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1、球面文字的五轴数控雕刻加工目 录第一章 摘要和关键词2摘要2关键词：2第二章 项目来源3第三章 球面文字雕刻数控加工工艺的制定43.1零件分析43.1.1 模具零件的外形特点43.1.2零件的材料分析143.2零件加工工艺编制53.2.1零件的工艺分析53.2.2模具零件加工刀具选择53.2.3 确定切削用量26第四章 数控编程与加工84.1 CAD/CAM一般作业流程84.2 数控加工CAM软件功能要求94.3 UG NX4.0软件介绍94.4 零件的UG数控编程与加工流程104.5 模具与产品样品11第五章 总 结12致 谢12参考文献及资料：12第一章 摘要和关键词摘要本文主要介绍了根据
2、产品的二维图纸，采用UG软件进行三维实体建模，采用构建的三维实体模型，进行数控编程并处理成NC代码，然后再在五轴数控铣床上进行加工。由于产品模具要求在曲面上雕刻，采用五轴数控铣床加工可以很好加工出字体标签产品的艺术效果。本论文主要从数控加工工艺、五轴加工、自动编程方面分析球面字体的加工。关键词： UG软件 实体建模 五轴加工 球面雕刻 第二章 项目来源图1、产品工程图图2、产品图本项目来源于一生产加工企业，本产品为一橡胶标签，用材料铝做产品2的模具模仁，产品的主要部分采用三轴机床已经加工出来，根据图1要求，只需要加工出中间球面及球面字的母模部分。产品工程图是设计部门提交给生产部门的重要技术文件
3、。它反映出设计者的意图，表达出机器（或部件）对零件的要求，同时考虑到结构和制造的可能性与合理性，是制造和检验零件的依据。根据图1要求，该产品主要以外观为主，尺寸精度要求不高，根据CAD图纸构建该部分局部模具模型如图3所示。图3：罩盖UG三维实体模型第三章 球面文字雕刻数控加工工艺的制定3.1零件分析3.1.1 模具零件的外形特点模具零件外形呈球面外形，球面直径为33.61，字为凹形字，字总的深度为1mm，字的宽度为1到1.5mm。由于字体很小，一般的铣刀根本没法加工出来，只有采用直径为0.2mm左右的雕刻刀来加工。由于送来的模具除了球面及球面上的字需加工外，其他尺寸及外形都已经加工到位。为了能
4、准确的在已加工的模具上加工出本模型，对工件的装夹要求很高，在装夹时，需对零件的上表面进行找平，然后通过旋转工作台，找到模具零件的x轴和y轴。这样才能保证球面字能正确的雕刻在模具的正确位置。当然，在模具上加工本部分之前，先需要对本局部模具进行加工，来观察球面及字体部分模具出模的效果。3.1.2零件的材料分析1罩盖零件材料为超硬铝7A04（旧牌号LC4），其化学成分见表1所示。7A04系高强度合金，在刚淬火及退火状态下属性尚可，可热处理强化，通常在淬火人工时效状态下使用，这时得到的强度较一般硬铝高很多，但塑性较低，合金焊点焊接性良好，气焊不良，热处理后可切削性良好，但退火后的可切削性不佳。表1 7
5、A04的化学成分质量分数百分比（%）FeSiMnCuMgCr Ni Zn0.50.050.20.61.42.01.82.80.10.255.07.03.2零件加工工艺编制 3.2.1零件的工艺分析 该模具零件所需加工外形简单，但由于凹形曲面上的字沿球面的法向生成，采用三轴数控铣床无法完成，只有采用五轴机床才能将凹形字加工出来。具体的编程步骤将在第四章详细说明。由于字形很小，所以选用雕刻刀精加工凹形文字，雕刻刀直径小，这样就容易导致断刀，在选择切削参数时需特别注意。3.2.2模具零件加工刀具选择 选择数控加工刀具是一项重要的内容，刀具选择的好坏不仅影响加工效率，而且直接影响零件的加工。因为数控机
6、床主轴转速和范围远比普通机床高，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括高精度、强度、韧性、以及耐久性，并要求较高的尺寸稳定，易于安装。这就要求刀具有合理的结构、刀具几何参数标准化、系列化。刀具的选择应该考虑以下几个方面：(1)、根据零件的切削性能选择刀具。 (2)、按照零件加工阶段选择工具。(3)、根据加工区域特征和选择刀具的几何参数。(4)、每一品种的刀具材料都有其特定的加工范围，只能适应一定的工件材料相切削速度范围。不同的刀具或同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往会存在很大的差别，每一品种的刀具持有其最佳加工对象，即存在切削刀具与加工合理匹
7、配问题，两者的力学性能、物理性能和化学性能的匹配，以获得较长的刀具寿命和较高的切削加工生产率。 刀具选择总的原则是：根据切削加工零件的形状、材料选择安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高的刀具。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀工系统的刚性。3.2.3 确定切削用量2数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。1、确
