閥座體工藝工裝設(shè)計及CAD-CAM

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I摘 要本畢業(yè)設(shè)計題目是閥座體工藝工裝設(shè)計及 CAD/CAM，來自無錫鷹貝機械有限公司。鷹貝公司專門從事國外機加工生產(chǎn)，主要的加工對象是閥體類零件，在精密鑄造方面也有著他們自己的先進技術(shù)。介紹了 Pro/E 在模具設(shè)計中的應(yīng)用以及在 MasterCAM 環(huán)境下的 CAM 實現(xiàn)。通過零件模具設(shè)計實例,闡述了 Pro/E 的模具設(shè)計流程與技術(shù)優(yōu)勢。并運用MasterCAM 對零件凹模進行了加工刀路設(shè)計,模擬其加工過程。設(shè)計內(nèi)容：用 Pro/engineer 的零件模塊建造實體模型，用模具模塊進行模具設(shè)計，用裝配模塊完成夾具設(shè)計；用 MasterCAM 模擬加工和生成數(shù)控代碼，用CIMCO Edit 完成仿真；最后利用 Pro/engineer 的工程圖模塊和 CAXA 電子圖板完成圖紙。設(shè)計難點：在實體造型時，零件側(cè)面槽比較難造型，槽底面為圓弧面，且弧面和內(nèi)孔要保證同軸度，槽內(nèi)的凸塊各側(cè)面與槽各側(cè)面也要保證平行度，反復(fù)利用曲面合并和實體化命令解決了上述問題。在設(shè)計模具時，模具側(cè)面的芯子設(shè)計成了分體的結(jié)構(gòu)，保證了蠟?zāi)３尚秃竽芡暾膹哪＞咧腥〕觥?關(guān)鍵詞：模具；夾具；模擬制造；實體造型IIAbstractThe subject of this design is designing the assembly and craft of valve base .It also relate to CAD/CAM. This subject task comes from WuXi IMPRO-BEES Machinery CO.,LTD which works in machining production for abroad . Its main machining object is parts like types of valve base. It has advanced technology in investment casting.Both the application of Pro/E in mould design and the realization of CAM based on MasterCAM are introduced. Mould design process and technological advantages of Pro/E are stated by mould design of part . Furthermore , concave mold of part is designed in processing feedroute based on MasterCAM ,and its manufacture process is simulated.Content of design: part module of Pro/engineer is used to design the work piece, mould module is used to design the part’s mould, assemble module is used to design the jig. MasterCAM takes charge of the machining and making numerical control codes. CIMCO Edit is used to finish the simulation. Drawing module of Pro/engineer and CAXA are used to accomplish the drawings.Difficulties in design: It is difficult to mould side channel in the designing of solid mass. Merge Tool and Solidify Tool are used repeatly to solve the problems as follows: The bottom of channel is cambered surface. Axiality of cambered surface and internal hole must be assured. Parallelization of side face in channel and projection also must be assured. During the designing of mould, the structure of mandrel is designed to be apart to make sure that it can be taken out from mould completely after wax pattern shaped.Key words：mould；jig；simulating manufacturing；physical modelIII目 錄第 1 章 緒 論 ...........................................................................................................11.1 我國模具 CAD/CAE/CAM 制造技術(shù)的現(xiàn)狀 ..........................................11.2 模具 CAD/CAE/CAM 制造技術(shù)的發(fā)展概況 ..........................................2第 2 章 零件的三維造型 .........................................................................................62.1 零件的結(jié)構(gòu)特征分析 ................................................................................62.2 零件的三維造型過程 ................................................................................62.3 零件三維造型的心得 ................................................................................62.4 零件三維造型圖片 ....................................................................................7第 3 章 閥座體的模具設(shè)計 .....................................................................................83.1 精密鑄造的基本介紹 ................................................................................83.2 臘模相關(guān)數(shù)據(jù)的確定標(biāo)準(zhǔn) ........................................................................83.2.1 蠟?zāi)Ｔ系倪x擇 .............................................................................83.2.2 蠟?zāi)？