重庆大学数控加工实践Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:18742356
- 上传时间:2023-01-01
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:1.60MB
重庆大学数控加工实践Word文档下载推荐.docx
《重庆大学数控加工实践Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《重庆大学数控加工实践Word文档下载推荐.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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、实践原理
1.计算机辅助设计(CAD)基本原理:
CAD(ComputerAidedDesign)是以计算机为主要工具,辅助设计者对产品或工程进行设计、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。
CAD技术由硬件和软件系统共同实现,以计算机系统为硬件平台,集成基本图形资源与自动绘图软件、几何造型、工程分析与计算、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、继承与管理等软件集合而成的系统技术。
三维建模软件的发展经历了线框建模、表面建模、实体建模和特征建模几个阶段。
目前大多数建模软件都支持实体建模的方式进行产品的设计。
本实验主要采用MDT对零件进行建模,MDT软件与CAD类似。
CAD技术从二维绘图起步,经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段,一直到现在的参数化特征造型。
CAD(计算机辅助设计)是指工程技术人员以计算机为工具,用自己的专业知识,对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。
2.计算机辅助制造(CAM)的基本原理
CAM(计算机辅助制造)狭义CAM指数控程序的编制,包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等。
数控编程的核心工作是生成刀具轨迹,然后将其离散成刀位点,经后置处理产生数控加工程序。
在数控机床上对零件进行加工时,首先要将待加工零件的零件图上的几何信息和工艺信息数字化,即把刀具的运动与工件的运动分割成一些最小单位位移量(即最小位移量,又称为脉冲当量),按照标准规定的代码与格式编制成加工程序(NC代码程序),数控系统按照数控程序(NC代码文件)的要求,经过插补计算,将所要求的进给量分配给各个进给坐标轴,使相应的各个坐标轴在规定的时间内以数控代码程序中指定的进给速度同时移动若干个最小位移量,实现刀具与工件的相对运动,从而完成零件的加工。
CAD/CAM:
CAD系统准备好数控编程过程所需的数据,并按一定的标准,将这些数据转换成相应的中性文件;
CAM系统读入中性文件,并将中性文件转换为本系统所需要的形式,然后自动生成数控程序。
Mastercam是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司CNCSoftwareINC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。
3.快速原型制造技术的基本原理
快速原型技术是一种涉及多学科的新型综合制造技术。
80年代后,随着计算机辅助设计的应用,产品造型和设计能力得到极大提高,然而在产品设计完成后,批量生产前,必须制出样品以表达设计构想,快速获取产品设计的反馈信息,并对产品设计的可行性作出评估、论证。
在市场竞争日趋激烈的今天,时间就是效益。
为了提高产品市场竞争力,从产品开发到批量投产的整个过程都迫切要求降低成本和提高速度。
快速原型技术的出现,为这一问题的解决提供了有效途径,倍受国内外重视。
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-实体堆积的原理实现零件的成形。
RP/M技术的原理就是常说的离散/堆积成形原理。
成形就是将物质有序地组织成具有确定外形和一定功能的三维实体的过程。
传统的成形方法主要有去除成形法(切削加工)和受迫成形法(变形加工)两种。
近年来发展起来的RP/M技术则是第三种成形方法:
离散/堆积成形法,即应用合并与连接的方法把材料有序地合并堆积起来的成形方法。
离散/堆积成形原理就是计算机根据三维CAD模型所确定的几何信息,将模型离散化(切片)成一系列具有一定厚度的薄层,控制成形机对模型的层面加工,然后层层堆积可得到一个三维实体(原型)。
其基本构思是利用计算机将复杂三维物体转化为二维层,然后运用积分的思想,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成形。
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、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。
新生产模式——网络化制造。
随着信息与通信技术飞速发展,特别是互联网的建立,网络化设计与制造是一个新的研究方向。
网络化制造主要解决两个问题:
快速响应市场的需求和充分利用现有资源,实现少花钱、多办事,保证可持续发展。
它的运作空间可以是全社会的,甚至是跨国界的和全球性的。
此外,它同时具有更广泛的技术、管理、人员、组织和市场经营的柔性。
网络化加工:
充分利用本地和远程的加工资源,在低成本、高效率地实现产品的加工制造,更有效地承揽工业设计业务,最大程度上满足用户的设计要求。
三、实践内容
1.零件的三维CAD建模。
应用MDT6.0软件实现复杂零件的计算机辅助设计。
2.快速原型制造数据处理及仿真软件的应用。
3.CAM软件应用:
Mastercam9.0。
4.数控加工和快速制作零件的上机实践。
应用α-T10A钻削加工中心或TV5立式加工中心进行加工。
四、实践步骤
1.CAD零件三维实体建模
1)打开MDT软件,新建文件,建立世界坐标系。
2)根据建模的零件,选取建模方式。
对于曲轴,可以用旋转的方式建立轴体。
选取TOP平面绘制旋转草图。
3)草图完成后,执行旋转命令,建立轴体模型。
4)圆盘一端上的小圆柱可以用拉伸圆柱的方法建立。
选取圆盘端面为新的工作平面,定义单一轮廓线,拉伸。
对其进行体着色:
5)轴端键槽采用拉伸除料的方法完成,首先在键槽所在平面建立一个新的工作平面
然后,在新的工作平面上绘制键槽的外形
拉伸完成的键槽效果
6)同理,小圆柱上的键槽也可以通过拉伸得到
7)轴端倒角,同时考虑到刀具最小半径,在圆弧相接处进行圆角修饰,半径为刀具最小半径。
最后三维实体建模得到的图形如下图所示:
2.CAM零件数控加工工艺设计
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IGESReadParameters设置界面,确认FlieisinMetricunits——>
OK.
