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第五章 烟灰缸实体设计与加工一、烟灰缸实体设计过程1.1零件设计思路设计如图5-1所示的正方形设计锌合金烟灰缸。该烟灰缸模型零件比较简单，同时形状也较为规范。虽然简单但也很有特色，该烟灰缸是正方形设计，中间搭配圆形锌合金烟缸，更显得大气，高档。图5-1烟灰缸实体创建烟灰缸时，通过以下步骤：拉伸生成烟灰缸外形实体140*140*32mm的毛坯；通过删除拉伸得到烟灰缸深30mm的圆形凹槽；通过删除拉伸得到搁置香烟的直径为10的通槽；实体圆角生成烟灰缸地面圆角；实体圆角生成烟灰缸圆形凹槽顶面左右两边圆角。设计过程具体的流程图的每一步骤的结果如图2-2所示。12345 6 图2-2 烟灰缸设计流程2.2 拉伸生成烟灰缸外形实体2.2.1新建文件零件在桌面上双击CimatronE8.0的快捷方式，打开CimatronE。在工具条上单击“新建文件”按纽。系统弹出如图2.3所示的新建文档对话框。在新建文档中选择“单位”为毫米，“类型”为零件，单击“确定”按纽新建一个零件文件。图2.3 “新建文档”对话框2.2.2作外形拉伸的草图单击“草图”按纽，系统直接以默认的XOY平面为绘画平面，进入草图绘制状态。绘制矩形。单击草图工具栏上的“矩形”按钮，浮动菜单上提示矩形创建方式为“自由的”，单击“自由的”改变为“尺寸”，并设置高度=140，宽度=140。移动鼠标到坐标系原点附近，系统将自动捕捉到该原点，并预显示矩形位置。单击鼠标左键确定创建矩形 。退出草图状态。单击草图工具栏上的“退出草图”按纽，退出草图绘制状态。单击视图工具栏上的“轴侧图”按纽，在轴侧图中显示的草图如图2.4所示而在特征树中将显示“草图11”。图2.4 完成的矩形草图2.2.3利用新建-拉伸生成拉伸体选择拉伸功能。选择主菜单上“实体”“新建”“拉伸”，系统将弹出拉伸实体特征向导栏。并且自动选择了刚生成的草图，绘制区上出现浮动菜单，显示参数并自动预览一个拉伸实体。设置拉伸参数。在浮动菜单中确认使用“增量”方式拉伸实体，拉伸方向为“单向”，“增量=32。确认拉伸方向。移动光标到图形上的箭头，箭头将变成绿色，如图2.5所示。确认生成实体。在图形预览确定模型正确后，在特征向导栏中单击“确定”按纽生成实体。生成的基本拉伸实体如图2.6所示，而在特征树中将显示“拉伸12”。 图2.5改变拉伸实体参数 图2.6 拉伸基本主体2.2.4做圆形凹槽的草图单击基本主体的上端面，单击右键点草绘再点“旋转到平面”进行草绘状态。草绘状态的图为如下图2.7。点“圆”绘制半径为50的圆。如下图2.8所示。退出草图状态。单击草图工具栏上的“退出草图”按纽，退出草图绘制状态。 图2.7进入草绘状态 图2.8草绘圆 2.2.5删除拉伸选择主菜单上的“实体”“删除”“拉伸”，系统弹出删除拉伸的特征向导栏。在图形上选择刚生成的草图，确认方向箭头朝下，在浮动菜单中确认使用“增量”方式拉伸实体，拉伸方向为“单向”，拉伸距离为“增量=30”，则在图形上预显示删除拉伸实体。在图形预览确定模型正确后，在特征向导栏中单击“确认”按纽进行删除拉伸操作。生成的删除拉伸后实体如图2.9所示。图2.9删除拉伸后实体2.3绘制香烟通槽2.3.1通槽草图单击基本主体的四个侧面中的其中一个，单击右键点草绘再点“旋转到平面”进行草绘状态。草绘状态的图为如下图2.10。根据香烟直径判断确定绘制的半径，单击“增加几何”添置在要画圆的那条线上，单击“圆”绘制半径为5的半圆。再单击“剪切” 命令将圆的上半个去掉，再单击“直线”命令将下半圆补满。如下图2.11所示。退出草图状态。单击草图工具栏上的“退出草图”按纽，退出草图绘制状态。 图2.10进入草绘状态 图2.11直径为10通槽的草图2.3.2删除拉伸选择主菜单上的“实体”“删除”“拉伸”，系统弹出删除拉伸的特征向导栏。在图形上选择刚生成的草图，确认方向箭头朝下，在浮动菜单中确认使用“增量”方式拉伸实体，拉伸方向为“单向”，拉伸距离为“增量=150”，（要是通槽，只要大于实体长度140即可）则在图形上预显示删除拉伸实体。如图2.12所示。