CAD实践课实验报告书(铣削零件)-武汉理工大学.doc

学生学号

实验课成绩

学 生 实 验 报 告 书

实验课程名称
CADCAM及数控技术综合实验
开 课 学 院
机电工程学院
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：____CADCAM及数控技术综合实验___________
实验项目名称
CADCAM及数控技术综合实验
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
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 。

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，装夹定位后能加工多道工序，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；低速进给时不怕行，运动灵敏度高；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，如冷冲模的凹凸模、塑料型模等。
快速成型机：可以制造任何复杂的三维几何实体；快速性、高度柔性。其加工的主要零件有冲模、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:solidworks :SW学习容易，不需要话太多时间久可以学会，操作很人性化，一般生产设计应用能够解决，功能模块多，金属和塑料行业，做钣金很方便，模具行业也有用它，可以做有限元分析，和简单模流分析，价格不算太高，相比下可以接受。
AutoCAD:AutoCAD的二维绘图功能十分强大，主要用于绘制工程图，精确度较高，但在三维绘图方面由于操作太过繁琐而鲜有人问津。
UG：功能比较强大，UG最大的特点就是曲面功能很好用，还有就是模具设计,NC模拟加工也就是CAM很好用，很多模具加工都是结合UG，电脑编程，直接导入数控机床，自动加工。
3.数控加工工艺设计的主要内容?
答：选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。
分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等等。
调整数控加工工序的程序。
如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。
分配数控加工中的容差。
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
选择切入切出方向
选择使工件在加工后变形小的路线
5.切削用量选择的要点?
答：切削深度ap的选择
切削深度应根据工件的加工余量来确定。粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀应尽可能切除全部余量。当加工余量过大，工艺系统刚度较低，机床功率不足，刀具强度不够 或断续切削的冲击振动较大时，可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸锻件时，应尽量使ap大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。
半精加工和精加工的加工余量一般较小时，可一次切除，但有时为了保证工件的加工精度和表面质量，也可采用二次走刀。
多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深度取大些，一般为总加工余量的2/3~3/4。
在中等功率的机床上、粗加工时的切削深度可达8~10mm，半径加工（表面粗糙度为Ra6.3~3.2μm）时，切削深度取为0.5~2mm，精加工（表面粗糙度为Ra1.6~0.8μm）时，切削深度取为0.1~0.4mm。
进给量f的选择
切削深度选定后，接着就应尽可能选用较大的进给量f。粗加工时，由于作用在工艺系统上的切削力较大，进给量的选取受到下列因素限制；机床—刀具—工件系统的刚度，机床进给机构的强度，机床有效功率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。
半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。
工厂中，进给量一般多根据经验按一定表格选取（详见车、钻、铣等各章有关表格），在有条件的情况下，可通过对切削数据库进行检索和优化。
切削速度υc的选择
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。在具体确定υc值时，一般应遵循下述原则：
1）粗车时，切削深度和进给量均较大，故选择较低的切削速度；精车时，则选择较高的切削速度。
2）工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应较加工中碳钢低，而加工铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。
3）刀具材料的切削性能越好时，切削速度也可选得越高。因此，硬质合金刀具的切削速度可选得比高速钢高度好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石个立方氧化硼刀具的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。
6.CAD模型如何导入CAM软件（如Mastercam软件）中？格式 ?
答：将CAD模型另存为.igs或.x-t或.step格式在MasterCAM中单击打开，找到CAD文件坐在文件夹，选择所有格式，然后找到另存后的文件，双击打开即可。
7.Mastercam中如何设置工件大小？如何修改工件形状（棒料、块料）？
答：打开CAD模型后，单击“车床类型” “车床” “默认”命令。在“操作管理”中单击属性节点前的“＋”，将该节点展开，然后单击“素材设置”节点，系统弹出“机械群组属性”对话框。单击“素材”区域的属性按钮弹出“机床组件属性-材料”选项卡，单击“图形”下拉列表来选择不同的工件形状，更改尺寸来设置工件的形状。
8. MAstercam后处理怎么设置？
答：后置处理文件简称后处理文件，是一种可以由用户以回答问题的形式自行修改的文件，其扩展名为.PST。安装MASTERCAM时系统会自动安装默认的后处理为MPFAN.PST.在应用Mastercam软件的自动编程功能之前，必须先对这个文件进行编辑，才能在执行后处理程序时产生符合某种控制器需要和使用者习惯的NC程序，如果没有全部更正，则可能造成事故.例如，某机床的控制系统采用G54工件坐标系定位，G90绝对坐标编程，要求生成的NC程序前面必须有G54G90设置，如果后处理文件的设置为G55G91，则每次生成的程序中含有G55G91，却不一定有G54G90，如果在加工时没有进行手工改正，则势必造成加工错误.本文介绍了Mastercam后处理文件的内容以及修改和设置的方法，供有关人员参考.也就是说后处理程序可以将一种控制器的NC程序，定义成该控制器所使用的格式.以FANUC系列的后处理系统为例，它可以定义成惯用于FANUC 3M控制器所使用的格式，也可以定义成FANUC 6M控制器所使用的格式，但不能用来定义其它系列的控制器.不同系列的后处理文件，在内容上略有不同，但其格式及主体部分是相似的。

