計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及數(shù)控加工試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、三維產(chǎn)品及復(fù)雜曲面CAD/CAM實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院cad/caMI成技術(shù)實(shí)驗(yàn)室三維產(chǎn)品及復(fù)雜曲面CAD/CAM 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、CAD/CAM 、數(shù)控機(jī)床等方面的知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的能力。2. 實(shí)驗(yàn)要求(1) 由教師提供產(chǎn)品實(shí)物模型或?qū)W生自行選擇實(shí)物模型。(2) 由學(xué)生獨(dú)立對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行測(cè)繪，在CAD/CAM 系統(tǒng)(Pro/E、 UG、SolidWorks 等)的支撐下，在計(jì)算機(jī)上完成零件造型。(3) 在 CAD/CAM 系統(tǒng)(Pro/E、 CAXA 、 MasterCAM 等)的支撐

2、下，由學(xué)生完成數(shù)控編程和加工仿真。(4) 在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生進(jìn)行PC 通信參數(shù)的設(shè)置。(5) 在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生進(jìn)行在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工的模擬仿真及空走刀。(6) 在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行工件的實(shí)切。3. 注意事項(xiàng)(1) 實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)前熟知有關(guān)知識(shí)。(2) 實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)前制定出可行的實(shí)驗(yàn)方案，列出所使用的機(jī)床、刀具、輔 具、量具清單，交實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)并約定實(shí)驗(yàn)時(shí)間。4. 提交文檔(1) 實(shí)驗(yàn)的目的及構(gòu)想(2) 零件的二維零件圖(3) 零件的三維實(shí)體模型圖(使用軟件自定)(4) 零件的加工工藝定義(刀具、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削余量)(5) 由指導(dǎo)教師指定的零件某道工序的加

3、工過(guò)程仿真圖(6) 零件的 NC 加工程序代碼5 .主要參考文獻(xiàn)(1)機(jī)械加工工藝手冊(cè)，孟肖農(nóng)主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1992.(2)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，畢承恩、丁乃建主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1991.(3)數(shù)控加工程序編制，林潔主編，航空工業(yè)出版社，1993.MasterCAM8模具設(shè)計(jì)教程，嚴(yán)烈主編，冶金工業(yè)出版社 .(5)相關(guān)課程教材6 .成績(jī)判定由實(shí)驗(yàn)室工作人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、進(jìn)行的情況及所提交的文檔，并以口頭 提問(wèn)、單項(xiàng)抽查等方式對(duì)實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行個(gè)別考核后，綜合評(píng)定成績(jī)。7 .數(shù)控銃床編程注意事項(xiàng)(1)工件坐標(biāo)系的確定及程序原點(diǎn)的設(shè)置工件坐標(biāo)系采用與機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系一致的坐標(biāo)方向，由于數(shù)控銃床或加工

4、中心通常采用G54G5歿定坐標(biāo)系。因此工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)(即程序原點(diǎn))地 選擇要便于測(cè)量或?qū)Φ?，同時(shí)要便于編程計(jì)算。(2)刀具半徑確定刀具半徑的確定要考慮以下三點(diǎn)因素：刀具半徑應(yīng)小于加工輪廓凹處的最 小曲率半徑或圓弧半徑；粗加工要盡量采用半徑較大的刀具，但必須避免加工 中的干涉；要考慮刀具尺寸與零件輪廓尺寸的協(xié)調(diào)問(wèn)題。(3)刀具半徑補(bǔ)償二維輪廓加工一般采用刀具半徑補(bǔ)償，在刀具半徑補(bǔ)償有效之前，刀具應(yīng) 遠(yuǎn)離零件輪廓適當(dāng)?shù)鼐嚯x，且應(yīng)與選定的切入點(diǎn)和進(jìn)刀方式協(xié)調(diào)，保證刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠行?，避免誤切零件。如圖理論輪屏之、切入點(diǎn)起刀點(diǎn)64喃口”大子之借刀具直徑a)合理方式安全高度對(duì)于銃削加工，起刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)