s率的選擇 .............................................................................83.3 Pro/E 模具設(shè)計的基本方法 .......................................................................83.4 閥座體模具的設(shè)計 ....................................................................................93.5 遇到的困難及解決方法 ............................................................................93.6 模具三維造型圖片 ....................................................................................9第 4 章 閥座體的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 ...........................................................104.1 閥座體工藝規(guī)程設(shè)計 ..............................................................................104.1.1 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 ...............................................................104.1.2 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 ...................................................104.1.3 毛坯種類及其制造方法的確定 ...................................................114.2 工藝路線的擬訂 ......................................................................................114.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 ...........................................................................114.2.2 制定工藝路線 ...............................................................................124.2.3 選擇加工設(shè)備及工藝裝備 ...........................................................124.3 切削用量和工時定額的確定 ..................................................................134.3.1 基本計算公式的引用 ...................................................................134.3.2 各道工序的設(shè)計 ............................................................................144.4 工藝合理性分析 ......................................................................................244.5 填寫工藝卡片 ..........................................................................................24第 5 章 機床專用夾具的設(shè)計 ...............................................................................25IV5.1 機床專用夾具設(shè)計的基本要求 ..............................................................255.2 車床夾具的設(shè)計 ......................................................................................265.2.1 確定夾具類型 ...............................................................................265.2.2 擬定定位方案和選擇定位元件 ...................................................265.2.3 夾具的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...................................................................265.2.4 夾緊力的分析 ...............................................................................275.2.5 夾具的使用說明 ...........................................................................275.2.6 夾具三維造型圖片 .......................................................................275.3 立銑加工中心夾具的設(shè)計 ......................................................................285.3.1 確定夾具類型 ...............................................................................285.3.2 擬定定位方案和選擇定位元件 ...................................................285.3.3 夾具結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計 ...................................................................285.3.4 夾緊力的分析 ...............................................................................285.3.5 夾具的使用說明 ...........................................................................295.3.6 夾具三維造型圖片 .......................................................................29第 6 章 模具型腔的 CAM 設(shè)計 ...........................................................................306.1 CAM 計算機輔助制造的介紹 .................................................................306.2 模具型腔 CAM 的設(shè)計過程 ...................................................................306.3 MasterCAM 加工仿真圖片 ......................................................................316.4 CIMCO Edit 刀具軌跡模擬圖片 .............................................................31第 7 章 結(jié) 論 .........................................................................................................32參考文獻 .................................................................................................................33致 謝 .......................................................................................................................34附錄 1 閥座體模具裝配圖 .....................................................................................35附錄 2 立銑加工中心夾具裝配圖 .........................................................................36附錄 3 車床夾具裝配圖 .........................................................................................37附錄 4 英文資料及中文翻譯 .................................................................................380第 1 章 緒 論1.1 我國模具 CAD/CAE/CAM 制造技術(shù)的現(xiàn)狀在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60%～90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會的預(yù)測，21 世紀(jì)機械制造工業(yè)零件粗加工的 75％，精加工的 50％都需要通過模具來完成，其中汽車、電器、通信、石化和建筑等行業(yè)最為突出。一些產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列：2000 年我國生產(chǎn)發(fā)電設(shè)備 1600 萬千瓦，機床產(chǎn)量 17.66 萬臺，均居世界前列；摩托車產(chǎn)量 1153 萬輛，占當(dāng)年世界產(chǎn)量的 44%；照相機產(chǎn)量 5514 萬臺，占全世界產(chǎn)量的一半以上。改革開放以來機械工業(yè)的平均增長速度高于同期國內(nèi)生產(chǎn)總值和工業(yè)總產(chǎn)值的增長速度。模具作為一種高附加值的技術(shù)密集產(chǎn)品，它的技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要評價指標(biāo)。早在 CAD/CAM 技術(shù)還處于發(fā)展的初期，CAD/CAM 就被模具制造業(yè)競相吸收應(yīng)用。目前國內(nèi)的模具制造企業(yè)約 20000 家，并且以每年 10％～15％的速度高速增長。在約 400 億元的模具工業(yè)產(chǎn)值中，自產(chǎn)自用模具的企業(yè)約占 2/3，50％～60％的企業(yè)較好地應(yīng)用 CAD/CAE/CAM/PDM 技術(shù)。模具相關(guān)的 CAD/CAE/CAM 技術(shù)一直是研究開發(fā)、教育培訓(xùn)和推廣應(yīng)用的熱點。隨著模具工業(yè)的飛速發(fā)展以及 CAD/CAM 技術(shù)的重要性被模具界的廣泛認可，近年來 CAD/CAM 開發(fā)商投入了很大的人力和物力，將通用 CAD/CAM 系統(tǒng)改造為模具行業(yè)專用的 CAD/CAM 系統(tǒng)，針對各類模具的特點，推出了宜人化、集成化和智能化的專用系統(tǒng)，受到了廣大模具工作者的好評。例如以色列 Cimatron 公司推出的 Quick 系列產(chǎn)品，能在統(tǒng)一的系列環(huán)境下，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，完成產(chǎn)品設(shè)計，生成三維實體模型，在此基礎(chǔ)上進行自動分類，生成凸、凹模并完成模具的完整結(jié)構(gòu)設(shè)計，能方便地對凸、凹模進行自動 NC 加工。又如英國 DELCAM公司推出的 PowerSHAPE 系統(tǒng)，包括 PSMoldmaker 模塊，是面向模具制造的模具總裝設(shè)計專家系統(tǒng)，可自動為復(fù)雜注塑模、吹塑模創(chuàng)建模具結(jié)構(gòu)及抽芯機構(gòu)、自動產(chǎn)生分模面，加工信息被自動封裝，并可直接輸出到 PowerMILL 模塊，自動產(chǎn)生加工程序。日本造船信息系統(tǒng)株式會社的三維 CAD/CAM 系統(tǒng) SpaceE 中也增加了專用于注塑模的設(shè)計模塊。