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1、基于Mastercam X5棘轮零件三维设计及自动编程【摘要】本文主要阐述棘轮零件的三维造型及数控加工，内容包括零件图的工艺分析、工件的装夹方案、零件的加工工艺分析、工艺流程、程序设计等，其中零件图的工艺分析包括零件图的完整性及正确性、材料、技术要求、结构工艺性等方面的分析；装夹方案包括毛坯的选择、机床的选择、夹具的选择；加工工艺分析包括加工顺序的安排、刀具的选择、切削用量的选择等等。这些都是零件加工的重要组成部分，要使零件的加工精度，效率得到提高，就必须先对零件进行分析，确定好正确的工艺流程，使用Mastercam软件对零件进行三维造型和数控加工，充分发挥数控机床的高精度，高效率的特性。关键
2、词： 工艺分析、装夹方案、工艺流程、三维造型、自动编程Abstract: This paper mainly discusses the 3D modeling and NC machining of ratchet parts, including parts of the process analysis, workpiece clamping scheme, parts of the process analysis, process, program design, the process of parts drawing analysis includes parts of the
3、integrity and correctness, materials, technical requirements, construction technology and so on; the clamping scheme includes the choice of blank, the choice of machine tools, jig choice; analysis of the technological process including the sequencing of machining, tool selection, cutting the amount
4、of choice etc. These are an important part of machining, the machining accuracy of parts, improve the efficiency, we must first on the parts for analysis, determine the correct process, 3D modeling and NC machining of parts using the Mastercam software, give full play to the high accuracy of numeric
5、al control machine, high efficiency characteristics.Key words: Process analysis, clamping scheme, process flow, three-dimensional modeling, automatic programming4目 录1 绪论41.1 数控加工技术概述41.2 数控铣削加工技术51.3 本课题的主要任务52 零件的三维造型设计62.1 软件的选择62.2 零件的三维造型设计72.2.1 绘制顶盖72.2.2 底座的绘制92.2.3 实体的结合102.2.4 圆角的生成112.2.5
6、实体抽壳112.2.6 开口122.2.7 六边形凸台的生成132.2.8 孔的生成142.3 本章小结143 零件的工艺规程设计153.1 零件的工艺分析153.1.1 零件的结构特点工艺性分析153.2 毛坯的选择153.3 定位基准的选择163.4 装夹方式的选择163.5 工序及工步的划分163.6 刀具的选择163.7 切削用量的选择173.8 工艺卡片的制定183.8.1 工艺过程卡183.8.2 数控加工工序卡193.9 本章小结204 零件的MASTERCAM自动编程及仿真加工204.1 刀路设计前的准备204.2 毛坯的设置214.3 刀具的设置214.4 工序3加工型腔部分
7、的刀路设计224.4.1 工步1开粗的刀路设计224.4.2 工步2半精加工壁边及六边形凸台轮廓的刀路设计234.4.3 工步3精加工腔底及六边形凸台表面的刀路设计254.4.4 工步4精加工壁边及半精加工型腔喇叭锥面的刀路设计274.4.5 工步5精修六边形凸台轮廓的刀路设计284.4.6 工步6精加工喇叭锥面的刀路设计284.4.7 钻孔的刀路设计304.5 工序4铣凸台及外形的刀路设计314.5.1 工步1开粗的刀路设计314.5.2 工步2精加工外轮廓的刀路设计324.5.3 工步3半精加工凸台轮廓334.5.4 工步4精加工凸台交接面344.5.5 工步5精加工凸台及圆角344.6
8、后处理设置（加工程序的生成）354.7 仿真加工39结 束 语41谢 辞42参 考 文 献431 绪论1.1 数控加工技术概述数字控制简称数控（NC），是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信息实现设备控制的一种方法，在数控加工技术方面得到了广泛的应用。数控技术是数字程序控制设备实现自动工作的技术。它广泛应用于机械制造和自动化领域，较好的解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程中的自动化问题。随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。随着改革
