具接触到工件）。

记下此时机床坐标系中显示的X坐标值，如（-250,500）等。

沿Z正方向退刀。

至工件表面一上，用同样方法接近工件右侧，记下此时机床坐标系中显示X的坐标值，如（-350,500）等。

据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中X坐标值为{（-250,500）+（-350,500）}/2=（-300,300）。

②同理可得工件坐标系原点W在机床坐标系的Y坐标值。

（2）Z向对刀

将刀具快速移至工件上方，启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件上表面有一定的安全距离的位置，然后降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。

靠近工件时改用微调操作，让刀具端面慢慢接近工件表面，使刀具端面恰好碰到工件上表面（听取切削声音和观察工件上表面，如出现异常声音和表面出现切痕或者切屑，即表示刀具接触到工件），记下此时机床坐标系中的Z值，如（-140,300）等，则工件坐标系原点W在机床坐标系中的Z坐标值为（-140,300）。

（3）数据存储

将测得的X、Y、Z值输入到机床工件坐标系存储地址到G54中。

3、用CimatronE8.5软件输出自动加工程序，在用CIMCOEditv5软件将已输出的自动加工程序从电脑中输入到数控加工中心加工。

2.7数控机床加工烟灰缸上盖的编程与加工

本部分对烟灰缸上盖加工，需要选对一面进行加工，然后反面再加工，直到工件加工出来，因上盖上表面要求表面粗糙度很高，故反面加工时，要加东西垫着已加工好的平面，上盖上表面加工，因有较小的槽，对刀具选择要求也高，要硬度高。

由Cimatron8.5软件的测量工具选项中可以测出。

得到的结果选出最小刀具，又有工件的高度，选出最大刀具和最合适刀具。

2.7.1创建加工坐标

在Cimatron8.5软件主菜单中选择“文件”--“输出”--“加工到”，点击“确定”。

2.7.2创建道具库

点击“刀具”，选择刀具库，导入直径为2、3和12的平底刀

2.5.2创建刀路轨迹

点击“刀具轨迹”，选择“3轴”，输入Z=（安全平面）50，点击“确定”按钮，如图2-2所示。

2.5.3构建初始毛胚

点击右边的“毛胚”，毛胚类型选择“曲面”，点击“确定”按钮，建立毛胚如图2-3所示。

图2-2图2-3

2.5.4加工程序的创建

一、精加工烟灰缸上盖上平面

点击“加工程序”，选择“2.5轴”——“型腔铣削-环切”

（1）点击“进刀和退刀”，弧线半径5

（2）点击“进刀和退刀点，”进刀角度2

（3）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0.3，轮廓精度0.01

（4）点击“刀路轨迹”，Z值最大值0.2，Z值最小值-1，切削深度1，精铣侧向间距，切削方向“混合铣”，铣削方向“由外向内”，清理行间间隙，铣削外部轮廓

（5）点击“刀具与卡头”，选择D12（直径为12的平底刀）刀具。

（6）点击“机床参数”,输入主轴转速1000，进给500。

（7）点击“零件”，零件轮廓，选取工件上限定的矩形，按鼠标中键确定，如图2-4所示。

图2-4

二、粗加工烟灰缸上盖的外形

点击“加工程序”，选择“体积铣”——“粗加工环行铣”

（1）点击“进刀和退刀”→进刀角度输入“5”

