第2章肥皂盒定模仁的加工工艺设计

1第2章肥皂盒定模仁的加工工艺设计一、肥皂盒外形设计过程1.1、肥皂盒外形设计设计如图2-1所示的长方行肥皂盒定模仁。该工件外形规则，结构相对复杂，有内孔、倒角等几何元素。图2-1肥皂盒定模仁实体1.2、设计思路设计如图2-21所示的长方行肥皂盒定模仁。经综合分析做出该零件实体需要用的机床有钻床，数控铣床，数控车床，电脉冲。图2-2肥皂盒定模仁正反面实体当此零件用数控铣床进行加工时必须在铣床床身上固定（此零件在数控铣床上固定用的夹具是平虎口钳），但是此零件是定模仁故为了考虑材料的经济性，平虎口钳就不能固定了。为了解决这一问题就在加工前需要对其反面进行打工艺孔并攻丝，这样底面就可以固定在铣床床身上了。加工具体参数详见附录A2二、肥皂盒工艺分析与工艺规划2.1、精度分析该工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求较高，部分尺寸达IT8级。2.2、材料分析毛胚材料为P20钢材，其特性在真空脱气精炼处理钢质纯净，适合要求抛或蚀纹加工塑胶模。组织致密，无气孔，针眼缺陷。无需在热处理可直接用于模具加工，缩短工期。2.3、工件的基准分析工艺基准是零件在加工和测量时使用的基准。工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。（1）装配基准：装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准。（2）测量基准：用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准。（3）定位基准：加工时工件定位所用的基准。作为定位基准的表面（或线、点），在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面，这种定位表面称粗基准。在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准，这种定位表面称精基准。选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠，其选择原则如下：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于装夹原则，该零件的基准分析①设计基准分析：工件的设计准则为两条中心线。②工艺基准分析：考虑工件的加工和定位，下端面为基准面。2.4、零件的数控加工工艺分析该定模仁的内部侧壁比较陡峭，而四周相对的比较平缓，零件的材料P20，表面粗糙度为Ra6.3μm，尺寸精度和表面的质量要求也都要求不高，且零件的尺寸标注完整。毛坯选用280x180的长方体，先铣其中一个面，将毛坯夹紧在数控铣床的工作台上。工件坐标系原点设在工件顶面中心。零件在进行数控铣削加工时，毛坯应留有充分、稳定的加工余量。2.5、加工过程中的参数要求进行加工时，相关参数的选择也直接关系到产品加工的精度。它的主要参数包括有主轴转数、进给速率、刀具切入时的S进给速率、步距宽度和切削深度等。主轴转速一般根据切削速度来计算，切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关。（1）背吃刀量ap的选择3当侧吃刀量ae＜d/2（d为铣刀直径）时，取ap＝（1/3～1/2）d；当侧吃刀量d/2≤ae＜d时，取ap＝（1/4～1/3）d；当侧吃刀量ae＝d（即满刀切削）时，取ap＝（1/5～1/4）d。当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，ap可取得更大。（2）进给量F的选择粗铣时铣削力大，进给量的提高主要受刀具强度、机床、夹具等工艺系统刚性的限制，根据刀具形状、材料以及被加工工件材质的不同，在强度刚度许可的条件下，进给量应尽量取大；精铣时限制进给量的主要因素是加工表面的粗糙度，为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面的粗糙度，一般采用较小的进给量，具体参见表2-1。