《機械CAD-CAM上機指導及練習教程》課件第1章

第1章機械CAD/CAM系統(tǒng)軟件1.1UGNX系統(tǒng)1.2Pro/E系統(tǒng)1.3其它典型機械CAD/CAM軟件簡介1.4思考題

20世紀90年代以后，隨著改革開放的深入和經(jīng)濟全球化步伐的加快，我國在CAD/CAM領(lǐng)域與世界迅速接軌。UG、CATIA、Pro/E、I-DEAS、Solidworks、Solidage、Cimatron等世界領(lǐng)先的CAD/CAM軟件紛紛進入我國，并在國內(nèi)的生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本章主要介紹幾款目前國內(nèi)應(yīng)用較廣泛又各具特色的軟件。1.1UGNX系統(tǒng)1.1.1UGNX系統(tǒng)的特點及組成模塊

1．UGNX的主要特點

UGNX是UGS公司的新一代CAD/CAM產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。其主要特點為：

(1)提供無縫集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。UG是一個集CAD/CAE/CAM于一體的集成化系統(tǒng)，應(yīng)用UG可以完成產(chǎn)品從概念設(shè)計、外觀造型、詳細設(shè)計、圖紙生成、運動與受力受熱分析、零件數(shù)控自動編程到文檔建立的全過程。整個系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，使得各模塊能完全相關(guān)地共享零件和產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)，減少了同類型數(shù)據(jù)的重復(fù)存取，也為協(xié)同工作提供了基礎(chǔ)。

(2)支持自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計。該系統(tǒng)從整體的產(chǎn)品概念出發(fā)開始產(chǎn)品的設(shè)計過程。它從產(chǎn)品總體設(shè)計入手，通過應(yīng)用主模型技術(shù)、自頂向下的設(shè)計方法和上下文設(shè)計，逐步設(shè)計出每一個零件。小到家庭用品，大到復(fù)雜的機械，UG都可以為用戶提供產(chǎn)品級的解決方案。

(3)支持協(xié)同工作。設(shè)計過程在Internet技術(shù)的支持下，可以多人異地協(xié)同工作，每人負責自己的設(shè)計任務(wù)。在各自的設(shè)計任務(wù)與訪問權(quán)限下，同一產(chǎn)品的設(shè)計階段甚至加工階段可以同時進行，由系統(tǒng)完成產(chǎn)品的自動更新。不同的設(shè)計人員和工程師都可以在同一時間對產(chǎn)品范圍內(nèi)的不同零件、不同組件和不同子裝配進行工作，這就意味著某個設(shè)計人員在產(chǎn)品下的改動可以立即被所有的產(chǎn)品相關(guān)人員捕捉和獲得。同一模型文件中，各幾何對象之間保持完全的相關(guān)性。

(4)提供了基于知識的專家設(shè)計模塊。該系統(tǒng)利用知識驅(qū)動的方法，集合了設(shè)計專家的智慧，針對具有通用性的不同產(chǎn)品設(shè)計，提供了多個智能化的模塊。目前已經(jīng)開發(fā)的智能模塊有主要針對塑料模具設(shè)計的模具向?qū)?MoldWizard)、主要針對齒輪傳動裝置設(shè)計的齒輪工程向?qū)?GearEngineering)、主要針對金屬沖壓模具的沖模工程向?qū)?DieEngineeringWizard)等，并且這些模塊還在逐步增加。

(5)提供了開放式接口。UG提供了方便而先進的用戶開發(fā)工具，供用戶進行二次開發(fā)。其主要工具除了GRIP腳本設(shè)計語言外，還有OpenAPI和Open++工具。它們支持用戶通過C++和Java語言進行二次開發(fā)，支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的全部技術(shù)。同時，UG還提供了所有現(xiàn)行工業(yè)通用圖形標準格式的數(shù)據(jù)交換接口，支持如IGES、STEP、SAT、DXF、STL等流行的數(shù)據(jù)交換標準。

2．UGNX的組成模塊及其功能

(1)產(chǎn)品外觀造型(ShapeStudio)：為工業(yè)設(shè)計師或汽車造型師等提供了一個在概念設(shè)計階段自由表達設(shè)計意圖和創(chuàng)造性改進設(shè)計的集成化設(shè)計環(huán)境。

(2)產(chǎn)品裝配(Assemblies)：即產(chǎn)品的虛擬裝配模塊，支持“自頂向下”和“自底向上”的裝配建模方法，可以快速跨越裝配層來直接訪問任何組件或子裝配的設(shè)計模型；支持裝配過程中的“上下文設(shè)計”方法，因而在裝配模塊中可改變組件的設(shè)計模型。

(3)零件建模(Modeling)：用于產(chǎn)品部件的三維實體特征建模，支持實體建模(SolidModeling)、特征建模(FeatureModeling)、自由形狀建模(Free-FormModeling)、鈑金特征建模(SheerMetalFeatureModeling)和用戶自定義特征(User-DefinedFeatures)等。

(4)工程制圖(Drafting)：根據(jù)已經(jīng)建立的三維模型自動生成平面工程圖，也可以利用曲線功能繪制平面工程圖。

(5)數(shù)控加工(Manufacturing)：用于數(shù)控加工自動編程，支持2軸、2.5軸、4軸和5軸的加工編程；提供車削加工、銑削加工、線切割加工等多種加工方式。

(6)產(chǎn)品分析(Analysis)：包括結(jié)構(gòu)分析模塊(Structures，即有限元分析工具)、運動分析模塊(Motion)和注塑模分析(MoldflowPartAdviser)等。

