数控综合实践报告

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重庆大学数控实践报告书

数控综合实践报告

学院：机械工程学院

年级班级：

学号：

姓名：

2013年06月13日

重庆大学数控实践报告书

一、数控综合实践的目的及要求------------------------------3

二、数控综合实践实践内容概述------------------------------3

三、数控实践内容-----------3

（一）MDT生成零件的三维实体造型---------------------------4

（二）零件CAM及数控加工过程------------------------------10

（三）快速原型制造--------27

（四）实践总结------------36

四、参考文献--------------39

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数控综合实践

一、数控综合实践的目的及要求；（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、数控综合实践实践内容概述；

（1）MDT实践：熟悉三维建模（MDT），按照老师要求绘制三维模型，以备后续的数控加工实践使用；

（2）CAM实践：本实验通过利用MDT所建立的模型，将其文件输出为标准文件IGES，然后利用Mastercam对其模拟地进行毛坯的建立、道具和加工参数的选择、道具轨迹的生成以及加工，并在模拟加工后进行NC代码的输出。最后使用NC代码在数控机床上进行实际加工；

（3）RP实践：生成三维实体，将其转换为pmr格式文件。将该文件利用紫外光快速成型机加工出实体。

三、数控实践内容；

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（一）MDT生成零件的三维实体造型

1.MDT的两种工作环境：（1）零件/部件环境

当用户启动MDT时，系统会首先进入该工作环境，用户也可以通过执行“文件（File）→新部件文件（New….）”命令进入零件/部件环境，在此环境下可以进行多个零件的装配。（2）单一零件环境

一般新零件建模时，都要在单一零件环境下设计，此时只需要选择“新零件文件（New Part File），就能开始创建一个零件。 ”2.实体造型步骤：

（1）零件选择

通过零件选择，我的零件的三维图如下：

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（2）建立工作平面

1）菜单：零件→定位特征→工作平面

2）对话框操作：执行上述命令后得到下图所示对话框，根据零件造型要求建立世界坐标系（WCS）的XY、YZ、ZX三个平面。勾选“WCS的XY面”以及“同时创建草图平面”，如下图所示：

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由于创建平面的同时选择了“同时创建草图平面”，所以草图在建立平面时也同时建立，其结果如下图所示：

（3）草图绘制和零件生成

1）在草图平面上绘制草图，如下：

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2）零件→处理草图→定义截面轮廓，之后鼠标变为一个小正方形，选择草图轮廓，回车以确认。至此，该草图的轮廓截面定义完成。 3）在左侧的模型浏览器窗口中选择该定义的轮廓截面，点击右键，会出现一个菜单栏，选择拉伸，出现拉伸对话框，输入拉伸参数：“距离”为15mm，“拉伸倾角”为0°，“类型”为“单向”。如下图：

4）在该零件的表面重新建立一个草图平面，按照前面的步骤进行草图绘制，后定义单一截面轮廓，然后进行零件的额拉伸操作，在两步的操作后，得到的图形如下：

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上图：拉伸高度为15mm

上图：拉伸高度为10mm

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5）再按照步骤之前步骤对圆柱孔进行绘制草图以及截面轮廓的定义以及进行拉伸，进行拉伸参数设置并确认，得到以下图形，可见在图形中生成相应的圆柱孔：

6）再按照步骤之前步骤对圆柱孔进行绘制草图以及截面轮廓的定义以及进行拉伸，进行拉伸参数设置并确认，得到以下图形，可见在图形中生成相应的阶梯孔：

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7）倒角。由于球头铣刀的半径为3mm，则在一些地方的倒圆角半径应大于3mm，根据要求倒圆角的图形如下：

通过以上的一系列步骤，即完成实体零件的造型过程，并作为CAM的演示的图形。

（二）零件CAM及数控加工过程

1.实践目的

了解CAM及数控加工的基本原理及方法。 2.实践原理

本实验通过利用MDT所建立的模型，将其文件输出为标准文件IGES，然后利用Mastercam对其模拟地进行毛坯的建立、

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道具和加工参数的选择、道具轨迹的生成以及加工，并在模拟加工后进行NC代码的输出，然后使用NC代码在数控机床上进行实际加工。

