《小型整体箱体三维造型及数控加工工艺》设计说明书

摘要随着微电子技术和微型计算机的飞速发展，数控雕刻机的应用越来越广泛。

机电一体化广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体，它是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势。

三维机械雕刻机是一种典型的机电一体化产品，在广告制作行业具有较大的市场前景。

本文简要的介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外雕刻机的特点说明雕刻机的功能和使用范围；详细的分析了雕刻机的总体布局和结构方案，以及主运动和进给运动系统的选择，以及“三维雕刻”插补法的选择，分析和实现过程，实现雕刻系统的初步优化。

本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计一种机构尺寸比较大的数控雕刻机，适应比较大的工艺品的雕刻加工。

关键字：雕刻机，数控系统，机电一体化，三维，插补法AbstractAlong with the development of micro-electronics technology and microcomputer technology，NC carer will be widely used.These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics，autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated closely. It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the world nowadays. 3D- mechanical engraving plotter is a typical mechatronic product. It has a larger market prospect in the advertising industry.The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter,analyses characteristics of inland and overseas Plotters，and explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework，the movement mode of numerical control system，the select of main movement system and feed movement system etc. As well as we select and analyze and realize the process of 3D-Engrave interpolation arithmetic. optimized 3D-mechanical engraving system is realized.This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a large body size, which adapted to the relatively large carving handicraft processing.Keywords: Engraving plotter, numerical control system, mechatronics, 3D，and interpolation arithmetic.目录摘要 (I)Abstract .......................................................... I I 目录 ......................................................... I II 第一章.引言 .. (1)1.1雕刻机概述 (1)1. 1. 1雕刻机起源 (1)1.2数控雕刻机及其发展现状 (1)1.2.1数控雕刻机 (1)1.2.2研制雕刻机的目的和意义 (3)1.2.3数控雕刻机的特点 (3)1.2.4数控雕刻机的应用领域 (4)1.2.5我国数控雕刻机的发展现状 (4)第二章雕刻机的机械结构 (5)2.1雕刻机的工作原理 (5)2.2整体结构 (6)2.2.1雕刻机总体布局的基本要求 (6)2.2.2 影响雕刻机布局的基本因素 (6)2.2.3 坐标系的确定 (8)2.2.4三维雕刻机的机械结构 (8)2.3进给系统 (9)2.4主轴组件 (12)第三章三坐标数控雕刻机的机械系统的设计 (14)3.1 设计参数的确定 (14)3.2 切削力、切削扭矩和切削功率计算 (14)3.2.1铣削力、扭矩和功率的计算 (15)3.2.2钻削力、扭矩和功率的计算 (16)3.3 主运动系统的设计计算 (17)3.3.1主运动系统传动链的组成 (18)3.3.2 主轴电动机的设计计算 (18)3.4进给运动系统的设计计算 (19)3.4.1 进给系统传动链的组成 (19)3.4.2滚珠丝杠副的设计计算 (20)3.4.3工作台进给电动机的设计计算 (23)3.4.4 工作台直线导轨副的设计计算 (25)3.5插补法 (25)结论 (28)总结 (28)数控雕刻机的发展展望 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第一章.引言1.1雕刻机概述1. 1. 1雕刻机起源雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。

说明书先打开UG软件，【新建】一个【模型】，进去后点击【草图】，选择XY平面，然后在XY平面上创建一个直径110cm的圆，点击【完成草图】。

如下图：草图完成后选择【拉伸】按钮，点击我们画好的圆，指定矢量为Z轴向上，因为我们设计的零件圆柱的高度是5cm，所以开始距离为0，结束距离为5cm。

点击确定按钮。

如下图：完成拉伸后再次【创建草图】，平面选择依旧是XY平面，以圆心为圆心画一个直径87.77的圆，将直径87.77的圆用直线平均分成16等份，以两等份为距离在一个象限里画两条相切于圆的直线，找到【镜像】按钮，选择镜像中心线，选择相切圆的两条直线为镜像直线，确定后得到二分之一八边形。

如下图：再次选择【镜像】按钮，将二分之一八边形再次镜像，得到一个相切于圆的等边八边形。

点击【约束】按钮，将所有的边相切于圆，隐藏辅助线和圆后【完成草图】。

如下图：点击【拉伸】按钮，选择曲线为我们刚才画的等边八边形，指定矢量为Z轴向上，因为我们是以XY为平面的创建的草图，而八边体的高度是五毫米，所以开始的距离是以XY为基准，从圆柱的上表面开始的，为5毫米，结束距离是圆柱的高度和八边体的高度的总和，为10毫米。

