CAD实践课实验报告书车削零件武汉理工大学 2.docx
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CAD实践课实验报告书车削零件武汉理工大学 2.docx
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CAD实践课实验报告书车削零件武汉理工大学2
学生学号
实验课成绩
学生实验报告书
实验课程名称
CAD/CAM及数控加工技术综合实践
开课学院
机电学院
指导教师姓名
学生姓名
学生专业班级
学年
第
学期
实验课程名称:
CAD/CAM及数控加工技术综合实践
实验项目名称
CAD/CAM及数控加工技术综合实践
实验成绩
实验者
专业班级
组别
同组者
实验日期
年月日
一部分:
实验预习报告(包括实验目的、意义,实验基本原理与方法,主要仪器设备及耗材,实验方案与技术路线等)
一、实验目的及意义
通过该综合型设计性实验,使学生在掌握CAD/CAM、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程的理论基础上,初步掌握Solidworks、Pro/E、MasterCAM、Cark、Daphne等软件的使用,掌握产品设计、产品分析、工艺设计、数控加工仿真、产品数据管理、实际数控加工、产品快速成形加工方法的产品整个开发过程,培养学生专业技能,培养综合与创新能。
该实验要求学生已经完成CAD/CAM、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程和数控技术课程设计的学习和实践环节。
二、实验内容
1.零件的设计与CAD三维造型
学生根据教师给出的铣削零件的零件图,使用CAD软件进行几何建模;学生也可以对实际零件,进行测绘,获取几何拓扑数据以及相应的尺寸和形位公差,进行几何建模。
设计过程中需要全方面考虑零件的结构工艺性,锻炼学生从材料选用、公差配合到具体的机械结构设计能力。
2.机械加工工艺设计
使用机械手册进行数控加工工艺设计,拟订加工方案及工艺参数。
3.数控编程设计
根据所给零件数据作为编程来源,进行数控车削工艺路线设计,编制数控加工程序。
除了个人的零件分析外,还需参与小组设计,团队共同完成一个比较复杂的零件设计与数控加工,进行实时仿真。
4.零件加工
将经过仿真并修改妥当的程序传输到相应的数控机床,依照工艺设计结果选用相应的刀具、夹具、量具,操作数控机床进行自动加工,生成零件,并对加工情况进行分析。
三、实验设备与工具
1)设备:
计算机、CAD/CAM软件、机用虎钳、刀具、量具、机床、设计手册等。
其中,机床类型:
数控车床、数控铣床、加工中心等。
2)CAD/CAM软件:
Solidworks、MasterCAM,Pro/E,UG等。
四、实验方法与基本步骤
1)根据教师给出的铣削零件的零件图在CAD软件环境下设计零件,并对所设计的零件进行结构工艺性分析,修改三维模型,生成并编辑二维工程图。
2)对所教师给出的车削和铣削零件进行数控加工工艺设计,拟订加工方案及工艺参数。
3)根据所拟定的工艺方案,分别使用手工编程和CAM软件进行自动编程,生成数控程序,使用“数控加工仿真软件”进行仿真加工。
4)将数控程序传送给加工机床,进行加工准备工作(机床回零;零件安装;装刀与对刀;机床其他参数设定);在模拟加工结果正确的前提下,进行零件加工。
5)对加工结果进行尺寸与粗糙度检测,并进行加工结果分析。
五、预习思考题
1.MasterCAM中如何设置工件的大小?
答:
在“属性”树状图中选择“材料设置”,就可以在“形状”选项栏中选“立方体”或“圆柱体”等,并设置工件的各个尺寸大小。
2.快速成型机的工作原理包括那几种?
答:
比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。
但其基本原理都是一样的,那就是“分层制造,逐层叠加”。
3.Mastercam中仿真时如何修改工件形状(棒料还是块料)?
答:
在“属性”树状图中选择“材料设置”,就可以在“形状”选项栏修改选择不同工件形状。
4.CAD模型如何导入CAM软件(如Mastercam软件)中?
答:
在Mastercam中点击“打开”,由于mastercam支持的格式很多,选择需要的文件格式,即可打开
5.数控车床的工件坐标系如何设定?
