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1、 太原工業(yè)學院 畢業(yè)設計開題報告 學 生 姓 名： 王肇暉 學 號： 092012123 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械電子工程 設 計 題 目： MasterCAM軟件高速切削數控編程策略與實例研究 指導教師: 武文革 2013年3月25日 開題報告填寫要求 1．開題報告作為畢業(yè)論文答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)論文工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在系審查后生效； 2．開題報告內容必須用按教

2、務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．學生的“學號”要寫全號（如072074123），不能只寫最后2位或1位數字； 4. 有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”； 5. 指導教師意見和所在系意見用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 一．課題研究目的及意義： 1. 課題研究背景及意義 數控技術和

3、數控裝備是制造工業(yè)現代化的重要基礎，是振興傳統(tǒng)制造業(yè)的技術支撐和發(fā)展趨勢，是直接創(chuàng)造社會財富的主要手段，誰掌握先進制造技術，誰就能夠占領市場。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè)【1】。 20世紀中、后期，機械加工的主要特點是【2】：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數控機床、加工中心、成組技術等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近于大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和

4、非金屬材料的成形和切削加工技術。隨著工業(yè)化水平的提高，制造業(yè)逐漸向網絡化、智能化發(fā)展，利用計算機編程來控制機床進行高速度、高精度的加工也成為當代制造業(yè)的趨勢。 切削加工是當前離散機械制造業(yè)的主要工藝手段，是應用比例最高的機械加工工藝，切削加工的勞動量約占總勞動量30％～40％【3】。據統(tǒng)計，全世界工業(yè)發(fā)達國家（包括俄羅斯）在20世紀90年代中期每年用于切削加工的費用就已超過了2500億美元，美國每年消耗在切削加工方面的費用達1000億美元【4】。我國每年用在切削加工方面的費用約為320億元人民幣，每年創(chuàng)造的價值約為8000億元人民幣。切削加工數據是衡量切削技術水平高低的一個基本量值，對機床及

5、CAD、CAM、CAPP等而言，是基礎數據的提供者，已被中華人民共和國科學技術部科學數據共享工程技術標準（SDS／T 2122-2004）列入基礎科學門類（代碼F）中的先進制造科學亞門類（代碼P）中，彰顯出我國對切削加工技術及切削加工數據的重視。國際標準化組織（ISO）也已制訂了切削加工數據的計算機處理（ISO 13399/1-4）標準。 目前，切削加工技術已發(fā)展到“高速、高效、智能、復合、環(huán)?！钡男码A段，出現了高速切削加工技術，為制造業(yè)開發(fā)新產品、提高加工效率和加工質量、降低制造成本、縮短交貨周期發(fā)揮了重要的作用，帶動著整體切削加工水平的全面提高，并已成為數控加工技術的共性關鍵技術。由于世

6、界各國尚未統(tǒng)一對高速切削速度范圍的認識，通常把切削速度比常規(guī)高出5-10倍以上的切削加工稱為高速切削【5】。但高速切削的技術又并不單只是主軸實現高轉速就可以的，因此，高速切削加工是一個復雜的系統(tǒng)工程，由機床、刀具、工件、加工工藝、切削過程監(jiān)控及切削機理等方面形成的【7】~【9】。 高速銑削加工對數控編程系統(tǒng)的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設備對軟件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有著比傳統(tǒng)切削特殊的工藝要求，除了要有高速切削機床和高速切削刀具外，具有合適的CAM編程軟件也是至關重要的。據統(tǒng)計，美國波音747飛機的設計制造，由于應用了CAD/CAM技術，使開發(fā)周期由原來的9-10年縮

7、短為4-5年【10】。目前的CAM軟件的主要功能包括數據輸入輸出、加工軌跡計算與編程、工藝參數設置、加工仿真、數控程序后處理和數據管理等【11】。 常用的CAM軟件種類較多，其基本功能大同小異，并在此基礎上發(fā)展出各自的特色。 利用CAD/CAM軟件，實現造型及圖象自動編程。最為典型的軟件是美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設 計、體素拼合、數控編程、刀具路徑摸擬及真實感摸擬等到功能于一身。它具有方便直 觀的幾何造型 MasterCAM提供了設計零件外形所需的理想環(huán)境，其強大穩(wěn)定的造型功能 可設計出復雜

