現(xiàn)金制造技術(shù)實(shí)習(xí)課程-CAD、CAM數(shù)字化相關(guān)設(shè)計(jì)和制造非機(jī)類

現(xiàn)金制造技術(shù)實(shí)習(xí)課程—CAD、CAM數(shù)字化相關(guān)設(shè)計(jì)和制造非機(jī)類CAD/CAM技術(shù)

CAD、CAM常用軟件工具介紹

CAD建模技術(shù)Mastercam軟件建模實(shí)例

CAM技術(shù)一、CAD簡(jiǎn)介1、基本概念

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign)和計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing)是指以計(jì)算機(jī)作為主要技術(shù)手段來生成和運(yùn)用各種數(shù)字信息與圖形信息，以進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的系統(tǒng)。是一門由多學(xué)科和多項(xiàng)技術(shù)綜合形成的實(shí)用技術(shù)。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、建筑工程領(lǐng)域、環(huán)境工程領(lǐng)域等。CAD/CAM技術(shù)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

CAD/CAM系統(tǒng)市場(chǎng)需求加工制造工藝設(shè)計(jì)定型設(shè)計(jì)分析計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)零件裝配產(chǎn)品調(diào)試產(chǎn)品銷售CAD/CAM技術(shù)圖3廣義CAD/CAM實(shí)用技術(shù)

廣義CAD/CAM技術(shù)幾何造型工程繪圖分析計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)NC自動(dòng)編程工時(shí)定額與材料定額編制物料作業(yè)和生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的運(yùn)行與控制（加工、裝配、檢測(cè)、輸送、存儲(chǔ)等）產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與制造生產(chǎn)質(zhì)量控制工程數(shù)據(jù)管理廣義CAD/CAM實(shí)用技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的整個(gè)過程以及與之直接和間接相關(guān)的活動(dòng)狹義的CAD/CAM實(shí)用技術(shù)是指利用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品造型、、計(jì)算分析和數(shù)控編程等。CAD/CAM技術(shù)2、CAD/CAM的生存環(huán)境

（1）操作系統(tǒng)：CAD/CAM需要微機(jī)平臺(tái)上的操作系統(tǒng)的支撐（即環(huán)境)

（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：利用網(wǎng)絡(luò)的交互性和快速響應(yīng)，使CAD/CAM更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造人員之間的交流、異地設(shè)計(jì)與制造、并行工程等

（3）數(shù)據(jù)管理平臺(tái)（PDM)：PDM對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)及各個(gè)階段的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義、組織和管理，并為CAD/CAM的集成提供了可能。（4）集成制造環(huán)境：CAD/CAM在CIMS的工程設(shè)計(jì)分系統(tǒng)和制造自動(dòng)化分系統(tǒng)中起著核心作用，同時(shí)為制造企業(yè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。CAD/CAM技術(shù)3、CAD/CAM的工作流程

（1）設(shè)計(jì)人員根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)查以及用戶對(duì)產(chǎn)品性能的要求，向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計(jì)要求，并建立幾何模型。

（2）對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化分析，以確定產(chǎn)品【產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案及零部件的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)。

（3）根據(jù)屏幕顯示的內(nèi)容，對(duì)設(shè)計(jì)的初步結(jié)果作出判斷，并進(jìn)行修改。CAD/CAM技術(shù)

（5）對(duì)工藝過程設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，并以人機(jī)交互的形式進(jìn)行修改，產(chǎn)生生產(chǎn)需要的工藝卡片或以數(shù)據(jù)接口文件的形式存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

（6）利用外部設(shè)備輸出工藝卡片，指導(dǎo)生產(chǎn)；或利用計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)進(jìn)行仿真與模擬進(jìn)行驗(yàn)證和檢查，最后生成NC程序，進(jìn)行加工。

（7）產(chǎn)品裝配、調(diào)試、發(fā)售。

（4）在分析產(chǎn)品幾何形狀特點(diǎn)及有關(guān)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。二、常用軟件工具簡(jiǎn)介CAD/CAM技術(shù)

二維軟件

三維軟件1、AUTOCAD2、CAXA3、SolidEdge1、MASTERCAM（美國(guó)）2、CIMATRON（英國(guó)）3、PRO/ENGINEERING4、SolidWorks5、UGII（美國(guó)）6、CATIA7、I—DEAS1、常用CAD軟件工具三、CAD建模技術(shù)CAD/CAM技術(shù)

