数控加工中心毕业论文

南京工程学院

毕业论文

继续教育学院2016 级数控专业

论文题目：阿狸闹钟的加工与设计

学生姓名：张鹏飞

指导老师：张乃其

2016年4月

§一、引言

1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。数控技术和数控装备是制造工业现代

化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。

§二、UG8.5软件及加工中心

（一）软件的介绍

UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG同时也是用户指南（user guide）和普遍语法（Universal Grammer）的缩写。

这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其

一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。

（二）软件的特点

UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。

具体来说，该软件具有以下特点：

l）具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。

2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。

3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。

4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。

5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。

6）以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。

7）提供了界面良好的二次开发工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。

8）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对

象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。

（二）加工中心介绍

加工中心机即加工中心机床，也叫CNC机床，简称加工中心（英文名是Computerized Numerical Control Machine 简称cnc）。加工中心机通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心机备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心机是高度机电一体化的机床，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

§三、课题阿狸闹钟的简单介绍

闹钟是带有闹时装置的钟。既能指示时间，又能按人们预定的时刻发出音响信号或其他信号。闹钟的机芯结构主要有机械式和石英电子式两大类。其他如晶体管摆轮游丝式、音叉式等类型已很少用，通常置于台子上使用的称台式闹钟，主要为旅行使用的称旅行闹钟。日用机械闹钟的走时日误差一般在120秒/日以内，石英电子闹钟的走时日误差一般在0.2秒/日以内。

闹钟有很多种类，机械的、石英的，自从它被人利用钟摆的原理发明以来已经成为人们生活中不能缺少的物品。

1090年，北宋宰相苏颂主持建造了一台水运仪象台，能报时打钟，它的结构已近似于钟表的结构，可称为钟表的鼻祖。

机械闹钟

机械闹钟是用发条储存能量，是一种高锰钢材料；经过许多级别齿轮增加角速度，注意齿形不是渐开线，是摆线，为了减少摩擦力，适合在小力矩下高效率传动；经过往复摆动的擒纵机构，一种有固有振动周期的结构实现定时要求，就是恒角速度；擒纵机构用的像发条的游丝是恒弹合金，是一种弹性元件，其机械特性受温度影响比较小。

石英钟用石英晶体产生基本振荡，通过步进电机驱动齿轮组，带动指针组。

石英闹钟

石英闹钟也可叫做「水晶振动电子表」，因为它是利用水晶片的「发振现象」。当水晶接受到外部的加力电压，就会有变形及伸缩的性质，相反，若压缩水晶，便会使水晶两端产生电力；这样的性质在很多结晶体上也可见到，称为「压电效果」。石英表就是利用周期性持续「发振」的水晶，为我们带来准确的时间。

