数控加工实践
报 告
年级 2010级 专业 机自 姓名 赵海艳 学号 ******** 指导教师 成绩
重庆大学机械工程学院
重庆大学本科学生课程设计（报告） 数控加工实践
目录
1 实践目的 .............................................. 2 2 实践原理 .............................................. 2
2.1 零件的三维实体造型原理 ............................................... 2 2.2 零件CAM及数控加工过程原理 ........................................... 3
2.3 快速原型制造的实践过程原理 ........................................... 3
3 实践内容 .............................................. 4 4 实践步骤 .............................................. 4
4.1零件的三维实体建模 ................................................... 4 4.2 零件CAM及数控加工过程 ............................................... 7 4.3快速成型制造的实践过程 .............................................. 15
5 实验结果 ..................................... 25 6 分析总结 ..................................... 28 7 心得体会 ..................................... 29
参考文献 ........................................ 31
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1 实践目的
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. 了解快速原型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型零件的全过程。
2 实践原理
在数控加工机床上加工零件时，要预先根据零件的加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和走刀运动数据，然后编制加工程序，床输给数控系统，在事先存入数据装置内部的软件支持下，经处理与计算，发出相应的进给运动信号，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，进行零件加工。因此，在数控机床上加工零件时，首先需要零件加工的程序清单，即数控加工程序。该程序输入数控机床的NC系统，控制机床的运动与辅助动作，完成零件加工。
2.1 零件的三维实体造型原理
零件的三维实体建模是基于二维的线框模型和三维的线框模型的，二维线框模型描述了平面的点线之间的几何关系及他们之间的拓扑关系，，而三维线框模型还增加了面的信息，三维实体模型给出了面的矢量信息，从而将三维实体的数据信息存储在计算机内并通过软件的使用表达给用户。
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三维实体造型是在 MDT的工作环境中实现的，在工作界面可以通过建立工作平面，然后通过草图的绘制，拉伸，旋转，拔模，到圆倒角等一系列的实体造型过程完成三维实体的造型。Cad则将零件的
三维实体信息表达给用户。
2.2 零件CAM及数控加工过程原理
在零件的生产阶段，需要完成零件的数控NC加工的编程，加工过程的仿真，数控加工以及后续的其他工作，借助计算机完成，称之为CAM。
CAM是继CAD之后的工作，其实践环境有系统硬件、系统软件、设计软件、网络环境、加工设备以及毛坯和刀具组成。其中硬件系统和软件系统是计算机和Windows 98或Windows 2000或Windows NT或UNIX，主要为用户提供工作的物质基础及使用、管理、控制计算机程序；设计软件是属于应用软件，实践中使用到的Mastercam9.0是主要用于生成NC程序和加工仿真的应用软件；网络环境是用于计算机与加工设备的数据传输，而加工设备是 α- T10 A钻削加工中心或TV5立式加工中心，其工作就是利用已经编好的程序指导加工；在实践中毛坯为木材，长宽高对应120x80x40，刀具为端铣刀和球头
铣刀。
2.3 快速原型制造的实践过程原理
与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。是综合CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料
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技术实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。快速成型技术采用离散/堆积成型的原理实现零件成型的。
根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形。实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。
3 实践内容
1.零件的三维CAD建模。应用MDT 6.0 软件实现带轮的三维造型。 2.CAM软件应用：利用Mastercam9.0制定加工工艺路径，仿真及其制定数控加工的NC文件。硬件操作实施：观看将生成的NC文件传入硬件数控设备指导加工生产操作过程。
3.快速原型制造过程。观看快速原型制造过程，并了解其原理。
4 实践步骤
4.1零件的三维实体建模
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。对于带轮，首先使用拉伸命令完成带轮外廓造型。选取TOP平面绘制拉伸草图，完成草图绘制并执行拉伸命令，选择拉伸尺寸。
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3）再次使用拉伸命令，完成带轮凹槽的造型。
4）带轮的中心部分是需要连接轴的通孔。通过拉伸命令，完成通孔的造型。
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5）带轮凹槽内还有四个通孔，也用过拉伸命令完成其造型。选取凹槽平面绘制拉伸草图，完成草图绘制并执行拉伸命令，选择拉伸尺寸。
6）对待轮的需要倒圆的边倒圆角。圆角半径需要大于刀具圆角半径3mm，根据零件的尺寸选择圆角半径5mm。至此带轮的三维造型完成。
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4.2 零件CAM及数控加工过程
1) 打开Mastercam9.0，导入已经建立好的的三维模型。
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2) 在MILL9环境下移动模型，使模型顶面中心点的坐标为（X0、Y0、Z0）。
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3) 用Create命令画粗加工边界，走刀范围为长120x90的矩形。
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4) 设置毛坯大小为110x80x40
5) 设置粗加工刀具参数
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6) 粗加工刀路计算
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7）设置精加工走刀参数，两次精加工走刀成直角关系（第一次0度第二次90度）
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8) 精加工刀路计算
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9) 加工仿真。
10) 生成数据文件
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4.3快速成型制造的实践过程
1) 打开CPS250C快速成型零件数据准备系统4.2版，装入快速原型制造的模型文件夹下的端盖模型,通过模型菜单里的定向命令调整至合适位置。
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2)通过模型菜单里的缩放命令调整至合适大小。
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3) 检查模型完整性并设置分层参数
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4) 分层
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5) 分层结束,检查各层轮廓完整性
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7) 修复轮廓并再次检查各层轮廓完整性
去除孤立点或孤立线段
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8) 设置并显示基础支撑
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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
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5 实验结果
1 零件的三维图形
1）CAD三维实体图形
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2）数控加工仿真图形
3）快速原型制造图形
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2 数控加工NC代码生成结果部分数据:
1）粗加工代码
% O0001
(PROGRAM NAME - 20102458-1)
(DATE=DD-MM-YY - 03-06-13 TIME=HH:MM - 15:50) N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
(TOOL - 15 DIA. OFF. - 15 LEN. - 15 DIA. - 10.) N104T15M6
N106G0G90X-59.Y-44.A0.S1500M3 N108G43H15Z100. N110Z5.
