茶杯模具造型与数控加工论文21929

茶杯模具造型与数控加工 前言本毕业设计较系统的介绍了数控技术的各方面知识，既总结了现代的加工技术现状，又介绍数控技术未来的发展前景及目标。 现代生产中，模具已成为大量生产各种工业产品和日用生活的重要工艺设备。应用模具的目的在于保证产品的质量，提高生产效率和降低制造成本。因此不但要有合理、正确的模具设计技术，还必须有高效、高质量的模具制造技术作为保证。 Mastercam集CAD与CAM于一体，使用方便，容易掌握，被广泛用于机械制造业和模具行业中的零件二维绘图三维制定、数控自动编程与加工。用户还可以将AUTOCAD、Pro/E参数化设计，能够用最短的时间实现产品的设计与制造，灵活性比较高、更新快。本设计以Inventor和Mastercam软件为基础，采用Inventor绘图以及进行实体造型，和模具合模。然后在Mastercam中，进行自动加工，生成程序，实现CAD/CAM一体化。设计加入了高数切削技术，高数切削加工是面向21世纪的一项新技术，它是一种不同于传统加工的加工方式。与之相比，高数切削加工主轴转速高、切削进给速度高、切削量小，但单位时间内的材料切除量却增加510倍，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并以取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。因此采用高速切削工艺，缩短工艺路线，提高了加工生产效率。随着科学技术的发展，对产品精度提出了越来越高的要求。一些传统的加工方法已经不能适应高精度和高表面质量的要求，促使机械加工技术向精密加工和超精密加工的方向发展。新的刀具材料的开发与应用使得高速切削、强力切削成为可能，从而大大提高了切削加工效率。目录前言绪论1.1 课题来源、目的及意义4 1.2 课题背景及国内外研究现状51.3 课题研究的主要内容5第一章 数控加工技术1.1 数控技术发展前景61.2 数控加工的适应性61.3 数控加工的特点71.4 数控工艺制定的主要内容7第二章 CAD/CAM技术在模具中的运用2.1 CAD/CAM的概念92.2 常用软件的介绍92.3 Mastercam加工应用的介绍10第三章 高速加工技术与刀具材料3.1 高速切削技术概述113.2 高速切削技术应用11第四章 茶杯模具设计与加工4.1 茶杯模具设计流程124.2 茶杯加工工艺分析164.3 茶杯加工工艺制定234.4 自动编程与仿真模拟操作264.5 加工程序32第五章 设计总结总结38致谢39参考文献40绪论1.1 课题来源、目的及意义 模具是工业产品中应用广泛的工艺装备。由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，在一定的尺寸精度范围内保证产品零件的同一性和互换性。所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。据统计，利用模具制造的零件，在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表等机械电子产品中占60%70%；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。随着科学技术的发展，工业产品品种和数量不断增加，产品的改型换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。模具设计、制造工业部门肩负着为国名经济相关部门和企业提供模具的重任。显然，模具设计及制造水平落后，生产的模具质量低劣，制造周期长，必然影响相关产品的更新换代，是产品失去竞争力并阻碍生产和经济的发展。可见，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是十分重要的。 先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品机构和生产过程，对模具行业也是如此。质量成本和时间已成为现代工程设计和产品开放的核心因素，现代企业大都以提高质量、低价格、短周期为宗旨来参与市场竞争。模具行业必须在技术、制造工业和生产模式等方面加以调整以适应着这种要求。模具制造现代化正成为国内外行业发展的一种趋势。 模具是现代工业生产的主要工艺设备之一。无论是工业制品的生产，还是新产品的开发，都离不开模具。现代工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。许多新技术和新设备的生产与应用往往源于模具工业。从某种意义上说，模具制造技术代表了一个国家的工业制造的发展水平。 模具型腔一般是形状复杂的自由区曲面，材料硬度高。常规的加工方法是粗切削加工后进行热处理，然后进行磨削或电火花精加工，最后手工打磨、抛光，这样使得加工周期很长。