8、的曲線、曲面零件【14】。 MasterCAM不但具有強大穩(wěn)定的造型功能，可設計出復雜的曲線、曲面零件，而且具有強大的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能。其可靠刀具路徑效驗功能使Master- cam可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查出刀具和夾 具與被加工零件的干涉、碰撞情況，真實反映加工過程中的實際情況，不愧為一優(yōu)秀的 CAD/CAM軟件。同時MasterCAM對系統(tǒng)運行環(huán)境要求較低，使用戶無論是在造型設計、 CNC銑床、CNC車床或CNC線切割等加工操作中，都能獲得最佳效果【15】。 其專業(yè)化及獨有的高速加工策略成為高速銑削數控編程的首選。這也是學習

9、和研究MasterCAM高速切削數控編程策略的意義之所在。 2. 國內外發(fā)展現狀 機械加工的發(fā)展趨勢是高效率、高精度、高柔性和綠色化，切削加工的發(fā)展方向是高速切削加工，在發(fā)達國家，它正成為切削加工的主流。50年來，切削技術的極大進步說明了這一點：今天切削速度高達8000m/min【16】，材料切除率達150～1500cm3/min，超硬刀具材料硬度達3000～8000HV，強度達1000Mpa，加工精度從10um到0.1um。干（準）切削日益廣泛應用。隨切削速度提高，切削力降低大致為25～30％以上；切削溫度增加逐步緩慢；加工表面粗糙度降低1～2級；生產效率提高，生產成本降低【17】~【1

10、9】。 ??高速切削技術不只是一項先進技術，它的發(fā)展和推廣應用將帶動整個制造業(yè)的進步和效益的提高。在國外，20世紀30年代德國Salomon博士提出高速切削理念以來，經半個世紀的探索和研究，隨數控機床和刀具技術的進步，80年代末和90年代初開始應用并快速發(fā)展到廣泛應用于航空航天、汽車、模具制造業(yè)加工鋁、鎂合金、鋼、鑄鐵及其合金、超級合金及碳纖維增強塑料等復合材料【20】，其中加工鑄鐵和鋁合金最為普遍。 高速切削技術在國內起步較晚，20世紀80年代中期開始研究陶瓷刀具高速切削淬硬鋼并在生產中應用【21】，其后引起對高速切削加工的普遍關注。 高速切削技術的發(fā)展經歷了高速切削的理論探索階段

11、、應用探索階段、初步應用階段、 較成熟階段等四個階段【22】。國外對高速切削技術非常重視，20世紀80年代以來各工業(yè) 發(fā)達國家相繼投入大量人力、財力，研究開發(fā)高速切削技術及理論和相關技術【23】~【25】， 現在國外高速切削技術已經廣泛地運用到各個行業(yè)。同時CAM也得到迅速的發(fā)展，美國 CNC Software Inc.公司的MasterCAM軟件與英國DELCAM公司的Powermill軟件模塊； 日本MAKINO公司的FFCUT軟件(其FFCUT加工模塊己集成到美國UGS公司的CAM軟件中)； 以色列的CIMATRON軟件；美國PTC公司的Pro/ENGINEER軟件等【26】

12、。 目前國內外廣泛用于高速切削的刀具材料主要有：聚晶金剛石刀具(PCD)、聚晶立方氮化硼刀具（PCBN）、陶瓷刀具、TiC(N)基硬質合金、超細晶粒硬質合金、涂層刀具、粉末冶金高速鋼刀具等。硬質合金刀具切削速度≤100～200m/min，高速鋼刀具在40m/min以內。 但在汽車、模具、航空和工程機械制造業(yè)進口了一大批數控機床和加工中心，國內也生產了一批數控機床，隨著高速切削的深入研究，這些行業(yè)有的已逐步應用高速切削加工技術，并取得很好的經濟效益。 目前，切削加工技術已發(fā)展到“高速、高效、智能、復合、環(huán)?！钡男码A段，出現了高速切削加工技術，高速加工已成為機械制造的一種趨勢，高速切削具有比傳

13、統(tǒng)多很多的優(yōu)點【27】，為制造業(yè)開發(fā)新產品、提高加工效率和加工質量、降低制造成本、縮短交貨周期發(fā)揮了重要的作用，帶動著整體切削加工水平的全面提高，并已成為數控加工技術的共性關鍵技術。 參考文獻： 【1】王愛玲 . 機床數控技術 . 高等教育出版社 【2】力學學科組 . 普通中等專業(yè)教育機電類規(guī)劃教材 . 機械工業(yè)出版社 . 1999-6-14 . 【3】劉戰(zhàn)強，武文革，萬熠 . 高速切削數據庫與數控編程技術 . 國防工業(yè)出版社 【4】KomanduriR.,Desai JD., Tool Materials for Machining.Aug,1982

