数控加工.docx

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数控加工

《数控加工实践》

学生：

程前

学号：

20112503

课程教师：

陶桂宝、刘英、林利红

专业班级：

11级机自06班

重庆大学机械工程学院

二O一四年六月

目录

一、数控加工实践的目的及要求..........................................................2

二、数控加工实践原理.................................................................2

三、数控加工实践的内容...............................................................2

四、数控加工实践的步骤...............................................................2

五、绘制零件三维图形.................................................................3

六、零件CAM及数控加工过程...........................................................9

七、快速原型制造.....................................................................21

八、心得体会.........................................................................27

九、科技小论文.......................................................................28

十、参考文献.........................................................................29

一、数控加工实践的目的及要求

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。

二、数控加工实践原理

1、快速原型制造的基本原理

快速成型制造是综合利用CAD技术、数控技术、极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，他采用软件离散—材料堆积的原理实现

零件的成型。

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（或者其他方向）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）上采用轮廊扫描，加工出适当的截面形状；再铺上一层新的成型材料，进

行下一次的加工，直至整合零件加工完毕。

可以看出，快速原型制造技术是个有三维转

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。

三、数控加工实践的内容

零件的的三维CAD建模

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。

3、数控加工或快速制作零件的上机实践。

四、数控加工实践的步骤

1、利用MDT软件建立快速成型的三维模型。

2、利用Mail9对所加工的三维模型进行仿真加工，分为粗加工和精加工两部分，并生

成加工NC代码。

参观了解数控加工过程。

参观了解快速成型加工过程，并熟悉其成型原理。

五、绘制零件三维图形

1、打开MDT软件界面并打开自己的任务图片，分析零件形状和特点，构思建模思路和步

骤，做好建模前的准备工作。

2.放置基本三维工作平面，建立草图平面，绘制中心矩形，边长为100×100并定义单一截面轮廓，然后拉伸成型并保存文件，如图所示：

3、之后，在在正方体的上表面重新定位草图平面，选择打孔操作，设置沉头孔，沉头深度2，孔的直径分别为20和10，选择2边定位的方式确定孔的位置，以正方形的相邻2边为定位边，孔中心与2边的距离都为15，打出阶梯孔1，重复前面操作分别在4个角上打孔，并保存文件，如图所示：

4.画出2个相交的矩形100×48，去除中间的交线，形成封闭图形，定义为单一截面轮廓，然后拉伸长度为50，保存文件，结果如下图所示：

5.选择打孔操作，沉头孔的参数为M20,沉头深度为2，中心孔直径为10，孔为贯通状态，如前面选择2边定位，将孔的位置定在几何中心，保存文件结果如下图所示：

6.在拉伸的十字形上定义新草图平面，绘出如下图所示的截面形状，选择单一截面轮廓，选择拉伸中的去除材料，保存文件，拉伸结果如下图所示：

7.选择圆形阵列，个数为4，点击确定，保存文件，结果如图所示：

8.对需要的边进行倒圆角操作，圆角半径为3，保存文件，结果如图所示：

9.对4个底角进行倒圆角操作，圆角半径为10，保存文件，结果如图所示：

6、零件CAM及模拟数控加工过程

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，如图所示：

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—>按工具栏按钮Screen-Fit—>按工具栏蓝色球按钮（Screen-SurfDisp-Shading）—>出现ShadingSettings页面，选择ShadingActi—>Ok。

删除多余的非Surface构图元素：

MainMenu—>主菜单Delete—>All—>Color—>选择要删除的颜色（通常为绿色）—>Ok—>按工具栏按钮Gview-Isometric—>按工具栏按钮Screen-Fit。

如图所示：

然后存盘：

MainMenu—>File—>Save—>选择存放路径和文件名—>Save。

3、根据需要可在MILL9环境下旋转、移动或比例缩放模型。

旋转模型直至零件的主要加工面朝向Z轴的正向，并让零件尺寸最大的方向与X轴一致。

旋转模型步骤如下：

按工具栏按钮Gview-Top或Gview-Front或Gview-side，选择旋转模型的视图平面—>MainMenu—>Xform—>Rotate—>All—>Surfaces—>Done—>Origin—>出现Rotate提示页面，输入旋转角度—>选中Operation的Move，确认NumberofSteps为1—>Ok。

移动模型，直至工件的顶面中心点的坐标为（X0,Y0,Z0）。

移动模型步骤如下：

按工具栏按钮Gview-Top或Gview-Front或Gview-side，改变视图平面—>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提示页面，选中Operation的Move，确认NumberofSteps为1—>Ok。