模型是對(duì)真實(shí)物體（或系統(tǒng)）中那些有用的和令人感興趣的特性的抽象化。1、基本概念根據(jù)模型與實(shí)際物體（或系統(tǒng)）的一致程度，可以分為：（1）實(shí)物模型：如地球儀、人體模型。它是實(shí)際系統(tǒng)在保持本質(zhì)特征條件下經(jīng)縮小或放大而構(gòu)成的。（2）圖形模型：如生產(chǎn)流程圖、控制系統(tǒng)方塊圖等以圖表的形式來表示系統(tǒng)的功能及其相互關(guān)系。（3）數(shù)學(xué)模型：通過系統(tǒng)的相互影響因素的數(shù)量關(guān)系，采用數(shù)學(xué)方程式來描述系統(tǒng)的方式。（4）仿真模型：能夠直接轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)仿真程序的系統(tǒng)描述方式。如仿真中用于描述系統(tǒng)的邏輯流程圖、活動(dòng)循環(huán)圖等。（5）幾何實(shí)體模型：以計(jì)算機(jī)能夠理解的方式，對(duì)幾何實(shí)體進(jìn)行確切的定義，賦予一定的數(shù)學(xué)描述，再以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)所定義的幾何實(shí)體加以描述，從而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部構(gòu)造一個(gè)實(shí)體的模型。CAD/CAM技術(shù)2、幾何建模表達(dá)模式1.邊界表達(dá)模式：是用幾何實(shí)體的邊界表達(dá)幾何實(shí)體

是一種精確的、實(shí)用性的模式，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)行NC處理，用于控制機(jī)床2.邊界近似模式：是通過近似擬合邊界表達(dá)幾何實(shí)體

是一種大概的、不精確的表示方法，其精度與擬合方法有直接關(guān)系。其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不能直接進(jìn)行NC處理

例如：采用樣條曲線擬合自由曲線。CAD/CAM技術(shù)（1）三維線框建模

線框建模是通過點(diǎn)、線（直線、曲線）描述物體的外形、交線和棱線，并在計(jì)算機(jī)中生成二維和三維圖像3、幾何建模技術(shù)

特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量少、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單CPU時(shí)間及存儲(chǔ)開銷低，操作簡(jiǎn)便。但存在二義性、沒有面的信息、不能明確定義點(diǎn)與形體之間的關(guān)系。圖5汽車線框模型

CAD圖紙是工程師的語言。設(shè)計(jì)部門用圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)意圖，生產(chǎn)部門用圖紙指導(dǎo)加工和制造。使用部門用圖紙作為編制招標(biāo)標(biāo)書的依據(jù)，或用于使用和維護(hù)；實(shí)施部門應(yīng)用圖紙編制施工組織計(jì)劃，編制投標(biāo)報(bào)價(jià)及準(zhǔn)備材料，組織生產(chǎn)與施工。CAD制圖＝設(shè)計(jì)方法＋CAD軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)師繪制CAD圖紙所必備的的條件：（1）掌握環(huán)境工程設(shè)計(jì)方法；（2）熟練掌握CAD軟件。CAD/CAM技術(shù)二維工程圖紙CAD/CAM技術(shù)（2）曲面建模

曲面建模是在計(jì)算機(jī)圖形環(huán)境下，對(duì)曲面的表示、設(shè)計(jì)、顯示和分析，主要以插值、擬合、逼近等手段實(shí)現(xiàn)。圖6曲面片體

特點(diǎn)：在線框模型的基礎(chǔ)上，增加有關(guān)邊（環(huán)邊）信息及表面特征、棱邊的鏈接方向等，可滿足面面相交，線、面消隱，明暗色彩，數(shù)控加工等。但不能剖切計(jì)算物性及碰撞與干涉檢查等。圖7摩托車頭盔的三維實(shí)體模型CAD/CAM技術(shù)（3）實(shí)體建模

實(shí)體建模是通過簡(jiǎn)單體素的拼合來構(gòu)造復(fù)雜形體。

特點(diǎn)：能完整表示物體的所有形狀信息，可以無歧義的確定一個(gè)點(diǎn)在物體的外部、內(nèi)部或表面上，能夠進(jìn)行物性計(jì)算、有限元分析等應(yīng)用要求。CAD/CAM技術(shù)（4）特征建模

特征建模是在描述產(chǎn)品的幾何信息的同時(shí)更好地表達(dá)產(chǎn)品完整的功能和生產(chǎn)管理信息。特征包括特定幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示法、制造技術(shù)和公差要求等

