展望与总结 ……………………………………………………………………29

第一章 绪论

1.1本次毕业设计的课题与目的

本次课题是《电风扇旋钮设计及其数控加工》。目的是进一步了解零件设计的流程与掌握数控加工编程；掌握Pro/E、MasterCAM等软件的应用。

1.2计算机辅助设计软件的介绍

MasterCAM是美国CNC Software,Inc公司开发的CAD/CAM一体化软件。它集二维绘图、三维实体、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等功能于一身，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基于PC平台、支持中文环境、价位适中。故本次毕业设计采用MastercamV9.1作为数控编程软件，通过程序的后处理生成数控加工指令代码，缩短编程人员的编程时间，特别对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率,输人到数控机床既可完成加工。

1.3数控加工技术的发展趋势

目前，数字控制技术与数控机床，给机械制造业带来了巨大的变化。数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技术敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率的必不可少的物质手段，也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。新世纪机械制造业的竞争，其实就是数控技术的竞争。现在世界数控技术的发展趋势主要有以下几点:

1、 数控系统向开放式体系结构发展；

20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。

2、 数控系统向软数控方向发展；

实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段。

①传统数控系统，这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。

②“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。

③“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统，它由开放体系结构运动控制卡和PC机同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。

④SOFT型开放式数控系统，这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。

3、 数控系统控制性能向智能化方向发展；

随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。

4、 数控系统向网络化方向发展；

数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。

5、 数控系统向高可靠性方向发展；

数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)＝99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。

6、 数控系统向复合化方向发展；

柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。

7、 数控系统向多轴联动化方向发展。

加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。

电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。

综前所述 ，数控技术课程是一门实践性很强的课程，离开实践，就谈不上素质，实践是知识转化并升华为素质的根本条件。要想达到理想的教学和实践效果，仅在课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的数控设备价格的因素，经过多方调研，我们选定了一种能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的美国CNCsoftware公司研制的基于PC平台的masterCAM。

1.4本毕业设计的主要内容

1、pro/E软件三维造型

2、模具设计

3．数控刀路编制

4、实际加工

第二章 用PRO/E生成实体

2．1 设计与加工任务

如图1-1所示电风扇旋纽零件为对象,介绍其在Pro/ENGINEER系统中三维模型的造型过程、模具的设计过程及在Mastercam系统中模具的加工过程。

图1-1电风扇旋纽

2．2 设计前的准备

在进行模具设计与加工前,首先为该模具建立一个专用的文件夹，并将该文件夹设置为当前工作目录,这样一来,在产品三维造型中产生的文件、模具设计过程中产生的文件、转换的数据文件及在Mastercam系统中的加工文件会一一存入该文件夹下,使整个设计及加工过程产生的文件一目了然,具体操作步骤如下。

(1) 建立模具专用文件夹。

在用户计算机D盘目录下建立一个名为“xuanniu”的文件夹,建立的文件夹如图1-2所示。

图1-2 建立【xuanniu】文件夹

(2)设置工作目录。

启动Pro/ENGINEER,执行【文件】/【设置工作目录】菜单命令。系统弹出如图1-3所示的选取工作目录对话框,选择建立“xuanniu”文件夹。

图1-3“xuanniu”文件夹

2．3产品三维造型

¤ 制作电风扇旋纽

如图1-4所示是电风扇旋纽的三维造型曲线。

图1-4-1 三维造型曲线 图1-4-2三维造型曲线

图1-4-3 三维造型曲线 图1-4-4三维造型曲线

图1-4-5 三维造型曲线 图1-4-6三维造型曲线

图1-4-7三维造型曲线 图1-4-8三维造型曲线

¤ 着色显示模型,如图1-4-9所示。

图1-4-9着色显示模型

第三章 模具设计

电风扇旋纽三维造型完成后,利用Pro/ENGINEER系统下的【制造】/【模具型腔】模块进行模具组件设计,它包括参考模型的布局、收缩率的设置、毛坯的设计、分型面的设计、分割体积块、抽取模具元件、铸模及开模几大部分。

3．1 调入模具参考模型

1.选择菜单栏中的【文件】/【新建】命令建立新的文件,系统弹出新建对话框,在【类型】栏选择【制造】模块，在【子类型】栏选择【模具型腔】模块,并取消【使用缺省模板】复选框即可。