日本 UNISYS 株式會社推出的專用于塑料模設(shè)計和制造系統(tǒng)的 CADCEUS 也頗具特色，該系統(tǒng)綜合了塑料產(chǎn)品設(shè)計從產(chǎn)品形1狀設(shè)計、模具設(shè)計到模具生產(chǎn)所需要的全部功能，重點放在三維設(shè)計與二維視圖的關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了宜人化和集成化方面的技術(shù)進步。隨著模具工業(yè)的科技進步和國際競爭的日益激烈，模具業(yè)對 CAD/CAM 系統(tǒng)的要求也從單純的建模工具變?yōu)橐笾С謴脑O(shè)計、分析、管理和加工全過程的產(chǎn)品信息管理集成化系統(tǒng)。近幾年來，有不少研究單位和公司都開發(fā)了面向模具企業(yè)的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)集成方案，表現(xiàn)出較高的實用水平。如上海交通大學(xué)國家模具工程中心在數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、反向工程、快速原型/模具以及計算機輔助應(yīng)用技術(shù)等方面已形成了全方位解決方案的能力，能夠提供模具開發(fā)與工程服務(wù)的業(yè)務(wù)，全面地提高模具企業(yè)的水平和產(chǎn)品質(zhì)量。又如浙江大學(xué)旭日科技開發(fā)公司，能為企業(yè)提供產(chǎn)品設(shè)計、三維造型與 NC 編程、逆向工程、三坐標(biāo)測量、模具設(shè)計與分析、技術(shù)培訓(xùn)以及模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)開發(fā)的全方位技術(shù)支持。北航海爾軟件有限公司推出的 CAXA 品牌系列 CAD/CAE/CAM 軟件也能夠為用戶提供有關(guān)模具工程的全方位解決方案。值得注意的是，國際著名的 CAD/CAM 技術(shù)集團正在努力把數(shù)字化分析產(chǎn)品集成到 CAD/CAM 平臺中。由于數(shù)字化分析產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、醫(yī)療設(shè)備和重型機械等領(lǐng)域，因此仿真軟件主要面向這些增長的 CAE 市場。根據(jù)全球領(lǐng)先的產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)市場的資深分析公司 Daratech 的預(yù)測，到 2007 年，CAE 市場的年增長率將保持在 10.3%。制造商要求通過減少物理樣機，提高產(chǎn)品質(zhì)量來降低成本并加速產(chǎn)品上市，這種需求在模具制造業(yè)中尤為突出。因此在設(shè)計過程中加強前期的分析仿真，將有助于縮減對物理樣機的需求量，并提高數(shù)字化設(shè)計的靈活性。例如，將 NXNastran 集成到 EDSCAE 產(chǎn)品軟件包中，將進一步加強分析驅(qū)動設(shè)計技術(shù)的重要地位，有助于用戶不斷開發(fā)新產(chǎn)品，同時降低成本，縮短將產(chǎn)品推向市場的時間。另一個例子是，達索集團已經(jīng)將MSC 公司的 NastranCAE 技術(shù)產(chǎn)品，集成到 CATIA 系統(tǒng)中，并獲得了日本豐田公司的青睞。因此，在模具 CAD/CAM 技術(shù)中集成數(shù)字化分析技術(shù)，獲得完善的CAD/CAE/CAM 解決方案，是目前的一個重要發(fā)展方向。1.2 模具 CAD/CAE/CAM 制造技術(shù)的發(fā)展概況與任何新生事物一樣，模具 CAD/CAE/CAM 在近二十年中經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從試點到普及的過程。進入本世紀(jì)以來，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展速度更快、應(yīng)用范圍更廣。伴隨著 CAE 技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的成功應(yīng)用，鑄造工藝及模具結(jié)構(gòu) CAD 的研究和應(yīng)用也在不斷深入，國外已陸續(xù)推出了一些應(yīng)用軟件，如美國鑄造協(xié)會的 AFS-SOFTWARE，可用于鑄鋼和鑄鐵件的澆冒口設(shè)計，英國 FOSECO 公司的 FEEDERCALK2軟件，可以計算鑄鋼件的澆冒口尺寸和選擇保溫冒口套的類型。我國華中科技大學(xué)和清華大學(xué)在鑄造工藝及模具結(jié)構(gòu) CAD 方面也做了許多工作，如清華大學(xué)開發(fā)的 THFSCAD 軟件，主要由圖形掃描及矢量化和鑄造工藝 CAD 兩部分組成。前一部分對掃描輸入的圖形進行消藍去污和矢量化，后一部分用來建立參數(shù)化圖形、計算鑄件的加工余量、繪制工藝卡等。THFSCAD 是在二維圖形學(xué)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，采用了 AUTOCAD 軟件為開發(fā)平臺。隨著 CAD 技術(shù)的快速進步，三維 CAD 系統(tǒng)在鑄造生產(chǎn)領(lǐng)域會逐步取代二維 CAD 系統(tǒng)而成為主流設(shè)計系統(tǒng)。自上世紀(jì) 70 年代以來，國內(nèi)外許多學(xué)術(shù)機構(gòu)和公司對鍛模 CAD/CAE/CAM 技術(shù)進行了廣泛的研究，在鍛造工藝過程設(shè)計、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計和金屬流動模擬等方面均取得了顯著的成績。國外級進模 CAD/CAE/CAM 的研究始于上世紀(jì) 60 年代末，70 年代便有初步應(yīng)用，但僅限于二維圖形的簡單沖裁級進模，其主要功能如條料排樣、凹模布置、工藝計算和 NC 編程等。彎曲級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)出現(xiàn)在 80 年代，如日本日立公司和富士通公司的彎曲級進模系統(tǒng)等。為了能夠適應(yīng)復(fù)雜模具的設(shè)計，富士通系統(tǒng)采用了自動設(shè)計和交互設(shè)計相結(jié)合的方法，在該系統(tǒng)中除毛坯展開、彎曲回彈計算和工步排序為自動處理外，其余均需要設(shè)計人員的參與。應(yīng)用三維幾何造型技術(shù)的級進模系統(tǒng)始于 80 年代末，如美國 Auto-trol 公司的Die-Design 系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用三維幾何模型來描述鈑金零件，并將三維圖形技術(shù)應(yīng)用于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，顯示出三維圖形軟件在模具設(shè)計中的重要作用。進入 90 年代，國際著名商品化三維 CAD/CAM 系統(tǒng)，如美國的 Pro/E、UG-II、 CADD5、Solidworks 、MDT 等均陸續(xù)在模具界得到應(yīng)用。