模具设计与制造实验指导书.doc

雷代明编前 言制造业是整个国民经济的基础，模具制造业发展水平的高低在很大程度上反映了一个国家制造业水平的高低。人类进入21世纪，伴随着计算机、Internet、信息化的发展，基于CADCAM技术并借助InternetIntranet，制造业信息化进程正在加速。有专家预测，不远的将来，中国将成为世界最大的制造中心，这给我国的模具行业提供了前所未有的发展机遇。因此，加快高技术设备如数控加工、快速制模、特种加工在模具行业中的应用，加大新兴CADCAM技术在模具设计与制造中的应用比例，加速模具新结构、新工艺、新材料的研究和强化模具高技术人员的培养，已成为我国模具行业再上一个新台阶的关键。模具制造是一个比较复杂的生产工艺过程，它包括模具的设计、模具材料的选择、热处理、机械加工、调试安装等过程。实验一 Mastercam9.0模具加工基础一个产品试制成功后，要进行批量生产，首要程序是进行模具的设计与制造，而这个程序也是决定生产出来的产品是否符合客户、设计人员初始设想的关键因素。在CADCAM技术尚未广泛应用之前，模具的设计与制造皆依赖于老师傅的手艺和经验，导致模具设计与制造的差异性大，同时带来产品修改难、技术延续难等一系列问题。CADCAM技术在模具行业中的应用，极大地提高了模具设计与制造的精度、效率和相容性。而Mastercam模具设计与制造一体化软件在我国的模具行业中拥有庞大的用户群。Mastercam 9.O模具设计加工的一般流程Mastercam是一套被模具行业广泛采用的CADCAM系统，其强大的CAD部分足以应付任何复杂的模具设计，而CAM部分则提供完整的二轴、三轴、四轴和五轴铣削加工。利用Mastercam的CAD部分对产品建立模型后，就可以通过其CAM部分选择加工方式、加工刀具、设定加工参数、计算NC刀具路径、实体切削模拟结果等步骤，在检验一切无误后，选择对应的后处理器将刀具路径转换成数控机床所能接受的NC代码，再利用DNC方式传输给CNC控制器进行加工。下面介绍Mastercam 9.O模具设计加工的一般流程。1.绘制设计图利用Mastercam 9.O软件的二维和三维绘图功能，依据客户要求或设计人员的构想绘制产品设计图，如图2-1所示。图2-1绘制设计图2.绘制曲面模型依据产品设计图，利用Mastercam9.O软件的三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，如图2-2所示。3.由曲面模型生成凹凸模依据产品曲面模型，结合产品材料特性（如收缩率），利用Mastercam9.0软件三维实体或曲面编辑功能产生凹凸模，如图2-3所示。4.规划凹凸模刀具路径 依据产品凹凸模，结合模具材料特性、实际生产条件等因素规划凹凸模刀具路径（包括加工方式的选择、加工刀具的选择、加工刀具参数设定、加工参数设定、工件设定等），如图2-4图2-11所示。图2-4 选择加工方式图2-5 选择加工刀具 图2-6 设定加工刀具参数 图2-7 设定加工刀具参数图2-8 设定加工参数图2-9 设定加工参数图2-10 生成加工刀具路径图2-11 设定工件参数5.实体加工模拟依据规划好的凹凸模刀具路径，利用Mastercam 9.O的实体加工模拟功能进行实体加工模拟，及时发现存在的问题并加以改进，最大限度地降低材料消耗，提高加工效率。如图2-l2所示。图2-12 实体加工模拟6.执行Post后处理产生NC程式在检验实体切削模拟结果无误后，选择对应的后处理器将刀具路径转换成数控机床所能接受的NC代码，再利用DNC方式传输给CNC控制器进行加工。后处理程式如图2-13所示。图2-13 后处理程式思考题：自己设计一简单二维零件，规划好该零件的刀具路径，进行模拟加工，并将处理后的程序打印出来。注：截图（二维零件图、选择加工方式图、实体加工模拟结果图）；NC代码（太长则截前后）实验二 凸凹模具设计造型实例：塑料桶盖凸凹模设计与数控加工1.1桶盖凸模设计1.打开桶盖文件 如图1-22.点击界面上的层别，弹出对话框3.在次数栏中输入“4”，关闭2、图层，打开第一层，确定，结果1-3所示.4.单击顶部工具栏中的俯视构图面按钮5.选择子菜单中Z命令6.选择如图9-3所示端点P1 1-2打开的桶盖文件 1-3构图面Z深度设定7.选择绘图/矩形，绘制矩形。8.在弹出的矩形参数设定对话框中输入如图9-4 所示参数，单击确定。