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作者姓名：重大学子（数控加工实践）
《数控加工综合实践》报告
概论 2 一 数控加工综合实践的目的及要求：.................2 二 数控加工综合实践的内容：.......................2 三 数控加工综合实践的原理：.......................2
四、使用仪器、材料................................5
作者姓名：重大学子（数控加工实践）
《数控加工综合实践》报告
概论
一 数控加工综合实践的目的及要求：
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.了解快速原形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形零件的全过程。
二 数控加工综合实践的内容：
1.零件的三维CAD建模；
2.CAM软件应用或快速原形制造数据准备及控制软件的应用； 3.数控加工或快速制作的上机实践。
三 数控加工综合实践的原理：
1、综述
现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的 CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术基础之上。
2、CAD的原理及发展
CAD(Computer Aided Design)是以计算机为主要工具，辅助设计者对产品或工程
作者姓名：重大学子（数控加工实践）
进行设计、绘图、工程分析、技术文档编制等活动的总称，是计算机辅助设计的简称。常用的CAD软件有：AutoCAD、CATIA系统、UG系列、I-deas等。
从20世纪40年代开始，随着计算机技术的飞速发展，人们开始利用计算机进行复杂的数值计算、非数值计算和事务处理，同时也开始了“人工智能的研究”。随着计算机技术特别是微型机及其绘图技术的发展，CAD技术已在机械、电子、航空航天、建筑等领域得到广泛应用。进入新的世纪以来，随着计算机网络信息技术的迅猛发展，现代计算机3D技术使人们对现实世界的描述重新回到了原始的直观三维境界，并且已经随着计算机应用的普及在迅速成为今天的现实。
三维CAD是3D技术在现代工业的应用。例如CATIA、UG、Pro-E等三维CAD软件 系统，它基于生产制造应用目的，强调三维模型的精确描述，包括其精确的尺寸、坐标、公差、技术要求以及零件间精确的结构装配关系和结构功能属性等的精确表达。
虚拟现实是3D技术大规模系统应用的方向，强调对三维场景的宏观描述和系统动态关系，在三维模型细节的精确和逼真方面则采取尽可能简化处理。
3、CAM技术概述
CAM一般是指，在人的参与下，利用计算机对产品的制造进行设计，监督，控制和管理，是计算机辅助制造的简称。常用的CAM软件为Mastercam。
Mastercam是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司CNC Software INC研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。它将CAD和CAM这两大功能综合在一起，是世界上目前十分流行的CAD/CAM系统软件。它有以下特点：
1）Mastercam除了可产生NC程序外，本身也具有CAD功能（2D、3D、图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能），可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘制好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如STEP文件、IGES文件等转换到Mastercam中，再生成数控加工程序。
2）Mastercam是一套以图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件。以便将刀具路径文件（NCI）转换成相应的CNC控制器上所使用数控加工程序（NC代码）。
3）Mastercam系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。
4）Mastercam能预先依据使用者定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工时间，也可从NC加工程序（NC代码）转换成刀具路径图。
5）Mastercam提供RS－232C接口通讯功能及DNC功能。
作者姓名：重大学子（数控加工实践）.快速原型制造的基本原理：
