数控毕业设计范文.docx

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数控毕业设计范文

XXXX学院

毕业论文

课题名称

姓名

学号

专业

班级

指导老师

2011年月

前言-----------------------------------------------------------2

摘要-----------------------------------------------------------3

第一章绪论--------------------------------------------------5

1.1Mastercam软件的简介-------------------------------------5

1.2本论文研究的目的及意义-----------------------------------6

第二章Mastercam软件在机械行业中的地位及应用----------------7

2.1塑料成型模的发展----------------------------------------7

2.2Mastercam软件在机械行业中的应用------------------------8

第三章旋钮模型加工的工艺分析-------------------------------10

3.1塑料及其分类-------------------------------------------10

3.2壳体塑料选材途径及注意点---------------------------------10

3.3注塑模的工作原理及应用-----------------------------------12

3.4旋钮外壳注塑成型及其存在的主要问题-----------------------13

3.5电火花成型机加工旋钮型腔---------------------------------15

第四章Mastercam构图的方法----------------------------------17

4.1常用的实体建模法----------------------------------------17

第五章用Mastercam绘制旋钮的外形----------------------------18

5.1绘制旋钮模型--------------------------------------------18

第六章Mastercam刀具库设定方法------------------------------21

6.1铣削刀具库的建立----------------------------------------21

6.2刀具的发展及其选择--------------------------------------24

第七章Mastercam刀具轨迹仿真--------------------------------28

7.1刀具轨迹的仿真-------------------------------------------28

7.2程序的仿真-----------------------------------------------30

第八章Mastercam程序的后置处理------------------------------32

8.1后置处理文件--------------------------------------------32

8.2后处理文件编辑的一般规则--------------------------------34

8.3机床参数的定义------------------------------------------34

8.4结论---------------------------------------------------34

第九章Mastercam程序----------------------------------------35

毕业设计总结--------------------------------------------------39

参考文献-------------------------------------------------------41

（目录中的行距自己调，尽量使目录在一页中）

摘要

随着市场发展的需要，对数控机床的要求越来越高，尤其是对小而轻巧、精度高的数控机床。

因此本次毕业设计结合实习单位——扬州力创有限公司的ZK7040型数控铣床，设计YZ-124型办公室用经济适用型数控铣床。

结合在校所学机械专业知识，在工厂相关工程师与毕业设计指导老师的指导下自己动手设计了一款整体结构紧凑、轻小、易于移动、经济、实用，具有全数控功能的YZ-124型数控铣床，限于毕业设计时间较紧，本次设计先行完成机械部份、电气接口部份及进给电机与主轴电机的选型。

在本课题中我承担了其中Y轴及床身部分的设计，包括：

滚珠丝杠、滚动直线导轨副、外壳、脚轮等。

Y轴采用步进电机通过同步带与滚珠丝杠相连，以实现Y轴方向的进给运动。

床身安装在底座上，床身的后半部用来连接立柱，前半部的滑鞍沿Y轴方向移动。

导轨设有防护罩用来防止灰尘。

Y向的移动是由步进电机通过同步带带动滚珠丝杠副旋转，继而驱动工作台而实现的。

为了提高滚珠丝杠的轴向刚性，滚珠丝杠副、丝杠螺母和丝杠之间均应施加预紧力，保证传动精度。

滑轨采用4列圆弧接触及45°接触角钢珠，具有较高的导向精度、良好的刚性及耐磨性。

关键词：

CAD/CAM；MasterCAM；塑料；注塑模。

第一章绪论

1.1Mastercam软件的简介

Mastrcam是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司CNCSoftwareINC研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。

它将CAD和CAM这两大功能综合在一起，是我国目前十分流行的CAD/CAM系统软件。

它有以下特点：

⑴Mastrcam除了可产生NC程序外，本身也是具有CAD功能（2D、3D图形设计、尺寸标注、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件CADL文件及IGES文件等转换到Mastrcam中，再生成数控加工程序。

⑵Mastrcam能预先依据使用者的定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可以从NC加工程序（NC代码）转换成刀具路径图。

⑶Mastrcam是一套一图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序（NC代码）。

如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。

⑷Mastrcam系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。

Mastercam具有方便直观的几何造型，并提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。

Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。

Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。

Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。

Mastercam拥有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块，允许用通过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。

另外，软件提供多种图形文件接口，包括DXF、IGES、STL、STA、ASCII等。

1.2本论文研究的目的及意义

MasterCAM是当今广泛使用的CAD/CAM软件，通过对CAD/CAM技术的发展，极大地改变了人们的设计手段和方法，更为重要的是CAD/CAM技术的广泛应用显著提高了设计的效率和质量，大大地降低了设计师的劳动强度，特别是三维CAD/CAM技术的日益广泛应用使其体现得更为明显。

