酒杯的創新設計與制作

摘 要：對比傳統的酒杯外形，采用UG三維軟件優化酒杯結構造型設計，使之更接近人體仿生學設計。為滿足使用功能要求，采用了質地輕且易加工的1080鋁材作為酒杯的被加工材料。同時，結合現代數控生產技術，采用CK6141數控車床加工酒杯，創新了酒杯的生產工藝。通過酒杯創新的實踐，培養和提高大學生的創新能力，激發現代大學生對創新的興趣。

關鍵詞：酒杯；加工工藝；創新

緒論

酒杯根據質料和器形不同，名目繁多，有金杯、銀杯、琉璃杯、菊花杯、梅花杯、八角杯等等。范成大詩：“風簾疏爽月徘徊，悵望家人把酒杯。”陸游在《文君井》說：“落魄西州泥酒杯，酒酣幾度上琴臺”。酒杯是人常用的飲酒工具。

進入21世紀，制造業已成為推進社會生產力的重要力量，數控技術作為現代制業的先進方式，已應用于各行各業。作為數控專業的學生，除了掌握數控機床的操作，還需要了解應用于不同行業的生產工藝以及如何創新生產工藝，改進產品的生產方式，進一步提高生產力。此次創新設計就是通過對酒杯外形設計的改良與制造，提高對數控加工技術知識的認識，培養創新數控生產工藝的能力。

1 酒杯設計

酒杯屬于薄壁、細長的懸伸件，自身結構剛性和承受切削、加緊能力差，加工過程中易產生多種變形。綜合考慮以上問題，結合人體仿生學[1]、機械結構設計分析，要保證酒杯的正常加工，產品的理論設計將結合實際加工，依據加工情況修改和完善產品的設計方案，生產出符合使用要求的酒杯產品。

盛酒的不同，所用的酒杯要求也不同。此次我們以一般要求的工藝酒杯為例，從滿足人的使用舒適度和功能出發。采用UG設計了圖1所示的酒杯實體造型。由于工藝酒杯形狀主要以回轉面為主，造型過程相對比較單一。可先作出工藝酒杯輪廓的截面曲線草圖，再利用回旋命令生成工藝酒杯實體，最后利用邊倒角命令使杯口和底座光滑圓潤。具體UG造型步驟如下：

2 材料的選擇

與傳統的酒杯使用玻璃、陶瓷相比較，我們采用了適合機械加工的且適合做日常生活器皿的牌號1080鋁棒材[2]，此牌號鋁的純度為99.0%～99.9%。其相應的力學性能如下：彈性模量：69000～71000Mpa；抗拉強度：90～120Mpa；屈服強度：20～90Mpa；伸長率：11%～25%；布氏硬度：24～32HB；沖擊韌度：10～20 J/cm2。

該鋁材可以看作是鐵、硅含量很低的鋁一鐵一硅系合金。在雜質相中除了有針狀硬脆的FeAl3和塊狀硬脆的硅質點外，還能形成兩個三元相，當Fe>Si時，形成α（Fe2SiAl8）相；當Si>Fe時，形成β（FeSiAl5）相。兩相都是脆性化合物，后者對塑性的危害更大些。因此，一般在工業純鋁中都使Fe>Si。當Fe>Si時，還能縮小結晶溫度區間和減小產生鑄造裂紋傾向。當Fe/Si≥2～3時，可生產出晶粒細小、有良好加工性能純鋁棒材。

3 創新加工工藝

傳統的玻璃酒杯常用的加工方法就是吹制，這是一項古老而成本昂貴的玻璃成型技術，起源于19世紀末。主要生產工藝就是通過壓、吹、拉等方法成形，用研磨、雕刻、腐蝕等工藝進行大規模生產，最后進行退火或冷加工等一些列工序過程。

如今，數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。有了數控技術的產生，我們可以借助數控機床加工出高質量、高質感的金屬酒杯，從而提高酒杯的使用壽命和收藏價值。

下面以圖2設計金屬酒杯為例，探索一下金屬酒杯的加工工藝，為金屬酒杯的機械化加工創新新的生產工藝做個鋪墊。

（1）工藝分析。分析圖2所示酒杯的結構，該酒杯結構細長、薄壁以及輪廓形狀特別復雜的零件。結合圖樣尺寸綜合分析，可以采取如下工藝措施：①由于所設計尺寸公差按自由公差計算，故數控編程全部取其基本尺寸即可；②在輪廓曲線上，有多處圓弧，且圓弧處既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，在加工時應進行刀尖圓弧隙補償[4]，以保證輪廓曲線的準確性；③酒杯結構細長且酒杯部分屬于薄壁類零件，所以在加工完酒杯內壁后，要采用一夾一頂的裝夾方法，保證酒杯加工好后不變形。

（2）加工工序：①裝夾棒料，保證懸出長度100mm；②車平面，鉆定位孔；③用Ф20mm鉆頭鉆削酒杯內腔底孔；④鏜酒杯內壁型腔；⑤粗車酒杯外形（留0.2mm精車余量）；⑥精車酒杯外形（留0.2mm精車余量）；⑦割斷，去除毛刺。

（3）酒杯制作：依據加工工序，采用液壓三爪自定心卡盤夾緊和一夾一頂兩種裝夾方式，選擇合理的切削用量，編寫數控加工程序。

根據被加工酒杯的外形和1080鋁材的機械性能等條件，選用CK6141數控車床加工酒杯，設備操作按照西門子802S數控車床操作與編程說明書[5]執行，酒杯實物如圖3。

4 結語

酒杯創新實踐受經費、場地、時間等因素影響，只是初步初步探討了酒杯的數控加工技術，在具體的生產實踐只能起到一個引導作用。通過酒杯創新實踐，充分地培養了我們對專業知識濃厚的學習興趣，有利于建立合理知識結構，有利于增強我們創新意識，進而有利于培養我們的創新能力，為我們將來的就業增添了機會和機遇。

參考文獻

[1]任露泉，梁云虹.耦合仿生學[M].北京：科學出版社，2012.

[2]余強，魏青周，周京平等.UG零件設計技術與實踐[M].北京：電子工業出版社，2007.

[3]錢士強，林文松，劉繼華，王偉等.工程材料[M].北京：清華大學出版社，2009.

[4]楊建明.數控加工工藝與編程[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[5]西門子802S數控車床操作與編程[M].

作者簡介：陶陽（1991，9-），男，無錫科技學院數控1001班級學生，學號：100101021主要負責酒杯創新設計。

朱華（1992，4-），男，無錫科技學院數控1002班級學生，學號：100100832 主要負責酒杯創新實踐。