数控加工综合实践实验报告.doc

1、数控加工综合实践报告第 1 页 共 19 页数控加工综合实践报告一 数控加工综合实践的目的及要求：1. 熟悉三维建模（MDT） ；2. 了解 CAD/CAM 及数控加工的基本原理及方法；3. 了解快速原形制造的基本原理及方法；4. 熟悉网络化设计与制造的基本思想及方法；5. 掌握零件从 CAD，CAM 到数控加工的完整过程或零件从 CAD 建模到快速制造出原形零件的全过程。二 数控加工综合实践的内容：1.零件的三维 CAD 建模；2.CAM 软件应用或快速原形制造数据准备及控制软件的应用；3.数控加工或快速制作的上机实践。三 数控加工综合实践的原理： 现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化

2、、集成化生产的基础技术，现代的 CAD/CAM，FMS 和 CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。CAD(Computer Aided Design)是利用计算机的计算功能和图形处理能力,辅助进行产品或工程设计与分析的法。20 世纪 40 年代，CAD 技术开始发展。之后，随着计算机技术的飞速发展，人们开始利用计算机进行复杂的数值计算、非数值计算和事务处理，同时也开始了“人工智能的研究” 。1962 年，麻省理工学院（MIT）的 ROSS DT 和 COONS SA 合作，开始探索计算机辅助设计的研究。Coons 在题为“An Outline of the Requireme

3、nts for the Computer Aided Design”(计算机辅助设计要求纲要)的报告中，对 CAD 作了如下描述：设计者坐在 CRT的控制台前用光笔操作，从概念设计到生产设计进而到制造，都可以用人机对话形式来实现。因此，CAD 的功能不仅仅限于设计，也适用于任何一种创造性的活动，具有高度的人工智能。数控加工综合实践报告第 2 页 共 19 页随着计算机技术特别是微型机及其绘图技术的发展，CAD 技术已在机械、电子、航空航天、建筑等领域得到广泛应用。进入新的世纪以来，随着计算机网络信息技术的迅猛发展，现代计算机 3D 技术使人们对现实世界的描述重新回到了原始的直观三维境界，并且已

4、经随着计算机应用的普及在迅速成为今天的现实。三维 CAD 是 3D 技术在现代工业的应用。象 CATIA、UG、CAXA 等三维 CAD 软件系统，它基于生产制造应用目的，强调三维模型的精确描述，包括其精确的尺寸、坐标、公差、技术要求以及零件间精确的结构装配关系和结构功能属性等的精确表达。虚拟现实是 3D 技术大规模系统应用的方向，强调对三维场景的宏观描述和系统动态关系，在三维模型细节的精确和逼真方面则采取尽可能简化处理。Mastercam 是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司 CNC Software INC 研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。它将 CAD 和 CAM 这两大功能

5、综合在一起，是我国目前十分流行的 CAD/CAM 系统软件。它有以下特点：（1） Mastercam 除了可产生 NC 程序外，本身也具有 CAD 功能（2D、3D、图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成 NC 加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如 DXF 文件（Drawing Exchange File）、CADL 文件（CADkey Advanced Design Language）及 IGES文件（Initial Graphic Exchange Specification）等转换到 Mastercam 中，再生

6、成数控加工程序。（2） Mastercam 是一套以图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理 程序文件。以便将刀具路径文件（NCI）转换成相应的 CNC 控制器上所使用数控 加工程序（NC 代码）。如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI 等数控系统。（3） Mastercam 能预先依据使用者定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可从 NC 加工程序（NC 代码）转换成刀具路径图。（4） Mastercam 系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。数控加工综

7、合实践报告第 3 页 共 19 页（5） 提供 RS232C 接口通讯功能及 DNC 功能。2 .快速原型制造的基本原理： 快速原型制造时综合利用 CAD 技术，数控技术，激光加工技术和材料技术实现从零件涉及到三维实体原型制造一体化的系统技术。它采用软件离散材料堆积的原理实现零件的成形。快速原型制造的具体过程如下：首先利用高性能的 CAD 软件设计出零件的三维曲面或实体模型；再根据工艺要求，按照一定的厚度在 Z 向（或其它方向）对生成的 CAD模型进行切面分层，生成各个截面的二维平面信息；然后对层面信息进行工艺处理，选择加工参数，系统自动生成刀具移动轨迹和数控加工代码，再加工过程进行仿真，确认

