毕业设计论文MasterCAM烟灰缸设计.docx
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毕业设计论文MasterCAM烟灰缸设计
摘要
数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。
数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。
数控铣床是目前功能强大、简便、高效的加工机床，只需输入加工程序便可自动加工的自动化程度很高的数控加工中心之一。
MasterCAM软件是美国的CNCSoftware公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统，现已广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域。
采用MasterCAM软件能方便的建立零件的几何模型，迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，特别对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率。
烟灰缸是日常用途广泛的环保工具，为了彰显烟灰缸的个性化和功能性，因此希望利用现有知识和能力，制造一个外观美丽并且实用的烟灰缸。
为此，用PROE做出烟灰缸零件图，将其导入MasterCAM软件中进行模拟仿真加工，利用MasterCAM自动编程功能，导出烟灰缸数控加工程序，并在FANUC仿真软件中仿真模拟加工，最后将导出的数控加工程序输入数控铣床中，加工出我们需要的烟灰缸凸模实体模型。
关键词：
数控铣床，MasterCAM，烟灰缸，仿真，加工
Abstract
CNCmillingmachineisinthecommonmillingmachinewithintegrateddigitalcontrolsystemintheprogramcode，cancontrolaccuratelyformillingmachine.CNCmillingmachinebythegeneralNCsystem，maintransmissionsystem，feedservosystem，coolingandlubricationsystemofseveralmajorcomponents.CNCmillingmachineisthemostpowerful，simple，efficientprocessingmachine，onlyneedtoinputtheprocessingprogramcanautomaticallyprocessing，highdegreeofautomationofCNCmachiningcenters.
MasterCAMsoftwareisbelongtotheUnitedStatesofAmericaCNCSoftwarecompany，whichdevelopedthePCplatformbasedonCAD/CAMsystem，nowithasbeenwidelyusedinmachining，moldmanufacturing，automobileindustryandtheaerospaceindustryandotherfields。
UsingMasterCAMsoftwaretofacilitatetheestablishmentofpartsofthegeometricmodel，rapidautomaticgenerationofNCcode，shortenprogrammersprogrammingtime，especiallyforcomplexpartsoftheNCprogramming，andcangreatlyimprovetheaccuracyoftheprogramandthesecurity，reducestheproductioncost，improveworkefficiency.
Ashtrayisoneofthemostdailyusefulenvironmentalprotectiontools，inordertorevealashtraypersonalizedandfunctional，soIdecidetomakefulluseofwhatIhaveleranedandmyabilitytocreateabeautifulappearanceandpracticalashtray。
Therefore，tousePROEtomaketheashtraypartsdiagram，importittoMasterCAMsoftwareinthesimulationprocess，theuseofMasterCAMautomaticprogrammingfunction，derivedashtrayNCprogram，andtheFANUCsimulationsoftwareinthesimulationprocess，finallywillexporttheNCmachiningprogramofCNCmillingmachineprocessingofinput，weneedanashtray.Moldmodel.
Keywords:
CNCmillingmachine，MasterCAM，ashtray，simulation，processing
第1章概述
1.1数控机床的产生
1.2FANUC机床的发展史
1.3FANUC数控系统的特点
1.4斯沃数控仿真软件概述..................................
1.4.1斯沃数控仿真软件简介..................................
1.5斯沃数控仿真软件的功能................................
1.5.1控制器...............................................
1.5.2功能介绍.............................................
1.6FANUC铣床编程........................................
1.6.1坐标系...............................................
1.6.2G代码命令、代码组及其含义..............................
第2章数控铣床刀具、夹具、量具的结构
2.1刀具的结构
2.1.1对刀具的基本要求
2.1.2刀柄的类型
2.1.3刀柄的结构
2.1.4刀具的选择
2.2夹具的结构
2.2.1夹具的选择
2.3量具的结构
第3章烟灰缸凹模塑件成型工艺分析
3.1塑件的使用要求
3.2塑件的材料分析
3.3塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析
3.3.1塑件的尺寸精度分析...........................................
3.3.2塑件的表面质量分析...........................................
3.3.3塑件的结构工艺分析...........................................
第4章MasterCAM软件基础知识...............................
4.1MasterCAM软件概述....................................
4.2CAD设计功能
4.3CAM加工功能
第5章MasterCAM的仿真加工及自动编程..................
5.1烟灰缸三维零件视图的绘制..............................
5.2烟灰缸视图导入MasterCAM软件中.......................