实践证明，基于MasterCAM的产品结构设计和模具设计，不仅可以缩短研发周期，还可以进行应力分析、运动仿真和模拟填充，从而优化产品及模具结构，为产品的最终加工奠定了坚实的基础。

第二章Mastercam软件在机械行业中的地位及应用

2.1塑料成型模的发展

在社会主义市场经济条件下，面对激烈的市场竞争，塑料制品厂家要想使产品赢得顾客，抢占市场，首先必须缩短产品开发周期。

因此，如何快速生产塑料零件，成为人们关注的课题。

所谓快速生产注射零件就是要设法缩短注射零件的成型周期，这包括从零件设计、模具设计、模具制造到注射成型的整个过程。

因此必须对整个生产过程进行综合考虑，并采取可行的措施去加以实施。

要达到快速生产注射零件的目的，可以充分使用电脑来进行辅助设计，以缩短产品开发及模具设计与制造的周期。

在产品开发中，要缩短开发周期，就要尽可能地节省时间及工作量，在这个过程中关键就是要采用电脑辅助设计（CAD/CAM），并行工程及高速数据传输。

应用电脑辅助设计，使用CAD/CAM，不但可以节省时间，而且可以提高准确度。

在绘图中常常发生的错误在应用CAD/CAM后会很少发生，很多重复性的工作均可被简化，因此可以省工省时。

特别是对于结构复杂的制品，CAD的优越性更为明显。

使用CAD/CAM最好采用三维（3D）软件。

因为使用3D软件比任何2D软件进行设计都快得多。

它能将立体模型放大或缩小，加剖面线旋转或在任何位置取剖面，并可同时进行各配合件的设计工作，同时还能立即知道所设计的任何零件的体积，从而在设计初期便能精确地估算材料费用。

目前，世界上应用最多的3D软件就是MasterCAM。

使用软件进行辅助设计，也可以使产品开发、模具设计、模具制造、零件测试等各个部门同步进行工作。

在使用CAD/CAM开发的时候，可以建立制造系统中的共用电子数据库，工程资料及更新的信息可以通过电脑系统及时与其它有关部门共享，因此每组工作人员都可同时取得最新的资料。

如有任何修改，也可随时通知有关人员。

讨论和决定都可以通过电脑系统在相互沟通的情况下进行。

这种并行合作的方式使各部门能及时行动，有关人员可根据预先发放的工程资料，准备下一阶段的工作，使产品设计、模具设计、模具制造同步进行，节省了很多时间。

2.2Mastercam软件在机械行业中的应用

MasterCAM是一种能在计算机上进行自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的美国CNCsoftware公司研制的基于PC平台的MasterCAM辅助设计与辅助制造软件。

作为一个CAD／CAM集成软件，MasterCAM系统包括有设计（CAD）和加工（CAM）两大部分。

其中设计（CAD）部分主要由Design（设计）模块来实现，它具有完整的曲线曲面功能，不仅可以设计和编辑二维、三维空间曲线，还可以生成方程曲线；采用曲线曲面、参数设计等数学模型，可以以多种方法生成曲面，并具有丰富的曲面编辑功能。

加工（CAM）部分主要由铣削、车削和电火花三大模块来实现，并且各个模块本身都包含有完整的设计（CAD）系统，其中铣削模块可以用来生成铣削加工刀具路径，并可进行外形铣削、型腔加工、钻孔加工、平面加工、曲面加工以及多轴加工等的模拟；车削模块可以用来生成车削加工刀具路径，并可进行粗／精车、切槽以及车螺纹的加工模拟；电火花模块用来生成线切割激光加工路径，从而能高效地编制出任何线切割加工程序，可进行2-4轴上下异形加工模拟，并支持各种CNC控制器。

在本次设计中，我们利用MasterCAM系统，我们做了如下工作:

一、利用MasterCAM进行手工编程，并进行程序校验

数控程序的手工编制是计算机自动数控编程的墓础，应用计算机进行数控加工自动编程最终也还要经过后置处理转换成NC程序代码。

在MasterCAM系统中只要将NC代码输入该系统，通过加工轨迹校验,NC程序的结果就非常直观地仿真出来了。

二、设置工艺参数，定义零件加工工艺

利用MasterCAM系统中的CAD绘图建模功能绘制生成三维零件模型，或利用该系统提供的数据接口将在其它CAD系统中做好的零件模型数据读人，然后综合运用所学过的如《机械制造加工工艺》、《机械设计基础》等课程的相关知识，选择合适的加工工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后，该系统便自动计算出机加工余量，并动态显示出和粗加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码，省去了人为编制NC程序的烦恼。

