鼠标壳体凸模设计及数控加工Word下载.docx
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现在市场上有很多的鼠标产品,外形也应有尽有,但是无论形状是如何的美观,最重要的还是手感和质量。
本文第二章对鼠标成型工艺进行了分析;
第三章重点描述了鼠标外壳的三维建模;
第四章主要描述了对鼠标外壳凸模的加工设计;
第五章则描述了数控加工过程;
第六章则是对虚拟制造技术的应用前景进行简要分析。
三维建模软件采用的是CAXA制造工程师2004版,是由我国北京北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维CAD/CAM软件。
它基于微机平台,采用原创Windows菜单和交互方式,全中文界面,便于轻松的学习操作。
它全面支持图标菜单、工具条、快捷键。
用户还可以自有创建符号符合自己习惯的操作环境。
它既具有线框造型、曲面造型和实体造型的设计功能,又具有生成二至五轴的加工代码的数控加工功能,可用于加工具有复杂三维曲面的零件。
本次设计中凸模的加工用到了FANUCOIM数控铣床。
FANUC系统是日本富士通公司的产品,通常其中文译名为发那科。
系统在设计中大量采用模块化结构。
这种结构易于拆装、各个控制板高度集成,使可靠性有很大提高,而且便于维修、更换。
FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。
PMC信号和PMC功能指令极为丰富,便于工具机厂商编制PMC控制程序,而且增加了编程的灵活性。
系统提供串行RS232C接口,以太网接口,能够完成PC和机床之间的数据传输。
通过仿真,及时地发现产品设计和工艺过程可能出现的错误和缺陷,进行产品性能和工艺的优化,从而保证产品质量。
因此,目前对虚拟制造技术的应用前景的分析对未来制造业的发展显得尤为重要。
1概述
此次设计的课题是对鼠标壳体进行凸模设计以及数控加工。
鼠标壳体的尺寸要求如图1.1壳体三视图和轴测图所示:
图1.1壳体三视图和轴测图
Figure1.1shellviewandaxonometricdrawing
通过对鼠标壳体的分析,需要用到三维建模软件对壳体进行三维建模,并应该能生成G代码供数控加工使用,从而减少设计周期。
现在机械设计中应用最多的就是CAXA制造工程师,并且能满足以上所有要求。
CAXA制造工程师不仅是是一款高效易学,具有很好工艺性的数控加工编程软件,而且还是一套Windows原创风格,全中文三维造型与曲面实体完美结合的CAD/CAM一体化系统。
CAXA制造工程师为数控加工行业提供了从造型设计到加工代码生成、校验一体化的全面解决方案。
CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集成,可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。
支持轨迹参数化和批处理功能,明显提高工作效率。
支持高速切削,大幅度提高加工效率和加工质量。
通用的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。
基于CAXA制造工程师的数控加工中主要包括以下几个方面内容:
首先是根据鼠标三维图纸,对零件进行造型;
其次是进行数控加工工艺分析,选定合适的加工方法进行相关参数的设定。
最后加工仿真,生成G代码及相关工艺性文件。
流程图如图1.2所示,
图1.2CAXA制造工程师加工流程图
Figure1.2CAXAmanufacturingengineerprocessingflowchart
数控加工采用的是NanjingSwansoftCNC数控系统FANUCOIM型号数控铣床,该机床拥有真实感的三维数控机床和操作面板,动态旋转、缩放、移动、全屏显示等功能的实时交互操作方式,支持ISO-1056准备功能码(G代码)、辅助功能码(M代码)及其它指令代码,支持各系统自定义代码以及固定循环,可以直接调入UG、PRO-E、Mastercam等CAD/CAM后置处理文件模拟加工,拥有Windows系统的宏录制和回放,可以选择工件选放、装夹,可以自定义基准对刀、手动对刀零件切削,带加工冷却液、加工声效、铁屑等,采用数据库管理的刀具和性能参数库,内含多种不同类型的刀具,支持用户自定义刀具功能,并拥有加工后的模型的三维测量功能。
