线夹造型及其模具加工工艺设计与编程毕业设计论文.docx
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线夹造型及其模具加工工艺设计与编程毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目：
线夹造型及模具加工工艺设计及编程
系（分院）：
机电学院专业：
数控技术
线夹造型及模具加工工艺设计及编程
摘要
本次的毕业设计是线夹造型及模具加工工艺编程，课题通过对线夹进行造型和模具自动编程加工，主要堆线夹盖板（也叫压盖，后面统一为盖板）部分进行详细的说明和设计。
实现UG软件在造型及模具上面的具体应用，设计主要是对于线夹进行造型及模具的加工工艺。
本次设计中，根据资料及所学知识用UGNX软件对线夹进行设计，通过对线夹的盖板部分进行造型和其加工工艺编程，积累了对实际物体造型和加工的经验，实践了UG软件在造型和数控加工编程等具体应用。
关键词：
线夹盖板；UG三维造型；分模；模具加工工艺
1、绪论
1.1课题的背景及意义
间隔棒是电力金具中不可缺少的电力保护金具。
在高压架空电路中，为了保证分裂导线线束间距保持不变以满足电气性能，降低表面电位梯度，及在短路情况下，导线线束间不致产生电磁力，造成相互吸引碰撞，或虽引起瞬间的吸引碰撞，但事故消除后即能恢复到正常状态，因而在档距中相隔一定距离安装了间隔棒。
安装间隔棒对次档距的振荡和微风振动也可起到一定的抑制作用。
线夹是间隔棒上的一部分，其作用则起到固定导线线的作用，是实现间隔棒对于导线的夹紧重要部件，是间隔棒的重要组成部分。
本次设计的主题是线夹，针对间隔棒上线夹的造型标准进行设计。
通过对线夹的设计，对于自己公司生产的产品能有一个更高的认识，有利于我今后工作的进行。
更重要的是能提高我的设计能力，以及设计过程中面对困难时解决困难的能力得到了很好的锻炼，这将影响我今后生活中解决问题的能力。
1.2论文设计内容
线夹的造型主要在于两部分的造型——线夹盖板和线夹本体。
因为两个部分的造型设计和加工工艺较为相似，为防止内容累赘，本次设计在三维造型中将对盖板部分作出较为详细的造型制图过程。
利用经过分模，把造型和加工工艺变成结合起来。
最后将对线夹盖板部分的凹凸模进行刀路工艺编程设计。
二、线夹的三维造型
三维造型:
CAD的三维造型有三种层次的建立方法，即线框、曲面和实体，也就是分别对应于用一维的线，二维的面和三维的体来构造形体。
通过计算机辅助设计建立的立体的、有光的、有色的生动画面，虚拟逼真地表达大脑中的产品设计效果，比传统的二维设计更符合人的思维习惯与视觉习惯。
三维造型技术从最初的三维CAD已发展到目前专用的基于特征造型的三维软件，常用软件有UG、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、3DSmax等。
2.1线夹造型的难点分析
本部分的主要难点是数据较为复杂，要仔细耐心地把握每一个尺寸，对于各个尺寸都要仔细测量、计算与绘制。
在设计加工工艺过程中更要把握表面的粗糙度、相交处的光滑度等细节问题，以符合技术要求和实际的加工制造需求,以符合生产实际需求。
2.2线夹盖板的三维造型
2.2.1线夹盖板的图样分析
线夹盖板是造型相对于线夹本体来说相对简单一些。
首先对线夹盖板的形状进行分析。
线夹盖板整体形状为一个对称物体。
左边部分，俯视看为一个中间挖空的半圆柱体，但是值得注意的是不管是其外部还是内部轮廓圆弧都不是同一个圆心、半径的圆弧，它是由3个圆弧连接而成，连接处为相切关系。
右侧部分，则为一个近似于抽壳的长方体结构，但是其上面有挖空等附加形状，如上图右侧部分关键是处理好“A”截面和“B”截面。
其次整个结构连接处都做倒角处理，需要对于表面连接处光洁度较好把握。
如下图：
图2.2.1线夹盖板部分CAD图纸
2.2.2线夹盖板三维造型步骤
线夹盖板设计，主要思路是：
对于整体的形状进行造型设计，把握好尺寸数据。
然后对于局部的挖空、倒角等细微部分进行逐步设计完善，达到预期想要的设计要求。
总体思路是：
整体出发，局部完善。