阿狸（Hans设计卡通形象）

阿狸，国内当红原创动漫形象，性格可爱温暖，孩子气，一直相信童话，2006年由Hans创作，从网络与杂志连载开始，发行童话绘本和动画短片。迄今为止，

阿狸的出版物突破250万销量，在线上拥有千万注册粉丝。一方面，其至萌至真的

形象制作成多元的虚拟产品，成为互联网主要的内容供应商；另一方面，阿狸丰富

的周边产品层出不穷，并与多个品牌成功跨界，成为本土动漫形象产品化的先锋。

从一夜成名的互联网形象，到涉足绘本、动画、游戏、产品、授权等多领域的知名

动漫品牌，阿狸携全新口号“阿狸，最初的美好，献给依然相信童话的人”，用成长

姿态迎接品牌战略新布局。受到了广大粉丝的喜爱。

§四、课题阿狸闹钟的加工介绍

打开UX8.5，并点击打开指令，打开阿狸闹钟模型图。如图（1.1.1）

打开阿狸模型图，并点击开始按钮，进入加工页面。如图（1.1.2）

图1.1.2

（一）阿狸部分加工介绍

创建几何体WORKPIECE，指定工件几何体，打开WORKPIECE(如图

1.1.3)。编辑部件几何体（如图1.1.4）。编辑毛坯几何体（图1.1.5）。

图1.1.3

图1.1.4

图1.1.5

创建刀具（如图1.1.6），创建新刀具D10铣刀(如图1.1.7)、R4球刀（如图1.1.8）

图1.1.6

图1.1.7

图1.1.8

创建工序，选用型腔铣，刀具选用D10铣刀，几何体选用WORKPIECE，

方法MILL-ROUGH(粗铣)（如图1.1.9）

图1.1.9

上半部分型腔铣参数设置：刀具选用d10铣刀，刀轴选用指定矢量X+方向，切削模式选用跟随周边，步距恒定，最大距离5mm，每刀公

共深度恒定，最大距离3mm（如图1.2.1）

图1.2.1

切削层设置：范围类型用户自定义，切削层恒定，范围深度45mm，测量开始位置顶层（如图1.2.2）

图1.2.2

切削参数设置：切削方向顺铣，切削顺序深度优先，刀路方向向外，部件余量0.3mm。（如图1.2.3）

图1.2.3

非切削移动参数设置（如图1.2.4），进给率和速度的设置（如图

1.2.5）。

图1.2.4 图1.2.5

上半部分加工刀路图（如图1.2.6）

图1.2.6

下半部分型腔铣参数设置：刀具选用d10铣刀，刀轴选用指定矢量X-方向，切削模式选用跟随周边，步距恒定，最大距离5mm，每刀公共深度恒定，最大距离3mm（如图1.2.7）

切削层设置：范围类型用户自定义，切削层恒定，范围深度45mm，测量开始位置顶层（如图1.2.8）

切削参数设置：切削方向顺铣，切削顺序深度优先，刀路方向向外，部件余量0.3mm。（如图1.2.9）

图1.2.7 图1.2.8

图1.2.9

下半部分加工刀路图（如图1.3.1）

图1.3.1

上半部分型腔半精铣参数设置：刀具选用r4球刀，刀轴选用指定矢量X+方向，切削模式选用跟随周边，步距恒定，最大距离0.2mm，每刀公共深度恒定，最大距离3mm（如图1.3.2），切削层设置：范围

类型用户自定义，切削层恒定，范围深度45mm，测量开始位置顶层切削参数设置：切削方向顺铣，切削顺序深度优先，刀路方向向外，部件余量0.3mm。

图1.3.2

下半部分型腔半精铣参数设置：刀具选用r4球刀，刀轴选用指定矢量X-方向，切削模式选用跟随周边，步距恒定，最大距离0.2mm，每刀公共深度恒定，最大距离3mm（如图1.3.3），切削层设置：范围类型用户自定义，切削层恒定，范围深度45mm，测量开始位置顶层切削参数设置：切削方向顺铣，切削顺序深度优先，刀路方向向外，部件余量0.3mm。

图1.3.3

上半部分固定轮廓精铣参数设置：驱动方法-区域铣削，区域铣削驱动方法编辑：陡峭空间范围无，切削模式往复，切削方向逆铣，步距恒定，最大距离0.2mm。（如图1.3.4）

刀具选用r4球刀，刀轴选用指定矢量X+方向（如图1.3.5），

切削参数设置：切削方向逆铣，切削角度自动，部件余量0 mm。

下半部分固定轮廓精铣参数设置：驱动方法-区域铣削，区域铣削驱动方法编辑：陡峭空间范围无，切削模式往复，切削方向逆铣，步距恒定，最大距离0.2mm。如图（1.3.6）

刀具选用r4球刀，刀轴选用指定矢量X-方向（如图1.3.7），

切削参数设置：切削方向逆铣，切削角度自动，部件余量0 mm。

图1.3.6 图1.3.7

（二）电子闹钟部分加工介绍

创建机床坐标系mcs（图1.3.8），创建几何体WORKPIECE-1，指定工件几何体，打开WORKPIECE(如图1.3.9)。编辑部件几何体，编辑

毛坯几何体。

图1.3.8 图1.3.9

上半部分型腔铣参数设置：刀具选用d10铣刀，刀轴选用指定矢量X+方向，切削模式选用跟随周边，步距恒定，最大距离5mm，每刀公共深度恒定，最大距离3mm（如图1.4.1）

切削层设置：范围类型用户自定义，切削层恒定，范围深度45mm，测量开始位置顶层（如图1.4.2）

切削参数设置：切削方向顺铣，切削顺序深度优先，刀路方向向外，部件余量0.3mm。