游戏手柄型芯的数控加工论文.docx
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游戏手柄型芯的数控加工论文
姓名
专业班级
论文名称《游戏手柄型芯的数控加工》
指导教师
毕业设计任务书
专业（班）：
07精密姓名：
朱涛
●课题名称、主要内容和基本要求
课题名称：
游戏手柄型芯的数控加工
主要内容：
用cimatrol绘图软件中的加工模块，制订出合理的,优化的加工工艺,生成适合华中数控加工中心读取的nc文件。
加工出游戏手柄型芯。
基本要求：
1.毛胚分析
2.装夹分析
3．加工工艺的制订和零件的加工
4.完成毕业论文（5000字以上）
●进度安排
周次
工作内容
执行情况
1~2
熟悉设计加工软件的使用
3
对工件进行分析制订最优加工工艺,用软件反复验证加工路径的正确性.生成加工程序.
4~11
熟悉华中数控加工中心机床的使用,加工游戏游戏手柄型芯
12~13
对毕业设计进行检查完善，毕业论文的撰写
13
做好毕业论文的答辩准备工作
●指导教师评语
指导教师签名：
●评阅教师评语
评阅教师签名：
●毕业设计（论文）成绩
答辩小组组长签名：
年月日
摘要
本文对数控机床加工中的典型自由曲面加工进行了研究，以游戏机手柄的加工为实例，比较具体、形象、贴近生产的对自由曲面的实体建模，在三轴数控铣床上的加工，以及加工工艺分析进行研究。
对游戏机手柄的加工分析包括装夹分析、毛胚分析和加工路径的分析。
本文中的手柄通过cimatron绘图软件中的加工模块，生成适合华中数控加工中心读取的nc文件。
目录
1零件工艺分析1
1.1零件三维图1
1.2零件的组成表面分析2
1.3零件结构分析2
1.4工艺分析2
2毛坯的准备3
2.1气割毛坯3
2.2铣六端面3
3加工工艺分析5
3.1零件的装夹5
3.2对刀5
3.3加工参数设定6
3.3.1粗加工6
3.3.2二次开粗8
3.3.3半精加工9
3.3.4精加工10
4总结11
5参考文献12
6附件12
6.1机械加工工艺过程卡13
6.2机械加工工序卡15
前言
在加工制造业中，一般常用的制造技术主要是数控加工制造技术，也就是所谓的NC（NumericalControl加工制作技术。
NC加工制造技术在生产制造方面具有下列优点：
减少加工前的准备工作：
利用数控加工机床进行NC加工制作，并配合计算机辅助工具，可以有效的减少家具的设计与制造、工件的设计与定位等准备工作。
减少操作人员及误差：
利用NC加工制作技术，可让加工机床按照设定的加工程序自动进行加工工作，以大幅度减少人力资源及认为的误差，进而提高生产的效率。
提高加工灵活性：
配合各种多轴数控加工机床，可在同一加工机床上对复杂的三维几何工件按照各种不同的程序进行加工制作。
减少产品的检验所需的成本：
NC加工制作技术可事先在计算机上模拟加工过程，以减少初次进行加工时产生错误的机会，进而降低生产成本。
生产时间容易控制：
数控加工机床按照所设计的加工程序进行加工动作，可准确的估计加工时间，以控制产品在生产制造上的时间。
产品精度高：
利用NC加工制造技术，加工机械可准确的进行加工动作，配合适当的加工程序，可以提高产品精度。
加工重复性好：
设计的加工程序数据可重复使用，利用相同的加工条件可制造出相同的产品。
因为NC加工制作技术具有上述特性，因此在模具制造业及航空航天加工业中，数控加工时所有生产技术中相当重要的一环。
尤其是针对模具产品或航天零件，其几何外形复杂且精度要求高，因此更显出NC加工制作技术的特点。
现今的数控加工已经发展成单一机种可进行多项加工技术及各种加工动作的综合加工中心。
人们可在同一台加工机床中进行各类的加工制造工艺，甚至可以利用高级的控制技术及机器人，将各类加工中心组合成自动化加工生产线。
1零件工艺分析
1.1零件三维图
使用CimatronE绘图软件，建立游戏手柄的三维模型。
如下图
图一
图二
1.2零件的组成表面分析
零件工艺性分析首先必须分析零件由哪些表面组成。
任何一个零件尽管形状、尺寸、结构不同，但都是有一些基本表面（内外回转面、平面、曲面等）和特型表面（螺旋、齿面等）组成。