（1）线夹盖板右侧部分整体框架构建
图2.2.2a线夹盖板草图
仔细分析作图不难完成整体轮廓的构建，主要用到直线、圆弧、倒角、约束、快速剪切等命令。
做到较好的把握各个部分的尺寸数据、相互关系，用到UG
NX6.0的相关基础作图知识，作出如图2.2.2a构建。
完成草图，选择“拉伸”命令，选择曲线为上图2.2.2a曲线，选择“限制”一栏中结束为“对称值”，距离为70（50/2=25，取值为=<25,为了后面方便进行，我去较大值），“体型”为实体。
选择应用确定得到实体图，命令和实体图如下图：
图2.2.2b拉伸
（2）线夹盖板部分挖空处理
选择坐标系平面X—Y为基准平面，进行草图绘制。
如下图2.2.2c：
图中红色方框部分图2.2.2d盖板挖空
为草图，绘制时候先绘制一个长方形，然后在绘制图2.2.2c草图曲线
的长方形的四个角倒角处理。
得到如右图2.2.2c
草图曲线：
完成草图，选择“拉伸”命令，选择曲线为上图2.2.2c曲线，选择“限制”一栏中结束位“值”，距离
为18，“体型”为实体，“布尔”为求差运算，选择实体部分。
选择应用确定可以得到实体图，得到实体图如左上图2.2.2d：
在上面步骤的基础上绘制草图为圆形，得到图2.2.2e，右下角黄色曲线：
图2.2.2e草图
对上图曲线进行拉伸处理。
拉伸命令选择为，方向为X正方向，距离为35（实际=<26.5即可，随意取值），布尔求差，得到如下图实体结构
图2.2.2f实体局部拉伸处理
暂时对线夹盖板左侧部分实体结构作出如此处理。
在盖板右侧部分结构处理后。
对整体俯视方向的轮廓进行处理，还有对整体结构的连接处进行倒角处理。
2.2.3线夹盖板实体图优化处理
本部分主要涉及两部分，对线夹盖板实体俯视方向外部轮廓的完善以及各个接缝处进行倒角等处理。
轮廓草图：
运用简单的UG制图知识就不难绘制草图，注意点是对于线与线相接处的处2.2.3a外部轮廓草图
理，防止出现曲线不封闭或是线条重合的情况。
如右图2.2.3a：
拉伸：
选择曲线为图2.2.3a外部轮廓草图曲线，拉伸距离为50，布尔运算求交，值得注意的是：
限制里面结束选择为对称值。
得到相交部分实体的结构，如图：
图2.2.3b拉伸
图2.2.3c命令选择于拉伸示意图
这样基本得到了线夹盖板的三维造型图，该结构整体结构不算复杂，接下去还要对棱角处进行倒角等处理，对侧边进行适当的拔模。
图2.2.3d线夹盖板造型图
边倒角以及拔模：
对于上一步中的实体进行拔模、边倒角等的处理。
由于模具设计的要求，对于各个侧面进行拔模处理，这样有利于凸凹模具的拆分。
图2.2.3f最终效果图
至此，线夹盖板的造型结束，接下去将通过分模等命令，得出上下模（即型芯型腔）。
然后对上下模进行加工工艺编程。
三、线夹零件的分模
这大部分主要是生成模具，将通过分模等步骤的简单介绍，生成上下模，是最后模具的加工工艺编程的基础。
3.1分模步骤分析
模具设计的流程很多，其中分模就是其中关建的一步。
分模有两种：
一种是自动的，另一种是手动的，当能也不是纯粹的手动，也要用到自动分模工具条的命令，即模具导向。
UG自动分模的过程：
1.分析产品，定位坐标，使Z轴方向和脱模方向一致；
2.塑模部件验证，设置颜色面；
3.补靠破孔；
4.拉出分型面；
5.抽取颜色面，将其与分型面和补孔的片体缝合，使之成为一个片体；
6.做箱体包裹整个产品，用5缝好的片体分割；
7.分出上下模具后，看是那个与产品重合，重合的那边用产品求差就可以了。
手动分模的步骤就大概就这样，手动分模具有很大的优势，是利用MOLDWIZARD分模所达不到的，在现场自动分模基本上是行不通。
但是里面的命令是比较的好用的，我们可以用的有关命令来提高我们的工作效率。
3.2手动分模
3.2.1建立分型面
分型面定义：
塑料（特别是注塑）模具术语.一般来说,模具都有两大部分组成:
动模和定模（或者公模和母模）.分型面是指两者在闭合状态时能接触的部分。
（1）拉伸片体
做出拉伸片体是可以进行上下体之间的修剪，有些分模上是使用到了建立有界平面进行修剪的，而在这里我选择用到了拉伸出片体进行修剪。