9、开放深入发展，全国特别是国有大中型企业级三资企业，在生产中都广泛的应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的需求量大大提高。随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区（广东、浙江、山东）地区，数控人才更是供不应求。所以数控行业有着十分广阔的前景。要成为合格的数控编程员需具备有以下技能：（1）熟练掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作；（2）熟练掌握机械设计和制造专业知识；（3）掌握计算机制图cad/cam软件。如UG、Proe、Mastercam、AUTO CAD等；（4）数量掌握手工编程和自动编程等技术。数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成
10、以数码表示的程序输入到机床的数控装置中，以控制工件归队运动，使之加工出合格零件的方法。该技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术。1948年美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以加工，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，揭开了数控技术的序幕。一般来说，数控加工技术涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两个方面。数控机床是数控加工的硬件基础，其性能对加工效率、精度等方
11、面有决定性的影响。高速、高效和高精度技术是机床技术的发展目标。零件加工程序的编制是实现数控加工的重要环节，对于产品质量的控制有着重要的作用。特别是对于复杂零件加工，其编程工作的重要性甚至高于数控机床本身。以便充分发挥数控机床的性能，获得更高的加工效率和质量。当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重要的地位，是柔性制造系统、计算机集成制造系统、自动化工厂的基本构成单位。努力发展数控加工技术，向着更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业的发展方向。1.2 数控铣削加工技术数控铣削加工是以铣削为加工方式的数控机床加工，包括数控铣床、加工中心加工等。在数控机床中
12、所占的比例比较大，在航空航天、汽车制造、一般机械制造加工和模具制造业中应用非常广泛。数控铣削加工中心的特点如下：(1)加工精度高。在加工中心上加工，其工序高度集中，一次装夹即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次装夹所产生的装夹误差，因此，加工表加工中心面之间能获得较高的相互位置精度。同时，加工中心多采用半闭环，甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，与普通机床相比，能获得较高的尺寸精度。(2)精度稳定。整个加工过程由程序自动控制，不受操作者人为因素的影响。同时，没有凸轮、靠模等硬件，省去了制造和使用中磨损等所造成的误差，加
13、上机床的位置补偿功能和较高的定位精度和重复定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。(3)效率高。一次装夹能完成较多表面的加工，减少了多次装夹工件所需的辅助时间。同时，减少了工件在机床与机床之间、车间与车间之间的周转次数和运输工作量。(4)表面质量好。加工中心主轴转速加工中心和各轴进给量均是无级调速，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整到最佳数值，从而提高了各加工表面的质量。(5)软件适应性大。零件每个工序的加工内容、机床切削用量、工艺参数都可以编人程序，可以随时修改，这给新产品试制，实行新的工艺流程和试验提供了方便。1.3 本课题的主要任务给定样图如图2.
14、1所示。图2.1 零件样图根据图2.1需要完成以下五项内容：（1）绘制零件二维图及三维图；（2）分析零件结构、技术要求等；（3）对零件进行工艺分析；（4）制定合理的加工方案；（5）运用Mastercam绘制出零件的三维图及仿真加工。2 零件的三维造型设计2.1 软件的选择选择MasterCAM X5软件进行造型及编程。Mastercam是美国CNC software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，由于它对硬件要求不高，且操作灵活、易学易用并有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎。目前，在各种CAD/CAM软件中其装机量居世界第一。Mastercam是一套全面服
15、务于制造业的数控加工软件，它包括设（Design）、车削（Lathe）、铣削（Mill）与线切割（Wire）四个模块。其中设计模块主要用于绘图和加工零件造型；车削模块主要用于生成车削加工刀具路径；铣削模块主要用于生成铣削加工的刀具路径；线切割模块主要用于生成电火花与线切割的加工路径。其中后三个模块内也包括设计模块中的完整设计功能。Mastercam的铣削功能模块（Mill）是在生产实践中运用得最多最广泛的数控编程模块。它主要的功能有：具有完整的曲线曲面建模功能，便于建立2D、3D几何模型；能高效地编制各种铣削加工程序；用它可快速设计加工零件，还可以组织、管理相关的文档；Mastercam的数据转换器，可与任何CAD系统交换数据，这些转换器包括：Ascii、STEP、Autodesk、IGES、Parasld、STL、VDA、SAT、ProE等。2.2 零件的三维造型设计2.2.1 绘制顶盖（1）绘制草图运用曲线功能，绘制出顶盖的草图曲线如图2.1所示。图2.1 草图（2）实体旋转运用“实体旋转”工具，对草图进行旋转。最终得