在图形预览确定模型正确后，在特征向导栏中单击“确认”按纽进行删除拉伸操作。生成的删除拉伸后实体如图2.13所示。 图2.12显示拉伸图 图2.14拉伸后实体2.4实体圆角生成烟灰缸圆角2.4.1选择圆角功能选择主菜单上的“实体”“圆角”，系统弹出圆角.曲面特征向导栏。2.4.2选择底面圆形边界倒圆角操作首先选择要进行倒圆角的实体底面圆形边界，使用“光滑串打开”方式，在图形上选择基本拉伸体的下底面的边界。单击鼠标中键完成底面边界边界选择。2.4.3设置圆角半径在浮动菜单中输入“半径值=5，使用统一的半径。在特征向导栏中单击“确定”按纽生成实体圆角，结果如图2.10所示。 图2.10完成实体圆角2.5保存文件完成实体模型各个特征的建立后，选择主菜单的“文件”“保存”，系统弹出CimatronE浏览器，选择需要保护的文件夹，并输入文件名“烟灰缸零件”单击“保存”按纽保存文件。3烟灰缸模型的3轴加工3.1加工工艺分析对烟灰缸模型加工，根据加工方式可以选择粗粗加工体积铣环切-3D，而精加工的方式选择曲面铣根据角度铣，水平面精加工是曲面铣精铣水平区域。进行加工时，相关参数的选择，直接关系到了产品加工的精度。主要参数有主轴转数、进给速率、刀具切入时的S进给速率、步距宽度和切削深度等。主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为：n = 1 0 0 0 V c /d，式中d为刀具直径（mm），Vc为切削速度(m/min)，切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关。进给速度的选择直接影响着模具零件的加工精度和表面粗糙度，其计算公式为F=nzf，式中n为主轴转速（r/min），z为铣刀齿数，f为每齿进给量(mm/齿)。在粗加工的时候需要留有0.2-0.5mm的精加工余量，通常采用比较节省时间的方式；精加工则将粗加工的余量全部加工，选择的加工方式则在达到要求的前提下采用时间较少的方式。该烟灰缸模型我选用锌合金来加工制造。数控铣床加工工艺是以普通铣床的加工工艺为基础，结合数控铣床的特点，综合运用多方面的知识解决数控铣床加工过程中面临的工艺问题，其内容包括金屑切削原理与刀具、加工工艺、典型零件加工。锌合金的材质比较理想。锌合金是混合物，所以锌合金的密度要看二者比例，比例不同，锌合金的密度就不一样，通常计算锌合金的密度的方法是分别用密度乘以体积算出质量，相加后除以总体积得到密度，也可以具体测量质量和体积，然后相比得出锌合金的密度。锌合金密度比较高, 一般在6.65-6.75流动性比较强,所压铸出来的产品比较细腻,抛光处理后比较理想. 但是锌合金的价格比普通不锈钢要高。目前许多手机外壳就是用锌合金制成，总体来说比较理想。如果用铝合金来制的话，铝合金压铸温度需要较高,密度较细.抛光产品显得比较粗糙。加工方式选择刀具切削余量主轴转数进给速度体积铣环切-3DD10051000800曲面铣根据角度铣B60.130001800曲面铣根据角度铣B8R20300018003.2初始设置3.2.1打开CAD文件打开CimatronE8.0后，在主菜单上选择“文件”“打开文档”，在CimatronE管理器中选择零件00.Split.02.elt打开模型文件。在CAD方式下检查模型的完整性和正确性。3.2.2 进入CAM编程模块输出到CAM在主菜单上选择“文件”“输出”“到加工”，如图3.1所示。将当前文件作为加工模型输出到CAM方式。确认模型放置位置。进入加工模块后，模型的放置位置和旋转角度按默认方式，即直接放置到当前坐标的原点，同时旋转180度。在特征向导栏中单击“确定”按钮，再单击“基准”“坐标系”“与平面垂直”，选择上表面作为垂直面，按鼠标中键确定，观看箭头指向，在特征向导栏中单击“确定”按钮，如图3.2所示。 图3.1 输出到加工菜单 图3.2 进入CAM工作界面3.2.3创建刀具单击在屏幕左侧的编程向导条中的“刀具”按钮，进入新建刀具功能，屏幕上会弹出“刀具和卡头”对话框，在对话框的中部单击“新建刀具”按钮，如图3.3所示设置刀具参数进行刀具的新建。10输入刀具名称：D10。