布尔选择为求和。

点击确定按钮。

如下图：再次以XY平面为基准【创建草图】，以圆心为圆心画一个直径80的圆，约束圆心。

画两条将圆等分四份的分割圆的辅助线，然后在一个象限内画一个四十五度的辅助线，以该辅助线与直径80的圆的交点为相切点画一个内切于该焦点的直径为35的内切圆。

如下图：选择【镜像】按钮，以两条XY轴为中心线，曲线选择，将直径35的内切圆镜像为四等份，如下图：选择【圆弧】按钮，将每个圆与每个圆之间以直径为12.5的圆弧相切连接。

如下图：每个圆都以圆弧连接之后，修剪掉多余的线条，辅助线。

然后点击约束按钮，将每一个线段与线段之间相切，得到如下图形。

点击【完成草图】点击【拉伸】按钮，选择曲线为刚才画的那个像花一样的曲线，指定矢量为Z轴向上，因为这个图形是凹进去的，深度为3，而我们画草图的基准面设置的是XY平面，图形的整体高度距离基准面的高度为10，所以开始的距离为7，结束的距离为10，布尔选择为求差。

箱体⼯艺⼯装毕业设计说明书1.前⾔1.1课题背景及发展趋势1.2毕业设计的⽬的、任务与要求2.箱体类听见加⼯⼯艺规程设计2.1零件的分析（零件图审查）箱体的主要技术要求是：1）外表⾯粗糙度Ra3.2,2)前后φ47孔内表⾯粗糙度Ra1.6从零件图可以知道，该箱体是铸件，其⾮加⼯⾯是光滑的。

2.2⽑坯的选择箱体材料是QT45-5球墨铸铁，该铸件为单件⽣产，不允许出现铸造缺陷（如⽓孔、开裂等），整体壳体铸造厚度为5-6mm，同时为了缩短⽣产周期和降低成本，选择⾦属模机械砂型铸造，查表（机械制造⼯艺设计简明⼿册）2.2-3得铸件尺⼨公差等级为CT9，表2.2-1公差数值0.025mm，表2.2-5加⼯余量等级MAG，表2.2-4单边加⼯余量3.5mm，双边加⼯3.0mm,表2.2-6铸造孔的⼀般最⼩孔径30mm，表2.2-8铸造斜度外表⾯（机械制造⼯艺设计简明⼿册P44）2.3拟定⼯艺路线2.3.1定位基准的选择（1）粗基准的选择由于箱体⾸先加⼯的是箱体底⾯与箱体底座的底⾯，且需保证箱体底⾯与顶⾯的尺⼨为120mm，箱体底座⾄前后φ47孔中⼼的尺⼨为60mm，因此选择箱体顶⾯与φ47孔作为粗基准。

（2）精基准的选择选择已加⼯过的底⾯及2.3.2加⼯路线的拟定整个箱体的加⼯过程分为三⼤阶段，第⼀阶段主要是加⼯平⾯，第⼆阶段主要是加⼯φ47孔与φ38孔，第三阶段主要是加⼯铸件⽑坯不能铸出的孔。

表2.1箱体的⼯艺过程2.4机械加⼯余量、⼯序尺⼨及⽑坯尺⼨的确定2.4.1⽑坯的外廓尺⼨由于箱体加⼯外廓尺⼨为132*130*124mm，表⾯粗糙度要求Ra3.2，根据《机械制造⼯艺设计简明⼿册》，表2.2-3得铸件尺⼨公差等级为CT9，表2.2-1得公差数值0.025mm，表2.2-5得加⼯余量等级G，⽑坯长：132+2*3.5=139mm宽：144+2*3.5=151mm⾼：124+2*3.5=131mm2.4.2主要平⾯加⼯的⼯序尺⼨及加⼯余量为了保证加⼯后⼯件的尺⼨，在铣削⼯件表⾯时，粗铣铣削深度ap=2.5mm，精铣铣削深度ap=0.5mm。