特點(diǎn)：（1）著眼于更好地表達(dá)產(chǎn)品完整的功能和生產(chǎn)管理信息。（2）使產(chǎn)品設(shè)計(jì)在更高層次上進(jìn)行，讓設(shè)計(jì)人員將更多的精力放在創(chuàng)造性構(gòu)思上。（3）有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工檢驗(yàn)各部門之間的聯(lián)系，并為開發(fā)新一代CAD/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造條件。建模過程有三類主要的信息來源：

1、目標(biāo)和目的對(duì)同一真實(shí)系統(tǒng)，由于研究目的、建模目標(biāo)等不同，同一系統(tǒng)的模型不同。因此建模過程中準(zhǔn)確地掌握建模目的和目標(biāo)信息，對(duì)建模至關(guān)重要。

2、先驗(yàn)知識(shí)建模過程以過去的知識(shí)為基礎(chǔ)。在建模初始階段，所研究的過程常常是前人經(jīng)歷過的，已總結(jié)出了許多定論、原理和模型。這可以作為信息的來源。

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息來源還可以通過對(duì)現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)取得。CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM技術(shù)四、Mastercam軟件建模實(shí)例

圖8MasterCAM界面CAD/CAM技術(shù)1、常用功能快捷鍵的介紹使圖素返回屏幕中心（當(dāng)圖素放大過大時(shí)）

動(dòng)態(tài)觀察器操作步驟：（1）點(diǎn)擊動(dòng)態(tài)觀察器按鈕（2)選擇屏幕上任一點(diǎn)作為觀察點(diǎn)（3)按住鼠標(biāo)左鍵不放拖動(dòng)，進(jìn)行三維觀察方法二操作步驟：按住鼠標(biāo)中鍵不放松，然后拖動(dòng)CAD/CAM技術(shù)點(diǎn)擊后實(shí)現(xiàn)三維與二位平面三視圖的轉(zhuǎn)換標(biāo)注尺寸標(biāo)注文字相當(dāng)于AutoCAD的填充功能，可以生成剖面線CAD/CAM技術(shù)對(duì)象變化功能主要包括圖素的鏡像、平移、縮放、偏置、旋轉(zhuǎn)等功能。這同樣適用于三維圖形。圖1對(duì)象偏置10mmCAD/CAM技術(shù)圖2對(duì)象鏡像圖3對(duì)象陣列CAD/CAM技術(shù)對(duì)圖素進(jìn)行修剪/打斷/延伸注意：1.修剪基準(zhǔn)線與被修剪線必須位于同一平面2.由于鼠標(biāo)單擊修剪的圖素位置不同，被修剪掉的部分也不同。圖1修剪單一圖素按鈕1.先選擇保留部分2.再選擇修剪邊界被修剪掉部分CAD/CAM技術(shù)圖2修剪二圖素按鈕1.分別選擇保留部分2.再選擇修剪掉部分注意：當(dāng)兩圖素沒有交點(diǎn)時(shí)，較長(zhǎng)的圖素被剪掉，較短的圖素被延伸。圖3修剪三圖素按鈕（操作步驟同二）CAD/CAM技術(shù)圖4分割圖素按鈕鼠標(biāo)直接單擊修剪掉的圖素圖5修剪至點(diǎn)按鈕圖6多物修剪按鈕CAD/CAM技術(shù)F9——顯示坐標(biāo)系

工具按鈕的添加：將鼠標(biāo)放在工具快捷鍵區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出添加按鈕選擇要添加的按鈕后，單擊鼠標(biāo)右鍵即可2、常用功能快捷鍵定制操作CAD/CAM技術(shù)光標(biāo)自動(dòng)抓點(diǎn)1.光標(biāo)放置在繪圖區(qū)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵2.點(diǎn)擊確定3.設(shè)置光標(biāo)捕捉點(diǎn)CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM技術(shù)（1)拉伸（MasterCAM——擠出）3、CAD建立幾何實(shí)體模型常用幾種方法圖拉伸幾何實(shí)體（曲面）（2)旋轉(zhuǎn)圖旋轉(zhuǎn)幾何實(shí)體（曲面）CAD/CAM技術(shù)（3)掃描（MasterCAM——）圖掃描幾何實(shí)體（曲面）（4)舉升（MasterCAM——）圖舉升幾何實(shí)體（曲面）CAD/CAM技術(shù)（5)布爾運(yùn)算操作（MasterCAM——并集、交集差集）圖布爾運(yùn)算實(shí)體1實(shí)體2結(jié)合體CAD/CAM技術(shù)（6)曲面轉(zhuǎn)換成幾何實(shí)體圖面轉(zhuǎn)換為幾何實(shí)體A）封閉曲面——封閉實(shí)體B）未封閉曲面——薄片實(shí)體（殼體）殼體加厚——幾何實(shí)體CAD/CAM技術(shù)Y

