多坐标数控机床加工实验

专业实验报告实验名称多坐标数控机床加工实验实验时间2015年12月4日一．实验内容选用Mastercam9.0和ProE/Creo2.0等CAD软件，实现一个复杂零件从计算机辅助设计到数控加工的完整过程，并完成实验报告。二．实验装置1、系统硬件：WindowsXP系统PC机1台，移动存储设备一个；2、设计软件：ProE/Creo2.0三维设计软件及Mastercam9.0软件；3、网络环境：Internet、局域网和现场总线网；4、加工设备：XK714D立式加工中心；5、毛坯材料及尺寸：木材、长×宽×高（对应X、Y、Z方向）=110mm×80mm×40mm；6、刀具：φ10mm端铣刀（型号为G120221），R3mm球头铣刀（型号为Q120211）。三．实验步骤1、CAD模型：1)使用ProE/Creo2.0对零件进行三维建模，获得零件模型；2)保存CAD模型文件，另存为IGES格式；2、CAM处理：1)将ProE/Creo2.0输出的IGES文件导入Mastercam9.0，进行数控编程及仿真；2)设定粗精加工刀轨输出数控加工NC程序并保存MC9文件；3、零件加工：1)在XK714D上安装好毛坯，导入NC程序并完成零件的数控加工；四．实验结果刀具轨迹粗加工过程精加工过程实验指导教师评语：教师签名：考查成绩（5级计分）学分0.5年月日重庆大学研究生专业实验教学实验报告书重庆大学研究生院制实验课程名称：多坐标数控机床加工实验实验指导教师：学院：机械工程学院专业及类别：学号：姓名：实验日期：成绩：一、实验目的1、了解CAD/CAM及数控加工的基本原理及方法；2、熟悉网络化设计与制造的基本原理及方法；3、掌握零件从CAD、CAM到数控加工的完整过程。二、实验仪器设备1、系统硬件：WindowsXP系统PC机1台，移动存储设备一个；2、设计软件：ProE/Creo2.0三维设计软件及Mastercam9.0软件；3、网络环境：Internet、局域网和现场总线网；4、加工设备：XK714D立式加工中心；5、毛坯材料及尺寸：木材、长×宽×高（对应X、Y、Z方向）=110mm×80mm×40mm；6、刀具：φ10mm端铣刀（型号为G120221），R3mm球头铣刀（型号为Q120211）。图一XK714D立式加工中心表1刀具参数表刀具名称刀具型号刀具直径夹持直径刀刃长刀具全长二齿端铣刀G12022110mm10mm22mm72mm二齿球头铣刀Q1202116mm6mm13mm57mm三、实验原理数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够按一定逻辑处理具有控制编码或其他符号指令规定的数控程序，并将其译码，从而驱动机床刀具动作并加工零件。Mastercam是基于计算机平台的CAD/CAM软件，它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等到功能于一体。本次实验中首先使用三维建模软件构建零件的实体模型，然后用Mastercam9.0软件实现加工过程的再现，最后将加工NC程序导入XK714D立式加工中心，完成零件的数控加工。四、实验内容1．零件实体造型本次实验使用ProE/Creo2.0设计手电筒，如图二，毛坯材料为木材，规格110mm×80mm×40mm，刀具为φ10mm端铣刀（型号为G120221），R3mm球头铣刀（型号为Q120211）。因此在建模过程中应注意①本次实验CAD软件采用MDT6.0；②毛坯尺寸为110mm×80mm×40mm；③工件顶面中心点为原点(X0,Y0,Y0)；④工件高度小于30mm，⑤工件尺寸不应超出毛坯范围；⑥数控加工时只提供Φ10端铣刀和R3球头铣刀；⑦孔或槽的尺寸应大于10mm；⑧曲率半径应大于3mm。，零件实体造型的具体过程如下：图二手电筒1)启动ProE/Creo2.0软件后，新建零件文件，进入零部件工作环境；零件分析：该手电筒零件的组成是由三个柱体、一个弧形圆台和五个棱边组成的。建模顺序：第一步采用“拉伸”特征，由大到小建立三个圆柱；第二步采用“旋转”特征，建立一个弧形圆台；第三步采用“扫描”特征，创建五个棱边；第四步采用“圆角”特征，修饰三维模型；2)绘制零部件图形，进行手电筒的实体造型，三维模型下图三所示；图三手电筒三维模型3)保存零件模型文件，另存为IGES格式。图四将模型保存为IGES格式2．零件CAM1)在Mastercam9.0中导入零件IGES格式文件，初步处理过程如下：a.启动Mastercam9.0，MainMenu→File→Converters→IGES→Readfile，浏览文件选择保存在桌面上的名为“***”的*.igs格式文件；b.MainMenu→Delete→ALL→Point、Lines、Arcs、Splines，删除不必要的点和线等；c.使用Gview-Top和Cplane-Top命令，大致测算零件实体边界在X方向和Y方向上的最大尺寸，Xform→Translate→ALL→Surfaces→Done→Polar，输入需要移动的坐标值，将坐标系原点固定在零件顶面中心位置。同样，在Gview-Side和Cplane-Side视图上移动零件将原定布置在零件顶面中心位置。由于实验过程中导入的IGES格式模型与ProE/Creo2.0建模中的坐标系一致，导入Mastercam9.0后的零件模型方向不需要变化，即未使用旋转命令。图五初步处理后的模型2)设定毛坯参数、刀具参数、加工边界，生成加工路径并仿真操作如下：加工工艺规划：用φ10mm端铣刀粗加工，加工方法选用SURFACE-ROUGH-POCKET；用R3mm球头铣刀精加工，加工方法选用SURFACE-FINISH-PARALLEL，考虑到木材的纤维方向，保证加工表面质量良好，精加工分两次进行，分别选用45度和-45度角交叉加工；a.