美國 PTC 公司基于Pro/E 系統(tǒng)開發(fā)了鈑金零件造型模塊 Pro/Sheet Metal。UG Solution 公司在 UG-II 的基礎(chǔ)上開發(fā)了同類型的模塊 UG/Sheet Metal。以上兩個系統(tǒng)都缺乏面向級進成形工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的專用模塊，但這方面的工作進展很快，有的已經(jīng)初見成效。如美國 Computer Design 公司開發(fā)的級進模軟件 Striker Systems 是銷售量較大的商業(yè)化 CAD/CAM 系統(tǒng)，包括鈑金零件造型（SS-DESIGN） 、毛坯展開（SS-UNFOLD） 、毛坯排樣（SS-STRIP DESIGN） ，模具設(shè)計（SS-DIE DESIGN）和數(shù)控加工（SS-WIRE、SS-PROFILE）等模塊。該系統(tǒng)支持鈑金零件的特徵造型，雖已具有某些自動化設(shè)計的功能，但其設(shè)計過程仍以交互操作為主，目前只適用于彎曲沖裁級進模的設(shè)計。塑料注射模 CAD/CAM 是伴隨著通用機械 CAD/CAM 技術(shù)發(fā)展而不斷深化的。從上世紀(jì) 60 年代基于線框模型的 CAD 系統(tǒng)開始, 到 70 年代以曲面造型為核心的CAD/CAM 系統(tǒng)，80 年代實體造型技術(shù)的成功應(yīng)用，90 年代基于特徵的參數(shù)化實體/曲面造型技術(shù)的完善，為塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)提供了可靠的保證。目前在國內(nèi)外巿場已涌現(xiàn)出一批成功應(yīng)用于塑料注射模的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)?，F(xiàn)在國外一些著名的商品化三維造型軟件都帶有獨立的注射模設(shè)計模塊，如3美國 PTC 公司的 Pro/E、UGS 公司的 UG-II、SDRC 公司的 I-DEAS 系統(tǒng)。這三個CAD/CAM 系統(tǒng)目前在塑料模具工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。此外還有美國 CV 公司的CADDS 系統(tǒng)、法國 MATRA 公司的 EUCLID 系統(tǒng)、法國 DASSAULT 公司的 CATIA 系統(tǒng)、英國 DELCAM 公司的 DUCT 系統(tǒng)、日本造船信息系統(tǒng)株式會社的 Space-E 系統(tǒng)和日本 UNISYS 株式會社的 CADCEUS 系統(tǒng)等都各具特色，擁有各自的用戶群。塑料注射模 CAE 技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，從上世紀(jì) 60 年代的一維流動和冷卻分析到 70年代的二維流動和冷卻分析再到 90 年代的準(zhǔn)三維流動和冷卻分析，其應(yīng)用范圍已擴展到保壓分析、纖維分子取向和翹曲預(yù)測等領(lǐng)域并且成效卓著。塑料注射成型 CAE 商品化軟件中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)美國 Moldflow 公司的模擬軟件 MF，該軟件主要包括流動模擬（MF/FLOW） 、冷卻分析（MF/COOL） 、翹曲分析（MF/WARP） 、氣輔分析(MF/GAS)和應(yīng)力分析（MF/STRESS）等。該公司于 1998 年推出準(zhǔn)三維的雙面流軟件（Part Adviser） ，2002 年推出真三維的實體流軟件模塊，目前該公司在世界上擁有較大的用戶群。本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特徵建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快、學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后十年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化四個方面。本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特徵建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快、學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后十年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化四個方面。隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，近幾年來世界各國的軟件開發(fā)商投入了巨大的人力和物力，針對各類模具的特點，將通用的 CAD/CAM 系統(tǒng)改造為模具行業(yè)專用的系統(tǒng)，取得了較大成效。已投入使用的有美國 UGS 公司的級進模設(shè)計系統(tǒng) NX-PDW、塑料注射模設(shè)計系統(tǒng) Mold Wizard、以色列 Cimatron 公司的模具設(shè)計和制造系統(tǒng) Quick、英國 DELCAM 公司的塑料模設(shè)計和制造系統(tǒng) PS-Moldmaker、法國Misslel software 公司的注射模專用軟件 Top Mold 和級進模專用軟件 Top Progress、日本 UNISYS 株式會社的塑料模設(shè)計和制造系統(tǒng) CADCEUS 等。這些軟件的技術(shù)特點是能在統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境下，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，完成特定模具的設(shè)計。NX-PDW 初步實現(xiàn)了模具零件的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián), CADCEUS 的特色在于三維設(shè)計與二維視圖的聯(lián)動，PS-Moldmaker 做到了加工信息的自動封裝，這些特點使得專業(yè)軟件更加宜人化。4目前，國外一些軟件開發(fā)商已能按實際生產(chǎn)過程中的功能劃分產(chǎn)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實現(xiàn) CAD/CAE/CAM 的一體化，解決傳統(tǒng)混合型 CAD/CAM 系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作的要求。例如英國 DELCAM 公司在原有軟件 DUCT5 的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)最新軟件發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)實際推出了 CAD/CAM 集成化系統(tǒng) Delcam's Power Solution，該系統(tǒng)覆蓋了幾何建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)據(jù)編程、測量分析等各個領(lǐng)域。