马达后罩模具设计及三维数控加工程序设计.docx
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马达后罩模具设计及三维数控加工程序设计
武汉工业学院
毕业设计(论文)
设计题目:
马达后罩模具设计及三维数控加工程序设计
姓名xxx
学号xxxxxxxxxx
院(系)xxxxx
专业机械设计与制造
指导教师刘海岷赵先锋
2012年5月15日
摘要
随着CAD/CAM、曲面造型加工与快速成型等先进制造技术的不断发展,以及这些技术在模具和数控加工行业中的普及应用,模具设计制造与数控加工领域正发生着一场深刻的技术革命,传统的二维设计及模拟量加工方式正逐步背基于三维数字化定义的数字化制造方式所取代。
在这场技术革命中,逐步掌握三维CAD/CAM软件的使用,并用于模具的数字化设计和三维数控加工是其中的关键。
本文介绍了基于反求工程的马达后罩实体的曲面造型和利用Mastercam软件对其进行三维数控加工程序设计的全过程。
对于了解基于CAD/CAM技术的制造过程有着参考意义。
本文给出了马达后罩实体的曲面造型和进行三维数控加工程序设计的详细步骤,最后给出了程序结果和在Mastercam软件中进行进行仿真加工演示的文件,使读者对论文的了解更加直观。
关键词:
逆向工程;曲面造型;数控
Abstract
AlongwithCAD/CAM,thesurfacemodelingprocessingandfasttakesshapeandsoontheadvancedmanufacturetechnologyunceasingdevelopment,aswellasthesetechnologiesinthemoldandinthenumericalcontrolprocessingprofessionpopularizationapplication,themolddesignmanufactureandthenumericalcontrolprocessingdomainarehavingaprofoundtechnologicalrevolution,thetraditionaltwo-dimensionaldesignandthesimulationquantityprocessingwaygraduallyarecarryingbasedonthethreedimensionaldigitizeddefinitiondigitizedmanufacturewaysubstitute.Inthistechnologicalrevolution,graduallygraspsthreedimensionalCAD/CAMsoftwaretheuse,andusedinthemolddigitizeddesignandthethreedimensionalnumericalcontrolprocessingiskey.
Thisarticleintroducedafterself-examinedtheprojectmotortocovertheentitythesurfacemodelingandcarriesonthethreedimensionalnumericalcontrolprocessingprogrammingusingMasterCAMsoftwaretoittheentireprocess.Hasreferencesignificance.
thisarticleregardingtheunderstandingaftertheCAD/CAMtechnologymanufactureprocesstoproducethemotortocovertheentitythesurfacemodelingandcarriesonthreedimensionalnumericalcontrolprocessingprogrammingthedetailedstep,finallyhasproducedtheprocedureresultandinMasterCAMsoftwarecarriesonthesimulationprocessingdemonstrationthedocument,causesthereadertothepaperanunderstandingmoredirectviewing,
keyword:
cenverseproject;surfacemodeling;computernumericalcontrol
第一章前言
1.1课题的背景和意义
1.1.1CAD/CAM技术
随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展,工业产品的外形在满足性能要求的同时,变得越来越复杂,而这些产品的制造离不开模具,这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。
为了达到上述要求,模具企业只有运用先进的管理手段和CAD/CAM集成制造技术,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