快速原型制造时综合利用CAD技术，数控技术，激光加工技术和材料技术实现从零件涉及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（或其它方向）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它工具的运动，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；再铺上一层新的成形材料，进行下一次的加工，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维换成二维（软件离散化），再由二维到三维（材料堆积）的工作过程。
该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。
以光敏树脂为材料利用紫外光快速成型机制造样件的原理：
（1）紫外光快速秤星机的原理：紫外光束在计算机的控制下，根据分层工艺数据连续扫描液态光敏树脂的表面，利用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，工作台下移一精确距离，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。
（2）原型零件的制作过程：主要包括数据准备、快速成型制作和后处理。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。
3）后处理
后处理是指整个零件成型完后进行的辅助处理工艺，包括零件的清洗、支撑去除、作者姓名：重大学子（数控加工实践）
后固化、修补、打磨、表面喷漆等等，目的是获得一个表面质量与机械性能更优的零件。
四、使用仪器、材料
系统硬件：微机1台或工作站1台； 1.系统软件：Windows操作系统；
2.设计软件：MDT、MasterCAM、RPprogram； 3.网络环境：局域网、现场总线、Internet；
4.工设备：α—T10A钻削中心、TV5立式加工中心； 5.CPS250B紫外光快速成型机。
第二章 数控加工综合实践的步骤：
一、零件的三维实体造型
用MDT或其他三维CAD软件完成零件的建模，可应用点，直线，样条线，方框，平面，SWAP曲面，拉升面，面剪切，面之间倒角以及求边界线等功能，零件实体由平面，曲面，圆槽，倒角等构成。设计时应注意以下几点：
1）本次实践CAD软件采用MDT6.0;2)毛坯尺寸为120×mm80mm×40mm； 3）工件顶面中心点为原点（X0,Y0,Z0）； 4）工件高度小于30mm； 5）工件尺寸不应超出毛坯范围；
6）数控加工时只提供直径10mm端铣刀和R3球头铣刀； 7）孔或槽的尺寸应大于10mm； 8）曲率半径应大于3mm。具体过程如下： 创建零件——曲轴
零件分析：该曲轴零件的组成是由三个圆柱，一个圆锥台和两个键槽组成的。建模顺序：第一步采用“拉伸”特征，由大到小建立三个圆柱和一个圆锥台；
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第二步采用“拉伸”，创建两个键槽； 具体步骤如下：
1、建立工作平面；
2、建立草图平面；
3、创建绘图窗口；
4、创建基本拉伸特征； 步骤如下：
应用画圆命令画一个直径30的圆，如图所示：
在“拉伸特征”对话框中，选择： 终止方式：选“单向”以确定拉伸的深度； 操作方式：以“基础”创建第一特征；
尺寸：输入6作为拉伸距离，然后选择“OK”确定，同时按照所需要的拉伸方向选择方向，得到如下图所示的基础特征：
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创建第二圆柱特征、圆锥台特征 步骤如下：
a、创建新的草图平面；
b、创建新的截面轮廓，选定该截面轮廓；
c、在菜单中选择“设计”，应用“画圆”命令，绘制一个直径18，与选定截面同心的圆；
d、将该同心圆创建为新的截面轮廓，选定该截面轮廓； e、在“拉伸特征”对话框中，选择： 终止方式：单向
操作方式：添加
尺寸：30作为拉伸距离
f、将拉伸后的平面创建为新的截面轮廓，选定该截面轮廓；
g、在“拉伸特征”对话框中，选择： 终止方式：单向 操作方式：添加 尺寸：15 草图角度：15 图中显示一个箭头，说明拉伸方向，按照所需要的方向在该截面轮廓基础上拉伸出一个圆锥台。
完成后得到的图形如下图所示：
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创建第三圆柱特征
步骤与创建第二圆柱特征相似，只是在所选轮廓面上绘制的圆不为同心圆，所绘制圆的半径为6mm，拉伸距离为20，完成后得到如下图所示图形
创建两个键槽特征
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步骤如下：a、新建一个工作平面，与工作平面二平行
b、将新建的工作平面设置为截面轮廓，在该平面上绘制两个二维键槽 c、在拉伸特征对话框中，选择：
终止方向：单向 操作方式：去除
尺寸：输入35作为拉伸距离
根据图中的提示选择拉伸方向后按回车接受缺省的拉伸方向 完成后得到如下图所示的图形
体着色，并进行倒角处理
