水泵壳体底座零件工艺规程设计及Mastercam数控编程

水泵壳体底座零件工艺规程设计及Mastercam数控编程引言随着自造业技术的不断完善和发展，自动化技术标志着国家现代化水平。自动化技术是面向整个工业领域的，同时在传统工业和现代工业之间起着桥梁的作用。现代自动化的技术将朝着敏捷化、智能化、全球化、绿色化、虚拟化、网络化方向发展。目前计算机辅助设计在机械行业占有主导地位，Mastercam数控编程也是自动化技术之一，本设计通过水泵壳体底座零件的加工，介绍了Mastercam的基本绘图和编程命令，以及生产程序。其目的是为了减轻或替代人的劳动力，提高劳动生产率。

第一章绪论1.1Mastercam的简介1.1.1Mastercam的基本情况Mastercam是一套功能强大的数控加工软件，采用图形交互自动编程方法是实现NC程序的编制，是由美国CNCsoftwareNC公司推出的基于PC平台上的CAD/CAM一体化软件，是最经济、最有效的全方位的软件系统。[4]它不但在复杂曲面创建、数据交换、外形铣削、多轴加工、路径模拟等方面的强大功能，尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面，具有独到的优势。而且具有方便直观的几何造型功能，能够提供零件外形设计外形所需的理想环境。因此成为目前十分流行的CAD/CAM系统软件，广泛应用于机械、汽车、航天、航空模具、家电和五金等工业领域。[6]Mastercam是一个CAD/CAM一体化软件，系统包括设计和加工两大部分。其中设计模块由Design模块来实现，加工部分由铣削(Mill)、车削（LAthe）和激光线切割（Wire）3大模块来实现。软件集二维绘图、三维实体造型、体素拼合、曲面设计、刀具路径摸拟、数控编程及真实感摸拟等到功能于一身，对系统环境要求较低，使用户在造型设计、数控铣床、数控车床或数控切割等加工操作中，都能获得最佳的效果。[7]1.1.2Mastercam的主要功能和特色Mastercam具有强大的CAD的功能，包括2D/3D图形的设计、曲面造型、尺寸标注、图形阴影处理等功能，可以直接在系统上绘图并转换成NC加工程序，也可以将在其他绘图软件绘制好的有效图形，通过一些标准的或特定的转换文件转换到Mastercam软件中，然后生成NC加工程序。Mastercam具有强大的二维铣削加工、线架加工、三维曲面加工、多轴加工、车削加工、雕刻加工等数控加工功能，能够预先依据使用者定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可以从NC加工程序转换成为刀具路径图。[5]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的强项在3轴数控加工，简单易用，产生的数控程序简单高效。具有可靠的刀具路径校验功能。在模拟加工的整个过程中，不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。[3]1.1.3Mastercam操作特点使用Mastercam实现DNC加工,DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求，这样就必须采用DNC加工方式，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。[3]1.1.4Mastercam国内发展前景Mastercam具有很强的加工功能，尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面，具有独到的优势。Mastercam主要针对数控加工，零件的设计制作功能不强，所以对硬件的要求不高，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，受到大多数企业的欢迎，能快速地给企业带来可观的经济效益。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迅速发展，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，十分必要对Mastercam进行全面系统的学习。1.1.5业内竞争态势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UGNX，Edgecam，WorkNC,Cimtron,Delcam（Powermill），PTC（Pro/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。1.2数控加工工艺与编程1.2.1数控加工工艺的概念数控加工工艺是以数控机床加工零件的一种工艺方法，它以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点，综合应用多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题。数控加工工艺是组织生产的主要依据，是工厂的纲领性文件。数控加工工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，只有在工艺设计正确以后，编程才有依据，因此数控加工工艺决定了数控编程的质量。[8][9]在数控机床上加工零件的过程：首先将被加工零件图样上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴转速和进给熟读的变化、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，按规定的代码和格式编程加工程序；然后将该程序送入数控系统；数控系统按照程序的要求，进行相应的运算、处理，发出控制命令，使各坐标轴、主轴及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的自动加工。