《飞行器CAD/CAM集成技术》实验报告

题    目：____德马吉五轴加工中心CAM认识实验    

姓    名：_______________________

学    号：_______________________

授课教师：_______________________

 

哈尔滨工业大学航空宇航制造系

20##年  月  日

一、加工中心基本情况介绍

高速加工中心的结构特点及优点:
        用于模具加工的高速加工中心，一个普遍的结构特点是采用龙门式框架结构，以此增强机床刚性，且便于充分利用加工区的空间。机床床身的材料则多数采用了聚合物混凝土，由于这种材料具有较好的阻尼性能和较低的热传导率，故有利于提高模具的加工精度。 
        目前，根据坐标轴的配置，五轴加工中心基本上可分为两种结构型式。一种是，三个直线轴(X/Y/Z)用于刀具运动和两个附加旋转轴(A和C)用于工件的回转和摆动的结构型式。这种类型的高速加工中心,如德国R?der公司的RXP500DS/RXP800DS，德国Alzmetall公司的 GS1000/5-T，瑞士Mikro的HSM400U/HSM600U和称之为超高速加工中心的XSM400U/XSM600U，以及德国Hermle 的C30U/C40U/C50U等。另一种是，五个坐标轴中的一个摆动轴(A)设置在主轴头上的结构型式，通过叉形主轴头实现主轴刀具的摆动，而摆动主轴头也可通过牢固夹紧，使其定位在摆动角度范围内的任意位置上。这种类型的机床如德国德马吉公司的DMC75V linear/DMC105V linear，Mikro的HPM1850U和德国Rolf Wisser的高速铣床GAMMA605/1200等。有个别机床有把摆动轴和回转轴均设置在主轴头上，如德国Parat公司的G996V/BSH/5A 高速铣削中心和德国Edel公司的五轴或六轴龙门铣床。 五轴高速加工中心在价格上要比三轴加工中心高很多，据德马吉DMC75V系列的五轴加工中心与三轴加工中心进行价格比较，五轴要比三轴的价格约高50%。五轴高速加工中心价格虽高，但这种高档机床特别适合用来加工几何形状复杂的模具。五轴加工中心在加工较深、较陡的型腔时，可以通过工件或主轴头的附加回转及摆动为立铣刀的加工创造最佳的工艺条件，并避免刀具及刀杆与型腔壁发生碰撞，减小刀具加工时的抖动和刀具破损的危险，从而有利于提高模具的表面质量、加工效率和刀具的耐用度。用户在采购加工中心时，是选用三轴加工中心还是五轴加工中心，应根据模具型腔几何形状的复杂程度和精度等要求来决定。

二、加工中心刀柄的标准和种类介绍

刀柄是连接机床和刀具的纽带。通常在机床主轴内都有一个高精密的内锥孔,其锥度与刀柄相同,刀柄可以通过安装在顶端的拉钉,被自动拉入机床主轴内。刀柄的下部是刀夹部分,用来夹固刀具。
通常刀柄由4个部分组成：1) 拉钉    2) 锥柄   3) 法兰及V-形槽   4) 刀夹部分  
锥柄的种类: 它取决于刀柄与机床连接的方式。刀柄与机床主轴的连接方式的选择主要考虑换刀的方式(自动还是手动),夹紧力的大小(锥度的大小,夹固力的来源)以及转速等。最常用的有两种,即锥度为7:24的陡锥柄SK(BT/CAT)和1:10空心圆锥柄HSK(详见6.10-6.13)。
陡圆锥柄: 简称SK型或BT型或7:24通用型。这种刀柄的锥度较大,为7:24,是一种最常用的刀柄。它能承受较高的转速和较高的力矩,多用于自动换刀机床。其锥度柄直接安装于机床主轴的锥孔中,在刀柄的顶部有连接螺栓(拉钉),机床中主轴的夹钳夹住刀柄顶部的拉钉向上拉,将刀柄拉入机床主轴中,同时主要靠刀柄与机床主轴壁间的摩擦力夹固。
刀柄的规格:
   刀柄有30、35、40、45、50和60的规格,它表示在锥柄某处(具体位置在不同的标准中并不同) 直径的大小。锥体的规格通常是由机床厂商根据机床的有效功率或使用刀具的总体长度来选择的, 也与出产国有关(欧洲为DIN标准,美国为ANSI标准,日本为JIS标准)。常用的刀柄规格30,40,50,其中40应用最广泛。
刀柄的标准：
德国标准 DIN 2080，DIN 69871
    DIN2080 型(简称NT或ST): 不带V形槽(抓手槽),主要用于手动式换刀机床,是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉入后夹紧。
    DIN69871型(简称SK、JT、DIN、DAT或DV): 其特点是具有V型槽,便于机械手从刀具链或刀具库取出刀具,并将其装入主轴中。机床中主轴的夹钳是从外向内夹在刀柄的拉钉上。当机床转速较高时,离心力使夹钳向外松动,使夹钳的夹固力降低,而容易导致刀柄松 动 或脱落,故常用于转速较低,但力矩较大的加工。可分以下4种:
- DIN 69871 A型: 不带中心冷却通水孔
- DIN 69871 AD型: 带中心冷却通水孔
- DIN 69871 B型: 带侧边法兰冷却通水孔
- DIN 69871 AD/B型: 带芯部及侧边法兰冷却通水孔
  但侧边孔为螺纹孔。当采用芯部内冷时，可将侧边用螺栓堵住。
日本标准 JIS B 6339(MAS 403 BT)(简称 BT)
    BT型是日本标准,尺寸与DIN69871、IS07388/1及ANSI完全不同,不能换用。BT型刀柄的对称性结构使它比其它三种刀柄的高速稳定性要好。
美国标准 ANSI B5.50型(简称 CAT)
    安装尺寸与DIN69871、ISO7388/1类似,但由于少一个楔口,所以ANSI B5.50型刀柄不能安装在DIN69871和IS0 7388/1机床上,但 DIN 69871和ISO 7388/1刀柄可以安装在ANSI B5.50型机床上。
    以上4类标准中除DIN2080是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧外,其它三种刀柄均是在加工中心上通过刀柄顶部的拉钉将刀柄拉紧。目前国内使用最多的是BT型和DIN 69871型(即SK)两种刀柄。