在主菜单栏中选择零件模块，选择倒角操作，按下图所示填写对话框
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选择要求倒角的边缘后即可得到如下图所示的图形
最后三维实体建模得到的图形如下图所示：
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二、快速原型制造的实践过程
第一步，从模型库中选择模型后，装入模型，装入后界面如下图所示：
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第二步，将模型放大，以方便视图，放大后的模型如下图所示：
第三步，由于建模过程中经常会出现一些细微的错误，如可能存在细微的缺陷等，故经常要对模型进行校验，以检查模型是否存在问题，若存在问题，则对模型进行修复，修复后显示如下对话框：
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选择“是”，后发现模型没有缺陷。
第四步，对当前模型进行分层处理，由于实验设备进度有限，每层厚度分为0.1mm，分层后如下图所示：
第五步，由于在分层的过程中经常会出现一些错误和缺陷，如线条未封闭、出现孤立节点等，所以要对分层后的模型轮廓状态进行检查，以查清模型分层后存在的缺陷，便于进行模型编辑，对轮廓状态检查后所得结果如下图所示：
第六步，发现问题后，要及时的修改，修改的过程即为对轮廓进行编辑，以消除轮廓检验中存在的缺陷，可以尝试通过以下四个小步骤消除：
1、对全部层去除孤立点或孤立线段，处理后结果如下：
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2、对全部层滤除轮廓中的细小线段，处理后所得结果如下：
3、对全部层尝试开口连接轮廓，处理后所得结果如下所示：
4、对全部层消除轮廓中间共线点处理后显示如下所示结果：
处理完上述四步之后，重新对轮廓状态进行检查，察看是否依然存在缺陷，若依然存在缺陷，则找出该层，对其进行编辑修正，重新检查后得到结果如下所示：
表明轮廓编辑的各层轮廓正常，没有发现缺陷。第七步，对分层后的模型添加支撑。
一、由于在快速成型的过程中，成型材料大多为树脂或蜡液等强度极低的材料，为了防止零件在加工过程中引起翘曲变形，同时保证零件制作的稳定性，需要对模型进行支撑设计，在设计之前，首先对模型的待支撑面进行分析，结果如下：
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由于分析的结果显示需要添加支撑的区域较多，同时结合模型图样分析，该茶壶嘴和手把处易发生翘曲变形，故该零件需要添加支撑。
二、根据显示的待支撑区域，在该待支撑区域人工添加支撑，如下所示：
添加支撑后如下图所示：
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在轮廓图中显示如下图所示：
支撑添加完后，即可输出成型加工文件。第八步、快速成型过程模拟
将输出的成型加工文件导入RPbuild当中，模拟每层的成型过程，如下图所示：
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综上所述，零件的快速成型模拟过程即完毕。接下来只需要在紫外光快速成型机上制作即可。
三、零件CAM及数控加工过程
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。
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IGES Read Parameters 设置界面，确认Flie is in Metric units——>OK.作者姓名：重大学子（数控加工实践）
3.清除导入后的多余线段，即为图中的绿色线，清除后如下图所示
4.根据需要在MILL9环境下移动或比例缩放模型。
移动模型步骤：按工具栏按钮Gview-Top,改变视图平面——>MainMenu—
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—>Translate——>ALL——>Surfaces——>Done——>Polar——>输入移动距离（）——>输入移动方向的角度（0度）——>出现Translate提示页面，选中Operation的Move,确认Number of Steps为1——>OK.移动模型，直到工件的顶面中心点的坐标为（X0,Y0,Z0）
比例缩放模型：目的是让工件尽可能大，但又符合上述4）5）7）8）。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Number of Steps为1.输入X,Y,Z三个方向的缩放比例——>OK。调整完后所得图形如下图所示：
5.工艺规划：