在分析组成表面的基础上，根据基本表面和特形表面选择出限时相应的加工方法。
经过观察我们的手柄三维图，可以知道它由大量曲面和极少数的平面组成。
1.3零件结构分析
零件结构分析就是对零件表面的组合情况和尺寸的大小进行分析。
零件结构的差异引起加工方法和方案（方法的组合）有很大的差异。
游戏手柄的形体上有许多尺寸比较小的槽，数控铣床上我们没有办法加工出这些尺寸。
还有一些型腔我们需要它们的四个角都是90度，可是我们的铣刀都是圆柱体的因此在拐角处加工不出直角。
这些铣床加工不了的我们需要用电火花机床加工。
数控铣床加工与电火花加工相结合的方法加工游戏手柄。
1.4工艺分析
游戏手柄的尺寸大小为206*106*60，整个工件除了底平面和四个侧平面外，其外形由713个曲面组成。
零件最深处为44mm，最窄处为8mm。
零件的加工要用到D16的平底刀开粗去除大部分余量，D5的平底刀进行二次开粗将因工件较窄开粗刀具进入不了加工而留下的余量去除、R2.5进行半精加工和精加工。
由于工件表面比较陡峭，为保证工件表面质量，半精加工和精加工均采用平行铣削方式且夹角为45度和135度。
2毛坯的准备
2.1气割毛坯
根据手柄的三维模型测量其尺寸为206*106*60。
准备的毛坯尺寸应比各个测量尺寸大10mm—20mm。
毛坯使用45号钢。
毛坯如下图所示
图三毛坯三视图
2.2铣六端面
设备:
立式升降台铣床
量具：
深度尺、游标卡尺、三角尺
加工条件：
主轴顺时针旋转S=400进给F=380
步骤：
1）装夹
夹住两端面，铣屑四侧面中的一个。
2）对刀
摇动机床手柄移动工件。
把工件移动至端铣刀正下方，此时端铣刀应有1/3的面积覆盖在工件表面上方．铣刀位于工件的右边．按下主轴正转开关，顺时针床Ｚ轴移动的手柄工件向着铣刀的方向移动．当工件表面距离铣刀很近时，我们应该一格一格的转动手柄。
听到刀具与工件接触的声音时放开手柄。
将Ｘ方向的自动进给打向左边按下操作面板上的快速进给按钮，使工件与铣刀间隔10ｍｍ左右。
3）铣端面
将工件向上移动3mm，Ｘ方向的自动进给打向右边。
开始铣屑。
使用上述相同方法铣屑其余5个端面。
将第一个铣好的端面作为基准，用三角尺校正保证第二个端面与其垂直。
以此类推，铣屑其他端面要保证它们之间的垂直度。
3加工工艺分析
3.1零件的装夹
本工件除上表面是复杂曲面构型外，其余五个表面为相互垂直的大平面。
因此，使用华中数控加工中心铣床上的平口钳即可装夹。
将工件毛坯轻轻地放到平口钳内，在毛坯下放置适当高度的垫片，使毛坯的上表面距离平口钳上表面约45mm。
将平口钳轻轻的夹紧工件，使用三角尺校正工件的垂直度，用橡胶锤轻轻的击打工件上表面，使工件垂直度符合要求。
用橡胶锤用力击打扳手手柄，使夹紧工件。
工件装夹俯视图和左视图如下：
图四装夹位置图
3.2对刀
将装有完好分中棒的刀柄装到机床主轴上，关闭加工中心的机床门。
使用控制面板上的MDI功能，输入程序：
S500M03按下ENTER键，主轴以500r/min的转速正转。
（注：
主轴转动前一定要关闭机床门，以防主轴转速过快分中棒损坏飞出加工中心伤人。
）
使用手控盒将分中棒移动到工件最左边中间，将分中棒缓慢下移至合适位置，慢慢移动分中棒向工件靠近，仔细观察分中棒与工件间的距离。
当距离很近时，调小移动倍率，然后慢慢移动直至两者接触。
这时记下显示屏上X轴的第一个值X1。
同样的方法测量X轴的第二个值X2和Y轴的两个值Y1、Y2。
即工件坐标系X轴坐标为：
x=（X1+X2）/2。
Y轴坐标为：
y=（Y1+Y2）/2
关于z轴对刀，由于加工中需要使用多把刀具而工件上表面为曲面组成。
所以不能作为z轴的对刀基准面，要使用平口钳的装夹平面为基准面。
将装置粗加工的刀具移动至工件中间位置，当刀具距离表面20mm高时停止移动。
这时将移动倍率调到最小，用直径为20mm的刀具刀柄在刀具下滚动，慢慢调节z轴高度使刀柄刚刚能从刀具下滚过。
记录下此时z轴的值Z1。
将刀具移动到装夹平面上方约20mm处，同样的方法得到此时z轴的值为Z2。
将z轴抬到安全位置。
经计算得工件上表面的z轴坐标为：
z=Z1-20。
工件表面到装夹表面的距离H=Z1-Z2。