如图，黄色线条为分型线的一部分，由此，如图按绿色箭头方向（选择拉伸方向为x-方向）对分型面进行拉出，设置体型为片体。
图3.2.1a出分型面
（2）片体缝合及修剪
对于分型面的各个边界进行拉伸，得到图3.2.1b分型面的完整拉出图，最后注意对于拉出的的每个片体进行缝合，形成一个整体，这样有利于下面的修剪，才能做出型腔及型芯。
缝图3.2.1b分型面
合各个遍体之后图3.2.1b分型面画出下图黄色长方形草图，创建草图是以坐标系原点为基准所在的平面。
3.2.1创建上下模
分型面处理好之后，开始创建上下模。
如下图图3.2.1a，长方体部分与中间零件实体部分求差后，可以得到上下模。
图3.2.1a创建上下模
在草图界面做出草图，然后进行有界平面、修剪的片体及缝合、拉伸实体，这样做出凹模的型腔体。
效果图如下图3.2.1b所示。
图3.2.1b凹模（型腔）
和上述建立凹模造型类似，创建抽取的区域，抽取出来的片体如下图3.2.1c所示。
图3.2.1c凸模（型芯）
四、模具加工工艺编程
4.1凸模加工工艺编程
4.1.1凸模加工工艺过程卡片
表4-1凸模加工刀具参数表
序号
操作名称
铣削名称
刀具名称
主轴速度
进给速度
步长深度
侧面余量
底面余量
公差
1
CA_1
开粗
D16R0.8面铣刀
1800
2400
0.5
0.5
0.2
0.03
0.12
2
CA_2
二次开粗
D5R0
平刀
2500
1500
0.5
0.5
0.2
3
CA_3
半精加工
BALL_D4球刀
2500
1500
0.3
0.16
0.15
0.03
0.03
4
CA_4
精铣加工
D3R1.5面铣刀
3500
500
0
0
0.01
0.01
4.1.2凸模的粗加工与二次开粗
（1）在进行粗加工时，需对模进行分析，可以在分析中测量凸模的距离、角度和最小半径，进行测量之后我们知道应该选择哪种类型的刀具和毛坯。
之后加工的时候打开加工环境进入编程主界面，里面创建要加工凸模的程序，在刀具类型中选择要加工凸模的刀具类型。
（2）选择好了几何视图后，首先要建立坐标系（MCS），如图4.1.2a所示，我把坐标原点选在WCS坐标原点正上方60处。
图4.1.2a坐标系效果图
（3）在加工中，我们需建立程序组，确定加工方法。
创建方法是在加工完粗加工之后的中加工、精加工中保留一定的余量，使得加工表面更加光滑。
（4）数控加工编程中刀具选择是工艺设计的重要内容之一，刀具选择的合理与否，将直接影响加工质量与切削效率，甚至还会影响加工过程的正常进行。
数控机床（尤其是加工中心）刀具的选择应综合考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
通常，数控机床刀具应具有高强度、高明度与高耐用度，刀具材料抗脆性好，且有良好的断屑性能，尺寸稳定、精度高，安装调整方便等特点。
主要修改类型、刀具子类型、名称。
故刀具参数主要修改刀具的直径与R角，刀具材料其他参数可以是默认。
（5）建立完坐标之后，需建立几何体，创建几何体的过程要注意几何体的位置，要创建在之前的几何坐标系下面，指定部件为型腔，在经过测量与分析中指定合适的毛胚，指定检查体进行确定。
（6）建立加工程序，操作子类型可以选择型腔铣，型腔铣通常用于粗加工切去大部分材料，几乎使用与任何形状的模型。
应用切削区域来选择型腔铣操作，选择工件特定的面来作为切削区域，而不是加工整个实体，在某些特定的情况下可以省去修剪边界的操作。
刀具选择之前设置好刀具，方法选择粗加工。
（7）进行参数设置。
在切削模式中选择跟随周边，跟随周边就是按照边界或者最大轮廓的外形来走的一种方式，轮廓指的是只走它的外形不挖其他的地方就相当于走等高，而跟随部件指的是刀路是沿着部件的形状来加工的，在这里我们进行跟随周边比较好些。
根据图形在参数设置中我们选择顺铣， 顺铣即铣刀旋转方向与工件进给方向相同，在切削厚度的变化：
顺铣时刀齿的切削厚度是从最大到零，但刀齿切入工件时的冲击力较大，尤其工件待加工表面是毛坯或者有硬皮时。
顺铣时作用于工件上的垂直切削分力始终压下工件，这对工件的夹紧有利。