9系统提示选择矩形中点放置位置，选择如图1-3所示端点P1。10.按ESC键结束矩形命令，单击顶部工具栏中的适度化按钮，结果如图1-5所示 1-4 矩形参数设定 1-5生成矩形11.点击界面上的层别，弹出对话框12.在次数栏中输入“5”，关闭第1层，点击确定13.选择“绘图/曲面/修整延伸曲面到边界”，进行曲面修剪延伸14选择“绘图/曲面/修剪/修剪到曲线” 选择“连接”进行连接选择，选择如图1-6所示矩形P215点击确定 结果如图1-7所示1-6 Flat曲面截面选择1-7 生成Flat曲面16.点击层别，弹出对话框，打开2,3层确定，凸模结果如图1-8所示1-8 桶盖凸模二桶盖凸模加工2.1加工工艺（工厂）数控加工工序卡片厂品名称零件名称材料零件图号桶盖凸模工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间工步号工步内容加工面刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度Mm/min被吃刀量mm备注1对凸模放射粗加工T012515006002.0预留量0.52对凸模等高外形粗加工T021215005001.0预留量0.23对凸模等高外形粗加工T03625004000.5预留量0.14对凸模浅平面精加工T042015005000.55对凸模放射精加工T05325003000.56对凸模残料精加工T06230003000.57对凸0和90陡斜面精加工T07325003000.5编制叶俊成审核叶俊成批准共1页第1页2.2加工前的准备把图形中心移到坐标原点，图形最高点移到Z=0位置1. 点击层别，弹出对话框，在次数栏里输入“6”，关闭2,3,5层，点击确定，如图2-12. 单击顶部工具栏中的空间构图面按钮3. 选择“绘图/任意线/绘制任意线”进行两点会直线段4. 逐一选择如图2-1所示端点P3-P6，结果如图2-2 2-1 绘制线段选择 2-2 生成线段5. 点击层别，弹出对话框，打开第2、3、5层，确定6. 单击俯视构图面按钮，选择“转换/平移”，框选所有图素，单击按钮，弹出对话框如图2-4所示，选择如图2-6所示的线段P7，P8，然后选择平移终止点，直接用键盘输入“X=0”，“Y=0”，按键确认。 图2-4平移参数设定 图2-5平移参数设定7. 继续平移所有图素，选择“转换/平移”，框选所有图素，单击按钮，弹出对话框如图2-5所示，选择直角坐标系，输入“Z=-16”，单击按钮。8. 点击层别，弹出对话框，在层次数中输入 “7” ，关闭第6层，确定。9. 单击顶部工具栏的清楚颜色按钮，刷新视图。2-6 转移图形选择2.3采用25圆鼻刀对凸模放射粗加工（预留量为0.5）1. 单击顶部工具栏的俯视构图按钮。2. 单击“机床类型/铣床/默认”，进行曲面放射粗加工，弹出如图2-7所界面。3. 单击“刀具路径/曲面粗加工/粗加工放射状加工”，弹出如图2-8所示对话框；单击按钮，弹出如图2-9所示对话框； 图2-7加工操作管理栏 图2-8选取工件的形状单击按钮，选取需加工的曲面，单击按钮，弹出如图2-10所示对话框； 图2-9新NC名称 图2-10刀具路径曲面选择 单击确定按钮弹出如图2-11所示刀具对话框，在空白对话框中右击鼠标，右键创建新刀具，选择圆鼻刀弹出图2-12所示对话框输入参数，单击确定按钮 2-11曲面放射粗加工对话框 2-12 刀具参数设定对话框单击图2-12中的参数栏输入如图2-13所示的参数单击确定按钮 2-13 刀具参数返回上一界面，设置参数如图2-14所示 图2-14刀具库对话框刀具路径参数选择去面加工参数，输入竖直如图2-15所示 图2-15曲面加工参数选择曲面放射粗加工对话框。输入数值如图2-16所示，单击确定 图2-16放射粗加工参数4系统提示选择放射粗加工圆心点，在曲面俯视图上捕捉最高点，系统生成放射粗加工路径。如图2-175.单击加工操作管理栏“属性”下的“材料设置”如图2-18所示，进行工件参数设定，在弹出的对话框中输入图2-19所示的工件设定参数 单击确定 2-17 曲面放射粗加工刀具路径 2-18选择材料设置 2-19工件参数设定6. 单击操作管理栏中的按钮，进行实体加工模拟，系统弹出所示实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-20所示。 