(7)其它模塊：鈑金(SheetMetal)，用于鈑金件的設(shè)計和編程技術(shù)；管道布線(Routing＆WireHarness)，為設(shè)計好的產(chǎn)品實體裝配模型設(shè)計并規(guī)劃各種管路和線路，包括水管、氣管、油管、電氣線路等；照片(UGPhoto)模塊，用于產(chǎn)生模型的真實感照片，通過反射、透明、著色、紋理等技術(shù)，使產(chǎn)品模型的照片更接近于實際產(chǎn)品的照片。1.1.2UGNX用戶界面

1．用戶界面

UGNX(這里以NX4.0為例)用戶界面如圖1.1所示。其用戶界面大致由標題欄、菜單欄、工具欄、工作區(qū)、坐標系、快捷菜單、資源工具條、提示欄和狀態(tài)欄等9個部分構(gòu)成，各部分的功能見表1.1。UG的主要應(yīng)用程序(圖標)如圖1.2所示。圖1.1UGNX用戶界面表1.1UGNX用戶界面各部分的功能圖1.2UG應(yīng)用程序

2．動態(tài)導航器

UGNX的動態(tài)導航器放在整個軟件的右邊，對于不同模塊都有各自不同的動態(tài)導航器，如圖1.3所示。在模型(部件)導航器上顯示建模的先后順序和父子關(guān)系；在裝配導航器上顯示裝配的層次關(guān)系。最重要的是，對于每一種導航器，都可以直接在相應(yīng)的項目上用鼠標右鍵單擊，在彈出的快捷菜單中快速地進行各種操作。另外，還有顯示依附關(guān)系和細節(jié)尺寸的兩個附加窗口，借助這兩個窗口，可以很方便地修改相應(yīng)的尺寸和父子關(guān)系。圖1.3動態(tài)導航器

3．工具欄定制在UG中，可以由用戶根據(jù)自己的習慣定制風格獨特的工具欄。在菜單欄中執(zhí)行“工具”→“自定義”命令，或者在工具欄空白處的任意位置單擊鼠標右鍵，從彈出的菜單中選擇“自定義”項，就可以打開“自定義”對話框，如圖1.4(a)所示。該對話框中有5個功能標簽：工具條、命令、選項、布局和角色。單擊相應(yīng)的標簽后，對話框會隨之顯示對應(yīng)的選項卡，即可進行工具欄的定制。圖1.4(b)所示為“命令”選項卡。定制完成后，執(zhí)行對話框下方的“關(guān)閉”命令，即可退出對話框。圖1.4工具欄定制對話框1.1.3UGNX的基本操作

UGNX中的基本操作有點構(gòu)造、矢量構(gòu)造、類選擇、構(gòu)造坐標系、圖層操作等。下面介紹它們的使用方法和功能。

1.點構(gòu)造點構(gòu)造是UGNX使用過程中最常遇到的操作。“點構(gòu)造器”對話框如圖1.5所示，利用該對話框可以構(gòu)造和選擇各類點?！包c構(gòu)造器”對話框中各圖標的功能如表1.2所示。表1.2“點構(gòu)造器”對話框中各圖標的功能注：在使用“點構(gòu)造器”時，可以通過偏置的方法建立點，就是在已經(jīng)存在的點的基礎(chǔ)上，通過給出其偏置值建立新的點。圖1.5“點構(gòu)造器”對話框圖1.6“矢量構(gòu)造器”對話框

2.矢量構(gòu)造矢量構(gòu)造器是UGNX用來完成矢量構(gòu)造的常用工具。例如，在將要講到的拉伸操作中，在“拉伸”對話框中單擊“方向”按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖1.6所示的“矢量構(gòu)造器”對話框，對話框中各個圖標的功能如表1.3所示。在“矢量構(gòu)造器”對話框中，可分別選擇“笛卡爾”和“球形”單選按鈕。矢量可以用它在X，Y，Z三個坐標方向上的分量I，J，K來表示，它們分別代表矢量對各坐標軸夾角的方向余弦，例如I=cosA，A為矢量在XC-YC平面上的投影與XC軸的夾角。I，J，K的參數(shù)取值范圍為實數(shù)。同時，可用圖標確定矢量的方向。表1.3“矢量構(gòu)造器”對話框中各圖標的功能

3．類選擇“類選擇”對話框如圖1.7所示。在該對話框中，通過各種過濾方式和選擇方式可以快速地選擇對象，然后對對象進行操作。選擇對象的常用方式有3種：

(1)在“名稱”文本框中輸入對象名稱來選擇對象。

(2)用鼠標直接選擇對象，系統(tǒng)會將選擇的對象加亮顯示。

(3)在“過濾方式”欄中，可采用“類型”過濾方式，也可采用“圖層”過濾方式和“顏色”過濾方式等。圖1.7“類選擇”對話框

4．構(gòu)造坐標系在UG系統(tǒng)中主要采用的是工作坐標系(WCS)。工作坐標系是用戶當前使用的坐標系，其坐標原點的位置和坐標軸的方位是可改變的。在系統(tǒng)中可以存在多個坐標系，但是只能有一個是工作坐標系。坐標系的操作方法如下：選擇“格式”→“WCS”菜單，系統(tǒng)將彈出“顯示W(wǎng)CS”下拉菜單，如圖1.8所示。選擇系統(tǒng)菜單中的選項，可以完成坐標原點位置和坐標軸方位的設(shè)置，從而完成對坐標系的操作。

