成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （超声波传感器工作原理及应用）
成都电子机械高等专科学校成教院
毕 业 设 计（论 文）
论文题目： 套类的零件加工与编程
教 学 点： 重庆科创职业学院
指导老师： 张下炼 职 称： 讲 师
学生姓名： 张 忠 学 号: 2008487927
专 业： 机电一体化——数控
成都电子机械高等专科学校成教院制
年 月 日
成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （超声波传感器工作原理及应用）
成都电子机械高等专科学校成教院
毕业设计（论文）任务书
题目： 套类的零件加工与编程
任务与要求：
本课题要完成超声波传感器工作原理及应用的全部设计过程。在设计过
程过程中要求所设计的超声波测距系统具有测量精度较高、速度快、控制简单方
便等优点。测距范围从 20cm 到 200cm，测量精度在±10cm 内。要使测距系统在
许多工业现场和自动控制场合，都要起到很重要的作用。
时间： 年 月 日 至 年 月 日 共 周
教 学 点： 重庆科创职业学院
学生姓名： 张 忠 学 号： 2008487927
专 业： 机电一体化——数控
指导单位或教研室：
指导教师： 张下炼 职 称： 讲 师
成都电子机械高等专科学校成教院制
成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （超声波传感器工作原理及应用）
毕业设计(论文)进度计划表
日 期 工 作 内 容 执 行 情 况
指导教师
签 字
11 月 15
日
至
11 月 20
日
拟题目 良好 ***
11 月 23
日至
11 月 25
日
列提纲 良好 ……
11 月 2
日
至
12 月 3
日
根据提纲的相关要求找资料 良好 ……
12 月 4
日至
12 月 8
日
开始编辑目录 良好 ……
12 月 10
日
至
12 月 20
日
根据目录撰写内容
并且老师指导
良好
12 月 21
日至
12 月 24
日
老师指导之后修改 良好
12 月 25
日至
12 月 31
日
提交 良好
教 师 对
进度计划
实施情况
总 评
……
签名：
年 月 日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
目录
1 套类盖件的概述 ........................................................................................................................................4
套类盖件的概述 ................................................................................................................................4
套类盖件的分类 ................................................................................................................................4
套类盖件的特点和要求 ....................................................................................................................4
2 套类盖件模具种类 ....................................................................................................................................5
套类盖件冲模 ...................................................................................................................................5
套类盖件夹具 ...................................................................................................................................5
模型 ...................................................................................................................................................6
3 模具的数控加工 ........................................................................................................................................8
工艺准备 ...........................................................................................................................................8
小结 ................................................................................................................................................................13
致谢 ................................................................................................................................................................15
参考文献 ........................................................................................................................................................16