9. 主流数控仿真软件？特点？
答：

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）
个人零件加工
一． 铣削零件
（1） 零件图

图1

由图可知，这是一个铣削件，只要在工件上铣出两个对称的深度为10的形体即可。我们可以使用用Soildworks对该零件进行三维建模。

（2）Soildworks建模
为了能直观的观察零件，我们建立它的三维模型。打开Soildworks，在前视基准面上先草绘铣削零件草图，如图2所示。然后通过拉伸得到零件主体实体，如图3所示。建好模型之后，另存为.X-t或者.IGES文件（此处需选为线架图3D线），以方便导入MasterCAM中进行仿真加工。

图2 Soildworks建模草图
画此草图需要注意的时左边半径为3的切线弧时选定这段弧后，点击右键选择【添加几何关系】，在左边属性设置框内选择【相切】，点击确定。再利用【智能尺寸】将半径设定为3即可。

图3

退出草图状态，选定前视基准面，然后单击【拉伸凸台/基体】选择给定深度，设置数值为15mm点击确定得到实体如图4所示。

图4 建模完成图

（3） MasterCAM仿真
实验条件：MasterCAM软件。
实验过程：使用MasterCAM软件，将建好的三维模型导入，进行加工仿真。
过程：打开MasterCAM---导入CAD模型---选定模型边界---选择机床类型（铣削）---设置材料大小---设置西平面参数---设置外形铣削参数---设置内孔铣削参数---刀具路径模拟---加工仿真---导出NC文件和程序
以下为部分过程
设置参数
①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

②“串联选项”—选择串联对象—“确定”
③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
④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”。
⑤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”。

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

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

%_x000D_O0000
N100 G21_x000D_N110 G0 G17 G40 G49 G80 G90_x000D_N120 T466 M6_x000D_N130 G0 G90 G54 X-59.843 Y44.998 A0. S1591 M3_x000D_N140 G43 H466 Z45._x000D_N150 Z30._x000D_N160 G1 Z16. F79.5_x000D_N170 X60.357 F159.1_x000D_N180 Y40.712_x000D_N190 X-56.843
.........
N3920 G0 Z45._x000D_N3930 X.5 Y0._x000D_N3940 Z30._x000D_N3950 G1 Z1. F79.5_x000D_N3960 G3 X0. Y.5 I-.5 J0. F159.1_x000D_N3970 X-.5 Y0. I0. J-.5_x000D_N3980 X0. Y-.5 I.5 J0._x000D_N3990 X.5 Y0. I0. J.5_x000D_N4000 G0 Z26._x000D_N4010 Z30._x000D_N4020 X3._x000D_N4030 G1 Z1. F79.5_x000D_N4040 G3 X0. Y3. I-3. J0. F159.1_x000D_N4050 X-3. Y0. I0. J-3._x000D_N4060 X0. Y-3. I3. J0._x000D_N4070 X3. Y0. I0. J3._x000D_N4080 G0 Z45._x000D_N4090 M5_x000D_N4100 G91 G28 Z0._x000D_N4110 G28 X0. Y0. A0._x000D_N4120 M30_x000D_%

二、车削零件
（1）零件图

图9
（2）工件材料的选择
45钢（直径30的棒料毛坯）。
（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，采用中心轴作为定位基准。圆柱体帮条外形规整，采用三爪卡盘。