坐標系平移(變化坐標系原點)：選擇“格式”→“WCS”→“WCS原點”命令，系統(tǒng)將彈出“點構(gòu)造器”對話框，如圖1.9所示。在該對話框中選擇或者建立點，坐標系的坐標原點將移動到該點，但是坐標軸方位不變。圖1.8WCS下拉菜單圖1.9“點構(gòu)造器”對話框(設(shè)置坐標原點)

旋轉(zhuǎn)工作坐標系：選擇“格式”→“WCS”→“旋轉(zhuǎn)WCS”命令，系統(tǒng)將彈出“旋轉(zhuǎn)WCS繞…”對話框，如圖1.10所示。在該對話框中，可以將當前的坐標系繞某一軸旋轉(zhuǎn)一定的角度后定義新的坐標系。例如，在圖1.10中選擇“-ZC軸：YC→XC”，則表示原坐標系繞-ZC軸進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向為從YC軸到XC軸，旋轉(zhuǎn)角度為對話框下方“角度”文本框中的設(shè)定值。圖1.10旋轉(zhuǎn)工作坐標系對話框

動態(tài)坐標系：選擇“格式”→“WCS”→“動態(tài)WCS”命令，系統(tǒng)將出現(xiàn)如圖1.11所示的“動態(tài)坐標系”。選擇動態(tài)坐標系中的移動或旋轉(zhuǎn)把手，可進行坐標系的移動或旋轉(zhuǎn)。圖1.11動態(tài)坐標系

5．圖層操作在UG中最多可以設(shè)置256個層，在每個層上可以包含任意數(shù)量的對象，所有的對象也可以位于同一個層。但是，在所有的層中，只有一個層是工作層。通過設(shè)置，可以改變其他圖層是否可見、是否可選擇等屬性。層的設(shè)置可以方便操作和管理結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而耗時較長的大型項目的設(shè)計。

1)建立層組選擇“格式”→“層設(shè)置”命令，系統(tǒng)將彈出“圖層的類別”對話框，如圖1.12所示。建立層組的操作步驟如下：

(1)在圖1.12的“類別”文本框中，輸入新建層組的名稱。設(shè)置層組的目的是為了分類管理和提高操作效率。因此，為層組命名時，應(yīng)盡量選擇具有特定意義的名稱。

(2)單擊“創(chuàng)建/編輯”按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖1.13所示的“圖層的類別”對話框，在該對話框中選擇層組所要包括的層，單擊“添加”→“確定”按鈕，新建層組完成。

圖1.12“圖層的類別”對話框圖1.13選擇層組所要包括的層

2)設(shè)置層組選擇“格式”→“層設(shè)置”命令，系統(tǒng)將彈出“圖層的設(shè)置”對話框，如圖1.14所示。在該對話框中可以對層進行設(shè)置，可以查詢層的信息，還可以對層組進行編輯，如層的選擇、層的狀態(tài)設(shè)置等。層的狀態(tài)有4種，分別為“可選”、“作為工作層”、“不可見”、“只可見”。同時，可以通過移動或復(fù)制到層操作，將所選對象在不同層之間進行移動或復(fù)制。圖1.14“圖層的設(shè)置”對話框圖1.15“新建布局”對話框

6．視圖布局視圖布局是指按照用戶定義的方式在圖形區(qū)域顯示的視圖集合。一個視圖布局最多允許同時排列9個視圖，用戶可以在布局中的任意視圖內(nèi)選擇對象，并且視圖可以隨同部件文件一起保存。“新建布局”對話框如圖1.15所示。

7．觀察對象

UG各模塊在使用過程中，常需要改變觀察對象的方法和角度，以便進行操作和分析研究，這時可用“視圖”工具條圖標(如圖1.16所示)來變換觀察對象的方式。圖標的主要功能介紹如表1.4所示(也可在繪圖區(qū)中按下鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇相同的功能)。圖1.16“視圖”工具條表1.4“視圖”工具條中各圖標的功能1.2Pro/E系統(tǒng)1.2.1Pro/E系統(tǒng)的特點及組成模塊

1．Pro/E的特點以Pro/E為代表的軟件體現(xiàn)了機械設(shè)計參數(shù)化、基于特征造型的概念，給機械設(shè)計自動化帶來了新的觀念和手段。

Pro/E具有以下特點：

(1)基于特征。特征是Pro/E軟件的基本設(shè)計單元，Pro/E以用戶每次創(chuàng)建一個特征的方式進行三維造型，如拉伸(Extrude)、旋轉(zhuǎn)(Revolve)、孔(Hole)、切除材料(Cut)、圓角(Round)等；同時，用戶可以對特征進行順序調(diào)整(Regulate)、插入(Insert)、重定義(Redefine)等編輯操作。

(2)參數(shù)化。實體特征或曲面特征一般是基于一個或幾個剖面創(chuàng)建起來的。一個剖面就是一個二維幾何圖形，它包括圖形元素、尺寸、幾何約束或尺寸參數(shù)關(guān)系式等，修改剖面尺寸會產(chǎn)生新的特征形狀。

(3)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。三維實體模型和二維工程圖是關(guān)聯(lián)的，不論是對三維實體模型還是對二維工程圖修改了尺寸，其相關(guān)的二維工程圖或三維實體模型均自動修改，同時，零件裝配、零件加工等其他相關(guān)數(shù)據(jù)也會自動改變，從而保證了圖形數(shù)據(jù)的準確性。因此，Pro/E又被稱為基于特征的、參數(shù)化的三維實體建模軟件。