2-20 25圆鼻刀放射粗加工结果7.单击实体加工模拟播放对话框的按钮，关闭实体加工模拟2.4采用12的圆鼻刀对凸模放等高射粗加工（预留量为0.2）1.单击“刀具路径/曲面粗加工/等高外形粗加工”，弹出曲面等高外形粗加工对话框，选择一把12的圆鼻刀，刀具参数设定如图数控加工刀具卡片所示，单击确定。加工操作管理栏如图2-212.窗选所有曲面，单击按钮，按照25圆鼻刀对凸模放射粗加工的步骤，成刀具路径。3.分别单击操作管理栏中的按钮、按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-22所示。4.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。 2-21加工操作管理对话框 2-22 12圆鼻刀等高外形粗加工结果2.5采用6的圆鼻刀对凸模等高外形粗加工（预留量为0.1）1.选择“刀具路径/曲面粗加工/等高外形粗加工”，框选所有曲线，弹出曲面等高外形加工对话框，在道具栏空白区内单击鼠标右键，在弹出的对话框中，选择一把6的圆鼻刀，单击确定。加工操作管理栏如图2-23所示2. 框选所有曲面，单击按钮，按照如上相同步骤，生成刀具路径。3.别单击操作管理栏的按钮、按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-22所示。4.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。 图2-23加工操作管理栏 图2-24 6圆鼻刀等高外形粗加工结果2.6采用20的平铣刀对凸模浅平面精加工1.选择“刀具路径/去面精加工/精加工曲面浅平面加工”，框选所有曲面，弹出曲面精加工对话框，选择一把20平铣刀，刀具参数设定如图数控加工刀具卡片所示，单击确定。加工操作管理栏如图2-25所示2.框选所有曲面，单击按钮，按照如上相同步骤，生成刀具路径。3.分别单击操作管理栏的按钮、按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-26示。4.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟 图2-25加工操作管理栏 图2-2620平铣刀浅平面精加工结果2.7采用3的求道对凸模放射精加工1.选择“刀具路径/曲面精加工/精加工过放射状”，框选所有曲面，弹出曲面精加工对话框，选择一把3球刀，刀具参数设定如图数控加工刀具卡片所示，单击按钮。加工操作管理栏如图2-27所示2.框选所有曲面，单击按钮，按照如上相同步骤，生成刀具路径。3.分别单击操作管理栏的按钮、按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-28示。4.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。 图 2-27操作管理栏 图2-28球刀放射精加工结果2.8采用2的球刀对凸模残料精加工1.选择“刀具路径/去面精加工/精加工残料加工”，框选所有曲面，弹出曲面精加工对话框，选择一把2，刀具参数设定如图数控加工刀具卡片所示，单击按钮。加工操作管理栏如图2-29所示。2.框选所有曲面，单击按钮，按照如上相同步骤，生成刀具路径。3.分别单击操作管理栏的按钮、按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-30示。4.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。 图2-29 操作管理栏 图2-302球刀残料精加工结果2.9采用3平铣刀对凸模0和90陡斜面精加工1.选择“刀具路径/去面精加工/精加工陡斜面加工”，框选所有曲面，弹出曲面精加工对话框，选择一把3平铣刀，刀具参数设定如图数控加工刀具卡片所示，单击按钮。加工操作管理栏如图2-231所示。2.框选所有曲面，单击按钮，按照如上相同步骤，生成刀具路径。3.分别单击操作管理栏的按钮、按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图2-32示。4.