8、数控代码的正确性；然后利用数控装置精确控制激光束或其它工具的运动，在当前工作层（二维）上采用轮廓扫描，加工出适当的截面形状；再铺上一层新的成形材料，进行下一次的加工，直至整个零件加工完毕。可以看出，快速原型制造技术是个由三维换成二维（软件离散化） ，再由二维到三维（材料堆积）的工作过程。该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠 CAD 软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。以光敏树脂为材料利用紫外光快速成型机制造样件的原理：、

9、紫外光快速秤星机的原理：紫外光束在计算机的控制下，根据分层工艺数据连续扫描液态光敏树脂的表面，利用液态光敏树脂经紫外光照射凝固的原理，层层固化光敏树脂，一层固化后，工作台下移一精确距离，扫描下一层，并且保证相邻层可靠粘结，如此反复，直到成型出一个完整的零件。、原型零件的制作过程：主要包括数据准备、快速成型制作和后处理。其中数据准备包括 CAD 三维模型的设计、STL 数据的转换、制作方向的选择、分层切片以及支撑编辑等几个过程，完成制作数据的准备。快速成型制作过程就是将制作数据传输到成型机中，然后快速成型出原型零件的过程。数控加工综合实践报告第 4 页 共 19 页后处理是指整个零件成型完后进行

10、的辅助处理工艺，包括零件的清洗、支撑去除、后固化、修补、打磨、表面喷漆等等，目的是获得一个表面质量与机械性能更优的零件。四、使用仪器、材料1. 系统硬件：微机 1 台或工作站 1 台；2. 系统软件：Windows 操作系统；3. 设计软件：MasterCAM、MDT、或 UG 或 CATIA、I-DEAS、Pro/E;4. 网络环境：局域网、现场总线、Internet； 5. 工设备：T10A 钻削中心、TV5 立式加工中心；6. CPS250B 紫外光快速成型机五 数控加工综合实践的步骤：用 MDT 或 Mastercam 软件完成零件的建模，可应用点，直线，样条线，方框，平面，SWAP

11、曲面，拉升面，面剪切，面之间倒角以及求边界线等功能，零件实体由平面，曲面，圆槽，倒角等构成。设计时应注意一下几点：1）本次实践 CAD 软件采用 MDT6.0;2)毛坯尺寸为 120mm80mm40mm；3）工件顶面中心点为原点（X0,Y0,Z0） ；4）工件高度小于 30mm；5）工件尺寸不应超出毛坯范围；6）数控加工时只提供直径 10mm 端铣刀和 R3 球头铣刀；7）孔或槽的尺寸应大于 10mm；8）曲率半径应大于 3mm。一 零件 CAD 实体建模1. 建立文件：数控加工综合实践报告第 5 页 共 19 页2. 建立工作平面：3. 建立草图平面及平面轮廓图：数控加工综合实践报告第 6

12、页 共 19 页4. 设定截面轮廓并拉伸：数控加工综合实践报告第 7 页 共 19 页数控加工综合实践报告第 8 页 共 19 页5. 设定新的草图平面，画出中间沟槽轮廓并且拉伸：数控加工综合实践报告第 9 页 共 19 页6. 体着色，并进行圆角，倒角处理：二 零件 CAM 仿真（MasterCAM9.0）1.CAD 模型文件输出：MDT6.0 环境下“文件” “ 输出” “IGES”定义文件名保存。数控加工综合实践报告第 10 页 共 19 页2.用 MILL9 程序打开 IGES 文件：启动 MILL9MainMenuFileConvertersIGESReadfile选择 IGES 文

13、件打开进入 IGES Read Parameters 设置界面，确认 Flie is in Metric unitsOK.3.根据需要可再 MILL9 环境下移动或比例缩放模型。移动模型步骤：按工具栏按钮 Gview-Top,改变视图平面MainMenuTranslateALLSurfacesDonePolar输入移动距离（）输入移动方向的角度（0 度）出现 Translate 提示页面，选中 Operation 的 Move,确认 Number of Steps 为1OK.移动模型，直到工件的顶面中心点的坐标为（X0,Y0,Z0 ）比例缩放模型：目的是让工件尽可能大，但又符合上述 4）5）7

