基于UG的检具CAM的毕业论文.docx
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基于UG的检具CAM的毕业论文
基于UG的检具CAM的毕业论文
第1章课题概述
1.1课题背景及意义………………………………………………………………6
1.2检具技术的国外现状及发展………………………………………………7
1.3课题的主要工作容…………………………………………………………7
第2章汽车顶盖检具功能结构分析及加工方案设计
2.1汽车顶盖检具功能分析………………………………………………………8.
2.2汽车顶盖检具结构分析………………………………………………………8.
2.3汽车顶盖检具操作说明………………………………………………………9
2.4汽车顶盖检具加工方案设计
2.4.1毛坯准备…………………………………………………………………10
2.4.2基准选择…………………………………………………………………10
2.4.3加工方案设计……………………………………………………………11
2.5检具本体加工工艺卡…………………………………………………………13
第3章汽车顶盖检具本体数控加工工艺策划
3.1数控加工工艺分析
3.1.1工艺补充…………………………………………………………………14.
3.1.2工序划分…………………………………………………………………14
3.1.3刀具选择…………………………… ……………………………………15
3.1.4加工围设定……………………………………………………………16
3.1.5工艺方法设置……………………………………………………………17
3.1.6走刀方式选择……………………………………………………………18
3.1.7机床选择…………………………………………………………………18
3.2工艺参数设定
3.2.1粗加工………………………………………………………………………18
3.2.2半精加工…………………………………………………………………19
3.2.3精加工……………………………………………………………………19
3.3加工工艺策划书………………………………………………………………20
第4章汽车顶盖检具本体数控加工程序的编制
4.1.数学模型的建立……………………………………………………………21
4.2编程坐标系建立……………………………………………………………22
4.3加工模板建立
4.3.1刀库建立…………………………………………………………………22
4.3.2加工方法建立……………………………………………………………22
4.3.3加工几何体建立…………………………………………………………22
4.4刀路铺设………………………………………………………………………24
4.5后置处理………………………………………………………………………27
4.6程序仿真和检验………………………………………………………………27
4.7程序清单
4.7.1型面数控加工程序清单…………………………………………………27
4.7.2检具轮廓铣削数控加工程序清单……………………………………29
第5章毕业设计总结与展望………………………………………………30
致谢…………………………………………………………………………………31
参考文献……………………………………………………………………………32
附录…………………………………………………………………………………34
附录一………………………………………………………………………………34
附录二………………………………………………………………………………34
第1章课题概述
1.1课题背景及意义
本课题《汽车顶盖检具CAM》来源于东风汽车模具（25厂）。
汽车覆盖件的制造质量对于整车质量，尤其是轿车和各类客车的焊装生产及整车外观造型影响很大，所以利用检具对其质量的检测成为汽车生产厂必不可少的工作。
图1.1汽车顶盖检具
CAM技术的出现，大大缩短了产品的生产周期，也提高了产品的加工精度。
数控编程作为数控加工的关键技术之一，其程序的编制效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产效率。
尤其是随着数控加工不断朝高速、精密方向的发展，提高数控程序的编制质量和效率对于提高制造企业的竞争力有着重要的意义。
【2】
1.2检具技术的国外现状及发展
国对于重要的小型冲压件一般都采用专用的检具作为主要的检测手段，以控制工序间的产品质量。
目前使用较多的还有一种装配式主模型的检具。
这种普遍使用的传统检具一般只针对一项参数检验，多为手工操作，工作效率不高。
随着机械制造技术的快速发展，传统的检具及检测用夹具已显现出诸多的不足，不具备监控生产线上运行情况的能力。