高速切削加工可以达到模具加工的精度要求，减少甚至取消了手工加工，而且采用新型的道具材料，高速切削可以加工硬度达到60HRC甚至硬度更高的工件材料，可以加工淬火后的模具。高速铣削加工技术引进模具加工将会提高模具的生产效率和生产成本，提高模具质量。由于模具的质量。由于高速切削技术具有很高的加工效率，可以使由模具型腔的三维实体模型到满足设计要求的模具快速转化，真正的实现快速制模。1.2 课题背景及国内外研究现状 世界上一些工业发达的国家，模具工业发展十分迅速。据有关资料介绍，有些国家模具的总产值，已超过机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。莫结局工业已发展为独立的行业，是国民经济的基础之一。模具技术，特别是制造精度、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。模具工业潜力巨大，发展前景广阔。 我国模具工业发展较快，全国已有模具厂及生产单位数千个，拥有职工数十万人，每年能生产上百万套模具。多工位级进模具、长寿命硬质合金模具的生产和应用进一步扩大。为了适应工业生产对模具的需求，在模具生产中采用了许多新工艺和先进设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。数控铣床、加工中心等设备已在模具生产中被采用。电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手段。为了对硬质合金进行精密成形磨削，研制成功了单层电镀金刚石成形磨削和电火花成形磨削专业机床，使用效果良好。电火花加工、电解加工、陶瓷型机密制造、挤压成型技术以及利用照相腐蚀技术加工皮革纹等加工技术已在型腔加工中被采用。为了满足新产品试制、小批量生产的需要，我国模具行业制造了多种结构简单、生产周期短、成本低廉的简易冲模，在我国模具的计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）也已经进入了使用阶段。 尽管我国模具工业发展较快，制造技术水平也在逐步提高，但与工业发达国家相比，还存在较大的差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、制造周期长，造成了模具供应不求的状况。许多精密、大型、复杂模具不得不从国外高价引进。为了尽快改变这种状况，国家已从许多方面采取措施，促进模具工业的发展，使之尽快掌握精密、复杂、大型、长寿命模具的生产，使模具生产基本适应各行业产品发展对模具的需求。模具制造技术是一门综合性很强的课程，金属材料及热处理、数控技术、机械制造工艺及设备、公差配合与测量技术等方面的相关知识。1.3 课题研究的主要内容1.模具技术2.CAD/CAM技术 3.高速切削加工 4.加工工艺的制定5.数控加工技术第一章 数控加工技术1.1 数控技术的发展前景1.1.1 数控加工技术及装备的趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。1.1.2 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。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.2 数控加工的适应性数控机床是一种高自动化的机床，有一般机床所具备的许多优点，所以数控机床加工技术的应用范围在不断的扩大，但数控机床是高精度机电一体化产品，技术含量高，成本高，因此对使用与维修都有较高的要求。根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，其最适应数控加工零件：形状复杂，加工精度要求高，通用机床很难加工或虽能加工但很难保证加工质量的零件。用数学模型描述的复杂的曲线或曲面零件。具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件，必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻螺纹等多工序的零件。1.3 数控加工的特点 控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：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.便于制订变更，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；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制订和制造（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，采用手式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。