管道零件數(shù)控銑削加工工藝設(shè)計(jì)

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管道零件數(shù)控銑削加工工藝設(shè)計(jì)摘要：隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，它對(duì)一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用?，F(xiàn)在數(shù)控技術(shù)也稱(chēng)計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，加工軟件的更新快，CAD/CAM 應(yīng)用是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)。如 UG，PRO/E,Master CAM,CAXA 制造工程師等。數(shù)控技術(shù)是技術(shù)性極強(qiáng)的工作，尤其在模具領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，所以這要求從業(yè)人員具有很高的機(jī)械加工工藝知識(shí)，數(shù)控編程知識(shí)和數(shù)控操作技能。本文主要通過(guò)對(duì)管道零件進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：CAD/CAM、UG、數(shù)控加工 一、數(shù)控技術(shù)與 UG 加工的簡(jiǎn)要介紹數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用使普通機(jī)械被數(shù)控機(jī)械所代替，使全球數(shù)控業(yè)發(fā)生了根本的變化。數(shù)控技術(shù)的水準(zhǔn)，擁有和普及程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。為適應(yīng)這種形勢(shì)，需要大量培養(yǎng)數(shù)控專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)床制造業(yè)的不斷發(fā)展，CAD/CAM 圖形交互式的應(yīng)用成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。數(shù)控編程在 CAD/CAM 系統(tǒng)中能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，而 PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）和 UG 的結(jié)合，讓CAD/CAM 的設(shè)計(jì)過(guò)程變得容易管理和控制，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的節(jié)約，有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化，提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等。1.數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1）繼續(xù)向開(kāi)放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 說(shuō)具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為他的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC 機(jī)所具有的良好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。高速化和精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度發(fā)展的需要。（2)向智能化發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能在運(yùn)行過(guò)程中檢測(cè)一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。2)引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)。3)引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)在設(shè)備診斷系統(tǒng)中借助多種數(shù)學(xué)原理和系統(tǒng)理論，形成多種不同的診斷方法。4)智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。2.UG 加工的特點(diǎn)（1）刀具統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM 等模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，可施行并行工程。（2）采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線(xiàn)框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。