红酒杯工艺设计及加工教学课题研究
红酒杯工艺设计及加工教学课题研究
摘要：红酒杯的设计和加工，首先要按照红酒杯的设计理念制定出一套合理的设计方案，而且设计的红酒杯要符合实用、经济、精美的原则。红酒杯的外形部分采用AutoCAD和UG NX4.0这两款软件，前面的软件是用于画二维工程图，后面的软件是用于画出实体建模。在按照要求制作红酒杯的同时，也进一步的熟悉这两款软件的各个功能。其次，红酒杯的加工应该在数控车床上完成。加工前应将制定详细的加工程序和加工工艺流程表。由于工件的形状不是很复杂，所以编程也较简单，故采用手工编程进行加工。红酒杯的实际加工作为检验产品设计方案的有效途径，在最后还需根据加工情况修改和完善产品的设计方案，最终生产出符合要求的红酒杯产品。
关键词：红酒杯；手工编程；工艺规程；数控车削
引 言：
进入21世纪，制造业已成为推进社会生产力的重要力量，数控技术作为现代制造的先进方式，已得到了广泛的普及。作为数控专业的毕业生，必须达到熟练掌握常用数控机床的操作，了解不同产品的加工工艺并制造出合理的加工方案，还应具有产品设计和利用工具软件造型等技能。因此，本次这个课题就是通过设计及加工一款红酒杯的产品，加深对数控加工的认识，培养产品设计造型的能力。这个课题包括论文撰写和产品数控加工两部分，产品的数控加工将是重点。因为红酒杯零件属于薄壁、细长的悬伸件，自身结构刚性和承受切削、加紧能力差，加工过程中容易产生多种变形。所以必须先解决如何采取适当的措施减小和补偿变形，保证加工精度的问题。在本项目中，通过红酒杯工艺品配合件的加工，培养我们制定薄壁类零件的加工工艺能力和设计、并制造薄壁类零件专用家具的能力。产品的理论设计将结合实际加工，根据加工情况将修改和完善产品的设计方案，最终生产出符合要求的红酒杯产品。
正文：
一、红酒杯的设计
1、 结构的设计
不同造型、弧度的红酒杯对于酒液的香气与口感所造成的差异和影响很大。一个好的高脚杯，一般有210ml~225ml的容量。红酒杯的退要求足够高，脚盘要平，背身也不能太短，若杯腿不够高，人们的手会抓住杯身，会加热杯中的酒，改变酒的原始口味；若杯脚盘不够大和平整，酒不能平稳的放在桌子上；若红酒杯的上半身过矮，会影响到盛酒的量，相位表现不充分。普通的红酒杯杯，杯体高184±5mm，杯子上身高140±2mm，杯大肚直径30±2mm，杯口直径52±2mm,杯口壁厚4±0.1mm，杯腿高86±3mm，杯腿粗10±mm，杯脚盘直径75±5mm。
2、 材质的选择
红酒杯的材质应该选择玻璃或水晶，杯身要轻薄且无色透明，方便人们判别酒的颜色和色泽。高档的红酒杯当然是用水晶玻璃打造的精品，这样的红酒杯透明度相当高，折射率也很小。不过，除水晶之外，也有更便宜的玻璃质地的红酒杯。
水晶杯和玻璃杯带来的香气与口感会有细微的差别，其原因主要是两者的表面粗糙度不同而造成的。通过显微镜可以观察的到，水晶表面的凹凸要比玻璃的好。水晶根据他的原料分为两种：第一种是铅人造水晶，主要是白水晶玻璃，含24%及较大的比重，但容易折断、易磨花，且含铅水晶中铅会析出并溶于酒或酸性饮料中，长期使用会引起铅蓄积而导致中毒，有损健康。第二种是无铅人造水晶，就是以其他元素（如钾）代替原本生产过程中所使用的铅加入玻璃中，它既包含了有铅人造水晶的优点，又极富弹性、特别晶莹剔透，使得透明度极好，呈现出晶莹剔透的质感。因为不含有铅，所以更环保，更健康，是目前市场上水晶玻璃的主流。此外，金属及陶瓷质地的红酒杯也广受人们的追捧。纯锡、纯铝及黄铜镀金等制成的红酒杯则常作为工艺品和礼品被人们青睐。
