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1、毕业设计(论文)题目：可乐瓶底凹模的几何造型及数控加工摘 要随着CAD/ CAM、数控加工、快速成型等先进制造技术在机械制造中的应用, 传统的二维设计及模拟加工方式越来越不适应现代化生产和集成化技术的要求, 逐步被现代化制造取代。机械制造必须运用先进的设计及制造手段, 才能满足产品的多变性、多样性。在复杂的机械制造中普通的制造设计手段已难以精确加工成型,因此机械数字化制造势在必行,机械制造精度和质量也大大提高, 加快了机械设计制造的科学化和现代化。Mastercam 是由美国CNC Software NC公司开发推出的基于PC平台上集设计和制造于一体的CAD/CAM软件，是最经济有效率的全方位
2、的软件系统，也是我国目前机加行业中使用最普遍的软件之一，利用Mastercam软件进行实体模拟加工，它的精确快速在很大程度上提高了机械加工的效率和质量，提高了设备利用率,减少刀具、机床的磨损。使得它成为了未来机械加工更加广泛应用的趋势。现以可乐瓶底为例, 阐述Mastercam在机械制造和数控加工方面的应用。本例为我们每天都看能看得到的可乐瓶底的造型的凹模型腔。尺寸按实物测量而成。如果软件的造型功能不强大，造此型并非易事，而在Mastercam中却是轻而易举。 关键词：CAD/CAM；机械制造；Mastercam；模拟加工Abstract With the application of CAD
3、 / CAM, CNC machining, rapid prototyping, such as advanced manufacturing technology in the machinery manufacturing, the traditional two-dimensional design and analog processing methods become increasingly unsuited to the requirements of modern production and integration of technology, and gradually
4、the modern manufacturing to replace . The machinery must use advanced design and manufacturing methods to meet the product variability and diversity. Common manufacturing design tools in the complex machinery is difficult to precisely processed molding, mechanical digital manufacturing is imperative
5、, machinery manufacturing precision and quality has greatly improved, to accelerate the mechanical design and manufacture of scientific and modern. Mastercam is developed by CNC Software, the NC-based PC platform Part design and manufacture integrated in the CAD / CAM software, is the most economica
6、l and efficient full range of software systems, and also the machining industry, the most commonly used software, one of Mastercam software entity analog processing, its precise and rapid greatly improve the machining efficiency and quality, improve equipment utilization, reduce the wear of cutting
7、tools, machine tools. Making it the machining is more widely used trend. Now bottom of the bottle of Coke, for example, described the application of Mastercam in machinery manufacturing and CNC machining. In this case can be seen of us every day to see the shape of the Coke bottle bottom concave cav
8、ity. Size of the physical measurements made. Software modeling capabilities, making this type will not be easy, in Mastercam is easy.Keywords: CAD / CAM; machinery manufacturing; Mastercam,; analog processing目 录第一章 绪论11.1 Mastercam的基本情况11.2 Mastercam的启动与工作界面11.3 主要功能和特色21.4 业内竞争态势与国内发展前景3第二章 可乐瓶底凹模型