系統(tǒng)的每個功能模塊既可獨立運行，又可通過數(shù)據(jù)接口與其它系統(tǒng)相兼容，并能按使用要求進行組合，以便形成專業(yè)化的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)，做到開放性、兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一?？梢灶A(yù)計，模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)將會逐步發(fā)展為支持從設(shè)計、分析、管理到加工全過程的產(chǎn)品信息管理的集成化系統(tǒng)。現(xiàn)階段，模具設(shè)計和制造在很大程度上仍然依靠著模具工作者的經(jīng)驗，僅憑計算機的數(shù)值計算功能去完成諸如模具設(shè)計方案的選擇、工藝參數(shù)與模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、成型缺陷的診斷以及模具成形性能的評價是不現(xiàn)實的。新一代模具CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)正在利用 KBE（基于知識的工程）技術(shù)進行脫胎換骨的改造。如 UG-II 中所提供的人工智能模塊 KF（Knowledge Fusion） 。利用 KF 可將設(shè)計知識融入系統(tǒng)之中，以便進行圖形識別與推理。數(shù)值計算和人工智能技術(shù)的結(jié)合將是今后相當(dāng)長時間內(nèi)一件十分艱巨而重要的工作。傳統(tǒng)的模擬軟件基本上都是被動式計算工具，分析前需要用戶事先設(shè)計成形方案和確定工藝參數(shù)，分析結(jié)果常常難于直接用來指導(dǎo)生產(chǎn)，這在很大程度上影響了模擬軟件的推廣和普及，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室在國產(chǎn)注塑成型模擬軟件 HSCAE6.10 中成功地引入了人工智能技術(shù)。對于注射時間、注射溫度等具有連續(xù)取值空間的參數(shù)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，對于分析結(jié)果的解釋和評價則采用基于規(guī)則推理的方法來處理。HSCAE6.10 的專家系統(tǒng)規(guī)則庫以專家知識為基礎(chǔ)，涵蓋了有關(guān)短射、流動平衡、熔體降解、溫差控制、保壓時間、許可剪切應(yīng)力、剪切速率和鎖模力等方面的領(lǐng)域知識，在對分析結(jié)果進行綜合和提煉的基礎(chǔ)上驅(qū)動專家系統(tǒng)進行推理，對成型方案進行評價并在分析報告中輸出具體的改進建議，其目標(biāo)是將模擬軟件由傳統(tǒng)的“被動式”計算工具提升為新一代的“主動式”優(yōu)化系統(tǒng)。5第 2 章 零件的三維造型2.1 零件的結(jié)構(gòu)特征分析該零件的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件側(cè)面槽比較難造型，槽底面為圓弧面，且弧面和內(nèi)孔要保證同軸度，槽內(nèi)的凸塊各側(cè)面與槽各側(cè)面也要保證平行度，內(nèi)孔和側(cè)孔要保證垂直度。2.2 零件的三維造型過程通過零件的結(jié)構(gòu)特征分析，可以確定出造型的方案，利用拉伸增料命令造出內(nèi)孔，以后所有的造型都以內(nèi)孔作為基準(zhǔn)。用拉伸增料、拉伸除料、旋轉(zhuǎn)增料、旋轉(zhuǎn)除料等命令造出零件體、側(cè)孔、圓面和側(cè)面；用曲面復(fù)制、曲面合并、實體化命令造出零件側(cè)面槽；最后建立各處倒角、倒圓，即完成造型。2.3 零件三維造型的心得1. 在繪制草圖時，圓畫在坐標(biāo)系中心，其它圖形盡量畫在第一象限，否則會出現(xiàn)坐標(biāo)系的約束尺寸，給尺寸驅(qū)動帶來困難。尺寸最好一起驅(qū)動，防止視圖混亂。2. 在使用拉伸、旋轉(zhuǎn)這些最基本的命令時，一定要注意它們的先后順序，否則會出現(xiàn)后面的造型將前面的造型破壞的情況出現(xiàn)。3. 在使用倒角、倒圓這些命令時，如果出現(xiàn)造不出來的地方，可以考慮用拉伸除料和旋轉(zhuǎn)除料。4. 當(dāng)需要造一些不規(guī)則的曲面時，想一次將曲面造出有時會非常困難，可以將不規(guī)則曲面分解成一個個規(guī)則曲面，將這些曲面一一造出，然后用曲面合并會得到意想不到的效果。5. 在造型實體前最好有一個造型的大致思路，盡量用最少、最簡單的命令完成造型，思路一定要清晰。62.4 零件三維造型圖片7第 3 章 閥座體的模具設(shè)計3.1 精密鑄造的基本介紹精密鑄造的鑄件表面質(zhì)量高，精鑄的表面質(zhì)量 Ra 理論值可達到 2.5，但實際應(yīng)用中由于鑄造工藝的不同，最好的表面質(zhì)量可達 Ra 值 1.9，基本可以滿足眾多的非加工表面要求。鑄件的尺寸相對傳統(tǒng)壓力鑄造要小得多，擴展了鑄造的尺寸范圍。精密鑄造運用蠟做鑄型原料，修改靈活方便，而且可以再利用?？纱蟠蠊?jié)省生產(chǎn)成本。精密鑄造的優(yōu)點眾多，適用范圍廣泛，但技術(shù)含量較高，需要運用CAD/CAM 工具軟件配合完成，而且加工大多利用四坐標(biāo)聯(lián)動的加工中心，對生產(chǎn)條件要求較高。3.2 臘模相關(guān)數(shù)據(jù)的確定標(biāo)準(zhǔn)3.2.1 蠟?zāi)Ｔ系倪x擇精密鑄造所用的模型原料有低溫蠟，外表看上去是黃顏色的，鑄入模具時需要 59℃，蠟型出模后可以看出，表面比較光滑。中溫蠟，原料呈綠色，工作時溫度需要保持在 70~90℃，蠟型出模后，與低溫蠟相比可明顯看出表面質(zhì)量要好于低溫蠟?zāi)！＿€有高溫蠟，需要的工作溫度要高于前兩者，而且質(zhì)量也為最優(yōu)。經(jīng)過考察分析，決定選用中溫蠟作為蠟?zāi)Ｔ?，鑄件表面粗糙度可達到 Ra 值 2.0 左右，充分滿足非加工表面粗糙度要求。3.2.2 蠟?zāi)？s率的選擇在蠟?zāi)Ｅc實際澆注后，由于熱漲冷縮的原因，鑄件體積回根據(jù)材料縮率不同有所減少。所以在設(shè)計模具的過程中，要將縮率考慮到模具的參數(shù)中去。另外，在實際操作過程中，如果零件的長寬比較大，則長度方向相比于寬度方向縮小量要大，在實際設(shè)計中要充分考慮。根據(jù)手冊，45 號鋼的縮率為 1.6%。3.3 Pro/E 模具設(shè)計的基本方法1. 裝配法：即利用裝配模塊，利用布爾運算，在以創(chuàng)建的實體中減去零件的體積，完成零件基本型腔的創(chuàng)建。之后使用 Pro/E 中的基本特征創(chuàng)建功能完成各需要特征的建立，從而完成模具的設(shè)計。2. 分型面法：在模具模塊中設(shè)計模具型腔，基于表面創(chuàng)建模具的型腔。這8種方法相對簡單表面的零件比較適合。3. 體積塊法，即在 Pro/E 的在模具模塊中建立若干體積塊來組成模具體。 