模具CAD/CAE/CAM系统的集成关键是建立单一的图形数据库、在CAD、CAE、CAM,各单元之间实现数据的自动传递与转换,使CAM、CAE阶段完全吸收CAD阶段的三维图形,减少中间建模的时间和误差;借助计算机对模具性能、模具结构、加工精度、金属液体在模具中的流动情况及模具工作过程中的温度分布情况等进行反复修改和优化,将问题发现于正式生产前,大大缩短制模具时间,提高模具加工精度。
Pro/ENGINEER软件采用面向对象的统一数据库和参数化造型技术,具备概念设计、基础设计和详细设计的功能,为模具的集成制造提供了优良的平台。
1.1.2.数控技术
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1.2模具设计及数控加工的国内外发展状况
1.2.1CAD/CAM技术
模具是面向定单式的生产方式,属于单性生产,制造过程复杂,要求交货时间短。
如果利用CAD、CAM单元技术制造模具,制造精度低、周期长,为了解决上述难题,我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。
所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影响模具寿命的因素,并进行校对、检查,预先发现设计过程的错误。
在初步确立产品的三维模型后,设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程,而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里,大大缩短设计、数控编程的时间。
在实际生产过程中,应用Pro/ENGINEER软件,我们将原来模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线,不但提高了模具的制造精度,而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上,要实施并行工程关键要实现零件三维图形数据共享,使每个工程师使用的图形数据是绝对相同,并使每个工程师所做的修改自动反映到其他有关的工程师那里,保证数据的唯一性和可靠性。
Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证。
1.2.2数控技术
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:
(1)机械制造技术;
(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。
1.数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(it、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面。
在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。
近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。
这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
1.25轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。
一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。
但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。
因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。
1.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:
为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
1.3课题主要设计内容和要求
1.给定的马达后罩实物,设计出反求实物形面的方法,按照实物完成三维造型。
2.设计该马达后罩模具的分型面,制定三维数控加工方案,设计加工路线,选取合理的切削参数。
3.根据造型和加工方案,利用CAM软件编制符合MPFAN.PST数控系统要求的数控加工程序,并在CAM软件中进行加工的仿真演示。
4.造型设计要求与实物相符,模具设计要求结构正确,图面质量规范;数控加工工艺规程制定要求工件定位合理,装夹可靠,工艺线路合理,选用刀具合理,切削用量合理;数控加工程序设计要求简洁,正确。
5.所撰写的设计计算说明书等文件语言表达准确,规范,结构严谨,版面质量好。
第二章马达后罩模具设计及三维数控加工程序设计的步骤
2.1利用反求法反求实物形面的原理
1.根据给定的马达后罩实物,制定反求形面的方法[1],在逆向工程中,准确!
快速!
全面地获取实物的三维几何数据,即对物体的三维几何形面进行三维离散数字化处理,是实现逆向工程的基础。
"数据的采集是指采用某种测量方法和设备测出实物各表面的若干组点的几何坐标,可以有多种方式进行数据采集"在表面数字化技术中,根据测量方式的不同可以将数据采集方法分为接触式和非接触式两大类"传统方法就是以三坐标测量机(CMM)为代表的接触式,也是实际工程中常用的方式,精度相对精确。