[10]1.2.2数控加工工艺设计的主要内容及步骤（1）数控加工工艺内容的选择工艺内容的选择是指选择合适在数控机床上加工的零件和工艺内容。（2）数控加工方法的选择根据零件类别和加工表面特征，结合企业现有装备情况和加工能力，选择加工方法。（3）数控加工工艺性分析数控加工工艺性分析包括进行零件图样和结构工艺性能分析，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案。（4）数控加工工艺路线设计数控加工工艺路线设计包括工序的划分与内容确定、加工顺序的安排、数控加工工序与传统加工工序的衔接。（5）数控加工工序设计数控加工工艺设计包括工序的划分与走到路线确定、零件的装夹方案与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。（6）数控加工工艺文件编制数控加工工艺文件包括数控编程任务书、数控机床调整单、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控加工刀具卡片、数控加工程序单[9]1.2.3数控编程的定义数控加工是指根据零件图样及工艺要求等初始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。数控程序是指输入数控机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令的集合，也称零件程序。数控程序是指生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，有时也成为零件编程。数控编程步骤包括:分析零件图样、工艺处理、数字处理、编写程序单、输入数控系统和程序检验。数控编程可以手工完成，即手工编程，也可以由计算机辅助完成，即计算机辅助数控编程，又称自动编程。采用计算机经辅助数控编程需要专用的数控编程软件，数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的APT语言自动编程系统和以CAD软件为基础的交互式CAD/CAM编程集成系统。[10]1.2.4数控工艺编程技术的发展随着计算机技术、微电子技术、现代控制技术、传感器与测量技术、信息处理技术、网络技术和制造技术等高新技术的发展，数控加工工艺与编程技术已成为现代制造系统中不可或缺的基础技术。数控加工工艺与编程技术的应用在制造业中日益普及，极大的推动了计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）与自动化工厂（FA）的发展，并以成为先进制造技术的基础和重要组成部分。数控技术正朝着高精度、高速度、高柔性、高可靠性及复合化的方向发展。[10][11]1952年美国诞生了世界第一台数控机床，采用手工编程，工作量大而且效率有极低；1955年，在电子计算机上实现自动编程的APT语言自动编程工具研制成功，采用ATP语言编制程序，可以处理大部分的数值计算问题，编制程序简洁直观；20世纪80年代后期，CAD/CAM集成数控系统飞速发展；20世纪90年代中期以后，CAD/CAM集成数控系统向集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化发展；目前，以计算机作为平台的自动编程技术仍在发展中。[12]1.3自动编程简介自动编程对利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。随着计算机技术的发展，计算机辅助设计与制造技术逐渐走向成熟。目前，以CAD/CAM一体化集成形式的软件已成为数控加工自动系统的主流。这些软件采用人机互换方式，进行零件几何建模，对机床与刀具参数进行定义和选择，确定刀具相对于零件的运动方式、切削加工参数，自动生成刀具路径和程序代码，最后经过后置处理，按照所使用机床规定的文件格式生成加工程序。通过串行通讯的方式，将加工程序传送到数控机床的数控单元，实现对零件的数控加工。[11]自动编程与传统的手工编程比较，减少了编程人员的工作量，提高了生产加工的效率和准确率，而且能解决复杂的型面零件加工的数值计算问题，还有大大节省了控制系统的空间，编制的程序直观整洁。所以自动编程技术得到了广大用户的青睐。目前我国常用的有CAXA制造工程师、UG=2\*ROMANIICAD/CAM系统、Pro/Engineer、MasterCAM等。[11][12]

第二章绘制零件图2.1功能设计CAD零件图本次毕业设计是根据下图进行绘制和实体创建及自动编程如图2-1所示。图2-1零件图纸2.2利用Mastercam绘制零件图2.2.1二维图形绘制打开软件并找到文件菜单，使用画圆命令以原点（0，0，0）处绘制一个Φ40的圆得到如图2-2-1所示。图2-2-1用画图命令以原点为中心画一个Φ70的辅助圆，并分别以(17.5,30.31,0)；（-17.5，,30.31，0）；（-17.5，-30.31.0）；（17.5，-30.31，0）；（30.31，-17.5，0）；（30.31，17.5，0）；（-30.31，-17.5，0）；（-30.31，-17.5，0）画出R6的圆，得到如图2-2-2所示。图2-2-2

