数控加工实践报告
报告题目： 数控加工实践报告 姓名: 指导教师姓名: 单位名称: 班级：
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2014年6月
目录
一．数控加工实践的目的 .............................................................2 二．数控加工实践的原理 .............................................................2
（一）.MDT三维实体造型 ..........................................................2
（二）.CAM及数控加工 ...............................................................2
（三）.快速原型制造 ...................................................................2 三．数控加工实践的内容 .............................................................3 四．数控加工实践的步骤 .............................................................3
（一）MDT 零件三维CAD建模 .................................................3
（二）Mastercam 9.0 零件CAM模拟仿真 .................................8
（三）Rpprogram软件操作 ........................................................20
PART 1 数据准备过程： ....................................................20
PART 2 RP
控制软件： .....................................................26 五．误差分析..............................................................................28
（一）数控技术误差分析 ...........................................................28
（二）快速成型制造技术的误差分析 ........................................28 六．心得体会..............................................................................30 附件.............................................................................................32 附件：小论文《几种快速原型制造技术工艺特点及优缺点比较》
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一．数控加工实践的目的
1.熟悉三维建模软件（MDT），学会运用三维建模软件（MDT）绘制三维实体模型。
2.了解CAD/CAM及数控加工的基本原理及方法，学会运用Mastercam 9.0 完成三维实体模型的数控加工编程并能输出数控加工所需的NC代码。 3.了解快速原型制造的基本方法。
4.熟悉网络化设计与制造的基本思想及方法。
5.掌握零件从CAD、CAM到数控加工的完整过程或零件从CAD模型到快速制造原型零件的全过程。
二．数控加工实践的原理
（一）.MDT三维实体造型
MDT软件可应用点、直线、样条线、方框、平面、SWAP曲面、拉升面、面剪切、面之间的倒角以及求边界线等功能完成零件的三维实体造型。零件实体由平面、曲面、圆槽、倒角等构成。
（二）.CAM及数控加工
Mastercam 9.0 软件可应用其软件的相关功能模块实现对三维实体模型的分析，并能利用CAM模块进行加工工艺的规划，刀具的选择、刀具参数的设置、设置刀具加工形式和切削用量、编制刀具路径，并能进行加工过程的模拟仿真以便观察在加工过程的错误并能及时修改错误参数，确定最终参数后即可生成刀路源文件，并通过后置处理生成NC程序。NC程序即后续数控加工所需要输入的加工编码，可以利用设计制造网络将NC程序输送到加工中心，由加工中心完成零件的加工。
（三）.快速原型制造
1.基本原理