南通大学数控加工实习课程设计设计题目：“拨叉（CA6140车床）”零件三维造型及数控加工学院：杏林学院学部：工程学部专业：机械工程及其自动化班级：机112设计者：江文涛学号：1110013049设计日期：2014年12月29日至2015年1月17日第一部分：摘要 (3)第二部分：零件分析 (3)第三部分：零件三维造型 (4)第四部分：数控加工编程与加工 (13)第五部分：零件三维扫描 (24)第六部分：实习小结（包括优、缺点分析等） (25)第七部分：参考文献目录 (26)本设计是把普通的车床改造经济型数控机床，经济型数控机床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。

使用数控机床可以降低工人劳动强度，节省劳动力（一个人可看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期、可对市场需求做出快速反应，在设计时候具体进行了详细的各种部件的选型和计算机床计算机数据控的基本原理，数控机床的组成、分类及发展，CNC装置的硬件、软件及其接口，插补原理、刀具补偿与速度控制，伺服驱动系统及位置控制，加工程序编制等。

比如：导轨设计选型、滚珠丝杠副选型与计算，进行传动系统误差分析、驱动电机的选型与计算、驱动电机与滚珠丝杆的联接，驱动电机与进给传动系统的动态特性析等。

零件分析1.零件的分析拨叉零件主要用在操纵机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。

我们在这里研究CA6140车床上的拨叉，是最常见的一种拨叉零件。

由于机床CA6140拨叉（编号831008）是车床控制机构中的重要一环，因此：拨叉得加工要求精度比较高，而且要求耐磨类提高使用寿命。

2. 零件的功用分析CA6140机床拨叉是在机床变速机构中的重要一环， CA6140车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。

1绪论1.1课题的背景及目的科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。

机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。

而数控机床则能适应这种要求，满足目前的生产需求[1]。

数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。

机械加工中，多品种、小批量加工的比例约占80%。

这样，对机床不仅要求具有高精度和生产效率，而且还具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。

数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床[2]。

随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y工作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要的作用。

1.2国内外数控机床的发展状况数控机床的出现是20世纪机床工业的主要特点。

随着机床工业的发展，适应汽车工业的需要、高精度、高效率、高自动化的坐标键床、磨床、齿轮机床、组合机床大量出现；其中，数控机床和功能复合、柔性化、系统集成化亦是20世纪机床工业最显著的特征之一[3]。

20世纪中国机床工业的迅速崛起。

在数控机床方面，中国1958年开始起步，60年代有了正式的数控机床产品。

70年代，开始研制出加工中心。

80年代研制出FMC，FMS，而且根据中国国情，还提出了数控机床与普通机床并存的独立制造岛(Alone Manufacturing Island)方案。

80年代后，世界上掀起了研究实施CIMS的热潮，应该说，FMC、FMS、CIMS的基础之一，就是数控机床，而实施FMC、FMS、CIMS又进一步带动了数控机床的发展。

1.3数控工作台的分类及其特点数控工作台分为十字工作台、旋转工作台等。

数控精密工作台采用滚珠丝杠副及直线导轨副为导向支承，滚珠丝杠副为运动执行元件的结构。

CAD/CAM零件（箱体）加工设计说明书学院：机电工程学院班级： 07机制1班学生姓名：郑坚生学号：20070310010105指导教师：肖乾课设时间：2010年6月28日-2010年7月10日目录前言 (3)第一章设计任务书 (5)第二章实体建模 (7)第三章数控加工工艺 (23)第四章数控加工仿真 (31)第五章总结 (41)第六章：参考文献 (42)附1：粗铣Φ55的凸台表面的G代码 (43)附2：零件三维图 (44)前言Pro/E三维实体模型设计软件是充分运用先进的参数化实体造型技术的机械模型设计系统，它是目前三维CAD软件领域的主导。

Pro/E三维实体设计系统是由Parametric Technology Corporation公司于1989年开发出来的。

到目前为止，已经拥有了为数众多的功能模块，在工业生产的各个领域得到了广泛的应用，这些领域包括造设计，机械设计，功能模拟，产品数据管理以及数据交换等。

Pro/E 2001拥有以下特点：1.基于特征的建摸方式所谓“基于特征”是指用户可以通过定义特征来创建零件。

因为，特征取代了低层的几何图形，因此设计者可以不必考虑Pro/E使用的几何图形细节。

用户可以方便的隐藏和改变特征参数，从而快速的修改图形。

2. 单—数据库支持与全相关性所谓单—数据库，就是指工程中的全部数据都来自一个数据库。

在整个设计过程中，任何一处发生改动，都可以反映在整个设计过程中，它提高了系统执行效率，使产品能更好，更快的推向市场。

3. 行为建模技术等三维实体模型设计软件是充分运用先进的参数化实体造型技术的机械模型设计系统，它是目前三维CAD软件领域的主导。

数控铣削是一种应用广泛的数控切削加工方法，能完成数控铣削加工的数控设备主要是数控铣床和加工中心。

由于数控铣床是多轴联动，所以除如图5-1 所示各种加工方法外。

此外数控铣床也可以进行钻、扩、铰孔、攻螺纹、镗孔等加工。

（a）型腔加工（b）分层切削图1-1 铣削加工方法机械加工工艺过程是指机械加工方法改变毛胚形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为、相对位置和性质，使其成为零件的过程。

