CADCAM軟件及其應(yīng)用-數(shù)控機床

CADCAM軟件及其應(yīng)用-數(shù)控機床7.1概述計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）已廣泛應(yīng)用于繪圖、設(shè)計、仿真、分析和制造等方面。計算機輔助設(shè)計（CAD）CAD是指應(yīng)用計算機技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、繪圖、分析和技術(shù)文檔編寫等活動的總稱，一般包括零件幾何造型、產(chǎn)品裝配造型、工程分析（如質(zhì)量特性計算、有限元分析）和工程繪圖等內(nèi)容?？傮w設(shè)計需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計分析優(yōu)化工程描述7.1概述計算機輔助制造（CAM）CAM是指應(yīng)用計算機技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱，有廣義CAM和狹義CAM之分。廣義ＣＡＭ：指利用計算機技術(shù)輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過程（包括直接制造過程和間接制造過程），如CAPP、計算機輔助工裝設(shè)計、NC編程、數(shù)控加工、三坐標(biāo)測量（CMM）、機器人裝配、生產(chǎn)計劃與管理、計算機輔助質(zhì)量控制等。狹義CAM：指計算機輔助數(shù)控加工程序編制。計算機輔助數(shù)控加工程序編制主要經(jīng)歷了數(shù)控語言（如APT）編程和圖形交互編程兩個階段。7.1概述計算機輔助制造（CAM）計算機輔助數(shù)控加工程序編制主要經(jīng)歷了數(shù)控語言（如APT）編程和圖形交互編程兩個階段。圖形交互編程就是通常所說的CAM軟件編程。CAM軟件編程是在CAM軟件支持下，根據(jù)計算機圖形顯示器上所顯示的零件圖形，通過人機交互方式指定加工表面、選擇刀具和切削參數(shù)等，自動進(jìn)行刀具軌跡計算并生成零件的數(shù)控加工程序。7.1概述CAD/CAMCAM軟件編程的核心是刀具軌跡計算，其實現(xiàn)是以CAD技術(shù)為前提的。利用CAD技術(shù)生成的零件三維模型包含了數(shù)控編程所需要的完整的零件幾何信息，而CAM軟件可針對這些幾何信息進(jìn)行刀具軌跡的自動計算。因此，絕大多數(shù)的CAM軟件同時具備CAD的功能，故稱為CAD/CAM軟件。CAD/CAM意味著集成、一體化。由于CAD/CAM軟件編程具有自動化程度高、速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于檢查和修改等很多優(yōu)點，已成為目前國內(nèi)外數(shù)控加工中普遍采用的程序編制方法。7.2CAD/CAM軟件系統(tǒng)的組成及功能CAD/CAM系統(tǒng)的組成幾何造型（二維、三維）刀具軌跡生成刀具軌跡編輯刀具軌跡驗證后置處理數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)界面7.2CAD/CAM軟件系統(tǒng)的組成及功能幾何造型幾何模型是用幾何概念描述的一個物理或抽象的對象按照某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機中的數(shù)字表示。常用的幾何模型有線框模型、面模型、實體模型和特征模型。主要功能包括：二維繪圖三維造型圖形編輯和瀏覽陰影和著色尺寸和公差標(biāo)注7.2CAD/CAM軟件系統(tǒng)的組成及功能刀具軌跡生成根據(jù)用戶設(shè)定的加工對象、所選用的加工方式、刀具及加工參數(shù)等進(jìn)行刀位計算，生成刀具軌跡。由于刀位計算是數(shù)控編程中最重要和最復(fù)雜的工作環(huán)節(jié)，因此它也是利用CAD/CAM軟件進(jìn)行編程的最明顯的優(yōu)勢。CAD/CAM軟件一般都提供一個刀具庫管理模塊，用戶可根據(jù)需要定義和選擇具有適用的幾何參數(shù)的刀具。刀具軌跡編輯提供多種編輯手段（如增加、刪除、修改刀具軌跡等），便于用戶對自動生成的刀具軌跡進(jìn)行修改。7.2CAD/CAM軟件系統(tǒng)的組成及功能刀具軌跡驗證采用圖形化方式沿著刀具軌跡動畫顯示刀具運動，以檢驗所生成的刀具軌跡是否存在問題。刀具軌跡驗證一般包括檢驗刀具軌跡是否正確、刀具與約束面是否發(fā)生干涉和碰撞以及刀具是否啃切加工表面等。后置處理CAD/CAM軟件計算出的刀具軌跡包含了大量的刀位點數(shù)據(jù)（APT程序），后置處理的作用就是將這些刀位數(shù)據(jù)按數(shù)控機床規(guī)定的指令格式轉(zhuǎn)換為數(shù)控程序。7.2CAD/CAM軟件系統(tǒng)的組成及功能通信接口通信接口模塊實現(xiàn)信息的交換和傳輸。通過圖形數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（如IGES、STEP等）實現(xiàn)不同CAD/CAM系統(tǒng)的信息交換；通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)控程序等數(shù)據(jù)傳送到數(shù)控機床。系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面是用戶操作系統(tǒng)以及用戶與系統(tǒng)交互的接口，它提供所有的輸入方式到各功能模塊之間的接口，控制系統(tǒng)的運行。7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟1.數(shù)控工藝過程制定零件數(shù)控工藝性分析零件圖分析零件結(jié)構(gòu)工藝性分析主要分析待加工表面及其約束面加工方法及工藝過程確定確定加工方法確定機床確定裝夾方式確定零件的加工過程7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟1.數(shù)控工藝過程制定加工區(qū)域規(guī)劃對加工對象進(jìn)行分析，按其形狀特征、功能特征及精度、粗糙度要求將加工對象分成幾個加工區(qū)域。對加工區(qū)域進(jìn)行合理規(guī)劃可以達(dá)到提高加工效率和加工質(zhì)量的目的。加工方式確定刀具類型選擇切削方式（走刀方式）選擇刀具選擇切削用量選擇確定工件坐標(biāo)系7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟2.幾何模型定義直接讀入零件幾何模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換CAM軟件一般都提供了常用CAD軟件的數(shù)據(jù)接口和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，如IGES、STEP等。直接造型確定編程原點及編程坐標(biāo)系讀入零件圖或繪制零件圖繪制毛坯圖7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟3.加工方式及對象指定加工方式設(shè)置：選擇機床類型，指定加工類型、刀具軌跡的類型及相關(guān)參數(shù)等。加工對象設(shè)置：用戶通過交互方式選擇零件的被加工表面及其加工順序。定義毛坯4.參數(shù)設(shè)置刀具及其切削參數(shù)設(shè)置：安全平面、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度、加工余量、刀具軌跡間的殘留高度、行間距、線性逼近誤差、進(jìn)刀/退刀方式及位置。加工程序參數(shù)設(shè)置：刀補方式、刀補方向設(shè)置、對刀位置等。7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟5.刀具軌跡生成針對每個加工表面自動進(jìn)行刀位計算，生成刀具軌跡，并將刀具軌跡直接顯示在屏幕上。刀具軌跡計算的結(jié)果存放在刀位數(shù)據(jù)（CLDATA）文件中。6.刀具軌跡驗證與編輯直接查看：通過對視角的轉(zhuǎn)換、旋轉(zhuǎn)、放大、平移直接查看生成的刀具軌跡。手工檢查：對刀具軌跡進(jìn)行逐步觀察。刀具軌跡動態(tài)仿真：直接在顯示器上觀察加工效果。若發(fā)現(xiàn)不合適或有問題的刀具軌跡，應(yīng)調(diào)整參數(shù)設(shè)置重新進(jìn)行計算，再做檢驗，直至生成正確的刀具軌跡；也可以在人機交互方式下對刀具軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟7.后置處理