用画图命令画以原点为圆心并与R6圆都相切的两个圆。得到如图2-2-3所示。图2-2-3通过打断，修剪，删除命令，得到如图2-2-4所示。图2-2-4用画圆命令以原点为圆心画出Φ100的圆。再分别以（51,0,0）；（-51,0,0）为圆心画出两个R19的圆。然后分别以（53.765,30.615,0）；（-53.765,30.615,0）；（-53.765,-30.615,0）；（53.765,-30.615,0）为圆心画出四个R12的圆，且该圆与R19和Φ100的圆都相切。所得如图2-2-5所示。图2-2-5经过打断，修剪，删除命令，得到如图2-2-6所示。图2-2-6最后使用矩形命令画出150×150的正方形，得到最终的Mastercam零件图如图2-2-7所示。图2-2-7利用Matercam中的直线、矩形、圆弧、剪切、倒圆角、旋转、剪切、单体补正、镜像等命令完成零件二维图形的绘制，如图2-2-8所示。[13]图2-2-8零件二维图

2.2.2实体图形的建立将观看视角变成等角视角：单击工具栏中的“等角视角”图标，删去多余的线条。如图2-2-9所示：图2-2-9零件等角视图通过图形2-2-9可以选择需要MAINMENU（主菜单）→Solids（实体）→Extrude（挤出）→(串连)→（执行），挤出零件的三维实体。首先，第一步是挤出边长为150的正方体，通过设置参数可以建立零件的三维实体，挤出的距离垂直向下是20，建立一个实体图，通过布尔运算得到最终的实体图形。界面设置及零件的三维线框效果如图2-2-10和图2-2-11所示：图2-2-10图2-2-11第二步：同样的步骤点击挤出指令，串连时点击凸台的线框和边长150的正方形，把串连的箭头设置为竖直向下，因为要在操作的是在边长为150正方体上铣出一个凸台，所以要点击执行弹出挤出菜单把实体挤出操作设置为切割主体，并切割的距离为3。界面设置及零件的三维线框效果如图2-2-12和图2-2-13所示：图2-2-12图2-2-13第三步：挖凹型槽，同样的步骤点击挤出指令，串连时点击四个均匀分布R6的凹槽，把串连的箭头设置为竖直向下，并点击执行弹出挤出菜单把实体挤出操作设置为切割主体，并切割的距离为3。界面设置及零件的三维线框效果如图2-2-14和图2-2-15所示：如图2-2-14如图2-2-15第四步：钻通直径为40的孔，同样的步骤单击挤出指令串连直径为40的圆形，还是把串连的箭头设置为竖直向下，点击执行弹出挤出菜单把实体挤出操作设置为切割主体，并设置切割的距离为23。设置的界面及零件的三维线框效果如图2-2-16和图2-2-17所示。图2-2-16如图2-2-17经过以上的实体挤出图形的操作可以得到该零件的三维线框效果，点击（着色）后，所得零件三维实体效果图如图2-2-18所示。如图2-2-18

第三章工艺分析3.1零件的分析3.1.1零件的作用水泵壳体底座上的零件可以卸载，用来连接壳体与底板或基础固定。在水泵运行中减少与地面的直接摩擦，提高水泵的工作效率。简单的说它的主要是起到支撑，连接，固定的作用。3.1.2零件的结构特点如图2-1所示，水泵壳体底座零件由底座，凸台，中心通孔以及中心通孔四角均匀分布的四个凹槽组成。该几何形状为平面三维图形，主体零件的外轮廓为150mm×150mm×20mm方料，需采用粗、精加工。Φ100mm的凸台尺寸精度公差为±0.02，该零件的加工的表面粗糙度都为3.2um。零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。3.1.3确定零件的生产纲领生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。机器零件的生产纲领按下式计算：[14]式中N——零件的生产纲领（件/年）Q——产品的年产量（台/年）n——每台中该零件的数量（件/台）a%——备品的百分率b%——废品的百分率因为没有生产要求，所以进行估算。其中：产品的年产量Q=1000台/年,每台中该零件的数量n=1件/台,备品的百分率a%=4%，平均废品的百分率b%=3%，件。通过计算可知，生产类型为大批量生产。3.2确定毛坯的制造形式零件材料为灰铸铁，这是由于铸件，铸造性能好，可切削性能好，阻尼特性较好，抗摩擦磨损性能好，抗震性好。能满足使用性能的要求，无热处理要求。就可保证零件工作可靠。由于零件年产量为1070件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用铸造成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。[15]3.3定位基准的选择（1）粗基准的选择粗基准的选择将影响到加工表面与不加工面的相互位置，或者影响到加工余量的分配，并且第一道粗加工工序首先要遇到粗基准选择问题，因此正确选择粗基准对对零件的加工和保证产品质量将有重要影响。粗基准的选择应该遵循以下原则：保证相互位置要求原则；保证加工表面加工余量合理分配原则；便于工件装夹的原则；粗基准不重复原则。（2）精基准的选择选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠方便。为此，一般应遵循基准重合原则；统一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。3.4制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床和专用机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。[16]根据图样分析，材料的切削性能较好，铣平两端面用Φ50的面铣刀；侧面和凸台刀具材料采用普通的高速钢（HSS），选择Φ16立铣刀，粗精铣侧面和凸台，由于凸台高度有3mm，XYZ方向的切削余量较大故采用分层切削，沿轮廓分几次进行铣削去除余量至图纸尺寸；中心通孔周围四个凹槽由于表面光洁度和公差要求较高，故采用Φ8合金键槽铣刀进行铣削加工；中心通孔由于表面光洁度和公差要求较高，故先采用Φ20钻头钻通，在使用Φ16高速刚立铣刀铣削通孔，在使用Φ40镗刀进行加工至图纸要求尺寸。