毕业论文设计(题目基于CAXA制造工程师的盘类零件的仿真加工)

河南大学2011届本科毕业论文基于CAXA软件的转接盘零件造型与仿真加工The Connecting Plate Parts Moulding And Simulation Processing Based On CAXA Software论文作者姓名：黄旭 作 者 学 号：08 所 在 学 院：计算机与信息工程学院所 学 专 业：自动化专业 导师姓名职称：魏成杰(副教授) 论文完成时间：2012年4月20日 2012年4月20日目 录摘 要I第1章 绪论11.1 设计背景及意义11.2 CAXA软件简介21.2.1 自动编程的基本步骤3第2章 设计任务说明52.1设计任务的内容和要求52.1.1设计内容52.1.2设计要求62.1.3设计条件72.2毕业设计成果72.3主要参考文献72.4设计计划及准备7第3章 转接盘零件工艺分析83.1 图纸工艺分析83.1.1零件结构工艺分析83.1.2 加工方法93.2 装夹方案选择93.3 刀具选择及加工工序93.4 切削量选择103.4.1 背吃刀量（ap）的确定103.4.2进给转速（f）的确定113.4.3主轴转速(n)的确定11第4章 转接盘造型12第5章 转接盘仿真与加工185.1 转接盘零件刀具轨迹的生成185.2 转接盘零件的仿真加工265.2.1 刀具轨迹的选择265.2.2 仿真加工效果25.3 转接盘零件的NC代码生成27第6章 结论28参考文献30I摘 要经过多年的推广，CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。应用CAD技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。近年来，我国CAD技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开发以外，还诞生了不少具有自主版权的CAD系统，如高华CAD，开目CAD等，由于这些软件价格便宜，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。计算机技术日新月异，硬件更新速度很快。在这短短的四十几年中，计算机分别经历了大型机、小型机、工作站、微机时代，每个新时代都出现了新的流行的CAD/CAM软件。在工作站时代，UG、Pro/Engineer是工作站平台三维CAD/CAM软件的佼佼者，而在当今微机时代，SolidWorks在WindowsNT平台的三维CAD/CAM软件中处于领先地位。由于国外在Unix工作站平台上开发CAD/CAM软件已有一定的时间和投入，我国软件在这方面比美国等发达国家落后许多。但是在微机平台上开发CAD/CAM软件是一个全新的领域，我国与国外起点差不多，都是使用VisualC+，OpenGL等工具进行软件开发，在这基础上开发出先进的，符合本国用户习惯的CAD/CAM软件还是有可能的。CAD/CAM技术可以应用在许多领域，机械制造是最早也是最广泛应用CAD/CAM技术的领域。随着CAD/CAM技术的发展，建筑、电子、化工的领域也开始应用该技术。开发CAD/CAM软件的最终目的是应用CAD/CAM技术，提高企业的设计和制造水平，所以，CAD/CAM软件不仅要水平高，有自己的特色，更要能够市场化，从市场中收回投入，从而能够根据用户的需求不断地更新发展软件。关键词 CAXA制造工程师、 三维造型、数控机床、加工仿真河南大学本科毕业生毕业设计论文第1章 绪论1.1 设计背景及意义数控加工，也称之为NC（Numerical Contorl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工的最大特征有二点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的，数控加工具有如下优点：(1)提高生产效率；(2)不需熟练的机床操作人员；(3)提高加工精度并且保持加工质量；(4)可以减少工装卡具；(5)可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，用数控加工可以一次装卡完成，缩短加工周期，提高生产效率；(6)容易进行加工过程管理；(7)可以减少检查工作量；(8)可以降低废、次品率；(9)便于设计变更，加工设定柔性；(10)容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；(11)操作容易，极大减轻体力劳动强度；随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。