基于UG的塑料凹模的数控加工Word文档格式.docx

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退火钢抗拉强度:

≥600（MPa）；

屈服强度:

≥355（MPa）；

延长率:

≥16%

断面收缩率:

≥40%；

布氏硬度:

≤197（HB）；

特性及应用:

未热处理时：

HB≤229，热处理：

正火。

强度较高，塑性和韧性尚好，最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件。

根据情况尽量使各个表面上的余量均匀。

由于零件尺寸为300mm×

250mm×

100mm，所以选择毛坯尺寸为310mm×

260mm×

110mm的毛料。

（2）加工余量的分析

根据精度要求，该图的尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算，正确规定加工余量的数值，是完成加工要求的重要任务之一。

一般加工余量的大小决定于下列因素:

1　表面粗糙度（Ra）；

2　材料表面缺陷层深度；

3　空间偏差；

4　表面几何形状误差；

5　装夹误差；

6　实际的加工要求和材料性能。

在具体确定工序的加工余量时，应根据下列条件选择大小：

1　对最后的加工工序，加工余量应达到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；

2　考虑加工方法、设备的刚性以及零件可能发生的变形；

3　考虑零件热处理时引起的变形；

4　考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。

1.3定位基准分析

定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。

该零件首先在普通铣床上以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。

由于本零件主要是型腔加工，所以只加工六个面到尺寸，在平口虎钳上装夹即可完全定位。

二、零件的三维造型

2.1UG软件介绍

UG（UnigraphicsNX）是EDS公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

UnigraphicsNX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

来自UGSPLM的NX使企业能够通过新一代数字化产品开放系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。

NX包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。

如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。

为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。

NX是UGSPLM新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。

NX独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。

NX可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。

NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。

通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新，NX的成功已经得到了充分的证实。

这些目标使得NX通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。

工业设计和风格造型

NX为那些培养创造性的产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力的解决方案。

利用NX建模，工业设计师能够迅速地建立和改进复杂的产品形状，并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求。

产品设计

NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。

NX具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。

NX优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。

仿真、确认和优化

NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。

通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。

开发环境

NX产品开发解决方案完全支持制造商所需的各种工具，可用于管理过程并与扩展的企业共享产品信息。

NX与UGSPLM的其他解决方案的完整套件无缝结合。

这些对于CAD、CAM和CAE在可控环境下的协同，产品数据管理、数据转换、数字化实体模型和可视化都是一个补充。

2.2基于UG的零件的建模

Ø

点击草图按钮

，进入草图界面

综合各种方法，建立草图模型，利于尺寸约束确定形状

单击完成草图按钮

，回到建模界面，建立底部模型

利用扫掠

，建立曲面

利用拉伸操作

，建立岛屿

利用拉伸、求差等操作，建立型腔

综合各种方法，建立最终模型，效果如图

三、零件加工工艺过程设计

3.1机床选择

数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。

高性能：

随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。

高精度：

数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。

高速度：

数控机床各轴运行的速度将大大加快。

高柔性：

数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。

模块化：

数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。

数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。

不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择数控机床。

数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件盒由复杂曲线回转形成的模具内型腔。

数控立式镗铣床盒立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件、泵体阀体、壳体等。

多坐标联动的卧室加工中心还可用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。

总之，不同类型的零件要选用相应的数控机床加工，易发挥数控机床的效率和特点。

数控铣床加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。

因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

综合以上因素，选择KVC650加工中心，参数如下：

工作台面尺寸

（长×

宽）

405×

1307（mm）

主轴锥孔/刀柄形式

24ISO40/BT40（MAS403）

工作台最大纵向行程

650mm

主配控制系统

FANUC0iMate-MC

工作台最大横向行程

450mm

换刀时间（s）

6.5s

主轴箱垂向行程

500mm

主轴转速范围

60—6000（r/min）

工作台T型槽

（槽数-宽度×

间距）

5-16×

60mm

快速移动速度

10000（mm/min）

主电动机功率

5.5/7.5（kw）

进给速度

5—800（mm/min）

脉冲当量（mm/脉冲）

0.001

工作台最大承载（kg）

700kg

机床外形尺寸

宽×

高）（mm）

2540mm×

2520mm×

2710mm

机床重量（ 

kg）

4000kg

3.2夹具的选择

1.夹具的选择

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。

从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。

在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。

夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。

夹具种类按使用特点可分为：

①万能通用夹具。

如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。

②专用性夹具。

为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。

常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模（引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具）、镗模（引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具）和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。