5.3烟灰缸凹模的仿真加工..................................
5.4MasterCAM软件对烟灰缸的自动编程......................
第6章烟灰缸凹模的斯沃数控仿真加工
6.1提出与分析任务
6.1.1提出任务
6.1.2分析任务
6.2任务实施
6.2.1选择数控系统
6.2.2定义毛坯
6.2.3选择夹具
6.2.4选择刀具
6.2.5导入程序
6.2.6自动加工
心得体会
致谢...............................................................
参考文献
第1章概述
1.1数控机床的产生
随着生产的科学技术发展，机械产品日益精密、复杂、，而且改型频繁，因此对制机械产品的机床提出三高要求，既高性能、高精度和高自动化.在机械产品中单体和小批量的产品约占到70%.由于这类产品的生产要机床与工艺装备具较强的适应变化的能力，通用机床无法满足要求.1946年第一台电子计算机的问世，为数控机床的产生奠定了基础。
数控机床最早产生于美国.1947年产生数控机床的设想，当时为了精确制作直升飞机叶片的样板.1949年美国PARSONS公司和麻省理工学院开始研制数控机床，于1952年试制成了世界上第一台3坐标镗铣床。
1.2FANUC机床的发展史
FANUC公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。
进入70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，一方面从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。
1976年FANUC公司研制成功数控系统5，随时后又与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7，从这时起，FANUC公司逐步发展成为世界上最大的专业数控系统生产厂家，产品日新月异，年年翻新。
1.3FANUC数控系统的特点
结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。
采用专用LSI，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。
产品应用范围广。
每一CNC装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。
不断采用新工艺、新技术。
如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。
CNC装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC（可编程机床控制器）。
在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加六代历史。
1.4斯沃数控仿真软件概述
1.4.1斯沃数控仿真软件简介
南京斯沃软件技术有限公司开发FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND、大连大森DASEN数控车铣及加工中心仿真软件，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的。
通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。
斯沃数控仿真软件包括八大类，28个系统，62个控制面板。
具有FANUC、SIEMENS（SINUMERIK）、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN、南京华兴WA编程和加工功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各系统数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，教师通过网络教学，可随时获得学生当前操作信息。
1.5斯沃数控仿真软件的功能
1.5.1控制器
1.实现屏幕配置且所有的功能与FANUC工业系统使用的CNC数控机床一样。
2.实时地解释NC代码并编辑机床进给命令。
3.提供与真正的数控机床类似的操作面板。
4.单程序块操作，自动操作，编辑方式，空运行等功能。
5.移动速率调整，单位毫米脉冲转换开关等。
1操作编程手册斯沃数控仿
图1—1FANUC0-MD（铣床）
（1）在左边工具框，选择毛坯功能键：
（2）选择基准芯棒选择
（3）选择基准芯棒规格和塞尺厚度如：
（4）直接对工件，根据左下角提示确定是否对好。
（5）Z坐标工件零点=当前Z坐标-基准芯棒长度-塞尺厚度
（6）把计算结果Z、Y、X、坐标工件零点输入G54～G59。
图1—2FANUC0i（铣床）
1.5.2功能介绍
1.国内第一款自动免费下载更新的数控仿真软件
2.真实感的三维数控机床和操作面板
3.动态旋转、缩放、移动、全屏显示等功能的实时交互操作方式
4.支持ISO-1056准备功能码（G代码）、辅助功能码（M代码）及其它指令代码
5.支持各系统自定义代码以及固定循环
6.直接调入UG、PRO-E、Mastercam等CAD/CAM后置处理文件模拟加工
7.Windows系统的宏录制和回放
8.AVI文件的录制和回放
9.工件选放、装夹
10.换刀机械手、四方刀架、八方刀架
11.基准对刀、手动对刀
12.零件切削，带加工冷却液、加工声效、铁屑等
13.寻边器、塞尺、千分尺、卡尺等工具
14.采用数据库管理的刀具和性能参数库
15.内含多种不同类型的刀具
16.支持用户自定义刀具功能
17.加工后的模型的三维测量功能