如何进行数控加工程序的编制是影响数控加工效率及质量的关键，传统的手工编程方法复杂、烦琐，易于出错，难于检查，难以充分发挥数控机床的功能。在模具加工中，经常遇到形状复杂的零件，其形状用自由曲面来描述，采用手工编程方法基本上无法编制数控加工程序。近年来，由于计算机技术的迅速发展，计算机的图形处理功能有了很大增强，基于CAD/CAM技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟，这种方法速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查。CAD/CAM技术在工业发达国家已得到广泛使用。近年来在国内的应用也越来越普及，成为实现制造业技术进步的一种必然趋势。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。1.2 CAXA软件简介CAXA是我国制造业信息化CAD/CAM/PLM领域自主知识产权软件的优秀代表和知名品牌。CAXA十多年来坚持“软件服务制造业”理念，开发出20多个系列软件产品，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域，曾连续五年荣获“国产十佳优秀软件”以及中国软件行业协会20年“金软件奖”等荣誉；CAXA始终坚持走市场化的道路1.2.1 自动编程的基本步骤CAM系统的编程基本步骤如下：l 理解二维图纸或其它的模型数据；l 建立加工模型或通过数据接口读入；l 确定加工工艺（装卡、刀具等）；l 生成刀具轨迹；l 加工仿真；l 产生后置代码；l 输出加工代码；现在分别予以说明：(1)加工工艺的确定加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：a) 核准加工零件的尺寸、公差和精度要求；b) 确定装卡位置；c) 选择刀具；d) 确定加工路线；e) 选定工艺参数；(2)加工模型建立只有基于实体的建模才能进行CAE。类似Alias或者Rhino的曲面建模是无法进行工程分析的。只有基于实体的模型才能够具备密度、质量、弹性模量、切变模量等物理参数，才能进行分析。目前基本上所有的CAD系统都是基于实体的。基于曲面的建模系统由于具有便于控制曲面质量、建模灵活性好等优点保留在对工程分析要求不是很高的工业设计领域成为CAID系统。利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。 (3)刀具轨迹生成建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性，加工路径的优化处理使刀具轨迹更加光滑、流畅、均匀、合理，大大提高了加工走刀的流畅性，保证了工件表面的加工质量。(4)后置代码生成后置设置就是针对特定 的机床，结合已经设置好的 机床配置，对后置输出的数 数 控程序的格式，如程序段行 控程序的格式 号、程序大小、数据格式、 编程方式、圆弧控制方式等。 4.5.3 G代码的生成 操作步骤如下： 1、选择“加工”“后置处 理” “生成G代码”，弹出 对话框如图4-95所示。 2、选择要生成G代码刀具轨迹， 可以连续选择多条刀具轨迹， 单击“确定”按钮。 3、系统给出.cut格式的G代 码文本文档，文件保存成功。