所以,决定用CAXA制造工程师2004对鼠标壳体进行三维建模,在此基础上进行鼠标壳体凸模的设计、进行数控轨迹仿真、生成G代码,用FANUCOIM型号数控铣床对前面所设计的凸模进行加工,这样就有效缩短了设计周期。
2鼠标成型工艺
2.1鼠标塑件分析
鼠标外壳整体为一薄壁壳体类零件,其尺寸为100mmx60mmx30mm。
没有侧向凸凹及孔,但壳体表面由扫描面构成,塑件上表面要求光洁平整,无缩孔、飞边及毛刺。
转角处用圆角R2过渡。
因此,此模具设计比较简单。
2.2鼠标塑件工艺的分析
(1)结构分析。
该零件的形状为上表面为一光滑曲面,四周为平面,转角处用圆角R2过渡。
塑件的几何形状除能满足使用外观要求外,还做到尽可能使其对应的模具结构简单化,便于加工成型。
①壁厚。
通常热塑性塑料的注塑件壁厚一般在2-4mm范围内,分析设计塑件功能要求,确定塑件的壁厚为2mm。
设机制品应尽量减少壁厚和壁厚的不均匀性,这样有利于缩短模塑间期,提高生产效率及节省材料。
②脱模斜度。
根据已选定的材料ABS,其脱模斜度宜为(40±
1.5度)。
③圆角。
塑件面与面之间一般采用圆弧过渡,这样不仅可以避免塑件尖角处的毅力集中,提高塑件强度,而且可以改善熔体在型腔中的流动状况,有利于充满型腔,便于脱模。
鼠标的内外圆角以及三个壁面结合处的转角都设计成圆角。
(2)尺寸精度分析。
尺寸是指塑件制件的总体尺寸,从所设计塑件的总体尺寸分析得知,其尺寸较为合理,这就可以避免塑料熔体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型,塑件材料为ABS,等级精度为:
MT5.
(3)成型方法:
主要依靠注射成型机(柱塞式和螺杆式)和折射磨具来完成。
ABS塑料的成型加工性能良好,选用螺杆式注塑机进行注塑成型[1]。
2.3成型工艺过程
(1)预烘干—装入料斗—预塑化—注射装置准备注射—注射—保压—冷却—脱模—塑件送下工序
(2)清理嵌件、预热;
清理模具、涂脱模剂—放入嵌件—合模—注射
2.4鼠标塑件材料选用及特性[2]
鼠标外壳的材料选择有多种。
PT、ABS等等。
因为经济性的考虑,一般选择ABS。
ABS树脂为不透明、白色或淡黄色的粒状,比重1.02-1.08。
ABS树脂极易染色,其制品表面可喷涂和电镀,全名是:
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
ABS易吸水,使成形塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
为此,成型加工前应进行干燥处理;
在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度对收缩率影响极小;
要求塑件精度较高时,模具温度可控制在50—60℃,要求塑件光泽和耐热,应控制在60-80℃;
ABS比热容低,塑化效率高,凝固也快,故成形周期短,ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性很强,因此模具设计中大都采用点浇口形式。
ABS具有如下特性:
(1)综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好;
(2)与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理;
(3)由高抗冲性、高耐热、阻燃、增强、透明级别;
(4)流动性较差,柔韧性较好,适于制作一半机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件;
(5)注塑工艺分析,ABS材料具有吸湿性,要求在加工前进行干燥处理;
比重为1.05克/立方厘米;
成型收缩率:
0.4-0.7%,一般取0.5%;
成型温度,200-240℃;
熔化温度,210-280℃,建议温度为245℃,模具温度,25-70℃,注射压力:
500-1000par;
注射速度:
中等速度。
3鼠标外壳的三维建模
双击桌面图标
进入CAXA制造工程师2004操作界面。
3.1鼠标造型设计
移动鼠标至导航栏左下角,选择【零件特征】按钮,单击鼠标左键,显示特征导航栏,进入造型界面。
3.1.1草图绘制[3]
(1)在特征导航栏里选择【平面XY】基准面,单击按钮
,单击鼠标左键(或按F2键),进入草图绘制状态。
(2)单击按钮进入
绘制矩形命令。
在命令窗口中选择【中心-长-宽】方式,并设定【长度=】为“100”,【宽度=】为“60“.按回车键输入矩形中心(-10,0,0),按右键确认,完成矩形绘制。
图3.1矩形
