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实验报告
数控加工综合实践报告
一、实验要求及目的
1、熟悉三维建模软件MDT;
2、了解CAD/CAM及数控加工的基本原理和方法;
3、了解快速原形制造的基本原理和方法;
4、熟悉网络化设计与制造的基本原理、方法;
5、掌握零件从CAD/CAM到数控加工的全过程或零件从CAD建模到快速制造出原形零件的过程。
二、数控加工综合实践的内容
1、零件CAD的三维建模;
2、CAM原件应用及快速原形制造数据准备及控制软件的应用;
3、数控加工或快速成形的上机实践。
三、数控加工实践原理
利用CAD/CAM建模,再利用现代计算机技术进行模拟加工等,待得到满意结果后生成NC代码输出,最后把NC代码传输到数控机床上实现加工。
四、实验步骤
创建零件——槽轮
零件分析:
该槽轮顶座零件的组成是又2个圆柱、一个孔和四个开口槽组成的。
建模顺序:
第一步采用“拉伸”特征,由大到小建立二个圆柱;
第二步采用“砖孔”特征,开一个通孔;
第三步采用“拉伸”特征,创建四个对称槽。
具体步骤如下:
建立工作平面:
A:
菜单part—workfeature—workaxis……
B:
对话框操作:
执行上述命令后得到下图对话框根据造型要求选择工作平面开始建模。
创建草图平面
A:
菜单part—sketch—newsketchedfeature……
B:
根据提示操作选择XY做工作平面
创建绘图窗口
菜单view—modelviews—top……
创建基本拉伸特征
A应用circle命令绘制如图圆形,半径取38.
B菜单part—sketch—singleprofile……
C菜单view—modelviews—rightisometric……
D菜单part—sketchedfeature—extrude……
E在“拉伸特征”对话框中,选择:
终止方式:
选“单向”以确定一个特定深度。
操作方式:
只能以“基础”创建第一特征。
尺寸:
输入20作为拉伸距离,选择“ok“按钮
图中显示一个箭头指明拉伸方向。
Command:
Command:
_amextrude
Directiongflip/
按回车接受缺省的拉伸方向得到下图
创建第二圆柱特征
重复上面步骤得到一个半径13的圆,拉伸得到下图
创建通孔特征
A菜单part—placedfeatures—hole……
B选择“通孔”特征,特征圆之后在上面一个图中选特征面得到如下图形状
创建四个圆顶槽特征
A确定草图平面part—sketch—newsketchedfeature……
B据要求把XY平面作为草图平面
C创建绘图窗口菜单view—modelviews—top……
D应用pl命令绘制如图所示四个槽型,槽宽:
11
E菜单view—modelviews—rightisometric……
F菜单part—sketch—singleprofile……
G菜单part—sketchedfeature—extrude……
H在“拉伸特征”对话框中,选择:
终止方式中间
操作方式切除
尺寸输入30作为拉伸距离
之后加上圆角圆角半径均选择:
3mm
完成后得到如下图形
着色之后如图
到此建模完成,之后隐藏工作平面转动观察即可。
五、零件CAM及数控加工过程
1、Mastercam9.0实践环境
(1)、系统硬件:
高档微机一台或工作站1台等;
(2)、系统软件:
Windows98或Windows2000或WindowsNT或UNIX等;
(3)、设计软件:
Mastercam或MDT或UG-II或CATIA或I-DEAS或Pro/E等;
(4)、网络环境:
Internet、局域网和现场总线;
(5)、加工设备:
a-T10A钻销中心、TV5立式加工中心;
(6)、毛皮材料及尺寸:
木材、长*宽*高(对应X、Y、Z方向)=120mm*80mm*40mm;
高度方向最大切削深度不超过30mm;
(7)、刀具:
直径10mm端铣刀,R3mm球头铣刀。
2、Mastercam9.0简要操作步骤
(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。
(2)、用MILL9程序打开IGES文件:
启动MILL9→MainMenu→file→Converters→
IGES→Readfile→选择IGES文件→打开→进入IGESReadParameters设置界面,
确认FileisinMetricunits→OK.