9、腔的造型42.1 造型方法思路、可行性研究及分析42.2 绘制可乐瓶底线架52.3 建立可乐瓶实体7第三章 可乐瓶底凹模型腔加工93.1 可乐瓶底凹模型腔加工前的准备工作93.2 可乐瓶底凹模型腔加工步骤103.3 生成G代码29结 论30致 谢31参考文献32 第 33 页 第一章 绪论1.1 Mastercam的基本情况 Mastercam LOGO 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 Masterca
10、m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。 Mastercam x10还有支持中文环境，而且价位适中，对广大的中小企业来说是理想的选择，是经济有效的全方位的软件系统，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统。Mastercam不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。其可靠刀具路径效验功能使Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。同时Mast
11、ercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果 Mastercam软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工，从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。 1.2 Mastercam的启动与工作界面启动Mastercam软件的方法与通常的Windows软件相同，可以使用以下两种方法之一：u 选择菜单【开始】【程序】【】【】。u 在桌面上双击Mastercam的快捷方式图标，弹出如图1-1所示界面。 Mastercam x10界面包括许多不
12、同的工具栏，在顶部有标题栏主菜单标 准工具栏构图工具栏，当前功能设置工具栏，光标自动跟踪和选择工具栏。左边有刀具路径操作管理器实体管理器。屏幕中间是绘图区，右边是当前使用功能图标 图1-11.3 主要功能和特色Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。可靠的刀具路径校验功能 Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还
13、能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，比如常用的FANUC系统，根据机床的实际结构，编制专门的后置处理文件，编译NCI文件经后置处理后便可生成加工程序。Mastercam利用RS-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。利用Mastercam的Communic功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况。 Mastercam包括CAD和CAM两个部分， Mastercam X10的
14、CAD（设计）模块，它提供了和AutoCAD一样的强大的绘制几何图形的功能，包括画点、画直线、画圆弧、倒圆角、倒角、画样条曲线、画曲面、尺寸标注、画矩形、矩形形状设置、画多边形、画椭圆等。可以绘制各种实体，如挤出、旋转、扫描、举升、倒圆角、倒角、薄壳等Mastercam X10的CAM（加工），包括铣削、车削、线切割三个CAM模块，总称为CAD/CAM，可作二维和三维加工。1.4 业内竞争态势与国内发展前景 Mastercam强项在数控加工，简单易用，产生的NC程序简单高效。主要竞争对手有UG NX，Edgecam，WorkNC,Cimtron, Delcam（Powermill），PTC（P
15、ro/NC），Space-e，CAMWORKS，HyperMILL等，与这些软件相比，在2D加工方面有压倒性优势；曲面方面，在简单规则类方面占优势；多轴曲面方面，在X3中引入了第三方的5轴多曲面加工，使其在通用数控加工中依然是王者。Mastercam对硬件的要求不高，在一般配置的计算机上就可以运行，且操作灵活，界面友好，易学易用，适用于大多数用户，能迅速地给企业带来经济效益。另外，Mastercam相对其他同类软件具有非常高的性价比。随着我国加工制造业的崛起，Mastercam在中国的销量，在全球的CAM市场份额雄居榜首，因此对机械设计与加工人员来说，学习Mastercam是十分必要的 第二章
16、 可乐瓶底凹模型腔的造型2.1 造型方法思路、可行性研究及分析基于Mastercam数控加工步骤Mastercam的使用流程如图1所示。根据流程图所示，我们可以看出基于Mastercam在数控加工中主要包括以下几个方面内容：首先是根据零件图纸，对零件进行造型；其次是选用合适的加工方法并进行相关参数的设定；最后是加工仿真，生成G 代码。下面结合可乐瓶底的数控加工这一实例，进一步阐述基于Mastercam的具体应用方法。根据需要加工的部分配置机床分析图纸用线架、曲面和实体表达工件选择加工参数，产生加工轨迹加工仿真G 代码图示：Mastercam使用流程图1. 准备工作:在这个阶段主要完成加工环境设
