CADCAM及数控加工技术综合实践.docx

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CADCAM及数控加工技术综合实践

学生学号

实验课成绩

XXXX大学

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验

开课学院

机电工程学院

专业班级

学生姓名

指导老师

2014

--

2015

学年

第

一

学期

实验项目名称

CAD/CAM及数控加工技术综合实验

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）

1实验目的与意义

通过实验，使学生在掌握机械CAD/CAM技术、数控技术、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，UG等）、MasterCAM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。

2实验设备与实验基本原理方法以及技术路线

2.1实验设备

该设计综合实验可能涉及到的设备包括以下软硬件：

三坐标测量机、 三维扫描仪、 数控车床 、数控铣床、 数控线切割机、 加工中心、CAD/CAM软件系统：

SolidWorks、MasterCAM软件、快速成型机 、实验中心相关数控系统 。

2.2实验原理

数控机床是一种利用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。

主要分为立式和卧式两种。

数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。

被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。

其过程如下图所示：

【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】

→【零件】

（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的地方；

（2）利用三维建模软件如SolidWorks进行造型；

（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工，半精第2页

加工，精加工轨迹），简单的轴类零件加工可以采用手工绘制加工轨迹，复

杂的零件加工比如说铣削加工零件可以利用数控软件如Mastercam进行电

脑自动生成轨迹；

（4）轨迹仿真检验；

（5）生成G代码（简单的轴类加工应手工编程，增强编程能力）；

（6）传给机床实现加工；

2.3技术路线

1）零件设计及CAD造型：

学生根据零件的零件图，使用CAD软件进行建模

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

车削手工编程：

以提供的车削零件图作为编程数据来源，进行数控车削工艺路线

设计，并按照手工编程的步骤，编制数控加工（包括粗、精加工）程序。

铣削自动编程：

以提供的铣削零件图与毛坯三维模型作为编程数据来源，使用

CAD/CAM集成软件工具的图形自动编程模块，通过人机交互输入刀具参数、运

动方式参数，生成走刀轨迹，进行加工过程的动态仿真显示，产生数控加工程序。

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，并对加工进行分析。

3预习思考题

1）数控车、数控铣、加工中心、线切割机和快速成型机的加工特点？

它们各自适合加

工的零件类型？

答：

数控车、铣床：

生产效率高，可以加工形状复杂、精度要求高的零件，还有一

些普通机床不能或不便加工的零件，装夹定为后能加工多道工序，工序集中，加工

质量稳定，减轻工作者的劳动强度。

加工中心：

传递精度高，速度快；主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速；低速进给时不爬

行及运动中的高灵敏度；设置有刀库和换刀机构；控制系统功能较全。

其加工的主要对象有箱体

类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类。

线切割机：

工作平稳，加工精度高，不适合加工厚度比较大的零件。

其加工的主要对象有各种难

加工材料、复杂表面和有特殊要求的零件、刀具和模具，如冷冲模的凸凹模、塑料型模等。

快速成型机：

可以制造任意复杂的三维几何实体；快速性；高度柔性。

其加工的主要对象有冲模、

粉末冶金模、挤压模、型孔零件、小孔等。

2）主流CAD设计软件？

特点？

答：

proe：

参数化设计；基于特征建模；单一数据库。

Solidworks:

功能强大，组件繁多;独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配

设计；零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

UG：

包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，保持与实体模型全相关

3）数控加工工艺设计的主要内容？

答：

1、选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。

2、分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控

加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。

3、设计数控加工工序。

如工步的划分、零件的定位与夹具、刀具的选择、切削用量的确定等。

4、调整数控加工工序的程序。

如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。

5、分配数控加工中的容差。

6、处理数控机床上部分工艺指令。

4）确定走刀路线和工步顺序的要点？

答：

寻求最短加工路线；最终轮廓一次走刀完成；选择合适的切入和切出方向；选

择使零件加工后变形少的路线。

5）切削用量选择的要点？

答：

切削深度应根据工件的加工余量来确定；切削深度选定后，接着就应尽可能选

用较大的进给量f；在ap和f选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，用计

算的方法或用查表法确定切削速度υc的值。

第13页

6）CAD模型如何导入CAM软件（如Mastercam软件）中？

格式？

答：

可以生成.iges文件进行导入，solidworks的三维模型可以直接导入到Mastercam

中。

7）Mastercam中如何设置工件大小？

如何修改工件形状（棒料、块料）？

答：

设置大小：

“操作管理”——“刀具路径”——“机器群组属性”——“材料

设置”——“XYZ的长度参数”

设置形状：

“操作管理”——“刀具路径”——“机器群组属性”——“材料设置”