将上述所得x、y、z轴的数据输入到G54和工件坐标系中。
使用MDI功能，编写程序：
G90G00G54X0Y0;按下ENTER键验证XY轴坐标。
确认无误后，再次使用MDI功能验证Z轴坐标。
注：
验证Z轴坐标时，应将快速进给G00调至20%~40%。
并且手指要放在进给保持按钮上，当看到情况不对时立即按下此按钮，防止撞刀，毁了工件和刀具。
3.3加工参数设定
3.3.1粗加工
零件进行粗加工的目的是为了去除大部分的加工余量。
因此，粗加工时要尽可能的使用大的刀具。
本次零件加工采用硬质合金刀具，这种刀具耐磨性好工作效率高，适合长时间不间断的加工。
经分析，手柄型芯最深处为44mm最窄处为8mm。
所以开粗使用的d16的硬质合金刀最合适
一般将抬刀的安全平面设置为高于零件表面20mm处。
粗加工的余量可以设置为1mm。
手柄的有些表面比较陡峭，因而加工方式选为粗加工环形铣。
刀具直径较大，刀的强度较好，可以采用低转速高进给的方法提高加工效率。
但Z轴方向上每次进刀量为0.5~0.8mm。
切削量太大，加剧刀具的磨损，甚至会发生崩刀威胁自身安全。
机床参数设置如下图：
图五
长时间的工作刀具肯定会有所磨损，此时我们要更换刀具上的刀粒。
这时机床就要停止加工，更换刀粒之后重新将Z轴对刀，为了不将重头开始将换刀之前的程序空走一遍浪费时间。
我们可以使用“刀路参数”中的“限制Z轴”选项，将“缺省参数”更改为“仅底部”设置Z值最小值为换刀时的Z值。
下图为粗加工的刀具路径图：
图六
3.3.2二次开粗
由于粗加工使用的刀具比较大，工件上较窄的部位仍然留有很多余量。
为了不影响后续的半径加工,精加工,所以需要进行二次粗加工去除多余的余量。
二次粗加工的创建是在粗加工的刀具基础之上，且其加工刀具直径要小于粗加工的刀具，根据余量最多部位的尺寸确定刀具大小。
本次加工选用D5的平头刀。
二次开粗的创建过程为：
刀具路径---主选择体积铣---子选择二次开粗。
加工余量留0.3mm。
由于加工的刀具半径比较小，刀具的强度较小。
因此要采用高转速低进给的原则。
安装刀具时，要尽可能的将刀具装入刀柄内，以防加工中刀具的摆动影响加工质量减少刀具的使用寿命。
机床参数设置如下图：
图七
下图为二次开粗的路径图：
图八
3.3.3半精加工
半精加工使用R2.5的球头刀。
手柄型芯的最深处为45mm。
由于刀具较短小，而平时加工使用的圆锥形刀柄与刀具的有效长度加工到45mm处会与工件发生碰撞致使刀具和工件毁坏。
因此需使用直径为28mm的圆柱形刀柄。
由于加工的刀具半径比较小，刀具的强度较小。
因此要采用高转速低进给的原则。
安装刀具时，要尽可能的将刀具装入刀柄内，以防加工中刀具的摆动影响加工质量减少刀具的使用寿命。
半精加工采用平行铣削方式，夹角为45度。
加工间距为0.2mm半精加工路径图如下：
图九
3.3.4精加工
精加工使用R2.5的球头刀。
采用平行铣削且夹角为135度。
为保证加工表面质量使用转速4500r/min进给300mm/min间距0.1mm的加工条件。
图十
4总结
在经历了一次次的翻阅资料，加上一次次的总结经验，我最终完成了交给我的任务，完成了我们所需要的电极，以及用这些电极加工出了需要的形状。
证明了我们选择用电火花没有选择用线切割来加工数控铣床无法加工到的地方这个想法是正确的。
事实证明在做一件事之前需要先分析清楚所需要的工具，而不能盲目下手，盲目下手只能导致一个后果——全盘皆输。
做这个项目的时候出现了很多意想不到的困难，零件太小、加工时间太长等等问题都被一一解决。
通过这一个小小的游戏手柄，我发现生活中一点小小的东西，可能是我们从没注意到的东西，加工出来原来需要那么多步骤。
而且需要掌握的只是竟然如此的多，单单加工这个工件，我们就用到数控加工中心，CimatronE、Autocad软件的知识，缺少任何一样都为我们的加工带来不便。
所以我觉得我们在上课学习到的东西都非常有用途，不能轻视所学的东西。
还有就是灵活运用，如果只会机械性的操作，但遇到东西没有变通的方法，也不能如此顺利的完成。
给我感触最深的还是合作精神，看着我们组领先其他组完成的势头，心里有阵阵欣喜。
