管道零件数控铣削加工工艺设计

管道零件数控铣削加工工艺设计摘要：随着数控技术的发展，数控技术给传统制造业带来了革命性的变化，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不断扩大，它对一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CAD/CAM 应用是一项实践性很强的技术。如 UG，PRO/E,Master CAM,CAXA 制造工程师等。数控技术是技术性极强的工作，尤其在模具领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。本文主要通过对管道零件进行加工工艺设计。关键词：CAD/CAM、UG、数控加工 一、数控技术与 UG 加工的简要介绍数控技术是现代制造的基础，它的广泛应用使普通机械被数控机械所代替，使全球数控业发生了根本的变化。数控技术的水准，拥有和普及程度已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志之一。为适应这种形势，需要大量培养数控专业技术人才。随着计算机技术和机床制造业的不断发展，CAD/CAM 图形交互式的应用成为数控技术发展的新趋势。数控编程在 CAD/CAM 系统中能明显发挥效益的环节之一，而 PDM（产品数据管理）和 UG 的结合，让CAD/CAM 的设计过程变得容易管理和控制，实现了时间的节约，有助于实现设计加工自动化，提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等。1.数控加工技术的发展趋势（1）继续向开放式、基于 PC 的第六代方向发展基于 PC 说具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统厂家会走上这条道路。至少采用 PC 机作为他的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC 机所具有的良好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯、远程诊断和维修将更加普遍。高速化和精度化发展这是适应机床向高速和高精度发展的需要。（2)向智能化发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。1)应用自适应控制技术数控系统能在运行过程中检测一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。2)引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。3)引入故障诊断专家系统在设备诊断系统中借助多种数学原理和系统理论，形成多种不同的诊断方法。4)智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。2.UG 加工的特点（1）刀具统一的数据库，真正实现了 CAD/CAM 等模块之间的无数据交换的自由切换，可施行并行工程。（2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。（3）基于特征（如：孔、凸台、型腔、沟槽、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能用参数驱动。（4）曲线设计采用非均匀有理 B 样条作为基础，可用多样方法生成复杂的曲面造型，特别适合于汽车、飞机、船舶、汽轮机叶片外形设计等外形复杂的曲面造型。（5）出图功能强，可以十分方便地从三围实体模型直接升成二维工程图。能按 ISO 标准标注名义尺寸、尺寸公差、行位公差汉字说明等，并能直接对实体进行局部剖、旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切，生成各种剖视图，增强了绘图功能的实用性。（6）以 Parasolid 为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名的 CAD/CAM 软件均以此作为实体造型的基础。（7）提供了界面良好的二次开发工具 GRIP 和 UFUNC,并能通过高级语言接口，使 UG 的图形功能与高级语言的计算机功能紧密结合起来。（8）具有良好的用户界面，绝大多数功能都可以通过图标实现，进行对象操作时，具有自动推理功能，同时在每个步骤中，都有相应的信息提示，便于用户做出正确的选择。 二、管道零件图纸分析这是一个管道零件，有孔、曲面、平面。曲面是一个难点，何为曲面？曲面是一条动线，在给定的条件下，在空间连续运动的轨迹。 根据图纸我们可以发现，该零件需要进行双面加工，因此我们可以创建两个模。一个是管道零件的底座，另一个是管道零件圆柱形轮廓。由于管道零件是个对称的零件，在建模的时候，我们可以将原点设在底座的对角线交点处，与加工坐标原点相重合，这样就不需要再重新创建坐标系原点了。在数控铣床上装夹管道零件时，曲面是不能直接被装夹的，因此在装夹底座平面的时候，实际的零件与创建的模型不是同一个，存在着旋转 90差异。对此我们可以有三种方法来解决这个问题：（1）创建的模型还是图纸给定的，在该零件“后处理”的文件中中，添加“G68 X0 YO P90”的指令。（2）建模建好后，先将原模型旋转 90，再进行刀具轨迹的设计，“后处理”生成的程序即为该零件的程序。