（3）基于特征（如：孔、凸臺(tái)、型腔、溝槽、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)，形象直觀，類(lèi)似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。（4）曲線(xiàn)設(shè)計(jì)采用非均勻有理 B 樣條作為基礎(chǔ)，可用多樣方法生成復(fù)雜的曲面造型，特別適合于汽車(chē)、飛機(jī)、船舶、汽輪機(jī)葉片外形設(shè)計(jì)等外形復(fù)雜的曲面造型。（5）出圖功能強(qiáng)，可以十分方便地從三圍實(shí)體模型直接升成二維工程圖。能按 ISO 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注名義尺寸、尺寸公差、行位公差漢字說(shuō)明等，并能直接對(duì)實(shí)體進(jìn)行局部剖、旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測(cè)圖挖切，生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪圖功能的實(shí)用性。（6）以 Parasolid 為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名的 CAD/CAM 軟件均以此作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)。（7）提供了界面良好的二次開(kāi)發(fā)工具 GRIP 和 UFUNC,并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使 UG 的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)功能緊密結(jié)合起來(lái)。（8）具有良好的用戶(hù)界面，絕大多數(shù)功能都可以通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能，同時(shí)在每個(gè)步驟中，都有相應(yīng)的信息提示，便于用戶(hù)做出正確的選擇。 二、管道零件圖紙分析這是一個(gè)管道零件，有孔、曲面、平面。曲面是一個(gè)難點(diǎn)，何為曲面？曲面是一條動(dòng)線(xiàn)，在給定的條件下，在空間連續(xù)運(yùn)動(dòng)的軌跡。 根據(jù)圖紙我們可以發(fā)現(xiàn)，該零件需要進(jìn)行雙面加工，因此我們可以創(chuàng)建兩個(gè)模。一個(gè)是管道零件的底座，另一個(gè)是管道零件圓柱形輪廓。由于管道零件是個(gè)對(duì)稱(chēng)的零件，在建模的時(shí)候，我們可以將原點(diǎn)設(shè)在底座的對(duì)角線(xiàn)交點(diǎn)處，與加工坐標(biāo)原點(diǎn)相重合，這樣就不需要再重新創(chuàng)建坐標(biāo)系原點(diǎn)了。在數(shù)控銑床上裝夾管道零件時(shí)，曲面是不能直接被裝夾的，因此在裝夾底座平面的時(shí)候，實(shí)際的零件與創(chuàng)建的模型不是同一個(gè)，存在著旋轉(zhuǎn) 90°差異。對(duì)此我們可以有三種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：（1）創(chuàng)建的模型還是圖紙給定的，在該零件“后處理”的文件中中，添加“G68 X0 YO P90”的指令。（2）建模建好后，先將原模型旋轉(zhuǎn) 90°，再進(jìn)行刀具軌跡的設(shè)計(jì)，“后處理”生成的程序即為該零件的程序。（3）在建模的時(shí)候，直接將原模型旋轉(zhuǎn) 90°建模，“后處理”生成的程序即為該零件的程序。三、管道零件的加工工藝分析1.加工分析根據(jù)圖紙，我們可以選擇 115×75×75 的毛坯，需要用到的刀具有立銑刀、麻花鉆、鉸孔刀、球頭銑刀。(1)加工難點(diǎn)：1)A 面的 0.02 的平行度控制。2)雙面裝夾時(shí)，平行度的保證。3)2×φ16H7 的孔位置度保證。4）曲面的加工。(2)坐標(biāo)原點(diǎn)的創(chuàng)建：可以用建模時(shí)的原點(diǎn)作為加工坐標(biāo)原點(diǎn)。(3)加工順序考慮到裝夾因素，底座的圓弧是不能用來(lái)裝夾的，應(yīng)先銑削管道零件的底座，再銑削上部的圓柱形輪廓，最后鉸 φ16H7 的通孔。2.刀具選擇粗加工時(shí)，為了提高銑削效率，一般選擇較大的銑削深度，且留一定的銑削余量。精加工時(shí)為了保證尺寸精度，一般選擇較大的銑削速度和較小的進(jìn)給量。本零件加工刀具使用清單如表一所示。表一：刀具類(lèi)型 刀具材料 刀具直徑(D)麻花鉆 高速鋼 φ15.8鉸孔刀 高速鋼 φ16立銑刀 硬質(zhì)合金 φ30立銑刀 硬質(zhì)合金 φ20球頭銑刀 硬質(zhì)合金 φ16盤(pán)銑刀 硬質(zhì)合金 Φ503.加工工藝卡片研定加工工藝卡片如表二所示。表二：4、A 面的平行度 0.02 如何保證第一次裝夾毛坯料，先用盤(pán)銑刀進(jìn)行平端面，平好后，用百分表進(jìn)行校驗(yàn)，正負(fù)偏差不能超過(guò) 0.01，然后再進(jìn)行底座的銑削。第二次裝夾底座的兩端平面，圓柱形輪廓精銑好后，再用百分表進(jìn)行校驗(yàn)，正負(fù)偏差不能超過(guò) 0.01。 這樣 A 面平行度 0.02 就得以保證了。四、UG 加工造型1.UG 建模這是一個(gè)管道零件，可以通過(guò)拉伸增料、旋轉(zhuǎn)、邊倒圓等方法完成。根據(jù)圖紙的特性，管道零件的底座可以用拉伸來(lái)完成，軸的部分可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)完成，比較快捷。