18.基于刀具切削参数零件光洁度的测
1.6FANUC铣床编程
1.6.1坐标系
编程坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系如图1-3所示。
图1—3坐标系
安全距离:
此功能不属于坐标系，它仅仅显示移动命令发出后目的位置与当前机床位置之间的距离。
仅当各个轴的剩余距离都为零时，这个移动命令才完成。
图1—4安全距离示意图
1.6.2G代码命令、代码组及其含义
“模态代码”的功能在它被执行后会继续维持，而“一般代码”仅仅在收到该命令时起78操作编程手册FANUC铣床编程作用。
定义移动的代码通常是“模态代码”，像直线、圆弧和循环代码。
反之，像原点返回代码就叫“一般代码”。
每一个代码都归属其各自的代码组。
在“模态代码”里，当前的代码会被加载的同组代码替换。
表1—5G代码组及解释
（带*者表示是开机时会初始化的代码）
第2章数控铣床刀具、夹具、量具
2.1刀具的结构
2.1.1对刀具的基本要求
铣刀刚性要好。
要求铣刀刚性好目的，一是满足为提高生产效率而采用大切削用量的要求；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。
在数控铣削中，因铣刀刚性较差而断刀并造成零件损伤的事例是经常有的，所以解决数控铣刀的刚性是至关重要的。
铣刀的耐用度要高。
当一把铣刀加工的内容很多时，如果铣刀磨损较快，不仅会影响零件的表面质量和加工精度，而且会增加与对刀的次数，从而导致零件加工表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低零件的表面质量。
除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排削性能等也是很重要的。
切削粘刀形成积削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并获得满意加工质量的前提条件。
2.1.2刀柄的类型
数控铣削刀柄系统标准，如图2-1所示:
图2-1刀柄的类型
2.1.3刀柄的结构
下面是一些典型的刀柄结构，如图2-2所示：
圆柱铣刀刀柄
锥柄钻头刀柄
盘铣刀刀柄
直柄钻头刀柄
镗刀刀柄
丝锥刀柄
图2-2数控铣床刀柄
2.1.4刀具的选择
在数控铣床上使用的刀具主要为铣刀，包括面铣刀、立铣刀、球头铣刀、三面刃盘铣刀、环形铣刀等，除此以外还有各种孔加工刀具，如钻头（锪钻、铰刀、镗刀等）、丝锥等。
下面是一些常用铣刀，如图2-3所示:
立铣刀
机夹式球头铣刀
机夹式环形铣刀
图2-3铣刀的类型
2.2夹具的结构
2.2.1夹具的选择
数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不很复杂，只要求有简单的定位、装夹机构就可以了。
但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。
选择夹具时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来，下面是一些典型的装夹结构，如图2-4所示：
气
动
卡
盘
平
口
钳
图2-4夹具的类型
2.3量具的结构
数控铣削加工零件的检测，一般常规尺寸仍可使用普通的量具进行测量，如游标卡尺、内径百分表等，也可以采用投影仪测量；而高精度尺寸、空间位置尺寸、复杂轮廓和曲面的检验则只有采用三坐标测量机才能完成，如图2-5。
内径千分尺
外径千分尺
游标卡尺
高度游标卡尺
钢直尺
卷尺
图2-5量具的类型
第3章烟灰缸凹模塑件成型工艺分析
3.1塑件的使用要求
该塑件（烟灰缸）作为日常用品，由于要承受烟头的温度，要耐高温性性能好，且具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求；同时，要有一定的机械强度，在一定的高度掉下，不会出现裂纹的现象。
3.2塑件的材料分析
根据1.1中对塑件的分析要求，同时考虑原材料价格要低廉，现决定选用工程塑料PP。
PP聚丙烯是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。
未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。
透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。
物料性能密度小，强度刚度，硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆，不耐模易老化.适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。
PP聚丙烯的主要特点是密度小，约为0.9g/cm3。
它的力学性能如屈服强度、抗张强度、抗压强度及硬度等，均优于低压聚乙烯，并有很突出的刚性，耐热性较好。
可在100℃以上使用。
若不受外力，则温度升到150℃也不变形。
基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硅酸、浓硝酸外，几乎都很稳定。
高频电性能优良，且不受温度影响，成形容易。
缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。
热变形温度亦较低。
比重:
0.9-0.91克/立方厘米成型收缩率:
1.0-2.5%成型温度：
160-220℃成型特性：
1.结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解.
2.流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔.凹痕，变形.