2.系统启动模具设计模块,如图2-1所示,并在界面顶部显示当前模具文件。

图2-1模具设计模块

3.选择菜单管理器中的【模具模型】/【装配】/【参照模型】命令。

4.系统在设计区显示打开的参考模型,并弹出元件放置对话狂,要求选择装配约束参照。

5. 模型配合面如图2-2所示。

图2-2模型配合面

6.选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束参考模型装配。

7.选择模型树中的【显示】/【层树】命令,在组件列表中选择参考模型,模型树列表显示其图层情况,选择所有基准面(PRT-ALL-DTM-PLN)和所有基准轴(PRT-ALL-AXES)图层并隐藏。

8.选择模型树中的【显示】/【模型树】命令,返回到模型树列表状态。

9.隐藏参考模型自身的基准面和基准轴后的图形如图2-3所示(只显示模具的3个基准面)。

图2-3模具的3个基准面

3．2设置收缩率

1.选择如图2-4所示菜单管理器中的【收缩】/【按尺寸】命令,系统打开产品三维零件模型,并弹出按尺寸收缩率对话框,在比率栏输入收缩率“0.005”,并确认

图2-4【收缩】/【按尺寸】命令

2.选择菜单管理器中的【收缩信息】命令,系统弹出如图2-5所示收缩信息窗口,列示模型名称、所采用的收缩公式及收缩因子等信息。

图2-5【收缩信息】

3.单击关闭按钮,关闭收缩信息窗口,选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束收缩率设置。

3．3设计毛坯工件

1.选择菜单管理器中的【模具模型】/【创建】/【工件】/【手动】命令,手动创建毛坯工件。

2.系统弹出如图2-6所示元件创建对话框,在名称栏输入毛坯工件名称“workpiece”,并确定。

3.系统弹出如图2-7所示创建选项对话框,选择【创建特征】选项,单击确定即可。

图2-6 元件创建对话框 图2-7 【创建特征】选项

4.选择菜单管理器中的【实体】/【加材料】/【拉伸】/【实体】/【完成】命令。

5.系统在下方的信息提示区出现拉伸特征选项,如图2-8所示,选择【放置】命令,单击定义按钮。

图2-8拉伸特征选项

6.系统弹出草绘提示对话框,要求选择拉伸剖面草绘平面和草绘视图方向参照。

7.选择如图2-9所示MOLD-FRONT基准面为草绘平面,选择MAIN-PARTING-PIN基准面为草绘视图方向参照,并在【方向】栏设置为【顶】如图2-10所示。