具體操作步驟如下：工種 工序 工步 加工內(nèi)容銑 一 1 用 φ20 的立銑刀粗銑管道零件的底座。2 用 φ20 的立銑刀精銑管道零件的底座。銑 二 1 反身裝夾，用 φ30 立銑刀粗銑圓柱形輪廓。2 用 φ16 的球頭銑刀粗銑曲面。3 用 φ16 的球頭銑刀精銑曲面。4 用 φ30 的立銑刀精銑圓柱形輪廓。鉆 三 1 用 φ15.8 的麻花鉆通孔。鉸 四 1 用 φ16 的鉸孔刀鉸通孔。檢查、去毛刺、上油。 （1）創(chuàng)建草圖進(jìn)入 UG8.0 軟件，選擇創(chuàng)建草圖，選擇“XY”平面為基準(zhǔn)平面，畫(huà)出如圖 1 所示的草圖。圖 1 草圖 圖 2 拉伸對(duì)話(huà)框（2）拉伸增料在“過(guò)濾器”里面選擇“曲線(xiàn)”、“相連曲線(xiàn)”選擇外輪廓和 2個(gè)孔，選擇拉伸增料，如圖 2 所示。（3）創(chuàng)建草圖選擇“草圖”，選擇“XZ”平面為基準(zhǔn)平面，創(chuàng)建草圖如圖 3 所示。圖 3 草圖 圖 4 回轉(zhuǎn)對(duì)話(huà)框 （4）旋轉(zhuǎn)選擇“回轉(zhuǎn)圖標(biāo)”，在“過(guò)濾器”里面選擇“曲線(xiàn)”、“相連曲線(xiàn)”，選擇上面所畫(huà)輪廓為旋轉(zhuǎn)曲線(xiàn)，Z 軸為旋轉(zhuǎn)軸，參數(shù)設(shè)置如圖4 所示。（5）邊倒圓選擇“邊倒圓”圖標(biāo)，“選擇邊”為圓柱形的上表面圓，其它參數(shù)設(shè)置如圖 5 所示。圖 5 邊倒圓對(duì)話(huà)框建好后的零件如圖 6 所示。圖 6 管道零件模型 五、管道零件加工軌跡設(shè)計(jì)1.銑削管道零件底座打開(kāi)底座模型如圖 7 所示,進(jìn)入“加工”界面。圖 7 底座（1）創(chuàng)建幾何坐標(biāo)系：原點(diǎn)設(shè)置如圖 8 所示。圖 8 幾何坐標(biāo)系 圖 9 幾何體對(duì)話(huà)框（2）創(chuàng)建工件毛坯：進(jìn)入加工界面后，選擇幾何視圖，類(lèi)型設(shè)置為包容塊，其它參數(shù)設(shè)置如圖 9 所示。（3）創(chuàng)建刀具組：創(chuàng)建一把直徑 30cm 的立銑刀，參數(shù)設(shè)置如圖10 所示。圖 10 銑刀參數(shù)對(duì)話(huà)框 圖 11 創(chuàng)建工序?qū)υ?huà)框 （4）創(chuàng)建工序：選擇創(chuàng)建工序圖標(biāo)，粗加工時(shí)將銑削方法設(shè)置為“mill_rough”,其它參數(shù)設(shè)置如圖 11 所示，型腔銑削中指定切削區(qū)域?yàn)榈鬃喞闹?，其余參?shù)默認(rèn)，選擇下方的生成圖標(biāo)，確認(rèn)以后就會(huì)生成模擬的加工圖，如圖 12 所示。圖 12 模擬底座加工圖2.圓柱表面加工工藝軌跡 （1）打開(kāi)圓柱表面模型，重新創(chuàng)建工件坐標(biāo)原點(diǎn)，原點(diǎn)設(shè)置如圖 13 所示。圖 13 工件坐標(biāo)原點(diǎn)建立（2）重新創(chuàng)建毛坯，參數(shù)設(shè)置如圖 14 所示。圖 14 毛坯幾何體對(duì)話(huà)框選擇 φ30 的立銑刀，按照銑削底座平面的方法進(jìn)行圓柱輪廓的粗精銑削。3.銑削凹橢球曲面創(chuàng)建一把 φ16 的球頭銑刀，粗銑削凹橢球曲面時(shí)參數(shù)設(shè)置如圖15 所示。確定以后進(jìn)入型腔銑對(duì)話(huà)框如圖 16 所示，指定切削區(qū)域選擇凹橢球曲面。 圖 15 創(chuàng)建刀具對(duì)話(huà)框 圖 16 型腔銑對(duì)話(huà)框精銑削凹橢球曲面，選擇 φ16 的球頭銑刀，參數(shù)設(shè)置如圖 18 所示。圖 17 刀軌設(shè)置對(duì)話(huà)框銑削完成后的凹橢球曲面如圖 18 所示。圖 18 橢球曲面加工模型4.精銑圓柱形輪廓精加工時(shí)，創(chuàng)建一把 φ20 的立銑刀，將銑削方法設(shè)置為“mill_finish”，其余參數(shù)與粗加工時(shí)類(lèi)似。 5.鉆孔和鉸孔加工創(chuàng)建一把 φ15.8 的麻花鉆進(jìn)行鉆削加工，再創(chuàng)建一把 φ16 的鉸孔刀進(jìn)行粗精鉸孔加工。銑削刀具軌跡如圖 19 所示。圖 19 銑削刀具軌跡 5.生成部分程序選取所有的加工步驟，如圖所示，選擇“后處理”，根據(jù)提示選擇“MILL_3_AXIS 后處理器，如圖 20 所示。圖 20 后處理程序?qū)υ?huà)框總結(jié)從準(zhǔn)備論文到開(kāi)始寫(xiě)作，總共用了一個(gè)多月的時(shí)間，時(shí)間比較倉(cāng)促。如有不到位的地方，請(qǐng)多多包涵。在這期間，老師和同學(xué)都是我的好伙伴，不懂的地方都是他們指導(dǎo)的。我也通過(guò)查閱書(shū)籍、收集資料，寫(xiě)成了這篇論文。在此謝謝我的指導(dǎo)老師！參考文獻(xiàn)（1）洪惠良主編.《CAD/CAM 應(yīng)用技術(shù)（UG）》.中國(guó)勞動(dòng)出版社 2012.1.（2）沈建峰、黃俊剛主編.《數(shù)控銑床/加工中心技能鑒定》.北京化學(xué)工業(yè)出版社.2007 年.（3）沈建峰主編.《數(shù)控機(jī)床編程操作》.中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2008年.