5、必須離開加工零件上表面一個(gè)安全高度， 保證刀具在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，不與加工零件和夾具發(fā)生碰撞。在安全高度位置時(shí)刀 具中心（或刀尖）所在地平面也稱為安全面，如圖 2所示。匕I安全面工件上表面圖2 安全面高度安學(xué)高度（5）進(jìn)/退刀方式刀具切入工件的方式，既影響加工質(zhì)量，也關(guān)系到加工的安全，對(duì)于二維輪廓，一般要求從側(cè)向或切線方向進(jìn)刀，盡量避免垂直進(jìn)刀，如圖 3。退刀方 式也應(yīng)從側(cè)向或切線退刀。刀具從安全面高度下降到切削高度時(shí)，應(yīng)離開工件 毛坯邊緣一個(gè)距離，不能直接貼著零件理論輪廓直接下刀，以免發(fā)生危險(xiǎn)，下 刀過(guò)程不要用快速運(yùn)動(dòng)指令（G0。，而要用直線插補(bǔ)指令（G0D。如圖4所示。a）切線方向進(jìn)刀起刀點(diǎn)g巾

6、）G01退刀線 ，:李10取消白4?6口1進(jìn)刀蛀i學(xué)2補(bǔ)信;b）側(cè)向方向進(jìn)刀圖3進(jìn)/退刀方式圖4 下刀過(guò)程（6） NC 代碼規(guī)范實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有數(shù)控加工設(shè)備的控制系統(tǒng)主要有FAUNC 和 SIMEMENS， 如果使用 DNC 方式進(jìn)行NC 代碼從計(jì)算機(jī)到數(shù)控機(jī)床的傳送，其代碼格式上有所區(qū)別，以下的代碼顯示了兩種系統(tǒng)下的代碼規(guī)范。SIMEMENS；碼格式：（文件名 test.nc ）%_N_TEST_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRG64N106G0G90G54X-40Y-60S400M3N108G43H21Z10.M8N110Z1.N112G1Z-14.F300.N114X-53.Y-60

7、.Z-16.F500.N116X58.Y60.Z-14.N118G0Z1.N120Z10.N122M5N124M9N126M30%程序的第一行代碼中的“TEST”代表該程序存儲(chǔ)在硬盤上的文件名。即_N_程序文件名_MPF。在使用RS232進(jìn)行代碼傳送時(shí)必須遵從這個(gè)規(guī)范。FAUNC弋碼格式：（文件名 O9513）%N106G0G90G54X-40Y-60S400M3N108G43H21Z10.M8N110Z1.N112G1Z-14.F300.N114X-53.Y-60.Z-16.F500.N116X58.Y60.Z-14.N118G0Z1.N120Z10.N122M5M9N6560M30%8.

8、MasterCAM三維加工舉例MasterCAM系統(tǒng)是美國(guó)CNC Software , Inc.公司開發(fā)的基于微機(jī)平臺(tái)的 CAD/CAMK成系統(tǒng)，側(cè)重于數(shù)控加工編程，其曲線、曲面設(shè)計(jì)功能是為數(shù)控加 工編程服務(wù)的，具有25軸數(shù)控銃削加工編程能力、線切割加工編程能力和車 削加工編程能力。在模具制造業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛。其CAD真組包含如下功能： 2D圖形的構(gòu)建、3D線框圖形的構(gòu)建、高階曲線圖形的構(gòu)建、曲面圖形的構(gòu)建、 尺寸標(biāo)注、圖形編輯、動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、圖形的陰影處理；CAM模塊包含如下功能：1）銃床2D模塊，提供2軸加工2）銃床2.5D模塊，提供22.5軸加工3）銃床3D模塊，提供25軸加工4）車床模塊

9、，提供2軸加工5）線切割模塊，提供24軸加工6）沖床模塊，提供沖剪及展開功能7）火焰切割及激光加工模塊本節(jié)將以十字形水管接頭（如圖5所示）為伊介紹MasterCAM1口工零件 的整個(gè)過(guò)程。其操作步驟如下：圖5 零件實(shí)體圖（1）幾何造型步驟1）在主功能區(qū)依次單擊“檔案”、“開啟新檔”命令，新建一個(gè)文件。2）在子功能區(qū)設(shè)置Z軸深度為30。3）在主功能區(qū)依次單擊“繪圖”、“矩形”、“中心點(diǎn)”命令，輸入中心點(diǎn)坐 標(biāo)“0, 0”，矩形寬度“150”，高度“100”。R半輕值A(chǔ)圓角角度S T修曹延伸YC串連4）返回主功能表，在主功能區(qū)依次單擊“修整”、“倒圓角” 命令。單擊“半徑值”，輸入圓弧半徑“ 20