17、计工作。完成数控机床参数设置、刀具元件建库、刀具组装、通用夹具元件建库、专用夹具元件建模、夹具组装,目的是建立一个三维工件的加工环境。同时对Mastercam自定义用户界面工具栏状态和运行环境进行设置为可乐瓶底造型和仿真加工建立一个良好环境2. 加工方案设计:对可乐瓶底凹模三维建模进行分析, 根据零件毛坯、夹具装配之间的空间几何关系, 筛选最适用的加工方法。对实体造型进行进一步的工艺分析, 根据加工性质修改增补造型; 根据加工特点以及加工能力, 确定需要加工的三维实体面, 再分析实体的组成情况,拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径。对刀具在运动中可能发生干涉的部位, 应及时进行加工环境调整。
18、可乐瓶底模是一个较复杂的曲面与平面相结合的零件,由于无法准确计算曲面上各点坐标值,很难用G代码或APT语言进行手工NC编程, 只能用Mastercam软件自动生成加工程序。可乐瓶底的曲面造型比较复杂，可以利用Mastercam软件的强大实体造型功能完成可乐瓶底凹模型腔。图1为凹模实体造型，图2为可乐瓶底线架 图1 图22.2 绘制可乐瓶底线架1.设置构图面为俯视构图面。2.使用R画矩形，以原点为四边形的中心，绘制150mmX150mm的四边形；使用E两点画线命令，绘制（0,0,0）（0,0,40）；（0,0,0，）（58,0,0）两条线段，如下图： 3.设置构图面为前视图，并切换到等角视图。4
19、.使用D两点画弧命令，绘制起点（58,0,0），终点（42,50.5,0），半径为120mm的圆；使用三点画弧命令，根据点（0,40,0），（3.88,40.13,0），（8.36,40.55,0），（13.5,41.7,0），（16.6,43,0），（23.64,47.28,0），（29.3,49.5,0），（35.75,50.17，0），（42,50.5,0），绘制圆弧段；使用E选两物体倒圆角命令，倒半径为12mm的圆弧，所得图形如下图： 5.使用D两点画弧命令，绘制起点（58,10,0），终点（16.6,43,0），半径为80mm的圆弧，如下图： 6.设置构图面为右视图，并切换到等角视图
20、。7.使用C点圆心命令，绘制圆心点为（0，52.5，16.6），半径为9.5mm的圆；使用E两点画线命令，绘制起点为（-24,91,16.6），终点为（24,91,16.6）的线段；再以线段的两个端点为起点绘制两条与圆相切的线段；使用修剪命令，将圆的多余部分剪切掉，所得如下图： 2.3 建立可乐瓶实体1.根据建立实体要求进行图层设置，如下图： 2.设置构图面为俯视图，打开图层1和11，使用实体菜单中的挤出命令，采用串联方式，建立一个厚为15mm的凸台，如下图： 3.建立图层12为旋转实体，打开图层2和12，使用实体菜单中的R旋转命令，采用串联方式，以Z轴为旋转轴，起始角度为0度，终止角度为36
21、0度，建立瓶底圆壁实体，如下图： 4.建立图层13为扫描实体，打开图层3和13，使用实体菜单中的S扫描命令，采用串联方式，分别选取串联1和串联2，建立扫描实体，如下图： 5.使用X转换菜单中的R旋转命令，采用复制方式，旋转次数为4，单次旋转角度为72度；打开图层12和13，使用实体菜单中的布尔运算的切割方式，分别选取目标实体和工具实体，对目标实体进行切割，如下图： 6.使用实体菜单中的F倒圆角命令，以边的方式，选择凹槽的边，设置半径为5.5mm；再使用实体菜单中的布尔运算的结合的方式，分别选取两个实体，如下图： 7.使用菜单栏中的旋转命令，将视图切至前视图，在旋转选项中点击移动，旋转次数为一次
22、，旋转角度为180度；然后使用实体菜单中挤出命令，选取串联创建一个70mm的凸台；最后进行布尔切割运算得到以下如图可乐瓶底凹模实体。第三章 可乐瓶底凹模型腔加工3.1 可乐瓶底凹模型腔加工前的准备工作刀具的选择：刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金
23、刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲面的精加工。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。因此对可乐瓶底的加工可选用圆鼻刀和球头刀。 刀路规划：1.对坯件使用曲面挖槽粗加工去除0 至-35深度余量，刀
24、具20r1的圆鼻刀2.使用曲面挖槽粗加工方法去除 -35 至 -40深度余量，刀具12r2圆鼻刀3.使用曲面挖槽粗加工方法去除 -40 至 -55深度余量，刀具8r4球头刀4.对凹模侧壁使用等高外形粗加工方法进行 半精加工，刀具12r2圆鼻刀5.对凹模底部使用环绕等距精加工方法进行 半精加工，刀具8r4球头刀6.对凹模侧壁使用等高外形精加工方法进行 精加工，刀具8r4球头刀7.对凹模底部使用环绕等距精加工方法进行 精加工，刀具6r3球头刀3.2 可乐瓶底凹模型腔加工步骤打开图档“可乐瓶底凹模”，按快捷键F9，可见已设置好编程坐标系，加工边界为如图所示绿色边线。1.对坯件材料使用曲面挖槽粗加工方
25、法去除0 至-35深度余量，刀具20r1 圆鼻刀；使用曲面粗加工中的挖槽命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边界选取刀具：20r1 圆鼻刀，如图所示设置相关加工参数刀具路径显示如下图所示： 2.使用曲面挖槽粗加工方法去除 -35 至 -40深度余量，刀具12r2圆鼻刀；使用曲面粗加工中的挖槽命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边界选取刀具：12r2圆鼻刀，如图所示设置相关加工参数刀具路径显示如下图所示： 3.使用曲面挖槽粗加工方法去除 -40