答:
①:
用G50指令,建立起以工件原点为坐标系原点,确定当前刀具所在位置的工件坐标系;②:
用G54-G59指令,通过偏置将偏移量设置在寄存器中;③:
利用机床的功能通过会参考点试切自动设定工件坐标系。
第二部分:
实验过程记录(可加页)(包括实验原始数据记录,实验现象记录,实验过程发现的问题等)
一、轴类车削零件
本次加工的零件是轴类零件,轴是机械中常用的一类零件,它可以传递力和转矩,还可以
链接工件。
该零件有中心线,属于回转类零件,广泛应用于各类机械中。
现在制造技术中多采用数控车削加工的方式进行加工。
本文采用三维实体建模、数控仿真的方式完成盘形零件设计制造过程。
图1为该盘形凸轮零件图。
图1
二、轴类零件CAD实体建模
随着计算机图形学的发展,虚拟机械设计已经成为现代机械设计的重要方法,该方法设计直观、形象。
具有力学仿真(静力学分析、模态分析功能)和动力学仿真功能,可以在产品制造前充分论证设计的可行性,故可缩短机械产品的设计制造的周期和成本。
目前该类实体建模仿真软件种类较多。
本文采用SolidWorks进行三维实体建模。
SolidWorks共有三大功能模块,分别是零件模块、装配图模块和工程图模块。
由于该零件为回转类零件,所以建模的初步思路为建外形轮廓,再绕中心线旋转获得。
首先做一条中心线,然后根据二维图上零件的尺寸建立零件的轮廓,形成封闭的图形,然后绕中心线旋转,做出初步模型,如图2。
图2
然后再倒角如图3
图3
最后一步车螺纹,采用扫描切除画法。
首先按照插入-曲线-螺旋线,画一个螺旋线;2.其次按照插入-参考体-参考面建立一个参考面,要求其按照垂直于螺纹线起点的方式建立;3.再次,在参考面上画出螺纹的牙形;4.最后,进行切除-扫描特征,切除曲线选择参考面上的牙型;切除线选择螺旋线。
如图4和图5。
图4
图5
至此完成轴类零件的三维实体建模。
三、车削类零件的工艺设计说明
1.零件的毛坯制造
毛坯的选择对机械制造质量、成本、使用性能有重要影响,是机械设计和制造的关键环节之一。
毛坯的制造形式有铸造、锻造、冲压、焊机、粉末冶金、非金属材料成型等。
由于此轴外形轮廓结构较为简单,采用锻造的形式,其变形抗力小,塑性好。
毛坯材料选择45钢。
2.制定工艺路线
轴类零件采用数控车削加工,完成板型外轮廓、零件端面的加工。
采用粗精加工分开的方式,由于零件要求较高的耐磨性,在机加工完成后,进行工件表面淬火处理,提高工件表面硬度。
加工工艺卡片如表1。
表1加工工艺卡片
普通加工工序卡
材料牌号
45
毛坯种类
中碳钢
毛坯外形尺寸
φ90x350mm
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
锻造
锻造毛坯
2
热处理
退火(消除内应力)
3
数
控
车
工步
工步内容
刀具号
1
车端面
1
FANUC0iM
2
粗车零件外轮廓
1
FANUC0iM
3
车退刀槽
41
FANUC0iM
4
车弧形面
41
FANUC0iM
5
精车外表面
1
FANUC0iM
6
车螺纹
94
FANUC0iM
7
切断
152
FANUC0iM
4
热处理
凸轮轮廓淬火
5
检查
3.刀具选择、切削用量和基本工时设置
(1)刀具选择
加工不同的地方需要不同的车刀,该零件共需要四种车刀,详见表2。
表2刀具参数
产品名称或代号
数控车工艺分析实例
零件名称
轴
零件图号
38号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径
(mm)
备注
1
1
90°右偏刀
1
车端面和轴外轮廓
0.5
2
41
单头方形槽刀
1
车退刀槽和弧形轮廓
0.1
3
94
公制60°穿丝
1
车螺纹
0.07
4
152
4mm切断刀
1
切断工件与原材料
0.1
编制
审核
批准
共1页
第1页
(2)切削用量设定
合理选择切削用量,对于保证工件加工质量和刀具耐用度,提高生产效率和经济效益都具有十分重要的意义。
切削用量通常指背吃刀量、进给量和切削速度。
一般而言,三个参数中,对加工效果影响的权重由大到小依次为背吃刀量、进给量和切削速度。
本次加工中,加工各个工步切削用量如表3所示。
表3车削加工切削用量
数控加工工序卡片
单位名称