目录
1 套类盖件的概述 ........................................................................................................................................4
套类盖件的概述 ................................................................................................................................4
套类盖件的分类 ................................................................................................................................4
套类盖件的特点和要求 ....................................................................................................................4
2 套类盖件模具种类 ....................................................................................................................................5
套类盖件冲模 ...................................................................................................................................5
套类盖件夹具 ...................................................................................................................................5
模型 ...................................................................................................................................................6
3 模具的数控加工 ........................................................................................................................................8
工艺准备 ...........................................................................................................................................8
小结 ................................................................................................................................................................13
致谢 ................................................................................................................................................................15
参考文献 ........................................................................................................................................................16
引言 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了机械领域
的技术改造与革命。
在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透
所形成的数控车床,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体
系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
迄今为止，世界各国都在使用数控车床技术。在人们生活的各个领域已得到广泛
的应用，并以蓬勃的生机向前发展，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事
的发展，而且也深刻影响着数控车床的发展趋势。
关键词：历史 、应用、发展趋势
前言
随着社会经济发展对制造业的要求不断提高，以及科学技术特别是计算机技术
的高速发展，传统的制造业已发生了根本性的变革，以数控技术为主的现代制造技
术占据了重要地位。以数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控
制等高新技术于一体，是制造业实现柔性化、自动化、集成化、智能化的重要基础。
这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的
战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及
其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大
的进步，特别是在通用微机数控领域，基于 PC 平台的国产数控系统已经走在了世
界前列。（套类零件的加工与编程一下以套类盖件为例进行论述）
1 套类盖件的概述
套类盖件的概述
最常见的套类盖件是汽车覆盖件(简称覆盖件)，是指覆盖汽车发动机、底盘、构成
驾驶室和车身的薄钢板异形体的表面零件(外覆盖件)和(内部零件)，与一般冲压件相比
较,具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量要求高及生产成本高等特点。覆盖件
的冲压工艺设计、模具设计和模具制造工艺上具有独自的特点，一般要经过多道工序(如