8、定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度（表3铣削速度参考值）和刀具直径来选择。其计算公式为：其中：为切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n主轴转速，单位为r/min，D为刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床合适的转速。2、确定进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。 3、确定背吃刀量背吃刀量根据机床、刀工系统的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。总之，切削用
9、量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。根据对产品零件的分析、工艺情况分析最后制订切削加工工序卡片如表4所示：表4 零件的数控加工工序卡片单位名称产品名称零件名称零件图号序号程序编号夹具名称使用设备实训车间VMC850B/GSK25i数控中心工步号
10、工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1球面开粗T016350010000.5自动2球面精加工T0234008000.2自动3曲面文字雕刻T030.268001000.1自动所选刀具及其各加工表面见表5模具零件数控加工刀具卡片：表5 模具零件数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称零件图号序 号刀具号刀具刀具材料备注规格名称数量刃长/全长 mm1T016mm平底铣刀115/40高速钢4刃T023mm球头铣刀15/40高速钢2刃10T030.2mm，锥度37度1高速钢雕刻刀第四章 数控编程与加工CAM编程是当前最先进的数控加工编程方法，它是
11、利用计算机以人机交互图形方式完成从几何图形计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成的全过程，操作过程形象生动、效率高、出错几率低，而且还可以通过软件的数据接口共享已有的CAD设计结果，实现CAD/CAM集成一体化，实现无图纸设计制造。4.1 CAD/CAM一般作业流程输入设计要求建立设计模型方案设计结构设计评价？输出图样、文件CAPPNC自动编程加工模拟加工制造评价？计算机切削用量库NC代码库工艺库数据库图形库程序库NNYY图4 CAD/CAM系统的一般作业流程CAD/CAM系统是产品设计、制造过程中的信息处理系统，它以计算机硬件、软件为支撑环境，通过各功能模块（分系统）实现对产品的描述、计
12、算、分析、优化、绘图、工艺规程设计、仿真及NC加工。另外，从广义上讲，CAD/CAM集成系统还包括生产规划、管理及质量控制等方面的内容。因此，它克服了传统人工操作的缺陷，充分利用了计算机高速、准确、高效的计算功能，图形处理、文字处理功能，以及对大量各类数据的存储、传递、加工功能。在运行过程中，结合人的经验、知识及创造性、形成一个人机交互、各尽所长、紧密配合的系统。它主要研究对象的描述、系统的分析、方案的优化、计算分析、工艺设计、仿真模拟、NC编程及图形处理等理论和工程方法，输入的是系统的产品设计要求，输出的是系统产品制造加工信息。CAD/CAM系统的作业流程如图4所示：4.2 数控加工CAM软
13、件功能要求通用数控加工CAM软件应具备下述主要功能：工件几何的输入与数据接口、交互生成刀具路径、通用后置处理及数控程序的自动生成、工件几何参数的输入方式除了交互式绘图外，还要接收由其他CAD软件生成的图形数据，因此要求CAM软件的数据接口要通用，所接收的数据种类多，交互式生成刀具路径时能够把相关工艺参数引入，加工方式多、操作方便，并且能针对不同类型的机床数控系统生成加工程序。4.3 UG NX4.0软件介绍UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体建模。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC机
14、上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG NX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架，它为UG NX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。UG NX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于25轴或更多轴的铣削加工。4.4 零件的UG数控编程与加工流程序号加工内容刀路轨迹图形编程、加工说明1球面开粗建立加工坐标系，采用CAVITY_MILL（型腔铣）操作创建粗加工程