2．Pro/E的組成模塊及其功能

Pro/E是由多個功能模塊組成的大型軟件，常用模塊有5個，每個模塊都有其獨立的功能。

(1)草圖模塊：用于繪制和編輯二維平面草圖。在進行零件三維特征造型時，需要進行草圖輪廓繪制。

(2)零件設(shè)計模塊：用于創(chuàng)建三維模型。這是Pro/E在產(chǎn)品設(shè)計時進行參數(shù)化實體造型最基本也是最核心的模塊。

Pro/E建模方法模仿真實的機械加工過程：首先創(chuàng)建基礎(chǔ)特征，這就相當于在機械加工之前生產(chǎn)毛坯；然后在基礎(chǔ)特征之上創(chuàng)建放置特征，如創(chuàng)建圓孔、倒角、筋特征等，每添加一個放置特征，就相當于進行一道機械加工工序。使用Pro/E進行三維模型創(chuàng)建的過程，實際上就是使用零件模塊依次創(chuàng)建各種類型特征的過程。這些特征之間可以彼此獨立，也可以相互之間存在一定的參考關(guān)系，例如特征之間存在的父子關(guān)系等。在設(shè)計中，特征之間的相互聯(lián)系不可避免，建議讀者應(yīng)盡量減少特征之間復(fù)雜的參考關(guān)系，這樣可以方便地對某一特征進行獨立的編輯修改。

(3)零件裝配模塊：使用Pro/E裝配模塊可以輕松完成零件的虛擬裝配。在裝配過程中，按照裝配要求還可以臨時修改零件的尺寸參數(shù)。另外，系統(tǒng)可使用爆炸圖的方式來顯示所有零件相互之間的位置關(guān)系，效果非常直觀。

(4)曲面模塊：用于創(chuàng)建各種類型的曲面特征。曲面模塊創(chuàng)建曲面特征的基本方法和步驟與使用零件設(shè)計模塊創(chuàng)建三維實體特征的方法非常類似。

(5)工程圖模塊：該模塊可以直接由三維實體模型生成二維工程圖。系統(tǒng)提供的二維工程圖包括：一般視圖(即通常所說的三視圖)、局部視圖、剖視圖和正投影視圖等8種視圖類型。設(shè)計者可以根據(jù)零件的表達需要靈活選取相應(yīng)的視圖類型。

(6)?Pro/E的其他模塊。Pro/E軟件作為功能強大的大型集成軟件，其內(nèi)容覆蓋產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)加工的全過程。軟件套件中還有其他十多個模塊可供選用，其中最常用的兩個模塊是：①?Pro/MANUFACTURING(制造)模塊：用于數(shù)控加工編程。②?Pro/MECHANICA(仿真)模塊：為運行于PRO/E系統(tǒng)的分析工具，能夠與第三方分析應(yīng)用程序緊密連接，也可以單獨使用。此外還有Pro/ModelCHECK(模型檢查)、Pro/CABBLING(布線系統(tǒng))、Pro/DEVELOP(二次開發(fā))、Pro/ASSEMBLY(裝配管理)、Pro/MOLDESIGN(模具設(shè)計)等模塊。這些功能模塊大多屬于選用模塊，需要用戶另外購買后才能安裝使用。1.2.2Pro/E系統(tǒng)用戶界面

1．Pro/E軟件用戶界面(以Wildfire3.0為藍本)啟動Pro/E后的用戶界面如圖1.17所示。用戶界面的區(qū)域組成及其含義如表1.5所示。圖1.17Pro/E軟件用戶界面表1.5Pro/E軟件用戶界面的區(qū)域組成及其含義

1)主菜單文件(F)編輯(E)視圖(V)插入(I)分析(A)信息(N)應(yīng)用程序(P)工具(T)窗口(W)幫助(H)主菜單的各菜單命令如圖1.18所示，包含了用戶進行特征創(chuàng)建、修改、復(fù)制等操作所需的命令。圖1.18Pro/E軟件的主菜單圖1.18Pro/E軟件的主菜單

2)模型樹模型樹按特征創(chuàng)建的先后順序顯示當前零件、裝配或制造中所包含的特征，如圖1.19所示。

3)界面定制用戶可根據(jù)自己的需要和習慣對用戶界面進行設(shè)置。設(shè)置的操作為：選擇下拉菜單中的“工具”/“定制屏幕”，將彈出“定制”對話框(如圖1.20所示)，用戶可對工具欄內(nèi)容、模型樹位置及大小、信息區(qū)顯示位置等進行設(shè)置。圖1.19模型樹圖1.20“定制”對話框1.2.3Pro/E的基本操作

1．Pro/E的造型操作流程應(yīng)用Pro/E軟件進行零件造型，主要采用的方式是通過二維的剖面圖生成三維實體特征。采用該方式進行零件造型的操作過程如圖1.21所示。圖1.21Pro/E的造型操作流程圖1.22模型樹中的基準

2．Pro/E中的常用特征

1)基準特征基準特征包括基準面、基準軸、基準曲線、基準坐標系和基準點五類。圖1.22所示為模型樹中的基準?；鶞拭媸荘ro/E零件造型中最常用的基準特征之一，缺省的三個基準面為RIGHT、TOP、FRONT。其中：RIGHT相當于側(cè)面，其正方向指向X軸正方向；TOP相當于桌面，其正方向指向Y軸正方向；FRONT相當于屏幕，其正方向指向Z軸正方向。正確判斷基準面方向?qū)τ诹慵煨秃蛿?shù)控加工來說是非常重要的。