（3）在建模的时候，直接将原模型旋转 90建模，“后处理”生成的程序即为该零件的程序。三、管道零件的加工工艺分析1.加工分析根据图纸，我们可以选择 1157575 的毛坯，需要用到的刀具有立铣刀、麻花钻、铰孔刀、球头铣刀。(1)加工难点：1)A 面的 0.02 的平行度控制。2)双面装夹时，平行度的保证。3)216H7 的孔位置度保证。4）曲面的加工。(2)坐标原点的创建：可以用建模时的原点作为加工坐标原点。(3)加工顺序考虑到装夹因素，底座的圆弧是不能用来装夹的，应先铣削管道零件的底座，再铣削上部的圆柱形轮廓，最后铰 16H7 的通孔。2.刀具选择粗加工时，为了提高铣削效率，一般选择较大的铣削深度，且留一定的铣削余量。精加工时为了保证尺寸精度，一般选择较大的铣削速度和较小的进给量。本零件加工刀具使用清单如表一所示。表一：刀具类型 刀具材料 刀具直径(D)麻花钻 高速钢 15.8铰孔刀 高速钢 16立铣刀 硬质合金 30立铣刀 硬质合金 20球头铣刀 硬质合金 16盘铣刀 硬质合金 503.加工工艺卡片研定加工工艺卡片如表二所示。表二：4、A 面的平行度 0.02 如何保证第一次装夹毛坯料，先用盘铣刀进行平端面，平好后，用百分表进行校验，正负偏差不能超过 0.01，然后再进行底座的铣削。第二次装夹底座的两端平面，圆柱形轮廓精铣好后，再用百分表进行校验，正负偏差不能超过 0.01。 这样 A 面平行度 0.02 就得以保证了。四、UG 加工造型1.UG 建模这是一个管道零件，可以通过拉伸增料、旋转、边倒圆等方法完成。根据图纸的特性，管道零件的底座可以用拉伸来完成，轴的部分可以通过旋转来完成，比较快捷。具体操作步骤如下：工种 工序 工步 加工内容铣 一 1 用 20 的立铣刀粗铣管道零件的底座。2 用 20 的立铣刀精铣管道零件的底座。铣 二 1 反身装夹，用 30 立铣刀粗铣圆柱形轮廓。2 用 16 的球头铣刀粗铣曲面。3 用 16 的球头铣刀精铣曲面。4 用 30 的立铣刀精铣圆柱形轮廓。钻 三 1 用 15.8 的麻花钻通孔。铰 四 1 用 16 的铰孔刀铰通孔。检查、去毛刺、上油。 （1）创建草图进入 UG8.0 软件，选择创建草图，选择“XY”平面为基准平面，画出如图 1 所示的草图。图 1 草图 图 2 拉伸对话框（2）拉伸增料在“过滤器”里面选择“曲线”、“相连曲线”选择外轮廓和 2个孔，选择拉伸增料，如图 2 所示。（3）创建草图选择“草图”，选择“XZ”平面为基准平面，创建草图如图 3 所示。图 3 草图 图 4 回转对话框 （4）旋转选择“回转图标”，在“过滤器”里面选择“曲线”、“相连曲线”，选择上面所画轮廓为旋转曲线，Z 轴为旋转轴，参数设置如图4 所示。（5）边倒圆选择“边倒圆”图标，“选择边”为圆柱形的上表面圆，其它参数设置如图 5 所示。图 5 边倒圆对话框建好后的零件如图 6 所示。图 6 管道零件模型 五、管道零件加工轨迹设计1.铣削管道零件底座打开底座模型如图 7 所示,进入“加工”界面。图 7 底座（1）创建几何坐标系：原点设置如图 8 所示。图 8 几何坐标系 图 9 几何体对话框（2）创建工件毛坯：进入加工界面后，选择几何视图，类型设置为包容块，其它参数设置如图 9 所示。（3）创建刀具组：创建一把直径 30cm 的立铣刀，参数设置如图10 所示。图 10 铣刀参数对话框 图 11 创建工序对话框 （4）创建工序：选择创建工序图标，粗加工时将铣削方法设置为“mill_rough”,其它参数设置如图 11 所示，型腔铣削中指定切削区域为底座轮廓四周，其余参数默认，选择下方的生成图标，确认以后就会生成模拟的加工图，如图 12 所示。图 12 模拟底座加工图2.圆柱表面加工工艺轨迹 （1）打开圆柱表面模型，重新创建工件坐标原点，原点设置如图 13 所示。图 13 工件坐标原点建立（2）重新创建毛坯，参数设置如图 14 所示。图 14 毛坯几何体对话框选择 30 的立铣刀，按照铣削底座平面的方法进行圆柱轮廓的粗精铣削。3.铣削凹椭球曲面创建一把 16 的球头铣刀，粗铣削凹椭球曲面时参数设置如图15 所示。确定以后进入型腔铣对话框如图 16 所示，指定切削区域选择凹椭球曲面。 图 15 创建刀具对话框 图 16 型腔铣对话框精铣削凹椭球曲面，选择 16 的球头铣刀，参数设置如图 18 所示。图 17 刀轨设置对话框铣削完成后的凹椭球曲面如图 18 所示。图 18 椭球曲面加工模型4.精铣圆柱形轮廓精加工时，创建一把 20 的立铣刀，将铣削方法设置为“mill_finish”，其余参数与粗加工时类似。 5.钻孔和铰孔加工创建一把 15.8 的麻花钻进行钻削加工，再创建一把 16 的铰孔刀进行粗精铰孔加工。铣削刀具轨迹如图 19 所示。图 19 铣削刀具轨迹 5.生成部分程序选取所有的加工步骤，如图所示，选择“后处理”，根据提示选择“MILL_3_AXIS 后处理器，如图 20 所示。图 20 后处理程序对话框总结从准备论文到开始写作，总共用了一个多月的时间，时间比较仓促。如有不到位的地方，请多多包涵。在这期间，老师和同学都是我的好伙伴，不懂的地方都是他们指导的。我也通过查阅书籍、收集资料，写成了这篇论文。在此谢谢我的指导老师！参考文献（1）洪惠良主编.CAD/CAM 应用技术（UG）.中国劳动出版社 2012.1.（2）沈建峰、黄俊刚主编.数控铣床/加工中心技能鉴定.北京化学工业出版社.2007 年.（3）沈建峰主编.数控机床编程操作.中国劳动社会保障出版社.2008年.