多坐標(biāo)數(shù)控機床加工實驗

1、專 業(yè) 實 驗 報 告實驗名稱多坐標(biāo)數(shù)控機床加工實驗實驗時間 2015年12月4日一實驗內(nèi)容選用Mastercam 9.0和ProE/Creo 2.0等CAD軟件，實現(xiàn)一個復(fù)雜零件從計算機輔助設(shè)計到數(shù)控加工的完整過程，并完成實驗報告。二實驗裝置1、系統(tǒng)硬件：Windows XP系統(tǒng)PC機1臺，移動存儲設(shè)備一個；2、設(shè)計軟件：ProE/Creo 2.0三維設(shè)計軟件及Mastercam 9.0軟件；3、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：Internet、局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)；4、加工設(shè)備：XK714D立式加工中心；5、毛坯材料及尺寸：木材、長寬高（對應(yīng) X、Y、Z 方向）=110mm80mm40mm；6、刀具：10mm 端

2、銑刀（型號為 G120 221），R3mm 球頭銑刀（型號為 Q120 211）。三實驗步驟1、CAD模型： 1) 使用ProE/Creo 2.0對零件進(jìn)行三維建模，獲得零件模型；2) 保存CAD模型文件，另存為 IGES 格式；2、CAM 處理：1) 將ProE/Creo 2.0輸出的 IGES 文件導(dǎo)入 Mastercam 9.0，進(jìn)行數(shù)控編程及仿真；2) 設(shè)定粗精加工刀軌輸出數(shù)控加工NC程序并保存MC9文件；3、零件加工：1) 在XK714D上安裝好毛坯，導(dǎo)入NC程序并完成零件的數(shù)控加工；四實驗結(jié)果 刀具軌跡 粗加工過程 精加工過程實驗指導(dǎo)教師評語： 教師簽名： 考查成績（5級計分）學(xué)分

3、0.5 年 月 日重慶大學(xué)研究生專業(yè)實驗教學(xué)實驗報告書實驗課程名稱：多坐標(biāo)數(shù)控機床加工實驗實驗指導(dǎo)教師：學(xué) 院：機械工程學(xué)院專業(yè)及類別：學(xué) 號：姓 名：實驗日期：成 績：重慶大學(xué)研究生院制一、 實驗?zāi)康?、了解CAD/CAM及數(shù)控加工的基本原理及方法；2、熟悉網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計與制造的基本原理及方法；3、掌握零件從CAD、CAM到數(shù)控加工的完整過程。二、 實驗儀器設(shè)備1、系統(tǒng)硬件：Windows XP系統(tǒng)PC機1臺，移動存儲設(shè)備一個；2、設(shè)計軟件：ProE/Creo 2.0三維設(shè)計軟件及Mastercam 9.0軟件；3、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：Internet、局域網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)；4、加工設(shè)備：XK714D立式加

4、工中心；5、毛坯材料及尺寸：木材、長寬高（對應(yīng)X、Y、Z方向）=110mm80mm40mm；6、刀具：10mm端銑刀（型號為G120 221），R3mm球頭銑刀（型號為Q120 211）。圖一 XK714D立式加工中心 表1 刀具參數(shù)表刀具名稱刀具型號刀具直徑夾持直徑刀刃長刀具全長二齒端銑刀G120 22110mm10mm22mm72mm二齒球頭銑刀Q120 2116mm6mm13mm57mm三、 實驗原理數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠按一定邏輯處理具有控制編碼

5、或其他符號指令規(guī)定的數(shù)控程序，并將其譯碼，從而驅(qū)動機床刀具動作并加工零件。Mastercam是基于計算機平臺的CAD/CAM軟件，它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設(shè)計、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實感摸擬等到功能于一體。本次實驗中首先使用三維建模軟件構(gòu)建零件的實體模型，然后用Mastercam 9.0軟件實現(xiàn)加工過程的再現(xiàn)，最后將加工NC程序?qū)隭K714D立式加工中心，完成零件的數(shù)控加工。四、 實驗內(nèi)容1零件實體造型本次實驗使用ProE/Creo 2.0設(shè)計手電筒，如圖二，毛坯材料為木材，規(guī)格110mm80mm40mm，刀具為10mm端銑刀（型號為G120 221），R3mm球頭銑刀

6、（型號為Q120 211）。因此在建模過程中應(yīng)注意本次實驗CAD軟件采用MDT6.0；毛坯尺寸為110mm80mm40mm；工件頂面中心點為原點(X0,Y0,Y0)；工件高度小于30mm，工件尺寸不應(yīng)超出毛坯范圍；數(shù)控加工時只提供10端銑刀和R3球頭銑刀；孔或槽的尺寸應(yīng)大于10mm；曲率半徑應(yīng)大于3mm。，零件實體造型的具體過程如下：圖二 手電筒1) 啟動ProE/Creo 2.0軟件后，新建零件文件，進(jìn)入零部件工作環(huán)境；零件分析：該手電筒零件的組成是由三個柱體、一個弧形圓臺和五個棱邊組成的。建模順序：第一步采用“拉伸”特征，由大到小建立三個圓柱；第二步采用“旋轉(zhuǎn)”特征，建立一個弧形圓臺；第三