3.实践环境

①系统硬件：高档微机1台或工作站1台等；

②系统软件：Windows98或Windows 2000或Windows NT或UNIX等；

③设计软件：Mastercam或MDT或UG或CATIA或I-DEAS或Pro/E等；

④网络环境：Internet、局域网和现场总线网； ⑤加工设备：a-T10A钻削中心、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）=110mm80mm40mm；以毛坯顶面中心点作为攻击坐标系零点，高度方向最大切削深度不得超过30mm

⑦刀具：10mm端铣刀（型号为G120 221）,R3mm球头铣刀（型号为Q120 211）。铣刀建议用量：入刀速度为F100，正常走到速度为F1000，10mm端铣刀的转速为1000rmp，R3mm球头铣刀转速为2000rmp，刀具切深和步距自定，注意切深不能一步到位，应采取分层加工，否则道具会因切削用量过大而损坏。

4.零件CAM及数控加工步骤

1）CAD模型文件输出：

在MDT6.0环境下进行一下操作：文件→输出→IGES→定义文

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件名→保存

2）用MILL9.0程序打开IGES文件：

启动MILL9.0→MainMenu→File→Converters→IGES→Readfile→选择IGES文件→打开→进入IGES Read Parameters设置界面，确认File is in Metric units→OK。

3）多余线条的删除：

如图所见，在打开实体后出现了多余的绿色线条，可以使用一下方法以删除：MainMenu→Delete→All→Colour,出现下图框图，选择“绿色”，点“OK”以确认。 4）实体的渲染：

选择工具栏上的渲染图标“shading active”的方框并确认。

渲染之后将实体调整到适当位置，便得到如下图所示的图形：

，出现以下框图，选中框图中

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5）模型旋转

通过观察零件坐标方位，来确定零件如何进行旋转以便加工，综合分析后，确定该位置正确，无需进行旋转操作。

6）移动模型：

选择Gview—Top

，再选择Cplane—Top

，可得到以下图形，可见坐标系原点并不在实体的中心。

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移动模型，直到工件的顶面中心为坐标原点。

7）比例缩放

比例缩放的目的是让工件尽可能大，但又符合规定尺寸的要求，在进行指导书中的操作后，出现SCALE提示页面，选中OPERATION的MOVE，选中SCALING中的XXY，确认NUMBER OF STEPS为1，输入X、Y、Z三个方向的缩放比例，然后OK。得到图形：

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8）画粗加工的边界：

用鼠标点击工具栏上的Gview—TopTop

，再选择Cplane—按钮后进行以下操作：MainMenu→Create→Rectangle→1Points→输入矩形框尺寸130mm×90mm→OK→Origin→Mainmenu→点击工具栏上的Cplane—Isometric，得到以下画面：

9）毛坯的建立：

选择Mainmenu→Toolpaths→Job setup,进行参数设置，之后点OK确认，如下图所示：

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10）产生粗加工刀具轨迹：

Mainmenu→用鼠标单击工具栏上的Cplane—Top→ToolPaths→surface→Rough→Pocket→All→Surfaces→Done,出现粗加工参数界面，如下图：

在粗加工参数界面的ToolParameters页面的空白中点击右键→Create New Tool→在Tool—Flat End Mill页面中修改Diameter、

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Flute、Shoulder和Overall值→点击OK，如下图：

返回ToolParameters页面，修改Len、Feed Rate、Plunge、Retract、Program#、Spindle的参数，Coolant为OFF，如图：

而后切换到Surface Parameters页面，根据模型确定Clearance、Retract、FeedPlane，确定加工余量Stock to Leave，

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如图：

再切换到Rough Pocket Parameters页面，修改Cut tolerance、Max StepDown、Stepover Distance，复选Prompt for entry point和Rough（Zigzag），修改后如图：

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按Cut depths按钮、选择Absolute、修改Minimum Depth和Maxmun Depth→点击OK按钮，如图：

按Gap setting按钮，复选Optimize cut order→点击OK,如图：

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选择粗加工边界→Done→选入刀点，得到生成的道具轨迹如图所示：

11）产生精加工刀具轨迹

选择MainMenu→ToolPaths→surface→Finish→Parameters→All→Surfaces→Done→进入精加工参数界面。创建球头刀，修改其道具参数，如图：

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再对表面参数进行修改：

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再对Finish Parallel Parameter进行参数修改：

定义两把精加工刀具，一个加工角度为45度，另一把加工角度为135度，最大深度为-30mm。最后再打开Gap setting，选上optimize cut orders。生成刀具轨迹如图：