刀具几何类型：平刀。直径：10。其余参数按默认值。单击“应用”按钮完成一个刀具的新建，在刀具列表框中将新增刀具名称为D10的刀具，并作为当前已选择的刀具。单击“确定”按钮完成刀具的创建，关闭“刀具和卡头”对话框，返回到主工作界面。3.2.4新建刀路轨迹单击在屏幕左侧的编程向导条中的“新建刀路轨迹”按钮，进入新建刀路轨迹功能，屏幕上会弹出“创建刀路轨迹”对话框。在窗口内定义新建的刀路轨迹的名称与坐标系及安全平面参数。刀具路径名称：TP_MODEL。 刀具路径型式：3轴。UCS：MODEL。 起点X：0。起点Y：0。 备注：无文本。Z（安全平面）：50屏幕上显示紫色透明的平面表示安全平面位置，如图3.4所示。 图3.3 创建刀具 图3.4 安全平面显示完成各项数值的输入后，单击“确定”按钮完成刀具轨迹的创建。在NC程序管理器，新建了一个刀路轨迹TP_MODEL（3X），如图4.5所示。图3.5 程序管理器3.2.5创建毛坯粗加工将使用粗加工环行铣，粗加工环行铣必需使用毛坯，单击在屏幕左侧的编程向导条中的“创建毛坯”按钮，进入创建毛坯功能，屏幕上会弹出“初始毛坯”对话框，选择“毛坯类型”为限制盒，如图3.6所示，在对话框内设置毛坯参数。整体偏移：0。单击“初始毛坯”对话框上的“确定”按钮进行毛坯的计算并关闭对话框。在“程序管理器”中将显示用限制盒的毛坯-自动-1。通过双击毛坯工序可以显示毛坯。图3.6 创建毛3.3 应用体积铣环切进行粗加工3.3.1 开始创建程序单击在屏幕左侧的向导工具条中的“创建程序”按钮，开始创建程序，此时屏幕上的向导栏改变成程序向导栏。3.3.2 选择工艺开始创建程序时系统弹出“工艺”对话框，如图3.7所示，主选项选择“体积铣”，子选项选择“粗加工环行铣”。3.3.3 选择刀具系统弹出“刀具和卡头”对话框，在“刀具”列表框中选择名称为D10的刀具作为当前刀具，在下方将显示当前刀具为D10，刀具类型为平刀，刀具直径为10。同时在图形区的坐标原点位置将显示刀具。单击“确定”按钮完成刀具的选择 3.3.4 选择加工对象刀具确定后，会切换加工对象功能选择窗口，如图3.8所示。单击“零件”按钮打开下拉菜单，单击“零件曲面”进入零件曲面的选取，单击鼠标右键，选择所有显示对象，单击鼠标中键完成零件曲面的选取。 图3.7 选择工艺 图3.8 加工对象 3.3.5 设置刀路参数系统将切换到“刀路参数”对话框，在刀路参数表中从上到下进行参数的设置。设置安全平面参数。单击“安全平面”前的“+”号，展开该参数组，如图3.9所示设置或者确认安全平面相关参数。使用安全高度：打开。 安全平面：50。内部安全高度：绝对值Z。 绝对值Z：50。坐标系名称：UCS11.1。设置进刀和退刀点参数。单击“进刀和退刀”参数组前的“+”号。展开该参数组，确认或者设置进刀和退刀点参数。设置精度和曲面偏移参数。单击“精度和曲面偏移”参数组前的“+”号, 展开该参数组，如图3.10所示确认或者设置参数。零件加工余量：0.5。 逼近方式：根据角度。零件曲面精度：0.3。 图3.9 安全平面参数 图3.10 精度和曲面偏移参数设置刀路轨迹参数。单击“刀路轨迹”前的“+”号，展开该参数组，如图3.11所示设置刀路轨迹相关参数。铣削方向：混合铣。切削深度：2。拐角洗削：外部圆角。洗削方向：由内向外。侧向步长：6。开放零件：缺省参数。其余皆由默认值。设置机床参数确认刀路参数的各项设置后单击“机床参数”前的“+”号，展开该参数组。如图3.12所示设置机床的主轴转速、进给率等机床参数。主轴转速：1000 。 进给（毫米/分钟）：800。 空切：快速。 侧向进给速率（%）：100。 冷却：冷却关闭。 图3.11 刀路轨迹参数 切入进给速率（%）：30。向下进给速率（%）：50。主轴旋转方向：顺时针。图3.12 机床参数保存并计算完成参数表中所有参数设置后，单击参数表上方的“保存并计算”按钮，立即运算当前加工程序。计算完成后，在“程序管理器”中将显示刚生成的加工程序：体积铣-粗加工环切3D，如图3.13所示。在绘图区显示生成的刀具轨迹，如图3.14所示。 