(5)加工代码输出生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA实体设计具有全功能一体化集成的三维设计环境， CAXA实体设计不仅提供了通常的基于2D草图的工程造型和参数化方法，而且还领导了为业界竞相仿效的全新基于3D设计的拖放式操作以及全能的“三维球”技术，全面支持个人和协同环境下的产品创新工程，形成了易学易用、快速创新、兼容协同的产品创新设计方法，使工作效率大幅度提高。 CAXA实体设计2008可广泛适用于机械、电子、轻工、汽车、装备、航空、航天、船舶、建筑、家居装潢等领域的数字化产品创新设计、制造与管理，将成为企业加快产品上市与更新速度、赢得国际化市场先机的关键工具和创新引擎！第2章 设计任务说明2.1设计任务的内容和要求毕业设计包括技术要求、设计条件、工作要求等。2.1.1设计内容(1)收集和查阅参考资料，了解转接盘零件的加工特点； (2)对于转接盘零件加工的可行性进行分析、研究； (3)建模，完成零件的铣削加工造型； (4)根据转接盘零件的加工特点、工艺条件和经济情况确定加工工艺；填写工艺过程卡片（包括刀具的合理选择、加工参数的设计过程）； (5)根据工艺卡片中的加工顺序，设计零件的轮廓粗、精加工、钻孔等加工方法的刀路，生成加工轨迹； (6)合理选择机床，根据机床及数控系统的类型进行机床参数的设置和后置处理；生成加工程序；并仿真加工检查和真实零件加工； (7)零件图； 2.1.2设计要求(1)设计方案选择合理，工艺流程具有一定灵活性,达到设计任务要求； (2)设计计算概念清楚，参数选择恰当，计算正确；说明书简明扼要，文字流畅，论点明确，书写工整； (3)图纸表达正确，符合制图规范；图面整洁，布局合理，图中线型和尺寸标注符合要求，字体应为工程字； (4)设计的有关技术经济指标符合国家有关规范、标准和政策要求； (5)在设计过程中认真、按时完成各阶段的计算、设计和绘图任务； 2.1.3设计条件(1)数控实训中心有相应的专业机房和CAD/CAM软件，具有仿真加工和实际加工的设备和能力；(2)可以借助图书馆的设计参考书和有关国家标准；(3)数控实训中心有专业指导教师和操作指导技术人员；2.2毕业设计成果 (1)设计说明书电子稿和打印稿各一份；(2)图纸4张以上（包括零件图、加工工艺过程卡、加工刀路图）。 (3)要求至少有1张以上为采用CAD绘制。(4)其中两张2号图纸算一张1号图纸。2.3主要参考文献(1)数控机床实训技术.电子工业出版社.王金城主编（2006.8） (2)数控加工编程与操作.人民邮电出版社.顾晔 楼章华主编（2009.5） (3)数控工艺培训教程.数控铣部分.清华大学出版社.杨伟群主编（2006.8）(4)根据个人毕业设计补充相关参考学习资料三至四本.2.4设计计划及准备设计名称：基于CAXA软件的转接盘零件的造型、仿真及加工设计实体：如下图所示加工材料：硬铝加工设备：FANUC数控铣床加工毛坯：84mm84mm19mm设计成果：（1）对转接盘零件进行实体造型；（2）对转接盘零件进行仿真加工并生成NC代码；（3）用数控铣床对转接盘零件实际加工；第3章 转接盘零件工艺分析3.1 图纸工艺分析3.1.1零件结构工艺分析该零件主要是由平面、外轮廓、孔、凹槽、圆腔组成。其中上、下及外轮廓面的表面粗糙度要求较高，为Ra3.2，其余则是Ra6.3；根据上述，可以采用先粗加工，后精加工，以保证表面粗糙度要求。同时，以底面C定位，提高装夹刚度。3.1.2 加工方法上、下表面及外轮廓面的粗糙度要求均为Ra3.2，可选择“粗铣精铣”的加工方案；其余表面的粗糙度要求为Ra6.3，选择粗铣即可满足精度要求，但有公差要求的可以进行精加工；410通孔的加工精度为IT14级的孔，可先用6的钻头钻一引孔进行定位，再用10键槽铣刀钻孔的加工方案；方形槽、弧形槽及圆腔可根据图纸加工要求采用“粗铣精铣”的方案。3.2 装夹方案选择在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准确定夹紧方式，选择夹具原则：该零件结构较为简单，主要由平面、槽、孔及外轮廓面构成，且毛坯外形比较规则，考虑到上述装夹原则，因此在加工平面、槽及孔时可选用“平口虎钳”夹紧；在加工外轮廓面时，选用“T形螺钉、夹板、垫铁”装夹。