烟灰缸的造型设计与制作

烟灰缸的造型设计与制作

摘要：纸烟问世后，烟灰、烟蒂随地弹扔有碍卫生，烟灰缸也就随之产生，烟灰缸是盛烟灰、烟蒂的工具，产生于19世纪末。为了更好的防止污染环境，抖烟灰时，烟灰到处都是，不太卫生，也不太理想。笔者针对这一问题设计了新型的烟灰缸，该烟灰缸设计特征：在烟灰缸的两侧弧面各设置一个金属片弧面手柄，手柄与烟灰缸两侧墙面通过铆钉相连接，既方便又实用，结构虽然比较简单，但加工中还需分步骤进行加工。设计是一种艺术，设计本质上在于美，但最重要还是它的完整性和实用性。

关键词：新型烟灰缸；设计绘制；数控机床；加工工艺

中图分类号：TG75 文献标识码：A

一、前言

烟灰缸是一件常见的生活用品，随着人们生活水平的提高，对其功能和美观都提出了新的要求。本文针对旧烟灰缸存在的不足设计新型产品，完成产品的实体造型，绘制工程图，并能够合理的选择加工设备和夹具，分析加工工艺，独立完成数控编程，生成NC代码，最终完成产品的加工。主要有以下三步：

1 利用Cimatron软件设计工具，绘制精美新型的烟灰缸草图和实体，关键在于对约束、拉伸和布林运算的应用。

2 利用“数控编程与操作”理论知识和操作技能进行刀路设置，包括轮廓选择、参数设定及刀路生成等，为下一步实做工件做好准备。

3 运用数控铣床实做样品，包括工艺分析、工件装夹、测量等专业知识，通过最终检测完成零件编程和加工。

二、创新目标

1 外观设计新颖，颠覆在人们心中普通烟灰缸的形状，能给人们以焕然一新的感觉。

2 尽量减少烟灰的散落和飘散遍地。

3 尽量消除或者是减少烟灰带来的烟灰和异味。

4 尽量减少剩余烟灰对我们身体健康带来的又一次的伤害。

5 使我们的工作、生活和学习环境更加理想。

三、设计过程

通过对产品的功能分析，确定烟灰缸的样式，选择用Cimatron软件对其进行设计，包括草图绘制与编辑、实体拉伸与修剪、工程图生成与标注等。

设计烟灰缸的绘制如图1所示。

烟灰缸设计的工程图生成如图2所示。

四、加工过程描述

在自动编程过程中，加工工艺决策是烟灰缸加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度、表面粗糙度等要求选择最佳的加工方法，合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加费用的目的。

1 工序划分的主要原则

由于烟灰缸是由多个表面构成的，精度要求较高，为了达到烟灰缸的设计精度要求，加工顺序安排应遵循一定的原则：

（1）先粗后精的原则；

（2）基准面先加工原则；

（3）先面后孔原则；

（4）先内后外原则；

（5）减少换刀次数的原则。

2 选定数控铣床加工

数控铣床最适合加工具有以下特点的零件：

（1）多品种小批量生产的零件；

（2）形状结构比较复杂的零件；

（3）精度要求高的零件；

（4）需要频繁改型的零件；

（5）价格昂贵，不允许报废的关键零件；

（6）需要生产周期短的急需零件；

（7）批量较大，精度要求高的零件。

数控铣床加工的参数表见表1。

3 刀具的选用

在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：

（1）是铣刀半径RD 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径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，以保证刀具有足够的刚度；

（3）是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r，即直径为d=2Re=2（R-r），编程时取刀具半径为Re=0.95 （Rr）。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。

4 定位基准的选择

（1）选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面；

（2）选择加工余量最小的表面为粗基准选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准，以便工件定位可靠、夹紧方便。粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次，因为粗

基准本身就是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。精基准的选择应保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便结构简单。加工烟灰缸时选择精基准一般应考虑如下原则：

①“基准重合”原则：为满足加工表面相对设计基准的位置精度，应选择加工表面的设计基准为定位基准。

②“基准统一”原则：当某一组精基准定位可以比较方便的加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用粗精基准定位。

③“自为基准”原则：当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准。

④“互为基准”原则：为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原

5 加工过程中注意事项

（1）根据设计图纸的具体尺寸和工艺表，综合考虑零件的精度和要求，尺寸要根据先后顺序来完成。

（2）技术条件：要统一尺寸，确定各个尺寸所在哪个表面，尽量安排一刀加工出来，保证在限定的时间内加工出来。（3）公差精度较小的尺寸应该在切削加工变形较大的工步后加工，试加工过程中，应先检查刀具和夹具有没有干涉的现象，避免刀具把夹具给铣削掉，根据试刀后的

结果，我们可以修正刀具补偿值，提高零件的加工精度，并最终使刀具运动轨迹和编程轨迹重合。

五、数控铣削烟灰缸的关键技术

相对普通铣加工来说，数控铣削能加工复杂型面，加工精度高、质量稳定。数控系统每输出一个脉冲，机床移动部件的移动量称为脉冲当量，数控机床的脉冲当量一般为

0.001mm，高精度的数控机床可达0.0001mm，其运动分辨率远远高于普通机床，故可以加工精度要求高的烟灰缸。数控机床的动作是由程序控制的而且还配带了刀库，程序当中带有自动换刀指令在内，所以操作者一般只需装卸零件刀具并监视机床的运行，从而减轻了操作者的劳动强度、实现加工自动化和操作简单化。大大提高了加工效益。数控铣削加工能得到高精度，高技术要求，比如：烟灰缸良好的表面粗糙度，平行度，同轴度等，以上所涉及到的各种问题在普通铣床上基本上是实行不了的，所以我们选择数控铣床来完成烟灰缸的加工。

六、烟灰缸的加工过程展示

1 选用Cimatron软件设计工具及编程，如图3、图4所示。

2 烟灰缸的底座，两个手柄及整体的加工效果图，该烟灰缸的加工难度在于怎么样去加工两个手柄以及它的表面粗糙度如何去控制。整个加工效果如图5所示。