(3)、根据需要可在MILL9环境下移动或比例缩放模型:
按工具栏按钮Gview-Top或Gview-Front或Gview-side→MainMenu→Xform→
Translate→All→Surfaces→Done→Polar→输入移动距离→输入移动方向的角
度→出现Translate,选中Operatin的Move,确认NumberofSteps为I→ok
比例缩放模型:
具体步骤如下MainMenu→Xform→Scale→All→Surfaces→Done→Origin→出现Scale提示页面,选中Operation的Move,选中Scaling的XYZ,确认NumberofSteps为1,输入X、Y、Z三个方向的缩放比例→OK。
去除多余线条,图形
(4)、工艺规划:
通常为粗加工、清根、精加工,本次实验只安排粗加工、精加工。
(5)、画粗加工边界:
用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top和Gvie-Top按钮→MainMenu→Create→Rectangle→IPoints→输入矩形尺寸为130mm×90mm→OK→Origin→MainMenu→点击工具栏上的Cplane-3D和Gview-Isometric.
(6)、产生粗加工刀轨,步骤如下:
MainMenu→用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top→ToolPaths→surface→Rough→
Pocket(挖槽加工方法)→All→Surfaces→Done,出现加工参数界面→在ToolParameters页面中的大空白区点击鼠标右键→CreateNewTool→在ToolType页面中选刀具类型(立铣刀为EndMill,球头铣刀为SpherMill)→在Tool-FlatEndMill页面中修改Diameter、Flute、Shoulder和Overall值→点击OK按钮,返回ToolParameters页面→修改Len.(刀长补偿号,参考值为32)、FeedRate(参考值为2000)、Plunge(参考值为500)、Retract(参考值为5000)、Program#(参考值为1)、Spindle(立铣刀参考值为1500,球头铣刀参考值为2000)、Coolant为OFF→切换到SurfaceParameters页面,根据模型确定Clearance(安全平面高度)、Retract(退刀平面高度)、FeedPlane(进给平面高度),以上三个参数均建议用绝对值Absolute→确定精加工余量StocktoLeave(参考值为0.2)→切换到RoughPocketParameters页面,修改Cuttolerance、MaxStepDown、Stepover或StepoverDistance、复选Promptforentrypoint和Rough(zigzag)→按Cutdepths按钮、选择Absolute、修改MinimumDepth和MaxmumDepth→点击OK按钮→按Gapsettings按钮,复选Optimizecutorder→点击OK按钮→确定→选择第5步画的画粗加工边界→Done→选入刀点EndPoint(通常为粗加工边界的某个角)。
(8)、仿真:
MainMenu→Toolpaths→Operations,点击SelectAll按钮,点击Verify按钮→出现仿真界面→按Configure按钮出现VerifyConfiguration,Shape框选BOX,Tool框选Wireframetool,确定毛坯尺寸X(-60,+60)、Y(-40,+40)、Z(-40,1),点击OK→按仿真界面的播放键开始仿真,仿真完成后关闭仿真界面,回到OperationsManager界面。
(9)、生成NC程序:
在OperationsManager界面中点击要输出NC程序的工步,出现“√”标记→按Post按钮,选SaveNCFile→OK→出现提示回答“否”→保存NC文件。
重复上述操件,定义不同的NC文件名直到输出所有工步的NC程序。
六、快速原形制造实践过程
1、快速原形制造概述
快速原型制造技术(RapidProtoypingManufacturing,RPM)在20世纪80年代后期源于美国,是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。
RPM是机械工程、计算机技术、数控技术以及材料科学等技术的集成,它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。
分层制造技术(LayeredManufacturingTechnique,LMT)、实体自由形状制造(SolidFreeformFabrication,SEF、直接CAD制造(DireectCADManufacturing,DCM)、桌面制造(DesktopManufacturing,DTM)、即时制造(InstantManufacturing,IM)于RPM具有相似的内涵。
RPM技术获得零件的途径不同于传统的材料去除或材料变形方法,而是在计算机控制下,基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成形与制造的技术。
从成形角度看,零件可视为由点、线或面的叠加而成,即从CAD模型中离散得到点、面的几何信息,再与成形工艺参数信息结合,控制材料有规律、精确地由点到面,由面到体地堆积零件。