图3.13 程序管理器 图3.14 粗加工环切刀具路径3.4 应用曲面铣根据层进行侧面精加工10mm的刀具粗加工平面后，为了加工曲面，还需要用6的球刀进行曲面加工。在程序管理器中选择加工程序：曲面铣根据角度铣，再单击其后面的小灯泡隐藏该程序，使该加工程序的轨迹在图形内不再显示，以免干扰后面程序编制。加工曲面的程序编制过程如下：3.4.1 开始创建程序单击在屏幕左侧的变成向导条中的“创建程序”按钮，开始创建程序，此时屏幕上的向导条改变成程序向导条。3.4.2 选择工艺开始创建程序时系统弹出“工艺”对话框，如图3.15所示，主选项选择“曲面铣”，子选项选择“传统加工程序”“根据层”。图3.15 “工艺”对话框3.4.3 选择刀具系统弹出“刀具和卡头”对话框，在刀具列表框中选择名称为B6的刀具作为当前刀具，在下方将显示当前刀具为B6，刀具类型为球刀，刀具直径为6。同时在图形区的坐标原点位置将显示刀具。单击“确定”按钮完成刀具的选择。3.4.4 选择加工对象刀具确定后，会切换到加工对象功能下，系统默认选择了前一加工程序的加工对象，边界数量为1，零件曲面数量为14。确认本程序与前一程序同样使用全部曲面为加工对象，单击“确定”按钮完成加工对象的选择。3.4.5 设置刀路参数系统将切换到“刀路参数”对话框，在刀路参数表中从上到下进行参数值的设置。单击安全平面参数组前的“+”号，展开该参数组，确认或者设置安全平面参数。安全平面：50。 内部安全高度：绝对。绝对Z值：20。 坐标系名称：UCS12。单击进刀和退刀点参数组前的“+”号，展开该参数组，确认或者设置进刀和退刀点参数。进刀/退刀轮廓外：勾上。单击边界便移参数组前的“+”号，展开该参数组，确认边界便移参数。刀具定位（公共的）：在轮廓上面。 边界设置：0。单击精度和曲面偏移参数组前的“+”号，展开该参数组，确认或者设置进刀和退刀点参数。零件加工余量：0.1。 曲面精度：0.1。单击刀路轨迹前的“+”号，展开该参数组，设置刀路轨迹相关参数。垂直区域：勾上。 垂直加工策略：层切。垂直区域切削方向：混合铣。 垂直步进：0.3。加工由：区域。 限制角度：33。3.4.6 设置机床参数确认刀路参数的各项设置后单击机床参数前的“+”号，展开该参数组，如图3.16所示设置机床的主轴转速、进给率等机床参数。VC（米/分钟）：3.1416（该值为设置主轴转速后系统自动计算所得）。主轴转速：3000。 进给（毫米/分钟）：1800。最小拐角进给速度（%）：100。 进刀速率（%）：100。空切：快速。 冷却：冷却液关闭。3.4.7 保存并计算完成参数表中所有参数设置后，单击参数表上的“保存并计算“按钮，立即运算当前加工程序。计算完成后，在“程序管理器”中将显示刚生成的加工程序：曲面铣.根据角度铣。在绘图区显示生成的刀具轨迹，如图3.17所示。 图3.16 机床参数 图3.17 曲面加工刀具路径3.5 应用曲面铣精铣水平区域进行分型面精加工经过6mm的刀具加工曲面后，在水平底面上还留有0.05mm的加工余量，接下来将进行底平面的精加工。首先在程序管理器中选择加工程序：曲面铣.根据角度铣。再单击其后面的小灯泡隐藏该程序，使该加工程序的轨迹在图形不再显示，以免干扰后面程序编制。水平面精加工的程序编制过程如下：3.5.1 开始创建程序单击在屏幕左侧的变成向导条中的“创建程序”按钮，开始创建程序，此时屏幕上的向导条改变成程序向导条。3.5.2 选择工艺开始创建程序时系统弹出“工艺”对话框，如图3.18所示，主选项选择“曲面铣”，子选项选择“根据角度铣”。图3.18 选择工艺3.5.3 选择刀具系统弹出“刀具和卡头”对话框，在刀具列表框中选择名称为B8R2的刀具作为当前刀具，在下方将显示当前刀具为B8R2，刀具类型为牛鼻刀，刀具直径为8，倒圆半径为2。同时在图形区的坐标原点位置将显示刀具。单击“确定”按钮完成刀具的选择。3.5.4 选择加工对象刀具确定后，会切换到加工对象功能下，系统默认选择了前一加工程序的加工对象，边界（可选）为1，零件曲面数量为14。确认本程序与前一程序同样使用全部曲面为加工对象，单击“确定”按钮完成加工对象的选择。3.5.5 设置刀路参数系统将切换到“刀路参数”对话框，在刀路参数表中从上到下进行参数值的设置。