3.4 閥座體模具的設(shè)計分析了 Pro/E 模具設(shè)計的三種基本方法后，根據(jù)閥座體的結(jié)構(gòu)特點我選擇了裝配法。在復(fù)制了閥座體毛坯表面后，建立分型面，在分型面上拉伸實體，然后用復(fù)制好的表面切整個實體就完成了模具型腔。然后使用 Pro/E 的基本特征創(chuàng)建功能完成需要特征的建立，從而完成模具的設(shè)計。3.5 遇到的困難及解決方法在實際設(shè)計過程中，模具側(cè)面的芯子根據(jù)零件槽內(nèi)的凸塊外型設(shè)計成了分體的結(jié)構(gòu)，保證了蠟?zāi)３尚秃竽芡暾膹哪＞咧腥〕觥?.6 模具三維造型圖片9第 4 章 閥座體的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計4.1 閥座體工藝規(guī)程設(shè)計4.1.1 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析是指所設(shè)計的零件在能夠滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟性。它包括零件的整個工藝過程的工藝性，如鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理、切削加工等工藝性，涉及面很廣，具有綜合性，而且在不同的生產(chǎn)類型和生產(chǎn)條件下，同樣一種零件制造的可行性和經(jīng)濟性可能不同，因此對其結(jié)構(gòu)工藝性的要求也不同。對零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析，必須根據(jù)零件的生產(chǎn)類型、生產(chǎn)綱領(lǐng)，全面、具體、綜合地進行分析，在制訂機加工工藝規(guī)程時，主要是對零件的切削加工工藝性分析，主要涉及到以下幾個方面：1) 工件應(yīng)便于在機床或夾具上裝夾、并盡量減少裝夾次數(shù)。 2) 刀具易于接近加工部位，便于進刀、退刀、越程和測量，以及便于觀察切削情況等。3) 盡量減少刀具調(diào)整和走刀次數(shù)。4) 盡量減少加工面積及空行程，提高生產(chǎn)率。5) 便于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，盡量減少刀具種類。6) 改善加工條件，便于加工，必要時應(yīng)便于采用多刀、多件加工。7) 盡量減少工件和刀具的受力變形。8) 有適宜的定位標(biāo)準(zhǔn)，且定位基準(zhǔn)至加工表面的標(biāo)注尺寸應(yīng)便于測量。4.1.2 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型在無錫鷹貝機械公司，閥座體的年產(chǎn)量為 30000 件，假定其備品率為 10%，機械加工的廢品率為 5%，現(xiàn)在確定其生產(chǎn)綱領(lǐng)：N=Qn(1+a%+b%) （2-1）=30000×1×(1+10%+5%)=34500（件/年）式中：N----- 生產(chǎn)綱領(lǐng)；Q-----產(chǎn)品的年產(chǎn)量（件 /年） ；n-----每件產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺） ；a%-----備品的百分率；b%-----廢品的百分率。10閥座體的年產(chǎn)量為 34500 件/年，現(xiàn)通過計算，該零件的質(zhì)量約為 500g。根據(jù)生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領(lǐng)及工藝特點，可以確定其生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。4.1.3 毛坯種類及其制造方法的確定根據(jù)零件材料 40CrMo(1.7225)確定毛坯為精鑄件，有已知零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為34500 件/年，該零件的質(zhì)量約為 500g，可知，其生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。根據(jù)鷹貝公司現(xiàn)有生產(chǎn)能力確定毛坯的鑄造方法選用熔模鑄造法。此外，為消除殘余應(yīng)力，鑄造后應(yīng)安排人工時效。1. 鑄件的尺寸公差鑄件尺寸公差等級分為 16 級，由于是大量生產(chǎn)，毛坯的制造方法采用熔模鑄造法，由參考文獻[5.] 查得，鑄件尺寸公差等級為 CT7 級，選取鑄件錯型值為0.7mm。2. 鑄件機械加工余量根據(jù)工廠鑄造車間的實際鑄造能力和機加工車間的加工能力，縮短生產(chǎn)周期等因素綜合考慮，各加工表面的機加工余量見下表。各加工表面余量/mm加工表面 加工余量數(shù)值內(nèi)孔端面 0.6側(cè)孔端面 0.6整圓面 0.5內(nèi)孔 0.5側(cè)孔 1.5槽 R6 3槽 048.6? 14.2 工藝路線的擬訂4.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇由零件圖可知，內(nèi)孔是閥座體的設(shè)計基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)?？紤]到定位穩(wěn)定、夾緊方案簡單、可靠、操作方便等因素，故應(yīng)選內(nèi)孔作為精基準(zhǔn)，后續(xù)的所有加工都選用它為基準(zhǔn)，這樣就遵行了基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。4.2.2 制定工藝路線制定工藝路線時其基本出發(fā)點是保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本。在該零件生產(chǎn)類型已確定為大批量生產(chǎn)的情況下，制定的工藝路線就應(yīng)該符合生產(chǎn)11類型的工藝特征。根據(jù)先面后孔、先主要表面后次要表面的加工原則，將各表面與孔的加工安根據(jù)個表面的加工要求和各種加工方法本夠達到精度,確定各表面的加工方法：內(nèi)孔端面、側(cè)孔端面、內(nèi)孔用車床加工,側(cè)孔先擴后車，槽用銑。綜合以上考慮，最終制定加工工藝路線如下：閥座體機械加工工藝路線工序 工部 工序內(nèi)容 簡要說明I 1 鑄至毛坯圖的尺寸和要求II 1 正火、調(diào)制處理III 1 整圓 保證尺寸 3.054??IV 1 去應(yīng)力處理V 1 噴沙1 車端面 保證尺寸 ,2.9182 車內(nèi)孔至 027.1??VI3 車 倒角?45VII 1 車 倒角1 車側(cè) 孔端面 保證尺寸 1.0536?2 擴側(cè)孔至 .17?保證尺寸 4?3 車側(cè)孔至 ??60,3844 銑槽 R6 保證尺寸 .VIII5 銑槽 04.6?保證尺寸 ?91.2,74,53.IX 1 去毛刺X 1 尺寸檢XI 1 氮化處理XII 1 終檢XIII 1 清洗包裝4.2.3 選擇加工設(shè)備及工藝裝備由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜以通用機床和工廠現(xiàn)有設(shè)備為主。