煙灰缸的造型設計與制作

陳焯坤

（廣東省機械高級技工學校，廣東 廣州 510450）

煙灰缸的造型設計與制作

陳焯坤

（廣東省機械高級技工學校，廣東 廣州 510450）

摘 要：紙煙問世后，煙灰、煙蒂隨地彈扔有礙衛生，煙灰缸也就隨之產生，煙灰缸是盛煙灰、煙蒂的工具，產生于19世紀末。為了更好的防止污染環境，抖煙灰時，煙灰到處都是，不太衛生，也不太理想。筆者針對這一問題設計了新型的煙灰缸，該煙灰缸設計特征：在煙灰缸的兩側弧面各設置一個金屬片弧面手柄，手柄與煙灰缸兩側墻面通過鉚釘相連接，既方便又實用，結構雖然比較簡單，但加工中還需分步驟進行加工。設計是一種藝術，設計本質上在于美，但最重要還是它的完整性和實用性。

關鍵詞：新型煙灰缸；設計繪制 ；數控機床；加工工藝

一、前言

煙灰缸是一件常見的生活用品，隨著人們生活水平的提高，對其功能和美觀都提出了新的要求。本文針對舊煙灰缸存在的不足設計新型產品，完成產品的實體造型，繪制工程圖，并能夠合理的選擇加工設備和夾具，分析加工工藝，獨立完成數控編程，生成NC代碼，最終完成產品的加工。主要有以下三步：

1 利用Cimatron軟件設計工具，繪制精美新型的煙灰缸草圖和實體，關鍵在于對約束、拉伸和布林運算的應用。

2 利用“數控編程與操作”理論知識和操作技能進行刀路設置，包括輪廓選擇、參數設定及刀路生成等，為下一步實做工件做好準備。

3 運用數控銑床實做樣品，包括工藝分析、工件裝夾、測量等專業知識，通過最終檢測完成零件編程和加工。

二、創新目標

1 外觀設計新穎，顛覆在人們心中普通煙灰缸的形狀，能給人們以煥然一新的感覺。

2 盡量減少煙灰的散落和飄散遍地。

3 盡量消除或者是減少煙灰帶來的煙灰和異味。

4 盡量減少剩余煙灰對我們身體健康帶來的又一次的傷害。

5 使我們的工作、生活和學習環境更加理想。

三、設計過程

通過對產品的功能分析，確定煙灰缸的樣式，選擇用Cimatron軟件對其進行設計，包括草圖繪制與編輯、實體拉伸與修剪、工程圖生成與標注等。

設計煙灰缸的繪制如圖1所示。

煙灰缸設計的工程圖生成如圖2所示。

四、加工過程描述

在自動編程過程中，加工工藝決策是煙灰缸加工能否順利完成的基礎，必須依據零件的形狀特點、工件的材料、加工的精度、表面粗糙度等要求選擇最佳的加工方法，合理劃分加工階段、選擇適宜的加工刀具、確定最優的切削用量、確定合理的毛坯尺寸與形狀、確定合理的路線，最終達到滿足加工要求、減少加工時間、降低加費用的目的。

1 工序劃分的主要原則

由于煙灰缸是由多個表面構成的，精度要求較高，為了達到煙灰缸的設計精度要求，加工順序安排應遵循一定的原則：

（1）先粗后精的原則；

（2）基準面先加工原則；

（3）先面后孔原則；

（4）先內后外原則；

（5）減少換刀次數的原則。

2 選定數控銑床加工

數控銑床最適合加工具有以下特點的零件：

（1）多品種小批量生產的零件；

（2）形狀結構比較復雜的零件；

（3）精度要求高的零件；

（4）需要頻繁改型的零件；

（5）價格昂貴，不允許報廢的關鍵零件；

（6）需要生產周期短的急需零件；

圖1

圖2

表1

（7）批量較大，精度要求高的零件。

圖3

數控銑床加工的參數表見表1。

3 刀具的選用

在數控加工中，銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關參數的經驗數據如下：

（1）是銑刀半徑RD 應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD=（0.8-0.9）Rmin；