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——>
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NumberofSteps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:
Xform——>
Scale——>
All——>
Origin——>
出现Scale提示页面,选中Operation的Move,选中Scaling的XYZ,确认NumberofSteps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:
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——>
点击工具栏上的Cplane-3D和Gview-Isometric。
绘制边界后如下图所示:
产生粗加工刀轨,步骤如下:
用鼠标点击Cplane-Top——>
ToolPaths——>
surface——>
Rough——>
Pocket(挖槽加工方法)——>
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——>
CreateNewTool——>
在ToolType页面中选刀具类型——>
在Tool-FlatEndMill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:
切换到SurfaceParmeters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StocktoLeave为0.2。
如图:
切换到RoughPocketParameters页面,修改Cuttolerance,MaxStepDown,Stepover,复选Promptforentrypoint和Rough(zigzag)——>
按Cutdepths按钮,选择Absolute,修改MinimumDepth和MaxmumDepth——>
点击OK——>
按Gapsettings按钮,复选Optimizecutorder——>
点击OK按钮——>
选择第6步画的画粗加工边界——>
选入刀点EndPoint。
所得粗加工刀轨如图所示:
9)精加工
ToolPaths——>
Finish——>
Parallel——>
all——>
Surface——>
进入精加工参数界面,其中ToolParameters,SurfaceParameters页面操作方法同粗加工。
在SurfaceParameters页面精加工余量StocktoLeave输入为0,FinishParallelParameter页面,修改StepOver值为0.3,MachineAngle,复选Depthlimits(同粗加工)——>
确定。
精加工各页面设置如下所示:
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:
10)仿真
Toolpaths——>
Operations,出现OperationsManager界面,点击SelectAll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:
11)生成刀路源文件,并通过后置处理生成NC程序,见实验结果分析部分。
2.快速原型制造实验过程
1)装入模型,选择控制板模型,装入。
2)模型大小设定,点击缩放功能,输入比例因子25,选择均等缩放,确定。
3)模型方向设定,原型零件的制作方向不同,对支撑的需求不一样。
选取方向的同时主要考虑有利于减少支撑和有利于分层。
4)分层参数设置,分层厚度0.1mm,基础高度4mm。
5)进行分层。
6)分层结束,检查各层轮廓完整性。
7)轮廓编辑,若轮廓检查发现病变轮廓,则进行轮廓编辑,包括去除孤立点或孤立线段,滤除轮廓中的细小线段,尝试连接开口轮廓,消除轮廓中共线连接点,依然有无法修复的轮廓,将下一层复制到当前层。
由于本例中未发生异常状态轮廓线,直接进行下一步。
8)建立基础支撑,采用十字状支撑网格状排列,连接茶壶嘴和茶壶手与托板,其主要目的是便于制作的原型零件从托板上取下。
显示基础支撑:
9)添加人工支撑,支撑设计时,可选择基本支撑,也可采用人工支撑。
显示人工支撑:
10)检查人工支撑
11)仅以当前模式输出模型,保存备用
12)快速制造仿真与分析,打开成型文件。
13)将工作模式换成仿真模式并进行仿真
五、实验结果
数控加工NC代码生成结果:
1.粗加工代码,尾部分如下:
%
O0001
(PROGRAMNAME-粗加工)
(DATE=DD-MM-YY-22-06-10TIME=HH:
MM-17:
30)
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
(TOOL-1DIA.OFF.-1LEN.-32DIA.-10.)
