业综合实践
说
明书
机械工程学院 机械设计制造及其自动化
2016年 2 月
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目 录
第一章 卡通脸型造型训练
1.造型软件AutoCAD简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 2卡通脸型造型过程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6
第二章 卡通脸型数控加工仿真训练
1. Master CAM软件简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 2. 加工工艺方案确定 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11 3. 各工序加工造型设计、加工参数设计及其加工刀具选择- - - -12 (1) 工序1铣工件外形，深度为3mm - - - - - - - - - - - - - -13 (2) 工序2挖孔，深度为- - - - -- - - - - - - - - - - -- - - -15 (3) 工序3雕刻学号，深度为3.3mm - - - - - - - - - - - - - -17 4. 零件加工轨迹仿真- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18
第三章 卡通脸型的数控加工
1. 卡通脸型加工程序生成- - - - - - - - - - - - - - - - - 19 2. 对刀及参数设置 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20 3. 程序传输及加工 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21
参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22
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第一章 卡通脸型造型训练
1.造型软件AutoCAD简介
AutoCAD2004是美国Autodesk公司03年开发通用计算机辅助绘图与设计的软件。具有易于掌握、使用方便、体系结构开放等特点，广泛应用于机械、建筑、电子、航天、造船、石油化工、土木工程、冶金、农业、气象、纺织、轻工业等领域。AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。.dwg文件格式成为二维绘图的事实标准格式。AutoCAD是由美国Autodesk欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术（Computer Aided Design，计算机辅助设计）而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。
特点
AutoCAD软件具有如下特点： (1)具有完善的图形绘制功能。 (2)有强大的图形编辑功能。
(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。
(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。
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(5)支持多种硬件设备。 (6)支持多种操作平台。
(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。
基本功能
(1). 平面绘图。能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲
线等基本图形对象。
(2). 绘图辅助工具。AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可 帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。
(3). 编辑图形。AutoCAD具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。
(4). 标注尺寸。可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。 (5). 书写文字。能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。
(6). 图层管理功能。图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。
(7). 三维绘图。可创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。 (8). 网络功能。可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD资源。
(9). 数据交换。AutoCAD提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。
应用领域
(1).工程制图：建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土
木施工等等。
(2).工业制图：精密零件、模具、设备等。
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(3).服装加工：服装制版。 (4).电子工业：印刷电路板设计。
(5).广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。
分类
在不同的行业中。Autodesk开发了行业专用的版本和插件。
(1).在机械设计与制造行业中发行了AutoCAD Mechanical版本。 (2).在电子电路设计行业中发行了AutoCAD Electrical 版本。 (3).在勘测、土方工程与道路设计发行了 Autodesk Civil 3D版本。 (4).而学校里教学、培训中所用的一般都是AutoCAD Simplified 版本。
(5).一般没有特殊要求的服装、机械、电子、建筑行业的公司都是用的AutoCAD Simplified 版本。
所以AutoCAD Simplified基本上算是通用版。
使用技巧编
表格制作