单击安全平面前的“+”号，展开该参数组，确认或者设置安全平面相关参数。使用安全高度：勾上。 安全平面：50。内部安全高度：绝对。 绝对Z值：20。坐标系名称：UCS12。单击进刀和退刀点参数组前的“+”号，展开该参数组，确认或者设置进刀和退刀点参数。进刀/退刀轮廓外：勾上。单击边界设置参数组前的“+”号，展开该参数组，确认边界设置参数。刀具位置：在轮廓上面。 边界偏移：0单击精度和曲面偏移参数组前的“+”号，展开该参数组，确认或者设置参数。零件加工余量：0。 曲面精度：0.01。单击刀路轨迹前的“+”号，展开该参数组，设置刀路轨迹相关参数。水平区域：勾上。 水平加工方法：环切。水平区域切削方向：顺铣。 水平区域刀具方向：由外向内。水平步距：2。 限制角度：25。3.5.6 设置机床参数确认刀路参数的各项设置后单击机床参数前的“+”号，展开该参数组，设置主轴转速、进给率等机床参数。VC（米/分钟）：3.1416（该值为设置主轴转速后系统自动计算所得）。主轴转速：3000。 进给（毫米/分钟）：1800。进刀速率（%）：100。 空切：快速。冷却：冷却液关闭。3.5.7 保存并计算完成参数表中所有参数设置后，单击参数表上的“保存并计算“按钮，立即运算当前加工程序。计算完成后，在“程序管理器”中将显示刚生成的加工程序：曲面铣-根据角度铣，如图3.19。绘图区显示生成的刀具轨迹，如图3.20。 图3.19程序管理器 图3.20 水平区域精加工刀具路径4 后置处理4.1 烟灰缸模型的后置处理单击在屏幕左侧的编程向导条中的“后置处理”按钮，屏幕上会弹出“后置处理”对话框，如图4.1在后置选择参数表中从上到下进行参数值的设置。目标文件夹：F:零件。重命名文件类型：仅G.代码文件。文件名：NewPostFile。文件扩展名：txt。完成后显示输出文件：打开。图4.1 后置处理参数4.2 后置处理后产生的NC程序输出程序为：O0100 T01 G90 G80 G00 G17 G40 G54 G43 H01 Z82. S796 M03 G00 X-3.842 Y0.348 Z50. M09 Z1.1 G01 Z0.1 F72 X-3.793 Y0.048 Z-0.011 X-3.202 Y-1.184 Z-0.508 X-2.288 Y-2.2 Z-1.005 X-1.125 Y-2.917 Z-1.503X27.625 Y28.835 X23.375 Y32.305 G03 X6.375 Y39.327 I-23.096 J-31.824 X-39.49 Y5.887 I-6.503 J-39.254 G01 X-37.512 Y5.595 G00 Z50. M30T02 G90 G80 G00 G17 G40 G43 H02 Z82. S3981 M03 G00 X-2.946 Y-49.07 Z50. M09 Z2.274 G01 Z1.274 F1194 Z0.274 Z-0.5 X-3.289 Y-49.421 X-3.569 Y-49.824 X-3.78 Y-50.266X-22.155 Y-40.119 X-21.667 Y-40.171 X-21.178 Y-40.144 X-20.699 Y-40.037 X-20.244 Y-39.853 X-19.826 Y-39.598 X-19.454 Y-39.278 G00 Z50. M30T03 G90 G80 G00 G17 G40 G43 H03 Z82. S1194 M03 G00 X-25.413 Y-34.927 Z50. M09 Z-25.05 G01 Z-26.05 F358 Z-27.05 X-25.732 Y-34.952 Z-27.62 X-26.113 Y-34.901 Z-28.149X-46.863 Z0.827 X-46.379 Z1.266 X-45.972 Z1.778 X-45.655 Z2.349 X-45.434 Z2.965 G00 Z50. M3018
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