14、 【5】武文革，辛志杰 . 金屬切削原理及刀具 . 國防工業(yè)出版社 . 2009年 . 第十 章：168 【6】周憶﹒超高速銑削加工技術研究.博士學位論文﹒2004年2月 【7】陸海鈺﹒高速及超高速切削加工技術的發(fā)展與應用﹒機械制造，1998 (5): 6-8 【8】Kahles J F﹒High Speed Machining﹒Annais of the CIRP，1987，27(2) ：551-560 【9】Schulz H ,etc ﹒High Speed Machining﹒Annais of the CIRP，1992，41(2) ：

15、 637~643 【10】李夢群，龐學慧，吳伏家 . 先進制造技術 . 中國科學技術出版社 . 2005年 . 第二章：106 【11】姜洪奎 張蔚波 蘇樹朋 等 . 數控加工行業(yè)應用實踐 . 機械工業(yè)出版社 【12】夏天 單巖 . MasterCAM 數控編程基礎教程 . 清華大學出版社 【13】季田，卞杜虹，劉向東等﹒葉輪造型與加工支撐軟件的選擇及技術特性﹒機械 技術與機床，2008年，第1期： 87-83 【14】陳章偉 . MasterCAM V2009新版本 . CAD/CAM與制造業(yè)信息化 . 2009年12

16、 期 【15】沁云 . MasterCAM自動編程 . 計算機輔助設計與制造 , CAD/CAM, 2000年 0 【16】艾興 . 高速切削加工技術的現狀和發(fā)展 . 技術文章 . 2003年 【17】鄧建軍 趙軍 . 數控刀具材料選用手冊 . 機械工業(yè)出版社 【18】樂兌謙 . 金屬切削刀具 . 機械工業(yè)出版社 . 第二版， 2001年 【19】陳日曜 . 金屬切削原理 . 機械工業(yè)出版社 【20】威海職業(yè)學院 . 高速切削技術的探討 . 現代制造技術與裝備 . 2

17、008年04期 【21】姜軍生,王寶友,黃 . 陶瓷刀具材料的現狀與發(fā)展 . 《山東陶瓷》 2000年 01期 【22】Smith S﹒ Tlusty J. Current trends in high-speed machining﹒Transaction of the ASME﹒Journal of Manufacturing and engineerining[J]，1997，119： 664-666 【23】H. Schulz﹒High speed machining-some of the latest develo

18、pments﹒ Metalworking World [J]，3(1994)：32-36 【24】Bernd Bossmanns， Jay F. Tu﹒A thermal model for high speed motorized spindles﹒International Journal of Machine Tools & Manufacture 39， (1999)： 1345-1366 【25】H.舒爾茲編著﹒高速加工概況.王志剛譯﹒機械制造與自動化，2002(1):4-9 【26】黃曉峰，葛友華，倪驍驊﹒基于MasterCA

19、M的模具高速加工編程及應用研究﹒農 機化研究，2006年4月，第4期：88-90 【27】郭新貴，汪德才等﹒高速切削技術及其在模具工業(yè)中的應用﹒現代制造工程，2001 (9):29-32 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 二．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1.本課題要研究或解決的問題 本課題要分析MasterCAM軟件的高速切削NC編程的思路、方法和工藝處理等問題；熟悉軟件的基本操作和常用造型指令的使用、各種刀軌形式的編程步驟、方法、參數設置及實用技巧；結合實例進行高速數控編程和模擬加工。 2.擬

20、采用的研究手段： 本課題主要研究的是和MasterCAM高速切削的數控編程策略優(yōu)化和實例研究。主要采用的是模擬仿真。首先，運用CAD繪制三維實體零件圖，然后把文件數據轉換成MasterCAM文件數據，最后進行數控編程。 進度安排： 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 進行調查研究，查閱資料，完成開題報告 2013.03.04—2013.03.26 2 熟練掌握MasterCAM軟件的操作 2013.03.26—2013.04.20 3 MasterCAM編程策略分析、實例的數控編程與模擬加 2013.04.20—2013.05.26 4

21、 撰寫設計說明書并編制論文、打印，準備畢業(yè)答辯資料 2013.05.25—2013.06.18 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告 指導教師意見：（對本課題深度、廣度、工作量及預期達到的目標的意見） 指導教師： 年 月 日 教研室審查意見： 專業(yè)負責人： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日