这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，在数控技术课程中达到了融汇贯通，并在计算机上变得生动、形象起来。

三、利用MasterCAM系统，对计算机计算的刀具轨迹进行模拟仿真

MasterCAM特有的模拟仿真功能，可以进行三维真实感动态仿真加工，省时间、省材料、省设备投人。

在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，我们可以直观地掌握数控加工的过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情况，刀位计算机是否正确，从而加深了对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。

四、利用MasterCAM系统将刀具轨迹转换成数控加工程序，通过计算机机床接口传送，并控制数控机床进行实际加工

第三章旋钮模型的工艺分析

3.1塑料及其分类

塑料（Plastics）：

具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。

塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。

软塑料接近橡胶，硬塑料接近纤维。

根据名种塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。

①通用塑料一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。

通用塑料有五大品种，即聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯及ABS。

它们都是热塑性塑料。

②工程塑料一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。

在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。

通用工程塑料包括：

聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。

特种工程塑料又有交联型的非交联型之分。

交联型的有：

聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。

非交联型的有：

聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）等。

③特种塑料一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。

如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用，增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。

a.强塑料:

增强塑料原料在外形上可分为粒状（如钙塑增强塑料）、纤维状（如玻璃纤维或玻璃布增强塑料）、片状（如云母增强塑料）三种。

按材质可分为布基增强塑料（如碎布增强或石棉增强塑料）、无机矿物填充塑料（如石英或云母填充塑料）、纤维增强塑料（如碳纤维增强塑料）三种。

b.泡沫塑料:

泡沫塑料可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。

硬质泡沫塑料没有柔韧性，压缩硬度很大，只有达到一定应力值才产生变形，应力解除后不能恢复原状；软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，很容易变形，应力解除后能恢复原状，残余变形较小；半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质泡沫塑料之间。

而制作旋钮的材料一般选用通用塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯及ABS等，这些都属于热塑性塑料，它们产量大、用途广、成型性好、价格便宜。

3.2壳体塑料选材途径及注意点

3.2.1旋钮的材料

要求形状和尺寸稳定、美观，一般可采用高冲击强度聚苯乙烯、ABS、聚丙烯等。

下面就以ABS做为简介如下：

ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

ABSAcrylonitrile-Butadiene-Styrene     

    汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等）电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。

干燥处理：

ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80~90C下最少干燥2小时。

材料湿度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210~280C；建议温度：

245C。

模具温度：

25…70C。

（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：

500~1000bar。

注射速度：

中高速度。

 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。

每种单体都具有不同特性：

丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。

从形态上看，ABS是非结晶性材料。

三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。

这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同质量的ABS材料。

这些不同质量的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

3.2.2旋钮选材的注意点

我们通常所用的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。

塑料的成型工艺性能有:

收缩性、流动性、结晶性、吸湿性、热敏性、应力开裂、熔体魄裂、比容和压缩率、固化速度。

但制作旋钮时，我们应考虑其中的收缩性、流动性、结晶性、吸湿性即可。

收缩性：

成型加工中所得的塑料制品，其尺寸总是小于常温下的模具成型尺寸，这种性质称为塑料的收缩性。

成型前对塑料进行预热，降低成型温度，提高注射压力，延长保压时间，能有效的减小收缩率。

收缩率是影响塑料制品尺寸精度的重要因素之一。

流动性：

是指成型加工时塑料熔体在一定的温度和压力作用下充满模腔各个部分的能力。

ABS的流动性属于中等。

结晶性：

部分塑料在冷却固化过程中，树脂分子能够有规则的排列，形成一定的晶相结构，这种现象称为塑料的结晶性。

无结晶现象的称为无定形塑料，无定形塑料为透明的，但也有例外情况，ABS为定形塑料，但并不透明。

吸湿性：

是指塑料吸附水分的倾向。

ABS的吸湿性较高，如果在成型前吸附过多的水分，这些水分在成型时会在设备的料筒内挥发成气体，或使塑料发生水解，导致树脂起泡，熔体黏度下降，从而显著降低制品的外观质量和力学性能。