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12）加工仿真，得到仿真后的图形如下：

13）NC程序的输出

a.粗加工程序代码

% O0001 (PROGRAM NAME15-06-12 TIME=HH:MM15 DIA.OFF.15 DIA.45度角精加工) (DATE=DD-MM-YY23:29) N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 (TOOL1 LEN.10.) N104T1M6 N106G0G90G53X60.Y-45.A0.S4000M3 N108G43H32Z50.N110Z8.N112G1Z2.F800.N114X-59.Y-44.F1600.N116X59.N118Y-39.111 N120X-59.N122Y-34.222 N124X59.N126Y-29.333 N128X-59.N130Y-24.444 N132X59.N134Y-19.556

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N136X-59.……………………… N8044Y-2.335Z-9.74 N8046Y-2.337Z-9.72 N8048Y-4.333Z-9.918 N8050Y-5.626Z-9.967 N8052Y-5.665Z-9.994 N8054G0Z-4.994 N8056Z20.N8058M5 N8060G91G28Z0.N8062G28X0.Y0.A0.N8064M30 % （b）135度角精加工 % O0001 (PROGRAM NAME24-06-11 TIME=HH:MM1 DIA.OFF.32 DIA.- 10.)

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N104T1M6 N106G0G90G53X60.Y-45.A0.S4000M3 N108G43H32Z50.N110Z8.N112G1Z2.F800.N114X-59.Y-44.F1600.N116X59.N118Y-39.111 N120X-59.N122Y-34.222 N124X59.N126Y-29.333 N128X-59.N130Y-24.444 N132X59.…………………………….N8028G1Z-9.994F640.N8030Y5.345Z-9.961F1280.N8032Y2.674Z-9.788 N8034Y2.048Z-9.726 N8036Y2.047Z-9.744 N8038Y2.031Z-9.73

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N8040Y-.131Z-9.62 N8042Y-2.31Z-9.72 N8044Y-2.335Z-9.74 N8046Y-2.337Z-9.72 N8048Y-4.333Z-9.918 N8050Y-5.626Z-9.967 N8052Y-5.665Z-9.994 N8054G0Z-4.994 N8056Z20.N8058M5 N8060G91G28Z0.N8062G28X0.Y0.A0.N8064M30 %

（三）快速原型制造

1.实验原理

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

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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。

2.快速原型制造步骤

1）点击“文件→载入模型”

出现一个对话框，在模型中任选一个。选择所需模型进行后选择“加载”，在装入模型后软件开始自动的检验并加载STL模型，如下图：

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在加载完成后，零件在坐标系中出现，但是其很小，如下图所示：

2）由于零件在画面上显示的很小，因此需要对其进行放大，点击

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“模型→缩放”，出现一下对话框，在“X缩放因”中输入“30”，再点击均等缩放，然后确认。

放大之后的模型如下图所示：

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3）由于图示中的制作方向不利于加工，通过利用数据准备Rpprogram软件的定向功能，能对STL文件的模型资料进行旋转变换，以控制紫外快速成型制作原型零件的方向，从而保证零件的可操作性。调整后的零件如图：

4）在点击了“当前模型分层”后，模型开始自动分层，分层厚度问0.1，设置如下：

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5）在模型分层后点击“轮廓→轮廓状态检查”，在进行轮廓状态检查后，发现：

6）打开“轮廓-轮廓编辑”，如下图所示，进入轮廓编辑界面，分别点击“去除孤立点和孤立线”、“去除轮廓中的细小线段”、“尝试连接开口轮廓”和“消除轮库共线中间点”。结果如下：

在再次进行轮廓状态检查时，还有为一些层存在病态轮廓线：

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再进行轮廓状态检查，未发现异常状态轮廓线：

7）基础支撑的建立：点击“支撑-基础支撑”，设置基本参数：

再点击“支撑→显示基础支撑”，建立的基础支撑如下图底部的红色部位所示：

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8）人工支撑的建立：由于此零件最上层加工时的刚性太差，故需要加人工支撑以增加其刚性，操作方法为：“支撑→人工支撑”，之后进入“人工支撑编辑器”，进行人工支撑的编辑，即使用右下角菜单栏的按钮依次在每层进行十字支撑的建立，如下图：

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9)之后点击“文件-输出全部模型”，将文件已pmr格式输出。打开Rpbuliber，选择“文件-加载成型数据文件”，加载完成后如下所示：