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟 图2-31 操作管理栏 图2-32把3平铣刀都斜面精加工结果三、桶盖凹模设计1.打开桶盖文件，如图3-12.但基层别，在数次别选项中输入“4”，点击确定按钮 3.选择“绘图/曲面/曲面补正”，进行曲面偏移，选择全部曲面，单击按钮。4.在偏移距离输入“1”，选择移动，单击确定按钮，结果如图3-2所示。 3-1 打开的桶盖文件 3-2 曲面偏移结果4. 单击层别，弹出对话框在次数栏输入“5”，打开第1层关闭2-4层，单击确定按钮5. 单击顶部工具栏中的俯视构图面按钮，选择图3-3端点P10，选择“绘图/矩形”，绘制矩形6. 在弹出的矩形参数设定对话框中输入如图3-4所示参数，单击确定按钮 图3-3构图设定 图3-4矩形参数设定7系统提示选择矩形放置位置，选择如图3-3所示端点P10，ESC键退出命令，点击全视图按钮 图3-58.单击层别，弹出对话框，在次数栏中输入“6”，关闭1层，单击确定9. 选择“绘图/曲面/修整延伸曲面到边界”，进行曲面修剪延伸10.选择“绘图/曲面/修剪/修剪到曲线” 选择“连接”进行连接选择，选择如图3-6所示矩形P11，点击确定结果如图3-7图3-5生成矩形图3-6 Flat曲面截面选择11单击层别，弹出对话框，打开14层，单击确定，结果如图3-8所示图3-生成Flat曲面图3-8打开图层结果11.选择“转换/旋转”框选所有曲面，单击按钮，弹出旋转对话框如图3-9所示。12.输入如图3-10所示的数据，单击按钮，旋转结果如图3-4所示。 图3-9旋转参数设定 图3-10旋转结果13.点击层别，弹出图层设定对话框在次数栏中输入“7”，关闭1、2、3、5、6层，点击确定按钮，结果如图3-1114，选择“绘图/曲面/修整延伸曲面到边界”进行曲面修剪延伸，在命令行输入“20”，确认15.结果如图3-11图3-11 曲面延伸结果16.单击层别，弹出对话框，打开第六层，确定。结果如图3-1217.选择“绘图/曲面/修整延伸曲面到边界”进行曲面修剪延伸，提示选着第1组曲面，选择如图P14，提示选择第2组曲面，选择如图P15 ，确定18系统提示选择保留区域，选择如图P14处出现一个箭头，单击左键，点击顶部工具栏中的动态旋转视图按钮，如图3-13，选择曲面P16，出线箭头，单击鼠标左键图3-12 曲面修剪选择图3-13 曲面修剪选择19单击顶部工具栏中的等视角图按钮，凹模如图3-14所示图3-14 曲面修剪四 桶盖凹模加工4.1加工工艺（工厂）数控加工工序卡片厂品名称零件名称材料零件图号液化气灶旋钮工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间工步号工步内容加工面刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度Mm/min被吃刀量mm备注1对凹模放射粗加工T012515006002.0预留量0.52对凹模平行粗加工T02625004001.0预留量0.23对凹模等高粗加工T031215005000.5预留量0.24对凹模放射精加工T04625004000.5预留量0.15对凹模放射精加工T05325003000.5编制叶俊成审核叶俊成批准共1页第1页4.2加工前的准备把图形中心移动坐标原点，图形最高点移到Z=0位置1. 点击层别，弹出对话框，打开第5层，关闭4、6层，点击确定2. 单击俯视构图面按钮，选择“转换/平移”，框选所有图素，单击按钮，弹出对话框,，选择如图4-1所示线段P21,P22，然后选择平移终止点，直接用键盘输入“X=0”，“Y=0”，“Z=0”，按键确认。并输入如图2-4所示参数。3. 点击层别，弹出对话框，在数次栏输入“8”关闭第“7”层，确定。4. 单击顶部工具栏的清楚颜色按钮，刷新视图。图4-1转移图形选择4.3采用25的圆鼻刀对凹模放射出加工，（预留量为0.5）1.单击顶部工具栏中的俯视构图面按钮2. 单击“机床类型/铣床/默认”，进行曲面放射粗加工，弹出如图4-2所示界面。3.单击“刀具路径/曲面粗加工/粗加工放射状加工”，弹出如图4-3所示对话框。4.单击按钮，框选所有曲面单击按钮，单击按钮，弹出如图4-5所示刀具路径曲面选取对话框。 图4-2加工操作管理栏 图4-3选取工件的形状5.单击图4-4中圈起来的按钮，选择如图4-5所示的平面P7为干涉面，单击按钮，单击按钮。 