N112G1Z1.F200. N114X59.F1500. N116Y-36.667 N118X-59. N120Y-29.333 N122X59. N124Y-22. N126X-59. N128Y-14.667 N130X59. N132Y-7.333 N134X-59. N136Y0. N138X59. ............... N4650Z100. N4652M5
N4654G91G28Z0. N4656G28X0.Y0.A0. N4658M30 %
2）粗加工代码
% O0002
(PROGRAM NAME - 20102458-2)
(DATE=DD-MM-YY - 03-06-13 TIME=HH:MM - 15:50) N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
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(TOOL - 16 DIA. OFF. - 16 LEN. - 16 DIA. - 6.) N104T16M6
N106G0G90X-6.819Y-37.442A0.S2000M3 N108G43H16Z100. N110Z5.
N112G1Z-6.F200.
N114X-6.686Z-5.725F2000. N116X-6.679Z-5.717 N118X-6.663Z-5.683 N120X-6.657Z-5.666 N122X-6.653Z-5.662 N124X-6.648Z-5.652 N126X-6.647Z-5.656 N128X-6.634Z-5.633 N130X-6.578Z-5.582 N132X-6.51Z-5.415 N134X-6.505Z-5.411 N136X-5.685Z-5.019 .................
N1994Y-6.753Z-5.662 N1996Y-6.757Z-5.666 N1998Y-6.763Z-5.683 N2000Y-6.778Z-5.717 N2002Y-6.786Z-5.725 N2004Y-6.918Z-6. N2006G0Z5. N2008Z100. N2010M5
N2012G91G28Z0. N2014G28X0.Y0.A0. N2016M30 %
6 分析总结
实践环节分为三个环节，CAD三维实体建模、CAM及数控加工仿真还有快速原型之制造。其中三维实体建模属于设计内容，使用数据皆是设计数据，即零件的公称尺寸。在带轮的三维建模中，由于毛坯的尺寸为长X宽X高=120X80X40，因此带轮的直径应小于80，取带
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轮直径为70，带轮高度应小于40，取带轮高度为35.又由于加工刀具的最小半径为3，因此带轮的圆角半径应大于等于3，取带轮圆角半径为5.
在数控加工环节，数控加工中的误差主要由工件的定位误差、对刀误差、刀具误差、机床误差、弹性变形以及热变形引起的误差等。其误差属于随机误差，可以通过合理设计夹具，将工件置于准确的坐标系中，选择合适刀具，进行粗加工与精加工的划分等方法使之减小。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，从而减小热膨胀对机床精度造成的影响也是减小误差的方法。
在快速原型制造环节，由于制造原理是将零件分层而进行逐层制造，因此分层的精度不免造成了制造的误差，分层精度越高，加工精度也越高。而且零件在分层加工过程中不免有分层滑移，导致零件的精度减低。另外，零件在装入软件并进行分层过程中会有孤立的点线或是其他不封闭的情况发生，在修复这些时也会引进误差，比如将下一层复制到上一层。因此解决这些误差影响的精度问题也是快速原型的发展的实际问题。
7 心得体会
这次数控加工的时间是比较紧张的，就在考试时间上，而且考试一周考三科，在第一堂课的学习中，就因为连续一周每天只睡三个小时而趴了所有的上课时间，说来惭愧，不过后面的实践过程都做得挺好，工科的孩子，即便我是女生，对软件的东西还是上手挺快的的。
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在Mastercam9.0上做刀具生成路径时，要求选择一个入刀路径和一个入刀点，可是在软件上只提示指定入刀边界，从第一条到第N条，什么原因呢，我就重复操作的全过程五六次，还是不行。然后请指导老师帮助，又进行几遍重复操作。最后的结果是我们都没有找出缘由，但我也因祸得福，那是多遍的操作让我对那软件的使用特别熟悉，以至于自己跳过那步后做完自己的还帮助指导两个同学操作以及提前离开。
其实这次数控加工实习虽然风风火火的在忙这忙那，但是还是学到很多东西的。第一次接触三维实体造型是在大一的机械制图课上，接触数控加工是在精工实习，第一次系统学习是计算机辅助设计与制造，而制造的相关内容是在机械制造技术基础课上。这次的实践可以综合加深理解数控加工制造的全过程操作，并且熟悉其中的软件操作与加工机床的工作方式及原理，通过动手动脑，深入学习。在刚在国博举行的机床展中接触了各种各样的机床，问了别人一个很鄙视的问题，它的内部传动机构是怎么的，遭人家很大的不懈态度。但是就在数控实习中，接触的机床不用问老师也会讲解，这是学校的优待。
最后，珍惜我们每一次的实习机会，态度端正，独立思考，我们会学到更多。
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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.2005
[2].刘英，袁绩乾等. 机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，2002 [3].蒋和生等. 数控加工技术.
[4].姚英学，蔡颖等. 计算机辅助设计与制造.北京：高等教育出版社，2002
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