Excel中制完表格，复制到剪贴板，然后再在AutoCAD环境下选择edit菜单中的Paste special，选择作为AutoCAD Entities，确定以后，表格即转化成AutoCAD实体，用explode打开，即可以编辑其中的线条及文字，非常方便。
图形插入
Word文档制作中，往往需要各种插图，Word绘图功能有限，特别是复杂的图形，该缺点更加明显，AutoCAD是专业绘图软件，功能强大，很适合绘制比较复杂的图形，用AutoCAD绘制好图形，然后插入Word制作复合文档是解决问题的好办法，可以用AutoCAD提供的EXPORT功能先将AutocAD图形以BMP或WMF等格式输出，然后插入Word文档，也可以先将AutoCAD图形拷贝到剪贴板，再在Word文档中粘贴。须注意的是，由于AutoCAD默认背景颜色为黑色，而Word背景颜色为白色，首先应将AutoCAD图形背景颜色改成白色。另外，AutoCAD图形插入Word文档后，往往空边过大，效果不理想。利用Word图片工具栏上的裁
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剪功能进行修整，空边过大问题即可解决。
线宽修改
AutoCAD提供了一个多段线线宽修改命令PEDIT，来进行多段线线宽的修改（若不是多段线，则该命令将先转化成多段线，再改变其线宽），但是PEDIT操作频繁，每次只能选取1个实体操作，效率低下。AutoCAD R14附赠程序Bonus提供了mpedit命令，用于成批修改多段线线宽，非常方便高效。在AutoCAD2000中，还可给实体指定线宽（LineWeight）属性修改线宽，只需选择要改变线宽的实体（实体集），改变线宽属性即可，线宽修改更加方便，须注意的是，LineWeight属性线宽在屏幕的显示与否决定于系统变量WDISPLAY，该变量为ON，则在屏幕上显示LineWeight属性线宽，该变量为OFF，则不显示。多段线线宽同LineWeight都可控制实体线宽，两者之间的区别是，LineWeight线宽是绝对线宽，而多段线线宽是相对线宽，也就是说，无论图形以多大尺寸打印，LineWeight线宽都不变，而多段线线宽则随打印尺寸比例大小变化而变化，命令scale对LineWeight线宽没什么影响，无论实体被缩放多少倍，LineWeight线宽都不变，而多段线线宽则随缩放比例改变而改变。
打印技巧
由于没有安装打印机或想用别人高档打印机输入AutoCAD图形，需要到别的计算机去打印AutoCAD图形，但是别的计算机也可能没安装AutoCAD，或者因为各种原因（如AutoCAD图形在别的计算机上字体显示不正常，通过网络打印，网络打印不正常等），不能利用别的计算机进行正常打印，这时，可以先在自己计算机上将AutoCAD图形打印到文件，形成打印机文件，然后，再在别的计算机上用DOS的拷贝命令将打印机文件输出到打印机，方法为：copy <打印机文件> prn /b，须注意的是，为了能使用该功能，需先在系统中添加别的计算机上特定型号打印机，并将它设为默认打印机，另外，COPY后不要忘了在最后加/b，表明以二进制形式将打印机文件输出到打印机。
选择技巧
用鼠标一个一个地选择目标，选择的目标逐个地添加到选择集中，另外，AutoCAD还提供了Window（以键入 “w\" 响应Select object：或直接在屏幕上
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自右至左拉一个矩形框响应Select object：提示），Crossing（以键入 “C” 响应Select object：或直接在屏幕上自左至右拉一个矩形框响应Select object：提示），Cpolygon（以键入 “CP”响应Select object：），Wpolygon（以键入 “WP” 响应Select object：）等多种窗口方式选择目标，其中Window及Crossing用于矩形窗口，而Wpolygon及Cpolygon用于多边形窗口，在Window及Wpolygon方式下，只有当实体的所有部分都被包含在窗口时，实体才被选中，而在Crossing及Cpolygon方式下，只要实体的一部分包括在窗口内，实体就被选择像。
AutoCAD还提供了Fence方式（以键入 “F” 响应Select object：）选择实体，画出一条不闭合的折线，所有和该折线相交的实体即被选择。在选择目标时，有时会不小心选中不该选择的目标，这时用户可以键入R来响应 “select objects：” 提示，然后把一些误选的目标从选择集中剔除，然后键入A，再向选择集中添加目标。当所选择实体和别的实体紧挨在一起时可在按住CTRL键的同时，然后连续单击鼠标左键，这时紧挨在一起的实体依次高亮度显示，直到所选实体高亮度显示，再按下enter键（或单击鼠标右键），即选择了该实体。还可以有条件选择实体，即用filter响应select objects：，在AutoCAD2000中，还提供了QuickSelect方式选择实体，功能和filter类似，但操作更简单，方便。AutoCAD提供的选择集的构造方法功能很强，灵活恰当地使用可使制图的效率大大提高。
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2.卡通脸型造型过程
打开AutoCAD点击line进行绘制，画出边长为100mm的正方形，如图1-1所示。
图1-1 绘制矩形
图1-2 二维造型完成
导入到master cam中如图1-3所示
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图1-3 导入完成
将导入的cad图移到master cam的原点 如图1-4所示
图1-4 移到工作原点
在master cam插入学号如图1-5所示
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图1-5 插入学号
第二章 数控加工仿真训练
1. MasterCAM软件简介
Mastercam软件已被广泛的应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工，从80年代末起，我国就引进了这一款著名的CAD/CAM软件，为我国的制造业迅速崛起作出了巨大贡献。 Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。
Mastercam不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。其可靠刀具路径效验功能使Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。同时Mastercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都
