重庆大学数控加工实践
实验报告
学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及自动化
年级：2009 学生：*** 学号：20092000
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目录
一、 实践目的 .................................... 3 二、 实践原理 .................................... 3 三、 实践内容 .................................... 5 四、 实践步骤 .................................... 6 1. CAD零件三维实体建模 ....................... 6 2. CAM零件数控加工工艺设计 ................ 10 3. 快速原型制造 .............................. 20 五、 实验结果 ................................... 30 六、 分析总结 ................................... 33 七、 心得体会 ................................... 35 参考文献 ........................................ 36
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一、 实践目的
1. 熟悉三维建模，熟悉三维建模软件MDT的基本操作和建模过程。 2. 了解CAD/CAM及数控加工的基本原理及方法，熟悉数控加工软件Mastercam软件的基本操作和数控加工NC代码的生成。
3. 了解快速原型制造的基本原理及方法，熟悉利用快速原型制造程序RpProgram对模型进行分层处理和生成加工数据的方法。 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型零件的全过程。
二、 实践原理
1. 计算机辅助设计（CAD）基本原理：
CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，一直到现在的参数化特征造型。CAD（计算机辅助设计）是指工程技术人员以计算机为工具，用自己的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。
CAD技术由硬件和软件系统共同实现，以计算机系统为硬件平台，集成基本图形资源与自动绘图软件、几何造型、工程分析与计算、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、继承与管理等软件集合而成的系统技术。三维建模软件的发展经历了线框建模、表面建模、实体建模和特征建模几个阶段。目前大多数建模软件都支持实体建模的方式进行产品的设计。
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2. 计算机辅助制造（CAM）的基本原理
CAM（计算机辅助制造）狭义CAM指数控程序的编制，包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等。 数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。
在数控机床上对零件进行加工时，首先要将待加工零件的零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即把刀具的运动与工件的运动分割成一些最小单位位移量(即最小位移量，又称为脉冲当量)，按照标准规定的代码与格式编制成加工程序(NC代码程序)，数控系统按照数控程序(NC代码文件)的要求，经过插补计算，将所要求的进给量分配给各个进给坐标轴，使相应的各个坐标轴在规定的时间内以数控代码程序中指定的进给速度同时移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
CAD/CAM：CAD系统准备好数控编程过程所需的数据，并按一定的标准，将这些数据转换成相应的中性文件；CAM系统读入中性文件，并将中性文件转换为本系统所需要的形式，然后自动生成数控程序。
3. 快速原型制造技术的基本原理
RP/M技术的原理就是常说的离散/堆积成形原理。成形就是将物质有序地组织成具有确定外形和一定功能的三维实体的过程。传统的成形方法主要有去除成形法（切削加工）和受迫成形法（变形加工）两种。近年来发展起来的RP/M技术则是第三种成形方法：离散/堆积
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成形法，即应用合并与连接的方法把材料有序地合并堆积起来的成形方法。离散/堆积成形原理就是计算机根据三维CAD模型所确定的几何信息，将模型离散化（切片）成一系列具有一定厚度的薄层，控制成形机对模型的层面加工,然后层层堆积可得到一个三维实体（原型）。其基本构思是利用计算机将复杂三维物体转化为二维层，然后运用积分的思想，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成形。
4. 熟悉网络化设计与制造的基本思想及方法。
新生产模式——网络化制造。随着信息与通信技术飞速发展，特别是互联网的建立，网络化设计与制造是一个新的研究方向。
网络化制造主要解决两个问题：快速响应市场的需求和充分利用现有资源，实现少花钱、多办事，保证可持续发展。它的运作空间可以是全社会的，甚至是跨国界的和全球性的。此外，它同时具有更广泛的技术、管理、人员、组织和市场经营的柔性。
网络化加工：充分利用本地和远程的加工资源，在低成本、高效率地实现产品的加工制造，更有效地承揽工业设计业务，最大程度上满足用户的设计要求。
三、 实践内容
1.零件的三维CAD建模。应用MDT 6.0 软件实现复杂零件的计算机辅助设计。
2.CAM软件应用或快速原型制造数据准备及控制软件的应用：Mastercam 8.0
3.数控加工和快速制作零件的上机实践。应用α- T10 A钻削加工中心或TV5立式加工中心进行加工。
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四、 实践步骤
1. CAD零件三维实体建模
1) 打开MDT软件，新建文件，建立世界坐标系。
2) 根据建模的零件，选取建模方式。对于球头轴，可以用旋转的方式建立轴体。选取TOP平面绘制旋转草图。
3) 草图完成后，执行旋转命令，建立轴体模型。
