計算機輔助設計及數(shù)控加工試驗指導書

1、三維產品及復雜曲面CAD/CAM實驗指導書（綜合性設計性實驗）中南大學交通運輸工程學院cad/caMI成技術實驗室三維產品及復雜曲面CAD/CAM 實驗指導書1. 實驗目的通過本實驗培養(yǎng)學生綜合運用機械制圖、計算機圖形學、CAD/CAM 、數(shù)控機床等方面的知識，獨立進行數(shù)字化產品設計和制造的能力。2. 實驗要求(1) 由教師提供產品實物模型或學生自行選擇實物模型。(2) 由學生獨立對產品模型進行測繪，在CAD/CAM 系統(tǒng)(Pro/E、 UG、SolidWorks 等)的支撐下，在計算機上完成零件造型。(3) 在 CAD/CAM 系統(tǒng)(Pro/E、 CAXA 、 MasterCAM 等)的支撐

2、下，由學生完成數(shù)控編程和加工仿真。(4) 在教師的指導下，由學生進行PC 通信參數(shù)的設置。(5) 在教師的指導下，由學生進行在數(shù)控機床上進行加工的模擬仿真及空走刀。(6) 在教師的指導下，由學生在數(shù)控機床上進行工件的實切。3. 注意事項(1) 實驗者在實驗前熟知有關知識。(2) 實驗者在實驗前制定出可行的實驗方案，列出所使用的機床、刀具、輔 具、量具清單，交實驗室負責人批準并約定實驗時間。4. 提交文檔(1) 實驗的目的及構想(2) 零件的二維零件圖(3) 零件的三維實體模型圖(使用軟件自定)(4) 零件的加工工藝定義(刀具、主軸轉速、進給量、切削余量)(5) 由指導教師指定的零件某道工序的加

3、工過程仿真圖(6) 零件的 NC 加工程序代碼5 .主要參考文獻(1)機械加工工藝手冊，孟肖農主編，機械工業(yè)出版社，1992.(2)現(xiàn)代數(shù)控機床，畢承恩、丁乃建主編，機械工業(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模具設計教程，嚴烈主編，冶金工業(yè)出版社 .(5)相關課程教材6 .成績判定由實驗室工作人員根據(jù)實驗準備、進行的情況及所提交的文檔，并以口頭 提問、單項抽查等方式對實驗者進行個別考核后，綜合評定成績。7 .數(shù)控銃床編程注意事項(1)工件坐標系的確定及程序原點的設置工件坐標系采用與機床運動坐標系一致的坐標方向，由于數(shù)控銃床或加工

4、中心通常采用G54G5歿定坐標系。因此工件坐標系的原點(即程序原點)地 選擇要便于測量或對刀，同時要便于編程計算。(2)刀具半徑確定刀具半徑的確定要考慮以下三點因素：刀具半徑應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)調問題。(3)刀具半徑補償二維輪廓加工一般采用刀具半徑補償，在刀具半徑補償有效之前，刀具應 遠離零件輪廓適當?shù)鼐嚯x，且應與選定的切入點和進刀方式協(xié)調，保證刀具半徑補償?shù)挠行?，避免誤切零件。如圖理論輪屏之、切入點起刀點64喃口”大子之借刀具直徑a)合理方式安全高度對于銃削加工，起刀點和退刀點

5、必須離開加工零件上表面一個安全高度， 保證刀具在停止狀態(tài)時，不與加工零件和夾具發(fā)生碰撞。在安全高度位置時刀 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 安全面高度安學高度（5）進/退刀方式刀具切入工件的方式，既影響加工質量，也關系到加工的安全，對于二維輪廓，一般要求從側向或切線方向進刀，盡量避免垂直進刀，如圖 3。退刀方 式也應從側向或切線退刀。刀具從安全面高度下降到切削高度時，應離開工件 毛坯邊緣一個距離，不能直接貼著零件理論輪廓直接下刀，以免發(fā)生危險，下 刀過程不要用快速運動指令（G0。，而要用直線插補指令（G0D。如圖4所示。a）切線方向進刀起刀點g巾