1.4 数控工艺制定的主要内容1.4.1 数控加工工艺设计准备1、选择并决定进行数控加工内容2、零件图的数控加工工艺性分析3、零件毛坯的工艺性分析1.4.2 机床的选择不同类型的零件应在不同的数控基础上加工，要根据零件的设计要求选择机床。数控车床适用于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内腔。数控立式镗铣床和立式加工中心适用于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件以及模具的内外型腔。1.4.3 加工工序和顺序的安排 零件各表面加工前后顺序的安排，对保证加工质量，提高生产率，降低生产成本有重要作用。工艺人员必须切削加工、热处理和辅助工序综合考虑。 1.4.4 工件装夹方式的确定1、定位基准与夹紧方案的确定2、夹具的选择1.4.5 加工方法的选择与加工方案的确定1、加工方法的选择2、确定加工方案的原则3、加工余量的选择1.4.6 加工刀具的选择数控机床，特别是加工中心，其主轴转速较普通机床的主轴转速高12倍，某些特殊用途的数控机床、加工中心主轴转速高达每分钟数万转，因此数控机床用刀具的强度与寿命至关重要。目前，涂层刀具与立方氮化硼等刀具已广泛用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。一般来说，数控机床刀具具有较高的寿命和刚度，刀具材料抗脆性好，有良好的断屑性能和可调易更换等特点。1.4.7 切削用量的确定 切削用量包括切削速度、背吃刀量、进给量三要素。选择切削用量原则是，粗加工时，以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。第二章 CAD/CAM技术在模具中的应用2.1 CAD/CAM的概念2.1.1计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，简称CAD)，是以计算机为主要手段来辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化、信息输出等全部任务的综合性高新技术。作为现代先进设计与制造技术的基础，CAD是多学科相交叉、知识密集型的高新技术。它使产品设计的传统模式发生了深刻变革，不仅改变了工程界的设计思想及思维方式，而且影响到企业的管理和商业对策，是现代企业必不可少的设计手段。计算机辅助设计的主要研究内容包括造型技术、优化设计、综合评价和信息交换等方面。 (1)造型技术 计算机辅助设计是以各种数字化的图形来表达设计方案，因此图形处理和表达是计算机辅助设计技术研究的基础与关键。人们在解决了二维图形问题之后，主要目光集中在三维的图形技术方面，曲面造型、实体造型、特征化造型、参数化设计等都是研究的重点。 (2)优化分析 在工程设计中往往要进行某些分析，包括力学、传热学、流体力学等。如今，提供优化分析功能的各种专用软件和商品化的通用软件已被广泛地集成到计算机辅助设计系统中去。它允许使用者在设计的同时就能够进行数据的分析，为设计带来了方便。从而提高了设计的质量和效率。2.1.2 计算机辅助制造（CAM） CAM技术是通过计算机的几何造型，然后用计算机上的软件进行工艺参数的调整和设置进行的工艺安排，自动的合理安排工艺路线和刀路参数进行的自动编程和加工的，CAM技术能够完成零件的仿真检测、加工模拟等自动计算功能。2.2 常用软件的介绍 随着计算机技术的飞速发展和设计制造领域对计算机新技术的迫切需求，各种各样的CAD/CAM软件应运而生。CAD/CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站和微机时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。目前，机械工程领域使用的CAD/CAM软件呈现出“百花齐放、百家争鸣”的局面。只有那些及时采用了最新技术、商品化程度高、操作简便且功能丰富、齐备的CAD系统，才表现出更为强劲的生命力。国外CAD/CAM软件较国内同类软件出现得较早，开发和应用的时间也较长，所以比较成熟。目前，国外一些优秀软件如UG、Pro/E、MasterCAM等，已经占领了相当一部分国内市场。2.3 MasterCAM加工应用介绍 Mastercam是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一身。它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。具有易学易用、计算速度快、仿真功能强、操作方便等优点。该设计是采用Mastercam9.0进行加工的。 本设计将详细说明在茶杯模具数控加工的具体的工艺流程、操作步骤、参数的设置、刀具的选择、走刀路线、仿真模拟、后处理、程序的生成、程序的修改等内容。