三、加工中心刀具的种类介绍

在加工中心上，其主轴转速较普通机高达的主轴转速高1～2倍，某些特殊用途的数控机高达、加工中心主轴转速高达数万转，因此数控机高达用刀具的强度与耐用度至关重要。目前涂层刀具与立方氮化硼等刀具已广泛用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。一般来说，数控机床用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具高达抗脆性好，有良好的断屑性能和可调易更换等特点。例如，在数控机床上进行铣削加工时选择刀具要注意如下要点：
平面铣削时应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。一般铣削时，尽量采用二次走刀加工，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。选好每次走刀宽度和铣刀直径，使接刀痕不影响精切走刀精度。因此加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些，反之，选大些。精加工时铣刀直径要选大些，最好能包容加工面的整个宽度。
数控机床用的立铣刀
a)        轴向进给加工的立铣刀
b)       非等距立铣刀刀齿
c)        加强刚度的立铣刀  立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。为了轴向进给时易于吃刀，要采用端齿特殊刃磨的铣刀，如图a所示。为了减少振动，可采用图b所示的非等距三齿或四齿铣刀。为了加强铣刀强度，应加大锥形刀心，变化槽深，如图c所示。
为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能铣槽的两边。
刀具直径估算  铣削平面零件的周边轮廓一般采用立铣刀。刀具的结构参数可参考如下：
①刀具半径R应小于零件内轮廓的最小曲率半径ρ，一般取R=(O.8～0.9)ρ。
②零件的加工高度H≤(1／4～1／6)R保证刀具有足够的刚度。
③粗加工内型面时，刀具直径可按下式估算(见下图)：
式中，δ1为槽的精加工余量；δ为加工内型面时的最大允许精加工余量；φ为零件内壁的最小夹角；D为工件内型面最小圆弧直径。
数控加工曲面和变斜角轮廓外形时常用球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等，见下图。图中的O点表示刀位点，即编程时用来计算刀具位置的基准点。加工曲面时球头刀的应用最普遍。但是越接近球头刀的底部，切削条件就越差，因此近来有用环形刀(包括平底刀)代替球头刀的趋势。鼓形刀和锥形刀都可用来加工变斜角零件，这是单件或小批量生产中取代四坐标或五坐标机床的一种变通措施。鼓形刀的刃口纵剖面磨成圆弧R1，加工中控制刀具的上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角值。圆弧半径R1越小，刀具所能适应的斜角范围就越广，但是行切得到的工件表面质量就越差。鼓形刀的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适应于加工内缘表面。锥形刀的情况相反，刃磨容易，切削条件好，加工效率高，工件表面质量也较好，但是加工变斜角零件的灵活性小。当工件的斜角变化范围大时需要中途分阶段换刀，留下的金属残痕多，增大了手工锉修量。

四、了解加工中心的工作流程介绍

1、手动回机械原点时，机床各轴位置距离原点在100mm以上，先回x轴再会z轴。
2、试运行程序时，必须经过指导老师检查后方可进行。 
3、操作者必须在正确的指导下进行加工中心操作。
4、强调单人操作机床，禁止多人同时操作。
5、程序运行前注意事项：
    a、加工中心试运行前，将G54或增量坐标的z轴提高100mm。
    b．光标要放在主程序的开头。
    c．检查机床各功能位置按钮的位置是否正确。
    d．检查工作台上是否有杂物、工具等。
6、机床在运行当中要关闭防护门，以防切屑、润滑油飞出。
7、在程序中有暂停，需要测量工件尺寸时，要待机床完全停止、主轴停转后进行测量；此时千万不要触及开始按钮，以免发生人身事故。
8、启动程序时，一定要一只手按开始按钮，另一只手停止按钮，程序在运行当中手不能离开停止按钮，如有紧急情况立即按下停止按钮。
9、使用手轮或快速移动方式移动各轴时，一定要看清各轴“+、-”方向后再移动，移动时先慢后快。

五、实验心得

在做实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅.