快速原型制造是综合利用CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料技术实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。它采用软件离散——材料堆积的原理实现零件的成形。快速原型制造的具体过程如下：首先利用高性能CAD软件设计出零件的三维曲面或实体模型；再根据工艺要求，按照一定的厚度在Z方向对生成的CAD模型进行切面分层，生成各个截面的二维平面信息；然后对层面信息进行工艺处理，选择加工参数，系统自动生成刀具移动轨迹和数控加工代码；再对加工过程进行仿真，确认数控代码的正确性；然后利用数控装置精确控制激光束或者其他工具运动，在当前工作层（二维）上采用轮廓扫描，加工出适当的截面形状；在铺上一层新的成形材料，进行下一次的加工，直
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至整个零件加工完毕。可以看出，快速原型制造技术是个由三维换成二维（软件离散化），再由二维到三维（材料堆积）的工作过程。
2.快速原型制造的几种基本方法
1) 2) 3) 4) LSL(Laser Stero Lithography)法
LOM(Laminated Object Manufacturing)法 SLS(Selective Laser Sintering)法 FDM(Fused Deposition Modeling)法
3.以光敏树脂为材料利用紫外光快速成型机制造样件的原理
⑴ 紫外光快速秤星机的原理：紫外光束在计算机的控制下，根据分层工艺数据连续扫描液态光敏树脂的表面，利用液态光敏树脂经紫外光照射凝固的原理，层层固化光敏树脂，一层固化后，工作台下移一精确距离，扫描下一层，并且保证相邻层可靠粘结，如此反复，直到成型出一个完整的零件。
⑵ 原型零件的制作过程：主要包括数据准备、快速成型制作和后处理。其中数据准备包括CAD三维模型的设计、STL数据的转换、制作方向的选择、分层切片以及支撑编辑等几个过程，完成制作数据的准备。
快速成型制作过程就是将制作数据传输到成型机中，然后快速成型出原型零件的过程。后处理是指整个零件成型完后进行的辅助处理工艺，包括零件的清洗、支撑去除、后固化、修补、打磨、表面喷漆等等，目的是获得一个表面质量与机械性能更优的零件。
三．数控加工实践的内容
1.零件的三维CAD建模。应用MDT 6.0 软件实现复杂零件的三维实体造型。 2.CAM软件应用或快速原型制造数据准备及控制软件的应用。
3.数控加工或快速制作零件的上机实践。应用α- T10 A钻削加工中心或TV5立式加工中心进行加工。
四．数控加工实践的步骤
（一）MDT 零件三维CAD建模
1.新建文件：一般新零件建模时，都要在单一零件环境下设计，此时只需选择“新零件文件（New Part File）”即可。 2.建立工作平面：根据零件造型要求建立世界坐标系（WCS）的XY、YZ、和XZ三个工作平面如图所示：
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3.创建草图绘制平面：（选取XY平面为工作平面）
4.根据建模的零件，选取建模方式。
分析：对于球头轴，可以用旋转的方式建立轴体，这样可以通过一次旋转变换即可得到轴体。如果采用拉伸变换，由于球头轴是阶梯轴且有一轴端为球形，需要进行3次拉伸变换，1次旋转变换。这样使建模过程变得复杂。因而在此旋转利用旋转的方式建立轴体。
5.利用MDT软件里面的二维草图绘制工具在步骤3所选取的工作平面上绘制草图，最终草图图形如下：
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6.在菜单栏零件下拉菜单下定义截面轮廓，然后进行旋转变换得到球头轴轴体。
球头轴球体：
进行颜色渲染后：
7.球头一侧的平面，可以用拉伸除料的方法建立。选取水平工作平面，用矩形绘制出去除材料的部分。（另一侧的平面可以用相同的方法切除或通过镜像特征生成）
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通过拉伸切除后的效果图：
8.轴端键槽也采用拉伸除料的方法完成，首先需要在键槽底面建立一个工作平面，此工作平面可以通过对现有工作平面进行平移得到，在平移平面时应注意到键槽开口与球头端平面的相对位置关系。
1）
选取XY工作平面进行平移，并将平移过后的面设置为草图绘制平面。
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2） 在设定草图平面上绘制键槽的外形（注意键槽宽度是否满足要求）。
通过拉伸切除变换后效果：
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3） 轴端道角，考虑到圆角的最小半径要求，在圆弧接触处倒圆角，圆角半斤等于最小刀具半径。 经倒角圆角后效果：
10．完成三维实体建模，保存文件。
（二）Mastercam 9.0 零件CAM模拟仿真
1.打开Mastercam9.0，导入建立的三维模型。
通过shading settings后效果图：
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2.确定主要加工面的方向：因为在利用去除材料加工的方法加工时为了 便于加工键槽，及零件的对称布置选取键槽槽口方向为主要加工面的方向。 3.确定主要加工平面方向后，通过旋转、平移、比例缩放将零件顶面的中心点移动到（X0,Y0,Z0）点。