③可调夹具。

可以更换或调整元件的专用夹具。

④组合夹具。

由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

2.装夹方案的选择

在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。

在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。

数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以我根据零件的形状考虑选择平口钳。

此时，主要考虑以下几点：

1　夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；

2　必须保证最小的夹紧变形；

3　装卸方便，辅助时间应尽量短；

4　对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；

5　夹具结构应力求简单；

6　夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。

该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高。

所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。

利用虎钳将毛坯件进行装夹，长度方向平行于X轴方向，底下垫平行块起支撑作用。

注意：

工件装夹不能装得太深（保证红色尺寸为40），以免加工中伤及平口钳

3.3工序方案的确定

一般数控铣削采用工序集中的方式，这时工步的顺序就是工序分散时的工序顺序，可以按一般切削加工顺序安排的原则进行。

通常按照从简单到复杂，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面；

先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。

在安排数控铣削加工工序的顺序时还应该注意以下问题：

1.上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有普通机床加工工序的也要综合考虑。

2.一般先进行内腔加工工序，后进行外形加工工序。

3.以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数与换刀次数。

4.在同一安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。

根据零件图样和技术要求，制定一套加工用时少，经济成本花费少，又能保证加工质量的工艺方案。

下面分析这套工艺方案

通常毛料未经任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，所以首先在普通铣床上铣削6个面，达到尺寸要求即可。

铣削毛坯六个面（普通铣床）→铣削上表面→粗铣内腔（开粗）→半精铣内腔及斜面→精铣壁→精铣底部曲面及斜面→清根

注意事项：

上表面由于精度要求不高，所以在开粗时直接加工到位，壁留1mm加工余量。

根据内腔轮廓尺寸要求、圆弧曲率及其加工精度要求可知：

依其深度分层粗加工，留有合适的加工余量，所以要采用粗加工—半精加工—精加工方案来加工完成，以满足加工要求。

半精铣壁留0.25mm加工余量。

内腔有岛屿，壁为5°

的拔模角，所以要合理设置加工参数。

圆弧槽的加工没有什么限制，只是要求在精加工后加上清根操作。

整个加工型腔比较深，所以在选刀具的时候要注意刀刃刀杆的长度，防止过切撞刀。

3.4走刀路线的确定

走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，合理安排走刀路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度。

对于数控铣床，还应考虑几个方面：

能保证零件的加工精度和表面粗制度的要求；

使走刀路线最短，既可以简化程序段，又可以减少刀具空行程时间，提高加工效率；

应使数值的计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

1、寻求最短加工路线如加工图3-17（a）所示零件上的孔系。

3-17（b）图的走刀路线为加工完外圆孔后，再加工内圆孔。

若改用3-17（c）图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。

2、最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。

如图3-18（a）为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。

但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。

所以如采用3-18（b）的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。

图3-18（c）也是一种较好的走刀路线方式。

3、选择切入切出方向考虑刀具的进、退到（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；

应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；

尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。

4、选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细小零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称余量法安排走刀路线。

安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。

下刀方式：

（1）轮廓加工中的进刀方式

轮廓加工进刀方式一般有两种:

法线进刀和切线进刀，如图1（a）所示。

由于法线进刀容易产生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面质量要求不高的工件。

法线进刀的路线较切线进刀短，因而切削时间也就相应较短。

图1法线进刀与切线进刀方式

在一些表面质量要求较高的轮廓加工中，通常采用加一条进刀引线再圆弧切入的方式，使圆弧与加工的第一条轮廓线相切，能有效地避免因法线进刀而产生刀痕，如图1（b）所示。

而且在切削毛坯余量较大时离开工件轮廓一段距离下刀再切入，很好地起到了保护立铣刀的作用。

需要说明的是:

在手工编写轮廓铣削程序时为了编程的方便，或者为了弥补刀具的磨损，常常采用刀补方式进行编程，即在编程时可以不考虑刀具的半径，直接按图样尺寸编程，再在加工时输入刀具的半径（或补偿量）至指定的地址进行加工。

但要注意切入圆弧的R值需大于所使用的刀具半径r，否则无法建立补偿而出现报警。

至于进刀引线的长短则要根据实际情况计算，但要注意减少空刀的行程。

（2）、挖槽和型腔加工中的进刀方式

对于封闭型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜线以下刀三种，下面就如何选择各下刀方式进行说明。

1、垂直下刀

（1）小面积切削和零件表面粗糙度要求不高的情况；

使用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削。

虽然键槽铣刀其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两刃切削，加工时的平稳性也就较差，因而表面粗糙度较低;