N104T1M6
N106G0G90X60.Y-45.A0.S1500M3
N108G43H32Z50.
N110Z5.
N112G1Z2.F500.
N114X-59.Y-44.F2000.
N116X59.
·
N6926Z50.
N6928X42.338Y.591
N6930Z5.
N6932G1Z0.F500.
N6934G3X41.781Y-.515R.619F2000.
N6936X42.338R.619
N6938Y.591R.607
N6940G0Z5.
N6942Z50.
N6944M5
N6946G91G28Z0.
N6948G28X0.Y0.A0.
N6950M30
2.精加工代码,尾部分如下:
O0002
(PROGRAMNAME-精加工)
(TOOL-2DIA.OFF.-2LEN.-32DIA.-6.)
N104T2M6
N106G0G90X-30.303Y-22.947A0.S2000M3
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
六、分析总结
1.数控加工误差分析
数控加工过程中,存在的误差主要有工件的定位误差、对刀误差、机床误差、刀具误差、热变形以及弹性变形引起的误差等。
实际加工中,消除误差的主要方法有:
(1)合理设计夹具;
(2)将工件置于准确的坐标系中;
(3)设计中提高零件刚度和装夹刚度;
(4)通过多次走刀减小误差复映等;
(5)在高精度机床中,对于传动机构的制造精度误差,通常在机床软件系统中添加误差补偿表进行补偿;
(6)同时,对机床工作环境的温度、机床传动部件的温度进行控制,高精密机床在传动轴中通入恒温油带走机床运转中产生的热量。
减小热膨胀对机
床精度造成的影响。
2.快速原型制造误差分析
快速原型制造具有一下优点和特点:
①适合加工形状复杂的、规则零件的加工;
②没有或极少有下脚料,是一种环保制造技术;
③成功解决了三维造型“看得着,摸不着”的问题;
④系统柔性高;
⑤不需要专用的夹具和模具,大大缩短新产品试制周期;
⑥零件的复杂程度与制造成本关系不大。
同时,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。
其制造误差主要表现在对模型的分层精度上,分层精度越高,误差越小,表面质量越好。
同时对光源的控制要求较高,光斑聚焦的大小对精度也有一定影响,聚焦越小精度越高。
由于工件是分层叠加而成的,层与层之间的结合强度弱,会导致层之间的滑移,使制造精度下降,因此正确控制光源功率参数是加工成败的关键。
七、收获与体会
在本次数控加工实践过程中,我们需要把以前学过的知识有机的联系起来,理论结合实际,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,深化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。
在本次数控加工实践中,通过自己亲手对三个软件(MDT6.0、RPprogram、Mastercam9.0)上机实践和仿真,以及在实验室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.MDT软件与CAD出自于同一个公司,尽管我原来一直在使用PRO/E,但是由于比较熟悉CAD二维画图软件,所以也没费多少功夫就能运用了。
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(PRO/E)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.在这次实践过程中,我们还接触到了兴起于上个世纪80年代的制造技术——快速原型制造,在国内,在这方面比较接近国际水平的是西安交大,我们学校所使用的也是该大学研发的紫外光快速成型机,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:
1)更适合于形状复杂的、规则零件的加工;
2)减少了对熟练技术工人的需求;
3)没有或极少有下脚料,是一种环保型制造技术
4)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;
5)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;
6)技术集成,设计制造一体化;
7)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;
8)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。
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。
本次数控加工实践的内容是三维建模、CAM数控加工仿真和快速原型制造技术的学习。
在学习过程中,遇到了一些困难,主要原因是对软件和加工过程的工作机理不够熟悉。
在使用MDT软件建模的过程中,遇到了草绘出的几何无法拉伸成实体的问题。
在使用Mastercam软件进行仿真时,出现了刀具与毛胚无法接触的问题,后来经过分析,发现是所设置的数值未设成负的;
生成刀路时,遇到过加工出零件外形位置过高,无法加工出完整形状的问题,检查发现加工时以Z轴0点为基准,但没有把工件最高点与0点齐平,因此加工出零件切削高度出现偏差,修改后恢复正常。
同时还发现,进行粗加工时,无法直接铣出键槽,精加工用的球头铣刀也无法铣出正确的键槽形状,会留下无法铣出的圆角。
因此仅用教材提供的两把刀无法正确加工出
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 重庆大学 数控 加工 实践