最快捷的方法是利用工业扫描仪对马达后罩实物进行扫描,取得其相关的型面参数。
2.数据处理是逆向工程的关键一步,结果将直接影响后期模型重构的质量,此过程包括以下几方面的工作:
(1)数据预处理;
(2)数据分块;(3)数据光顺;(4)数据优化[2]。
本设计中,采用最简洁的方法,即通过人机交互,图形显示,判别明显坏点,在数据序列中将这些点删除。
在Pro/E程序中,选用主菜单命令[File]/[New]中新建一个实体零件,然后选择主菜单命令[Application]/[Scan-tools],指定数据密度模式(低密度模式),建立坐标系,读入数据后即可生成曲线。
若原始测量数据存在较大的误差,必须用去除噪声点(RemoveScanPoint)的方法去除那些偏差较大的点。
也可通过新建扫描曲线(CreateScanCurve)、连接扫描曲线(JoinScanCurve)、分开扫描曲线(SeparateScanCurve)等方法,对曲线进行直接处理,即可获得大致令人满意的曲线[3]。
生成扫描曲线后,即可创建光滑曲线,用给定点数法(NumberofPoints)等方法对曲线进行调整和光顺处理。
2.2利用Pro/e软件对马达后罩进行三维实体造型
根据所得到的参数曲线在Pro/e软件上绘制马达后罩的三维实体模型[4],点击拉伸工具,选择FRONT平面作为草绘平面,在草绘器中绘制直径为145mm的圆,退出草绘器将园拉伸为深度为40.10的圆柱体。
点击壳工具,以圆柱体的上表面为参照面制作厚度为4.75mm的壳体。
点击拉伸工具,以壳体的内底面为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器,以壳体的内边缘为参照绘制直径为45mm的圆,点击确定返回草绘菜单选择拉伸长度为18.80mm,点击确定。
点击拉伸工具,以壳体的外底面为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器,以壳体外缘外参照绘制直径为28mm的圆,点击确定返回草绘器,选择拉伸长度为25mm,方向为壳体的外底面的外测,点击确定。
点击拉伸工具,以直径为28mm的圆的上表面为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草
器,以壳体外缘外参照绘制直径为28mm的圆,点击确定返回草绘器,选择拉伸长度为25mm,方向为壳体的外底面的外测,点击确定。
点击拉伸工具,以直径为28mm的圆的上表面为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器,以直径为28mm的圆为参照绘制直径为22mm的圆,点击确定返回草绘器,拉伸方向为朝向壳体的方向,拉伸方式为切剪,拉伸距离为穿透,点击确定,绘制成穿孔。
点击拉伸工具,以直径为45mm的圆的上表面为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器,以直径为45mm的圆的边缘为参照绘制直径为35mm的圆,点击确定返回草绘器,拉伸方式为切剪,拉伸距离为14.05mm点击确定。
点击创建基准平面工具,选择A2轴为参照,参照方式为穿过;选择RIGHT平面为参照平面,参照方式为偏移,输入偏移角度为107度,创建基准平面DTM1。
图
(1)
点击创建基准平面工具,选择FRONT平面为参照平面,参照方式为偏移输入偏移距离为-10.50mm,创建基准平面DTM2。
点击拉伸工具,以基
准平面DTM2为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器,绘制如图1所示的曲面闭合体,点击确定返回草绘器,拉伸距离为15.25mm,拉伸方向为朝向壳体的方向,点击确定,绘制成如图
(1)所示的结构。
单击草绘基准曲线,选用壳体上表面为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器,选择壳体上表面边缘,上步所作的结构边缘为参照绘制基准曲线,首先根据大圆参照曲线绘制与大圆直径相同的圆,然后利用上步所作的结构边缘来剪切圆,点击确定返回草绘菜单,点击确定。
根据草绘基准曲线剪切相交结构得到壳体和耳状结构的混合体。
点击拉伸工具,以壳体的下表面为草绘平面,以RIGHT平面为参照
平面,进入草绘模式,选择壳体的下表面的外缘为参照,绘制半径为79mm和72.5mm的圆弧并且圆弧对称分步TOP平面的两侧,点击直线工具,绘制从小圆弧到大圆弧的直线,长度为31.38mm,构成相对于TOP平面对称的闭合体,点击确定返回草绘器,拉伸距离为20mm,方向为指向FRONT平面,点击确定。
,在编辑定义菜单中选择特征操作中的复制,移动,选取,从属,点击完成,选择
图
(2)
上步所作的结构,点击完成,选择旋转,曲线边轴,选择A2轴作为参考,输入旋转角度为90度,点击完成。
完成复制。
单击阵列工具,选择上步复制的结构,输入阵列数为2,单击完成。
点击拉伸工具,选择FRONT平面作为草绘平面,以RIGHT平面为参照平面,进入草绘器绘制如图
(2)黄色部分所示的截面,剪切拉伸,拉伸深度为20.10mm。
利用复制工具对上步的结构进行复制,旋转的角度为90度。