同时在同等切削条件下，键槽铣刀较立铣刀的每刃切削量大，因而刀刃的磨损也就较大，在人面积切削中的效率较低。

所以，采用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削的方式，通常只用于小面积切削或被加工零件表面粗糙度要求不高的情况。

（2）大面积切削和零件表面粗糙度要求较高的情况。

大面积的型腔一般采用加工时具有较高的平稳性和较长使用寿命的立铣刀来加工，但由于立铣刀的底切削刃没有到刀具的中心，所以立铣刀在垂直进刀时没有较大切深的能力，因此一般先采用键槽铣刀（或钻头）垂直进刀后，再换多刃立铣刀加工型腔。

在利用CAM软件进行编程的时候，一般都会提供指定点下刀的选项。

2、螺旋下刀

螺旋下刀方式是现代数控加工应用较为广泛的下刀方式，特别是模具制造行业中应用最为常见。

刀片式合金模具铣刀可以进行高速切削，但和高速钢多刃立铣刀一样在垂直进刀时没有较大切深的能力。

但可以通过螺旋下刃的方式（图7所示），通过刀片的侧刃和底刃的切削，避开刀具中心无切削刃部分与工件的干涉，使刃具沿螺旋朝深度方向渐进，从而达到进刀的目的。

这样，可以在切削的平稳性与切削效率之间取得一个较好的平衡点。

螺旋半径的大小一般情况下应大于刀具直径的50%，但螺旋半径过大，进刀的切削路程就越长，下刀耗费的时间也就越长，一般不超过刀具直径的大小，螺距的数值要根据刀具的吃深能力而定，一般在0.5~1之间:

第二层进刀高度一般等于第一层下刀高度减去慢速下刀的距离即可。

螺旋下刀也有其固有的弱点，比如切削路线较长、在比较狭窄的型腔加工中往往因为切削范围过小无法实现螺旋下刀等，所以有时需采用较大的下刀进给或钻下刀孔等方法来弥补，所以选择螺旋下刀方式时要注意灵活运用。

3、斜线下刀

斜线下刀时刀具快速下至加工表面上一个距离后，改为以一个与工件表面成一角度的方向，以斜线的方式切入工件来达到Z向进刀的目的，通常用于因范围的限制而无法实现螺旋下刀时的长条形的型腔加工。

斜线下刀主要的参数有:

斜线下刀的起始高度切入斜线的长度、切入和反向切入角度。

起始高度一般设在加工面上方0.5~1mm之间，切入斜线的长度要视型腔空间大小及铣削深度来确定，一般是斜线愈长，进刀的切削路程就越长，切入角度选取得越小，斜线数增多，切削路程加长，角度太大，又会产生不好的端刃切削的情况，选5°

~30°

之间为宜。

通常进刀切入角度和反向进刀切入角度取相同的值。

图10切入和反向切入角度

综上所述，正确理解数控铣削加工中各种进刀方式的特点和适用范围，同时在编程中设置合理的切削参数，对提高加工效率及零件表面质量有着重要的影响，如避免接刀痕、过切等现象的发生以及保护刀具等都有重要的意义。

所以，根据上面提到的下刀方式，我具体的下刀方式采用如下：

槽内轮廓深度很深，区域比较大，采用螺旋下刀比较好一点，减少换用其他刀具的时间；

而外部开放区域就采用直线下刀。

具体各个操作中的下刀参数后面详细说明。

3.5刀具的选择

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。

刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。

数控刀具的分类有多种方法。

根据刀具结构可分为：

①整体式；

②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；

③ 

特殊型式，如复合式刀具、减振式刀具等。

根据制造刀具所用的材料可分为：

①高速钢刀具；

②硬质合金刀具；

③金刚石刀具；

④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

平底刀：

主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。

其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。

圆鼻刀：

主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具加工，开粗时优先选择圆鼻刀。

球刀：

主要用于非平面的半精加工和精加工

对刀具的基本要求：

1.刀刚性要好。

铣刀刚性要好的目的有二：

一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；

二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；

2.铣刀的耐用度要高。

尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。

3.铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。

切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。

结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆弧、倒圆角、及岛屿的特点，加工工序复杂。

为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，粗、精加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求。

结合实际情况，刀具选用日本三住公司的硬质合金刀具。

分别是D20和D10端铣刀，D10R0.5圆鼻刀，D10R5球头铣刀。

端铣刀：

球头铣刀：

3.6切削用量的选择

对于高效率的数控加工机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。

这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。

经济、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。

编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。

也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。

在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少低于半个工作班的工作时间。

编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、