粗加工：用直径10mm端铣刀加工，加工方法选用SURFACE-ROUGH-POCKET;精加工：用R3mm球头铣刀精加工，加工方法选用SURFACE-FINISH-PARALLEL,考虑到木料纤维方向，保证加工表面质量良好，精加工分两次进行，分别选用0度和45度角交叉加工。
6.设定毛坯尺寸，材料以及工件坐标系 具体设定见图：
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7.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130mm×90mm——>OK——>Origin——>MainMenu——>点击工具栏上的Cplane-3D和Gview-Isometric。绘制边界后如下图所示：
8.产生粗加工刀轨，步骤如下：
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MzainMenu——>用鼠标点击Cplane-Top——>ToolPaths——>surface——>Rough——>Pocket(挖槽加工方法)——>All——>Srufaces——>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——>Create New Tool——>在Tool Type页面中选刀具类型——>在Tool-Flat End Mill页面中修改Diameter,Flute,Shoulder和Overall值——>点击OK;
对刀具参数进行设置，如下所示：
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切换到Surface Parmeters页面，根据模型确定Clearance（安全平面高度）为20，Retract（退刀平面高度）为10，FeedPlane（进给平面高度）为5，均用绝对值Absolute；确定精加工余量Stock to Leave为0.2。如图：
切换到Rough Pocket Parameters页面，修改Cut tolerance,Max StepDown,Stepover，复选Prompt for entry point和Rough(zigzag)——>按Cut depths按钮，选择Absolute,修改Minimum Depth和Maxmum Depth——>点击OK——>按Gap settings按钮，复选Optimize cut order——>点击OK按钮——>选择第6步画的画粗加工边界——>Done——>选入刀点EndPoint。如图：
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所得粗加工刀轨如图所示：
9.精加工
MainMenu——>用鼠标点击Cplane-Top——>Tool Paths——>surface——>Finish——>Parallel——>all——>Surface——>Done——>进入精加工参数界面，其中Tool Parameters,Surface Parameters页面操作方法同粗加工。在Surface Parameters页面精加工余量Stock to Leave输入为0，Finish Parallel Parameter页面，修改Step Over值为0.3，Machine Angle,复选Depth limits（同粗加工）——>确定。精加工各页面设置如下所示：
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再次设置精加工刀轨，将加工方向由0度改为45度，以形成交叉加工，设置后所得加工刀轨如下图所示：
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10.仿真
MainMenu——>Toolpaths——>Operations,出现Operations Manager界面，点击Select All按钮，点击Verify按钮——>出现仿真界面——>在仿真界面中，确认毛坯尺寸X(-60,60),Y(-40,40),Z(-40,1),点击OK。仿真后所得结果如下图所示：
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11.生成刀路源文件，并通过后置处理生成NC程序： 1)粗加工NC程序头，尾部分如下： % O0001(PROGRAM NAME22-06-10 TIME=HH:MM1 DIA.OFF.32 DIA.精加工)(DATE=DD-MM-YY17:30)N100G21 N102G0G17G40G49G80G90(TOOL2 LEN.6.)N104T2M6 N106G0G90X-30.303Y-22.947A0.S2000M3 N108G43H32Z50.N110Z5.N112G1Z-3.F500.N114X-29.79Z-2.859F2000.N116X-29.776Z-2.869 ······