零件的具体加工工艺过程如下：工步一：用Φ50的面铣刀铣平两端面至图纸尺寸。工步二：用Φ16高速钢铣刀铣削毛坯侧面的余量至图纸尺寸。工步三：用Φ16高速钢铣刀粗铣凸台，采用分层切削凸台，分三次铣削至相应尺寸。工步四：用Φ16高速钢铣刀精铣凸台至图纸尺寸。工步五：用Φ8键槽铣刀粗铣削中心通孔四周均匀分布的四个凹槽，采用分层铣削的方式进行加工。工步六：用Φ8键槽铣刀精铣削中心通孔四周均匀分布的四个凹槽，采用分层铣削的方式进行加工。工步七：用Φ20麻花钻钻通中心孔。工步八：用Φ16高速钢铣刀铣削Φ40的通孔，采用螺旋下刀方式进行加工。工步九：用Φ40镗刀镗Φ40的通孔至图纸要求。3.5机床设备的选用本次水泵壳体底座零件的加工设备是厦门大金机械有限公司生产的TAKAMTJ-700型数控铣床如图3-5所示，该机床的加工范围为800×550mm（长×宽），主轴最高转速为8000r/min/min，主电机额定功率为7.5kw（10hp），切削进给（X、Y、Z轴）最大速度为6000mm/min。该机床主体部分主要由底座、立柱、鞍座、工作台、主轴箱等部件组成其中主体的五大件均采用高强度优质铸件且树脂砂造型，组织稳定，具有良好的刚性和精度的保持性。图3-53.6工件的装夹以已加工过的底面和侧面作为定位基准，在平口虎钳上装夹工件，钳口高度为35mm，工件顶面至少需高于钳口3mm，工件底面用垫块将工件托起，在虎钳上夹紧前后两侧面。虎钳用T型螺栓固定在加工中心工作台上。3.7械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定加工余量是为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，加工余量又分有总余量和工序余量。加工总余量又称为毛坯余量，是指毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差；工序余量是指相邻两工序尺寸之差。该零件材料为灰铸铁，生产类型为大批生产，采用铸造毛坯。根据原始资料，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。(1)加工15015020正方形两端面，参考文献参考加工余量为1mm,粗加工到0.8mm到可以的表面粗糙度要求。精加工余量0.2mm，就可以达到加工要求。(2)加工15015020正方形的侧边，根据参考文献参考的加工余量为1mm,将工件旋转90度，然后用千分表测垂直度，粗加工到0.8mm到可以的表面粗糙度要求。精加工余量0.2mm，就可以达到加工要求。同理，分别加工其余的三个面至达到加工要求。3.8确定切削用量及基本工时工步一：用面铣刀铣平两端面已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：已确定端面最大加工余量，可知毛坯高度方向加工余量为1mm,则毛坯高度方向的最大加工余量max=1mm,取ap=1mm,可以一次加工。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ50mm，刀具几何形状根据《切削用量简明手册》（以下简称简明手册）[17]查表3.2可知0=10°，0=8°，0=90°，=30°，r=1。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.080.15mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.1mm/z,齿数=12。切削速度：根据《金属切削手册》（以下简称金属手册）[18]表6-14查得C=1521m/min,取C=20m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《机械制造技术基础课程设计指南》（以下设计指南）[19]表5-72，150r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《机械制造工艺设计简明手册》（工艺手册）表6.2-7，取工步二：铣外轮廓已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：铣高为1mm的侧面,最大加工余量max=1mm,取ap=1mm,可以一次加工。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ16mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表3.2可知0=10°，。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.120.20mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.18mm/z,齿数=4。切削速度：根据《金属手册》表6-14查得C=1521m/min,取C=20m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，475r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取工步三：粗铣凸台已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：粗铣高度为3mm的凸台。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ16mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表3.2可知0=10°，。