2)實體特征實體特征包括加材料、減材料、孔、圓角、倒角、筋板、殼體、管道、扭拉等特征。其中，加材料、減材料特征又分為若干個子特征。

3)曲面特征曲面特征包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、平整等。1.2.4Pro/E操作實例在Pro/E中進行零件造型時，零件是由一個或多個特征組成的，根據(jù)特征構(gòu)造的順序和方式不同，可采用多種不同的造型過程。因此，首先要分析特征組成和創(chuàng)建順序，并先創(chuàng)建主特征，再逐步創(chuàng)建各種輔助特征。圖1.23連桿零件特征創(chuàng)建的過程可應(yīng)用各種基準特征和實體特征，如Extrude(拉伸，加材料)，Extrude(拉伸，減材料)，Round(圓角)，Shell(倒角)，Hole(孔)，Pattern(排列)等。下面通過連桿零件(如圖1.23所示)的造型設(shè)計來說明Pro/E的基本造型過程。

1．新建零件造型文件在命令菜單中依次點擊“文件”→“新建”命令，將彈出“新建”對話框。在“類型”選項組中選中“零件”單選按鈕，在“子類型”選項組中選中“實體”單選按鈕，在“名稱”文本框中輸入文件名prt0002(對話框的其他選項按系統(tǒng)的缺省值設(shè)置)，如圖1.24所示，然后單擊“確定”按鈕或按回車鍵即可。圖1.24“新建”對話框

2．創(chuàng)建主特征

1)創(chuàng)建底板特征

(1)單擊操控板中的“草繪”按鈕，將彈出如圖1.25所示的“草繪”對話框，選取TOP平面為草繪平面，系統(tǒng)以箭頭提示拉伸的生成方向，如圖1.26所示。單擊“反向”按鈕可以使拉伸方向反向，這里采用默認的正向方式。當系統(tǒng)提示選取草圖放置平面時，這里選擇RIGHT平面，該名稱顯示在“參照”文本框中。在“方向”下拉列表中可選擇該參照的方向，在此不做任何選擇。

圖1.25“草繪”對話框

圖1.26底板的生成方向

(2)開始草圖設(shè)計。單擊“草繪”工具欄中的創(chuàng)建圓按鈕，繪制兩個圓，圓心對齊基準中心；單擊創(chuàng)建直線按鈕，繪制兩條直線與兩個圓相交。結(jié)果如圖1.27所示。圖1.27繪制圓和直線

(3)單擊“草繪”工具欄中的約束按鈕，將彈出“約束”對話框，如圖1.28所示。單擊該對話框中的相切按鈕，系統(tǒng)要求選取兩個相切的圖形元素。分別選取直線和圓，使它們相切。此時，在切點處會出現(xiàn)表示相切的符號T，如圖1.29所示。

(4)單擊“草繪”工具欄中的創(chuàng)建定義尺寸按鈕，分別單擊兩個圓心，然后在適當?shù)奈恢脝螕羰髽酥墟I；再分別選擇兩個圓，標注其尺寸。

(5)單擊“草繪”工具欄中的修改尺寸按鈕，按下Ctrl鍵，分別選取3個尺寸，在彈出的“修改尺寸”對話框中輸入新的尺寸值。

圖1.28“約束“對話框圖1.29相切后的圖形

(6)為生成底板，須保留草圖輪廓的外邊界。單擊“草繪”工具欄中的裁剪按鈕，選擇兩個圓的內(nèi)側(cè)進行裁剪操作，結(jié)果如圖1.30所示。

(7)單擊“草繪”工具欄中的確定按鈕，完成草圖設(shè)計。

(8)在操控板中選取“拉伸”選項，在“輸入深度值”文本框中輸入3，單擊按鈕，生成的底板特征如圖1.31所示。圖1.30修剪后的圖形圖1.31生成底板特征

2)生成圓柱體生成圓柱體的方法同生成底板一樣，先繪制草圖圓，再以“拉伸”命令生成圓柱體特征，圓柱體高度為3mm，結(jié)果如圖1.32所示。圖1.32生成圓柱體

3)生成大、小通孔

(1)單擊“特征”工具欄中的孔按鈕，顯示“孔”操控板，選擇“創(chuàng)建直孔”、“簡單”類型，在“直徑”下拉列表框中輸入孔的直徑值15，在“深度”下拉列表框中選擇“穿過所有”方式。

(2)單擊【放置】按鈕，將彈出“放置”下拉菜單，首先選擇“主參照”，選取零件表面。然后在其右側(cè)的“放置類型”下拉列表框中選擇“同軸”選項，隨后在“次參照”列表框中選取圓柱體的軸線A_2，所有的設(shè)置完成后再次單擊“設(shè)置”按鈕。單擊“特征預(yù)覽”按鈕，對生成的孔特征進行預(yù)覽。單擊“建造特征”按鈕，完成孔特征，如圖1.33所示。圖1.33生成大通孔特征1.3其它典型機械CAD/CAM軟件簡介1.3.1Solidworks系統(tǒng)簡介

Solidworks是世界上第一個在Windows操作平臺下開發(fā)的CAD/CAE/CAM組合軟件，它集設(shè)計、加工、分析功能于一身，能方便地進行三維實體設(shè)計、加工制造以及動力學和熱力學的各項分析。它包括Solidworks本身的CAD模塊、CAMWork的加工模塊以及DesignWork的分析模塊等；另外還提供實體上色、選擇材質(zhì)以及曲面貼圖(如Photowork模塊)等功能。Solidworks的智能化程度高，參數(shù)化功能強，操作起來非常簡便，是最容易學習的CAD軟件之一。