拉延、修边、翻边、整形等)才能完成。在覆盖件的生产中，拉延成形是一道非常关键
的工序。决定拉延工件质量的，则是拉延成形的模具即拉延模。拉延模加工质量的好坏，
直接关系着覆盖件的最终成品质量。
套类盖件的分类
按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。骨架类
覆盖件和外部覆盖件对外观有一定要求。内部覆盖件的形状往往比较复杂。
按工艺特征分类如下：
1、对称于一个平面的覆盖件。如发动机罩、前围板、后围板、散热器罩和水箱罩
等。这类覆盖件形状各异复杂程度各异，由于为对称件在加工其冲压模时，采用镜像只
需编写一边的程序即可。
2、不对称的覆盖件。诸如车门的内、外板，侧围板等。这类覆盖件有的比较平坦
的、深度均匀但形状比较复杂的和形面较深的几种。
3、对称封闭的覆盖件。既指左右件组成一个便于成型的封闭件，也指切开后变成
两件形状关于一个面对称的半封闭型的覆盖件。
4、具有凸缘平面的覆盖件。如车门内板，其凸缘面可直接选作压料面。
5、压弯成型的覆盖件。
套类盖件的特点和要求
同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高
等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实
践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。
2 套类盖件模具种类
对于一个汽车覆盖件需要经过一套模具的加工才能成型，一套模具中也有几种用途
不同的模具。
套类盖件冲模
覆盖件冲模可分为：
1、 拉延模
拉延模是保证制成合格覆盖件最主要的装备。其作用是将薄的板材冲拉成汽车所需
覆盖件的形状。
拉延模有正装和倒装两种型式。正装拉延模凸模和压料圈在上，凹模在下，它使用
双动压力机，凸模安装在内滑块上，压料圈安装在外滑块上，成型时外滑块首先下行，
压料圈将毛料紧紧压在凹模面上，然后内滑块下行，凸模将毛料引伸到凹模腔内，毛料
在凸模、凹模和压料圈的作用下进行大塑性变形。倒装拉延模的凸模和压料圈在下，凹
模在上，它使用单动压力机，凸模直接装在下工作台上，压料圈则使用压力机下面的顶
出缸，通过顶杆获得所需的压料力。倒装型式拉延模只有在顶出压力能够满足压料需要
的情况下方可采用。
2、修边模
修边模的作用是将拉延件的工艺补充部分和压料凸缘的多余料切除，为翻边和整形
准备条件。在小批量生产时，可以用手工和其他简单装备代替。修边模修边往往兼冲孔。
修边模在工作的时候，会将废料切成很多较小的段，以便于废料的清理运输。
3、翻边模
翻边模是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转，根据翻边的冲压
方向不同，翻边模可分为垂直翻边模和水平翻边模两大类。水平翻边（含倾斜翻边）则
需要斜楔结构完成翻边成型工作。番边模也是制成合格覆盖件的必要装备。
套类盖件夹具
1、焊装夹具
焊装夹具是覆盖件总成焊装的重要装备，按照总成的内容和层次，可分为若干种类
夹具，通常冠以各种总成的名称。
2、检验夹具
检验夹具是对覆盖件及其总成件进行综合性检测的主体量具，其检测内容主要是立
体型面、轮廓形状和尺寸。检测数据和检查基准书内规定的公差要求进行对照，用来判
断工件是否合格。
模型
1、实体模型
传统的冲模加工方法是采用实体模型作为加工依据。实体模型具有直观、采集数据
可靠、加工设备要求低等优点。因此，目前国内大多数厂家仍采用实体模型加工方法。
工艺模型通常利用主模型按冲压工序的需要，高速冲压方向，并增加工艺补充部分
改制而成。由于工艺模型的型面都取覆盖件的内表面，所以工艺模型可直接用来仿型或
数控仿型加工拉延模的凸模和压料圈。至于拉延模的凹模加工，目前有两种方法：其一
是按凸模的工艺模型反制一个凹的工艺模型，再按凹的工艺模型由计算机直接生成凹模
的加工程序，这种方法正逐渐取代前一种方法。由此可见，实体模型只需制造一个具有
凸模形状的正工艺模型，即要满足模具加工的需要，工艺样架等过渡模型已不再采用。
2、数学模型（模具的数控加工）
利用计算机建立覆盖件的数学模型，如.利用计算机采用 UG、PRO / E、CATIA、
CIMATRON、CAXA 等软件进行建模编程等，为汽车模具的计算机辅助设计与制造创
造了条件，数学模型可以在计算机的屏幕上进行模拟装配、调整冲压方向，这是实体模
型无法实现的。因此，采用数学模型加工模具代表了模具工业的发展方向，它将彻底改
变模具质量依工匠技艺的状态。
数学模型
3 模具的数控加工
工艺准备
数控加工技术已广泛应用于模具制造业，如数控铣削、镗削、车削、线切割、电火
花加工等，其中数控铣削是复杂模具零件的主要加工方法。数控设备为精密复杂零件的
加工提供了基本条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的，
这是因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括刀具的形状和尺寸、切削
用量、走刀路径等工艺信息。对于简单的模具零件，通常采用手工编程的方法，对于复
杂的模具零件，往往需要借助于 CAM 软件编制加工程序，如 Pro/ENGINEER、UG、
Cimatron、MasterCAM 等。无论是手工编程或计算机辅助编程，在编制加工程序时，选
择合理的工艺参数，是编制高质量加工程序的前提。
1、刀具的选择
在模具型腔数控铣削加工中，刀具的选择直接影响着模具零件的加工质量、加工效
率和加工成本，因此正确选择刀具有着十分重要的意义。在模具铣削加工中，常用的刀
具有平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等，如图 1 图.2 所示。
在模具型腔加工时刀具的选择应遵循以下原则：
1.根据被加工型面形状选择刀具类型
对于凹形表面，在半精加工和精加工时，应选择球头刀，图 3 以得到好的表面质量，
但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀，图 4.这是因为球头刀切削条件较差；对
凸形表面，粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀，但在精加工时宜选择圆角立铣
刀，这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好；对带脱模斜度的侧面，宜选用锥度
铣刀，虽然采用平端立铣刀通过插值也可以加工斜面，但会使加工路径变长而影响加工
效率，同时会加大刀具的磨损而影响加工的精度。
2.根据从大到小的原则选择刀具
模具型腔一般包含有多个类型的曲面，因此在加工时一般不能选择一把刀具完成整
个零件的加工。
无论是粗加工还是精加工，应尽可能选择大直径的刀具，因为刀具直径越小，加工