如图所示：

旋转过程图：

移动过程图：

定中心示意图：

比例缩放模型的目的是让工件尽可能大，但又符合下述注意点④⑤⑥⑦。

比例缩放模型步骤如下：

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。

如图所示：

4、工艺规划

通常为粗加工、清根、精加工。

因毛坯材料为纤维性材料——木材，要经过两次交叉精加工，才能把木头纤维割断；加工余量不大且木材好加工，不需要清根，因此本次实验安排粗加工、精加工1和精加工2。

5、画粗加工边界

用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top和Gview-Top按钮—>MainMenu—>Create—>Rectangle—>1Points—>输入矩形框尺寸为120mm×90mm—>OK—>Origin—>MainMenu—>点击工具栏上的Cplane-3D和Gview-Isometric。

如图所示：

6、设定毛坯

MainMenu—>ToolPaths—>Jobsetup—>输入毛坯长X=110、宽Y=80、高Z=40—>输入毛坯参考点坐标StockOrigin，若设计的的工件顶面中心点为X0Y0XZ0，则可设StockOrigin为X0Y0XZ2。

如图所示：

7、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,出现粗加工参数界面—>在ToolParameters页面中的大空白区点击鼠标右键—>CreateNewTool—>在ToolType页面中选刀具类型为EndMill（立铣刀）—>在Tool–FlatEndMill页面中修改Diameter=10.0、Flute=22.0、Shoulder=22.0和Overall=40.0—>点击OK按钮，返回ToolParameters页面—>修改Tool#（刀具号）=15、Dia.（刀具半径补偿号）=15、Len.（刀长补偿号）=15、FeedRate=1500、Plunge=150、Retract=5000、Program#（程序号）=1、Spindle=1500、Coolant=OFF—>切换到SurfaceParameters页面，根据模型确定Clearance（安全平面高度、Absolute）=20.0、Retract（退刀平面高度、Absolute）=10.0、FeedPlane（进给平面高度、Absolute）=5.0，—>确定精加工余量StocktoLeave=0.2—>切换到RoughPocketParameters页面，修改Totaltolerance=0.1、MaxStepDown=2、Stepover=75、复选Promptforentrypoint和Rough（zigzag）—>按Cutdepths按钮、选择Absolute、修改MinimumDepth（毛坯加工最高点坐标）和MaxmumDepth（工件加工最低点坐标）—>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（通常为粗加工边界右侧靠近人的一角）。

粗加工刀具设定示意图：

粗加工刀具路线示意图：

8、精加工1

MainMenu—>用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top—>ToolPaths—>surface—>Finish—>Parallel—>All—>Surfaces—>Done—>进入精加工参数界面—>在ToolParameters页面中的大空白区点击鼠标右键—>CreateNewTool—>在ToolType页面中选刀具类型为SpherMill（球头铣刀）—>在Tool–SphericalEndMill页面中修改Diameter=6.0、Flute=13.0、Shoulder=13.0和Overall=40.0—>点击OK按钮，返回ToolParameters页面—>修改Tool#（刀具号）=16、Dia.（刀具半径补偿号）=16、Len.（刀长补偿号）=16、FeedRate=2000、Plunge=150、Retract=5000、Program#（程序号）=2、Spindle=2000、Coolant=OFF—>切换到SurfaceParameters页面，根据模型确定Clearance（安全平面高度、Absolute）=20.0、Retract（退刀平面高度、Absolute）=10.0、FeedPlane（进给平面高度、Absolute）=5.0，—>确定精加工余量StocktoLeave=0—>切换到FinishParallelParameter页面，修改StepOver值=0.3、MachineAngle=45—>确定。

如图所示：

9、精加工2

MainMenu—>Toolpaths—>Operations,出现OperationsManager界面，鼠标光标指向第二步SurfaceFinishParallel，右击鼠标—>Copy—>在加工步骤下面空白区右击鼠标—>Paste—>点击刚复制的精加工步骤3中的Parameters—>切换到FinishParallelParameter页面，修改MachineAngle=135—>确定—>RegenPath。

复制精加工1示意图：

精加工2设定图：

10、仿真

MainMenu—>Toolpaths—>Operations,出现OperationsManager界面，点击SelectAll按钮，点击Verify按钮—>出现仿真界面—>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。

如果仿真不正确，重新修改参数，重新仿真（要求仿真结果不允许出现过切、欠切、飞刀等异常现象）。

如图所示：

（第一张为初加工的仿真图）

仿真图：

11、加工NC代码

%

O0002

（PROGRAMNAME-四槽座1）

（DATE=DD-MM-YY-11-06-07TIME=HH:

MM-21:

01）

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

（TOOL-16DIA.OFF.-16LEN.-16DIA.-6.）

N104T16M6

N106G0G90X46.882Y-47.245A0.S2000M3

N108G43H16Z20.