1) 旋转模型：通过旋转模型使零件的主要加工面朝向Z的正向，并让零件尺寸最大的方向与X轴一致。
旋转模型步骤：按工具栏按钮Gview-Top或Gview-Front或Gview-side，选择旋转模型的视图平面—>MainMenu—>Xform—>Rotate—>All—>Surfaces—>Done—>Origin—>出现Rotate提示页面，输入旋转角度—>选中Operation的Move，确认Number of Steps为1—>Ok。
旋转菜单设置图：
旋转后效果图：
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2) 移动模型：通过移动模型使工件的顶面中心点的坐标为（X0，Y0，Z0）。
移动模型步骤：按工具栏按钮Gview-Top或Gview-Front或Gview-side，改变视图平面—>MainMenu—>Xform—>Translate—>All—>Surfaces—>Done—>Polar—>输入移动距离—>输入移动方向的角度—>出现Translate提示页面，选中Operation的Move，确认Number of Steps为1—>Ok。
移动菜单设置图：
平移后效果图:
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3) 比例缩放：比例缩放的目的是为了调整零件的大小以满足零件毛坯尺寸的要求。
比例缩放步骤：MainMenu—>Xform—>Scale—>All—>Surfaces—>Done—>Origin—>出现Scale提示页面，选中Operation的Move，选中Scaling的XYZ，确认Number of Steps为1，输入X、Y、Z三个方向的缩放比例—>Ok。
比例缩放菜单设置图：
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4.工艺规划。通常为粗加工、清根、精加工。因毛坯材料为纤维性材料——木材，要经过两次交叉精加工，才能把木头纤维割断；加工余量不大且木材好加工，不需要清根，因此本次实验安排粗加工、精加工1和精加工2。 5.画初加工边界。用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top和 Gview-top按钮—>MainMenu—>Create—>Rectangle—>1Points—>输入矩形框尺寸为120mm×90mm—>OK—>Origin—>MainMenu—>点击工具栏上的Cplane-3D和Gview-Isometric。
设定加工边界尺寸图：
添加加工边界图：
6.设定毛坯。MainMenu—>ToolPaths—>Job setup—>输入毛坯长X=
110、宽Y=80、高Z=40—>输入毛坯参考点坐标Stock Origin，若设计的的工件顶面中心点为X0Y0XZ0，则可设Stock Origin为X0Y0Z2。
7.产生粗加工刀具轨迹，步骤如下：
1）粗加工刀具的参数设定：
2）粗加工Tool Parameters页面参数设定：
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3）粗加工Surface Parameters 页面参数设定：
4）粗加工Cut Depths 页面参数设定
参数设定完成后生成粗加工刀具轨迹如下图：
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8.第一次精加工刀具轨迹。步骤如下：
1）精加工刀具的参数设定：
2）精加工Tool Parameters页面参数设定：
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3）精加工Surface Parameters 页面参数设定：
9.第二次精加工。
MainMenu—>Toolpaths—>Operations,出现Operations Manager界面，鼠标光标指向第二步Surface Finish Parallel，右击鼠标—>Copy—>在加工步骤下面空白区右击鼠标—>Paste—>点击刚复制的精加工步骤3中的Parameters—>切换到Finish Parallel Parameter页面，修改Machine Angle=135—>确定—>Regen Path。
二次精加工参数设定后刀具运动轨迹：
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10.仿真。
MainMenu—>Toolpaths—>Operations,出现Operations Manager界面，点击Select All按钮，点击Verify按钮—>出现仿真界面—>按仿真界面的播放键开始仿真，仿真完成后关闭仿真界面，回到Operations Manager界面。
运动仿真结果：
11.生成NC程序。