图4-4刀具路径的曲面选择 图4-5干涉面选择6.系统弹出曲面放射粗加工对话框，选择一把25的圆鼻刀，刀具参数设定如4.1数控加工工序卡片所示，单击按钮，选择放射粗加工圆心点，系统生成放射粗加工刀具路径。7.单击加工操作管理栏“属性”下的“材料设置”如图4-6所示，进行工件参数设定，在弹出的对话框中输入如图4-7所示的的工件设定参数，单击按钮。 图4-6操作管理界面 图4-7工件参数设定8. 单击操作管理栏中的按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图4-8所示。 图4-8 25圆鼻刀放射家过年结果图9. 单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。4.4采用6的圆鼻刀对凹模平行区域粗加工（预留量0.2）4.4.1平行区域粗加工前准备1.在主界面工具栏中，直接键盘输入“Z5”,按Enter键确认。单击按钮，单击按钮。2.选择“绘图/矩形形状设置”，选择“一点”，如图4-9所示，并输入参数“宽50.0，长12.0” 确定。系统提示中心放置位置，选择起点命令3.ESC退出命令，点击全视图按钮，结果如图4-10 图4-9 矩形参数设定 图 4-10生成矩形 4.4.2平行区域粗加工1. 单击工具栏中的按钮，选择“刀具路径/曲面粗加工/粗加工平行铣削加工”，弹出选择工件形状对话框。单击按钮，框选所有曲面，单击按钮，弹出刀具路径的曲面选择对话框，单击按钮。2. 系统弹出曲面粗加工平行铣削对话框，选择一把6的圆鼻刀，刀具参数设置如表4-1所示，选择该对话框中的“曲面加工参数”选项卡，单击其中的按钮，按组合键Alt+T关闭刀具路径显示，单击如图4-11,4-12中圈起的按钮。 图4-11刀具路径的曲面选择 图4-12串连选项3. 弹出如图4-13所示的对话框，选择串连命令，进行连接选择，选择如图所示的矩形边P24，单击按钮，结束区域选择。图4-13 区域加工选择4. 选择该对话框中的“粗加工平行铣削参数”选项卡，输入如图4-14所示的参数，单击切削深度按钮，输入如图4-15所示的参数，单击按钮，系统生成平行区域粗加工刀具路径。图4-14 “粗加工平行铣削参数”选项卡图4-15 切削深度的设定5. 单击按钮，结束对话框，按组合键Alt+T，打开刀具路径显示。6. 操作管理界面如图4-16所示，分别单击按钮，按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图4-17所示。 图4-16 操作管理界面 图4-17 6圆鼻刀平行区域粗加工结果7. 单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。4.5采用12的圆鼻刀对凹模等高外形粗加工（预留量为0.2）1.选择“刀具路径/曲面粗加工/粗加工等高外形加工”，弹出选取工件形状对话框。2.单击按钮，框选所有曲面，单击按钮，弹出刀具路径曲面选取对话框。 3.单击图4-18中圈起来的按钮，选择如图4-19所示的平面P25为干涉面，单击按钮，单击按钮。 图4-18 刀具路径的曲面选取 图4-19 干涉面选取4. 系统弹出曲面等高外形粗加工对话框，选择一把12圆鼻刀刀，参数设定如图4-1数控加工工序卡片所示，单击按钮。5. 操作管理界面如图4-20所示，分别单击按钮，按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图4-21所示。6. 单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。图4-20 操作管理界面 图4-21 12 圆鼻刀粗加工结果4.6采用6球刀对凹模放射精加工（预留量为0.1）1. 击“刀具路径/曲面精加工/精加工放射状加工”，弹出选取工件形状对话框。2.单击按钮，框选所有曲面，单击按钮，弹出刀具路径曲面选取对话框。 3.单击图4-22中圈起来的按钮，选择如图4-23所示的平面P26为干涉面，单击按钮，单击按钮。 图4-22 刀具路径的曲面选取 图4-23 干涉面选取4. 系统弹出曲面精加工放射状对话框，选择一把6球刀，参数设定如图4-1数控加工工序卡片所示，单击按钮。5. 系统提示选择放射精加工圆心点，选择如图4-23所示的P26，系统生成放射精加工刀具路径。