根據(jù)所選用的數(shù)控機床，運行相應(yīng)的后置處理程序，將刀位文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控加工程序。由于各種機床使用的數(shù)控系統(tǒng)不同，所用的程序指令代碼及格式也有所不同。因此，CAD/CAM軟件通常配備多種數(shù)控系統(tǒng)的后置處理程序8.工藝文檔生成將機床操作人員所需要的工藝信息（如程序名稱、加工順序、刀具參數(shù)等）生成或編寫成規(guī)范的文檔。這一功能雖然簡單，但它對保證編程人員與機床操作人員的配合，避免失誤有重要的作用。

7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程一、編程步驟1.數(shù)控工藝過程制定2.幾何模型定義3.加工方式及對象指定4.參數(shù)設(shè)置5.刀具軌跡生成6.刀具軌跡驗證與編輯7.后置處理8.工藝文檔生成在編程過程中，編程人員的工作主要集中在零件工藝過程設(shè)計、參數(shù)設(shè)置這兩個階段，其中工藝過程設(shè)計決定了刀具路徑的質(zhì)量，參數(shù)設(shè)置則構(gòu)成了軟件操作的主體。7.3應(yīng)用CAD/CAM軟件編程的過程二、特點節(jié)省大量的零件幾何造型時間。在使用CAD/CAM軟件系統(tǒng)編寫數(shù)控程序時，可直接使用CAD產(chǎn)生的零件幾何模型，編程人員無需重復(fù)進(jìn)行零件幾何造型，因此能夠節(jié)省大量的零件幾何造型時間，并且能夠避免零件重復(fù)造型時的人為錯誤。避免編程錯誤，提高編程效率。由于刀位數(shù)據(jù)由計算機自動計算出來，不僅速度快，而且準(zhǔn)確。同時，由于用圖形終端顯示刀具軌跡，方便編程人員及時校驗，大多數(shù)編程錯誤能被檢查出來并得到及時修正。簡便直觀。在計算機上直接面向零件的幾何圖形進(jìn)行編程，編程結(jié)果也以圖形方式顯示在計算機上，所以簡便、直觀，便于檢查。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