——“形状”

8）Mastercam后处理怎么设置？

答：

1.在MPFAN.PST后处理增加G54指令；

2.删除第四轴数据“A0”，以适应三轴加工中心或数控铣；

3.删除NC文件的程序名，注释行；

4.取消行号；

5输出普通及啄式钻孔循环指令；

6.圆弧编程R与I,J,K的设定；

7.把T_M06改成T_D_;

8.去掉G43H_。

9）主流数控仿真软件？

特点？

答：

国内比较有名的是南京斯沃和上海宇龙，这两个各有特点，斯沃包含的数控厂家多，但是数控铣床和加工中心是没有分别的，而且模拟的零件比较粗糙，尤其是零件加工后的样子，就像用嘴啃得，斯沃界面相对简便，而且加工的零件比斯沃好看点，但是在圆弧方面也不好,相对来说这两个软件只适合初学者熟悉机床，用来教学也可以。

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）

4个人零件加工

4.1车削零件

4.1.1分析轴零件

图1个人零件图

图2.三维建模图形

4.1.2零件的加工要求

该轴零件是由外圆面，圆柱面，槽面，倒角，圆角，螺纹面组成从图1.1上看出零件有表面粗糙度要求。

该轴零件无热处理和硬度要求，但是所有的表面都必须加工。

为提高加工效率，可以先采用一般刀具进行粗加工，然后按要求选择刀具对轮廓

上的残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。

4.1.3工件材料的选择

45钢（长度200直径50的棒料毛柸，毛柸的制作形式为锻造）

4.1.4确定零件的定位基准和装夹方式

由于工件左边有一个轴肩，一次装夹加工很容易挡刀，故需要采用两次装夹完成重要表面的所有加工工序，两次对刀，采用中心轴作为定位基准。

圆柱体棒料外形规整，采用三爪卡盘，装夹时要保证毛坯外露平面基本平行于机床工作台，并且被夹的面和未被夹住的面要分别平行对应轴。

4.1.5制定工艺路线

车端面--车圆弧面，圆柱面--切槽--车圆柱面--切断--车螺纹（工件掉头装夹）

4.1.6机械加工余量

X方向精加工余量为0.4mm，Z方向精加工余量为0.1mm。

X方向粗加工切削量为1.5mm（半径值）

4.1.7确定刀具、确定对刀点

加工该轴类零件所用到的高速钢刀具35°外圆车刀，切断刀（刀

宽6mm），螺纹刀。

其中30°外圆车刀和螺纹刀的对刀点为刀具的刀尖，而切断刀（刀宽6mm）的对刀点为刀具的左刀尖，这样编制数控加工程序时可以确定刀具位置。

4.1.8切削用量

切削速度：

V=Dn/1000

粗车端面时主轴转速N=160r/min，V=15.07m/min。

半精车端面时主轴转速N=265r/min，V=24.97m/min。

粗车外圆轮廓时主轴转速N=160r/min，V=15.07m/min。

半精车外圆轮廓时主轴转速N=265r/min，V=24.97m/min。

切槽面，切断时主轴转速N=363r/min，V=34.21m/min。

进给量f：

在粗车外圆轮廓时进给量f=0.4mm/r；在半精车外圆轮廓时进给量f=0.2mm/r；

在切槽面时进给量f=0.1mm/r。

背吃刀量：

外圆车削来切削深度

ap=（dw-dm）/2

式中dw——工件待加工表面的直径（mm）；

dm——已加工表面的直径（mm）。

由于每段的切屑深度不同，所以可以根据已知条件来求切屑深度。

4.1.9加工程序如下：

第一次装夹加工，

O5827

%

O0001

N1G00T0101X100Z100

N2M03S400

N3G00X60Z0

N4G01X-1

N5G00Z3

N6X60

N7G71U1.5R1

N8G71P9Q16U0.4W0.1F80

N9G00X0

N10G01Z0

N11G03X28Z-34.28R20

N12G02X22Z-41.42R10

N13G01Z-55

N14G02X32Z-60R5

N15G01X48

N16Z-66

N17G00X100Z100

N18T0100

T0202

N19M03S300

N20G00X60

N21Z-72

N22G01X32F10

N23G04P4

N24G01X60

N25G00X100Z100

N26T0200

T0303

N27M03S400

N28G00X60Z-72

N29G01X36

N30Z-100

N31X60

N32G00X100Z100

N33T0300

T0404

N34M03S300

N35G00X60Z-100

N36G01X10

N37X60

N38G00X100Z100

N39T0400

N40M05

N41M30

第二次装夹加工（工件掉头），

O5827

%

O0002

N1G00T0101X100Z100