10、”，設(shè)置“圓角 角度”和“修剪延伸”為“ S'和"Y”。主功能區(qū)如右圖 所示。5）單擊“串連”，選擇工作區(qū)中的矩形后單擊“執(zhí)行”，結(jié)果如圖6所示6）返回主功能表，然后在主功能區(qū)依次單擊“繪圖”、“圓弧”，“點(diǎn)半徑圓” 命令。分別以四個(gè)倒圓角的圓心為圓心，繪制四個(gè)半徑為“10”的圓。結(jié)果如圖7所示。7）在子功能區(qū)中，將視角和構(gòu)圖面均設(shè)置為側(cè)視圖。8）設(shè)置Z軸深度為35。9）返回主功能表，然后在主功能區(qū)依次單擊“繪圖”、“圓弧”，“極坐標(biāo)”、 “圓心點(diǎn)”命令。輸入圓心坐標(biāo)“ 0,-30"，半徑為20,起始角為“ 0” 和終止角為“180”。10）在子功能區(qū)中，設(shè)置Z軸深

11、度為-35。然后執(zhí)行第9步操作。11）在子功能區(qū)中，將視角和構(gòu)圖面均設(shè)置為前視圖。12）執(zhí)行第810步操作。將視圖設(shè)置為等角視圖，結(jié)果如圖88所示。圖813）返回主功能表，在主功能區(qū)中依次單擊 “繪圖”、“曲面”、“直紋曲面”、 “單體”命令，在工作區(qū)中單擊 P1和P2點(diǎn)，如圖8所示。14）依次單擊“執(zhí)行”、“執(zhí)行”命令，得到一個(gè)直紋曲面，用同樣的方法生 成另外的一個(gè)直紋曲面。結(jié)果如圖 9所示。15）返回主功能表，在主功能區(qū)中依次單擊 “繪圖”、“曲面”、“直紋曲面”、 “串連”、“部分”，在工作區(qū)中點(diǎn)擊P3點(diǎn)，設(shè)置“等候”為“ Y”，然后 依次點(diǎn)擊P4 P5點(diǎn)。單擊“結(jié)束選擇”，第一個(gè)輪廓選

12、擇完畢，同樣地 在工作區(qū)中選擇P& P7、P8點(diǎn)，結(jié)束第二個(gè)輪廓的選擇，單擊“執(zhí)行”、 “執(zhí)行"，結(jié)果如圖10所示。16）返回主功能表，在主功能區(qū)中依次單擊 “繪圖”、“曲面”、“倒圓角面”、 “曲面/曲面”命令，輸入倒圓角半徑值10。設(shè)置“修剪延伸”為“ N'。17）選擇兩個(gè)直紋曲面，單擊“執(zhí)行”命令，結(jié)果如圖所示18)至此，零件的三維曲面已經(jīng)生成。（2）生成刀具路徑步驟19）在主功能區(qū)中依次單擊“刀具路徑”、“曲面加工”、“精加工”，“放射狀” 命令，主功能區(qū)將提示選擇曲面。依次選擇“所有的”、“曲面”、“執(zhí)行” 彈出如圖11所示的放射狀精加工窗口。圖11刀具參數(shù)

13、設(shè)置20）在放射狀精加工窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的右鍵快捷菜單中選擇“建立新的刀具”命令。彈出如圖1212所示窗口，單擊“刀具類型” 標(biāo)簽并選擇球刀。21）單擊“ToolFlat End Mill ”標(biāo)簽，并按圖1212所示設(shè)置刀具參數(shù) 22）單擊“參數(shù)”標(biāo)簽，按圖13所示設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。圖12刀具定義對(duì)話框（1）圖13 刀具定義對(duì)話框（2）23）單擊“確定”按鈕，回到“放射狀加工”窗口，在該窗口單擊“切削參 數(shù)”標(biāo)簽，按圖14所示設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。24）在“放射狀加工”窗口中點(diǎn)擊”放射加工參數(shù)”標(biāo)簽，按圖 15所示設(shè) 置各項(xiàng)參數(shù)。放射板軸匐工-DA同lUTEEj5AMiPtf4口 art施 |