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能获得最佳效果。
Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，比如常用的FANUC系统，根据机床的实际结构，编制专门的后置处理文件，编译NCI文件经后置处理后便可生成加工程序。 Mastercam X2是与微软公司的Windows 技术紧密结合，用户界面更为友好，设计更加高效的版本。借助于Mastercam软件，用户可以方便快捷地完成从产品2D/3D外形设计、CNC编程到自动生成NC代码的整个工作流程，因此被广泛应用于模具制造、模型手板、机械加工、电子、汽车和航空等行业。Mastercam基于PC平台，易学易用，具有较高性价比，是广大中小企业的理想选择，也是CNC编程初学者在入门时的首选软件。
Mastercam包括CAD和CAM两个部分，Master cam的CAD部分可以构建2D平面图形、构建曲线、3D曲面和3D实体。CAM包括5大模块：Mill、Lathe、Art、Wire和Router。
Mastercam X2具有全新的Windows操作界面，在刀路和传输方面更趋完善和强大，其功能特点如下：
（1）操作方面，采用了目前流行的“窗口式操作”和“以对象为中心”的操作方式，使操作效率大幅度提高；
（2）设计方面，单体模式可以选择“曲面边界”选项，可动态选取串连起始点，增加了工作坐标系统WCS，而在实体管理器中，可以将曲面转化成开放的薄片或封闭实体等；
（3）加工方面，在刀具路径重新计算中，除了更改刀具直径和刀角半径需要重新计算外，其他参数并不需要更改。在打开文件时可选择是否载入NCI资料，可以大大缩短读取大文件的时间；
（4）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；
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（5）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控制器上所使用的数控加工程序（NC代码）。
2. 加工工艺方案确定
(1)设置时应根据我们预先拟定的加工工艺参数输入相应的值。合理选择切削用量的原则是：粗加工时。一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。根据实际情况，拟定下面数控加工参数：
工序1铣工件外形，深度为3mm。 工序2挖孔，深度为3mm。
工序3雕刻学号，深度为3.3mm。
3. 各工序加工造型设计、加工参数设计及其加工刀具选择
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联 8接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。Mastercam的NC模块中，刀具的类型、几何参数及材料等可在\"刀具设定\"窗口中的\"普通\"选项卡中设置，在选择刀具时，应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素来确定刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，由大到小，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
根据所要加工的零件的表面和槽，结合学校数控铣实际情况，我们选择直径为10mm的立式铣刀，直径为10mm的立式铣刀和刀尖为0.5mm的雕刻刀。
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工序1铣工件外形，深度为3mm
外形铣选择直径为10mm平底刀，刀具号为1，进给为0.2，转速1000r/min，提刀速度为2000，下刀速度为400.由于工件高为40mm，安全高度为55mm，下刀点位50mm，切削深度-3mm.如下图所示
图2-1 选择刀具型号及参数
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图2-2 设置刀具和工件高度
图2-3 选择加工路径
图2-4 加工成型
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工序2挖孔，深度为3mm
挖圆孔选择直径为10mm平底刀，刀具号为1，进给为0.2，转速1000r/min，提刀速度为2000，下刀速度为400.由于工件高为40mm，安全高度为55mm，下刀点位50mm，切削深度-3mm.如下图所示
图2-5 选择刀具型号及参数
图2-6 设置刀具和工件高度
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图2-7 选择加工路径
图2-8 加工成型
工序3雕刻学号，深度为3.3mm
雕刻学号选择直径为0.1mm平底刀，刀具号为3，进给为0.2，转速1000r/min，
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提刀速度为2000，下刀速度为400.由于工件高为40mm，安全高度为55mm，下刀点位50mm，切削深度-3.3mm.如下图所示
图2-9 选择刀具型号及参数
图2-10 设置刀具和工件高度
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图2-11 选择加工路径
图2-12 加工成型
第三章 卡通脸型的数控加工
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1. 卡通脸型加工程序生成
零件的加工程序生成如下图所示
图3-1 导出加工程序
程序生成
% O0000
(PROGRAM NAME - DRAWING6)
(DATE=DD-MM-YY - 08-03-16 TIME=HH:MM - 15:48) N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
( 1. BULL ENDMILL 0.2 RAD TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 1.) N104T1M6
N106G0G90X-42.639Y-83.315A0.S5000M3 N108G43H1Z50. N110Z10.