a）二維平面線框圖形b)三維實(shí)體模型圖3-1盤套零件圖（書P7）3、幾何實(shí)體模型建模分析方法1：1.畫100*100方，擠出10mm：2.在Z=10面上畫?80mm,擠出10mm：3.布爾運(yùn)算+：4.在Z=0（向上切割）或Z=20（向下切割）畫?40mm切割孔CAD技術(shù)步驟1畫100*100的正方形CAD技術(shù)動(dòng)態(tài)觀察體體選擇和輸入擠出參數(shù)擠出圖素的選擇CAD技術(shù)在Z=10的畫直徑80mm圓CAD技術(shù)采用串聯(lián)選項(xiàng)選擇直徑80mm的圓并向上擠出CAD技術(shù)直徑80mm的圓擠出10mm參數(shù)選擇CAD技術(shù)三維觀察與布爾結(jié)合運(yùn)算1.先點(diǎn)擊四方體為目標(biāo)體2.再點(diǎn)擊圓柱為工具體CAD技術(shù)圓柱與四方體結(jié)合當(dāng)光標(biāo)在線框上時(shí)，線條全部粗顯，表示已經(jīng)結(jié)合為一體CAD技術(shù)在Z=0或Z=20面上畫直徑40的圓CAD技術(shù)選取直徑40mm的圓CAD技術(shù)切割直徑40mm的孔參數(shù)選擇CAD技術(shù)切割后著色觀察三維實(shí)體CAM技術(shù)CAM技術(shù)CAM技術(shù)（1）創(chuàng)建基本圖形。（2）選擇需要的機(jī)床，設(shè)置工作參數(shù)。（3）根據(jù)加工對(duì)象選擇刀具路徑（4）選擇刀具并設(shè)置刀具參數(shù)。（5）設(shè)置加工參數(shù)。（6）效驗(yàn)刀具路徑。（7）真實(shí)加工模擬。（8）根據(jù)后置處理程序，創(chuàng)建NCI文件和NC文件。（9)在記事本等中打開NC程序，并進(jìn)行修改。（10）通過RS232等通訊接口將程序傳送至數(shù)控機(jī)床加工。CAM技術(shù)3.生成刀具路徑（工序設(shè)置）

（1）首先確定加工類型（輪廓、點(diǎn)位、挖槽或曲面加工），用光標(biāo)選擇加工部位，選擇走刀路線或切削方式。

（2）選取或輸入刀具類型、刀號(hào)、刀具直徑、刀具補(bǔ)償號(hào)、加工預(yù)留余量、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、退刀安全高度、粗精切削次數(shù)及余量、刀具半徑長(zhǎng)度補(bǔ)償狀況、進(jìn)退刀延伸線值等加工所需的全部工藝切削參數(shù)。

（3）軟件系統(tǒng)根據(jù)這些零件幾何模型數(shù)據(jù)和切削加工工藝數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、計(jì)算、處理，生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，即刀位文件CLF(CutLocationFile),并動(dòng)態(tài)顯示刀具運(yùn)動(dòng)的加工軌跡。刀位文件與采用哪一種特定的數(shù)控機(jī)床無關(guān)，是一個(gè)中性文件，因此通常稱產(chǎn)生刀具路徑的過程為前置處理。CAM技術(shù)后置處理的目的是生成針對(duì)某一特定數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序。由于各種機(jī)床使用的數(shù)控系統(tǒng)各不相同，例如有FANUC,SIEMENS,AB,GE等系統(tǒng)

每一種數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的代碼及格式不盡相同，后置處理文件的作用是將已生成的刀位文件轉(zhuǎn)變成合適的數(shù)控加工程序。然后使用者可以根據(jù)自己的需要打開文件，按照自己希望輸出的數(shù)控加工程序格式，修改文件中相關(guān)的內(nèi)容，可滿足多種數(shù)控系統(tǒng)的