在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛.

通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.

经过这次的实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。

这次的实验跟我们以前做的实验不同，因为我觉得这次我是真真正正的自己亲自去完成。所以是我觉得这次实验最宝贵，最深刻的。就是实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。在这里我深深体会到哲学上理论对实践的指导作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。

我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。实验总是与课本知识相关的，比如回转机构实验，是利用频率特性分析振动的，就必须回顾课本的知识，知道实验时将要测量什么物理量，写报告时怎么处理这些物理量。

在实验过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性提高实验效率的保证，有的人一开始就赶着做，结果却越做越忙，主要就是这个原因。我也曾经犯过这样的错误。我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的，如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。

在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。在写实验报告，对于思考题，有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，自己要学会思考。

第二篇：CAD CAM实验报告

CAD/CAM实验报告

班级：0903111 34 姓名：刘洋

一．实验项目：

1、零件设计实验 2、产品设计及工程图设计实验 3、曲面设计实验

二、实验名称：

1、典型零件三围建模 装配体零件三维建模 2、装配体装配及工程图生成 3、简单曲面设计

三、实验目的：

1、通过该实验掌握CATIA软件的零件设计模块基本操作；理解和掌握图形变换技术以及CAD/CAM建模技术在软件中的实现与应用；掌握构建三维模型的思路和方法。

2、掌握CATIA装配模块，工程图模块的主要功能。并用该模块建立装配体三维模型，并生成相应的零部件工程图。

3、掌握CATIA曲面设计模块的基本操作。并能够构建简单的曲面。

四、实验要求：

1、（1）完成典型零件的三维建模。

（2）完成装配体零件的三维建模。

2、将实验1所建立的装配体零件的三维建模调入产品设计模块中，按各构建之间的装配约束关系添加装配的约束，形成产品的三维模型，并生成相应的零部件工程图。

3、简单应用曲面知识，设计一个简单的曲面。

五、实验内容与步骤：

实验1：

实验内容：

在本实验中一共完成了14个零件的三维设计。包括：轴（图号：L1），套筒（图号：L2），卡盘（图号：L3），主轴架（图号：L4），阀体（图号：LSD-01），阀门（图号：LSD-02），弹簧（图号：LSD-03），垫片（图号：LSD-04），弹簧 1

托架（图号：LSD-08），阀盖（图号：LSD-09），螺杆（图号：LSD-11），罩（图

号：LSD-13），连杆（5-1）。

实验步骤：

进入零部件设计模块，运用拉伸，切除，开槽，建立平面后切键槽，加工螺

纹，倒角，镜像，切环形槽，钻孔，阵列，旋转，抽壳等操作完成零件的三维

设计。

实验2：

实验内容：

装配安全阀（图号：LSD-00）以及装配体的工程图生成

实验步骤：

进入装配设计模块，将实验1中设计的零件打开。点击坐标轴进行移动，运

用相合约束，接触约束，偏移约束，和角度约束进行装配，即可得到装配体。 点击进入工程制图模块，点击工程制图，点击主视图后点图形即可。以此可以生

成安全阀的主视图，左视图和俯视图。

实验3：

实验内容：

简单运用曲面制作一个曲面五角星

实验步骤：

先画一个圆，运用等分点画出五角星。建立空间一点对各点连线，然后进行

曲面缝合，曲面填充。

六、实验总结：

经过短暂的四周三十二课时的CATIA上机实习，通过宋老师的讲解和各位研究生学长的

指导，使我对CATIA系统的操作系统有了一个更深的了解。在草图，零件图，装配图的设计

上能较好的完成实验要求。在曲面上也能不错的完成实验内容。

在实习的第一周和第二周宋老师主要为我们讲解了零部件制图的一些操作步骤，以及一

些绘制草图基本方法和常用到的一些基本功能。在宋老师幽默风趣的讲解中，我们走入了神

奇的软件应用之门，同时也让我们明白了原来软件应用也是如此的简单、易懂。经过短暂的

讲解我们开始了正式的应用，开始的时候问题较多，但是通过对指导研究生的询问，我逐渐

的能够独自的校流利的应用绘制草图的基本功能。

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第三周和第四周宋老师主要讲解了对绘制好的零件的装配和对已装配好的装配图生成工程图的方法。装配主要是应用接触约束和重合约束以及其他一些较少用到的约束，总的来说还是比较简单的，这时较容易出现操作失误的是阵列方面，对此宋老师专门做了指导，还指出了我们经常出现的各种操作错误，这让我们对阵列的应用更加的情景更加的清晰。随后的一周宋老师又为我们讲解了装配图生成工程图的方法，并且指出了我们初学软件经常犯的一些错误和应用误区。这又让我对三维和二维之间的转化有了一定的了解。

在这四周的上机实习中，虽然让我更加贴近的了解了机械设计在软件中的操作与软件在实际工作中的应用，但是由于课时较少和本人技术基础等原因，我还不能很流利的操作、应用软件的各种功能，只是大概的熟悉了一下CATIA的基本操作功能，但是这次实习为我以后的软件学习打下了一定的基础。

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