7、步采用“掃描”特征，創(chuàng)建五個棱邊；第四步采用“圓角”特征，修飾三維模型；2) 繪制零部件圖形，進(jìn)行手電筒的實體造型，三維模型下圖三所示；圖三 手電筒三維模型3) 保存零件模型文件，另存為IGES格式。圖四 將模型保存為IGES格式2 零件CAM1) 在Mastercam 9.0中導(dǎo)入零件IGES格式文件，初步處理過程如下：a. 啟動 Mastercam 9.0，MainMenuFileConvertersIGESReadfile，瀏覽文件選擇保存在桌面上的名為“*”的*.igs格式文件；b. MainMenuDeleteALLPoint、Lines、Arcs、Splines，刪除不必要的點和線

8、等；c. 使用Gview-Top和Cplane-Top命令，大致測算零件實體邊界在X方向和Y方向上的最大尺寸，XformTranslateALLSurfacesDonePolar，輸入需要移動的坐標(biāo)值，將坐標(biāo)系原點固定在零件頂面中心位置。同樣，在Gview-Side和Cplane-Side視圖上移動零件將原定布置在零件頂面中心位置。由于實驗過程中導(dǎo)入的 IGES 格式模型與ProE/Creo 2.0建模中的坐標(biāo)系一致，導(dǎo)入Mastercam 9.0 后的零件模型方向不需要變化，即未使用旋轉(zhuǎn)命令。圖五 初步處理后的模型2) 設(shè)定毛坯參數(shù)、刀具參數(shù)、加工邊界，生成加工路徑并仿真操作如下：加工工藝規(guī)

9、劃：用10mm端銑刀粗加工，加工方法選用SURFACE-ROUGH-POCKET；用R3mm球頭銑刀精加工，加工方法選用SURFACE-FINISH-PARALLEL，考慮到木材的纖維方向，保證加工表面質(zhì)量良好，精加工分兩次進(jìn)行，分別選用45度和-45度角交叉加工；a. 創(chuàng)建加工邊界：CreateRectangle1 Point，Width：120mm；height：90mm，Point Entry 指定“Origin”；圖六 畫粗加工邊界b. ToolpathsJob setup，設(shè)定毛坯參數(shù)，X:110mm，Y：80mm，Z：40mm，若設(shè)計的的工件頂面中心點為X0Y0XZ0，則可設(shè)Sto

10、ck Origin為X0Y0Z2，Z向設(shè)定為2.0為安裝誤差等留余量。圖六 毛坯尺寸、材料以及工件坐標(biāo)系設(shè)定c. 設(shè)定刀具、粗加工參數(shù)：ToolpathsSurfaceRoughPocketALLSurfacesDone，設(shè)定的三個選項卡如下圖所示： 圖七 刀具參數(shù)設(shè)定采用端銑刀粗加工的切削參數(shù)設(shè)定為入刀速度為F150，正常走刀速度為F1500，10mm 端銑刀的轉(zhuǎn)速為1500rpm，切深為20.03mm，步距設(shè)定7.5mm。圖八 粗加工刀具加工形式和和切削用量設(shè)定d. 設(shè)定精加工參數(shù)：ToolpathsSurfaceFinishParallelALLSurfacesDone，入刀速度設(shè)定為F

11、150，正常走刀速度設(shè)定為F2000，主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為2000rpm，兩刀之間的距離設(shè)為0.3mm，加工角度第一次精加工設(shè)定為45.0，第二次精加工設(shè)定為135.0。圖八 精加工刀具加工形式和和切削用量設(shè)定3) 刀具路徑仿真：ToolpathsOperations，精加工兩步的區(qū)別僅在于加工角度不同，實驗過程中將前一步精加工參數(shù)復(fù)制，將加工角度(Machining Angle)設(shè)定為135.0，并通過Regen Path重新生成刀具路徑；選定Verify命令，進(jìn)行仿真，操作大致過程及刀路和仿真結(jié)果如下圖所示：圖九 Operations Manager 對話框圖十 數(shù)控加工刀具路徑 圖十一 粗加工