第三章 高速加工技术与刀具材料3.1高速切削技术概述高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，以级数级提高，切削机理也发生了根本的变化。与传统切削加工相比，高速切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。已成为切削加工的重要发展方向，在航空航天、汽车、模具等行业得到越来越广泛的应用，并逐渐向其它行业扩展。推广应用高速切削加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。研究和建立高速切削参数数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。其优势为：提高了加工速度、生产效率高、可获得高质量的加工表面、简化加工工序、也可加工形状复杂的硬质汽车模具。3.2高速切削技术应用及刀具材料采用高速加工技术加工模具，除加工产品质量高以外，还能够显著减少乃至取消效率低下的磨削以及人工后加工工时，整体上缩短模具的加工制造周期。高速、高精加工技术及装备的新趋势。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一。高速铣削技术的应用给工业带来了希望，主要应用在军工、航空航天、汽车、太空技术、模具制造、精密仪器、精密机床等许多的高科技领域表现突出。通过高速切削加工技术，可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。近几年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。 高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲和力要小，并具有优异的化学性能、热稳定性、抗冲击性和耐磨损。目前国内外适用于高速切削的刀具材料主要有：陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具和涂层刀具等。 第四章 茶杯模具设计与加工4.1 茶杯模具设计流程绘制茶杯型芯绘制茶杯立体图绘制茶杯左模绘制茶杯右模合模12344.2 茶杯加工工艺分析4.2.1 零件图的分析 （1）数控铣削加工的主要内容的选择：在上图的零件的图样所示该零件的轮廓曲线、圆弧及直线构成，形状复杂的，加工、检验都较困难，除了毛坯平面宜在普通机床上进行外，其余各加工部位需采用数控机床铣削加工。 （2）零件结构工艺性分析：零件尺寸的标注基准较统一，且无封闭尺寸；构成该零件轮廓形状的各几何元素条件，无相互矛盾之处，有利于数控加工。该零件是注塑模具。该零件要求IT6，表面粗糙度均为Ra0.8，要求有较高的精度，所以采用数控高速机进行高速铣削，能够达到较高的尺寸精度和表面粗糙度，粗加工才用气冷，精加工采用油冷，这样可以保证较好的表面粗糙度。根据上述零件分析方案，主要解决的问题，采用以下方法： 安排粗、半精、精加工及清根加工。 先加工型芯，后加工左、右型腔这样有适合工艺安排。 精加工采用小直径的铣刀加工来进行加工。 型芯采用高速车削进行加工来进行加工，可以保证较好的粗糙度。 （3）确定装夹方案 在数控铣削加工工序中，可以根据零件的形状采用通用夹具、专用夹具和组合夹具来进行装夹。该零件使用通用夹具：机用虎钳进行装夹，这样即减少了制作专用夹具、组合夹具的时间和成本，同时机用虎钳也可以保证装夹定位精度和夹紧力。4.2.2 毛坯与材料的选择 毛坯的选择包括选择毛坯的种类和确定毛坯的制造方法两个方面。常用的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。毛坯的制造方法很多，概括来说，毛坯的制造方法越先进，毛坯的精度越高，其形状和尺寸越接近于成品零件，就会使机械加工的劳动量大为减少，材料的消耗也低，使机械加工成本也相应降低；但毛坯的制造费用却因采用了先进的设备而提高。因此，在选择毛坯时应当综合考虑各方面的因素，以求获得最佳得到效果。一、毛坯种类的选择确定毛坯时主要考虑的因素：1）零件的材料及其力学性能2）零件的结构形状及外形尺寸3）生产纲领的大小4）毛坯车间现有的生产发展情况 45钢是GB中的叫法，JIS中称为:S45C，ASTM中称为1045、080M46，DIN称为:C45，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板、梢子、导柱等，但须热处理。45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。 45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58），45钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。