三维造型与数控加工实践报告.docx

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三维造型与数控加工实践报告

南通大学

机械工程学院

三维造型与数控加工实践报告

班级：

姓名：

学号：

时间：

2014.2.17-2014.2.28

目录

一、Pro/E介绍及输出轴（CA6140车床）三维造型-----2

二、数控加工基础--------------------------------------------------8

三、常见数控机床的基本操作方法-----------------------------11

四、数控加工程序编制与仿真系统-----------------------------16

五、个人心得--------------------------------------------------------18

一、Pro/E介绍及输出轴（CA6140车床）三维造型

（一）Pro/E介绍：

Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是由美国PTC公司推出的一套功能强大的三维CAD/CAM参数化软件系统，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成品的全过程，其中还包含了大量的电缆及管道布线、模具设计与分析等实用模块，应用范围涉及航空、汽车、机械、数控（NC）加工、电子等诸多领域。

Pro/ENGINEER具有强大而完美的功能，因此几乎成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和标准。

Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。

另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。

Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。

它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

（1）．参数化设计

相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。

（2）．基于特征建模

Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。

这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。

（二）、输出轴（CA6140车床）三维造型：

1.输出轴主要是一个回转体，所以先建立回转特征：

2.然后旋转得到如下三维实体：

3.建立与轴相切的基面，然后在基面上画键槽草图：

4.完成键槽草图后，拉伸，完成键槽绘制：

5.孔Φ104,Φ80,Φ50以及中心孔由旋转切除材料建立：

6.10xΦ20孔通过孔操作及阵列建立：

7.斜孔通过旋转切除材料建立，将上步所得斜孔通过镜像得对称的斜孔：

8.通过倒角操作倒角：

9.完成输出轴的三维造型：

2、数控加工基础：

数控，即用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。

数控加工就是把数控技术应用于传统的加工技术中，它覆盖几乎所有加工领域，如车、铣、刨、镗、钻、拉、电加工、板材成型等。

本章主要内容有数控加工基础知识的介绍，包括工艺分析和规划、切削用量、刀具半径补偿与长度补偿、顺铣与逆铣等，以及数控加工的基本流程介绍，包括创建程序、创建几何体、创建刀具和创建操作等。

数控加工工艺是伴随着数控机床的产生不断发展和逐步完善起来的一门应用技术。

数控加工工艺就是将传统的加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术有机地结合在一起，它的一个典型特征是将数控技术融入到普通加工工艺中。

普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术保障，由于数控加工采用计算机对机械加工过程进行自动化控制，使数控加工工艺具有以下几个方面的特点：

（1）数控加工工艺比普通加工工艺复杂。

数控加工工艺要考虑加工零件的工艺性及加工零件的定位基准和装夹方式，也要选择刀具并制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理。

因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。

相同的数控加工任务可以有多个数控工艺方案，既可以选择以加工部位作为主线安排工艺，也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。

数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色，也是与传统加工工艺的显著区别。

（2）数控加工工艺设计要有严密的条理性。

由于数控加工的自动化程度较高，相对而言，数控加工的自适应能力就较差，而且数控加工的影响因素较多，比较复杂，需要对数控加工的全过程深思熟虑。

数控工艺设计必须具有很好的条理性，也就是说，数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨，没有错误。

（3）数控加工工艺的继承性较好。

凡经过调试、校验和试切削过程验证的，并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺，都可以作为模板，供后续加工相类似的零件调用，这样不仅节约时间，而且可以保证质量。

作为模板本身在调用中也是一个不断修改完善的过程，可以达到逐步标准化、系列化的效果。

因此，数控工艺具有非常好的继承性。

（4）数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产。

由于数控加工的自动化程度高，安全和质量是至关重要的。

数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。

在普通机械加工中，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产，一般不需要上述的复杂过程。

数控加工工艺分析和规划主要包括以下内容。

（1）确定加工对象。

通过对零件模型进行分析，确定这一工件的哪些部位需要加工。

数控铣的工艺适应性当然也是有一定限制的，对于一些尖角、细小的筋条等部位是不适合用数控加工的，最好使用线切割或者电加工来加工；而另外一些加工部位，使用普通机床反而会有更好的经济性，如孔的加工、回转体的加工。