在Operations Manager界面中点击粗加工工步，出现“√”标记—>按Post按钮，选Save NC File—>OK—>出现提示回答“否”—>保存NC文件。复选两个精加工工步，—>按Post按钮，选Save NC File—>OK—>出现提示回答“否”—>保存NC文件。
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12．部分NC代码展示
粗加工： % O0001 (PROGRAM NAME18-06-14 TIME=HH:MM15 DIA.OFF.15 DIA.球头轴1) (DATE=DD-MM-YY16:47) N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 (TOOL16 LEN.6.) N104T16M6 N106G0G90X39.038Y-19.305A0.S2000M3 N108G43H16Z20.N110Z5.N112G1Z-24.757F150.N114X39.331Y-19.013Z-23.355F2000.N116X39.861Y-18.482Z-22.533 N118X40.669Y-17.674Z-22.116 N120X41.045Y-17.299Z-22.022 N122X41.542Y-16.801Z-22.248 N124X42.153Y-16.19Z-22.647 N126X42.631Y-15.712Z-23.603 N128X42.829Y-15.515Z-24.759 N130G0Z5.N132Z10.N134X44.056Y-13.864 N136Z5.N138G1Z-24.759F150.N140X43.959Y-13.961Z-23.734F2000.N142X43.651Y-14.269Z-22.629 N144X43.182Y-14.738Z-21.59 N146X43.014Y-14.906Z-21.378 N148X42.153Y-15.767Z-20.54 N150X41.045Y-16.876Z-20.108 N152X39.861Y-18.059Z-20.245 N154X39.339Y-18.581Z-20.539 N156X38.608Y-19.313Z-21.178 N158X38.122Y-19.798Z-21.796 N160X38.093Y-19.827Z-21.859
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（三）Rpprogram软件操作
PART 1 数据准备过程：
1.导入模型零件：点击文件菜单下的装入模型按钮如左图，零件模型如右图。
2．原型零件制作大小、方向的设置
为了适应对模型制作大小的要求及考虑零件的可制作性，数据准备的第一步就是对原型零件设定制作的大小和方向。 （1） 原型零件制作的缩放
分析： 在导入原型零件的时候，根据模型大小与工作界面（工作界面即工作界面的矩形网格区域）大小的相对关系，如果原型零件的尺寸相对工作界面很小，则需要对原型零件进行放大处理，反之则要进行缩小处理。
操作步骤： 单击模型菜单、缩放即可弹出缩放参数设置界面。在确定缩放因子的时候，可根据圆形零件与工作界面尺寸差选定一个缩放因子，本次操作选择缩放因子为12，然后点击均等缩放使X、Y、Z三个方向缩放比例相同。点击预览，可先查看缩放比例是否合适，如果不合适可及时修改缩放因子，直到原型零件尺寸大小合适为止。
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缩放后原型零件截图：
（2） 原型零件制作的定向
分析： 在制作原型零件的时，可以根据实际需要，对制作模型的方向进行调整，通过旋转变换可以控制紫外快速成型原型零件的方向，从而保证零件的可制作性。本次试验选取的是零件如下图所示：
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由零件结构可知，与工作面接触的应该是截面积大的端面，这样 能保证零件在快速成型制造过程中成型的稳定性，也减少了对支撑的设计，便于快速成型零件的成型，提高零件的制造精度。
操作步骤：单击模型菜单、定向即可弹出定向参数设置界面。在设 定定向旋转参数的时候应首先确定好零件旋转的转轴以及旋转变换的角度。同样与缩放操作一样，再设定好参数后可先进行预览，如果预览效果满足要求即可确定，如果满足不了要求则需要重新设定定向参数，再预览。
定向后原型零件效果图：
（3） 原型零件模型的校核
分析：通常有CAD系统构造的三维模型转换为SLT格式文件，由于CAD软件和STL文件格式本身的问题，以及转换过程中的错误，有事难免有少量缺陷。通过模型校核可及时发现STL格式文件锁存在的缺陷。如果检验报告显示模型存在缺陷，利用“模型修补”功能，对模型进行修正。
2.分层处理
由于STL文件的三角片面信息无法供成型机直接使用，我们必须把它转化为二维层片零件的轮廓信息。利于数据准备Rpprogram软件的“当前模型分层”功能，就可以对已确定好的大小、方向的三维零件模型进行分层切片处理，生成加工必须的二维零件层轮廓信息。 （1） 分层处理部分截图：
a.单击轮廓菜单下当前模型分层按钮进行分层：