路径越长，造成加工效率降低，同时刀具的磨损会造成加工质量的明显差异。
3.根据型面曲率的大小选择刀具
在精加工时，所用最小刀具的半径应小于或等于被加工零件上的内轮廓圆角半径，
尤其是在拐角加工时，应选用半径小于拐角处圆角半径的刀具并以圆弧插补的方式进行
加工，这样可以避免采用直线插补而出现过切现象；在粗加工时，考虑到尽可能采用大
直径刀具的原则，一般选择的刀具半径较大，这时需要考虑的是粗加工后所留余量是否
会给半精加工或精加工刀具造成过大的切削负荷，因为较大直径的刀具在零件轮廓拐角
处会留下更多的余量，这往往是精加工过程中出现切削力的急剧变化而使刀具损坏或栽
刀的直接原因。
4.粗加工时尽可能选择圆角铣刀
一方面圆角铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的 0~90°范围内给出比较连续的切
削力变化，这不仅对加工质量有利，而且会使刀具寿命大大延长；另一方面，在粗加工
时选用圆角铣刀，与球头刀相比具有良好的切削条件，与平端立铣刀相比可以留下较为
均匀的精加工余量，这对后续加工是十分有利的。
4、切削参数的控制
切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。在 CAM 软
件中与切削相关的参数主要有主轴转速(Spindlespeed)、进给速率(Cut feed)、刀具切入时
的进给速率(Lead in feed rate)、步距宽度（Step-over）和切削深度（Step depth）等。
1.主轴转速
主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为：n = 1 0 0 0 V c /πd，式中 d 为刀
具直径（mm），Vc 为切削速度(m/min)。切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关，当
工件材料、刀具材料和结构确定后，切削速度就成为影响刀具耐用度的最主要因素，过
低或过高的切削速度都会使刀具耐用度急剧下降。在模具加工，尤其是模具的精加工时，
应尽量避免中途换刀，以得到较高的加工质量，因此应结合刀具耐用度认真选择切削速
度。
2.进给速度与刀具切入进给速度
进给速度的选择直接影响着模具零件的加工精度和表面粗糙度，其计算公式为
F=nzf，式中 n 为主轴转速（r/min），z 为铣刀齿数，f 为每齿进给量(mm/齿)。每齿进
给量的选取取决于工件材料的力学性能、刀具材料和铣刀结构。工件的硬度和强度越高，
每齿进给量越小；硬质合金铣刀比同类高速钢铣刀每齿进给量要高；当加工精度和表面
粗糙度要求较高时，应选择较低的进给量；刀具切入进给速度应小于切削进给速度。
3.吃刀量
吃刀量的大小主要受机床、工件和刀具刚度的限制，其选择原则是在满足工艺要求
和工艺系统刚度许可的条件下，选用尽可能大的吃刀量，以提高加工效率。为保证加工
精度和表面粗糙度，应留 ~ 的精加工余量。在粗加工时，余量的切除往往采用
层切的方法，在 CAM 编程时，需要设置每层切削深度和最大步距宽度，而实际步距往
往与工件形状有关。
在精加工时，吃刀量的选择与表面粗糙度有关，CAM 软件中通常提供有两种参数控
制表面粗糙度：步距宽度（Stepover）和残留高度(Scallop)。采用步距宽度控制表面粗糙
度时，步距宽度越小，表面粗糙度越小，但加工路径和加工时间会大大延长，因此步距
宽度不宜设置得太小，在实践中可以通过改变半精加工和精加工走刀路径的方法（二者
成正交关系）改善表面质量；采用残留高度控制表面粗糙度时，步距宽度会依据工件形
状自动调整。
5、其他参数
在模具数控加工编程中，除以上参数的设定外，还有诸如工件坐标系（Work
Coordinate）、刀具快速运动平面（Rapid Plane）、加工安全平面（Clearance Plane）、加工
余量参数（Allowance）以及后置处理参数等的设定。工件坐标系的设定一般应与工件
的工艺基准相重合；刀具快速运动平面和加工安全平面的选择应结合工件形状和夹具结
构，在保证安全的情况下，尽量减小空刀行程；加工余量的选择不宜过小或过大，过小
容易造成粗加工时的过切，过大则会影响精加工质量；后置处理参数应结合数控机床控
制系统的特点来设定。总之，模具零件数控编程具有很大的灵活性，只有正确理解以上
工艺参数，在实践中不断进行总结，才能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的模
具零件。
小结
在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为汽车模具加工中的关键问题之一。在
汽车模具加工中对机床操作者的手工编程能力有一定要求, 在数控程序的编制过程中，
要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选
择方法和切削用量的确定原则，掌握一定的汽车模具的结构工艺，车模在实际工作时各
部分的作用，掌握一定的手工编程技巧,从而保证模具的加工质量和加工效率，充分发挥
数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
由于汽车覆盖件模具的生产属小批量生产而且有些模具本身尺寸比较大，为节约成
本加工时一般不用加工中心而采用数控铣床。由于模具的加工比较烦锁，加工部位分散
所以手轮的利用率比起产品的加工要高的多，对加工人员的手工编程能力也有很高的要
求，由加工工艺的不同，模具的一个部分有时要重复多次加工。要保证模具的重复定位
精度。
致谢
本论文在冯建栋老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终
感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向冯建栋老师表示深深的感谢
和崇高的敬意。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各任课老师的认真负责，使我
能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。在此向学院及机械系的全体老
师表示由衷的谢意。
参考文献
1 平申等．汽车覆盖件模具设计与制造．国防工业出版社，2000
2 卢金火 ,李子赫 .汽车覆盖件模具数控加工过切问题的研究
3 卢金火 .汽车覆盖件模具数控加工刀具运动轨迹的生成与编辑
4 卢金火 ,杨春生 . EU CL ID 软件在汽车覆盖件模具数控加工中的应用
5 卢金火 ,张军 .汽车模具数控铣加工的质量及生产效率
6 卢金火 汽车覆盖件模具数控加工方法的研究
成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （超声波传感器工作原理及应用）