6. 操作管理界面如图4-24所示，分别单击按钮，按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图4-25所示。7.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。 图4-19 操作管理界面 图4-20 6球刀精加工结果4.7采用3的球刀对凹模放射精加工1 单击“刀具路径/曲面精加工/精加工放射状加工”，弹出选取工件形状对话框。2.单击按钮，框选所有曲面，单击按钮，弹出刀具路径曲面选取对话框。 3.单击图4-26中圈起来的按钮，选择如图4-27所示的平面P27为干涉面，单击按钮，单击按钮。 图4-26 刀具路径的曲面选取 图4-27 干涉面选取4.系统弹出曲面精加工放射状对话框，选择一把3球刀，参数设定如图4-1数控加工工序卡片所示，单击按钮。5.系统提示选择放射精加工圆心点，选择如图4-28所示的P27，系统生成放射精加工刀具路径。6.操作管理界面如图4-29所示，分别单击按钮，按钮，进行实体加工模拟，系统弹出实体加工模拟播放对话框，单击执行按钮，加工结果如图4-30所示。 图4-19 操作管理界面 图4-20 3球刀精加工结果7.单击实体加工模拟播放对话框右上角的按钮，关闭实体加工模拟。思考题：自己设计一简单零件，将该零件的凸凹模设计出来并打印，并分别编制该凸模和凹模的加工工艺。截图：零件的线架结构图、生成模型的曲面图、由曲面生成的凸模、凹模图、凸凹模最后加工操作管理对话框、最后的实体加工结果。实验三 线切割加工及测量一 实验目的1 了解编程方法和影响线切割加工工艺指标的因素；2 掌握调整机床电参数的方法。二 实验内容记录切割矩形块时每段的切割时间，并计算每段的切割速度(生产率)。然后在光学显微镜下观察矩形块切口面每段的质量(指粗糙度)，并测量矩形块和凹槽各段的宽度，将结论一一填入表中。最后计算出各段的间隙补偿量f(mm)，再总结出间隙补偿量f的计算公式。三 实验设备DKM5800Z-3型数控电火花线切割机床一台及相关软件。四 实验步骤每个同学根据表1中给定的实验数据，在数控线切割机床上切割矩形块，将所得结论记录到表1的适当空格中。该实验要求同学记录切割矩形块(凹槽)时每段的切割时间，并计算每段的切割速度(生产率)。然后在光学显微镜下观察矩形块切口面每段的质量(指粗糙度)，分别与表面粗糙度为，的电火花标准试样相比较，并测量矩形块和凹槽各段的宽度，将结论一一填入表1中。最后计算出各段的间隙补偿量，再总结出间隙补偿量的计算公式。材料：淬硬钢板，厚度图1 工件尺寸图表1 实验数据和记录、结论切割加工段给定数据记录数据计算数据脉宽微秒高频管数只电压电流切割时间生产率/粗糙度块宽槽宽间隙补偿量间隙补偿量的计算公式第一段（ab）40470第二段（bc）30470第三段(cd)20460第四段(dc)（二次切割）2250第五段(cd)（三次切割）2250第六段（def）30470五 思考题简要说明影响线切割工艺指标的控制参数，并简述各控制参数对线切割工艺是如何影响的。实验四 实体3D打印技术3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。1发展历程3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。12013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。2技术原理日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。类 型累 积 技 术基 本 材 料挤压熔融沉积式 (FDM）热塑性塑料，共晶系统金属、可食用材料线电子束自由成形制造(EBF)几乎任何合金粒状直接金属激光烧结（DMLS）几乎任何合金电子束熔化成型（EBM）钛合金选择性激光熔化成型(SLM)钛合金，钴铬合金，不锈钢，铝选择性热烧结（SHS）热塑性粉末选择性激光烧结（SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末粉末层喷头3D打印石膏3D打印 (PP)石膏层压分层实体制造（LOM）纸、金属膜、塑料薄膜光聚合立体平板印刷（SLA）光硬化树脂数字光处理 (DLP)光硬化树脂3打印过程3.1三维设计三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。