（2）规划加工区域。

按零件形状、功能及精度、粗糙度等方面的要求将加工对象分割成数个加工区域。

对加工区域进行合理的规划可以达到既提高加工效率又提高加工质量的目的。

（3）规划工艺路线。

即从粗加工到半精加工和精加工，再到清根加工的流程及加工余量的合理分配。

（4）确定加工工艺和加工方式。

如刀具选择、加工工艺参数和切削方式选择等。

在完成工艺分析后，还应该填写一张CAM数控加工工序表，表中的项目应该包括加工区域、走刀方式、刀具、主轴转速和切削进给等选项。

完成了工艺分析和规划后，即完成了CAM数控加工大部分的工作。

同时，工艺分析的水平原则上决定了NC程序的质量。

数控编程的有关问题：

（一）、数控机床的坐标系统

数控机床各坐标轴按标准JB3051-82<数控机床及其数控机械的坐标系和运动方向的命名方法确定后，还要确定坐标系原点的位置，这样坐标系才能确定下来。

依原点的不同，数控机床的坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。

1．机床坐标系：

以机床原点为坐标原点建立起来的X、Y、Z轴直角坐标系，称为机床坐标系。

机床原点为机床上的一个固定点，也称机床零点。

机床零点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点也是机床上的一个固定点，其与机床零点间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的X、Y、Z正向最大极限位置。

在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回机床零点操作，使刀具运动到机床参考点，其位置由机械档块确定。

这样，通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。

机床坐标系是机床固有的坐标系，一般情况下，机床坐标系在机床出厂前已经调整好，不允许用户随意变动。

2．工件坐标系：

工件图样给出以后，首先应找出图样上的设计基准点。

其他各项尺寸均是以此点为基准进行标注。

该基准点称为工件原点。

以工件原点为坐标原点建立的X、Y、Z轴直角坐标系，称为工件坐标系。

工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件原点的位置是人为设定的，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的，所以也称编程原点。

数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面、左端面或卡爪的前端面与Z轴的交点上。

数控铣床加工零件的工件原点选择时应该注意：

工件原点应选在零件图的尺寸基准上，对于对称零件，工件原点应设在对称中心上；对于一般零件，工件原点设在工件外轮廓的某一角上，这样便于坐标值的计算。

对于Z轴方向的原点，一般设在工件表面，并尽量选在精度较高的工件表面。

同一工件，由于工件原点变了，程序段中的坐标尺寸也随之改变。

因此，数控编程时，应该首先确定编程原点，确定工件坐标系。

编程原点的确定是在工件装夹完毕后，通过对刀确定。

（二）、对刀

在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置。

即常说的对刀问题。

数控机床上，目前，常用的对刀方法为手动试切对刀。

1．数控车床的对刀

数控车床对刀方法基本相同，首先，将工件在三爪卡盘上装夹好之后，用手动方法操作机床，具体步骤如下：

1）回参考点操作

采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。

此时CRT上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。

2）试切对刀

先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0）；然后，停止主轴，测量工件外圆直径D。

如图2-14所示。

再将工件端面车一刀，当CRT上显示的X坐标值为-（D/2）时，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。