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b.单击轮廓菜单下的轮廓检查按钮进行零件轮廓检查。（此时注意记录下存在轮廓缺陷的层数，以便在后续轮廓编辑过程中消去轮廓缺陷）
c.单击轮廓菜单下的轮廓编辑按钮，对存在轮廓缺陷的层数进行零件轮廓编辑以消除轮廓缺陷，编辑完成后保存。
（2） 分层过程中应注意的问题：
a.分层参数设置
在进行分层处理时，需要确定分层的厚度，一般将分层厚度
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确定为0.1mm。分层时，如果分层厚度值越大，则制作圆形零件月粗糙不能达到要求，如果分层厚度值很小，这将增加分层处理的计算量，延长加工时间，且分层厚度如果很小可能导致成型机本身都不能达到此精度。因而在选择分层厚度的时候应根据对零件的质量要求，成型机本身的情况结合考虑，选取合适的分层厚度 b.轮廓编辑
出现轮廓缺陷后需要进行轮廓编辑的时候，可先通过轮廓编辑器右边菜单栏下如下图方框中：
去除孤立点或孤立线段、滤除轮廓中细小线段、尝试连接开口轮廓、消除轮廓共线中间点这四个功能件先初步编辑轮廓曲线。通过这4步往往能消除大部分的轮廓缺陷，如果在此之后还存在开口缺陷，那就需要进行查找编辑。在查找过程中可利用放大功能来查找开口缺陷。
c.在某些情况下，如果实在找不到存在的开口缺陷或为了省去轮廓编辑，可利用相邻轮廓替代当前轮廓。
4.支撑设计
为了防止零件在加工过程中引起翘曲变形，保证零件制作的稳定性，必须对制作的原型零件进行支撑设计，支撑设计与机械加工中的夹具类似，但是与零件同时加工出来的。
（1） 基础支撑设置
分析：基础支撑的主要作用是为了便于制作的原型零件便于从托板上取下。在设计支撑时一般不需要对基础支撑进行参数修改，用软件默认值即可。 添加基础支撑截图：
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（2） 人工支撑编辑
分析：人工支撑的设计是根据零件结构，对于零件结构简单，没有悬臂伸的零件可以不需要人工支撑。此次试验采用的零件由于有一个手柄悬臂支撑，需要对悬臂进行人工支撑设计，另外还有部分端面存在外檐悬空，也需要对零件外檐进行悬臂支撑。 人工支撑设计如下图：
支撑的形状可以选择软件自身携带的基本支撑也可根据需要手画支撑，在设计支撑的时候应保证所设计支撑能起支撑作用、减少变形、就简避繁、便于去除支撑。
添加支撑后原型零件效果图：
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5.输出成型加工文件，以便后续RP控制软件进行操作
PART 2 RP控制软件：
1.加载成型数据文件
2.进行轮廓检视，确定不存在轮廓缺陷
3.工艺参数选择：（由于初学对工艺参数选择不了解，在此只是截取了几张
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工艺参数选择的菜单）
（1）制作工艺参数
（3） 工作台控制参数
（4） 涂辅运动与控制
4.进入模拟仿真模式，查看加工过程
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五．误差分析
（一）数控技术误差分析
1.编程误差
主要是由数控编程时数控系统产生的插补误差产生,即用直线段来逼近圆弧段零件轮廓时产生的。这是影响零件加工精度的一个重要因素。可以靠增加插补节点数解决,但会增加编程工作量。
2.对刀误差
误差主要产生在对刀过程中,刀具在移动到起刀点位置时受操作系统的进给修调比例值影响。对于不同的对刀方式需要采用不同的方法来尽量减少或消除对刀误差。当用试切法对刀时,操作要细心。对刀后还要根据刀具所加工零件的实际尺寸和编程尺寸之间的误差来修正刀具补偿值,还要考虑机床重复定位精度对对刀精度的影响以及刀位点的安装高度对对刀精度的影响。当使用仪器对刀时,要注意仪器的制造、安装和测量精度。要掌握使用仪器的正确方法。选择刀具时要注意刀具的质量和动态刚度。定期检查数控机床零点漂移情况,注意及时调整机床。
3.机床系统误差 受机床本体影响产生的形位公差,此公差一般不可调整;伺服单元,驱动装置产生的重复定位误差,主要由系统受机床脉冲当量大小、均匀度及传动路线影响;这些误差量很小且稳定,只有在精密加工时应予以考虑。
（二）快速成型制造技术的误差分析
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1.格式转换误差 CAD模型的STL格式转换即是用三角形面片逼近实际模型表面，转换为所谓的事实上的标准文件格式。STL文件的精度等级不同，所产生的转换误差也不同。STL文件的精度是指用STL格式拟合最大允许误差。实际上，如果原几何模型完全由直边组成，则STL格式拟合绝对准确，没有任何误差；否则，存在拟合误差。例如同一个圆分别使用4个及6个三角形的STL格式表示，二者表示的精度是不一样的，用6个三角形表示的圆精度要比用4个三角形表示的圆高。由此可见，精度要求越高，三角形面片的数目越多，它所表示的模型与实际模型就越逼近，但与此同时，STL文件数据量也将剧增，加大了后续数据处理的运算量。另外，三角形面片也会随精度提高而变小，在模型的细节部位会出现大量极为细小的三角形面片，增大数据处理的难度。而且在数据处理过程中常常产生致命的错误。因此，需要根据工艺条件和制件的精度要求选择适当的STL格式精度。