N112G1Z-.3F11.9 N114X45.861F500. N116Y-82.565 N118X-42.639 N120Y-81.815 N122X45.861 N124Y-81.065 N126X-42.639
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N128Y-80.315 N130X45.861 N132Y-79.565 N134X3.957
N136G3X4.075Y-79.268R1.25 N138G1X4.189Y-78.815 。
。 。
N3802G1X14.9Y-41.546 N3804Y-38.267
N3806X11.196Y-40.201 N3808X4.036Y-48.666
N3810G2X3.273Y-49.02R1. N3812G1X-.051
N3814G2X-.814Y-48.666R1. N3816G1X-7.956Y-40.224 N3818X-7.969Y-40.204 N3820X-11.678Y-38.267 N3822Y-41.546
N3824X-2.078Y-48.044
N3826G2X-1.781Y-48.359R1. N3828G1X.462Y-52.106 N3830X2.76 N3832Z9.7F11.9 N3834G0Z50. N3836M5
N3838G91G28Z0. N3840G28X0.Y0.A0. N3842M30 %
2. 对刀及参数设置
( 1) 装夹工件, 将机械寻边器装上主轴;
( 2) 在MDI模式下输入S500 M03 并启动, 使主轴转速为S600;
( 3) 用“ 手轮”方式, 通过不断改变倍率使机械寻边器靠近工件X 负向表面( 操作者左侧) , 测量记录X1, 同样运动机械寻边器至工件X正向表面( 操作者右侧) , 测量记录X2( 测量记录X 值时, 必需到POS- - > 综合- - > 机械
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坐标系中读取) ;
( 4) 采用同样的方法分别在Y 正向( 远离操作者) 负向( 正对操作者) 表面找正, 记录Y1、Y2;
( 5) 计算(X1+X2)/2,(Y1+Y2)/2, 分别将计算结果填入OFFSET SETTING- - > 坐标系- - >G54 的X 和Y 中；
( 6) 运动刀具到工件正上方, 用Z 向测量仪测量工件与刀具之间的距离, 记录下当前机床( 机械) 坐标系的Z 轴读数Z;( 7) 将Z 值扣除此时Z向测量仪的高度( 如50.03mm) , 然后将测量值填入OFFSETSETTING- - > 坐标系- - >G54 的Z 项中.
3. 程序传输及加工
（1）程序传输
U盘拷贝方法：用串口连接电脑和CNC4340控制器，选择控制器<录入模式>健à<程序>键后，按<上页>键或<下页>键切换到‘程序目录’操作界面，按 选择要运行的程序，选择自动方式，确认在“连续”模式，确认起始位置正确，按[复位]键，再按[启动]按钮，程序即开始运行。按循环启动按钮后，开始执程序，循环启动指示灯亮。工件加工成型，实体图片见附录。 第 21 页 共 23 页 参考文献 [1]朱晓春主编.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2009. [2]邓志安主编.精通mastercam X数控加工[M].北京：清华大学出版社，2007. [3]韩立兮主编.UG NX4实例教程[M].北京：人民邮电出版社，2008. [4]邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程[M].北京：机械工业出版社，2010. [5]叶伯生主编．数控加工编程与操作[M]．武汉：华中科技大学出版社，2012． [6] 杨建明主编．数控加工工艺与编程[M]．北京：北京理工大学 出版社，2006． 第 22 页 共 23 页 第 23 页 共 23 页 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容