创建加工边界：Create→Rectangle→1Point，Width：120mm；height：90mm，PointEntry指定“Origin”；图六画粗加工边界b.Toolpaths→Jobsetup，设定毛坯参数，X:110mm，Y：80mm，Z：40mm，若设计的的工件顶面中心点为X0Y0XZ0，则可设StockOrigin为X0Y0Z2，Z向设定为2.0为安装误差等留余量。图六毛坯尺寸、材料以及工件坐标系设定c.设定刀具、粗加工参数：Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→ALL→Surfaces→Done，设定的三个选项卡如下图所示：图七刀具参数设定采用端铣刀粗加工的切削参数设定为入刀速度为F150，正常走刀速度为F1500，φ10mm端铣刀的转速为1500rpm，切深为20.03mm，步距设定7.5mm。图八粗加工刀具加工形式和和切削用量设定d.设定精加工参数：Toolpaths→Surface→Finish→Parallel→ALL→Surfaces→Done，入刀速度设定为F150，正常走刀速度设定为F2000，主轴转速设定为2000rpm，两刀之间的距离设为0.3mm，加工角度第一次精加工设定为45.0°，第二次精加工设定为135.0°。图八精加工刀具加工形式和和切削用量设定3)刀具路径仿真：Toolpaths→Operations，精加工两步的区别仅在于加工角度不同，实验过程中将前一步精加工参数复制，将加工角度(MachiningAngle)设定为135.0°，并通过RegenPath重新生成刀具路径；选定Verify命令，进行仿真，操作大致过程及刀路和仿真结果如下图所示：图九OperationsManager对话框图十数控加工刀具路径图十一粗加工过程仿真及结果图十二第一次精加工过程仿真及结果图十三第二次精加工过程仿真及结果4)生成刀路源文件，并通过后处理生成NC程序；3．零件加工在XK714D立式加工中心上安装好木质毛坯，进行对刀等操作，输入NC程序，启动机床进行加工。利用设计制造网络和加工中心完成零件的数控加工（数控加工地点：七教学楼129室）。XK714D操作步骤如下：1）合车间电源总开关；2）开空气压缩机；3）合加工中心配电空气开关；4）合加工中心总开关，松“急停”按钮，按系统“POWERON”按钮，加工中心启动；5）确认压缩空气压力、液压系统压力和自动润滑系统工作正常；6）选HANDLE方式调整X、Y、Z轴离各自的机械零点至少50毫米以上，调A轴的机械坐标为300度左右；7）按Z、X、Y、A轴顺序回机械零点；8）安装毛坯，调用所需的刀柄；9）安装φ10mm端铣刀，用MDI方式按500rpm的转速启动主轴，检查刀具安装是否良好；10）选HANDLE方式用“试切法”找到毛坯顶面中心点，将机床坐标系的X和Y坐标记录到工件坐标系G59中，而工件坐标系G59的Z值为0；11）选HANDLE方式移动Z轴直到铣刀切削到毛坯顶面以下约1～2毫米，将机床坐标系的Z坐标值记录到刀补号H32中；12）提升主轴，停转主轴；13）通过现场总线网络向DNC主控计算机申请粗加工NC程序，以DNC方式实现零件的粗加工；14）用对刀块检测并记录刀具的长度，更换刀具为R3球头铣刀，再次检测并记录刀具的长度，计算刀长的变化，根据差值修正刀补号H32中的刀补值；15）再次通过现场总线网络向DNC主控计算机申请0度平行精加工NC程序，以DNC方式实现零件的精加工；16）为了提高零件的表面质量，再一次通过现场总线网络向DNC主控计算机申请90度平行精加工NC程序，最终完成零件加工；17）从虎钳上卸下工件；18）关机：关机顺序为：X、Y、Z轴移到行程中部，按“急停”按钮，按系统“POWEROFF”按钮，关加工中心总开关，关加工中心配电空气开关，关空气压缩机，关车间电源总开关。五、实验数据1）粗加工NC程序头、尾部分如下：%O0001(PROGRAMNAME-***-1)(DATE=DD-MM-YY-18-12-15TIME=HH:MM-17:02)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL-15DIA.OFF.-15LEN.-15DIA.-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.N130Y-14.667……N2038G2X-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程序头、尾部分如下：%O0002(PROGRAMNAME-***-2)(DATE=DD-MM-YY-18-12-15TIME=HH:MM-17:04)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL-16DIA.OFF.-16LEN.-16DIA.-6.)N104T16M6N106G0G90G54X48.15Y-13.356A0.S2000M3N108G43H16Z20.N110Z5.N112G1Z-19.688F150.N114X48.253Y-13.253Z-19.166F2000.N116X48.319Y-13.187Z-18.91……N9854X-47.277Y-16.552Z-13.176N9856X-47.331Y-16.499Z-12.902N985