根据所做型腔的分析，在切削顺序中选择深度优先切出来的效果比较好些，在刀路方向上我们选择向内。
在进行余量的参数设置时，不使用底部面和侧壁余量一致，这样在加工出来的表面效果要好。
在非切削加工中，封闭区域选择的进刀类型选择为沿形状斜进刀，有利于刀具的切削，对机床和刀具的保护的起到了很好的作用。
在开放区域选择的进刀类型为圆弧进刀，这样能够缩短加工中的时间。
在间隙传递类型中设置前一平面，设置好一定的安全距离。
从上到下设置好参数，最后根据数控机床及刀具的好坏设置一定的主转速度和进给率。
（8）设置完后，生成的粗加工刀路轨迹效果图，如图4.1.2b所示。
图4.1.2b粗加工刀路轨迹
（9）仿真加工，可观察到虚拟机床在对工件进行虚拟加工，检查会不会过切或者干涉，可以通过仿真发现切削方式是否合理，受力是否正确并且是不是机床刚性能承受的，在仿真结果中发现问题，可以大大缩短设计时间，提高设计质量。
粗加工仿真效果图如图4.1.2c所示。
图4.1.2c粗加工仿真效果
（10）再进行二次开粗。
根据我们所做的实际情况，分析测量得在经过了开粗之后留下的余量并不是很大，故我们考虑用思路二，直接用较小的刀整体中粗。
最后可得，二次开粗刀路轨迹如图4.1.2d所示。
图4.1.2d二次开粗刀路轨迹
4.1.3凸模的半精加工
（1）粗加工能快速加工出工件形状和轮廓，精加工则使工件表便光滑和使精度得到保证。
而半精加工则介乎于两者之间，目的是得到理想的尺寸，减少不必要的损耗，提高效率。
因为很多工件都是毛坯，有坚硬外壳（如铸铁件）和不规则的端面，如果直接用半精加工刀具去切削，会造成加工刀具的剧烈磨损和蹦坏刀具，角度不合适，也不容易达到图纸加工要求和加工效率，还会造成过高的加工成本和损耗。
因此才出现的先粗加工、半精加工、精加工。
图4.1.3a刀路轨迹
图4.1.3b仿真效果
（2）在做半精加工时，切削参数处理中的工件设置为“使用基于层的”以此来减少不必要的刀路轨迹，从而减少加工中所需的时间。
粗加工与半精加工所用的刀具也不同，半精加工相对于粗加工刀具螺旋角度比较高，所以得到的工件表
面质量比较好，尺寸精度也比较好。
半精加工和粗加工选择的刀具与做出来的表面不同，故主转速度和进给率也是不一样的。
在粗加工进行复制改掉半精加工所需的参数后，得到半精加工刀路轨迹效果图如上图4.1.3a，以及上图仿真加工4.1.3b所示。
4.1.4凸模的精加工
（1）做完半精加工后，进行底面的精加工。
运用平面铣，平面铣通过边界和底面的高度差来定义切削深度，平面铣使用与侧壁垂直底面或顶面为平面的零件加工，如型芯和型腔的基准面、台阶平面、低平面。
它平行于底面进行多层切削。
参数选择：
平面铣选择的切削模式为往复铣，刀具离毛坯距离小一点，每到深度最后几刀就能走完，因为之前所做的粗加工、半精加工已经把余量去除掉了，这样做有利于减少加工的时间。
主转速度相对于半精加工大一点，切削进给稍微小一些，有利于工件表面的光滑。
最后在进行了里面的参数设置后，得到精加工图如图4.1.4a所示。
图4.1.4a精加工刀路轨迹
（2）凹模最终的仿真效果，如图4.1.4b所示。
图4.1.4b凹模最终仿真效果
4.2凹模的加工工艺编程
4.2.1凹模加工工艺过程卡片
表4-1凸模加工刀具参数表
序号
操作名称
铣削名称
刀具名称
主轴速度
进给速度
步长深度
侧面余量
底面余量
公差
1
CA_1
开粗
D16R0.8面铣刀
1800
2400
0.5
0.5
0.2
0.03
0.12
2
CA_2
二次开粗
D5R0
平刀
2500
1500
0.5
0.5
0.2
3
CA_3
半精加工
BALL_D5R2.5球刀
2500
1500
0.3
0.16
0.15
0.03
0.03
4
CA_4
精铣加工
BALL_D5球刀
3500
500
0
0
0.01
0.01
4.2.2凹模粗加工
（1）同理按照上诉的做法运用型腔铣，设置好加工刀具参数表，设置好刀具参数，同理与上诉一样设置好合理的切削参数、非切削移动和进给速度。
最后进行刀轨的生成。
粗加工刀路轨迹如图4.2.2a所示。
图4.2.2a刀路轨迹
4.2.3凹模的二次粗加工