本课题将采用45号钢进行设计加工。
3、设计图样
红酒杯实体图1-1
红酒杯设计图1-2
二、红酒杯的工艺设计
1、装配图技术要求分析
红酒杯工艺品三件组装后轮廓结合处无间隙，并且光滑链接过渡。要保证该精度，加工中采用了三件配合同时加工红酒杯的外轮廓，另外，各零件加工中还必须保证其端面与轴线的垂直度。
三件组装后的总长尺寸精度要求不高，所以可分别保证件1、件2、件3、的尺寸精度就好。
2、红酒杯的工艺分析与编制
红酒杯工艺品杯体的工艺分析与编制
红酒杯工艺品的杯体的结构特点及技术要求
红酒杯工艺品杯体属于典型的薄壁细长轴类零件，外型左端有两个椭圆相切，右端与长76mm的细长轴相切。内孔同样有两个椭圆相切而成，并且为内凹形状，内外底部为椭圆，无退刀孔。螺纹与轴心线的同轴度φ0.02mm，曲面光滑过渡，不能有振纹，同时要保证细长轴无锥度或弯曲。
红酒杯工艺品杯体及三件配合加工工艺编制。
（见附图工艺分析 A、B）
红酒杯工艺品杯体的加工工艺分析
①零件外轮廓过渡应光滑无接痕，且尺寸精度和表面粗糙度要求较高。因此，外轮廓按照粗车、半精车、精车3个工步进行切削才能保证加工要求。首先粗车外轮廓，在粗、精车外轮廓至与件2相配合，然后三件配合车削。同时，毛坯要留有足够的加持部分，并车出夹头作为定位基准。
（见附图工艺分析 A、B）
②镗削内孔时刀尖半径应尽量小且保证刀具的锋利，还要保证刀具的刚度，避免加工过程中出现工件及刀具振动。
红酒杯工艺品杯杆工艺分析与编制
红酒杯工艺品的杯杆的结构特点及技术要求
杯杆外表面R30圆弧与直径φ10mm外圆相切，右端内壁R32mm圆弧与直径φ6mm的内孔相切，左端由一段椭圆弧和圆弧相切，中间位φ6mm通孔，属于典型非圆曲线薄壁类零件。曲面过渡应光滑无接痕，故需要保证内外型面同轴度φ0.02mm的要求，及两端端面与轴心线的垂直度0.02mm，右端薄壁处不能有变形或弯曲等。
2）工艺品杯杆的工艺编制
红酒杯杯杆的工艺过程（见附图工艺分析 C）
酒杯工艺品杯体的加工工艺分析
①为了保证杯杆与杯体及杯座外表面光滑过渡、无间隙、必须用百分表赵正，保证零件内外表面的同轴度。
②杯杆外轮廓先粗加工，在与杯体调整后整体加工，来保证杯杆左端和杯体外圆光滑过渡无间隙。
③在粗加工时要留一定的加工余量，以备进行精加工。在调头装夹后，必须使用百分表进行轴向和径向的校正，保证有同轴度要求。加工右端薄壁时，采用小进给量的切削方式，防止因受到大切削力而使薄壁变形。
红酒杯工艺品杯座工艺分析与编制
酒杯工艺品的杯座的结构特点及技术要求
件3为盘状零件，右端面为内凹的圆弧面，左端为端面接圆弧。要求保证两端与轴心线的垂直度为0.02mm，螺纹与轴心线为φ0.02，R30mm圆弧与件2的R30mm圆弧光滑连接。
杯座加工工艺编制
高脚杯杯座的工艺过程。（见附图工艺分析 D）
杯座的加工工艺过程分析
①由于同轴度及垂直度要求较高，因此二次装夹是需要用百分表进行轴向和径向的校正，保证同轴度和垂直度。
②在切断时，必须保证总长及端面与外圆中心线的垂直度。这需要极端杯体和杯杆相接处的节点坐标值，以保证与其他两件配合精车后外形光滑过渡且无间隙。
零件图工艺编制。（件附图机械加工工艺规程1、2）
3、具设计、制作与相关量具
（1）红酒杯工艺品杯杆所用夹具设计思路