N110Z-25.

N112G1Z-30.F150.

N114X47.288Y-46.839F2000.

N116G0Z-25.

N118Z-20.

N120X48.65Y-45.053

N122Z-25.

N124G1Z-30.F150.

N126X45.04Y-48.663F2000.

N128G0Z-25.

N130Z-20.

N132X44.155Y-49.123

N134Z-25.

N136G1Z-30.F150.

13、实验结果总结分析

该实验步骤由于给定了详细步骤和参数，实验开始比较顺利，但是很快问题就开始出现，由于最初绘制零件三维模型的时候没有注意尺寸，导致所绘零件模型完全不能进行加工，所以重新绘制，但由于该零件较为复杂，孔和凹槽较多，多次实验失败，于是计算其尺寸后发现如果在80mm*110mm的毛坯和实验所给刀具上实现加工非常困难，只能保证台阶处有几毫米厚度，所以稍有不慎就会因尺寸原因二不能加工出符合图像的零件，而针对木材，几毫米的厚度显然强度不够会被刀具破坏，所以考虑后决定加大毛坯尺寸，加大后之前所有步骤正常。

经过这次试验学会了CAM加工的基本操作。

7、快速原型制造

1.数据准备，可以利用CAD三维实体造型软件输出STL三角片面文件作为此软件的输入文件（本次试验之中为了节省时间直接利用计算机中自带的数据文件）。

如图所示：

1、打开数据准备软件Rpprogram打开数据文件，首先将图像缩放到适合大小（可采用均等缩放和不均等缩放）。

如图所示：

2、根据自己的实际需求，对模型的方向进行调整，将整个图形绕x轴旋转-90°。

如图所示：

4.模型校验，没有发现问题，如图所示：

3、由于端盖信息无法直接提供给快速成型机使用，首先必须把它转化为二维层片零件的轮廓信息。

采用Rpprogram软件的“当前模型分层”功能即可完成。

分层之时，先设定一定的参数，比如分层厚度（0.1mm）。

如图所示：

4、模型分层。

如图所示：

6.轮廓状态检查

6.发现轮廊问题，进入轮廊——轮廊编辑，分别点击“去除孤立点或孤立线”、“去除轮廊中的细小线段”、“尝试连接开口轮廊”、和“消除轮廊共线中间点”。

如图所示：

7.设计支撑，防止加工过程可能引起的瞧去变形（考虑所选模型形状，只需添加辅助支撑）。

如图所示：

9.输出成型加工文件。

打开RPBuild，选择文件。

10.加载成型数据文件。

如图所示：

5、选择仿真模式，开始仿真。

如图所示：

八、心得体会

经过本次数控加工实验，了解到了现代加工的主要方法，主要特点为编程实现自主加工，更加智能化，不受以前加工形状,大小，加工材料的限制，而且加工时间也大大缩短。

陶贵宝，刘英，林利红3位老师细心讲解，使我对本次实验的内容做到大致了解，心里有数，为接下来的实际操作打下基础，同时刘英老师介绍的快速原型制造的方法，打破了常规的加工制造方法，开拓了我的视野，让我明白创新的重要性以及必要性。

（1）MDT画图阶段。

在这个部分，刚接触到的时候，大概了解了一下界面，认为和CAD差不多，本以为可以很快完成模型的建立，到真正建立模型的过程中才发现与想象中有很大差别，建模过程中最大的困难就是多余线条的删减，由于线条有很多与界面重合的地方，从而造成部分线条的选取极为困难，无法形成封闭草图轮廓，同时操作也很笨拙，需要多次选取草图平面，不然会出现线条分层的现象。

所以当天晚上根本没有做出模型，后面mastercam加工的模型也是用UG（个人认为UG使用比较方便）做出来的。

但是老师又硬性要求必须用MDT，所以只有后面腾出时间去倒腾这个软件，在慢慢熟悉的过程中发现，画草图的时候可以把坐标系调为不可见，这样减少了，平面草图的麻烦，其次就是拉伸成立体的时，尽量少画复杂截面形状，因为这很可能会导致草图轮廓不封闭现象，所以拉伸时尽量用简单图形，多余部分可以分几次消去，这样建模的困难就会少很多。

（2）CAM软件应用。

将MDT建立的3维图形（我是一个4角槽）用IGS格式导出并保存，然后用mastercam打开，由于上学期用过这个软件，还比较熟悉，操作过程中并没有太大阻力。

移动坐标系，建立毛胚，输入粗、精加工参数然后进行加工，然后仿真时就出现了问题，毛胚的边缘并未完全加工，思考之后才发现，原来是加工区域设置太小，后来增大加工区域后，问题得到解决。