其表面含碳量0.81.2，芯部一般在0.10.25（特殊情况下采用0.35）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐冲击。 如果用45钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差，GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850正火、840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPa。 选择合理性的标志，应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度地发挥材料潜力，做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。同时要适应加工设备条件而设计加工工艺。选择的一般原则，首先是满足零件使用性能的前提下，现时考虑工艺性、经济性。只要根据我国的资源情况尽量选择材料，45钢是机械制造中广泛使用的中碳优质碳素钢，淬透性较低，水淬容易变形和开裂，经适当热处理后具有高的强度，通常在调质或正火状态下使用。为了保证有必要的韧性，并消除其残余应力，应在淬火再回火后成索氏体。该钢具有良好的切削加工性能，冷变形塑性中等，钢丝可供冷镦。可焊接，但焊接前需预热，焊后需退火处理。综合考虑，茶杯模具采用常用的中碳优质钢45钢。二、毛坯形状与尺寸的确定 现代机械制造的发展趋势之一，是通过毛坯精化使毛坯的形状和尺寸尽量与零件相接近，以减少机械加工劳动量，力求实现少、无屑加工。但是，由于现有毛坯制造工艺技术的限制，加之产品零件的精度和表面质量的要求也越来越高，所以毛坯上某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工来达到零件的质量要求。毛坯制造尺寸和零件尺寸的差值称为毛坯加工余量，毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差。毛坯加工余量及公差同毛坯的制造方法有关，生产中可参考有关工艺手册。毛坯加工余量确定后，在确定毛坯的形状和尺寸，除了将毛坯的加工余量附加在零件相应的加工表面上之外，还要考虑毛坯制造、机械加工以及热处理等许多工艺因素的影响。参考金属机械加工工艺人员手册表5-1自由锻件模锻件碳钢 1.5碳钢 1光轴类、多台阶轴机械加工余量及公差 表5-28锻件长度 毛坯类别锻件直径 65300光轴多台阶轴 短方柱、方块、带孔方盘锻件的机械加工余量及公差 表5-33锻件长度 锻件截面边长A、Bab5051100 根据上图中茶杯的尺寸经计算可将毛坯定为：左模型腔毛坯127X127X57右模型腔毛坯127X127X57茶杯型芯毛坯58X110mm4.2.3 刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺的重要内容之一，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。另外现代数控铣床的主轴转速可达10002500r/min，主轴输出功率较大，因此数控铣床对刀具的要求较高。1、刀具材料必需满足的条件： 高的硬度 足够的强度和韧性 良好的耐磨性 良好的耐热性 良好的工艺性2、选用刀具材料： 高速钢是一种加入了较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢有很高的强度，抗弯强度，抗弯强度一般为硬质合金的23倍；韧性也高，比硬质合金搞高几十倍。高速钢的硬度为HRC6369。热处理变形较小。更主要的优点是有较高的耐热性，在切削温度达到500650时，尚能进行切削，与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能提高切削速度13倍，提高耐用度1040倍。高速钢可加工性也很好。参考机械加工工艺手册1-10表1.2-1主选高速钢，牌号W18Cr4V密度8.7g/cm3HRC 6366抗弯强度33.4 Gpa抗压强度4Gpa冲击韧性180320kJ弹性模量210Gpa导热系数20.9线膨胀系数11耐热性6203、工艺性能 可冷热加工成形，工艺性能好，需经热处理，磨削性能好，但高矾类较差。4、磨削性能 耐磨性好，可用普通刚砂轮磨削4.2.4 夹具的选择 在各类机床上所使用，为了保证加工精度，用来装夹工件，使之占有确定位置以接受加工或检验的工艺装备，称为机床夹具。夹具在机械制造业中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间的正确相对位置。使用夹具，可提高劳动生产率和加工精度。在其他工艺过程中使用的夹具，也能起到类似的作用。夹具是重要的机械制造工艺装备，其主要作用包括：1）提高加工精度和保证产品质量。2）提高劳动生产率和降低加工成本。3）扩大机床的工艺范围。4）减轻工人的劳动强度，降低对操作工人的技术等级要求。