N2730Y.038Z-2.923 N2732Y.041Z-2.925 N2734Y.052Z-2.927 N2736Z-2.926 N2738Y.061Z-2.929 N2740Y.112Z-2.939 N2742Y.119Z-2.934 N2744Y.361Z-3.N2746G0Z5.N2748Z50.N2750M5 N2752G91G28Z0.N2754G28X0.Y0.A0.N2756M30 %
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第三章 数控铣床加工中心，快速原型制造
一、利用TV5立体加工中心加工木块。
观察加工中心加工步骤，换刀机构换刀原理及切削过程。
二、CPS250B紫外光快速成型机制样件的操作
紫外光快速成型机的零件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
后处理是指零件成型后进行的辅助处理工艺，包括零件的清洗，支撑去除，后固化，修补，打磨，表面喷漆等，目的是获得一个表面质量与机械性能更优的零件。快速原型制造的实践过程 a 打开总电源开关； b 按下加热键；
c 打开工控开关，启动WINDOWS98/WINDOWS2000/WINDOWS NT； d 按下伺服键；
e 在工控机中打开RpBuild控制程序，加载待加工零件的*.pmr文件； f 加载托板位置，使之略高于液面；
g 点击开始从新制作，制作完成后，将托板升出液面，取出制件将托板清洗干净。
第四章 数控加工实践分析与总结
通过本次数控加工课程设计，使我能把以前学过的知识有机的联系起来，综合应用，面对具体的工程实际问题，能正确的分析处理，得到一次实际的锻炼机会，也使得我们深化了自己所学的各项机械工程类知识，同时得到了一次运用各项工程技术软件的机会，这些将为我们今后的工作和学习打下良好的基础。
在本次数控加工综合实践中，通过自己亲手对三个软件（MDT、RPprogram、28
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Mastercam）操作实践以及在生产车间通过观察老师的现场操作，初步了解了数控加工实践的基本原理以及基本操作。对三个过程的具体分析如下：
1.通过对MDT软件的初步运用，使我了解了CAD造型的初步原理以及各项特征造型的操作。掌握了在设计零件时可以通过建立多个工作平面来进行全面的画图，对于复杂的零件将复杂的作图过程转换成了单一平面的操作。这是MDT这个软件所体现出来的优势。但是与我以前接触到得另一CAD软件（CATIA）相比，个人觉得MDT在图形处理方面的功能不是很强大，而且其造型过程相对来说更复杂。
2.快速原型制造在用于模型以及零件样品制作方面有着十分突出的优势，其具有下列特点和优点：
a)更适合于形状复杂的、规则零件的加工； b)减少了对熟练技术工人的需求；
c)没有或极少有下脚料，是一种环保型制造技术
d)成功的解决了计算机辅助设计中三维造型“看得见，摸不着”的问题； e）系统的柔性高，只需要修改CAD模型就可生成各种不同形状不同的零件； f）技术集成，设计制造一体化；
g)不需要专用的工装夹具和模具，缩短新产品的开发周期，降低开发的成本； h）零件的复杂程度与制造成本的关系不大。快速原型制造过程的误差分析：
快速原型制造作为一个复杂的系统，涉及到的因素很多，对最后提高原型零件的质量来讲，三维模型表面三角化所形成的STL格式模型误差、切面分层误差以及成型过程中的插补误差是快速原型误差的主要来源。对成型零件的后处理以提高原型精度是减少上述误差所带来影响的一个重要手段。
3.MasterCAM作为CAM的主流软件，拥有强大的功能和技术支撑。通过具体的操作使我了解了MasterCAM的简单使用步骤、CAM的基本功能要求和用途。
它和MDT文件间的转换，让设计与加工可以有机的结合起来，两者之间的关系让CAD和CAM有利的结合起来，并且它可以实现NC程序编制的自动化，方便了自动加工这一最终步骤。因此CAM是利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的各种直接和间接活动，他包括了计算机辅助生产计划，计算机辅助工艺规程设计等内容。最后，感谢刘老师和林老师在软件学习和模拟过程当中对我耐心的指导，感谢陶老师和刘老师在生产车间给我们细心演示。由于本人能力所限，经验不足，报告中有不足之处，望各位老师多加指教。
作者姓名：重大学子（数控加工实践）
参考文献
【1】陶桂宝，刘英，张毅.数控综合实践指导书[M].重庆：重庆大学机械工程学院，2005.【2】袁绩乾.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2002.【3】蒋和生.数控加工技术[M].重庆：重庆大学机械工程学院.【4】谭伟，张根保.快速原型制造过程的误差分析[J].制造业设计技术，2000.【5】肖高棉，黄亮等.精通Mastercam9[M].北京：清华大学出版社，2008.30