（3）数控加工。

这个单元，先是用快速原型制造制造相关软件进行加工编程，主要过程为导入名为端盖的软件，分层并进行轮廓状态检查，发现问题，然后进入轮廊——轮廊编辑，分别点击“去除孤立点或孤立线”、“去除轮廊中的细小线段”、“尝试连接开口轮廊”、和“消除轮廊共线中间点”，然后问题得到解决，之后添加支撑，随后输出成型加工文件，打开RPBuild，选择文件，加载成功后再进行仿真。

上机实验完成后，最后是去参观快速原型制造以及数控加工，做到理论与实践结合，然我对这次实有

了具体而又深刻的印象，由衷感谢各位老师的悉心指导。

九、小议3D打印

这次数控加工实验最令我感兴趣的无疑是快速原型制造工艺，也就是现在通俗所说的3D打印，其原理很容易理解，正如字面意思所说，3D打印必然和一般的复印店的打印有共同之处，然而不同的就是它能够打印出3维实体，不失为一种新的的加工方式。

回想人类加工制造的发展过程，由原始的手工制造，到工业革命的机器生产，再到后来二战后的第三次科技革命，也就是计算机的飞速发展，产生了数控机床此类的计算机自动控制加工，而如今最火的名词正式3D打印。

从70年代诞生到现在，3DCAD经历了几十年的发展，已经成为广大设计人员的有力工具之一和很多设计领域的重要标准，早在1994年，几个来自MIT（麻省理工学院）的科研和技术专家就发明了3DP技术并申请了专利。

成立于1990年的美国Stratasys公司率先推出了基于FDM技术的快速成型机，并很快发布了基于FDM的Dimension系列3D打印机。

3D打印最显著的特点就是快速以及适用范围广泛，目前适用于各个行业，中国目前的最新成果有：

中国航天3D打印产品通过试车考核、我国第一个生物3D打印产品广州获批上市...

而且目前3D技术可以应用于打印人体器官，目前美国科学家已经研发出了能打印皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维“生物打印机”，这毫无疑问对于残疾人说是个好消息。

同时网上关于打印房子、生态汽车、尼龙打印飞机的消息比比皆是,3D打印现如今对人们的影响可见一斑。

就机械行业来说，3D打印同样是对设计人员的福音，与之前的模型制作方法相比，该技术不受零件复杂程度的影响，成型环境要求简单，速度快，表面质量好，缩短产品制造周期，工作人员可以更好的用实体进行相关测试以及实验，而不像以前只能在电脑上进行模拟仿真，提高设计产品的质量。

然而目前3D打印最大的拦路虎，无疑是加工的材料的问题，由于其特殊的加工方式即通过将实体分为多层截面，然后逐层打印烧结成为实体，这就对材料有了特殊要求，如可塑性，材料的粘结能力有很高要求，再就是为达到精度要求，首先是每层截面的厚度，其次是如何将每个截面做得精致，但我还是相信问题终将会被人们跨过去，将来的某一天，某种新材料的发现肯定会带来3D技术的又一次革命。

以下是个人对3D打印技术的一点看法，就机械而言，大多数材料为金属材料，3D打印若在机械方面的广泛运用，有2个考虑方向，其一为开发新材料，其二为新型加工方式，我的一个想法是针对新的加工方式，如果在分子层面开始3D打印，那么精度问题无疑是不成问题的，然而问题就是如何达到分子程度的3D打印，若真的实现加工时间势必大大延长，还有就是如何使分子粘结，是高温还是挤压，是用激光加热还是高压环境挤压，都是需要考虑的问题，请允许我在这里表达自己一点天真的想法，如果以后有机会，我相信我还是回去尝试这个想法，虽然看起来有那么点不靠谱。

说完3D打印，大致介绍下它的进一步发展方向——4D打印，虽然仅仅多了一个，但挑战难度可不是像加1那样简单，所谓的4D打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需将其放入水中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。

4D打印最关键是记忆合金，4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。

4D打印直接将设计内置到物料当中，简化了从“设计理念”到“实物”的造物过程。

想法与结果的直接相连，这是人人都希冀的，但实现这一过程还需要人类付出大量的时间、金钱、人力等等，虽然这还是个新词，但是纵观人类历史，哪一项新的发明不是将不可能变成事实，期待它变成现实落地的那一天！

参考文件

[1]陶贵宝，刘英，张毅.数控加工实践指导书[M]，2005.

[2]袁绩乾.机械制造技术基础.机械工业出版社[M]，2