所以在车身等大型焊接件的检测及测量应用中，传统检具将渐渐失去主导地位，未来的检具是朝着高精度的三坐标测量机及支架检具方向发展。
美国、德国、日本等汽车工业高度自动化的国家均已开始采用在线检测设备，高效快速地反应产品质量问题。
我国大众汽车制造于2001年引进了两套在线检测的设备，但由于技术和管理原因一直未能有效的使用，而且由于在线检测设备的成本和技术要求很高，在我国很难普遍地应用于小型车身冲压件的检测。
近年来随着轿车和客车工业的迅速发展，车身覆盖件检具在国汽车行业的应用已相当广泛，国家经贸委已将检具的生产能力列在车辆企业生产条件考核程序中，因此设计和制造出操作方便、检测精度高的专用检具，成为许多汽车生产厂家急待解决的问题。
【3】
1.3课题的主要工作容
本设计结合东风汽车公司检具制造的工程实际，主要完成以下工作：
1、规划D530商用车顶盖检具的制造方案，拟定其数控加工工艺，确定合理的制造策略（刀具及相关工艺参数选用）；
2、利用UG完成D530商用车顶盖检具本体的数控加工程序的编制，并进行切削仿真检验；
3、编制线切割程序完成样板的数控加工，并进行切削仿真检验。
第2章检具功能及结构分析
2.1汽车顶盖检具功能分析
本检具用于检测顶盖零件，检测项目有型面、轮廓、孔位。
检测容包括顶盖尺寸精度、轮廓度、位置度等，在生产实践中，具有准确高效的检测功能，对于提高冲压组合件的焊装质量，提高汽车顶盖质量以及提高顶盖冲压模具制造质量和缩短模具的制造周期都起到了非常大的作用。
2.2汽车顶盖检具结构分析
检具本体的主要结构如图2.1所示
图2.1汽车顶盖检具总成图
检具各零件的主要作用如下：
A1~A16夹紧器：
夹紧待检产品。
B主定位销：
将产品定位在检具上。
C次定位销（防转销）：
将产品在检具上定位，防止产品在检具上转动。
销套：
插销。
划线销：
检测孔是否合格。
c-h中心销：
检测c-h孔是否合格。
c-h中心销套：
插销。
样板刀：
检测零件的断面形状是否合格。
检具本体：
检测零件型面、轮廓是否合格。
零位面：
待检产品的放置平面。
螺钉：
将零位面紧固在检具本体上。
底板：
安装检具本体。
支架：
安装底板和万向角轮及其它装置。
基准块：
精加工及测量基准。
2.3汽车顶盖检具的操作说明
一．用途
本检具用于检测顶盖零件，检测项目有型面、轮廓、孔位。
二．使用方法
1.使用前应检查检具各部位是否齐全，有无损坏。
2.检查顶盖
★打开所有夹紧器及可移动或可转动部件，使零件放置在检具上时无障碍、无干涉物。
★将零件用擦布擦拭干净，按上下方向放置在检具上，要和基面贴合良好。
★依次插入主定位销（B）和次定位销（C），检查零件定位的稳定情况。
★依次夹紧A1-A16
★目视检查各划线孔和各处型面、轮廓。
★用卡尺（精度0.02）或其他工具检查轮廓线。
★用塞规或塞尺（精度0.05）检查型面轮廓度。
★用检测销（D）检测各孔。
★用样板刀（T）检测各处段面形状。
★检测完毕后，转开样板刀，拔出主次定位销、检测销,将零件从检具上取下。
★使用后，应将主次定位销、检测销放入销规存放座，将检具上的油污清理干净，合上各样板刀，并用塑料布将检具罩好。
三．维护和保养
1．检具的维护
★在运输过程中，要非常小心，轻拿轻放；严禁碰撞。
使用叉车运输时应注意使检具在叉车上平稳、平衡。
★在使用过程中，严禁用金属器件敲打检具；检具上严禁站人。
★每次检测零件时都应将零件擦拭干净，严禁带油污的零件放置在检具上检测。
★在保存时，严禁检具与检具直接重叠堆放。
2．检具的保养
★定期对检具的转动部分添加机油，保证检具转动灵活，不会锈蚀。
★定期对检具的基准面涂防锈油。
★定位销、检测销每次使用后都应放入存放座。
★检具长期不用时，应将各转动部位封油，罩塑料布，放置在恒温干燥的地方保存。
2.4汽车顶盖检具加工方案设计
2．4．1毛坯准备
检具本体的制造一般选用硬的可加工塑料，环氧树脂或铸铝等。
可加工塑料又分为块状和糊状，块状可加工塑料一般选用威狮460、汽巴图BM5166或汽巴图BM5112。
糊状可加工塑料一般选用LY-15，这几种材料强度，硬度，抗变形等均能达到检具使用要求。
且塑料质地较软，很容易去除多余的材料部分。
根据这一特性，汽车顶盖检具本体的毛坯选用方形的可加工塑料威狮460，毛坯的尺寸应比本体的实际尺寸大10mm左右，
2．4．2基准选择
1）粗基准的选择
选择粗基准主要考虑如何保证各加工表面都有足够的余量，保证不加工表面与加工表面的位置尺寸要求，同时为后续工序提供精基准。
一般应注意以下几个问题：
（1）为了保证加工表面与不加工表面的位置尺寸要求，应选择不加工表面作粗基准。
（2）若要保证某加工表面切除的余量厚度均匀，应选择表面作粗基准。
（3）为保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量小的表面作粗基准。