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.120.20mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.2mm/z,齿数=4。切削速度：根据《金属手册》表6-14查得C=1521m/min,取C=18m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，375r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取工步四：精铣凸台已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：精铣高度为3mm的凸台。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ16mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表3.2可知0=10°，。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.120.20mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.18mm/z,齿数=4。切削速度：根据《金属手册》表6-14查得C=1521m/min,取C=20m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，475r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取工步五：粗铣R6键槽已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：粗铣深度为3mm的键槽。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ8mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表3.2可知0=10°，。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.120.20mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.2mm/z,齿数=4。切削速度：根据《金属手册》表6-14查得C=1521m/min,取C=18m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，750r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取工步六：精铣R6键槽已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：精铣深度为3mm的键槽。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ8mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表3.2可知0=10°，。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.120.20mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.18mm/z,齿数=4。切削速度：根据《金属手册》表6-14查得C=1521m/min,取C=20m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，950r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取工步七：钻中心通孔已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：钻通Φ40mm的中心孔。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ20mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表0=10°，。确定进给量：根据《金属切削速查速算手册》表7-54[20]，当材料为灰铸铁,硬度HBS：170241,钻头直径为20mm时，切削速度为2434m/min,取C=25m/min，取=0.32mm/r。所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，475r/min,故实际切削速度为切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取工步八：铣削中心通孔。已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241工艺要求：用螺旋铣削方式将通孔铣到中心孔Φ40，深20mm。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢HSS，刀具直径为Φ16mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表3.2可知0=10°，。确定进给量：根据《简明手册》表3.3可知当刀具材料为高速钢,铣床功率为7.5KW时，z=0.120.20mm/z按TAKAMTJ-700型数控铣床说明书见《简明手册》取z=0.2mm/z,齿数=4。