2.分层切片误差
由于快速成型制造技术的基本原理是先将三维实体模型进行分层处理，然后在对二维片层进行激光烧结层层叠加，最终成型零件。因而分层切片的精度对三维实体模型有很大的影响。分层是用一簇平行平面沿某一设定方向与STL模型求截交线得到轮廓信息，选择不同的分层厚度将直接影响到工件的加工质量。分层厚度如果选取的过大，将会导致加工零件表面很粗糙，不能达到加工要求；分层厚度太小，又会增大数据处理的难度；因而在选取分层厚度的时候因根据实际的情况选取合适的分层厚度，这样不仅可以减少数据处理难度还能缩减加工时间。 3.设备误差 在快速成型加工过程中，设备自身的运动精度将会影响到加工零件的质量。托板方向运动误差直接影响堆积过程中层厚精度，最终导致Z方向产生尺寸误差，
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而托板在垂直面内的运动直线度误差，将产生制件的形状、位置误差，也会影响到零件的表面粗糙度。实验室从西安交通大学引进的快速成型机X-Y方向的运动是由X-Y方向同步带协同工作的，因此X-Y方向同步带变形误差会影响定位的精度，需要采用合理的方式来消除同步带变形对定位精度的影响。另外由于实验室的快速成型机是通过激光烧结成型的，激光的强度也会对加工零件的质量产生影响。不仅是激光的强度会对加工零件质量产生影响，激光烧结的时间也会影响其制造精度，烧结时间太短将会导致零件太软，硬度不够；烧结时间过长又会导致硬度过高，零件易被破坏。因此设备的相互运动关系必须用精准的伺服控制系统来控制其相互运动，保证各部件之间运动的相互协调，保证零件的加工质量。
六．心得体会
本次数控加工实践的内容是运用MDT软件进行三维实体建模、CAM数控加工仿真和快速原型制造技术的学习。在学习过程中，遇到了一些困难，但也有很多收获。
在使用MDT软件建模的过程中，由于之前一直都是用solidworks进行三维实体建模，多次习惯性的想沿用solidworks的三维建模方式，但由于MDT三维建模软件与solidworks建模原理存在区别，某些功能模块不一样，时我在进行三维建模的时候走了不少弯路。比如在创建工作平面上，solidworks可以直接点击某一平面然后进行草图绘制即可，而用MDT建模软件的时候需要定义工作平面后才能进行草图绘制，如果没有定义工作平面，所绘制出来的草图不能进行拉伸、旋转等操作。还有运用solidworks 绘制完草图后可直接进行三维特征创建，而在MDT中就必须先定义草图的轮廓曲线，然后才能进行三维特征创建。虽说这两款软件存在的区别给我在建模过程中带来了不少麻烦，但正是因为这些区别的存在也使我能更好的理解，掌握这两款软件，在我看来虽然 solidworks 三维建模功能强大，但其二维草图绘制的功能不够强大，而MDT是基于CAD发展而来，其二维草图绘制模块与CAD绘图功能相同，二维草图的绘制能力强。MDT软件是基于CAD软件发展而来的，其界面、功能模块等与CAD相似，这一点便于能熟练运用CAD的同学来运用MDT软件进行三维建模。
在使用Mastercam软件生成刀路时，由于在上学期的学习过> 实验课程，在实验课程学习了使用Mastercam软件生成刀路，这次实习过程在这一模块还是比较轻松的，但与实验课程不同的是这次实习添加了真实的加工模块，在现场观察了TV5立式加工中心的加工过程。在加工现场，老师的讲解使我了解关于TV5立式加工中心的工作原理。观察加工中心换刀过程的慢动作了解换刀机构、控制中心的相互协调的重要。虽
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然此次实习并没有让我亲手操作加工中心，但老师在操作过程中的耐心讲解也让我能感受到整个操作过程。
快速原型制造是我在此次数控加工实习之前没有接触过的领域，对于我来说这是此次数控加工实习中最新颖的一个模块。快速原型制造与传统的机械加工存在本质上的区别，传统的机械加工是做减法的加工模式而快速原型制造时做加法的加工模式。并且快速原型制造不需要像传统机械加工那样设计复杂的夹具对零件进行装夹，大大简化了加工模式。在实习过程中，学会了应用Rp program 软件对原型零件进行数据准备过程，了解其分层原理，支撑结构的设计，并通过计算机模拟成型机的加工过程来体验快速成型制造过程。在实验室对成型机的结构进行观察，能初步了解成型机激光头的运动原理以及涂辅机构的运动原理。观察实验室已经加工出来的零件，由于实验室的成型机型号比较老，其表面较粗糙，加工精度并不是很好。我觉得此次实习的一大遗憾是由于学院实验室的快速成型机出了故障，并没有看到一个零件的真实成型过程。希望学院能想办法解决这一问题，让以后再进行数控加工实习的同学能现场见到快速成型机加工出来的零件。
参考文献：
[1].陶桂宝、刘英、张毅等.《数控综合实践指导书》[M] 2013 [2].《机械制造技术基础》，袁绩乾，机械工业出版社，2002 [3].http://www.daodoc.com.