（4）一般情况下粗基准不重复使用。
按照上述原则首先将支架和底板焊接在一起，然后以底板平面作为后续加工的粗基准。
2）精基准的选择
选择精基准，主要应考虑如何减少定位误差，保证加工精度，使工件装夹方便，可靠，夹具结构简单。
因此，选择精基准一般应遵守以下原则：
（1）“基准统一”原则；
（2）“基准重合”原则；
（3）“互为基准”原则；
（4）“自为基准”原则；
按照上述原则以底板平面为粗基准，再精铣粘结其上的基准块平面并在平面上钻孔，将基准块平面作为检具本体加工的三销精基准。
2．4．3加工方案设计
由以上确定的粗基准，再根据对检具本体加工工艺的分析，确定了如下两种加工工艺方案：
方案一：
以底板平面为粗基准，再精铣粘结其上的基准块平面并在平面上钻孔，将基准块平面作为检具本体加工的三销精基准，接着在底板上每隔100mm划上坐标线，钻起吊环中心及螺纹孔，并装上起吊环。
随后按照底板上的坐标线安装好本体毛坯，随后找正加工坐标系：
以基准块1和2孔连线的中心线作为x轴，以基准块2和3孔连线的中心线作为y轴，通过x轴和y轴的交点并垂直于xy平面为z轴，向上方向为正向。
再以三销基准为加工基准，先加工检具本体轮廓、Z向上型面，接着再加工四个侧面，最后镗销套孔、零位面中心孔。
方案二：
先在底板上每隔100mm划上坐标线，钻起吊环中心及螺纹孔，并装上起吊环。
接着按照底板上的坐标线安装好本体毛坯，随后找正加工坐标系：
以基准块1和2孔连线的中心线作为x轴，以基准块2和3孔连线的中心线作为y轴，通过x轴和y轴的交点并垂直于xy平面为z轴，向上方向为正向。
再以底板平面为粗基准，粗铣轮廓、Z向上型面、四个侧面尺寸到位，并精铣基准块平面及钻孔，再以基准块平面作为检具本体加工的精基准，精铣轮廓、Z向上型面，侧面并进行清根及光整加工，最后镗销套孔、零位面中心孔。
分析：
两种方案都是以底板面作为后续加工的粗基准。
方案一在检具本体各铣削区域的加工过程中，一直都是以基准块作为加工的基准，这遵循了原则选择中的“基准统一原则”，加工精度较高，尺寸误差小。
方案二中各铣削区域的粗加工是以底板面作为加工的基准，而精加工、清根及光整加工时又采用了基准块作为加工基准，虽然精加工阶段采用的是同样的基准，但中间有更换，不遵循“基准统一原则”，这样加工精度不高，尺寸误差较大。
基准块1
结论：
综合考虑各项因素，确定方案一为最佳方案。
底板
起吊环
图2.2加工方案的确定
2.5检具本体加工工艺卡
件号
2
名称
检具本体
材料
威狮460
件数
1
序号
施工简要说明
机床型号
工时
1
在底板上精铣基准块平面
TF23
2.00
2
钻孔
Z3025
1.00
3
在底板上划坐标线
1.00
4
钻起吊环中心及螺纹孔
Z3025
3.00
5
装上起吊环
6
安装可加工塑料
7
数控型面、轮廓
TF23
8
钻孔、攻丝、倒角
Z3025
6.00
9
打印标识，贴铭牌
3.00
第3章汽车顶盖检具本体数控加工工艺策划
3.1数控加工工艺分析
在制造检具前，需进行前期准备工作，即根据检具结构设计图样和技术要求，合理确定检具零件的加工方案、加工工艺和加工机床；合理确定检具制造工艺顺序和流程，并以规定的格式形成工艺文件。
其目的为：
使之能够指导制造工艺的全过程有序实施；使之能够提高检具制造精度、质量以及降低检具的制造周期与制造费用。
3．1．1工艺补充
因检具表面质量要求较高，为避免型面铣削过程中刀具折回的地方出现熔接痕，在进行数控编程之前，特作出型面工艺补充延伸面，以此来提高检具表面的质量。
图3.1检具本体型面工艺补充延伸面示意图
3．1．2工序划分
根据数控加工的特点，数控加工工序的划分有以下几种方式：
1）按用刀具划分工序有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但为了减少换刀次数，压缩空程时间，可按刀具集中工序的方法加工工件，在一次安装中尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。
即以同一把刀具加工的容划分工序。
在专用数控机床和加工中心上常用这种方法。
2）按粗、精加工划分工序考虑工件的加工精度要求、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工后精加工。
此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。
一般来说，在一次安装中不允许将工件的某一表面粗、精加工不分的加工至精度要求后，再加工工件其他表面。
3）按加工部位划分工序有些零件加工容很多，构成零件轮廓的表面结构差异较大，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如形、外形、曲面或平面等。