其生產(chǎn)方式以通用機床加專用夾具為主。工件在各機床上的裝卸及各機床的傳送均由人工完成。1. 整圓、車內(nèi)孔及端面、車倒角?？紤]到工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，選擇普通車床 CN6136D12和數(shù)控車床 EX-106。夾具采用車床專用夾具。2. 擴側(cè)孔、車側(cè)孔及端面、銑槽、 ?？紤]到工序集中的原則，采用的設(shè)備是立銑加工中心 HAAS-Mini。在加工過程中需要換刀，分別用到 端面車刀、 內(nèi)孔車刀和高速鋼鑲齒三面刃銑刀。?45?90夾具采用立銑加工中心專用夾具。4.3 切削用量和工時定額的確定4.3.1 基本計算公式的引用1. 切削速度計算公式：vyxpmfatCv?式中 ——切削速度（m/min）——系數(shù)v——指數(shù)vyx、、——刀具耐用度t——背吃刀量（/mm）pa——進給量（ mm/r）f2. 主軸轉(zhuǎn)速計算公式：?wcdvn10?式中 ——主軸轉(zhuǎn)速（ r/min）——切削速度（m/min）cv——直徑（mm）w3. 大批量生產(chǎn)時的工時定額計算公式：)10)(????amtt式中 ——工時定額（ min）t——基本時間（min）——輔助時間（min）at——工作地服務(wù)時間占作業(yè)時間的百分比10???4. 基本時間計算公式：nflltwm21?式中 ——工件切削部分長度l13——切入量 取 0～3mm1l——切出量 取 0～3mm2——主軸轉(zhuǎn)速 nmin/r——進給量 f4.3.2 各道工序的設(shè)計(一) 工序Ⅰ 鑄至毛坯圖的尺寸和要求(二) 工序Ⅱ 正火、調(diào)制處理(三) 工序 III 整圓工序 III 簡圖1. 加工條件工件材料：42CrMo(1.7225)合金結(jié)構(gòu)鋼。機床：普通車床 CN6136D。刀具：90 度內(nèi)孔車刀。2. 計算切削用量及工時定額1.確定背吃刀量 圓面的加工余量為 0.5mm,一次走刀 map5.0?2.確定進給量 根據(jù)參考文獻[5]表 11-26 可知，車刀刀桿尺寸 40×8，車削深度 ，f=0.3～0.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map3?3.計算切削速度 根據(jù)參考文獻 [5] ,取2.0,.,2.,3yxCvvvt=80，根據(jù)公式可知。 min)/(8.1.05.822.0fatCvvyxpm???4.確定機床主軸轉(zhuǎn)速14min)/(4.16875.34210rdvnwc????在實際生產(chǎn)中采用 min)/(r實際的切削速度為： in)/(3.108.10vw???5.計算工時定額、輔助時間及作業(yè)時間根據(jù)公式 05(min).3105.921??????NnfllTwm根據(jù)公式 (i)..maT總加工時間 的計算：t (in)06.5.01???matT(四) 工序 IV 去應(yīng)力處理(五) 工序 V 噴沙(六) 工序 VI工序 VI 簡圖工步 1 車內(nèi)孔端面1. 加工條件工件材料：42CrMo(1.7225)合金結(jié)構(gòu)鋼。機床：數(shù)控車床 EX-106。刀具：45 度端面車刀。1. 計算切削用量及工時定額151.確定背吃刀量 內(nèi)孔端面的加工余量為 0.6mm,一次走刀 map6.0?2.確定進給量 根據(jù)參考文獻[5]表 11-26 可知，車刀刀桿尺寸 90×10，車削深度 ，f=0.3～0.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map3?3.計算切削速度 根據(jù)參考文獻 [5] ,取2.,.,2.,30?yxCvvvt=80，根據(jù)公式可知。 min)/(7.16.6.80202.fatCvvyxpm??4.確定機床主軸轉(zhuǎn)速 i)/(.917.1rdnwc??在實際生產(chǎn)中采用 in)/(50r?實際的切削速度為： min)/(8.170251vw??5.計算工時定額、輔助時間及作業(yè)時間根據(jù)公式 02(in).315421??????NnfllTwm根據(jù)公式 (mi)..0aT總加工時間 的計算：t (in)24..04.???matT工步 2 車內(nèi)孔至 071?1．加工條件工件材料：42CrMo(1.7225)合金結(jié)構(gòu)鋼。機床：CJK0620 數(shù)控車床。刀具：90 度內(nèi)孔車刀。1. 計算切削用量及工時定額1.確定背吃刀量 內(nèi)孔的加工余量為 0.5mm,一次走刀 map5.0?2.確定進給量 根據(jù)參考文獻[5]表 11-26 可知，車刀刀桿尺寸 40×8，車削深度 ，f=0.3～0.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map3?3.計算切削速度 根據(jù)參考文獻 [5] ,取20.,.,2.,30?yxCvvvt=80，根據(jù)公式可知。 min)/(8.1.5.802002.fatCvvyxpm??164.確定機床主軸轉(zhuǎn)速 min)/(5.342178.0rdvnwc????在實際生產(chǎn)中采用 min)/(5r實際的切削速度為： in)/(07.810vw??5.計算工時定額、輔助時間及作業(yè)時間根據(jù)公式 05(min).315821??????NnfllTwm根據(jù)公式 (i)..0maT總加工時間 的計算：t (in)6.5.01???matT工步 3 車 倒角?41．加工條件工件材料：42CrMo(1.7225)合金結(jié)構(gòu)鋼。機床：CJK0620 數(shù)控車床。刀具：45 度端面車刀。2．計算切削用量及工時定額1.確定背吃刀量 倒角的加工余量為 0.5mm,一次走刀 map5.0?2.確定進給量 根據(jù)參考文獻[5]表 11-26 可知，車刀刀桿尺寸 90×10，車削深度 ，f=0.3～0.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map3?3.計算切削速度 根據(jù)參考文獻 [5] ,取20.,.,2.,30?yxCvvvt=80，根據(jù)公式可知。 min)/(8.1.5.802002.fatCvvyxpm??4.確定機床主軸轉(zhuǎn)速 i)/(.3418.rdnwc??在實際生產(chǎn)中采用 in)/(50r?實際的切削速度為： min)/(8.410vw??5.計算工時定額、輔助時間及作業(yè)時間17根據(jù)公式 01(min).315.021??????NnfllTwm根據(jù)公式 (i)2..maT總加工時間 的計算：t (in)012..02.???matT(七) 工序 VII 車 倒角?3工序 VII 簡圖1．加工條件工件材料：42CrMo(1.7225)合金結(jié)構(gòu)鋼。機床：普通車床 CN6136D。刀具：45 度端面車刀。2．計算切削用量及工時定額1.確定背吃刀量 倒角的加工余量為 0.6mm,一次走刀 map6.0?2.確定進給量 根據(jù)參考文獻[5]表 11-26 可知，車刀刀桿尺寸 90×10，車削深度 ，f=0.3～0.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map3?