12、過程仿真及結(jié)果圖十二 第一次精加工過程仿真及結(jié)果 圖十三 第二次精加工過程仿真及結(jié)果4) 生成刀路源文件，并通過后處理生成NC程序；3 零件加工在XK714D立式加工中心上安裝好木質(zhì)毛坯，進(jìn)行對刀等操作，輸入NC程序，啟動機床進(jìn)行加工。利用設(shè)計制造網(wǎng)絡(luò)和加工中心完成零件的數(shù)控加工（數(shù)控加工地點：七教學(xué)樓129室）。XK714D操作步驟如下：1）合車間電源總開關(guān)；2）開空氣壓縮機；3）合加工中心配電空氣開關(guān)；4）合加工中心總開關(guān)，松“急停”按鈕，按系統(tǒng)“POWER ON”按鈕，加工中心啟動；5）確認(rèn)壓縮空氣壓力、液壓系統(tǒng)壓力和自動潤滑系統(tǒng)工作正常；6）選HANDLE方式調(diào)整X、Y、Z軸離各自的機

13、械零點至少50毫米以上，調(diào)A軸的機械坐標(biāo)為300度左右；7）按Z、X、Y、A軸順序回機械零點；8）安裝毛坯，調(diào)用所需的刀柄；9）安裝10mm端銑刀，用MDI方式按500rpm的轉(zhuǎn)速啟動主軸，檢查刀具安裝是否良好；10）選HANDLE方式用“試切法”找到毛坯頂面中心點，將機床坐標(biāo)系的X和Y坐標(biāo)記錄到工件坐標(biāo)系G59中，而工件坐標(biāo)系G59的Z值為0；11）選HANDLE方式移動Z軸直到銑刀切削到毛坯頂面以下約12毫米，將機床坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)值記錄到刀補號H32中；12）提升主軸，停轉(zhuǎn)主軸；13）通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)向DNC主控計算機申請粗加工NC程序，以DNC方式實現(xiàn)零件的粗加工；14）用對刀塊檢測并記

14、錄刀具的長度，更換刀具為R3球頭銑刀，再次檢測并記錄刀具的長度，計算刀長的變化，根據(jù)差值修正刀補號H32中的刀補值；15）再次通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)向DNC主控計算機申請0度平行精加工NC程序，以DNC方式實現(xiàn)零件的精加工；16）為了提高零件的表面質(zhì)量，再一次通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)向DNC主控計算機申請90度平行精加工NC程序，最終完成零件加工；17）從虎鉗上卸下工件；18）關(guān)機：關(guān)機順序為：X、Y、Z軸移到行程中部，按“急?！卑粹o，按系統(tǒng)“POWEROFF”按鈕，關(guān)加工中心總開關(guān)，關(guān)加工中心配電空氣開關(guān)，關(guān)空氣壓縮機，關(guān)車間電源總開關(guān)。五、 實驗數(shù)據(jù)1） 粗加工 NC 程序頭、尾部分如下：%O0001(

15、PROGRAM NAME - *-1)(DATE=DD-MM-YY - 18-12-15 TIME=HH:MM - 17:02)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL - 15 DIA. OFF. - 15 LEN. - 15 DIA. - 10.)N104T15M6N106G0G90G54X60.Y-45.A0.S1500M3N108G43H15Z20.N110Z5.N112G1Z2.F150.N114X-59.Y-44.F1500.N116X59.N118Y-36.667N120X-59.N122Y-29.333N124X59.N126Y-22.N128X-59

16、.N130Y-14.667N2038G2X-16.195Y16.006R13.513N2040G1X46.245N2042G2X52.704Y9.558R6.446N2044G1X52.705Y-9.396N2046X60.Y-45.N2048Y45.N2050X-60.N2052Y-45.N2054X60.N2056G0Z5.N2058Z20.N2060M5N2062G91G28Z0.N2064G28X0.Y0.A0.N2066M30%2） 精加工 NC 程序頭、尾部分如下：%O0002(PROGRAM NAME - *-2)(DATE=DD-MM-YY - 18-12-15 TIME=HH

17、:MM - 17:04)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL - 16 DIA. OFF. - 16 LEN. - 16 DIA. - 6.)N104T16M6N106G0G90G54X48.15Y-13.356A0.S2000M3N108G43H16Z20.N110Z5.N112G1Z-19.688F150.N114X48.253Y-13.253Z-19.166F2000.N116X48.319Y-13.187Z-18.91N9854X-47.277Y-16.552Z-13.176N9856X-47.331Y-16.499Z-12.902N9858X-47.36

18、9Y-16.46Z-12.775N9860X-47.439Y-16.813N9862Z-14.517N9864X-47.422Y-16.83Z-14.605N9866X-47.413Y-16.84Z-14.706N9868X-47.406Y-16.847Z-14.757N9870Z-14.784N9872X-47.397Y-16.856Z-14.887N9874X-47.374Y-16.879Z-15.031N9876X-47.34Y-16.913Z-15.358N9878X-47.322Y-16.93Z-15.708N9880X-47.266Y-16.987Z-16.333N9882X-47.253Y-17.Z-17.N9884G0Z5.N9886Z20.N9888M5N9890G91G28Z0.N9892G28