设计说明书项目2 数控加工工艺设计（5~6周）班级：机制1121小组：第二组组长胡坤201150616107副组长程丹丹201150616117其它成员石玉豪吕玮凡孟辉张娜娜陈涛张志杰目录前言 (3)课程设计任务书 (4)一、任务说明 (4)1.1任务要求 (4)1.2任务内容概述 (4)二、数控加工工艺 (5)2.1零件的工艺分析 (5)2.2 选择毛坯················错误！未定义书签。

2.3 确定工艺路线 (6)三、确定刀具和夹具 (6)四、确定切削用量 (7)五、编写加工程序 (8)总结 (11)参考文献 (12)前言数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床效能的前提条件。

本设计正是从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在结合数控加工切削基础、数控机床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识上，分析了具体零件在加工中心上的加工工艺。

本次数控加工工艺的课程设计，我们根据具体零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和夹具。

用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；用自动编程软件或手工编程。

通过数控仿真软件对程序和刀具走刀路径进行模拟仿真。

用CAD来画出工件和夹具的三维图并装配好供分析使用。

制作工艺时还对工艺卡片进行制作。

在本次工艺中，粗加工时，以提高生产效率，但同时也考虑到经济性和加工成本，对于半精加工和精加工，应首先保证加工质量，同时兼顾切削效率，经济和加工成本，要选择合适的参数在最短时间内加工出精度较高的工件和设计出适当的工艺卡。

本工艺设计由我们组八名成员共同编写，在编定过程中参阅了很多专业工艺设计手册与文献，并得到指导老师的帮助，在此表示衷心的感谢。

机电及自动化学院《机械制造工艺学》课程设计说明书设计题目：箱体的工艺规程设计2011 年7月前言《机械制造工艺学》课程设计是我们学完了机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课，又经过了机械设计课程设计之后，进行的又一次实践性环节，特别强调对机械制造工艺学和工程材料这两门课程的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合总复习，同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，也是一次对我们实际运用知识解决问题能力的练习。

并且，这次课程设计同样也会用到以前的金工实习和认知实习的相关知识，也可以说这是对两次实习效果的一次检验。

通过这次课程设计，将会巩固对机械加工工艺规程设计的理论知识，并初步学会自己完成制定简单零件加工工艺规程。

这次的工艺规程课程设计，我的题目是箱体的工艺规程设计。

希望通过对箱体的加工工艺规程的设计，可以进一步学习《机械制造工艺学》并掌握简单零件的加工工艺设计。

虽然这是大学以来的第二次课程设计，但毕竟还是第一次接触制造工艺设计，对知识掌握、熟悉程度以及综合运用还会存在问题，因此在设计中难免会有考虑不周全或错误的地方，这些也是第一次设计时常见的问题，希望老师多多批评和指正。

目录一、零件分析 (1)1.1 计算生产纲领确定生产类型 (1)1.2 箱体工艺分析 (1)二、确定毛坯 (2)2.1 确定毛坯种类 (2)2.2 确定机械加工余量 (2)2.2.1铸件尺寸公差 (2)2.2.2铸件机械加工余量 (2)2.3 绘制铸件毛坯图 (3)三、工艺规程设计 (4)3.1 选择定位基准 (4)3.2 制定工艺路线 (4)3.2.1拟订工艺路线一 (4)3.2.2拟订工艺路线二 (4)3.2.3工艺方案的比较与分析 (6)3.3 选择加工设备和工艺设备 (6)3.4 确定加工余量与工序尺寸表 (7)3.5 确定加工工序设计及基本工时 (9)四、设计小结 (22)五、参考文献 (23)一、零件分析1.1计算生产纲领确定生产类型年产量Q＝10000（件/年），该零件在每台产品中的数量n=1（件/台），废品率α＝3％，备品率β＝5％。