3.冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度.料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形
4.塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
结论：
经以上分析，PP塑料比较适合用作烟灰缸的原材料，而且其成型性能良好，适宜采用注射成型方法生产，成型前原料要充分干燥。
技术指标
值
密度（g/cm^-3）
0.90～0.91
收缩率（%）
1.0～3.0
透明度
半透明
比热容/（J·kg^-1·k^-1）
1930
吸水性（24小时）（%）
0.01～0.03
屈服强度/MPa
37
拉伸弹性模量/GPa
1.1～1.6
抗压强度/MPa
67
弯曲弹性模量/GPa
1.45
熔点℃
170～176
表1PP塑料的部分技术指表
3.3塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析
图3—1塑件模型
3.3.1塑件的尺寸精度分析
塑件的尺寸要求并不严格，各尺寸均为自由尺寸，故选取低的精度等级就能满足日常的使用要求，根据GB/T14486—1993，按MT5级塑料件精度来确定各尺寸的公差值。
3.3.2塑件的表面质量分析
该塑件用作盛烟灰﹑烟蒂的器皿，同时也是居家饰品，所以要求外表面光亮美观，塑件外表面应无尖锐的毛刺、斑点和明显的熔接痕。
考虑到塑件表面质量高时，其模具的加工成本也会增高，根据塑件的使用要求和模具加工成本综合考虑，塑件外表面的粗糙度取Ra=1.6，其余表面没有较高的粗糙度要求。
而成型其内表面的模具大型芯表面粗糙度定为Ra=3.2。
3.3.3塑件的结构工艺分析
从零件图（图1）可看出，该塑件为外形近似方形的壳类零件，其外形结构简单、对称。
腔体深20mm，除局部地方壁厚受结构影响外，总体壁厚均匀为3mm，在PP塑件壁厚推荐值中，塑件的总体尺寸适中，成型性能良好。
塑件中，在顶部边缘处有完全倒角，且在转角处也要倒圆角，倒圆角量相对较大。
由于采用是塑料PP，且该塑件属于小塑件，外表面质量要求较高，于是取脱模斜度为1°。
第4章MASTERCAM软件的基础知识
4.1MasterCAM软件概述
MasterCAM是美国CNC系统公司开发的一套适用于机械产品设计、制造的运行在PC平台上的3DCAD/CAM交互式图形集成系统（图20）。
它不仅可以完成产品的设计，更能完成各种类型数控机床的自动编程，包括数控铣床（（2~5轴）、车床（可带C轴）、线切割机（（4轴）、激光切割机、加工中心等的编程加工。
图4—1MasterCAM软件的三维绘图工作界面
产品零件的造型可以由系统本身的CAD模块来建立模型，也可通过三坐标测量仪测得的数据建模。
系统提供的DXF，IGES，CADL，VDA，STL等标准图形接口可实现与其他CAD系统的双向图形传输，也可通过专用DWG图形接口直接与AUTOCAD进行图形传输。
系统具有很强的加工能力，可实现多曲面连续加工、毛坯粗加工、刀具干涉检查与消除、实体加工模拟、DNC连续加工以及开放式的通用后置处理功能。
4.2CAD设计功能
1）2D，3D设计及尺寸标注，输出工程图。
2）可构建3D线筐造型，曲面造型和实体造型。
3）曲面造型可生成直纹曲面、举升曲面、扫描曲面、旋转曲面、昆氏曲面、牵引曲面以及对曲面修整、熔接、投影、补正和多曲面倒圆角。
4）具有非均匀B样条NURBS曲面的构造能力，以满足复杂曲面的构造及制造需求。
5）实体造型可对实体布尔运算、倒圆角、延伸和修整。
6）可自定义方程式，构建复杂的2D，3D模型。
7）有动态导航功能，可动态捕捉特殊点。
8）具有多种过滤方式（图层、颜色、类型）来选择图素。
9）可对图形作镜像、旋转、缩放、平移等转换处理。
10）可构建Truetype的所有字符。
11）具有与C语言的二次开发接口。
12）对3D图形可作渲染、着色处理。
4.3CAM加工功能
1）2D，3D外形铣削加工包含刀具半径补偿和转角计算。
2）钻、攻、镗等固定循环加工。
3）带多岛的往复式及环绕式挖槽加工，可螺旋式下刀，外轮廓和岛屿可设定倾斜角加工。
4）单曲面、多曲面精加工和粗加工。
5）提供环绕等距加工、平行式加工、放射状加工、等高加工等加工方式。
6）提供残料及清角加工、播拉刀方式加工、投影加工、沿面加工、挖槽式加工、浅平面及陡斜面加工等加工方式。
7）支持高速加工方式。
8）曲面加工过切检查及消除。
9）建立具有相联性的操作管理，集刀具、工件材料、加工参数、刀具路径和串联的几何图素于一操作组。
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