14、）8） 。步骤如下：MainMenuXformScaleAllSurfacesDoneOrigin出现Scale 提示页面，选中 Operation 的 Move,选中 Scaling 的 XYZ,确认 Number of Steps 为 1.输入 X,Y,Z 三个方向的缩放比例OK。4.工艺规划：粗加工：用直径 10mm 端铣刀加工，加工方法选用 SURFACE-ROUGH-POCKET;数控加工综合实践报告第 11 页 共 19 页精加工：用 R3mm 球头铣刀精加工，加工方法选用 SURFACE-FINISH-PARALLEL,考虑到木料纤维方向，保证加工表面质量良好，精加工分两次进行，

15、分别选用 45 度和45 度角交叉加工。5.设定毛坯尺寸，材料以及工件坐标系具体设定见图：6.画粗加工边界用鼠标点击工具栏上的 Cplane-Top 和 Gview-Top 按钮MainMenuCreateRectangle1Points输入矩形框尺寸为 130mm90mmOKOriginMainMenu点击工具栏上的 Cplane-3D 和 Gview-Isometric。7.产生粗加工刀轨，步骤如下：MzainMenu用鼠标点击 Cplane-TopToolPathssurfaceRoughPocket(挖槽加工方法) AllSrufacesDone,出现粗加工参数界面在ToolParam

16、eters 页面中的大空白区点击鼠标右键Create New Tool在 Tool Type 页面中选刀具类型在 Tool-Flat End Mill 页面中修改 Diameter,Flute,Shoulder 和 Overall值点击 OK;返回 Tool Parameters 页面修改 Len.(32),FeedRate(2000),Plunge(500),Retract(5000),Program#(1),Spindle(立铣刀为 1500，球头铣刀为 2000)，Coolant 为 OFF。数控加工综合实践报告第 12 页 共 19 页如图：切换到 Surface Parmeters

17、页面，根据模型确定 Clearance（安全平面高度）为20，Retract（退刀平面高度）为 10，FeedPlane （进给平面高度）为 5，均用绝对值Absolute；确定精加工余量 Stock to Leave 为 0.2。如图：数控加工综合实践报告第 13 页 共 19 页切换到 Rough Pocket Parameters 页面，修改 Cut tolerance,Max StepDown,Stepover，复选Prompt for entry point 和 Rough(zigzag)按 Cut depths 按钮，选择 Absolute,修改Minimum Depth 和 Ma

18、xmum Depth点击 OK按 Gap settings 按钮，复选 Optimize cut order点击 OK 按钮选择第 6 步画的画粗加工边界Done 选入刀点EndPoint。如图：数控加工综合实践报告第 14 页 共 19 页8.精加工数控加工综合实践报告第 15 页 共 19 页MainMenu用鼠标点击 Cplane-TopTool PathssurfaceFinishParallelallSurfaceDone进入精加工参数界面，其中 Tool Parameters,Surface Parameters 页面操作方法同粗加工。在 Surface Parameters 页面

19、精加工余量 Stock to Leave 输入为 0，Finish Parallel Parameter 页面，修改 Step Over 值为0.3，Machine Angle, 复选 Depth limits（同粗加工） 确定。9.仿真MainMenuToolpathsOperations,出现 Operations Manager 界面，点击 Select All 按钮，点击 Verify 按钮出现仿真界面 在仿真界面中，确认毛坯尺寸 X(-60,60),Y(-40,40),Z(-40,1),点击 OK。如图：10.生成刀路源文件，并通过后置处理生成 NC 程序：1)粗加工 NC 程序头，

20、尾部分如下：%O0000(PROGRAM NAME - ZOUXIYU-CU)数控加工综合实践报告第 16 页 共 19 页(DATE=DD-MM-YY - 16-06-08 TIME=HH:MM - 16:30)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 10.)N104T1M6N106G0G90X-65.Y-45.A0.S3055M3N108G43H1Z100.N110Z5.N112G1Z0.F611.N114X-64.Y-44.F1222.N116X64.N118Y-39.111N120X-64.