Fig3.1rectangular
(3)单击圆弧功能图标
,按空格键,选择切点方式,作一圆弧,与长方形右侧三条边相切。
图3.2画圆弧
Fig3.2circulararcdrawing
(4)单击删除功能图标
,拾取右侧的竖边,右键确认,删除完成。
单击裁剪功能图标
,拾取圆弧外的直线段,裁剪完成,结果如图所示。
图3.3裁剪直线
Fig3.3cutastraightline
(5)选择菜单项【造型】-【草图环检查】,当草图没有问题,则出现如图所示提示。
图3.4草图环检查
Fig3.4sketchringcheck
(6)再次单击按钮,退出草图绘制环境。
3.1.2.鼠标外壳拉伸增料
(1)单击“拉伸”按钮
,在对话框中输入深度40,并确定。
按F8键其轴测图如图3.5所示
图3.5拉伸
Figure3.5Tensile
(2)选择鼠标的下底面,绘制草图,绘制两个长方形,长度为30,宽度为20。
退出草图环境,进行“拉伸除料”命令,选择【贯穿】,单击确定。
图3.6拉伸除料
Figure3.6stretchinadditiontothematerial
(3)单击按钮
,在弹出的【拔模】对话框【拔模角度】中填入拔模角度值“5”,【中性面】选为下底面【面<
0>
】,【拔模面】选为侧面。
图3.7拔模
Figure3.7Draft
3.1.3.鼠标外壳曲面生成
(1)单击样条功能图标
,按回车键,依次输入坐标点(-60,0,0)(-40,0,25)(0,0,30)(20,0,25)(40,0,15),右键确认,样条生成。
单击扫描面功能图标“
”,在立即菜单中,输入起始距离值-40,扫描距离值80,扫描角度0,系统提示“输入扫描方向:
”,按空格键弹出方向工具菜单,选择其中的“Y轴正方向”,拾取样条线,扫描面生成,结果如图3.8所示:
图3.8扫描面生成
Figure3.8thescanningplanegeneration
(2)单击菜单项【造型】-【特征生成】-【除料】-【曲面裁剪】,系统弹出【曲面裁剪除料】对话框,如图,选择生成的扫描面,选择【除料方向选择】,箭头向上,单击【确定】按钮,完成操作。
图3.9除料
Figure3.9Inadditiontomaterial
(3)单击曲面,点击“删除“按钮
,单击右键,选择【隐藏】,选择样条曲线。
3.1.4创建主体的过渡圆角
选择菜单项【造型】-【特征生成】-【过渡】,或单击按钮
,系统图弹出【过渡】对话框。
在【过渡】对话框中【半径】设为“2”,单击【边】选框,单击鼠标边界线,单击【确定】,完成操作。
图3.10过渡
Figure3.10transition
3.1.5保存实体文件
按F8键切换到轴测图,完成造型,保存文件,文件类型为ME数据文件【*.mxe】。
3.2鼠标外壳凸模设计
进入CAXA制造工程师2004操作界面。
进入CAXA制造工程师2004操作界面之后,点击工具栏中的【打开】按钮,弹出【打开】对话框,找出上次保存的ME数据文件【*.mxe】,点击【打开】。
(1)选中零件的下底面,选择草图绘制图标,进入草图绘制环境第,点击键盘上的F5使得下底面正对我们,以便于绘制草图。
(2)单击矩形按钮
,设置【中心-长-宽】方式,设定【长度=】为“160”,【宽度=】为“120”。
点击键盘上的Enter,界面左下角提示输入矩形中心,输入(-10,0,0),点击Enter,完成矩形绘制。
(3)选择菜单项【造型】-【草图环检查】。
(4)单击按钮,退出草图绘制环境。
(5)单击“拉伸增料”按钮
,弹出【拉伸增料】对话框,选择定位拉伸类型为【固定深度】,设【深度】为“10”,单击【确定】完成操作。
按F8键切换轴测图。
如图3.11所示[4]。
图3.11生成外壳凸模
Figure3.11togeneratetheshellpunch
4鼠标凸模加工设计
4.1加工工艺分析
(1)准备工作。
在这个阶段主要完成加工环境设计工作。
在完成工艺方案设计的前提下,在计算机上完成加工毛坯件设置(160mmx120mmx45mm),数控机床参数设置(使用FANUCOIM数控铣床加工机床),目的是建立一个三维工件的加工环境。
(2)确定加工方案。
对以上零件的三维建模进行分析,按工艺方案的要求,根据零件毛坯、夹具装配之间的空间几何关系,筛选最适用的加工方法(分析后数控加工思路:
采用等高线粗加工方法生成鼠标的外形;
采用等高线精加工方法创建鼠标精确外形)。
对实体造型进行进一步的工艺分析,根据加工性质修改增补造型;
根据加工特点以及加工能力,确定需要加工的三维实体面。