我在检具本体的数控编程时就是使用这种方法划分加工工序的。
按照加工部位划分工序:
检具本体外轮廓数控加工工序划分为：
轮廓粗→轮廓半精→轮廓精→轮廓精→轮廓精→轮廓精；
检具本体立体型面数控加工工序划分为：
清根→型面粗→型面精→清根→清清根→情根→情根；
总之，划分工序时，根据零件的结构与工艺性，机床的性能，零件数控加工容的多少，安装次数以及生产组织状况，特别是编程软件的特点等实际情况来确定。
3．1．3刀具选择
选择刀具应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确地选用刀具及刀柄。
刀具选用总体的原则是：
适用、安全、经济。
选用数控加工刀具时要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸，还要考虑刀具所需功率应在机床功率围之。
生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可用镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工常采用球头铣刀，环行铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
平面铣削应选用不重磨硬质合金立铣刀或端铣刀，或用可转位面铣刀。
一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀选好每次走刀的宽度和铣刀的直径，使接痕不影响精铣精度。
加工曲面和变斜角轮廓外形时，由于球头刀具的球面端部切削速度为零，而且在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分，每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除的部分越多，其高度就越大，加工出来的表面与理论表面的误差就越大，表面质量也就越差。
铣削盘类零件的周边轮廓一般采用立铣刀。
所用的立铣刀的刀具半径一定要小于零件轮廓的最小曲率半径，零件加工高度最好不要超过刀具的半径。
若是毛坯面时，最好选用硬质合金波纹立铣刀，它在机床、刀具、工件系统允许的情况下可进行强力切削。
由以上可知粗加工时一般是选择的高速钢，精加工时选择的是硬质合金的材料。
具体的每个切削部分的刀具型号如下表：
表3.1检具本体型面加工刀具明细表
加工类型
刀具
刀具直径
刀具材料
清根
球头刀
30
HSS
型面粗
球头刀
30
HSS
型面半精
球头刀
30
HSS
型面精
球头刀
20
HSS
清根
球头刀
20
HSS
清根
球头刀
16
HSS
清根
球头刀
10
HSS
清根
球头刀
6
HSS
表3.2检具本体轮廓加工刀具明细表
加工类型
刀具
刀具直径
刀具材料
轮廓粗
平底刀
30
HSS
轮廓半精
平底刀
30
HSS
轮廓精
平底刀
20
HSS
轮廓精
平底刀
16
HSS
轮廓精
平底刀
10
HSS
轮廓精
平底刀
6
HSS
3．1．4加工围设定
为为了避免不必要的走刀路径，需要在检具本体上做出修剪边界以进一步约束切削区域。
修剪边界始终闭合，刀具与边界的相对位置关系设置为“接触”，这样可以避免接刀痕，从而保证型面的质量。
型面加工创建的边界如图4.16所示：
图3.2检具本体型面加工修剪边界
3．1．5工艺方法设置
1）切削深度t
切削深度又称为背吃刀量，在机床，工件和刀具刚度允许的情况下，t等于加工余量，这是提高生生产率的一个有效措施。
为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定底余量进行精加工。
2）切削宽度L
又称为步距，一般切削宽度L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。
在粗加工中，步距取得大些有利于提高加工效率。
使用平底刀进行切削时，一般L的取值围为：
L=（0.6—0.9）d，而使用球头刀进行加工时，步距的确定应首先考虑所能到达的精度和表面粗糙度。
3）切削线速度Vc
Vc也称为单齿切削量单位是m/min。
提高Vc值也是提高生产率的一个有效措施，但与刀具耐用度的关系比较密切。
随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取决于刀具耐用度另外，切削线速度Vc还要根据工件的材料硬度来做适当的调整。
4）主轴转速n
单位为r/min，一般根据切削线速度Vc来选定。
计算公式为：
n=Vc×1000/（π×Dc）（3.1）
式中，Dc为刀具直径（mm）。
在使用球头刀时要做一些调整，球头铣刀的计算直径Deff要小于铣刀直径Dc，故其实际转速不应按铣刀直径Dc计算，而应该计算直径Deff计算。