首先由于杯体的壁厚只有2mm，因此杯壁容易受力变形且在加工杯体内孔时容易产生振动，因此夹具应与工件表面有足够多的贴合面积，以防止在加工过程中杯体变形。红酒杯工艺品杯体所用夹具示意图（件A、件B端面配合应有足够间隙）、零件图及装配图（见附图夹具零件A、B）
高脚杯工艺品杯体所用夹具制造方法及相关量具
夹具制造方法
加工件A，选用φ85mm的棒料，车削处定位台阶，分别车削件A、件B的螺纹槽。将件A和件B配合后，夹持件A外轮廓，车削件A及件B的内椭圆弧面，从而保证件A及件B内椭圆弧面光滑连接。
刀具及切削用量的选择
红酒杯夹具的切削用量明细表
3) 相关量具
在制作完成红酒杯工艺品后需要检测其尺寸。
游标卡尺0-150mm（测量长度）
外径千分尺25-50mm 50-75mm（测量外圆直径）
内径百分表18-35mm 35-50mm（测量内孔直径）
磁芯表座 0-10mm百分表（调整形位公差）
为了使制作出的红酒杯工艺品表面更为光滑、流畅、自然，我们还可以在磨床上进行磨削加工。
三、红酒杯编程加工
1、 程序编制
CC1.MPF（杯座外圆粗车主程序）
G90G94G64M03S500T1F100
G00X80Z5
CYCLE95(AAA,1,0,0,0,100,50,50,1,0,0,1)
G00X100Z100
M30
AAA.SPF(杯座外圆粗加工子程序)
G00X25Z5
G01Z0
X29.9 CHF=1.414(φ29.9外圆)
Z-14
G02X70Z-21.68 CR=30(R30外圆)
G03X76Z-24.68 CR=3(R3外圆)
G01Z-34
X80
M17
CC11.MPF(杯座外圆精车程序)
G90G94G64M03S1000T1F100
G00X80Z5
AAA
G00X100Z100
M30
CC2.MPF(杯座内孔粗车主程序)
G90G94G64M03S500T2F100
G00X21Z5
CYCLE95(AA1,1,0,0,0,100,50,50,3,0,0,1)
GOOZ100
X100
M30
AA1.SPF(杯座内孔粗加工主程序)
G00X68Z5
G01Z0
X66 CHF=0.707(φ66内孔)
G03X0Z-7.65 CR=75(R75圆弧)
G01X21
M17
CC22.MPF(杯座内孔精车程序)
G90G94G64M03S1000T2F100
G00X21Z5
AA1
G00Z100
X100
M30
CC3.MPF(杯杆右端内孔粗车程序)
G90G94G64M03S500T2F100
G00X21Z5
CYCLE95(BBB,1,0,0,0,100,50,50,3,0,0,1)
G00Z100
X100
M30
BBB.SPF(杯杆右端内孔粗车子程序)
G01X25.9Z5
G01Z0
G02X6Z-23.19 CR=32(R32圆弧)
G01Z-25
X21
M17
CC33.MPF(杯杆右端内孔精车程序)
G90H94G64M03S1000T2F100
G00X21Z5
BBB
G00Z100
X100
M30
CC4.MPF(杯杆左端内孔粗车主程序)
G90G94G64M03S500T2F100
G00X21Z5
CYCLE95(BB1,1,0,0,0,100,50,50,3,0,0,1)
G00Z100
X100
M30
BB1.SPF(杯杆左端内孔粗车子程序)
G01X25.9Z5
G01Z0
G02X6Z-23.19 CR=15(R15外圆)
G01Z-25
X21
M17
CC44.MPF(杯杆左端内孔精车程序)
G90G94G64M03S1000T2F100