切削速度：根据《金属手册》表6-14查得C=1521m/min,取C=18m/min，所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，375r/min,故实际切削速度为进给速率：切削工时：按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7，取工步九：镗削Ф40中心孔。已知材料为：灰铸铁硬度HBS:170241。工艺要求：孔径Φ40，深20mm，通孔。机床：TAKAMTJ-700型数控铣床。选用刀具材料：高速钢麻花钻，刀具直径为Φ40mm，刀具几何形状根据《简明手册》查表2.2可知。确定进给量：根据《简明手册》查表2.7可知当加工材料为灰铸铁,进给量=0.700.80mm/r，查表2.15取C=17m/min。所以主轴转速为根据机床说明书见《设计指南》表5-72，150r/min,故实际切削速度为切削工时：按《工艺手册》表6.2-7，取数控加工工艺卡片如表3-8所示。表3-8数控加工工艺卡片序号需要加工面刀具号码刀具规格主轴转速r/min进给速率mm/min类型材料1铣两端面T01Φ50面铣刀高速钢1501002铣外轮廓T02Φ16立铣刀高速钢4753003粗铣凸台T03Φ16立铣刀高速钢375300精铣凸台T03Φ16立铣刀高速钢4753004粗铣凹槽T04Φ8键槽铣刀高速钢750500精铣凹槽T04Φ8键槽铣刀高速钢9505005钻Φ40孔铣Φ40孔镗Φ16孔T05T06T07Φ20麻花钻Φ16立铣刀Φ40镗刀高速钢高速钢高速钢475375150100200100

第四章创建刀具路4.1机床和毛坯的设置4.1.1机床的选择单击（机床类型）→铣床→选择“默认”即完成了机床类型的选择。4.1.2毛坯的设置在菜单里的（刀具路径管理器）下双击（属性）选择（材料设置），根据已知毛坯尺寸152mm×152mm×21mm在材料设置对话框里设置相应的参数，如图4-1所示，单击确定完成零件毛坯的设置。得到零件毛坯，如4-2所示。图4-1材料设置对话框图4-2零件毛坯4.2铣平毛坯两端面单击Tooipaths（刀具路径）→A平面铣→C串连，选择要铣削的正方形轮廓，如图4-3所示：图4-3刀具建立选择完铣削轮廓后点击执行命令弹出刀具路径窗口，点击平面加工如图4-4。点击图4-4刀具，选择面铣刀，如图4-5所示。图4-4图4-5刀具的建立如图4-6所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-7所示：图4-6图4-7铣端面加工对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标为25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为0mm，设置如图4-8所示：切削深度设置：Z轴分层切削的的最大粗切步进量为0.5mm，设置好单击“确定”，如图4-9所示。图4-8图4-9平面铣削对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成平面的刀具路径，如图4-10所示：图4-104.3铣毛坯外轮廓单击Tooipaths（刀具路径）→C外形铣削→C串连，选择要铣削的正方形轮廓，如图4-11所示。图4-11选择完铣削轮廓后点击执行命令弹出刀具路径窗口，点击等高外形如图4-12。刀具建立点击图4-12刀具，选择面铣刀，如图4-13所示。图4-12图4-13刀具的建立如图4-14所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-15所示：图4-14图4-15铣端面加工对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标为25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为-20mm，设置如图4-16所示：图4-16X轴方向分层铣削：设置X轴分层切削的次数为1和间距为5，设置好单击“确定”，如图4-17所示。Z切削深度设置：Z轴分层切削的的最大粗切步进量为1mm，设置好单击“确定”，如图4-18所示。进刀点和退刀点的参数设置：在外形铣削中的外形加工参数设定中单进入进/退刀设置，如图4-19所示，设置好后单击“确定”完成。图4-17图4-18图4-19外轮廓铣削对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成外轮廓的刀具路径，如图4-20所示：图4-204.4粗、精铣凸台单击Tooipaths（刀具路径）→C外形铣削→C串连，选择要铣削的凸台轮廓，如图4-21所示。图4-21所刀具的建立如图4-22所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-23所示：图4-22图4-23X轴方向分层铣削：设置X轴分层切削的次数为6和间距为10，设置好单击“确定”，如图4-24所示。Z切削深度设置：Z轴分层切削的的最大粗切步进量为2mm，设置好单击“确定”，如图4-25所示。图4-24图4-25粗、精铣凸台加工对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为-2mm，设置如图4-26所示：图4-26外形铣削对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成凸台的刀具路径，如图4-27所示：图4-27凸台刀具路径4.5粗、精铣凹槽单击Tooipaths（刀具路径）→选择标准挖槽→弹出“串联选项”对话框→选择需要挖槽的图素，如图4-28所示，完成后单击确定完成选项。图4-28选择完铣削轮廓后点击执行命令弹出刀具路径窗口，点击标准挖槽如图4-29。刀具建立点击图4-29刀具，选择槽刀，如图4-30所示。