（2）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0.3，轮廓精度0.01

（3）点击“刀路轨迹”，切削方向“混合铣”，固定垂直步进1，侧向步长8，真环切为半精轨留余量0.3

（4）点击“限制Z值”,Z值最大值0.2，Z值最小值-30

（7）点击“零件”—零件曲面，选取工件所有面，按鼠标中键确定，如图2-5所示。

图2-5所示

（8）实际加工后如图2-6所示。

图2-6所示

工艺分析：

考虑到毛坯量大，故选择D12平底刀，加工方向选混合铣，让其来回走刀，对开粗效率效果趋向最好效率。

三、精加工烟灰缸上盖上平面

（3）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0，轮廓精度0.01

（6）点击“机床参数”,输入主轴转速1800，进给400。

（7）加工路线图如图2-7所示

四、精加工烟灰缸上盖的外形

（2）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0，轮廓精度0.01

（3）点击“刀路轨迹”，切削方向“顺铣”，固定垂直步进1，侧向步长8，真环切为半精轨留余量0

（6）点击“机床参数”,输入主轴转速1800，进给速度400。

（7）加工路线图如图2-8所示

图2-7图2-8

五、二次开粗加工烟灰缸上盖的眼部

点击“加工程序”，选择“体积铣”——“粗加工平行铣”

（1）点击“进刀和退刀”→进刀角度输入“5”；

（2）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0.3，轮廓精度0.01；

（3）点击“刀路轨迹”，切削方向“混合铣”，固定垂直步进1，侧向步长1.5；

（4）点击“限制Z值”,Z值最小值-7；

（5）点击“刀具与卡头”，选择D3（直径为3的平底刀）刀具；

。

（7）点击“零件”—零件曲面，选取面如图2-9，按鼠标中键确定；

图2-9

由于烟灰缸眼部加工余量还比较大，所以增加这一部加工，选择直径D3刀具加工，能加工去多余的余量同时，还可以留余量精加工。

六、粗加工烟灰缸上盖的槽

（3）点击“刀路轨迹”，切削方向“混合铣”，固定垂直步进0.8，侧向步长0.8；

（5）点击“刀具与卡头”，选择D2（直径为2的平底刀）刀具；

（7）点击“零件”—零件曲面，选取面如图2-10右下图，按鼠标中键确定，如图2-10所示

图2-10

（8）实际加工后如图2-12所示。

图2-11图2-12

加工时，因刀具较小，加工过程中需加冷却液，并且加工过程中，应注意加工中有没有异常声音，如果出现异常声音，应立即改动进给速度，防止刀具损坏。

七、精加工烟灰缸上盖的槽

（2）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0，轮廓精度0.01；

（3）点击“刀路轨迹”，切削方向“顺铣”，固定垂直步进0.8，侧向步长0.8；

（7）加工过程图如图2-12所示

八、倒上盖圆角R2

点击“加工程序”，选择“曲面铣”——“根据角度铣”

（2）点击“精度和曲面偏移”，曲面精度0.01；

（3）点击“刀路轨迹”，水平区域，水平加工方法，环切，水平区域切削方向-顺铣，水平区域刀具方向-由外向内，水平步进0.1；

垂直区域，垂直加工策略-层切，垂直区域切削方向-顺铣，垂直区域切削方向-由外向内，水平步进0.1，限制角度45

（4）点击“限制Z值”-仅底部

（5）点击“刀具与卡头”，选择D2（直径为2的球刀）刀具；

（6）点击“机床参数”,输入主轴转速1500，进给1000。

（7）点击“零件”—零件曲面，选取面如图2-13，按鼠标中键确定

图2-13

工艺分析：

由于加工R2圆角较小，选用直径为2的刀具，需注意加工过程中是否出现问题，还有换刀具时，应该注意对Z轴方向坐标时，注意对刀精度，防止出现刀具加工错位。

九、拆卸工件，换上盖下部分加工

因为前些部分已经经过精加工，所以工件外轮廓装夹时，应该加布料装夹，防止虎钳在装夹过程中对已加工面出现夹痕。

十、粗铣上盖下部分

点击“加工程序”，选择“2.5轴”—“型腔铣削-毛坯环切”