图2-9草绘平面 图2-10 【方向】栏设置为【顶】

8.确定之后,系统弹出尺寸标注参照选择提示对话框,要求选择尺寸标注参照,选择如图2-11所示P1为水平尺寸标注参照,P2为垂直参照。

图2-11尺寸标注参照

9.单击绘制矩形按钮,绘制如图2-12所示矩形,并已修改尺寸。

图2-12矩形绘制

10.单击特征工具栏中的剖面确定按钮,结束剖面绘制。

11.在拉伸特征选项中选择往两侧拉伸”选项,在拉伸高度栏输入拉伸高度30,按确认键确认。

12.打开模型线框显示,结果如图2-13所示。

图2-13模型线框

13.选择菜单管理器中的【完成/返回】/【完成/返回】命令,结束毛坯工件的创建。

3．4设计分型面

1.此旋钮的分型面采用裙边曲面的形式生成,所以在设计分型面前,先要生成裙边曲面所需的侧面影像曲线,选择菜单管理器中的【特征】/【型腔组件】/【侧面影像】命令。

2.按住CTRL键,,选择模型树中的参考零件和毛坯工件,并单击鼠标中键,在弹出的菜单中选择【隐藏】命令,产生的侧面影像曲线如图2-14所示。

图2-14侧面影像曲线

3. 按住CTRL键,,选择模型树中的参考零件和毛坯工件,并单击鼠标中键,在弹出的菜单中选择【取消隐藏】命令。

4.选择如图2-15所示菜单管理器中的【增加】/【裙边】/【完成】命令,采用裙边曲面方法产生分型面。

图2-15【增加】/【裙边】/【完成】命令

5.根据系统弹出的裙边曲面对话框,要求选择特征曲线。

6.在如图2-16所示侧面影线边界处单击鼠标右键,在弹出的菜单中选择【从列表中拾取】命令。

图2-16【从列表中拾取】命令。

7.选择菜单管理器中的【完成】命令,单击裙边曲面对话框中的确定按钮确定裙边曲面参数,产生的裙边曲面如图2-17所示。

图2-17裙边曲面

8.继续选择菜单管理器中的【完成/返回】/【着色】命令,对分型面进行着色。

9.系统弹出搜索工具对话框,显示产生的分型面,将分型面加入右侧的选定项目栏,对分型面进行着色,结果如图2-18所示。

图2-18着色

10.系统弹出如图2-19所示模型树项目对话框,选择【特征】复选框,单击确定按钮。

图2-19【特征】复选框

3．5分割体积

1.选择菜单管理器中的【模具体积块】/【分割】/【完成】命令。

2.系统弹出如图2-20所示分割对话框,要求选择分型面。

图2-20选择分型面

3.选择如图2-21所示分型面为模具体积块分割面。

图2-21 模具体积块分割面

4.系统高亮显示毛坯工件的下半部分，并弹出体积块名称输入对话框，接受默认的名称，单击着色按钮，被分割的体积如图2-22所示，单击确定按钮。

图2-22 被分割的体积

5.系统高亮显示毛坯工件的上半部分，并弹出体积块名称输入对话框，接受默认的名称，单击着色按钮，被分割的体积如图2-23所示（反面），单击确定按钮。

图2-23被分割的体积（反面）

6.选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束墨菊体积块分割。

3．6 抽取模具元件

1.选择菜单管理器中的【模具元件】/【抽取】。

2.系统弹出如图2-24所示创建模具元件对话框，单击选取全部体积块按钮，单击确定按钮。

图2-24创建模具元件对话框

3.选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束抽取模具元件。

3．7 铸模

1.选择菜单管理器中的【铸模】/【创建】命令。

2.在模型树中新增加的铸模零件“MOLDING..PRT”上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择打开命令，系统调用零件模块，并打开铸模完成的产品模型，如图2-25所示。

图2-25产品模型

3．8 开模

铸模完成后，Pro/ENGINEER系统能模拟开模过程，以便更清晰地观看模具型腔、型芯及浇道系统等的结构。

1.单击顶部工具栏中的遮蔽切换按钮，系统弹出如图2-26所示一撤消遮蔽对话框，单击过滤栏中的分型面按钮，单击选择所有分型面按钮，单击遮蔽按钮，将分型面隐藏起来，单击关闭按钮，关闭遮蔽一撤消遮蔽对话框。

图2-26遮蔽切换按钮

2.选择菜单管理器中的【模具进料孔】/【定义间距】/【定义移动】命令进行开模模拟。系统提示选择要移动的零件，选择如图2-27所示上模零件，单击选取对话框中的确定按钮结束零件选择，选择如图2-27所示上模顶面为移动方向参照。

图2-27上模顶面

3.选择菜单管理器中的【完成】命令，上模向上移动如图2-28所示。

图2-28上模向上移动

4.选择菜单管理器中的【定义间距】/【定义移动】命令，系统提示选择要移动的零件，选择铸模零件，单击选取对话框中的确定按钮结束零件选择。

5.铸模零件向右移动，如图2-29所示。

图2-29铸模零件向右移动

6.保存文件。

第四章 数据转换及加工

4．1从Pro/ENGINEER系统转出IGES数据文件

模具设计完成后，将上、下模文件转换为IGES格式文件，然后又Mastercam系统转入进行加工。

4．1．1转出下模IGES数据文件

1.在模型树列表中的“MOLD-VOL-1.PRT”零件上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择【打开】命令，系统调用零件模块并打开下模零件，如图2-30所示。

图2-30模具成型图

2.选择菜单栏中的【文件】/【保存副本】命令。

4．1．2转出上模IGES数据文件

具体步骤参考转出上模IGES数据文件，如图2-31所示。

图2-31模具数据图

4．2 Mastercam系统转入IGES数据

从Pro/ENGINEER系统中输出上、下模零件IGES格式文件后，便可以在Mastercam系统中将其转入进行加工。

转入IGES数据文件之后进行IGES数据文件的坐标处理，处理之后的图形如图2-32所示。

图2-32 IGES数据

4．3电风扇旋钮下模加工

1.旋钮下模的工作设定参数如图2-33所示。

图2-33工作设定参数

2.规划曲面挖槽粗加工刀具路径。

（1）选择MAINMENU命令回主菜单。

（2）单击顶部工具栏中的俯视图面按钮。

（3）选择Toolpaths/Surface/Rough/Pocket命令，进行曲面挖槽粗加工。

（4）选择All/Surface命令，对所有曲面进行挖槽粗加工。

（5）选择Done命令执行。

（6）系统弹出曲面挖槽粗加工对话框，在刀具栏空白区内单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择【Get tool from library】命令，系统弹出如图2-34所示刀具库对话框，选择一把直径5的平刀，单击OK按钮，结果如图2-35所示。