3.2切片处理打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex 系列还有三维Systems ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。 用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。3.3完成打印三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。4限制因素材料的限制虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印， 但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。机器的限制3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是那些运动的物体和它们的清晰度就难 以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行。知识产权的忧虑在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。道德的挑战道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的，如果有人打印出生物器官和活体组织，在不久的将来会遇到极大的道德挑战。花费的承担3D打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台3D打印机的售价为1万5。如果想要普及到大众，降价是必须的，但又会与成本形成冲突。每一种新技术诞生初期都会面临着这些类似的障碍，但相信找到合理的解决方案3D打印技术的发展将会更加迅速，就如同任何渲染软件一样，不断地更新才能达到最终的完善。5社会评价3D打印技术是无法应用于大量生产，所以有些专家鼓吹3D打印是第三次工业革命，这个说法只是个噱头。富士康为苹果代工生产iPhone已经多年。郭台铭以3D打印制造的手机为例，说明3D打印的产品只能看不能用，因为这些产品上不能加上电子元器件，无法为电子产品量产。3D打印即使不生产电子产品，但受材料的限制，可以生产的其他产品也很少，即使生产出来的产品，也无法量产，而且一摔就碎。3D打印的确更适合一些小规模制造，尤其是高端的定制化产品，比如汽车零部件制造。虽然主要材料还是塑料，但未来金属材料肯定会被运用到3D打印中来，克伦普说，3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业，未来可应用的范围会越来越广。6应用领域6.1海军舰艇2014年7月1日，美国海军试验了利用3D打印等先进制造技术快速制造舰艇零件，希望借此提升执行任务速度并降低成本。2014年6月24日至6月26日，美海军在作战指挥系统活动中举办了第一届制汇节，开展了一系列“打印舰艇”研讨会，并在此期间向水手及其他相关人员介绍了3D打印及增材制造技术。美国海军致力于未来在这方面培训水手。采用3D打印及其他先进制造方法，能够显著提升执行任务速度及预备状态，降低成本，避免从世界各地采购舰船配件。美国海军作战舰队后勤科副科长Phil Cullom表示，考虑到成本及海军后勤及供应链现存的漏洞，以及面临的资源约束，先进制造与3D打印的应用越来越广，他们设想了一个由技术娴熟的水手支持的先进制造商的全球网络，找出问题并制造产品。6.2航天科技2014年9月底，NASA预计将完成首台成像望远镜，所有元件基本全部通过3D打印技术制造。NASA也因此成为首家尝试使用3D打印技术制造整台仪器的单位。这款太空望远镜功能齐全，其50.8毫米的摄像头使其能够放进立方体卫星（CubeSat，一款微型卫星）当中。据了解，这款太空望远镜的外管、外挡板及光学镜架全部作为单独的结构直接打印而成，只有镜面和镜头尚未实现。该仪器将于2015年开展震动和热真空测试。这款长50.8毫米的望远镜将全部由铝和钛制成，而且只需通过3D打印技术制造4个零件即可，相比而言，传统制造方法所需的零件数是3D打印的5-10倍。