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4) 球头一侧的平面，可以用拉伸除料的方法建立。选取水平工作平面，用矩形绘制出去除材料的部分。
拉伸除料后的效果。
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5) 轴端键槽也采用拉伸除料的方法完成，首先在键槽底面位置建立一个新的工作平面
在新的工作平面上绘制键槽的外形
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拉伸完成的键槽效果
6) 轴端倒角，同时考虑到刀具最小半径，在圆弧相接处进行圆角修饰，半径为刀具最小半径。
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2. CAM零件数控加工工艺设计
1) 打开Mastercam9.0，导入建立的三维模型。使用Xform命令将模型调整到合适的大小和位置
2) 确保软件Ｚ轴坐标零点与零件最高点重合。
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3) 建立加工范围框
走刀范围为长120x90的矩形。
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4) 设置毛坯大小为110x80x40
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5) 设置粗加工刀具参数
6) 设置精加工刀具参数
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7) 设置粗加工走刀参数
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8) 粗加工刀路计算
9) 粗加工仿真
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10) 粗加工完成
11) 设置精加工走刀参数
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两次精加工走刀成直角关系（第一次45度第二次135度）
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12) 精加工刀路计算
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13) 精加工仿真
第二次走刀
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14) 加工完成
3. 快速原型制造
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1) 装入模型,选择控制板模型,装入,通过控制面板调整至合适位置
2) 检查模型完整性
3) 设置分层参数
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4) 开始分层
5) 分层结束
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6) 分层结束,检查各层轮廓完整性
7) 自动修复轮廓
去除孤立点或孤立线段
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滤除轮廓中的细小线段
尝试连接开口轮廓
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消除轮廓中共线连接点
依然有无法修复的轮廓
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将下一层复制到当前层
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8) 建立基础支撑
9)添加人工支撑
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10) 检查人工支撑
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11) 快速原型制造仿真
五、 实验结果
数控加工NC代码生成结果: 1. 粗加工代码% O0001
(PROGRAM NAME - WHY2)
(DATE=DD-MM-YY - 26-05-12 TIME=HH:MM - 21:31) N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
(TOOL - 15 DIA. OFF. - 15 LEN. - 15 DIA. - 10.) N104T15M6
N106G0G90X57.417Y-44.927A0.S1500M3
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N108G43H15Z20. N110Z5. N112G1Z0.F150. N114Y-58.2F1500. N116X-53.7
N118X-54.214Y-58.195 N120X-54.632Y-58.173 N122X-54.964Y-58.124 N124X-55.219Y-58.039 N126X-55.407Y-57.907 N128X-55.539Y-57.719 N130X-55.624Y-57.464 N132X-55.673Y-57.132 N134X-55.695Y-56.714 N136X-55.7Y-56.2 N138Y56.2
N140X-55.695Y56.714 …… N2586G0Z5. N2588Z20. N2590M5 N2592G91G28Z0.
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N2594G28X0.Y0.A0. N2596M30 %
2. 精加工代码 % O0002
(PROGRAM NAME - WHY21)
(DATE=DD-MM-YY - 26-05-12 TIME=HH:MM - 21:31) N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
(TOOL - 16 DIA. OFF. - 16 LEN. - 16 DIA. - 6.) N104T16M6
N106G0G90X37.674Y-17.089A0.S2000M3 N108G43H16Z20. N110Z5.
N112G1Z-20.512F150.