(1)提供了友好、易操作的用戶界面。Solidworks“全動感”的全中文用戶界面，使設(shè)計過程變得非常輕松；圖形區(qū)域動態(tài)預(yù)覽、動態(tài)控標以及豐富的右鍵菜單使得設(shè)計操作過程更加方便；利用特征樹管理器和屬性管理器可非常方便地查看和修改特征屬性，減少了圖形區(qū)域的對話框，使設(shè)計界面簡捷、明快，提高了設(shè)計效率。

(2)提供了靈活的草圖繪制和檢查功能。繪制草圖過程中的動態(tài)反饋和推理，可以自動添加幾何約束，使得繪圖操作非常清楚和簡單；草圖中采用不同的顏色來顯示草圖的不同狀態(tài)；拖動草圖的圖元，可以快速改變草圖形狀、幾何關(guān)系或尺寸值；可以繪制用于管道設(shè)計或掃描特征的3D草圖；可以檢查草圖的合理性。

(3)提供了強大的基于特征的實體建模功能和零件與裝配的控制功能。通過對草圖的拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列等操作，可方便地實現(xiàn)特征和零件設(shè)計，并可對特征和草圖進行動態(tài)修改；利用零件和裝配體的配置可以(利用現(xiàn)有的設(shè)計)建立企業(yè)的產(chǎn)品庫，方便系列產(chǎn)品的設(shè)計；具有智能的裝配設(shè)計功能，使裝配體操作簡便、高效，并可進行動態(tài)裝配干涉檢查和間隙檢測以及靜態(tài)干涉檢查。

(4)提供了豐富的數(shù)據(jù)交換接口，可以很方便地與其他三維CAD軟件(如UG、Pro/E等)進行數(shù)據(jù)交換；dxf/dwg文件轉(zhuǎn)換向?qū)Э梢詫⒂脩敉ㄟ^其他軟件建立的工程圖文件轉(zhuǎn)換成Solidworks的工程圖文件。另外，Solidworks提供了自由、開放、功能完整的API開發(fā)工具接口，用戶可以根據(jù)實際情況利用VC、VB、VBA或其他OLE開發(fā)程序?qū)olidworks進行二次開發(fā)。啟動Solidworks后的用戶界面(以Solidworks2005為藍本)如圖1.34所示。該軟件用戶界面的區(qū)域組成及其含義如表1.6所示。圖1.34Solidworks軟件用戶界面表1.6界面的區(qū)域組成及其含義

1)主菜單

Solidworks的主菜單是標準的下拉式菜單，各項命令分類放在不同的菜單下，供用戶隨時調(diào)用。例如圖1.35是“插入”項中各類特征的主功能下拉菜單與二級菜單。圖1.35Solidworks主菜單中“插入”項的各下拉菜單與二級菜單

2)工具欄使用工具欄中的圖標可以快速訪問常用的命令。圖1.36所示為一些常見的特征工具欄。圖1.36Solidworks常見工具欄

3)模型樹模型樹按特征創(chuàng)建的先后順序顯示當前零件、裝配或制造中所包含的特征，如圖1.37所示。圖1.37Solidworks模型樹

4)界面定制用戶可根據(jù)自己的需要和習慣對用戶界面進行設(shè)置。在下拉菜單中選擇“工具”、“自定義”項，將彈出“自定義”對話框，如圖1.38所示，在這里，用戶可對工具欄內(nèi)容以及菜單內(nèi)容、位置和大小等進行設(shè)置。圖1.38“自定義”對話框

1.3.2Solidworks的基本操作

1．Solidworks的基本操作流程應(yīng)用Solidworks軟件進行零件造型的方法與Pro/E基本相同，即通過二維剖面圖生成三維實體特征。Solidworks的造型操作流程如圖1.39所示。圖1.39Solidworks的造型操作流程

2．Solidworks三維建模基本操作舉例下面以簡單的三維零件“盒蓋”為例(如圖1.40所示)，以Solidworks2005為藍本介紹Solidworks的建模過程。圖1.40盒蓋零件

1)新建文件單擊“新建”圖標，系統(tǒng)將彈出如圖1.41所示的“新建SolidWorks文件”對話框。該對話框中有3個選項，分別為用戶提供新建零件、裝配體及工程圖等文件的功能。單擊“零件”圖標，并單擊“確定”按鈕完成設(shè)置，系統(tǒng)即可建立新零件文件。圖1.41“新建Solidworks文件”對話框

2)建立矩形實體特征

(1)選擇基準面。Solidworks系統(tǒng)默認的基準面為前視基準面、上視基準面和右視基準面，對應(yīng)于直角坐標系的三個坐標平面，其含義與視圖投影觀察方向一致。

(2)進入草圖模式。草圖繪制在指定的工作平面上，因此首先要選擇或建立基準面。在此單擊上視基準面，再單擊“草圖繪制”圖標，進入草圖繪制模式。

(3)繪制矩形草圖。單擊“矩形”圖標，選取圖1.42中矩形的左上角，并將鼠標指針拖至矩形右下角，系統(tǒng)即顯示矩形線框。

(4)尺寸約束。單擊“標注尺寸”圖標，選取圖中矩形的左邊線，接著單擊矩形右邊線，系統(tǒng)即在該處顯示水平方向的尺寸標注對話框，輸入“80”，點擊圖標，接著標注垂直方向的長度及坐標原點到各邊的尺寸數(shù)據(jù)，如圖1.43所示。圖1.42草圖繪制