此外，在3D打印的望远镜中，可将用来减少望远镜中杂散光的仪器挡板做成带有角度的样式，这是传统制作方法在一个零件中所无法实现的。2014年8月31日，美国宇航局的工程师们刚刚完成了3D打印火箭喷射器的测试，本项研究在于提高火箭发动机某个组件的性能，由于喷射器内液态氧和气态氢一起混合反应，这里的燃烧温度可达到6000华氏度，大约为3315摄氏度，可产生2万磅的推力，约为9吨左右，验证了3D打印技术在火箭发动机制造上的可行性。本项测试工作位于阿拉巴马亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心，这里拥有较为完善的火箭发动机测试条件，工程师可验证3D打印部件在点火环境中的性能。制造火箭发动机的喷射器需要精度较高的加工技术，如果使用3D打印技术，就可以降低制造上的复杂程度，在计算机中建立喷射器的三维图像，打印的材料为金属粉末和激光，在较高的温度下，金属粉末可被重新塑造成我们需要的样子。火箭发动机中的喷射器内有数十个喷射元件，要建造大小相似的元件需要一定的加工精度，该技术测试成功后将用于制造RS-25发动机，其作为美国宇航局未来太空发射系统的主要动力，该火箭可运载宇航员超越近地轨道，进入更遥远的深空。马歇尔中心的工程部主任克里斯认为3D打印技术在火箭发动机喷油器上应用只是第一步，我们的目的在于测试3D打印部件如何能彻底改变火箭的设计与制造，并提高系统的性能，更重要的是可以节省时间和成本，不太容易出现故障。本次测试中，两具火箭喷射器进行了点火，每次5秒，设计人员创建的复杂几何流体模型允许氧气和氢气充分混合，压力为每平方英寸1400磅。2014年10月11日，英国一个发烧友团队用3D打印技术制出了一枚火箭，他们还准备让这个世界上第一个打印出来的火箭升空。该团队于当地时间在伦敦的办公室向媒体介绍这个世界第一架用3D打印技术制造出的火箭。团队队长海恩斯说，有了3D打印技术，要制造出高度复杂的形状并不困难。就算要修改设计原型，只要在计算机辅助设计的软件上做出修改，打印机将会做出相对的调整。这比之前的传统制造方式方便许多。既然美国宇航局已经在使用3D打印技术制造火箭的零件，3D打印技术的前景是十分光明的。据介绍，这个名为“低轨道氦辅助导航”的工程项目由一家德国数据分析公司赞助。打印出的这枚火箭重3公斤，高度相当于一般成年人身高，是该团队用4年时间、花了6000英镑制造出来的。等一笔1.5万英镑的资助确定之后，他们将于今年底在新墨西哥州的美国航天港发射该火箭。一个装满氦的巨型气球将把火箭提升到20000米高空，装置在火箭里的全球定位系统将启动火箭引擎，火箭喷射速度将达到每小时1610公里。之后，火箭上的自动驾驶系统将引导火箭回返地球，而里头的摄像机将把整个过程拍摄下来。6.3医学领域3D打印头盖骨2014年8月28日，46岁的周至农民胡师傅在自家盖房子时，从3层楼坠落后砸到一堆木头上，左脑盖被撞碎，在当地医院手术后，胡师傅虽然性命无损，但左脑盖凹陷，在别人眼里成了个“半头人”。除了面容异于常人，事故还伤了胡师傅的视力和语言功能。医生为帮其恢复形象，采用3D打印技术辅助设计缺损颅骨外形，设计了钛金属网重建缺损颅眶骨，制作出缺损的左“脑盖”，最终实现左右对称。医生称手术约需5至10小时，除了用钛网支撑起左边脑盖外，还需要从腿部取肌肉进行填补。手术后，胡师傅的容貌将恢复，至于语言功能还得术后看恢复情况。3D打印脊椎植入人体2014年8月，北京大学研究团队成功地为一名12岁男孩植入了3D打印脊椎，这属全球首例。据了解，这位小男孩的脊椎在一次足球受伤之后长出了一颗恶性肿瘤，医生不得不选择移除掉肿瘤所在的脊椎。不过，这次的手术比较特殊的是，医生并未采用传统的脊椎移植手术，而是尝试先进的3D打印技术。研究人员表示，这种植入物可以跟现有骨骼非常好地结合起来，而且还能缩短病人的康复时间。由于植入的3D脊椎可以很好地跟周围的骨骼结合在一起，所以它并不需要太多的“锚定”。此外，研究人员还在上面设立了微孔洞，它能帮助骨骼在合金之间生长，换言之，植入进去的3D打印脊椎将跟原脊柱牢牢地生长在一起，这也意味着未来不会发生松动的情况。3D打印手掌治疗残疾2014年10月，医生和科学家们使用3D打印技术为英国苏格兰一名5岁女童装上手掌。这名女童名为海莉弗雷泽，出生时左臂就有残疾，没有手掌，只有手腕。在医生和科