再分析实体的组成情况拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径。
对刀具在运动中可能发生干涉的部位,应及时进行加工环境的调整。
4.2后置设置
(1)选择【加工】-【后置处理】-【后置设置】命令,弹出后置设置对话框。
(2)增加机床设置。
选择当前机床类型,如图4.1所示。
图4.1后置设置
Figure4.1configurationsettings
(3)后置处理设置。
选择“后置处理设置”标签,根据当前的机床,设置各参数,如图4.2所示。
图4.2后置处理设置
Figure4.2processingsettings
4.3等高线粗加工及加工轨迹[5]
(1)设置加工参数。
选择【加工】-【粗加工】-【等高线粗加工】,在弹出的“等高线粗加工”参数表中设置加工参数,如图4.3所示,
图4.3粗加工参数设置
Figure4.3roughingparametersset
(2)设置“刀具参数”,如图4.4所示,
图4.4刀具参数设置
Figure4.4toolparametersettings
(3)设置“切削用量”,如图4.5所示,
图4.5切削用量设置
Figure4.5Cuttingtheamountofset
(4)确认“切入切出”、“下刀方式”、“加工边界”系统默认值。
按“确定”退出参数设置。
(5)按系统提示拾取加工轮廓。
拾取设定加工范围的矩形后单击链搜索箭头;
按系统提示“拾取加工曲面”,选中整个表面,然后按鼠标右键结束。
如图4.6所示。
图4.6拾取轮廓
Figure4.6pickuptheoutlineof
(6)生成粗加工加工轨迹。
系统提示“正在计算加工轨迹”,“正在准备生成轨迹”,然后系统就自动生成加工轨迹,如图4.7所示。
图4.7生成加工轨迹
Figure4.7generateaprocessingpath
(7)隐藏生成的粗加工轨迹。
拾取轨迹,单击鼠标右键在弹出菜单中选择【隐藏】命令,隐藏生成的粗加工轨迹,以便于下步操作。
4.4等高线精加工及加工轨迹
(1)设置等高精加工参数。
单击【加工】-【精加工】-【等高线精加工】,在弹出的“等高线精加工”对话框中设置“加工参数”,如图4.8所示。
图4.8设置精加工参数
Figure4.8setfinishingparameters
(2)设置切削用量参数。
为了提高表面精度,将切削速度较粗加工时高。
如图4.9所示。
图4.9设置精加工切削用量
Figure4.9Settingthefinishingcuttingparameters
(3)进退刀方式和铣刀参数按照粗加工的参数来设定。
完成后单击“确定”。
(4)按系统提示拾取整个零件表面为加工曲面,按右键确定。
(5)生成精加工轨迹。
如图4.10所示。
图4.10精加工轨迹生成
Figure4.10finishingtrajectorygeneration
4.5轨迹仿真
(1)按“可见”铵扭,显示所有已生成的粗、精加工轨迹。
如图4.11所示。
图4.11显示所有轨迹
(2)单击【加工】-【轨迹仿真】命令,按系统提示同时拾取等高线粗加工刀具轨迹与等高线精加工轨迹,按右键,系统进入仿真加工页面。
将干涉设置成“所有干涉”,按“播放”按钮,系统自动进行加工,加工完毕鼠标凸模成型,如图4.12所示。
图4.12轨迹仿真
Figure4.12PathSimulation
4.6粗、精加工G代码生成[6]
(1)单击左侧【加工管理】-【等高线粗加工】-【后置处理(R)】-【生成G代码】,系统弹出保存对话框,选择*.txt文件类型,指定文件名,以便以后数控仿真加工时调用,点击“保存”,单击右键,弹出粗加工代码的记事本,如图4.13所示
图4.13粗加工G代码
Figure4.13roughingGcode
(2)单击左侧【加工管理】-【等高线精加工】-【后置处理(R)】-【生成G代码】,系统弹出保存对话框,选择*.txt文件类型,指定文件名,以便以后数控仿真加工时调用,点击“保存”,单击右键,弹出精加工代码的记事本,如图4.14所示
图4.14精加工G代码
Figure4.14FinishingtheGcode
4.7生成工艺清单
生成加工工艺清单的目的有三个:
一是车间加工的需要,当加工程序较多时,可以加工有条理,不会混乱;
二是方便编程者和机床操作者的交流,以书面的形式
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- 鼠标 壳体 设计 数控 加工