机电及自动化学院《机械制造工艺学》课程设计说明书设计题目：箱体的工艺规程设计2011 年7月前言《机械制造工艺学》课程设计是我们学完了机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课，又经过了机械设计课程设计之后，进行的又一次实践性环节，特别强调对机械制造工艺学和工程材料这两门课程的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合总复习，同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，也是一次对我们实际运用知识解决问题能力的练习。

并且，这次课程设计同样也会用到以前的金工实习和认知实习的相关知识，也可以说这是对两次实习效果的一次检验。

通过这次课程设计，将会巩固对机械加工工艺规程设计的理论知识，并初步学会自己完成制定简单零件加工工艺规程。

这次的工艺规程课程设计，我的题目是箱体的工艺规程设计。

希望通过对箱体的加工工艺规程的设计，可以进一步学习《机械制造工艺学》并掌握简单零件的加工工艺设计。

虽然这是大学以来的第二次课程设计，但毕竟还是第一次接触制造工艺设计，对知识掌握、熟悉程度以及综合运用还会存在问题，因此在设计中难免会有考虑不周全或错误的地方，这些也是第一次设计时常见的问题，希望老师多多批评和指正。

目录一、零件分析 (1)1.1 计算生产纲领确定生产类型 (1)1.2 箱体工艺分析 (1)二、确定毛坯 (2)2.1 确定毛坯种类 (2)2.2 确定机械加工余量 (2)2.2.1铸件尺寸公差 (2)2.2.2铸件机械加工余量 (2)2.3 绘制铸件毛坯图 (3)三、工艺规程设计 (4)3.1 选择定位基准 (4)3.2 制定工艺路线 (4)3.2.1拟订工艺路线一 (4)3.2.2拟订工艺路线二 (4)3.2.3工艺方案的比较与分析 (6)3.3 选择加工设备和工艺设备 (6)3.4 确定加工余量与工序尺寸表 (7)3.5 确定加工工序设计及基本工时 (9)四、设计小结 (22)五、参考文献 (23)一、零件分析1.1计算生产纲领确定生产类型年产量Q＝10000（件/年），该零件在每台产品中的数量n=1（件/台），废品率α＝3％，备品率β＝5％。

目录1.毛坯分析 (2)2.工艺流程工艺流程方案 (2)工艺方案的比较与分析 (3)3. 关键尺寸分析 (4)4. 钻削速度与进给量 (4)5. 尺寸链分析 (4)6.心得体会…………………………………………………. ..5箱体零件设计说明书一．毛坯分析箱体材料为HT150，即为灰铸铁（也称灰口铸铁），其最小抗拉强度为150。

该材料属于中强度铸铁件，铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，可不用人工时效；有一定机械强度和良好的减震性。

适用于制造承受应力中等的零件，在弱腐蚀环境工作的零件。

该箱体的主要加工面为底座4*Φ10的孔处于箱体内壁，内壁处的Φ56，Φ53-0.015-0mm，Φ35因为考虑箱体与其他零件的配合问题，故为在加工是最需要确保精度的。

另外箱体的多个加工面的粗糙度也有一定要求，加工工艺需要满足其要求。

所需毛坯尺寸约为已经过热处理的185*80*100的灰铸铁。

二．工艺流程（一）工艺流程方案方案一：10．铣。

以箱体的底面为基准面，将箱体铣出光滑的178mm*74mm的下表面。

20．扩孔。

先在底座上钻深度介于H=63mm-74mm/2的孔，再铣刀铣出77mm*74mm*5mm的凹槽。

再利用铣刀扩出77mm*46mm*H的方孔。

并在方孔内铣出倒角C2。

30．铣。

以箱体底座中心为基准在箱体底座上铣出mm*84mm和84mm*74mm的箱体上部分，使箱体底座厚的为19mm，箱体上半部分的长度为112mm.40. 粗车。

在距离底座下平面距离63mm处为轴心，将箱体的上半部分车成Φ（74mm+2*5mm）即Φ84mm的上半圆柱面，其中Φ（2*5mm）为加工余量，用来加工箱体上表面用来固定螺丝的凸台孔和上箱体与箱座的连接部分。

50. 精车。

将箱体上部分留出Φ20mm*5mm的凸台后车出Φ74mm的半圆柱面，并箱体倒角。

60. 划。

在底座上以底座底面中心为中心。

在相距144mm*38mm的矩形四个角上划孔位线。