3.3 刀具选择及加工工序遵循“基面先行”、“先粗后精”及“先面后孔”的一般工艺原则。因为此次加工的转接盘零件的平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。而用作精基准的表面应先加工。此外还应考虑： 减少换刀次数，节省辅助时间； 每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序； 安排加工顺序时可参照采用粗铣大平面-粗镗孔、半精镗孔-立铣刀加工-加工中心孔-钻孔-攻螺纹-平面和孔精加工的加工顺序； 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果阶段要求更高，还包括光整经过的几个阶段；综合以上原则，考虑到转接盘零件的上下表面、外轮廓面以及槽、圆腔下表面的加工精度要求，可以对这些部位先进行粗加工、再精加工，整个加工过程采用顺铣方式加工，根据夹装工具的不同，可以分为三道工序。工序一：采用20立铣刀（过中心刃），粗铣、精铣下表面；工序二：用20立铣刀（过中心刃）粗铣、精铣上表面；加工410通孔：用10高速钢钻头钻孔；用10键槽铣刀（过中心刃）粗铣方形槽、圆腔；用8键槽铣刀（过中心刃）粗铣弧形槽；用8键槽铣刀（过中心刃）精铣弧形槽；用8键槽铣刀（过中心刃）精铣方形槽、圆腔；工序三：用8键槽铣刀（过中心刃）精铣外轮廓面；3.4 切削量选择3.4.1 背吃刀量（ap）的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，尽可能时背吃刀量等于工件的加工余量。铣削分为粗铣和精铣。粗铣时，在机床动力足够和工艺系统刚度许可的条件下，应选取尽可能大的吃刀量，在对转接盘的铣削加工过程中，考虑到毛坯材料为铝件，粗铣后的余量在0.5-1mm，其余量作为粗铣吃刀量，尽量一次切除。精铣吃刀量可选为0.2-0.5mm。3.4.2进给转速（f）的确定确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度。当加工精度，表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小些。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。进给量的选择3.4.3主轴转速(n)的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）的直径选择。其公式为：根据加工不同部位时刀具直径和材质的不同，可以计算出相应的主轴转速的大小；按照上述有关原则和计算公式，可以计算出相应的切削用量的有关参数，如下表所示：刀具号刀具名称刀具规格/mm加工表面主轴转速n（r/min）进给量f (mm/r)备注01立铣刀20粗铣6000.90过中心刃精铣8000.1202键槽铣刀10粗铣12000.30过中心刃精铣15000.0603键槽铣刀8粗铣15000.30过中心刃精铣20000.0604麻花钻头10钻孔16000.06第4章 转接盘造型1、双击桌面，启动CAXA制造工程师，进入设计环境；2、点击左侧特征树，点击即可选择绘图平面，然后在菜单栏里单击，在下拉菜单里点击，即可进入绘图环境；3、矩形的绘制：单击矩形生成工具栏的按钮，进入空间矩形绘制状态，在特征树下方的立即菜单中特征树栏变为，然后按照提示用点取坐标系原点，也可以按回车“Enter”键，在弹出的对话框内输入矩形中心点的坐标（0，0，0），长、宽均为80.025并确认，然后单击鼠标右键结束该矩形的绘制。注意：在输入点坐标时，应该在英文输入法状态下输入也就是标点符号是半角输入，否则会导致错误。