（2）是零件的加工高度H<（1/4-1/6）RD，以保證刀具有足夠的剛度；

（3）是用平底立銑刀銑削內槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r，即直徑為d=2Re=2（R-r），編程時取刀具半徑為Re=0.95 （Rr）。對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。

4 定位基準的選擇

（1）選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面；

（2）選擇加工余量最小的表面為粗基準選擇較為平整光潔、加工面積較大的表面為粗基準，以便工件定位可靠、夾緊方便。粗基準在同一尺寸方向上只能使用一次，因為粗基準本身就是未經機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復使用將產生較大的誤差。精基準的選擇應保證零件加工精度出發，同時考慮裝夾方便結構簡單。加工煙灰缸時選擇精基準一般應考慮如下原則：

①“基準重合”原則：為滿足加工表面相對設計基準的位置精度，應選擇加工表面的設計基準為定位基準。

②“基準統一”原則：當某一組精基準定位可以比較方便的加工其它表面時，應盡可能在多數工序中采用粗精基準定位。

③“自為基準”原則：當工件精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而均勻時，應選擇加工表面本身作為定位基準。

④“互為基準”原則：為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可采用互為基準反復加工的原

5 加工過程中注意事項

（1）根據設計圖紙的具體尺寸和工藝表，綜合考慮零件的精度和要求，尺寸要根據先后順序來完成。

（2）技術條件：要統一尺寸，確定各個尺寸所在哪個表面，盡量安排一刀加工出來，保證在限定的時間內加工出來。

（3）公差精度較小的尺寸應該在切削加工變形較大的工步后加工，試加工過程中，應先檢查刀具和夾具有沒有干涉的現象，避免刀具把夾具給銑削掉，根據試刀后的結果，我們可以修正刀具補償值，提高零件的加工精度，并最終使刀具運動軌跡和編程軌跡重合。

五、數控銑削煙灰缸的關鍵技術

相對普通銑加工來說，數控銑削能加工復雜型面，加工精度高、質量穩定。數控系統每輸出一個脈沖，機床移動部件的移動量稱為脈沖當量，數控機床的脈沖當量一般為0.001mm，高精度的數控機床可達0.0001mm，其運動分辨率遠遠高于普通機床，故可以加工精度要求高的煙灰缸。數控機床的動作是由程序控制的而且還配帶了刀庫，程序當中帶有自動換刀指令在內，所以操作者一般只需裝卸零件刀具并監視機床的運行，從而減輕了操作者的勞動強度、實現加工自動化和操作簡單化。大大提高了加工效益。數控銑削加工能得到高精度，高技術要求，比如：煙灰缸良好的表面粗糙度，平行度，同軸度等，以上所涉及到的各種問題在普通銑床上基本上是實行不了的，所以我們選擇數控銑床來完成煙灰缸的加工。

六、煙灰缸的加工過程展示

1 選用Cimatron軟件設計工具及編程，如圖3、圖4所示。

2 煙灰缸的底座，兩個手柄及整體的加工效果圖，該煙灰缸的加工難度在于怎么樣去加工兩個手柄以及它的表面粗糙度如何去控制。整個加工效果如圖5所示。

結語

經過一輪設計和不斷的完善，同時借助了Cimatron繪圖軟件以及相應的加工設備，也只能設計出較為簡易的產品，其中還有很多細小的方面還欠考慮，產品的不足希望能夠在今后不斷的改進，使其更加的完美，在制作中也要不斷的克服困難，迎難而上，完成創新的項目，使產品更加的適應市場，滿足客戶的需求，帶給客戶不一樣的體驗，能否成為一個成功的創新，產品更加需要市場的考驗。其中產品的設計是否合理，原理是否準確，外觀是否美觀等等都是問題，以上這些問題是必須面對的。

參考文獻

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[4] 關雄飛.數控加工技術綜合實訓[M].北京：機械工業出版社，2006.

[5] 田春霞.數控銑削加工工藝[M]. 北京：機械工業出版社，2011.

圖4

圖5

中圖分類號：TG75

文獻標識碼：A