Deff=[D2c-（Dc-2×ap）2]0.5（3.2）
5）进给速度Vf
指机床工作在作插位时的进给速度，Vf的单位为mm/min。
Vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择进给速度可以按公式：
Vf=n×z×fz（3.3）
进行计算。
式中，Vf表示工作台进给量，单位为mm/min。
n表示主轴转速，单位为r/min。
z表示刀具齿数，单位为齿。
Fz表示进给量。
单位为mm/齿，fz的值由刀具商提供。
3．1．6走刀方式选择
数控加工工序设计的主要任务是进一步将本工序的加工容、进给路线、工艺装备、定位夹紧方式等具体确定下来，为编制加工程序作好充分准备。
在数控加工中刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为进给路线。
进给路线不仅包括了加工容，也反映出加工顺序，是编程的依据之一。
确定进给路线原则：
1）加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
2）应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率。
3）在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作。
4）当某段进给路线重复使用时，为了简化编程，缩短程序长度，应使用子程序。
此外，确定加工路线时还要考虑工件的形状与刚度、加工余量大小，机床与刀具的刚度等情况，确定是一次进给还是多次进给来完成加工，以及设计刀具的切入与切出方向在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。
3．1．7机床选择
根据实际的要求和工厂的技术设备的限制，机床用了四台，它们的型号分别是：
FSP3000ST，Z3025，TF23，FP4000，加工过程中涉及到刀轴的偏转，根据工厂实际，选择机床TF23。
3.2工艺参数设定
3．2．1粗加工
1）轮廓加工（检具本体外轮廓）
切削时，刀具在毛坯外部进刀。
这样可以提高切削质量，保护好刀具。
刀具采用直径为30mm的平底刀，切削公差0.2mm。
安全平面比毛坯最高面高出50mm。
进、退刀平面比实际加工平面相对值为20mm。
2）单笔清根加工（检具本体型面）
单笔清根加工的刀具直径为30mm球头刀，一般采用顺铣切削的方式，设定部件（工件）公差0.2mm，边界外公差0.03mm。
3）型面加工（检具本体型面）
主要是型面的粗加工，刀具直径为30mm球头刀。
步进距离一般为4mm，工件（部件）公差（tol）tol=0.2mm，边界外公差为0.03mm，安全平面（safeplane）距零件最高点50mm，切削围比图纸尺寸外扩10mm。
3．2．2半精加工
1）轮廓加工（检具本体外轮廓）
轮廓半精加工，刀具直径为30的平底刀，采用顺铣切削，深度优先，切削公差tol＝0.03mm。
2）型面加工（检具本体型面）
半精加工的型面加工，刀具直径为30mm球头刀，切削间隙（step）outstep＝2mm，工件（部件）公差（tol）tol=0.03mm，边界外公差为0.03mm，安全平面（safeplane）距零件最高点50mm。
切削围比图纸尺寸外扩50mm。
3．2．3精加工
1）轮廓加工（检具本体外轮廓）
（1）第一次轮廓精加工
在第一次轮廓精加工中，使用的刀具是直径为20mm平底刀，加工外公差（tol）tol=0.01mm。
（2）第二次轮廓精加工
在第二次轮廓精加工中，用到的刀具是直径为16mm平底刀，加工外公差（tol）tol=0.01mm。
（3）第三次轮廓精加工
在第三次轮廓精加工中，用到的刀具是直径为10mm平底刀，加工公差（tol）tol=0.01mm。
（4）第四次轮廓精加工
在第四次轮廓精加工中，用到的刀具是直径为6mm平底刀，加工公差（tol）tol=0.01mm。
2）型面加工（检具本体型面）
型面加工的刀具直径为20mm球头刀，切削间距0.5mm。
部件（工件）外（）公差为0.01mm，边界外公差为0.03mm，一般采用分块式加工的方法。
3）清根加工（检具本体型面）
（1）第一次单笔清根加工
第一次采用刀具直径为20的球头刀，一般采用顺铣切削的方式，部件（工件）外（）公差为0.01mm，边界外公差为0.03mm。
（2）第二次单笔清根加工
刀具直径为16的球头刀，采用顺铣切削，部件（工件）外（）公差为0.01mm，边界外公差为0.03mm。
（3）第三次单笔清根加工
刀具直径为10的球头刀，采用由外向切削，部件（工件）外（）公差为0.01mm，边界外公
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