由于上面加工了上部分时，系统默认了某些参数，所以只需改变下面参数：

（1）点击“刀路轨迹”，Z最大值0，Z最小值-26，切削深度1，侧向步长7.2，切削方向混合铣

（2）点击“刀具与卡头”，选择D12（直径为12的平底刀）刀具

（3）点击“零件”——零件轮廓，选择闹钟小表芯孔外轮廓线，刀具位置选择“在轮廓内部”，轮廓偏移0.1——按鼠标中键确定

（4）机床参数，主轴转速1000，进给500

（5）加工路线如图2-14所示，实际加工如图2-15所示

图2-14图2-15

十一、粗铣上盖下部分4凸点

由于在上部分加工时，还有很大余量需要加工掉，所以加工4凸点时，需要加工去多余的余量。

（1）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0.3，轮廓精度0.3

（2）点击“刀路轨迹”，切削方向“混合铣”，固定垂直步进1，侧向步长7.2；

（3）点击“限制Z值”,Z值最小值-5；

（4）点击“刀具与卡头”，选择D12（直径为12的平底刀）刀具；

（5）点击“机床参数”,输入主轴转速1000，进给500。

（6）加工路线如图2-16所示，加工过程图如图2-17所示

图2-16图2-16

十二、精铣上盖下部分

点击“加工程序”，选择“2.5轴”—“型腔铣削-毛坯环切”

（1）精度和曲面偏移，零件加工余量0，曲面精度0.01

（2）点击“刀路轨迹”，Z最大值0，Z最小值-26.4，切削深度1，侧向步长7.2，切削方向顺铣

（3）点击“刀具与卡头”，选择D12（直径为12的平底刀）刀具

（4）点击“零件”——零件轮廓，选择闹钟小表芯孔外轮廓线，刀具位置选择“在轮廓内部”，轮廓偏移0.1——按鼠标中键确定

（5）机床参数，主轴转速1800，进给1000

（5）加工路线如图2-17所示，实际加工如图2-18所示

图2-17图2-18

十三、精铣上盖下部分4凸点

（1）点击“精度和曲面偏移”，零件加工余量0，轮廓精度0.01

（2）点击“刀路轨迹”，切削方向“顺铣”，固定垂直步进3，侧向步长7.2；

（5）点击“机床参数”,输入主轴转速1800，进给1000。

（6）加工路线如图2-19所示

图2-19

因为加工过程中会出现许多空余刀路，可调动快点的进给，但到临近加工位置，应调回正常加工进给。

2.8数控机床加工烟灰缸底座的编程与加工

本部分对烟灰缸底座加工，需要选对一面进行加工，然后反面再加工，直到工件加工出来，因上盖上表面要求表面粗糙度很高，故反面加工时，要布块垫着已加工好的平面，

2.8.1创建加工坐标

2.8.2创建道具库

2.8.2创建零件

点击“零件，零件类型选择“曲面”，点击“确定”，如图2-20所示

2.8.3构建初始毛胚

点击右边的“毛胚”，毛胚类型选择“矩形”，尺寸为50X60X30点击“确定”按钮，建立毛胚如图2-21所示。

图-20图-21

一、粗加工烟灰缸底盖外形

点击“加工程序”，选择“体积铣”——“粗加工环形铣”

（1）点击“安全高度”，安全平面20（因此设置后，以下编程路线可以省略设置）

（2）点击“进刀和退刀”，进刀角度5

（4）点击“刀路轨迹”，切削方向“混合铣”，固定垂直步进1，侧向步长8

（5）点击“限制Z值”，Z值最小值-20

（6）点击“刀具与卡头”，选择D12（直径为12的平底刀）刀具

（7）点击“机床参数”,输入主轴转速1000，进给500。

（8）点击“零件”，零件曲面，选取工件上全部面，按鼠标中键确定，如图2-22所示。

图2-22

二、精加工烟灰缸底盖外形

（1）点击“进刀和退刀”，进刀角度5

（3）点击“刀路轨迹”，切削方向“顺铣”，固定垂直步进3，侧向步长8

（4）点击“限制Z值”，Z值最小值-20

（5）点击“刀具与卡头”，选择D12（直径为12的平底刀）刀具

（6）点击“机床参数”,输入主轴转速1800，进给1000。

（7）加工路线图如图2-23所示，仿真图如图2-24所示

图2-23图2-24

三、粗铣底座内部键槽

点击“加工程序”，选择“2.5轴”——“型腔铣削-毛坯环切”

（2）点击“精度