基于CNC技术的手板模型制作研究

论文摘要

模型是设计的重要表现,传统模型主要依赖手工制作,材料以易成型的粘土、石膏等为主,精度低、工期长。以CAD/CAM技术为核心的CNC手板模型,可以根据产品要求的材料,直接迅速加工出所要求的手板模型,很多研究工作者把此类加工方法归为快速原形制造。随着产品技术要求的提高,对手板模型生产企业提出了更高的要求:①手板模型装配关系复杂,精度更高;②喷涂、上金等后续加工对手板模型表面质量要求高;③时间紧,很多企业不计成本的期望立即得到产品手板模型。在激烈的市场竞争中如何快速高效的完成手板模型的生产,是所有手板模型生产企业面临的重大课题。本文的研究工作主要围绕以下几个方面开展:①根据数控加工和自动编程的要求,科学做好CAD模型的处理,既保持和设计原意的一致,又符合加工要求;②科学合理高效规划刀具路径,优化工艺参数,在给定的加工精度要求下,缩短刀具路径长度,提高数控程序加工效率;③在普通数控机床上运用高速加工的理论,通过对数控程序的优化,提高数控加工程序的实际运行速度,并通过实验对比验证,以提高复杂曲面的加工速度和精度;④从塑料切削加工工艺原理入手,结合手板模型装配和表面后处理的要求,合理选取CNC加工精度与余量,以达到效率和效益的最优。本文重点研究了手板模型加工精度和加工效率,对三维曲面加工的行距计算提出新的计算处理方法,对加工步长和数控加工系统的适应性进行了理论分析和实验研究,提出在普通数控机床上加快程序运行速度的方法和措施。最后根据理论研究的成果,制作模型实例,和原方案相比在满足质量要求的前提下,加工时间大大缩短。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 传统手板模型
• 1.1.2 CNC手板模型
• 1.2 课题的提出
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 CNC手板模型研究现状
• 1.3.2 基于快速成型工艺的RP手板现状
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本文主要结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 CNC手板模型数控加工编程与优化
• 2.1 数据模型转化和处理
• 2.1.1 数据模型转化
• 2.1.2 曲线的生成和处理
• 2.1.3 加工曲面的补充
• 2.1.4 手板模型的分拆
• 2.2 共同参数设置和优化
• 2.2.1 工件毛坯设置
• 2.2.2 刀具设置
• 2.2.3 刀具补偿
• 2.2.4 进刀/退刀设置
• 2.2.5 高度设置
• 2.2.6 切削用量的选择
• 2.2.7 残料加工
• 2.2.8 后处理
• 2.2.9 文件传输与提高
• 2.3 二维铣削加工
• 2.3.1 外形铣削
• 2.3.2 二维挖槽铣削加工
• 2.3.3 面铣削加工
• 2.4 三维加工
• 2.4.1 平行式加工
• 2.4.2 等高外形加工
• 2.4.3 曲面挖槽粗加工
• 2.4.4 投影式加工
• 2.4.5 交线清角式精加工
• 2.4.6 环绕等距式精加工
• 2.5 本章小结
• 第三章 CNC手板模型加工精度和效率
• 3.1 曲面加工精度
• 3.1.1 刀具路径拟合误差
• 3.1.2 残留高度
• 3.2 三维加工行距研究
• 3.2.1 不考虑进给量影响的残高理论计算
• 3.2.2 考虑进给量影响的残高理论计算
• 3.3 手板模型的 CNC加工效率试验研究
• 3.3.1 试验条件
• 3.3.2 数控程序运行效率研究的现实意义
• 3.3.3 数控加工的插补原理
• 3.3.4 数控机床加/减速分析
• 3.4 数控机床高效运行对策
• 3.4.1 提高程序的插补运算水平
• 3.4.2 引入先行控制技术
• 3.4.3 优化刀具路径
• 3.4.4 开发曲线插补指令
• 3.5 本章小结
• 第四章 CNC塑料手板模型加工工艺
• 4.1 手板模型材料
• 4.1.1 塑料主要分类
• 4.1.2 塑料特性
• 4.1.3 手板模型制作主要材料分析
• 4.2 塑料切削机理分析
• 4.2.1 塑料切削变形分析
• 4.2.2 塑料切削热分析
• 4.2.3 塑料切削刀具角度
• 4.3 排屑和冷却
• 4.4 手板模型加工装夹
• 4.4.1 厚壁模型加工装夹
• 4.4.2 薄壁模型加工装夹
• 4.5 手板模型的后处理
• 4.5.1 粘接
• 4.5.2 锉削
• 4.5.3 塑料表面处理
• 4.6 本章小结
• 第五章 CNC手板模型加工实例
• 5.1 原加工方案分析
• 5.2 CAD模型的处理
• 5.3 底座和上盖凹面加工
• 5.4 底座和上盖凸面加工
• 5.5 气嘴加工
• 5.6 加工对比
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 1 数控加工程序清单
• 2 数控加工的部分程序节选
• 3 部分手板模型样品
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录