G00X21Z5
BB1
G00Z100
X100
M30
CC5.MPF(杯杆外圆粗车主程序)
G90G94M03S500T1F100
G00X50Z5
CYCLE95(BB2,1,0,0,0,100,50,50,1,0,0,1)
G00X100Z100
M30
BB2.SPF(杯杆外圆粗车子程序)
G00X29.9Z5
G01Z0
G02X10Z-22.32 CR=30(R30圆弧)
G01Z-63.96
G02X29.9Z-86.3 CR=30(R30圆弧)
G01X50
M17
CC55.MPF(杯杆外圆精车程序)
G90G94G64M03S1000T1F100
G00X50Z5
BB2
G00X100Z100
M30
CC6.MPF(杯体右端外圆粗车主程序)
G90G94G64M03S500T1F100
G00X80Z5
CYCLE95(CC1,1,0,0,0,100,50,50,1,0,0,1)
G00X100Z100
M30
CC1.SPF(杯体右端外圆粗车子程序)
G00X4Z5
G01Z0
X6 CHF=0.707
Z-75
G02X20.1Z-89 CR=15(R15圆弧)
G01X80
M30
CC66.MPF(杯体右端外圆精车程序)
G90G94G64M03S1000T1F100
G00X80Z5
CC1
G00X100Z100
M30
CC7.MPF(杯体左端外椭圆粗车主程序)
G90G94G64M03S500T1F100
R30=28
MA1：TRANS X=R30
G00X80
Z5
CC2
G00X80
Z5
R30=R30-1
IF R30＞=0 GOTOB MA1
M30
CC2.SPF(杯体左端外椭圆粗车子程序)
R1=70 R2=30 R3=29.9
MA2：R10=SQRT(R2×R2-R2×R2×R3×R3/(R1×R1)) (椭圆计算公式)
G01X=2×R10 Z=R3-29.9
R3=R3-0.03
IF R3＞=-29.76 GOTOB MA2
G01Z-59.66
X65
TRANS Z=-49.9
R4=40 R5=28 R6=0
MA3:R20=SQRT(R5×R5-R5×R5×R6×R6/(R4×R4)) (椭圆计算公式)
G01X=2×R20 Z=R6-0.04
IF R6＞=-37.08 GOTOB MA3
M17
CC7.MPF(杯体左端外椭圆精车程序)
G90G94G64M03S1000T1F100
R30=0
MA1：TRANS X=R30
G00X80
Z5
CC2
G00X80
Z5
R30=R30-1
IF R30＞=0 GOTOB MA1
M30
CC8.MPF(杯体内椭圆粗车主程序)
G90G94G64M03S500T1F100
R60=0
MA4：TRANS X=R60
G00X80
Z5
CC3
G00X80
Z5
R60=R60-1
IF R60＜=-15 GOTOB MA4
M30
CC3.SPF(杯体内椭圆粗车子程序)
R7=68R8=28R9=29.9
MA5：R40=SQRT(R8×R8-R8×R8×R9×R9/(R7×R7)) (椭圆计算公式)
G01X=2×40 Z=R9-29.9
R9=R9-0.03
IF R9＞=-29.76 GOTOB MA5
G01Z-59.66
X65
TRANS Z-49.9
R11=40 R12=28 R13=0