利用阵列工具复制上步的结构,形成3个结构相同的结构。
点击拉伸工具,草绘平面选择使用先前的,进入草绘器,利用与上步相同的方法绘制结构尺寸不同的截面,然后通过剪切,复制,阵列形成如图(3)所示去掉黄色部分的结构。
图(3)
点击拉伸工具,以DTM2为草绘平面,以DTM1为参照,绘制如图(3)中黄色部分所示的圆截面,拉伸方式为剪切,深度为穿透,单击完成。
形成穿透孔。
在拉伸工具中绘制如图(4)中黄色部分所示的拉伸截面进行剪切拉伸,拉伸厚度为5mm。
在草绘器中绘制半径为8mm的两个圆,圆心在图
(1)所示的黄色
图(4)
部分的以测的壳体的上表面的外轮廓线上。
两圆的圆心同壳体中心的连线同TOP平面的夹角分别为45.50度和11.50度。
拉伸方向为朝向壳体底面的方向,深度为同壳体底面平齐,拉伸方式为实体。
利用拉伸工具切除上步操作中实体在壳体内部的多余体积。
利用拉伸工具制作半径为2.75mm的圆孔,草绘平面为FRONT平面,参照平面为TOP平面,圆孔的圆心和壳体中心的距离为74mm。
利用复制和群组工具作出另外的两个圆孔。
利用拉伸剪切的方法作出如图(5)所示的结构
图(5)
利用拉伸工具切剪出通孔,半径为2mm,与RIGHT平面的距离为5.96mm,与
图(6)
TOP平面的距离为39.86mm,孔的位置在图(5)的右下方。
利用群组工具对上步的孔进行复制,数量为3,孔间的角度为71度。
点击拉伸工具,草绘平面为FRONT平面,参照平面为RIGHT平面,进入草绘器。
草绘并拉伸如图(6)所示的结构。
利用同样的方法绘制出如图(7)所示的结构。
利用拉伸工具分别作出圆台,其中两个圆台的半径为6mm,一个为5mm,
图(7)
图(8)
具体位置如图(8)的壳体的上表面所示。
余下的步骤是对马达后罩进行导圆角,利用导圆角工具,完成后生成图(8)所示的马达后罩三维实体模型。
具体过程
不再描述。
最后,文件另存为madahouzhao.prt。
2.3利用Pro/e软件对马达后罩三维实体进行分模
2.3.1打开Pro/e软件在Pro/ENGINEERWildfire系统中单击主菜单栏中的“新建”出现“新建”对话框,选择文件的类型为“制造”,子类型为“模具型腔”,接受系统默认的的文件名“mfg0001”,使用“使用缺省模板”并单击“确定”按钮。
2.3.2单击模具工具条中的定位参照零件图标,将出现“布局”对话框并同时打开模具文件所在的工作目录,选择被布局的参照零件madahouzhao.prt,单击“打开”按钮。
在如图(9)所示的“创建参照模型”对话框中,选中“按参照合并”单选按钮。
接受系统默认的“参照模型名称”为MFG0001-REF,单击“确定”按钮返回“布局”对话框。
图(9)
单击“布局”对话框中的“预览”按钮。
布局后的零件在绘图区的位置如图(10)
图(10)
所示。
在绘图区中观察到的零件的位置是不合理的。
返回“布局”对话框,单击
“参照模型起点与定向”箭头按钮,在出现的菜单管理器中选择“动态”,系统将出现如图(11)所示的“参照模型方向”对话框。
在这里我们可以得到很多关于这个模型的信息,包括零件的“投影面积”和“拔模检测”。
在如图(11)所示的“坐标移动/定向”栏中选择“旋转”按钮并选择“轴X”,在它的数值搜集器中键入180。
图(11)
单击“确定”按钮返回“布局”对话框。
单击“参照模型起点与定向”箭头按钮重新返回“参照模型方向”对话框。
在“拔模检测”输入框中键入具体数值并单击左边的“阴影”按钮。
系统可以度零件进行简单的“拔模分析”。
单击“确定”返回“布局”对话框,单击“确定”完成零件的布局工作。
此时系统会弹出“警告”对话框要求对模具组建的精度进行确认。
单击“确定”按钮接受绝对精度值为0.100,系统将对参照零件进行再生。
布局后的零件在绘图区中如图(12)所示
图(12)
2.3.3单击模具工具条中的创建工件图标。
在“自动工件”对话框中接受系统默认的工件名MFG001-WRK,并且选取坐标系MOLD-PRT-DEF为模具原点,选择“标准矩形”和“MM”为工件的单位,在偏移栏下的“统一偏距”输入框中键入20。
在“自动工件”对话框中单击“确定”按钮,生成的工件如图(13)所示。
图(13)
2.3.4单击“主工具条”中的视窗管理器命令图标。
在出现的对话框中切换到“样式”栏,选择“新建”命令。
接受默认的的文件名单击中键确认。
选中STYLE0001选项,点击鼠标右键,从快捷菜单中选取“重定义”命令。
切换到如图(14)所示的对话框,在“显示”栏中选择“线框”,随后选取刚生成的工件。
单击“确定”按钮返回视窗管理器单击关闭“按钮”。
图(14)
这时零件在绘图区中如图(15)所示
图(15)
选择左边显示栏中的MFG0011-WRK.PRT单击右键选择遮蔽将体积块遮蔽,单击菜单中的创建基准平面的图标,以MAIN-PARTING-PLN平面为参照,类型为偏移,输入偏移距离为-4.75,单击“确定”。
2.3.5单击菜单管理器中的“分型面”选项,单击“创建”,接受系统默认的分型面名称PART_SURF_1,单击“确定”,在曲面定义菜单中点击“增加”,进入曲面选项菜单,选择“平整”命令,点击“完成”,系统提示“选取或创建一个草绘平面
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