从制造角度看,它根据CAD造型生成零件三维几何信息,转化为相应的指令传输给数控系统,通过激光束或其他方法使材料逐层堆积而形成原型或零件,无需经过模具设计制作环节,极大地提高了生产效率,大大降低生产成本,特别是极大地缩短生产周期,被誉为制造业中的一次革命。
2、快速原形制造的基本原理
快速原型制造是综合利用CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料技术实现从零件设计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(或其他方向)对生成的CAD模型进行切面分层,生成各个切面的二维平面信息;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;在对加工过程进行仿真,确认数控代码的正确性;然后利用数控装置精确控制激光束或其他工具的运动,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;再铺上一层新的成型材料,进行下一次加工,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位换成二维(软件离散化),再由二维到三维(材料堆积)的工作过程。
3、RPM技术特征
(1)高度柔性快速原型技术的最突出特点就是柔性好,它取消可专用工具,在计算机管理和控制下可以制造出任意复杂形状的零件,它可重编程、重组、连续改变的生产装备用信息方式集成到一个制造系统中。
(2)技术的高度集成快速原型技术是计算机技术、数控技术。
激光技术与材料技术的综合集成。
找成形概念上,它以离散/堆积为指导,在控制上以计算机和数控为基础,以最大的荣幸为目标。
因此只有在计算机技术、数控技术高度发展的今天,快速原型技术才有可能进入实用阶段。
(3)设计制作一体化快速原型技术的另一个显著特点就是CAD/CAM一体化。
在传统的CAD/CAM技术中,由于成形思想的局限性,致使设计制造一体化很难实现。
而对于快速原型技术来说,由于采用离散/堆积分层制作工艺,能够很好地将CAD/CAM结合起来。
(4)快速性快速原型技术的一个重要特点就是其快速性。
这一特点适合于新产品的开发与管理。
(5)自由形状制造快速原型技术的这一特点是基于自由形状制造的思想。
(6)材料的广泛性在快速原型领域中,由于各种快速原型工艺的成形方式不同,因而材料的使用也各不相同。
4、快速原形制造的优点
(1)从设计和工程的角度出发,可以设计更加复杂的零件。
(2)从制造角度出发,减少设计、加工、检查的工具
(3)从市场和用户角度出发,减少风险,可实时地根据市场需求低成本地改变产品。
5、操作步骤
(1)加载模型
(2)设定大小和方向
方向设定原型零件的制作方向不同,对支撑的需求不一样。
如果圆形零件的制作方向没有
设定好,则需要加较多的支撑使原型的模型稳定;反之,则需要加少数几个支撑,甚至可不加支撑。
(4)分层与轮廓编辑
(5)设计支撑参数及支撑编辑
(6)输出成型加工文件
输出成型加工文件有两种方式,即输出当前模型和全部模型数据文件,我们可以任
意选择。
如图:
七、原形零件的上机制作
1、制作原理
本实践彩用的CPS250B紫外光快速成型机。
紫外光束在计算机控制下,根据分层工艺数据连续扫描液态光敏树脂表面,利用流言流言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,工件台下移一精确距离,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。
该机利用计算机控制紫外光扫描器的运动实现紫外光束的X、Y、两个方向的二维扫描:
由伺服电机驱动,丝杠传动实现工件台Z方向的升降运动。
整个原形制作过程全自动化,并且控制程序也是在windows操作环境下进行的,功能强大,界面友好
2、制作过程
紫外光快速成型机的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
(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,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
后处理是指整个零件成型完成后进行的辅助处理工艺,包括零件的清洗、支撑除去、
后固化、修补、表面喷漆等,目的是获得一个表面质量与机械性能更有的零件
3、实验材料
本实践采用的实验材料是液态光敏专用树脂。
光敏树脂是一种高分子化合物,无毒、无害,接近无色、无刺激气味。
光敏树脂在常温下是粘稠的液体,溶于己醇,不溶于水。
若不小心沾到衣服或者地板上时,可以用酒精清洗。
光敏树脂为非易燃品。
4、内容步骤
快速原型制造首先从原型零件的CAD造型开始,然后进行工艺规划和数据处理,最后在CPS250B紫外光成型机上完成原型零件的制作。
原型零件制件的步骤如下:
(1)、打开总电源开关(在成型机右侧面),控制面板上【电源关】指示灯ON(*见后注)。
(2)、按下【电源开】键,指示灯ON。
(3)、按下【加热】键,加热指示灯ON,即开始给树脂加热,温度控制仪开始控制树脂加
热。
树脂温度上升到35~38℃时,可以开始制作零件。
加热过程大约需要一小时(如
若工作间隔不长,可不必关断加热及电源,免去长时间的加热等待)。
(4)、按下【光源】键,紫外光指示灯ON,即将紫外光电源打开,大约五分钟后按下【触
发】键,即可点亮光源。
(5)、打开工控机,启动WINDOWS98/WINDOWS2000/WINDOWSNT.