3）建立工件坐标系刀尖（车刀的刀位点）当前位置就在编程零点（即工件原点）上。

2．数控铣床的对刀

假设零件为对称零件，并且毛坯已测量好长为L1、宽为L2，平底立铣刀的直径也已测量好，将工件在铣床工作台上装夹好后，在手动方式操纵机床，具体步骤如下：

1）回参考点操作

采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。

此时CRT上将显示铣刀中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。

2）手工对刀

先使刀具靠拢工件的左侧面（采用点动操作，以开始有微量切削为准），刀具如图A位置，按设置编程零点键，CRT上显示X0、Y0、Z0，则完成X方向的编程零点设置。

再使刀具靠拢工件的前侧面，刀具如图B位置，保持刀具Y方向不动，使刀具X向退回，当CRT上X坐标值0时，按编程零点设置键，就完成X、Y两个方向的编程零点设置。

最后抬高Z轴，移动刀具，考虑到存在铣刀半径，当CRT上显示X坐标值为（L1/2+铣刀半径），Y的坐标值为（L2/2+铣刀半径）时，使铣刀底部靠拢工件上表面，按编程零点设置键，CRT屏幕上显示X、Y、Z坐标值都清成零（即X0，Y0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。

就把铣刀的刀位点设置在工件对称中心上，即工件坐标系的工件原点上。

3）建立工件坐标系

此时，刀具（铣刀的刀位点）当前位置就在编程零点（即工件原点）上。

由于手动试切对刀方法，调整简单、可靠，且经济，所以得到广泛的应用。

3、常见数控机床的基本操作方法：

1、数控车床

数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床。

配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：

为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

2、数控铣床

数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：

零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等；能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件；能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件；加工精度高、加工质量稳定可靠，目前现在数控装置的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控系统可达0.1μm，另外，数控加工还避免了操作人员的操作失误；生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。

有利于生产管理自动化；生产效率高，数控铣床一般不需要使用专用夹具等专用工艺设备，在更换工件时只需调用存储于数控装置中的加工程序、装夹工具和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期。

其次，数控铣床具有铣床、镗床、钻床的功能，使工序高度集中，大大提高了生产效率。

另外，数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量；、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。

3.快速成型技术如图片所示：

四、数控加工程序编制与仿真系统：

1、数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。

我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

数控机床与普通机床加工零件的区别在于控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。

因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。

由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中来指挥机床工作。

程序的输入是通过控制介质来的。

世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。

工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在"高精尖"数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

2、斯沃数控仿真软件软件介绍及使用方法：

南京斯沃软件技术有限公司开发FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND、大连大森DASEN数控车铣及加工中心仿真软件，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的。

通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。

斯沃数控仿真软件包括八大类，28个系统，62个控制面板。

具有FANUC、SIEMENS（SINUMERIK）、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN、南京华兴WA编程和加工功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各系统数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，教师通过网络教学，可随时获得学生当前操作信息。

下面是车床和铣床的控制面板：

图.FANUC0-TD（车床）

图.FANUC0i（铣床）

五、个人心得：

通过这次三维造型和数控加工实践，我不仅学会了使用Pro/E三维软件三维造型，而且了解和参观学习了数控车床、数控铣床、快速成型的基本方法，同时又学习了数控加工程序的编制，最后通过斯沃软件进行仿真和练习。

为期两周的数控加工实习转眼就结束了，但是带给我的感受却永远的留在了我的心里。

总的来说，这次为期两周的实践活动是挺有意义的，且给了我今后学习工作上重要的经验。

在以后的时间里也恐怕不会再有这样的机会去让我们去体验这样的生活，也恐怕难有这样的幸运去体验身边的每一样东西到底是如何制造出来的了。

这两周的学习对我们来说特别得宝贵，因为这是一次理论与实践相结合的好机会，又是将全面地检验我们的知识水平。

数控加工实践是培养我们学生实践能力的有效途径，又是我们大学生、工科类的大学生非常重要的也特别有意义的实习课，所以数控加工实践是我们的一次实际掌握知识的机会，

随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。

对我们来说,数控加工实践是一次很好的学习和锻炼的机会,甚至是我们生活态度教育的一次机会!

任何理论和知识只有与实践相结合，才能发挥出其作用。

而作为思想可塑性大的我们，不能单纯地依靠书本，还必须到实践中检验、锻炼、创新，去培养科学的精神，良好的品德，高尚的情操，文明的行为，健康的心理和解决问题的能力。