5）改善工人的劳动条件。综上所述结合本设计的实际情况，在加工中心中我们选用精密机用虎钳，在数控车床中我们选用三爪卡盘。4.2.5 确定数控加工内容数控加工工艺内容序 号加 工 内 容加 工 方 法机 床1型芯粗车粗车外圆表面数控车床2型芯半精车半精车外圆表面数控车床3型芯精车精车外圆表面数控车床4左模腔粗加工挖槽粗加工立式加工中心5左模腔半精加工挖槽半精加工立式加工中心6左模腔精加工挖槽精加工立式加工中心7右模腔粗加工挖槽粗加工立式加工中心8右模腔半精加工挖槽半精加工立式加工中心9右模腔精加工挖槽精加工立式加工中心参考：数控加工技术基础表5-1 金属切削手册 铣削用量的选择 6.34 工件表面粗糙度为Ra1.6微米 Ra0.8微米时，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削。 模具制造技术 表1-1 外圆柱表面通过粗车、半精车、精车也可达到0.8微米至1.6微米。1、确定加工路线： 在数控加工中心上面进行模具型腔的粗、精加工，先采用8的立铣刀进行左、右模腔的粗加工；4的立铣刀对把手粗加工。在采用10、3球刀进行半精加工、精加工和清角加工，来完成模具型腔的加工内容。 在数控车床上面进行型心端面进行加工，然后再对外圆面进行粗车、半精加工、精加工。然后在调头进行型心的另一端面的粗、精加工。2、切削用量的选择： 铣刀种类及几何尺寸根据被加工表面和尺寸选择刀具的种类。选择不同的刀具进行加工可以保证较好的加工精度和表面粗糙度，合理的选择刀具可以减少刀具的磨损和报废，刀具对加工质量有着重要的作用，下表是本零件的的加工刀具的选择的尺寸和切削用量如下表所示： 明细表：参考机械加工工艺手册 9.30产品名称或代号茶杯模具零件名称茶杯模具型芯零件图号程序号工步号刀具号刀具名称刀柄型号刀具补偿量(mm)备注01T1端面刀145机夹端面车刀02T2外圆刀290机夹外圆车刀03T3外圆刀393机夹外圆车刀产品名称或代号茶杯模具零件名称茶杯模具左右模腔零件图号程序号工步号刀具号刀具名称刀柄型号 刀具补偿量(mm)备注直径(mm)刀长(mm)01T1立铣刀188202T2立铣刀244303T3球刀3108004T4球刀437505T5球刀53754.3 茶杯加工工艺制定根据零件的结构形状，制定如下加工工艺表：模具型芯数控车削加工工艺模具型腔左模腔数控铣削加工工艺模具型腔右模腔数控铣削加工工艺型芯数控车削加工工艺表 工厂 数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号型芯45钢01工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间三爪卡盘数控车床数控车间工步号工步内容加工面刀具号刀具规格mm主轴转速rmin-1进给速度mm min-1背吃刀量mm 备注1端面粗加工左端面T0145机夹端面车 刀6003003粗加工整个左端面留余量0.5mm2端面精加工加工左端面T0245机夹端面车 刀1000500.5精加工整个左端面3外圆粗加工整个外圆柱面T0390机夹外圆车刀6003003整体外圆粗加工留余量1mm4外圆半精加工整个外圆柱面T0493机夹外圆精车刀1000500.5整体外圆半精加工留余量0.5mm5外圆精加工整个外圆柱面T0593机夹外圆精车刀15001000.2整体外圆精加工6端面粗加工右端面T0645机夹端面车刀600300取重叠量0.5粗加工整个右端面留余量0.5mm7端面粗加工右端面T0745机夹端面车 刀1000500.2精加工整个右端面左右模型腔数控铣削加工工艺表工厂数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号右模腔45钢03工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间机用虎钳01立式加工中心数控车间工步号工步内容加工面刀具号刀具规格mm主轴转速r min-1进给速度mm min-1背吃刀量mm备注1曲面粗加工型腔大面T018立铣刀8003843粗加工整个外型留余量0.5mm2曲面粗加工型腔把手部分T024立铣刀10004800.5粗加工加工局部外型留余量0.3mm3曲面半精加工型腔大面T0310球刀30002400.5整体外型精加工留余量0.3mm4曲面精加工所有曲面T043球刀30001800.3清除挖槽粗加工的残留量5清角加工曲面的交接处T053球刀1000180取重叠量0.5清除平行铣削的残留部分选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定铣削速度vc与每齿的进给量fz：1、切削速度公式Vc=dn/1000 2、进给速度Vf=fz zn n铣刀转速 n铣刀转速 d铣刀直径 Z铣刀齿数 fz每齿进给量参考金属切削手册6.40 表6-14加工材料硬度HBW铣削速度vc m/min 高速钢低、中碳钢22532512-36注：粗铣时，切削负荷大，vc取小值；精铣时，为了减少表面粗糙度，vc应取大值参考数控加工工艺与编程表3-5工件材料每齿进给量fz/(mm/z)粗铣精铣钢高速钢铣刀高速钢铣刀0.10-0.150.02-0.05注：1、每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高，fz越小；反之则越大。 