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附件
几种快速原型制造技术工艺特点及优缺点比较
机自10班 20112603 严碧
【摘要】快速原型制造技术是近30年来发展起来的特种加工技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。其主要的成型方式有液态光敏树脂选择性固化法、粉末材料选择性烧结法、分层实体制造法、丝状材料选择性熔覆法 【关键字】快速原型制造；工艺特点；发展
1.基本原理及特点
快速原型制造技术是综合利用CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料技术实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。它采用软件离散——材料堆积的原理实现零件的成形。 具体过程如下：首先利用高性能的CAD软件设计出零件的三维曲面或实体模型；再根据工艺要求，按照一定的厚度在Z向(或其它方向)对CAD模型进行切面分层，获取各个棱面的三维平面信息；然后对层面信息进行工艺处理，选择加工参数，系统自动生成刀具移动轨迹和数控加工代码；再对加工过程进行仿真，确认数控代码的正确性；然后利用数控装置精确控制激光束或其它工具的运动，在当前工作层(三维)上采用轮廓扫描，加工出适当的截面外形；然后工作台移动一定距离，进行下一次的加工，直至整个零件加工完毕。可以看出，快速成形技术是个由三维转换成二维(软件离散化)，再由二维到三维(材料堆积)的工作过程。
快速原型制造与传统的机械加工相比，存在本质的区别。传统的机械加工是做减法的加工模式而快速原型制造时做加法的加工模式。快速原型制造技术（RPM）突破了传统加工中金属成型和切屑成型的工艺方法，是一种“使材料生长，而不是去除材料的制造过程”。其主要特点为：
（1）制造效率高 利用并行工程的有效手段，可使产品设计和模具生产同
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时进行，大大缩短了产品的生产周期 ，降低了设计成本，比较适合新产品的研制开发。
（2）成形制造灵活 不受零件几何形状复杂程度的制约，成形速度快，可以制造出各种复杂结构和形状的原型或零件。
（3） CAD模型直接驱动突破了传统方法的制约，使CAD和CAM能够良好的结合，实现设计与制造一体化。
（4）高度柔性 不同的产品的整个生产过程，仅需改变CAD模型，重新调整和设置工艺参数，便可制造出符合要求的零件。
（5）制造成本低制造周期一般不到传统的数控切削方法的1/2 ，而且模具的几何复杂程度愈高 ，此种经济效益愈明显。
（6）用材广泛 可选用石蜡、纸、树脂金属或陶瓷粉末复合材料等各种原料。
2.几种典型的工艺及优缺点
目前快速原型制造技术的工艺有数10种，但运用比较成熟的并不是很多有如下4中：
液态光敏树脂选择性固化法 SLA(Stereo Lithography Apparatus)
粉末材料选择性烧结法 SLS（Selected Laser Sintering）
分层实体制造法 LOM(Laminated Object Manufacturing)
丝状材料选择性熔覆法 FDM(Fused Deposition Modeling)
2.1液态光敏树脂选择性固化法 SLA 1．工艺过程：液态光敏树脂选择性固化（ SLA）又称立体光刻工艺，采用计算机控制下的紫外激光，以预订原型各分层截面的轮廓为轨迹，逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应后固化，从而形成一个薄层截面。当一层固化后，向上（或下）移动工作台，在刚刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂，再进行新一层的扫描、固话。新固化的一层，牢牢的粘合前一层，如此反复至整个原型制造完毕。
2．优点：
（1）系统工作稳定。系统一旦开始工作，构建零件的全过程完全自动运行，不需要专门的技术人员看管，直到整个工艺过程结束，这样还可以节省人力，避免人力、时间的浪费。
（2）尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm以内。
（3）表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。
（4）系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。
3.缺点：
（1）随着时间推移，树脂会吸收空气中的水分，导致软薄部分的弯曲和卷翅。
（2）氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵。同时需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因此制作本钱相对较高。
（3） 可选择的材料种类有限，必须是光敏树脂。由这类树脂制成的工件在大多数情况下都不能进行耐久性和热性能试验，且光敏树脂对
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环境有污染，使皮肤过敏。
（4） 需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作的每一个结构部委都能可靠定位。 2.2粉末材料选择性烧结法 SLS
1.工艺过程：
粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层对集成三维实体的工艺方法。在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点一下。成型时，送料筒上升，展粉滚筒移动，先在工作平台上展一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在展上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。最后经过5-10小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件，当烧结工序完成后，取出零件。
2.优点：
（1）与其他工艺相比，由于可以使用金属粉末材料进行加工成型，运用SLS能生产最硬的模具。
（2）可以采用多种原料，从理论上来说，任何加热后能够形成原子间粘结的材料都可以作为SLS的成型材料。例如尽大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等。
（3）零件的构建时间短。
（4）由于SLS采用的是固态粉末材料进行烧结，层与层之间的粘结强 度较高，无需设计和构造支撑。
3.缺点：
（1） 在加工前，要花近2小时的时间将粉末加热到熔点以下，当零件构建之后，还要花5-10小时冷却， 然后才能将零件从粉末缸中取出。 （2） 表面的粗糙度受粉末颗粒大小及激光点的限制，对材料的要求较高。
（3） 零件的表面一般是多孔性的，为了使表面光滑必须进行后处理。 （4） 需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的本钱高。
（5）该工艺产生有毒气体，对工作人员的身体产生危害，污染环境。 2.3分层实体制造法 LOM
1.工艺过程：
先将单面涂有热熔胶的纸通过加热辊加压粘结在一起，此时位于其上方的激光器按照分层CAD模型所获得的数据，将—层纸切割成零件的内外轮廊，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置，将下面已经切割的层粘合在一起，激光再次进行切割。切割时工作台连续下降，切割掉的纸片仍留在原处，起支撑和固化作用，纸片的一般厚度(0.07～0.1)mm。
2.优点：
（1）由于只需要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，无需扫描整个断
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面，所以这是一个高速的快速原型工艺。零件体积越大，效率越高。 （2）加工后零件可以直接使用，无需进行后矫正。 （3）无需设计和构建支撑结构。 （4）易于使用，无环境污染。 3.缺点：
（1）可实际应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，例如纸、塑料、陶土以及合成材料，但目前常用的只是纸，其他箔材商在研制开发中。
（2）纸制零件很轻易吸潮，必须立即进行后处理、上漆。 （3）难以构建精细外形的零件，即仅限于结构简单的零件。
（4）由于难以（固然并非不可能）往除里面的废物，该工艺不宜构建内部结构复杂的零件。
2.4丝状材料选择性熔覆法 FDM
1.工艺过程：
丝状材料选择性熔覆（ FDM）技术，是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。喷头可沿着X轴方向移动，而工作台则沿Y轴方向移动。如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型的部分温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一个层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积。
2.优点：
（1）制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。 （2）工艺干净、简单、易于成型且不产生垃圾。 （3）可快速构建瓶状或中空零件。
（4）原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
3.缺点：
（1）精度较低，难以构建结构复杂的零件。 （2）垂直方向强度小。
（3）速度较慢，不适合构建大型零件。
3.快速原型制造技术的发展展望
快速成型从最早的LOM机（切纸法）到后来的三维打印，具有代表性的工艺有SLA,SLS,FDM,POLYJET等等。所用的材料有类石膏粉末，尼龙粉，ABS，PC，光敏树脂及蜡材料，目前还有一种可以直接使用合金粉末。所有的快速成型技术都是把目标定位在研发周期的前端，概念模型的制作上面。但是，面对市场经济的竞争和全球经济一体化的发展趋势，未来的竞争就表现在新品推出的速度上及整个产品周期的成本上。所以，越来越多的企业，迫切需求一种技术，能在缩短研发周期的基础上，加快成品制造
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的速度并降低成本。这就要求快速成型技术必须要突破现有的材料，来适应未来的市场需求。面对这种局面，美国STRATASYS公司，率先推出DDM系统，直接数字化制造。直接数字化制造可以说是为了满足生产需求而提出来的一种新的生产方式。在快速成型的基础上，通过改进设备性能和材料，可以直接小批量生产成品，以规避开模的风险，加快生产进度。另外美国在最近几年也在大力发展其制造业，希望能重新回到全球制造业霸主地位，其先进制造合作伙伴计划首先建立的一个3D打印实验室就是以快速原型制造技术为原型发展而来的一个新技术。
参考文献：
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