N2M03S400

N3G00X60Z-108

N4G01X-1

N5X60

N6G00X100Z100

N7T0100

T0202

N8M03S300F40

N9G00X36Z-100

N10G92X35.2Z-128P180F3

N11X34.6Z-128

N12X34.2Z-128

N13X34.04Z-128

N14G01X60

N15G00X100Z100

N16T0200

T0303

N17M03S400

N18G00X0Z-92

N19G01X40Z-112

N20G00X100Z100

N21T0300

N22M05

N23M30

%

4.1.10加工程序的调试及运行结果的说明

、如图，第一次装夹刀具轨迹

第一次装夹加工完成，

第二次装夹加工结果如图所示

4.2铣削零件加工

4.2.1分析零件及建模过程

图2.1

建模完成的零件图

该铣削零件由平面，通孔，槽孔组成，从图2.1上看出零件没有表面有粗糙度

要求，零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。

该铣削零件无热处理和硬度要求，

但是所有表面都必须加工。

为提高加工效率，可以采用大直径刀具进行加工。

4.2.2工件材料的选择

45钢（200X180X40的长方体毛柸，毛柸的制作形式为锻造）

4.2.3确定零件的定位基准和装夹方式

采用一次装夹完成重要表面的所有加工工序，可以直接选用底面作为定位基准，

采用工艺板固定于铣床工作台上。

4.2.4制定工艺路线

铣平面——钻中心孔——钻两个小孔——钻槽孔——粗绞——精绞

4.2.5机械加工余量

零件外轮廓的粗加工余量为1mm，通孔的切削量为0.25（半径值）

4.2.6确定刀具、确定对刀点

加工该铣削零件所用到的高速钢刀具有：

Φ8的端铣刀、Φ6的端铣刀、Φ4的中心钻、Φ9.5的铰刀、Φ10的铰刀、Φ19.5的铰刀、Φ20的铰刀。

4.2.7切削用量

切削速度：

V=Dn/1000；

铣刀的进给速度：

Vf=0.1ZN（Z代表铣刀刃数，N代表主轴转速）；

背吃刀量：

粗铣取D/5，精加工取0.1—0.2mm；

具体的数据见：

附件：

数控铣削工序卡片

4.3MasterCAM仿真

（1）坐标调零

点击“文件”打开之前保存的.IGES文件，进入MASTERCAM主页面。

“转换”—“移动到原点”—选取零件中心作为原点—“确定”。

（2）设置参数

添加“机床类型”—“铣削”。

然后“材料设置”—“边界盒”—“确定”

页面如图5所示。

图5

“串联选项”—选择串联对象—“确定”

添加“工具路径”—“平面铣”—“参数”，逐个设置“刀具路径类型”，“刀具”，“切削参数”，“共同参数”。

如图6所示。

图6

添加“刀具路径”—“标准挖槽”—“参数”，同样逐个设置“刀具路径类型”，“刀具”，“切削参数”，“共同参数”，最后“确定”。

添加“刀具路径”—“钻孔”—“参数”，同样逐个设置“刀具路径类型”，“刀具”，“切削参数”，“共同参数”，最后“确定”。

（3）仿真

单击

“选择所有操作”，得到刀具的轨迹路径，如图7所示。

图7

单击

“验证已选择的操作”，选择最大速度，单击

“机床”选项，开始仿真加工。

仿真结束后即可得到符合要求的零件。

如图8所示。

图8

（4）导出程序

单击

“后处理已选择的操作”导出本次加工零件的数控程序。

结果如图。

%

O0000（铣削加工零件1）

（DATE=DD-MM-YY-16-01-15TIME=HH:

MM-12:

39）

（MCXFILE-C:

\USERS\ADMINISTRATOR\DESKTOP\铣削加工零件1.MCX-7）

（NCFILE-C:

\USERS\ADMINISTRATOR\DESKTOP\铣削加工零件1.NC）

（MATERIAL-ALUMINUMMM-2024）

（T215|6.FLATENDMILL|H215）

N100G21

N110G0G17G40G49G80G90

N120T215M6

N130G0G90G54X4.065Y88.248A0.S1591M3

N140G43H215Z30.

N150Z10.

N160G1Z-1.F79.5

N170X2.173Y82.554F159.1

N180G3X1.867Y80.662I5.694J-1.892

N190X5.974Y74.968I6.J0.

N200G2X18.297Y57.887I-5.677J-17.081

N210X17.273Y51.902I-18.J0.

N220G3X16.647Y48.245I10.374J-3.657

N230X27.647Y37.245I11.J0.

N240X33.976Y39.248I0.J11.