14、|W .CC娟何隹存 荷中以后稼r悔rn k地*點(diǎn)株缸E4a I ir蹌無(wú)任存“空過(guò)巨后?陽(yáng)U提IFR“正in置jo3T Y匚段:3.力叱面忘卻工* r ur機(jī)行干涉稻香不等面fTur定受博夠明w 取消圖14切削參數(shù)設(shè)置放射世朝拓工-DzMDLL7Na,i1£AMPll.NCI 屬眸力明尊|網(wǎng)蟀 EHwmziE® |颼薩 即忸削方式=麗麗13o O苗由內(nèi)而外r由外而內(nèi)邊除設(shè)定.一圖15 加工參數(shù)設(shè)置25）設(shè)置好后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕退出“放射狀精加工”窗口，此時(shí)提示選 擇旋轉(zhuǎn)原點(diǎn)，設(shè)置子功能區(qū)中的Z軸深度為“0”，然后輸入原點(diǎn)“0, 0”, 工作區(qū)中將出現(xiàn)曲面加工的刀具路徑，

15、如圖16所示。圖1626）返回主功能區(qū)，單擊“刀具路徑”、“挖槽加工”命令，在工作區(qū)中選擇四個(gè)小圓進(jìn)行挖槽加工。單擊“執(zhí)行”命令，彈出如圖 11所示對(duì)話框 （此時(shí)窗口的標(biāo)題應(yīng)為挖槽），新建3的平銃刀。27）返回“挖槽”窗口。在該窗口單擊挖槽參數(shù)標(biāo)簽，按圖17所示設(shè)置各參數(shù)。fsfll DtMiLiTr«i»MrLE,hri JSttRR亙蘇性在些敵|相口1工/初二里數(shù)|F 安一高貫.甌H蛔對(duì)座標(biāo) 廣J4號(hào)生標(biāo)r ，考一黑.|廣絕對(duì)應(yīng)好# WSE施將oogrmff <8相蛆對(duì)星玩c電量度而 斤快感美與工牘面.，| fo- 密維對(duì)屋陸 廣中通莊存哂度|-相的對(duì)星玩r玷星座

16、行-韜隹方向疔怏銃逆蒞刀區(qū)補(bǔ)正泣造 閏英 三ZJS35<1r獨(dú)h段岸雅卻用r獨(dú)科rstn工火前一投 to工n具立徑口 分層循削.I r 一一再加工|尸 |清/"到睡|球定 | 取消圖1728）在“挖槽”窗口中單擊“粗加工/精加工參數(shù)”標(biāo)簽并按圖18所示設(shè)置 各項(xiàng)參數(shù)。設(shè)置好后，單擊“確定”按鈕退出挖槽窗口，此時(shí)工作區(qū)中 的刀具路徑如圖19所示。29）在計(jì)算過(guò)程中，一個(gè)表面上會(huì)有許多多余的點(diǎn)被計(jì)算。因此每計(jì)算完一 個(gè)刀具軌跡，都要經(jīng)過(guò)程序過(guò)濾，把不必要的刀位點(diǎn)剔除，這樣可以有 效的縮小數(shù)控加工程序，特別是對(duì)復(fù)雜型腔進(jìn)行精加工。返回主功能區(qū), 單擊“ NC公用管理”，單擊“程序過(guò)濾

17、”。圖18圖19（3）加工過(guò)程仿真30）返回到“刀具路徑”功能區(qū)，點(diǎn)擊“操作管理”，彈出如圖20所示對(duì)話 框，二1旦1國(guó)連押郎有例t理吃役電I I一福 孫除-I酹打井美閉坦擇圖索工作棒用怖Dot檔刀具跖徑顯示EIR通徑顯示OFF重/i悸進(jìn)船率設(shè)定報(bào)旅從母媽醫(yī)中取餌賢科1（存到費(fèi)科庫(kù)圖2031）單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中，點(diǎn)擊“工作設(shè)定”命令，按圖 21所示設(shè)置工件材料和各項(xiàng)工作參數(shù)。32）點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，返回“操作管理”對(duì)話框，點(diǎn)擊“選擇所有”選擇 所有的刀具路徑，單擊“ N-See 2000”按鈕，彈出所示“選取模式”對(duì) 話框（圖22）,設(shè)置好后單擊“ OK按鈕退出該對(duì)話框。33）在主功能區(qū)單擊“執(zhí)行”命令， N-See 2000將在工作區(qū)中以三維立體 的方式顯示生成的刀具路徑對(duì)工件原材料進(jìn)行銃削后的形狀。如圖所 示。圖21圖22后置處理34）返回到“操作管理”對(duì)話框，點(diǎn)擊“后處理”按鈕，按提示進(jìn)行操作， 輸入NC文件的文檔名，MasterCAM等生成的NC程序代碼用自帶的編輯 器