(6)、按下【伺服】键,伺服指示灯ON,即给伺服系统加上电源。
(7)、在工控机中打开RpBuild控制程序,加载待加工零件的*.pmr文件。
(8)、加载或设定制作工艺参数。
(9)、调整托板位置,使之略高于液面(0.3mm左右);若继续制作上次中断的零件,则不
要移动托板。
(10)、点击开始从新制作后,计算机会提示是否自动关闭UV电源(若连续制作,选择“否”,
若考虑其它,选择“是”),选择后进入自动制作过程。
(11)、制作完成后,屏幕出现“RP项目制作完成”提示。
(12)、将托板升出液面,取出制件,将托板清理干净(在取制件及清理过程中,可以按下
【照明】键,使用照明)。
(13)、继续制作其他项目,则重复步骤7-12。
(14)、基长时间不使用机器,则应关闭各电源开关,最后关闭总电源。
由于【光源】、
【加热】、【伺服】控制电路中具有自锁功能,所以必须在关闭完以上三个电源后才可
以按下【电源关】,否则电源无法切断。
(15)、制作过程中,若要暂停,按下Ctrl+C即可终止扫描;在扫描过程中按Ctrl+Alt+Del
键则结束任务,强行结束扫描。
在出现紧急情况的时候,【急停】旋钮可以立即关闭
所有的电源。
(注:
此部分内容为老师操作,学生观摩刘英老师指导)
八、数控加工上机制作过程
TV5立式加工中心操作步骤
(1)、合车间电源总开关;
(2)、开空气压缩机;
(3)、合加工中心配电空气开关;
(4)、加工中心总开关,松“急停”按钮,按系统“POWERON”按钮,加工中心启动;
(5)、确认压缩空气压力、液压系统压力和自动润滑系统工作正常;
(6)、选HANDLE方式调整X、Y、Z轴离各自机械零点至少50毫米以上,调A轴的机械
坐标为300度左右;
(7)、按Z、X、Y、A轴顺序回机械零点;
(8)、安装毛坯,调用所需的刀柄;
(9)、安装φ10mm端铣刀,用MDI方式按500rpm的转速启动主轴,检查刀具安装是否良
好;
(10)、选HANDLE方式用“试切法”找到毛坯顶面中心点,将机床坐标系的X和Y坐标
记录到工件坐标系G59中,而工件坐标系G59的Z值为0;
(11)、选HANDLE方式移动Z轴直到铣刀切削到毛坯顶面以下约1到2毫米,将机床坐
标系的Z坐标值记录到刀补号H32中;
(12)、提升主轴,停转主轴;
(13)、通过现场总线网络向DNC主控计算机申请粗加工NC程序,以DNC方式实现零件
的粗加工;
(14)、用对刀块检测并记录刀具的长度,更换刀具为R3球头铣刀,再次检测并记录刀具
长度,计算刀长的变化,根据差值修正刀补号H32中的刀补值;
(15)、再次通过现场总线网络向DNC主控计算机申请0度平行精加工NC程序,以DNC
方式实现零件的精加工;
(16)、为了提高零件的表面质量,再一次通过现场总线网络向DNC主控计算机申请90度
平行精加工NC程序,最终完成零件加工;
(17)、从虎钳上卸下工件;
(18)、关机。
关机顺序为:
X、Y、Z轴移到行程中部,按“急停”按钮,按系统“POWER”
按钮,关加工中心总开关,关加工中心配电空气开关,关空气压缩机,关车间电源总
开关。
(此处观察的事老师切烟灰缸陶桂宝老师指导)
九、总结体会
21世纪是知识信息高速发展的时代,电子计算机在各个行业,各个领域的应用越来越广泛,商业竞争异常激烈,面对这样的市场,制造行业对产品加工要求越来越高,既要产品实用美观又要成本合理,商人有利润。
因此必须缩短产品开发周期,以提高产品利润。
因此必须加快快速成型技术(RP)的发展和应用。
RPM技术是制造技术的一项革命,将伴随激光技术、新材料技术、计算机技术、数控加工技术及其他先进技术的发展而发展和进步。
随着成本的降低,工艺的简化,成形精度的提高和材料综合性能的改善,快速原型制造技术将在机械制造、汽车、航空航天、飞机制造、和军事工业中,都得到更广泛的应用。
CAD软件三维建模是快速成形的前提条件,目前可供CAD建模的软件很多,与传统制造技术相比,它具有很多独特的优势。
主要表现为:
高速度、高柔性和技术高密集;适应能力强、制造成本低;技术的高度集成;设计制造一体化;自由成型制造;技术经济效益突出。
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