26、至 -55深度余量，刀具8r4球头刀；使用曲面粗加工中的挖槽命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边界选取刀具：8r4球头刀，如图所示设置相关加工参数刀具路径显示如下图所示： 4.对凹模侧壁使用等高外形粗加工方法进行半精加工，刀具12r2圆鼻刀；使用曲面粗加工等高外形命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边界选取刀具：12r2圆鼻刀，如图所示设置相关加工参数刀具路径显示如下图所示：5.对凹模底部使用环绕等距精加工方法进行半精加工，刀具8r4球头刀；
27、使用曲面精加工中的环绕等距命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边界选取刀具：8r4球头刀，如图所示设置相关加工参数在刀具路径的间隙设置里选择切削顺序最佳化刀具路径显示如下图所示：6.对凹模侧壁使用等高外形精加工方法进行 精加工，刀具8r4球头刀；使用曲面精加工中等高外形命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边界选取刀具：8r4球头刀，如图所示设置相关加工参数刀具路径显示如下图所示：7.对凹模底部使用环绕等距精加工方法进行精加工，刀具6r3球头刀；
28、使用曲面精加工中的环绕等距命令。加工曲面：使用实体选择方式在绘图区中选择实体作为加工曲面切削范围边界：在绘图区中选择底部的绿色边线作为加工边选取刀具：6r3球头刀，如图所示设置相关加工参数在刀具路径的间隙设置里选择切削顺序最佳化刀具路径显示如下图所示：实体验证如下图所示：3.3 生成G代码模拟验证正确过后点击刀具管理器的后处理【G1】图标生成加工程序其程序如下(程式名=可乐瓶底.NC ) (工件坐标= G54 )N100 G0 G17 G40 G49 G80 G90N102 G91G28 Z0.N104 S2500 M3N106 G0 G90 G54 X-45.106 Y3.789N108 Z
29、25.N110 M8N112 Z8.5N114 G1 Z3.5 F500.N116 G3 X-26.648 Y-3.911 Z1.854 I9.229 J-3.85N118 X-45.106 Y3.789 Z.207 I-9.229 J3.85. .N9894 X10.2 Y31.53 Z-50.016N9896 G0 Z-45.016N9898 Z25.N9900 G91 G28 Z0.N9902 M05N9904 M30至此，可乐瓶的造型、生成加工轨迹、加工轨迹仿真检查、生成G代码程序已经全部做完。结 论Mastercam提供了多种加工方式可供选择，很多情况下，同一种零件可用不同的加工方式
30、进行加工。究竟用哪一种加工方式来生成轨迹，要根据所要加工形状的具体特点，不能一概而论。最终加工结果的好坏，是一个综合性的问题，它不单纯决定于程序代码的优劣，还决定于加工的材料、刀具、加工参数设置、加工工艺、机床特点等等，几种因素配合好了我们才能够得到最好的加工结果。以可乐瓶底模为例, 利用Mastercam 制造工程师进行复杂模具实体设计和数控加工, 能大大减少编程人员的工作量,免去了繁琐的数值计算,编程结果直观,通过仿真切削和刀具干涉检查,可确保所编程序一次成功, 大幅度减少机床调试时间和机床试切时间,既可以缩短模具生产周期,又可以确保零件表面质量和加工精度,提高了工作效率,取得了良好的经济
31、效益,增强了企业竞争力。致 谢本课题在选题及研究过程中得到张权老师的悉心指导。张老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。张老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道，对张老师的感激之情是无法用表的。我即将带着憧憬和希望离开母校，融入社会。而我的所有憧憬，所有希望，都是母校以及生活在母校周围的人给予的。古人说，大恩不言谢。我也深知，内心的感激不是几句感谢所能表达的。那些教导、帮助过我的人更不是为了我这几句感谢。但是我还是要借这个机会说上几句，才能使内心得以平静。感谢大学三年教导我们的所有
32、老师！是你们使一个懵懂少年成长为一个有一技之长的人；是你们在我迷失的时候给了我方向；更是你们让一个远离家乡的孩子体验到了家一般的温暖，你们严于治学，工作严谨的态度，已经深深的印在我的心里。祝福所有的老师，工作顺利。感谢我的同学！你们在我情绪低落的时候给了我鼓励，在我遇到难题时给了我帮助，希望你们在今后的日子里事业有成，步步高升。这几百字的致谢辞，不足以表达此时的心情。我只能在今后的工作和学习中更加努力，用行动来表达一切。最后，再次感谢所有给予过我帮助的人！谢谢！参考文献1 严烈,2007年.Mastercam X10应用基础教程【M 】. 广州冶金工业出版社2 陈建军,2009年.数控铣床与加
33、工中心【M】.北京：机械工业出版社3 宋昌平,2008年.MastercamX实战技巧【M】.北京：化工工业出版社4 荆长生,2009年2月.机械制造工艺学【M】.西安：西北工业大学出版社5 钟日铭,2009年.MadtercamX3三维造型与数控加工【M】.清华大学出版社6 钟华玉,2006年.MastercamX三维画图与加工【M】.北京人民邮电出版社7 张超英,罗学科,2003年.数控加工综合实训【M】.北京化学工业出版社8 王金城,2006年.数控机床实训技术【M】.北京电子工业出版社9 顾晔,楼章华,2009年.数控加工编程与操作【M】.北京人民邮电出版社10 李正峰，2004年8月.数控加工工艺【M】.上海交通大学出版社11 邱松，2005年.造型设计基础【M】.北京清华大学出版社12 杨正，2003年.工业产品造型设计【M】.武汉大学出版社