这不单是一个人的功劳，这是两个组员合作的结果，期间没有哪个人掉链子，所以导致我们比预期完成的要快很多。
我想经过这次，以后如果再遇到这样的挑战，我也不会打退堂鼓了，因为我知道努力的确有收获。
就算你一开始什么都不懂，只要用心，没有办不到的事。
我想，其他组员也和我一样拥有相同的心情。
5参考文献
【1】何气荣《机械制造工艺与工装》（第二版）高等教育出版社2007.6
【2】卫兵工作室《CimatronE8中文版三维造型与数控编程入门视屏教程》清华大学出版社2007.10
【3】徐国恒,王勤生.《铣工实用手册》.浙江科学技术出版社,1987.3
附件
5.1机械加工工艺过程卡
工序
编号
NO:
工序名称
工步
事项
夹具
量具
工序简图
001
备料
1
气割材料226x126x80
图三
002
铣四方
1
铣四方台206x106x60
机用平口钳
游标卡尺
003
铣轮廓
1
粗加工外轮廓，留余量0.3mm
机用平口钳
游标卡尺
深度尺
图一、图二
2
半精加工曲面轮廓留余量0.1mm
3
精加工曲面轮廓
4
精加工平面轮廓
5
清根
5.2机械加工工序卡
深圳职业技术学院
07精密
工序号：
PRO.NO:
001
工序名称：
PRO.NAME:
备料
零件名称
Partname
游戏手柄
零件图号
Partno:
5-1
零件材质
Issuedby
45#
设备
数控加工铣床
劳保用品
工序图（图片或简图）
图示说明：
（本工序的工作要求）
专用夹具
平口钳
工时定额
专用量具
游标卡尺
辅助工时
序号
工步内容
刀具
转速
（rpm）
切削深度
（mm）
走刀速度
（mm/min）
行距
（mm）
冷却
润滑
1
气割毛坯226x126x80
注意事项
毛坯过大，装夹要合理，以免机床超程。
编制
朱涛
日期
2010-5-6
标准化
日期
审核
徐炜波
日期
2010-5-27
批准
日期
幅面：
A4
媒体编号：
U-01
电子文件名：
切削加工工序卡.DOC
页面格式：
首页GYK-01
共3页
第1页
深圳职业技术学院
07精密
工序号：
PRO.NO:
002
工序名称：
PRO.NAME:
铣四方
零件名称
Partname
游戏手柄
零件图号
Partno:
5-1
零件材质
Issuedby
45#
设备
立式升降台铣床
劳保用品
工序图（图片或简图）
图示说明：
（本工序的工作要求）
专用夹具
平口钳
工时定额
专用量具
深度尺
辅助工时
序号
工步内容
刀具
转速
（rpm）
切削深度
（mm）
走刀速度
（mm/min）
行距
（mm）
冷却
润滑
1
铣四方206x106x60
Φ70的面铣刀
400
18
300
无
注意事项
使铣刀顺时针旋转，工作台有左向右移动。
保证铁屑流向机床里面，同时机床操作人员应远离机床以免被铁屑溅到身上造成伤害。
编制
朱涛
日期
2010-5-6
标准化
日期
审核
徐炜波
日期
2010-5-27
批准
日期
幅面：
A4
媒体编号：
U-01
电子文件名：
切削加工工序卡.DOC
页面格式：
首页GYK-01
共3页
第2页
深圳职业技术学院
07精密
工序号：
PRO.NO:
003
工序名称：
PRO.NAME:
铣轮廓
零件名称
Partname
游戏手柄
零件图号
Partno:
5-1
零件材质
Issuedby
45#
设备
华中数控加工中心
劳保用品
工序图（图片或简图）
图示说明：
（本工序的工作要求）
专用夹具
工时定额
专用量具
辅助工时
序号
工步内容
刀具
转速
（rpm）
切削深度
（mm）
走刀速度
（mm/min）
行距
（mm）
冷却
润滑
1
粗加工外轮廓，留余量0.3mm
10立铣刀
1500
1
200
5
乳化液
2
半精加工曲面轮廓留余量0.1mm
R4球头铣刀
2000
0.5
100
0.1
乳化液
3
精加工曲面轮廓
R2球头铣刀
2000
0.2
100
0.1
乳化液
4
精加工平面轮廓
8立铣刀
2000
0.2
200
4
乳化液
5
清根
2立铣刀
2000
200
0.1
乳化液
编制
朱涛
日期
2010-5-6
标准化
日期
升级会员 