（4） 制定工艺路线

粗车Ф16外圆、Ф22外圆及两个倒角；
精车Ф16外圆、Ф22外圆及两个倒角；
切Ф16处退刀槽及Ф22处槽；
切断。
（5） 选择刀具
根据要求选择外圆车刀、切槽刀各两把。
（6） 切削用量
背吃刀量 粗车循环时，希望提高加工效率=3mm；精车时为了保证精度，背吃刀量=0.2mm。
主轴转速
车圆柱面和圆弧面 工件材料为45钢，粗车的切削速度取=60m/min,精车时切削速度取=100m/min。根据式n=可初步算出粗车时主轴转速约为n=400r/min，精车时主轴转速约为n=600r/min。
进给量 粗车时进给量f=0.2mm/r；
精车时进给量f=0.1mm/r。

（7） Solidworks实体建模
首先建立轴承轮廓草图，可以先画出该轴承的一半。再利用【旋转】指令建立三维模型，图形示例如下

（8） 斯沃软件仿真
设置参数
机床开机以后设置毛胚，根据所选刀具将四把刀依次装夹。机床回参考点，先回X后回Y,按操作要求依次对刀，在刀具补偿,刀偏表中修改参数，其操作过程如下图所示

输入程序
导入已经编制好的程序，光标移到第一行自动生成刀具轨迹。

加工零件

（9）车削轴承程序

%
O0001
G00 T0101 X35 Z30
M03 S400
G00 X30 Z0
G01 X-1 Z0
G00 Z3
X30
G00 X20 Z1
G01 X20 Z-34.8 F80
G00 X20 Z1
G00 X17 Z1
G01 X17 Z-34.8 F80
G00 X23 Z-34.8
G01 X23 Z-80 F80
X35
G00 X35 Z30
T0100
M06 T0202
M03 S1100
G00 X14 Z1
G01 X14 Z0
G01 X16 Z-1 F60
G01 X16 Z-35 F60
G01 X20 Z-35 F60
G01 X22 Z-36 F60
G01 X22 Z-80 F60
X35
G00 X35 Z30
M06 T0303
M03 S600
G00 X23 Z-72.5
G01 X21 Z-72.5 F40
G04 P2
G01 X35
G00 X23 Z-46.5
G01 X16.5 Z-46.5 F40
X35
G00 X35 Z30
M06 T0404
G00 X23 Z-47
G01 X16 Z-47 F40
G04 P2
G01 X35
G00 X23 Z-35
G01 X15 Z-35 F40
X35
G00 X23 Z-79
G01 X20 Z-79
G01 X0 Z-79 F40
X35
G00 X35 Z30
M05
M30
%

三． 小组实物建模及仿真

第三部分 结果与讨论（可加页）

心得体会
在这次试验中，我不仅巩固了很多以前掌握的东西，而且学到了很多新的知识。不仅加强了CAD三维绘图的能力，还学会了MasterCAM和斯沃仿真软件的具体运用，还有他们两者之间的结合。数控加工和传统的机械加工不同，在运用的过程中会出现很多的问题，只有慢慢的设置坐标，慢慢的调节参数，细心的分析零件的加工先后顺序才能准确的把工件仿真加工出来。这不仅需要认真的态度，更需要坚定的毅力。
我认为数控技术是现代先进制造技术的核心。随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越复杂，对产品的性能、精度和生产效率的要求越来越高，并且更新换代频繁。为了缩短生产周期，满足市场上不断变化的需求，机械制造业正经历着从大批量到小批量及单件生产的转变过程，而传统的制造手段已满足不了当前技术的发展和市场经济的要求，数控技术的应用和发展，有效的解决了上述问题，它使传统的制造方式发生了根本的转变。
在试验中，团队合作的重要性也不容小觑。我们碰到了很多困难，通过同学之间的相互讨论、互帮互助，问题才最终得以解决，这也让我们加强了团队协作能力的锻炼，为我们以后的工作积累了宝贵的经验。虽然最后加工出来的零件没有预想的那么完美，但也是我们集体劳动的结果。这其中凝结了我们的辛劳与努力。我们为自己的作品感到欣慰。

参考文献
[1]卢红，王三五，黄继雄. 2010.6. 数控技术. 北京 : 机械工业出版社, 2010.6.
[2]张超英，谢福春. 2003. 数控编程技术. 北京 : 化学工业出版社, 2003.
[3]张福润严晓光熊良山. 2006年1月. 机械制造技术基础. 武汉 : 华中科技大学出版社, 2006年1月.