2、球头立铣刀一般情况采用以下切削用量：铣削速度100-150m/min，每组圆周有效齿进给量0.1-0.2mm，每分钟进给量100-150m4.4 自动编程与仿真模拟操作 该零件采用MasterCAM9.0进行自动编程加工，其操作步骤如下：左模型腔加工刀具路径粗加工半精加工精加工清角加工加工结束右模型腔加工刀具路径粗加工半精加工精加工清角加工加工结束4.5 加工程序左右模型腔仿真加工相类似，因程序过多，下列只列举右模型腔精加工程序右模精加工程序：%O0000(PROGRAM NAME - 2)(DATE=DD-MM-YY - 12-05-12 TIME=HH:MM - 10:44)N100G21N102G0G17G40G49G80G90( 3. BALL ENDMILL TOOL - 5 DIA. OFF. - 5 LEN. - 5 DIA. - 3.)N104T5M6N106G0G90X-46.5Y-26.A0.S2546M3N108G43H5Z50.N110Z-1.591N112G1Z-6.591F3.N114X-38.046Z-6.607FN300X38.626Z-15.53N302X38.701Z-15.201N304X38.939Z-14.634N306X39.25Z-14.197N308X39.612Z-13.922N310X40.Z-13.828N312X40.028Z-13.835N314X60.N316X59.994Y-19.N318Z-15.313N320X40.006N322X40.Z-15.312N324X39.612Z-15.397N326X39.25Z-15.647N328X38.939Z-16.042N330X38.701Z-16.554N332X38.615Z-16.894N334X38.551Z-17.131N336X38.5Z-17.727N338Z-19.971N340X38.494Z-19.972N342X-46.5N344Y-18.N346Z-20.936N348X38.494N350X38.5Z-20.935N352Z-18.83N354X38.551Z-18.276N356X38.622Z-18.027N358X38.624Z-18.015N360X38.629Z-18.003N362X38.701Z-17.741N364X38.939Z-17.264N366X39.25Z-16.898N368X39.612Z-16.668N370X40.Z-16.589N588X39.612Z-23.26N590X39.25Z-23.42N592X38.939Z-23.674N594X38.701Z-24.006N596X38.551Z-24.392N598X38.5Z-24.806N600Z-26.404N602X38.492Z-26.405N604X-46.5N606Y-8.N608Z-26.762N610X38.492N612X38.5Z-26.761N614Z-25.178N616X38.551Z-24.763N618X38.701Z-24.377N620X38.939Z-24.046N622X39.25Z-23.792N624X39.612Z-23.632N626X40.Z-23.577N628X40.009Z-23.579N630X59.991N632X60.Y-7.N634Z-23.922N636X40.N638Z-23.92N640X39.612Z-23.974N642X39.25Z-24.129N644X38.939Z-24.377N646X38.701Z-24.7N648X38.551Z-25.077N650X38.5Z-25.48N652Z-27.039N654X-46.5N656Y-6.N658Z-27.31N876X40.Z-24.908N878X40.018Z-24.91N880X59.991N882Z-24.79N884Y3.N886X40.009N888X40.Z-24.789N890X39.612Z-24.84N892X39.25Z-24.991N894X38.939Z-25.231N896X38.701Z-25.544N898X38.551Z-25.908N900X38.5Z-26.299N902Z-27.81N904X-46.5N906Z-27.694N908Y4.N910X38.5N912Z-26.172N914X38.551Z-25.777N916X38.701Z-25.409N918X38.939Z-25.