4、单击【造型】【特征生成】【增料】或【除料】【拉伸】，或者直接单击或按钮，弹出拉伸对话框如图：拉伸成如下图：5、选择上表面，按F2进入绘图环境，按照上述步骤绘制60.025*24.025的矩形，点击圆弧倒角按钮，在特征树下方的立即菜单中特征树栏变为：按照相应提示命令绘制出如图所示图形：6、单击【造型】【特征生成】【除料】【拉伸】，或者直接单击或按钮，弹出拉伸对话框如图：生成特征如下图所示：7、选择上表面，按F2进入草绘环境，按照上述步骤绘制如图所示的圆弧曲线，单击【造型】【特征生成】【除料】【拉伸】，或者直接单击或按钮，弹出拉伸对话框，按照下图所示，输入相应参数，即可生成实体： 8、选择上表面，按F2进入草绘环境，按照上述步骤绘制如图所示的圆弧曲线，单击【造型】【特征生成】【除料】【拉伸】，或者直接单击或按钮，弹出拉伸对话框，按照下图所示，输入相应参数，即可生成如图实体：9、选择上表面，按F2进入草绘环境，按照上述步骤绘制如图所示的圆曲线，单击【造型】【特征生成】【除料】【拉伸】，或者直接单击或按钮，弹出拉伸对话框，按照下图所示，输入相应参数，即可生成如图实体：10、单击【造型】【特征生成】【线性阵列】，弹出如图对话框，按照相关提示，输入相应参数：11、阵列后，最终生成转接盘零件实体如下图所示：第5章 转接盘仿真与加工5.1转接盘零件刀具轨迹的生成工序一：（1）双击图标，进入CAXA制造工程师；（2）设置刀具参数如图：（3）基准面在下面，但是仿真加工时要把基准面颠倒到上面进行加工，仿真前需要再建一个转接盘的实体模型，单击相关线图标，选择实体的边界,实体边界如图：如图所示；（4）在加工管理模型树中，双击毛坯选项，弹出定义毛坯对话框，设置毛坯如图：（5）设置模型参数如图：（6）设置刀具起始点如图：（7）粗铣、精铣下基准面：粗铣基准面时，按照7（01）图步骤操作，然后按照工艺卡及7（02）图设置相关参数，按照相关提示拾取轮廓线，生成7（03）图刀具轨迹；7（01）图 7（02）图 7（03）图精铣基准面时按照上述类似操作，参数按照7（04）图设置，生成7（05）图刀具轨迹；7（04）图 7（05）图（8）选中特征树中刀具轨迹，然后单击鼠标右键进入“轨迹仿真”，再点击按钮，弹出8（01）图对话框后，在8（02）图中点击按钮后，点击按钮执行和制品形状比较，仿真结果如8（03）图；8（01）图 8（02）图8（03）图（9）打开第4章8（01）图实体造型，毛坯参数、模型参数、刀具起始点设置同上；工序二：同理，按照类似步骤（1）粗铣、精铣上表面，具体参数设置如下图：（2）钻410孔，具体参数设置如下图：（3）粗铣方形槽、圆腔，具体参数设置如下图： （4）粗铣、精铣弧形槽，具体参数设置如下图： （5）精铣方形槽、圆腔，具体参数设置如下图： 工序三：精铣外轮廓线（1）精铣外轮廓，具体参数设置如下图：5.2转接盘零件的仿真加工5.2.1 刀具轨迹的选择选择以上工序所生产的刀具轨迹，进行仿真如图：5.2.2 仿真加工效果仿真加工效果如下图所示5.3转接盘零件的NC代码生成生成NC代码，并传输G代码到加工中心，进行加工，所示：%O0001N10G90G54G00Z100.000N12S1000M03N14X0.000Y0.000Z100.000N16X0.013Y0.013 N114X44.013N116Y40.013N118Z10.000F100N120G00Z100.000N122X0.000Y0.000N124M05N126M30第6章 结 论时光匆匆流逝，转眼间我们的大学生涯已走向终点。为了能更好地展现我们这几年来所 学到的知识和技能，我们把毕业设计当做最能展现自己独立地、系统地完成机械设计的一次 机会。 在完成本次毕业设计的过程中， 本人针对所要完成的测试件转接盘进行了图纸的绘制和分析、 加工工艺的设计、夹具的设计、设计说明书的编写等工作，充分地展现了本人的机械设计能 力和较为熟练的电子制图技法。 在此过程中，本人运用了 AutoCAD2004、CAXA 制造工程师等软件对测试件转接盘 进行平面图 和立体图的绘制和分析。刚开始时，一眼看上去认为测试件转接盘的平面图很简单，只是对称的 形体，但是经过深入地观察，就会发现本图具有大量的圆弧连接，而且有的连接处即便是用 计算机软件的圆弧捕捉命令都难以形成光滑连接。为此，进行了多次试验和修正，后经指导 教师指正，发现是在绘制图纸过程中没有准确找到合理的对称点和相切点。此后，凭借较为 娴熟的 AutoCAD 使用，测试件转接盘的平面图绘制较为顺利。 在运用 CAXA