F＝f×z（mm/r）或F＝S×f×z（mm/min）F为进给速度f为铣刀每齿进给量z为主轴转速S为主轴转速表2-1铣刀每齿进给量f推荐值（mm/z）工件材料工件材料硬度（HB）硬质合金高速钢端铣刀立铣刀端铣刀立铣刀低碳钢150～2000.2～0.350.07～0.120.15～0.30.03～0.18中、高碳钢220～3000.12～0.250.07～0.10.1～0.20.03～0.15灰铸铁180～2200.2～0.40.1～0.160.15～0.30.05～0.15可锻铸铁240～2800.1～0.30.06～0.090.1～0.20.02～0.08合金钢220～2800.1～0.30.05～0.080.12～0.20.03～0.08工具钢HRC360.12～0.250.04～0.080.07～0.120.03～0.08镁合金铝95～1000.15～0.380.08～0.140.2～0.30.05～0.15表2-1③铣削速度V的选择在背吃刀量和进给量选好后，应在保证合理的刀具耐用度、机床功率等因素的前提下确定，具体参见表2-2。Vc=πdS/1000（m/min）Vc为铣削速度S为主轴转速d为铣刀直径表2-2铣刀的铣削速度V(m/min)工件材料铣刀材料碳素钢高速钢超高速钢合金钢碳化钛碳化钨铝合金75～150180～300240～460300～600镁合金180～270150～6004钼合金45～100120～190黄铜（软）12～2520～2545～75100～180黄铜10～2020～4030～5060～130灰铸铁（硬）10～1510～2018～2845～60冷硬铸铁10～1512～1830～60可锻铸铁10～1520～3025～4035～4575～110钢（低碳）10～1418～2820～3045～70钢（中碳）10～1515～2518～2840～60钢（高碳）10～1512～2030～45合金钢35～80合金钢（硬）30～60高速钢12～2545～70表2-2三、肥皂盒的模型加工3.1、数控加工设置（1)打开文件打开CimatronE后，在“打开文档”菜单下选择分模后的零件。（2)进入编程模块输出到CAM在主菜单上选择“文件”→“输出”→“到加工”，将当前文件作为加工模型输出到CAM方式。如图2-3所示图2-3进入编程模块（3)创建刀具单击工具条中的【刀具】图标，屏幕弹出“刀具和卡头”的对话框，开始设置刀具参数。①单击【新建刀具】图标，设置刀尖为牛鼻刀，刀具名称为D16R4，刀具设定为铣刀，直径为16，倒圆半径为4，切削刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数5如图2-4所示。图2-4创建的刀具参数②单击【应用】图标保存所创建的刀具，再单击【新建刀具】图标，设置刀尖为平刀，刀具名称为D12，刀具设定为铣刀，直径为12，倒圆半径为4，切削刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数如图2-5所示。图2-5创建的刀具参数③单击【应用】图标保存所创建的刀具，再单击【新建刀具】图标，设置刀尖为球刀，刀具名称为D3R1.5，刀具设定为铣刀，直径为3，倒圆半径为1.5，切削刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数如图2-6所示。图2-6创建的刀具参数④单击【应用】图标保存所创建的刀具，再单击【新建刀具】图标，设置刀尖为球刀，刀具名称为D8R4，刀具设定为铣刀，直径为8，倒圆半径为4，切削6刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数如图2-7所示。图2-7创建的刀具参数⑤单击【应用】图标保存所创建的刀具，再单击【新建刀具】图标，设置刀尖为平刀，刀具名称为D1，刀具设定为铣刀，直径为1，倒圆半径为0，切削刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数如图2-8所示。图2-8创建的刀具参数⑥单击【应用】图标保存所创建的刀具，再单击【新建刀具】图标，设置刀尖为球刀，刀具名称为D0.1，刀具设定为铣刀，直径为1，倒圆半径为0.05，切削刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数如图2-9所示。图2-9创建的刀具参数⑦单击【应用】图标保存所创建的刀具，再单击【新建刀具】图标，设置刀尖为平刀，刀具名称为D10，刀具设定为铣刀，直径为10，倒圆半径为0，切削7刃长为6，刀长为12，创建的刀具参数如图2-10所示。