MA6：R:50=SQRT(R12×R12-R12×R12×R13×R13/(R11×R11)) (椭圆计算公式)
G01X=2×50 Z=R13-0.04
IF R13＞=-37.08 GOTOB MA6
M17
CC88.MPF(杯体内椭圆精车程序)
G90G94G64M03S1000T1F100
R60=-15
MA4：TRANS X=R60
G00X80
Z5
CC3
G00X80
Z5
R60=R60-1
IF R60＜=-15 GOTOB MA4
M30
2、零件加工
机床设备
安装刀具和工件，进行对刀操作，将刀具参数输入数控系统。
设定工件坐标系，设置工件加工零点，设定刀具参数。
输入数控加工程序并进行程序检验及调试。
加工零件
首件试切，测量工件尺寸，调整各参数，使加工尺寸符合图样要求。
零件自动加工。
拆卸工件，去毛刺，清理工件内部铁削。
难点
杯体细长轴在加工时容易出现锥度和弯曲，所以刀具的选用是十分重要的，在精加工的刀尖半径R尽量小，以减小切削力来避免产生变形。
加工薄壁零件应考虑工件的受力情况，选用合理的切削参数，防止受力变形。
3、零件质量检验及质量分析
零件质量检验
质量分析
加工中产生的质量问题及原因主要有以下集中：
外轮廓有接刀痕、不光滑过渡的原因
①编程时基点坐标错误。建议：在使用CAD软件捕捉各个
基点时要注意抓点方法的选择。
②工艺安排不合理，光滑曲面精加工没有在一次装夹中加
工完毕。
轮廓有刮痕的原因
①刀具主偏角及副角角度选择不正确而使刀具与工件摩
擦而产生的刮痕。
②夹具与工件接触面积过小，使夹紧力集中而产生的夹痕。
③刀具刃磨使刃倾角角度选择错误，使切削与加工面产生
摩擦。
表面粗糙度不合格的原因
①切削参数选择不合理。
②镗孔时镗杆的刚度较差。
③刀具不够锋利、精加工余量不均匀、冷却不充分而造成表
面粗糙度值越大。
配合后结合处间隙过大影响配合精度的原因
①工件两端面与轴线垂直度偏差过大。
②件1、件2的配合面的轮廓度误差较大。
配合错位的原因
①加工螺纹时切削量过大、切削次数较少使螺纹挤压变形而产生的同轴度误差。
②件3调头装夹，使外轮廓与内螺纹同轴度超差。
零件检测结束后，针对不合格项目进行分析，填写质量分析表。
找出产生原因。制定预防措施。
结束语：
时间飞逝，经过了几天的努力，本次的论文已经接近尾声了。经过这次的论文，使我学习到了很多东西。通过资料的收集和整理，再从理论设计到实际的加工，反复的修改，终于完成了本次论文，由于时间仓促，部分工艺加工图片未加之论文中，论文的撰写，使我受益匪浅，知识增长了很多，不知不觉中自己的能力得到了提升。
这次的论文的完成，期间少不了大家的帮助，首先是我的系部主任，在系部主任的悉心指导下，以及我的大量心血下，我才能有这次的成果。同事对我的帮助使得我也十分感动。系部主任和同事能抽空帮我，指导我的格式，认认真真的帮我修改论文，不厌其烦的帮我指正错误。至此，我还要感谢看我论文的专家们，对你们的工作表示崇高的敬意和衷心的感谢！你们辛苦了！
参考文献：
韩鸿鸾，《数控加工工艺学》，北京：中国劳动社会保障出版社，2005
沈建峰，《数控车床编程与操作实训》，北京：国防工业出版社，2009
彭效润，《数控车工》，北京：中国劳动社会保障出版社，2008
袁锋，《UG机械设计工程》，北京：机械工业出版社，2009
徐宏海，《数控加工工艺》，北京：化学工业出版社，2008
周晓宏，《受控车削加工》，北京：中国劳动社会保障出版社，2011
红酒杯工艺设计及加工教学课题研究.doc