21、。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。N3356X27.89Y1.109N3358G3X30.823Y.492R1.985N3360X28.429Y3.674R1.99N3362X27.89Y1.109R1.99N3364G0Z5.N3366Z100.N3368M5N3370G91G28Z0.N3372G28X0.Y0.A0.N3374M30%2）精加工 NC 程序头，尾部分如下：%O0000(PROGRAM NAME - ZOUXIYU-JING)(DATE=DD-MM-YY - 16-06-08 TIME=HH:MM - 16:34)N100G21N102G0G17G40G49G8

22、0G90(TOOL - 2 DIA. OFF. - 2 LEN. - 32 DIA. - 6.)N104T2M6N106G0G90X-32.549Y-9.527A0.S2000M3N108G43H32Z100.N110Z5.N112G1Z-.883F500.N114X-31.401Z-.952F2000.。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。N3618Z50.N3620X29.963Y8.922数控加工综合实践报告第 17 页 共 19 页N3622Z5.N3624G1Z-.886F500.N3626X29.63Z-.913F2000.N3628G0Z5.N3630Z100.N3632M5

23、N3634G91G28Z0.N3636G28X0.Y0.A0.N3638M30%零件实体见下图：三 数控铣床加工中心，快速原型制造1、利用 TV5 立体加工中心加工木块。观察加工中心加工步骤，换刀机构换刀原理及切削过程。2、CPS250B 紫外光快速成型机制样件的操作紫外光快速成型机的零件制作过程可分为三个部分：数据准备；快速成型制作及后处理。数控加工综合实践报告第 18 页 共 19 页1） 数据准备数据处理过程包括 CAD 三维模型的设计，STL 数据的转换，制作方向的选择，分层切片以及支撑编辑等几个过程，完成制作数据的准备。2） 快速成型制作快速成型制作过程就是将制作数据传输到成型机中，

24、然后快速成型出原型零件的过程，它是快速成型技术的核心。3） 后处理后处理是指零件成型后进行的辅助处理工艺，包括零件的清洗，支撑去除，后固化，修补，打磨，表面喷漆等，目的是获得一个表面质量与机械性能更优的零件。快速原型制造的实践过程a 打开总电源开关b 按下 加热 键c 打开工控开关，启动 WINDOWS98/WINDOWS2000/WINDOWS NTd 按下 伺服 键e 在工控机中打开 RpBuild 控制程序，加载待加工零件的*.pmr 文件f 加载托板位置，使之略高于液面g 点击开始从新制作，制作完成后，将托板升出液面，取出制件将托板清洗干净。六 数控加工综合实践总结于分析本次数控加工综

25、合实践中，通过自己亲手操作实践，初步了解了它的基本原理以及基本操作。1. 通过对 MDT 软件的初步实用和熟悉，了解了 CAD 造型的初步原理以及操作。掌握了在设计零件时可以建立多个工作平面来进行全面的画图，对于复杂的零件将复杂的作图过程转换成了单一平面的操作。对于其自动拉伸，旋转，倒角等功能然操作者省去很多精力与时间，并且可以得到合理准确的结果。2. .MasterCAM 作为 CAM 的主流软件，拥有强大的功能和技术支撑。通过试验我了解了MasterCAM 的简单使用步骤、CAM 的基本功能要求和用途。它和 MDT 文件间的转换，让设计与加工可以有机的结合起来，两者之间的关系让 CAD和

26、CAM 协调合理的结合，并且它可以实现 NC 程序编制的自动化，方便了自动加工这一最终步骤。因此 CAM 是利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的各种直接和间接活动，他包括了计算机辅助生产计划，计算机辅助工艺规程设计等内容。数控加工综合实践报告第 19 页 共 19 页3. 快速原型制造在用于模型以及零件样品制作方面有着无与伦比的优势，因其相对于其他零件制造方式有着如下明显优势：a) 更适合于形状复杂的、规则零件的加工；b) 减少了对熟练技术工人的需求c) 没有或极少下脚料，是一种环保型制造技术d) 成功的解决了计算机辅助设计中三维造型“看得见，摸不着”的问题e) 不需要专用的工装夹具和模具，缩短新产品的开发周期，降低开发的成本；因此对于产品开发于研究阶段，它可以让设计者通过实体模型更好的改进于研究，为成品打下坚实的基础，可以充分体现设计者的意图以及保证产品的质量。综上，我认为数控技术是现代先进制造技术的核心。随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越复杂，对产品的性能、精度和生产效率的要求越来越高，并且更新换代频繁。为了缩短生产周期，满足市场上不断变化的需求，机械制造业正经历着从大批量到小批量及单件生产的转变过程，而传统的制造手段已满足不了当前技术的发展和市场经济的要求，数控技术的应用和发展，有效的解决了上述问题，它使传统的制造方式发生了根本的转变。