应此，这些塑料在成型加工前必须进行干燥处理。

3.3注塑模的工作原理及应用

3.3.1注塑模的设计原则

注塑模的设计原则一般包括如下：

⑴单方向的流动设计原则是保证在填充过程中，塑料应该在一个方向上流动,并且保持一个直的流动前沿。

这导致单方向定位的产生。

平衡的流动所有的流动路径应该是平衡的那就是,在相同时间以相同压力进行充填。

⑵压力梯度最有效率的填充方式是压力梯度（压力降低对单位长度）沿着流动路径是固定的时候。

⑶最大剪应力 剪应力在填充的时候应该是小于材料临界的最大剪切应力，数值依赖于材料和应用。

⑷熔接/融合位置在最不敏感部位放置熔接和融合线。

⑸避免滞留仅可能避免在流体流动路径分为厚的和薄流动路径那里设置浇口。

⑹避免潜流通过浇口的设置避免潜流保证流体在最后充填区相遇。

⑺磨擦加热为控制的磨擦加热设计流道,增加型腔熔体温度，这将在产品中获得较低的应力,而不不引起塑料的降解因塑料长期处于较高的温度。

⑻流道热阀利用热阀设计流道系统,保证浇口冻结时型腔刚好充填完毕和已充分保压这避免在模具充填完毕后过保压或产生倒流。

⑼流道/型腔比为高压力降设计流道系统,使流道材料最小获得一个低比率的流道/型腔设计。

在通常的模具设计过程中，应遵循基本的设计原则，保证设计模具的合理性，而这些原则对注塑CAE分析结果的研究提供的分析

3.4旋钮外壳注塑成型及其存在的主要问题

精密注塑成型是与常规注塑成型相对而言，指成型制品的表面质量、重量重复精度和尺寸重复精度等指标要求很高，使用通用的注塑机和常规注射成型工艺难以达到要求。

在精密成型技术中，要严格选择成型材料，精心设计模具，选用精密注塑机以及按照精密注塑工艺进行操作是精密注塑成型的主要内容。

3.4.1白化

白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分。

脱模效果不佳是其主要原因。

可采用降低注射压力，加大脱模斜度，增加推杆的数量或面积，减小模具表面粗糙度值等方法改善，当然，喷脱模剂也是一种方法，但应注意不要对后续工序，如烫印、涂装等产生不良影响

3.4.2翘曲、变形

注射制品的翘曲、变形是很棘手的问题。

主要应从模具设计方面着手解决，而成型条件的调整效果则是很有限的。

翘曲、变形的原因及解决方法可参照以下各项：

1）由成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注射压力、提高模具并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。

2）脱模不良引起应力变形时，可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。

3）由于冷却方法不合适，使冷却不均匀或冷却时间不足时，可调整冷却方法及延长冷却时间等。

例如，可尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。

4）对于成型收缩所引起的变形，就必须修正模具的设计了。

其中，最重要的是应注意使制品壁厚一致。

有时，在不得已的情况下，只好通过测量制品的变形，按相反的方向修整模具，加以校正。

收缩率较大的树脂，～般是结晶性树脂（如聚甲醛、尼龙、聚丙烯、聚乙烯及PET树脂等）比非结晶性树脂（如PMMA树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂及AS树脂等）的变形大。

另外，由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性，变形也大。

3.4.3充填不足

　　充填不足的主要原因有以下几个方面：

i.树脂容量不足。

ii.型腔内加压不足。

iii.树脂流动性不足。

iv.排气效果不好。

作为改善措施，主要可以从以下几个方面入手：

1）加长注射时间，防止由于成型周期过短，造成浇口固化前树脂逆流而难于充满型腔。

2）提高注射速度。

3）提高模具温度。

4）提高树脂温度。

5）提高注射压力。

6）扩大浇口尺寸。

一般浇口的高度应等于制品壁厚的1／2～l／3。

7）浇口设置在制品壁厚最大处。

8）设置排气槽（平均深度0．03mm、宽度3～smm）或排气杆。

对于较小工件更为重要。

9）在螺杆与注射喷嘴之间留有一定的（约smm）缓冲距离。

10）选用低粘度等级的材料。

11）加入润滑剂。

3.4.4消除模具的内应力

在模具零件切削加工时，由于加工的刀具、电极、切割丝、冷热变化、紧固工具对材料的施力等，被加工的材料内部在不断的积聚由此产生的内应力；同时，内应力在不断积聚下企图释放。

当积聚的内应力达到相当程度，克服了材料的刚性，改变了被加工件的形状，产生了变形。

首先，要在加工中心工作3-4小时以后对模具零件进行精加工，效果会更好。

其次，要解决在所有加工过程中因内应力使模具零件变形的问题，使加工过程中的变形控制到最小。

被加工的材料在切削过程中积聚内应力是必然的，那么内应力要造成模具零件变形也是必然的。

通过查找资料得知，在模具零件内积聚内应力最多的，是打深孔、磨加工、粗加工和电加工阶段，以及焊接加工阶段。

因此克服模具零件中内因力造成的变形。

不外两种途径：

消除内应力和机械再加工或两者相结合。

消除内应力一般是采取热处理的方法，即我们通常所说的“消应处