圖1.43草圖尺寸約束

(5)編輯尺寸。如需修改尺寸，可直接雙擊欲編輯的尺寸，將彈出尺寸標注對話框，輸入新的尺寸數(shù)據(jù)，單擊圖標，系統(tǒng)即可改變該尺寸的標注，同時自動更新草圖。

(6)繪制圓角。單擊“圓角”圖標，在對話框中輸入圓角半徑，并分別單擊矩形四個頂點附近的兩邊線，系統(tǒng)即可將該直角改為圓弧，如圖1.44所示。圖1.44繪制圓角

(7)退出草圖。完成草圖繪制后，點擊繪圖區(qū)右上角的“接受并退出草圖”按鈕，即可退出草圖狀態(tài)。

(8)拉伸實體。單擊“拉伸凸臺/基體”圖標，出現(xiàn)“拉伸”對話框和拉伸預(yù)覽，如圖1.45所示。首先確認拉伸方向是否正確，然后可在“拉伸”對話框中選擇拉伸終止類型為“給定深度”，在拉伸距離微調(diào)框中輸入“40.00mm”，即指定拉伸基體的高度為40mm，系統(tǒng)將顯示預(yù)覽的拉伸高度。若預(yù)覽的結(jié)果顯示拉伸方向錯誤，則可在對話框的右上方選取反方向成型的選項，系統(tǒng)即在草圖平面的另一側(cè)形成拉伸基體。單擊按鈕完成拉伸，系統(tǒng)將顯示拉伸實體上色的模型。該對話框中還提供了“方向2”、“拉伸拔模角”及“薄壁特征”等選項，以供設(shè)置。

圖1.45“拉伸”對話框和拉伸預(yù)覽

3)建立圓柱凸臺

(1)指定實體上表面為工作平面。單擊選取圖1.46所示的實體上表面為工作平面，選取完成后，系統(tǒng)以綠色顯示該實體表面。

(2)繪制草圖。單擊圖標，進入草圖繪制模式，使用“繪制圓”圖標繪制草圖，如圖1.46所示，并在彈出的尺寸對話框中標注圓的直徑為50mm。完成后退出草圖。

(3)指定拉伸凸臺的高度。單擊圖標，在“拉伸”對話框中，指定終止類型為“給定深度”，在拉伸距離微調(diào)框中輸入“25.00mm”，即指定拉伸凸臺的高度為25mm，單擊按鈕，完成拉伸凸臺特征，如圖1.47所示。圖1.46凸臺草圖繪制

圖1.47凸臺拉伸特征

4)建立圓角特征單擊“圓角”圖標，在“圓角”參數(shù)對話框中指定圓角半徑為5.00mm，如圖1.48(a)所示。用鼠標依次選取圓柱凸臺實體上、下邊線為倒圓邊線，如圖1.48(b)所示。完成后點擊按鈕。重復(fù)上述過程，完成矩形實體上表面各邊的倒圓角，圓角半徑為2mm。倒圓角完成之后，顯示的實體模型如圖1.48(c)所示。圖1.48圓角特征操作“圓角”對話框中還提供了不同的選項，如圓角類型可以是等半徑或變半徑的圓角等。

5)抽殼單擊“抽殼”圖標，在“抽殼特征”參數(shù)對話框中指定抽殼的厚度為1mm，如圖1.49(a)所示。用鼠標指定抽殼完成時將要挖除的平面，如圖1.49(b)所示。單擊按鈕，完成抽殼并退出，如圖1.49(c)所示?！俺闅ぁ睂υ捒蛑羞€提供了不同的選項，可對不同平面指定不同的抽殼厚度，也可指定殼厚度為朝內(nèi)或朝外。

6)創(chuàng)建孔特征

(1)繪制草圖。指定圓臺表面為工作平面，單擊圖標，進入草圖繪制模式，繪制直徑為15mm的圓，如圖1.50所示。完成后退出草圖繪制模式。

(2)拉深切除孔實體。單擊“切除-拉伸”圖標，在“切除-拉伸”對話框(如圖1.51所示)中，指定“終止類型”為“完全貫穿”，單擊按鈕，完成創(chuàng)建并退出。圖1.50繪制草圖圓圖1.51“切除-拉深”對話框至此，盒蓋零件的三維實體模型已完成，如圖1.52所示。圖1.52盒蓋零件的三維實體模型1.3.3CimatronE系統(tǒng)簡介

1.?CimatronE概述

Cimatron軟件是由以色列Cimatron軟件公司開發(fā)的著名的CAD/CAM軟件。Cimatron軟件在一個統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境下，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，集成了一系列功能模塊。用戶可以用它完成產(chǎn)品的裝配設(shè)計、零件設(shè)計、設(shè)計圖紙輸出、NC加工編程、模具設(shè)計和電極設(shè)計等工作。該軟件被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子、醫(yī)療、光學儀器和玩具等多個行業(yè)。

CimatronE版本軟件是Cimatron公司在Windows環(huán)境下開發(fā)的最新版本，與原先在DOS環(huán)境下的Cimatronit版本相比，其操作界面更友好，更便于操作，是目前Cimatron公司主推的版本。

CimatronE的主要功能有：

1)零件設(shè)計

CimatronE的零件造型采用混合建模技術(shù)，融合了線框、曲面和實體造型的功能，結(jié)合參數(shù)化技術(shù)和特征技術(shù)，提供了一個高效的、參數(shù)化的造型設(shè)計模塊用于零件模型的建立。