（1）同理按照上诉的做法运用型腔铣，设置好加工刀具参数表，设置好刀具参数，同理与上诉一样设置好合理的切削参数、非切削移动和进给速度。
最后进行刀轨的生成。
粗加工刀路轨迹如图4.2.3a所示。
图4.2.3a刀路轨迹
4.2.4凹模的半精加工
（1）使用轮廓铣设置残留毛胚加工；使用轮廓铣设置参考刀具进行清角；使用曲面轮廓铣中的区域铣削方式，并设置非陡面角度；创建曲面轮廓铣的清根操作或径向切削操作，使小刀清理位切削的材料。
（2）选择刀具用D5R0的球刀，并从上到下依次设置好参数。
凹模半精加工刀路轨迹如图4.2.4a所示。
图4.2.4a刀路轨迹
4.2.5凹模精加工
图4.2.5a精加工刀路轨迹
（1）精加工凸模的上表面和凹模精加工一样运用了平面铣。
合理的设置好参数，最后得到凸模精加工的刀路轨迹，如图4.2.5a所示。
（2）凸模最终的仿真效果图，如图4.2.5b所示。
图4.2.5b凸模最终效果图
结论
本课题是从自己所在公司实际生产中的线夹产品得到启发，对于该零件进行结构方面进行改造和设计，进行了三维造型、分模、模具编程。
在造型中，碰到很多问题，经过反复思考查阅资料，并且充分运用现代发达的网络资源，使我对UG6.0软件的实体造型、加工等功能方面的操作能力得到了提升，并能熟练运用实体造型中的有关属性命令，如：
拉伸、扫掠、镜像、拔摸、倒圆角、打孔等其它命令。
特别是自动编程部分，完全是通过看书、上网看教学视频自学，并且独立多次尝试完成的，对我的自学能力有相当的提升。
经过反复的做造型及分模，发现自己以往学习中只学少练存在的一些致命性问题，重拾UG操作是我对以往的知识有了较好的巩固。
随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用，这让我受益匪浅。
虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。
通过做线夹的造型、分模、模具刀路编程，培养了自己的学习能力、创新能力、思维能力。
我相信通过此次的毕业设计我会更加努力的学习，在以后的工作道路上我会勤奋、努力，以此来实现自己的价值。
参考文献
《线路电力金具样本》浙江泰昌实业有限公司浙江余杭区2010年
《电力金具手册》中国电力出版社董吉谔2010年
《模具设计与制造》电子工业出版社李小海著2011年
《模具设计》机械工业出版社王巍著2009年
《机械制图》冯秋官主编高等教育出版社2001年
《UGNX7.5产品设计及数控加工》化学工业出版社钟平福2011年
《UGNX6典型实例解析》北京机械工业出版社江洪2010年
《UG基础与应用精品教程》航空工业出版社甘登岱2008年
附件
由于附件太大已经提交于毕业综合实践平台
附件内容：
1.凹模UG图纸（刀路已编程），以及加工切削程序
2.凸模UG图纸（刀路已编程），以及加工切削程序
3.线夹原型照片、装配图、上模及下模造型UG图纸
致谢
在本课题选题及研究过程中，章正伟老师给予了我最大的帮助和指导。
特别是对我论文的方向性指导，使我对论文整体有了更好的把握，并指导我论文各个阶段的难点注意点，帮助我走出设计困境、开拓研究思路，、给予我热忱鼓励。
使得我在毕业设计时少走许多弯路。
其次，论文的顺利完成，离不开其它各位教导过我的老师、陪伴我的同学和朋友的关心、鼓励及帮助，在此谢谢你们的帮助。
毕业论文才能得以完成，还少不了各位懂得UG的网友和吧友的帮助，感谢你们在我攻克设计难题时，给我技术性的指导。
因为有你们的帮助才能让我顺利完成设计，谨以此，感谢所有帮助过我、关心过我、给我正能量的你们。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
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学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中
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