数控加工工序卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
数控车工艺分析实例
轴
38号
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
3
三爪卡盘
FANUC0iM
数控中心
工步
工步内容
刀具号
刀具规格
mm
主轴转速
r/min
进给速度
mm/min
背吃刀量
mm
备注
1
车端面
1
90°右偏刀
275
0.25
1.0
2
粗车外轮廓
1
90°右偏刀
275
0.25
1.0
3
车退刀槽
41
单头方形槽刀
302
0.1
0.2
4
车弧形外圆
41
单头方形槽刀
302
0.1
0.3
5
精车外轮廓
1
90°右偏刀
275
0.25
0.2
6
车螺纹
94
公制60°穿丝
410
410
0.3
7
切断
152
4mm切断刀
200
0.05
1.0
编制
审核
批准
日期:
4.MasterCAM数控仿真
MasterCAM是把CAD造型和CAM数控编程集成于一个系统环境中,完成零件的集合造型、刀具路径生成、加工模拟仿真、数控加工程序生成与数据传输。
本文采用MasterCAM进行轴的数控加工仿真,并且生成数控加工代码。
(1)基于该铣削零件的MasterCAM软件仿真加工基本过程
第一步车端面,车端面参数和刀具路径参数如图6和图7。
图6图7
第二步粗车外圆,粗加工参数和刀具路径参数如图8和图9。
图8图9
第三步车退刀槽,粗、精车参数如图10和图11。
图10图11
第四步车弧形外圆,刀具路径参数和粗、精车参数与第三部类似,在此不再赘述。
第五步精车外圆,刀具路径参数和精车参数与第二部,在此不再赘述。
第六步车螺纹,刀具路径参数和螺纹外形参数如图12和图13。
图12图13
第七步切断,刀具路径参数和截断参数如图14和图15。
图14图15
(2)生成刀具轨迹,如图16
图16
(3)仿真程序代码
5.轴类零件数控加工实验
本次实验采用华中世纪星数控机床进行数控加工,将MasterCAM生成的数控程序导入到数控机床中。
首先采用试切法进行对刀,完成对刀后,调出加工程序,进行程序校验,符合要求后在“自动”状态下进行循环启动进行加工。
加工机床模拟仿真图如图18所示,加工结果如图17所示。
图17图18
第三部分结果与讨论(可加页)
一、实验结果分析(包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等)
二、小结、建议及体会
三、思考题
总结体会
两个星期的数控加工技术综合实践让我学到了很多,一开始看到这个零件图的时候感觉很简单,没什么难度,但是做着做着就感觉这个过程当中很多东西值得我们去学习,去体验。
这是一个将零件从一张简简单单的图纸转变成一个加工实物的过程,让我们真正体验到几个机械设计的完整的过程。
因为图纸比较简单,所以画图的过程很快就完成了,从3D建模到工程图的生成这个步骤倒不是很繁琐。
接下来就是CAM过程了,将零件模型导入到mastercam当中进行加工工艺过程规划,这个过程就要仔细注意很多,从刀具类型到刀具轨迹很多东西都需要自己一点一点的试,不过这也让我对数控加工过程中很多参数的设定有了了解,自己也翻阅了一些书籍去熟悉这些参数怎么设计才合理,受益匪浅。
到最后刀具路径仿真分析的时候,算是彻底完成CAM过程,不过有些细节还是有点问题,不能出现完全的尖角,最后就是斯沃仿真了,这个软件能实际模拟机床的操作,又让我熟悉了一遍数控铣床整体的加工过程,对我帮助很大,也能够了解很多关于机床实际加工的问题,对于加工是否会撞刀卡住有一个直观的了解,能够检验程序在实际加工过程中的各种纰漏。
另外,对于实际加工的时候,通过自己的机床操作学习又能够清楚地掌握某些机床加工的具体措施。
总的来说,为期两周的CAD/CAM及数控技术加工综合实践让我体验到了如何让一张图纸到加工实物的整个过程,我觉得他的主要目的不是考验我们软件的应用,而是让我们去体验一个制造的流程。
让我对以后的机械设计有了进一步的了解,关于实际仿真出现的一些问题我也会主动去思考一下,在即将走出大学校园的时候,能够有这样一个机械设计及制造的整体体验,对我来说,受益匪浅。
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