图2-34挖槽粗加工

图2-35刀具的选择

（7）在如图2-35所示的直径5平刀图标上单击鼠标右键，系统弹出如图2-36所示刀具参数设定对话框，选择【Parameters】选项卡，输入参数，单击OK按钮。

图2-36输入参数

（8）设置如图2-37所示曲面挖槽粗加工参数。

图2-37挖槽粗加工参数

（9）设置完之后模拟刀路，如图2-38所示，返真验证结果如图2-39所示。

图2-38模拟刀路

图2-39返真验证结果

4．4电风扇旋钮上模加工

基本步骤跟上模的加工相同。

（1）设置完之后模拟刀路，如图2-40所示。

图2-40模拟刀路

（2）返真验证结果如图2-41所示。

图2-41返真验证结果

4．5生成加工NC代码

利用Mastercam系统的Post后处理功能，自动生成加工电风扇旋钮下模所需要的NC代码。

(1) 下模生成的NC程序如图2-42所示。

图2-42下模生成的NC程序

（2）传输下模NC程序即可。

（3）上模生成的NC程序如图2-43所示。

图2-43上模生成的NC程序

（4）传输下模NC程序即可。

4．6实际加工

测量好所要加工的工件尺寸，进行材料，根据我们工件需要我们选择了8X8CM的尺寸，用夹具把工件夹好在铣床上，进行对刀。

结束语

本次毕业设计Pro/E造型与分模，进行工艺分析，再利用MasterCAM软件编制刀路，生成NC程序，最后进行仿真并加工出实物。由于设备的不足和经验的欠缺，加工的结果还存在一些不尽人意的地方。

通过三年的课堂理论学习，再结合一些实践，使我对数控加工的一系列流程已经有了较熟练的了解。在通过老师的耐心指导和同学的共同努力下，成功设计出了旋钮凹凸模样品并且在学校数控铣床加工出实物，使我有一种成就感！同时也让我更加有信心往数控行业发展，也看到这个行业的前景是非常广阔的。

同时，在本次毕业设计中我深刻体会到：只是从课本中获取的知识远远不能满足日后的需要，想要让自己能成为一位出色的数控人才就必须利用充足的时间去查阅和学习各种数控加工知识。我们不仅要有扎实的机械知识，更需要一颗不断求实创新的恒心，和保持活到老学到老的心态。才能跟得上一日千里发展的数控行业并使我们在数控行业中立于不败之地。在这次的设计过程中我也总结出了一些心得，就是在设计和加工过程中，为了确保精度一定要有细心加耐心。要有不厌其烦的重复检查程序的心态。

最后我坚信，只要继续保持谦虚积极向上的学习心态与不断的努力、付出、并在正确方法指导下，我会很快成长并成模具数控行业中有用人才！我会不断探索、前进，做一个优秀的专业人才，为我们学校争光为社会建设做出应有的贡献！

参考文献

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[2].张毅坤，陈善久，裘雪红.模具CAD/CAM[M].西安电子科技大学出版社，2006.

[3].何立民.MASTERCAM9.0教程[M].北京航空航天大学出版社，1995.

[4].薛钧义，张彦斌.现代制造技术[M].西安交通大学出版社，1997.

[5].丁元杰.PROE2001教程[M].机械工业出版社，1994.

[6].李光弟.数控加工工艺.北京航空航天大学出版社，1994.

[7].张凯. 机械加工工艺手册[M].科学出版社，1996.

[8].张伟人.机械制造基础[M].清华大学出版社，1993.

[9].张志良.机械设计基础[M].机械工业出版社，2005.

[10] 孙凯,李元科.机械零件加工工艺[J]. 传感器技术,2003,2:50-52.

致谢

在此，衷心地感谢我的指导教师史德林老师！在我做毕业设计阶段，她自始至终给予了我精心的指导和严格的要求，为本论文的顺利完成倾注了大量的心血。徐老师敏捷的思维、丰富的经验给我留下了深刻的印象。在她的热心指导下使我能满怀信心地进行毕业设计，独立地解决了不少问题，增强了我的创造性思维，使我能胜利完成了本论文的工作。老师的真诚、热心和严肃使我印象很深，正是这样，我才学到了很多知识，再次表示对老师深深的谢意！

自大一入学以来，各位老师一直以来的辛勤工作和教导使我能顺利地度过这难忘的四年，使我在综合素质提高、专业理论知识学习和实践工作能力等各方面受益匪浅。此次毕业设计和论文撰写过程中，也得到了许多同学的关心、指导和帮助，没有他们的帮助，我的论文及设计也不会顺利地完成。

最后，向机电系各位老师和我的同学表示诚挚的感谢！感谢他们三年来的辛勤栽培！

基于PROE的产品设计及加工[1]