图2-10创建的刀具参数⑧单击【确定】图标保存以上所创建的刀具，创建完成的道具列表如图2-11所示。图2-11创建刀具（4）创建刀路轨迹单击工具条中的【创建刀路轨迹】，系统弹出“创建刀路轨迹”菜单，设置类型为“3轴加工”，起点中的Z（安全平面）为100，屏幕上也显示出安全平面的位置，确定即完成刀路轨迹的创建。（5）创建毛坯单击工具条中的【创建毛坯】，屏幕上弹出“初始毛坯”对话框，默认选择毛坯的类型为“矩形”，毛坯预览如图2-12，确定创建毛坯。图2-12创建毛坯83.2、2.5轴封闭轮廓铣（1）创建加工程序单击工具条中的【创建加工程序】，系统弹出加工程序的对话框，设置主选择为“2.5轴”，字选择为“封闭轮廓铣”，如图2-13所示。（2）选择刀具点击“刀具和卡头”，在“刀具”列表框中选择名称为D10的刀具作为当前刀具，下方将显示当前刀具为D10。同时坐标的原点位置也将显示刀具。单击【确定】按钮，完成刀具的选择。（3）选择加工对象单击【零件】按钮打开下拉菜单，单击【零件曲面】进入零件曲面的选取界面，再单击鼠标右键，选择“所有显示对象”，单击鼠标中键完成零件曲面的选取。再单击【轮廓】进入轮廓的选择界面，选择零件底面，单击鼠标中键即完成轮廓的选择。如图2-14所示。图2-13创建加工程序图2-14选择轮廓（4）设置刀路参数单击【刀路参数】，，系统进入“刀路参数”的对话框。在参数列表中从上到下进行各个参数的设置，如图2-15所示。①设置安全平面的参数。打开使用安全高度，安全平面设为100.0；内部安全高度为绝对Z值，值为100.0；坐标系名称为UCS11_2。②设置精度与曲面偏移参数零件轮廓精度设为0.10③设置刀路轨迹的参数Z值最大值：52.000Z值最小值：0切削深度：0.2000（5）设置机床参数主轴转速(r/min)：2500进给（mm/min）：1000空切：快速图2-15刀路参数图9切入进给速率（%）：30侧向进给速率（%）：100拐角进给速率（%）：100冷却：冷却液关闭主轴旋转方向：顺时针（6)保存并计算完成参数的设置后，单击【保存并计算】，运算当前的加工程序。计算完成后，在绘图区域将显示生成的刀路轨迹。（7)后置处理单击【后置处理】图标，选择目标文件夹：F:\毕业设计，重命名文件类型：仅G代码文件，文件名：2.5轴-封闭轮廓铣，文件扩展名：TXT。单击【应用】图标将输出该程序。（8）高级仿真单击编程向导条中的【高级仿真】图标，观察刀具所出的刀路，刀具的走刀路径。3.3、体积铣环切3D（1）创建加工程序单击工具条中的【创建加工程序】，系统弹出加工程序的对话框，设置主选择为“体积铣”，字选择为“环切-3D”，如图2-16所示。（2）选择刀具点击“刀具和卡头”，在“刀具”列表框中选择名称为D16R4的刀具作为当前刀具，下方将显示当前刀具为D16R4。同时坐标的原点位置也将显示刀具。单击【确定】按钮，完成刀具的选择。（3）选择加工对象单击【零件】按钮打开下拉菜单，单击【零件曲面】进入零件曲面的选取界面，再单击鼠标右键，选择“所有显示对象”，单击鼠标中键完成零件曲面的选取。再单击【轮廓】进入轮廓的选择界面，选择零件底面，单击鼠标中键即完成轮廓的选择。如图2-17所示。图2-16创建加工程序图2-17选择加工对象（4）设置刀路参数单击【刀路参数】，系统进入“刀路参数”的对话框。在参数列表中从上到下10进行各个参数的设置，如图2-18所示。①设置安全平面的参数。打开使用安全高度，安全平面设为100.0；内部安全高度为绝对增量，值为1.0；坐标系名称为UCS11_2。②设置精度与曲面偏移参数零件加工余量设为0.10；逼近方式设为根据精度；零件曲面精度设为0.030③设置刀路轨迹的参数Z值最大值：53.0Z值最小值：0.0切削深度：0.50侧向步长：7.0拐角铣削：外部圆角切削方向：混合铣铣削方向：由内向外（5）设置机床参数主轴转速(r/min)：1989进给（mm/min）：2500空切：快速切入进给速率（%）：10侧向进给速率（%）：80向下进给速率（%）：8冷却：冷却液关闭主轴旋转方向；顺时针（6)保存并计算图2-18刀路参数完成参数的设置后，单击【保存并计算】，运算当前的加工程序。计算完成后，在绘图区域将显示生成的刀路轨迹。（7)后置处理单击【后置处理】图标，选择目标文件夹：F:\毕业设计，重命名文