093N920X39.25Z-24.851N922X39.612Z-24.698N924X40.Z-24.646N926X40.01Z-24.648N928X60.N930Z-24.446N932Y5.N934X40.009N936X40.Z-24.445N938X39.612Z-24.497N940X39.25Z-24.65N942X38.939Z-24.893N944X38.701Z-25.21N946X38.551Z-25.579N1164Z-22.194N1166X38.551Z-21.729N1168X38.701Z-21.296N1170X38.796Z-21.147N1172X38.939Z-20.913N1174X39.25Z-20.612N1176X39.612Z-20.423N1178X40.Z-20.359N1180X40.007Z-20.36N1182X60.N1184Z-19.589N1186X59.993Y15.N1188X40.N1190Z-19.588N1192X39.612Z-19.655N1194X39.25Z-19.844N1196X38.939Z-20.144N1198X38.701Z-20.536N1200X38.551Z-20.992N1202X38.5Z-21.482N1204Z-23.34N1206X38.493Z-23.341N1208X-46.5N1210Z-22.609N1212Y16.N1214X38.493N1216X38.5Z-22.608N1218Z-20.706N1220X38.551Z-20.186N1222X38.701Z-19.703N1224X38.939Z-19.287N1226X39.25Z-18.968N1228X39.612Z-18.768N1230X40.Z-18.7N1232Z-18.701N1234X59.993203.7N116X-34.406Z-6.617N118X-29.52Z-6.623N120X-29.487Z-6.631N122X-29.28Z-6.667N124X-29.037Z-6.637N126X-28.907Z-6.65N128X-28.334Z-6.687N130X-27.749Z-6.699N132X-27.164Z-6.687N134X-26.591Z-6.651N136X-26.463Z-6.637N138X-26.22Z-6.667N140X-26.034Z-6.635N142X-26.013Z-6.625N144X-25.98Z-6.623N146X-7.32Z-6.615N148X-6.301Z-6.607N150X7.613Z-6.617N372Z-16.59N374X59.994N376X60.Y-17.N378Z-17.709N380X40.007N382X40.Z-17.708N384X39.612Z-17.78N386X39.25Z-17.994N388X38.939Z-18.335N390X38.701Z-18.779N392X38.551Z-19.278N394X38.5Z-19.808N396Z-21.808N398X38.493Z-21.809N400X-46.5N402Y-16.N404Z-22.609N406X38.5N408Z-20.697N410X38.551Z-20.186N412X38.701Z-19.703N414X38.939Z-19.287N416X39.25Z-18.964N418X39.612Z-18.759N420X40.Z-18.69N422X40.063Z-18.701N424X60.N426Y-15.N428Z-19.589N430X40.074N432X40.Z-19.576N434X39.612Z-19.642N436X39.25Z-19.834N438X38.939Z-20.139N440X38.701Z-20.536N442X38.551Z-20.992N660X38.5N662Z-25.766N664X38.551Z-25.362N666X38.701Z-24.986N668X38.939Z-24.663N670X39.25Z-24.415N672X39.612Z-24.259N674X40.Z-24.206N676Z-24.207N678X60.N680Y-5.N682Z-24.446N684X40.009N686X40.Z-24.445N688X39.612Z-24.497N690X39.25Z-24.65N692X38.939Z-24.893N694X38.701Z-25.21N696X38.551Z-25.579N698X38.5Z-25.975N700Z-27.504N702X-46.5N704Y-4.N706Z-27.694N708X38.492N710X38.5Z-27.693N712Z-26.173N714X38.551Z-25.781N716X38.701Z-25.412