2)數(shù)控加工系統(tǒng)提供了智能化2～5軸數(shù)控加工編程功能，支持數(shù)控銑削、車削、鉆、鏜、線切割的加工編程，具有基于殘留毛坯、曲面輪廓、等高分層、環(huán)繞等距、曲面流線、角落清根等多種刀具軌跡控制方式。同時，系統(tǒng)提供了刀具軌跡編輯修改、加工仿真、后置處理等功能。

3)工程繪圖工程繪圖功能用于將三維幾何模型轉(zhuǎn)換成二維工程圖(包括零件圖和裝配圖)。系統(tǒng)提供了裝配樹管理、自動BOM表單生成、坐標標注等功能。

4)模具設(shè)計系統(tǒng)提供了具有特色的專業(yè)模具設(shè)計功能，利用拆模向?qū)Э煽焖偻瓿闪慵煨偷姆帜ＴO(shè)計，同時提供了強大的參數(shù)化設(shè)計的標準件生成工具及通用的標準模架庫。

5)電極設(shè)計系統(tǒng)提供的快速電極設(shè)計功能使用戶可以在電極向?qū)Чぞ叩囊龑拢啽愕刂谱鬟M行復(fù)雜模具型腔加工所需的電極，并生成電極工程圖。

6)數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)支持所有現(xiàn)行的工業(yè)通用圖形格式標準，如IGES、VDA、SAT、DXF、STEP以及STL等多種數(shù)據(jù)格式，并且具有包括CATIA、UG、AutoCAD/DWG等在內(nèi)的專用格式文件數(shù)據(jù)接口。

2．CimatronE軟件用戶界面(以CimatronE5.0為藍本)

CimatronE的系統(tǒng)工作界面是典型的Windows風格的用戶界面。其造型設(shè)計、工程圖、裝配設(shè)計與數(shù)控加工等模塊的工作界面的風格一樣，只是部分顯示內(nèi)容及菜單工具條有所不同。零件造型設(shè)計的工作界面如圖1.53所示。工作界面中各部分的說明如表1.7所示。圖1.53CimatronE工作界面表1.7CimatronE系統(tǒng)界面的功能說明

3．功能菜單

1)主功能菜單

CimatronE的主菜單是標準的Windows風格下拉式菜單，各項命令分類放在不同的菜單下，供用戶隨時調(diào)用。圖1.54分別是“曲線”、“實體”和“曲面”等菜單。圖1.54CimatronE的主功能菜單

2)工具欄使用工具欄中的圖標可以快速訪問常用的命令，下面簡單介紹常用的一些工具欄。

(1)草圖設(shè)計工具欄。草圖設(shè)計工具欄提供了各種草圖工具，大部分工具圖標比較直觀，如圖1.55所示，部分工具說明如表1.8所示。圖1.55草圖設(shè)計工具欄表1.8草圖設(shè)計工具欄部分圖標說明

(2)草圖通用工具。草圖通用工具提供了特有的草圖工具，如圖1.56所示，其中各工具的含義如表1.9所示。圖1.56草圖通用工具表1.9草圖通用工具欄部分圖標說明

3)特征向?qū)?gòu)建一個特征時通常需要一系列的步驟，如選擇對象、定義參數(shù)、定義方向等。特征向?qū)в脕碇笇в脩敉瓿擅恳粋€步驟，如選擇實體→添加→圓角命令構(gòu)建一個圓角特征時，將彈出相應(yīng)的特征向?qū)υ捒颍鐖D1.57所示。該對話框中提供了建立圓角特征所必需的步驟，用戶可在該向?qū)У奶崾鞠逻M行操作。圖1.57特征向?qū)?/p>

4)坐標系在CimatronE的任何模塊中，幾何數(shù)據(jù)都是定義在某個坐標系下的。系統(tǒng)允許用戶采取各種靈活的方法自定義坐標系，這種由用戶定義的坐標系稱為UCS(用戶坐標系)。在某個模塊下進行工作時，如果存在多個坐標系，則其中只有一個是被激活的當前坐標系，當前的各種操作及模型數(shù)據(jù)都是相對于該坐標系來定義的。在如圖1.54所示的“環(huán)境”下拉菜單中的坐標系二級菜單中單擊“UCS”命令，可進行用戶坐標系的建立。

5)文件操作CimatronEExplorer

CimatronEExplorer是CimatronE附帶的一個功能，在管理文件方面非常有效而方便。它的功能與MicrosoftWindowsExplorer相似，只是增加了管理文件方面的功能，可以很方便地瀏覽文件。此操作界面簡單易用，其用法與MicrosoftWindows的資源管理器大致相同。1.3.4CimatronE的基本操作

1．CimatronE基本操作過程

CimatronE零件造型過程與目前流行的基于特征的參數(shù)化三維造型過程一致，即通過草圖設(shè)計或曲線功能構(gòu)成基本輪廓曲線或曲線線框，再通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等掃掠產(chǎn)生三維實體或曲面，并通過特征工具(如圓角等)進行細節(jié)設(shè)計。在此不再贅述。

2．CimatronE零件造型基本操作舉例下面通過建立一個帶型腔板零件(如圖1.58所示)的三維模型來說明CimatronE的基本操作。圖1.58帶型腔板零件

1)進入零件設(shè)計界面進入Cimatron程序的啟動界面后，單擊新建文檔菜單或圖標，將打開“新增文件”對話框，如圖1.59所示。選擇“工件”圖標，設(shè)置單位為毫米，單擊“確定”按鈕，進入CimatronE零件設(shè)計界面。圖1.59“新增文件”對話框

2)繪制底座截面草圖

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