10）选择“显示-仿真模拟”，仿真如下：

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（四）实践总结 1.MDT MDT是autodesk三维机械设计软件，是对autocad 的扩展，但现在autodesk新推出的inventor 系列软件功能更强，操作简单，以前的mdt用户已纷纷改用inventor了，相同功能的软件有solidedge,solidworks,ug,pro.Engineer 等。

通过对该软件的学习，让我能用此软件对一些基本的零件造型，此软件在进行零件造型时比之前所用的一些软件稍复杂，但是优势在于通过利用MDT所建立的模型，将其文件输出为标准文件IGES，然后利用Mastercam对其模拟地进行毛坯的建立、道具和加工参数的选择、道具轨迹的生成以及加工，并在模拟加工后进行NC代码的输出，然后使用NC代码在数控机床上进行实际加工。这给数控加工带来很大的便利。 2.CAM

在加工中老师为我们数控车床的坐标系：

1）坐标系：老师给我们讲解了车床坐标系、工件坐标系、绝对坐标系、相对坐标系等坐标系。

2）机床坐标系：机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置、机床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的坐标系，将右手的拇指、食指以及中指互相展为直角，其中拇指为X轴、食指为Y轴、中指为Z轴。在技工过程中看做工件为静止，刀具运动。

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3）工件坐标系：工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系，它应该与编程坐标系一致。

4）绝对坐标系：绝对坐标系是在机床装配、调试时已经确定下来的，是机床加工的基准点。在使用中机械坐标系是由参考点相对座标来确定的，机床系统启动后，进行返回参考点操作，机械坐标系就建立了。坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。

5）相对坐标系：相对坐标系用于反映道具相对于相对坐标系零点的位置，这个零点可以随意定义。其可以用来确定道具的长度补偿值 3.RP 快速原型制造在中国目前还有很大的发展空间，在参观本校的RP原型机时发现该机器零件生产效率较低，且在生产中有很多不完整品，一般生产出来的零件只能用于教学观赏。不过由于学校购买该设备实践较长，目前的RP已发展到一定水平，可发展空间也很大。

通过本次数控加工实践，让我更加熟悉了基于数字控制技术从产品设计到制造的全过程，也初步认识了有关快速原型技术这一门比较有发展空间的技术。在之前的学习中，对一个产品如何从设计到在数控车床上加工并没有一个很好的概念，也没有近距离的观察过比较先进的数控机床进行零件加工以及快速原型加工，此次实践过程让我收获很多，除了学到了如何进行那三项操

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作外，还让我在对机械的认识上上升了一个层面，由于我们的本科学习中接触到的绝大多数都是理论课，类似于数控实践这类的实践课程确实能让我们在实际接触中学到更多的东西，也能更好的培养我们的兴趣，提升我们队机械这一专业的认识。

本次数控实践课时并不是很多，却能在这么短的时间进行一个入门，也许会对我们今后的工作有很大的帮助。在这之前我曾接触过一次快速原型技术，当时我们看到的那台3D打印机很小，具有较高的精度和较低的废品率，不过相对来说生产出的产品实用性并没有很强，我们本校的快速原型机由于采购时间比较早，该设备也存在一些可以提高的方面，当然该技术一直在发展，以后也会得到更好的发展，由于该技术具有其独特的优势，猜想今后可能会朝着零件精度高、产品实用性好、生产速度快、零件尺寸范围宽和废品率低的方向去发展。

在上课期间老师说到了“东芝事件”，我在课后也稍微了解了一些有关内容，简要来说是1983年日本的东芝公司售给了前苏联几台五轴联动数控铣床以用于军工中核潜艇推进螺旋桨的生产，致使美国的声纳无法侦测其动向，当然给公司违反了巴统输出事件。虽然随着全球化的到来，经济合作关系已高于冷战时期的对峙关系，但是无论在国防还是还是经济发展等一些方面来说，机械等科技技术的发展永远都是前提，当然也希望我们在重大学习后以后也能够为机械的发展做一点点的事情。

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四、参考文献；

《数控综合实践指导书》

陶桂宝、刘英、张毅编写 2005 《机械制造技术基础》

袁绩乾主编机械工业出版社 2002 《数控加工技术》

蒋和生主编

《快速原型制造技术》卢清萍主编

高等教育出版社