N250G2X44.Y42.421I10.024J-14.248

N260X61.421Y25.I0.J-17.421

N270X53.114Y10.153I-17.421J0.

N280G3X39.286Y-14.561I15.172J-24.714

N290X48.271Y-35.547I29.J0.

N300G2X56.061Y-53.741I-17.353J-18.194

N310X46.098Y-73.783I-25.143J0.

N320X0.Y-87.I-46.098J73.783

N330X-25.Y-62.I0.J25.

N340X-17.162Y-43.821I25.J0.

N350G3X-14.34Y-37.277I-6.178J6.544

N360X-18.564Y-29.649I-9.J0.

N370G2X-34.981Y0.I18.564J29.649

N380X-33.389Y10.433I34.981J0.

N390G1X-16.884Y63.255

N400G2X.297Y75.887I17.181J-5.368

N410X5.974Y74.968I0.J-18.

N420G3X7.867Y74.662I1.893J5.694

N430X13.56Y78.769I0.J6.

N440G1X15.453Y84.463

N450G0Z30.

N460X.5Y57.Z50.

N470Z35.

N480G1Z-1.F79.5

N490G3X0.Y57.5I-.5J0.F159.1

N500X-.5Y57.I0.J-.5

N510X0.Y56.5I.5J0.

N520X.5Y57.I0.J.5

N530G0Z24.

N540Z35.

N550X3.

N560G1Z-1.F79.5

N570G3X0.Y60.I-3.J0.F159.1

N580X-3.Y57.I0.J-3.

N590X0.Y54.I3.J0.

N600X3.Y57.I0.J3.

N610G0Z24.

N620Z50.

N630X44.5Y25.

N640Z35.

N650G1Z-1.F79.5

N660G3X44.Y25.5I-.5J0.F159.1

N670X43.5Y25.I0.J-.5

N680X44.Y24.5I.5J0.

N690X44.5Y25.I0.J.5

N700G0Z24.

N710Z35.

N720X47.

N730G1Z-1.F79.5

N740G3X44.Y28.I-3.J0.F159.1

N750X41.Y25.I0.J-3.

N760X44.Y22.I3.J0.

N770X47.Y25.I0.J3.

N780G0Z24.

N790Z50.

N800X9.526Y-5.181

N810Z35.

N820G1Z26.F79.5

N830G3X12.5Y0.Z25.672I-3.026J5.181

N840X6.5Y6.Z25.178I-6.J0.

N850X.5Y0.Z24.684I0.J-6.

N860X6.5Y-6.Z24.19I6.J0.

N870X9.526Y-5.181Z24.024I0.J6.

N880X12.5Y0.Z23.696I-3.026J5.181

N890X6.5Y6.Z23.203I-6.J0.

N900X.5Y0.Z22.709I0.J-6.

N910X6.5Y-6.Z22.215I6.J0.

N920X9.526Y-5.181Z22.049I0.J6.

N930X12.5Y0.Z21.721I-3.026J5.181

N940X6.5Y6.Z21.227I-6.J0.

N950X.5Y0.Z20.733I0.J-6.

N960X6.5Y-6.Z20.239I6.J0.

N970X9.526Y-5.181Z20.073I0.J6.

N980X12.5Y0.Z19.745I-3.026J5.181

N990X6.5Y6.Z19.251I-6.J0.

N1000X.5Y0.Z18.757I0.J-6.

N1010X6.5Y-6.Z18.263I6.J0.

N1020X9.526Y-5.181Z18.097I0.J6.

N1030X12.5Y0.Z17.769I-3.026J5.181

N1040X6.5Y6.Z17.275I-6.J0.

N1050X.5Y0.Z16.781I0.J-6.

N1060X6.5Y-6.Z16.287I6.J0.

N1070X9.526Y-5.181Z16.121I0.J6.

N1080X12.5Y0.Z15.793I-3.026J5.181

N1090X6.5Y6.Z15.3I-6.J0.

N1100X.5Y0.Z14.806I0.J-6.

N1110X6.5Y-6.Z14.312I6.J0.

N1120X9.526Y-5.181Z14.146I0.J6.

N1130X12.5Y0.Z13.818I-3.026J5.181

N1140X6.5Y6.Z13.324I-6.J0.

N1150X.5Y0.Z12.83I0.J-6.

N1160X6.5Y-6.Z12.336I6.J0.

N1170X9.526Y-5.181Z12.17I0.J6.

N1180X12.5Y0.Z11.842I-3.026J5.181

N1190X6.5Y6.Z11.348I-6.J0.

N1200X.5Y0.Z10.854I0.J-6.

N1210X6.5Y-6.Z10.36I6