6、）G01退刀線 ，:李10取消白4?6口1進刀蛀i學2補信;b）側向方向進刀圖3進/退刀方式圖4 下刀過程（6） NC 代碼規(guī)范實驗室現(xiàn)有數(shù)控加工設備的控制系統(tǒng)主要有FAUNC 和 SIMEMENS， 如果使用 DNC 方式進行NC 代碼從計算機到數(shù)控機床的傳送，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”代表該程序存儲在硬盤上的文件名。即_N_程序文件名_MPF。在使用RS232進行代碼傳送時必須遵從這個規(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CNC Software , Inc.公司開發(fā)的基于微機平臺的 CAD/CAMK成系統(tǒng)，側重于數(shù)控加工編程，其曲線、曲面設計功能是為數(shù)控加 工編程服務的，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)中的應用非常廣泛。其CAD真組包含如下功能： 2D圖形的構建、3D線框圖形的構建、高階曲線圖形的構建、曲面圖形的構建、 尺寸標注、圖形編輯、動態(tài)旋轉、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 的整個過程。其操作步驟如下：圖5 零件實體圖（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，新建一個文件。2）在子功能區(qū)設置Z軸深度為30。3）在主功能區(qū)依次單擊“繪圖”、“矩形”、“中心點”命令，輸入中心點坐 標“0, 0”，矩形寬度“150”，高度“100”。R半輕值A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”，“點半徑圓” 命令。分別以四個倒圓角的圓心為圓心，繪制四個半徑為“10”的圓。結果如圖7所示。7）在子功能區(qū)中，將視角和構圖面均設置為側視圖。8）設置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”、 “圓心點”命令。輸入圓心坐標“ 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，將視角和構圖面均設置為前視圖。12）執(zhí)行第810步操作。將視圖設置為等角視圖，結果如圖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，如圖8所示。14）依次單擊“執(zhí)行”、“執(zhí)行”命令，得到一個直紋曲面，用同樣的方法生 成另外的一個直紋曲面。結果如圖 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)中點擊P3點，設置“等候”為“ Y”，然后 依次點擊P4 P5點。單擊“結束選擇”，第一個輪廓選

12、擇完畢，同樣地 在工作區(qū)中選擇P& P7、P8點，結束第二個輪廓的選擇，單擊“執(zhí)行”、 “執(zhí)行"，結果如圖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。設置“修剪延伸”為“ N'。17）選擇兩個直紋曲面，單擊“執(zhí)行”命令，結果如圖所示18)至此，零件的三維曲面已經生成。（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、設置20）在放射狀精加工窗口中單擊鼠標右鍵，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” 標簽并選擇球刀。21）單擊“ToolFlat End Mill ”標簽，并按圖1212所示設置刀具參數(shù) 22）單擊“參數(shù)”標簽，按圖13所示設置各項參數(shù)。圖12刀具定義對話框（1）圖13 刀具定義對話框（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)”標簽，按圖14所示設置各項參數(shù)。24）在“放射狀加工”窗口中點擊”放射加工參數(shù)”標簽，按圖 15所示設 置各項參數(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*點株缸E4a I ir蹌無任存“空過巨后?陽U提IFR“正in置jo3T Y匚段:3.力叱面忘卻工* r ur機行干涉稻香不等面fTur定受博夠明w 取消圖14切削參數(shù)設置放射世朝拓工-DzMDLL7Na,i1£AMPll.NCI 屬眸力明尊|網蟀 EHwmziE® |颼薩 即忸削方式=麗麗13o O苗由內而外r由外而內邊除設定.一圖15 加工參數(shù)設置25）設置好后，點擊“確認”按鈕退出“放射狀精加工”窗口，此時提示選 擇旋轉原點，設置子功能區(qū)中的Z軸深度為“0”，然后輸入原點“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)中選擇四個小圓進行挖槽加工。單擊“執(zhí)行”命令，彈出如圖 11所示對話框 （此時窗口的標題應為挖槽），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)標簽，按圖17所示設置各參數(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蛔對座標 廣J4號生標r ，考一黑.|廣絕對應好# WSE施將oogrmff <8相蛆對星玩c電量度而 斤快感美與工牘面.，| fo- 密維對屋陸 廣中通莊存哂度|-相的對星玩r玷星座

16、行-韜隹方向疔怏銃逆蒞刀區(qū)補正泣造 閏英 三ZJS35<1r獨h段岸雅卻用r獨科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)”標簽并按圖18所示設置 各項參數(shù)。設置好后，單擊“確定”按鈕退出挖槽窗口，此時工作區(qū)中 的刀具路徑如圖19所示。29）在計算過程中，一個表面上會有許多多余的點被計算。因此每計算完一 個刀具軌跡，都要經過程序過濾，把不必要的刀位點剔除，這樣可以有 效的縮小數(shù)控加工程序，特別是對復雜型腔進行精加工。返回主功能區(qū), 單擊“ NC公用管理”，單擊“程序過濾

17、”。圖18圖19（3）加工過程仿真30）返回到“刀具路徑”功能區(qū)，點擊“操作管理”，彈出如圖20所示對話 框，二1旦1國連押郎有例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悸進船率設定報旅從母媽醫(yī)中取餌賢科1（存到費科庫圖2031）單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中，點擊“工作設定”命令，按圖 21所示設置工件材料和各項工作參數(shù)。32）點擊“確認”按鈕，返回“操作管理”對話框，點擊“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 話框（圖22）,設置好后單擊“ OK按鈕退出該對話框。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工件原材料進行銃削后的形狀。如圖所 示。圖21圖22后置處理34）返回到“操作管理”對話框，點擊“后處理”按鈕，按提示進行操作， 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