图4-29图4-30刀具的建立如图4-31所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-32所示：图4-31图4-32精修参数的设置：在挖槽（标准）中选择“精修的参数”选择切削方式为“双向”，精加工参数为默认，单击确定完成精修的参数的设定，如图4-33所示。Z轴方向分层铣削：选取Z轴分层切削→单击“Z轴分层切削”，设置Z轴分层切削的的最大粗切步进量为1mm，设置好单击“确定”，如图4-34所示。图4-33图4-34粗加工凹槽对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标为25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为-2mm,设置如图4-35所示：图4-35挖槽（标准）铣削对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成凸台的刀具路径，如图4-36所示：图4-364.6钻中心通孔单击Tooipaths（刀具路径）→钻孔→根据提示选取需要钻孔的点，如图4-37所示→选取完成后单击确定以完成图素的选择。图4-37选择完铣削轮廓后点击执行命令弹出刀具路径窗口，点击钻孔如图4-38。刀具建立点击图4-38刀具，选择槽刀，如图4-39所示。图4-38图4-39刀具的建立如图4-40所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-41所示：图4-40图4-41中心通孔对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标为25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为-25mm,设置如图4-42所示：图4-42中心通孔钻削对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成中心通孔的刀具路径，如图4-43所示：图4-434.7铣削中心通孔单击Tooipaths（刀具路径）→选择标准挖槽→弹出“串联选项”对话框→选择需要挖槽的图素，如图4-44所示，完成后单击确定完成选项。图4-44刀具的建立如图4-45所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-46所示图4-45图4-46精修参数的设置：在挖槽（标准）中选择“精修的参数”选择切削方式为“螺旋”，精加工参数为默认，单击确定完成精修的参数的设定，如图4-47所示。Z轴方向分层铣削：选取Z轴分层切削→单击“Z轴分层切削”，设置Z轴分层切削的的最大粗切步进量为1mm，设置好单击“确定”，如图4-48所示。图4-47图4-48铣削中心通孔对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标为25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为-20mm，设置如图4-49所示：图4-49中心通孔铣削对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成中心通孔的刀具路径，如图4-50所示：图4-504.8镗削中心通孔单击Tooipaths（刀具路径）→钻孔→根据提示选取需要镗孔的点，如图4-51所示→选取完成后单击确定以完成图素的选择。图4-51刀具的建立如图4-52所示，单击刀具路径参数的设定，如刀具号码、刀具编号、主轴转速、进给率等，如图4-53所示图4-52图4-53镗削中心通孔对话框中参数的设定：参考高度绝对坐标为50mm，参考高度增量坐标为25mm，进给下刀位置增量坐标10mm，工件表面绝对坐标为1mm，铣削深度绝对坐标为-20mm,设置如图4-54所示：图4-54镗削中心通孔对话框所有参数全部设置好后单击“确定”按钮生成中心通孔的刀具路径，如图4-55所示：图4-55

第五章验证与生成程序5.1实体验证全部刀具路径生成结束后，在“刀具路径管理器”下按住键盘左下角Ctrl+鼠标左键选取全部的刀具路径（如图5-1所示），单击刀具路径管理器下的（验证已选取的操作）验证实体切削效果，如图5-2所示：[21]图5-1全选刀具路径图5-2实体切削验证

观察整个仿真加工效果，效果如图5-3所示：图5-3仿真效果图

5.2程序的后处理实体切削验证结束后，在“刀具路径管理器”下单击（后处理已选的操作）弹出“后处理程式”对话框，如图5-4所示。[22]图5-4点击确定，保存后处理文件，程序自动生成如图5-5所示：图5-5结论本次毕业设计（论文）中通过对专业知识系统的复习，体会到数控技术和计算机辅助设计软件在现代制造中的占有重要的地位。本设计通过对水泵壳体底座零件的工艺分析，工艺规程的设计，刀具的选择，然后应用计算机上的MasterCAM软件对零件进行绘图、建模、编制刀具路径、验证加工程序的正确性，最后经过后处理生成程序，并进行加工仿真操作。通过本次毕业设计（论文）的写作，掌握了生产加工工艺规程的设计，能够熟练应用MasterCAM软件的一些基本指令操作，并了解其主要功能特点。毕业设计（论文）不仅扩大和深化了我的基础理论知识和专业技能，还培养我们的自主学习、独立思考问题和动手操作的能力。通过应用MasterCAM软件对水泵体底座零件的加工操作可以看出，合理的运用专业软件对图形进行绘制、分析、加工形成自动编程，可以减少了编程人员的工作量，提高了生产加工的效率和准确率，而且能解决复杂的型面零件加工的数值计算问题，还有大大节省了控制系统的空间，编制的程序直观整洁。从而提高了资源的最大利用率，给企业和社会带来了很好的效益。

参考文献[1]周宏甫.数控技术[M].广州