N114X38.05Y-16.713Z-20.222F2000. N116X39.213Y-15.55 N118X40.38Y-14.383Z-21.479 N120X40.421Y-14.342Z-21.569 N122X40.641Y-14.122Z-23. N124G0Z5.
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N126Z10.
N128X41.701Y-12.638 ……
N4672X-44.611Y7.855Z-18.375 N4674Y8.279 N4676Z-19.176
N4678X-43.621Y9.269Z-18.936 N4680X-43.646Y9.669 N4682Z-20.132
N4684X-44.612Y8.703Z-20.291 N4686X-44.597Y9.141 N4688Z-22.935 N4690X-43.626Y10.112 N4692G0Z5. N4694Z20. N4696M5 N4698G91G28Z0. N4700G28X0.Y0.A0. N4702M30 %
六、 分析总结
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1. 数控加工误差分析
数控加工中的误差主要由工件的定位误差、对刀误差、机床误差、刀具误差、热变形以及弹性变形引起的误差等。消除误差的主要方法有：合理设计夹具；将工件置于准确的坐标系中。设计中提高零件刚度和装夹刚度。通过多次走刀减小误差复映等。在高精度机床中，对于传动机构的制造精度误差，通常在机床软件系统中添加误差补偿表进行补偿。同时，对机床工作环境的温度、机床传动部件的温度进行控制，高精密机床在传动轴中通入恒温油带走机床运转中产生的热量。减小热膨胀对机床精度造成的影响。 2. 快速原型制造误差分析
快速原型制造具有一下优点和特点： ①适合加工形状复杂的、规则零件的加工； ②没有或极少有下脚料，是一种环保制造技术； ③成功解决了三维造型“看得着，摸不着”的问题； ④系统柔性高；
⑤不需要专用的夹具和模具，大大缩短新产品试制周期； ⑥零件的复杂程度与制造成本关系不大。
同时，快速原型制造也有一些不可避免缺陷和技术难题。其制造误差主要表现在对模型的分层精度上，分层精度越高，误差越小，表面质量越好。同时对光源的控制要求较高，光斑聚焦的大小对精度也有一定影响，聚焦越小精度越高。由于工件是分层叠加而成的，层与层之间的结合强度弱，会导致层之间的滑移，使制造精度下降，因此正确
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控制光源功率参数是加工成败的关键。
七、 心得体会
本次数控加工实践的内容是三维建模、CAM数控加工仿真和快速原型制造技术的学习。在学习过程中，遇到了一些困难，主要原因是对软件和加工过程的工作机理不够熟悉。在使用MDT软件建模的过程中，遇到了草绘出的几何无法旋转成实体的问题，经过分析，发现旋转时没有指定旋转轴。在使用Mastercam软件生成刀路时，遇到过加工出零件外形位置过高，无法加工出完整形状的问题，检查发现加工时以Z轴0点为基准，但没有把工件最高点与0点齐平，因此加工出零件切削高度出现偏差，修改后恢复正常。同时还发现，进行粗加工时，无法直接铣出键槽，精加工用的球头铣刀也无法铣出正确的键槽形状，会留下无法铣出的圆角。因此仅用教材提供的两把刀无法正确加工出键槽，还需要添加直径更小的专用铣刀。
通过此次数控加工实践，我对使用CAD/CAM软件进行零件设计、加工的步骤有了大致的了解，学会了使用软件生成零件加工刀路进行模拟与仿真。对快速原型制造有了一定的了解，熟悉了这种制造方法层层堆积的制造原理。通过对新技术的学习，了解了世界先进的机械制造技术，开阔了自己的视野。也发现我国的技术与发达国家有很大的差距。更加明确了自己还有很多知识需要努力钻研学习。机械学是一门实践性很强的学科，而作为大学生，自己所缺少的正是实践经验，通过数控实习，提高了自己的实践能力，激发了学习的热情。
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参考文献
[1].陶桂宝、刘英、张毅等. 《数控综合实践指导书》[M] 2005
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