流行的CAD/CAM軟件：法國達(dá)索系統(tǒng)公司的CATIA德國西門子公司的UGS美國PTC公司的Pro/ENGINEER美國CNCSoftware公司的Mastercam以色列Cimatron公司的CimatronE英國DELCAM公司的PowerMILL北京數(shù)碼大方科技有限公司的CAXAME7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

一、Mastercam軟件簡介Mastercam是美國CNCSoftware公司開發(fā)的基于微機的CAD/CAM一體化軟件系統(tǒng)，其最新版本是MastercamX3。由于Mastercam功能強大，價位適中，在國內(nèi)外機械加工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，是目前全球銷量最大的CAM軟件。Mastercam軟件包括：設(shè)計（CAD）和加工（CAM）。CAD：用于工程繪圖和零件設(shè)計，具有完整的二維、三維曲線曲面設(shè)計、實體造型和編輯功能。CAM：包括銑削（Mill）、車削（Lathe）和線切割（Wire）等功能模塊。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

銑削（Mill）模塊用于編制數(shù)控銑削加工程序，具有2～5軸銑削加工刀具軌跡生成功能，可進(jìn)行外形銑削、型腔（挖槽）加工、鉆孔加工、平面加工、曲面加工以及多軸加工等的刀具軌跡生成及仿真；車削（Lathe）模塊用于編制數(shù)控車削加工程序，可進(jìn)行粗車、精車、切槽、車螺紋以及銑車復(fù)合加工等的刀具軌跡生成及仿真；線切割（Wire）模塊用于編制線切割加工程序，可進(jìn)行2～4軸電火花線切割的加工軌跡生成及仿真。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

Mastercam的顯著特點：具有強大的CAD功能，不僅具有二維繪圖和尺寸標(biāo)注功能，而且具有三維曲面造型和實體造型、著色處理等功能。具有強大的CAM功能，能夠進(jìn)行銑削、車削、雕刻和線切割加工程序的編制。具有刀具軌跡驗證和實體切削仿真功能。MasterCAM能夠依據(jù)使用者定義的刀具、進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速等模擬刀具軌跡和計算加工時間。具有刀具庫及材料庫，能根據(jù)被加工工件材料及刀具規(guī)格尺寸自動確定進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等加工參數(shù)。具有豐富的數(shù)據(jù)接口，可直接讀入UG、PRO/E、CATIA、AUTOCAD等常用CAD/CAM軟件的幾何模型文件，同時提供標(biāo)準(zhǔn)圖形數(shù)據(jù)格式如IGES、STEP等的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

Mastercam的顯著特點：提供適合目前國際上常見的多種數(shù)控系統(tǒng)的后置處理程序文件。具有DNC功能，可直接將NC程序通過RS-232C通訊接口發(fā)送至指定的數(shù)控機床或直接控制數(shù)控機床進(jìn)行加工。用戶界面友好，操作方便。并且用戶界面可在一定程度上實現(xiàn)個性化定制，以滿足個人的操作風(fēng)格和喜好。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

7.4Mastercam軟件的應(yīng)用

應(yīng)用Mastercam編寫程序的主要步驟：啟動Mastercam軟件。打開一個零件文件，或根據(jù)零件圖紙進(jìn)行零件幾何造型。選擇用于加工零件的機床類型和機床定義。用戶可根據(jù)實際加工需要對同一個零件選擇銑、車等多個機床定義，以完成不同的加工。當(dāng)選擇一個機床類型時，系統(tǒng)將在刀具軌跡管理器中自動產(chǎn)生一個新的機床群組和刀具軌跡群組。在生成刀具軌跡前，必須首先選擇機床定義。設(shè)置加工對象和參數(shù)（機床群組屬性），包括文件、刀具、毛坯和安全區(qū)設(shè)置。生成刀具軌跡。驗證和編輯刀具軌跡。后置處理。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用二、編程舉例例7-1：在某立式加工中心上加工如圖所示零件，要求銑加工外形輪廓。零件材料為45號鋼。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用編程步驟：1.數(shù)控工藝分析及工藝過程制定7.4Mastercam軟件的應(yīng)用2.數(shù)控加工程序編制幾何造型以O(shè)點為零件坐標(biāo)系原點，繪制零件外形7.4Mastercam軟件的應(yīng)用機床類型選擇在主菜單選擇【機床類型】/【銑削】，激活刀具路徑管理器。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用工件材料設(shè)置在刀具路徑管理器中，點擊【屬性】，選擇【材料設(shè)置】，彈出【機器群組屬性】對話框。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用工件材料設(shè)置勾選【顯示方式】復(fù)選框，并單擊【選取對角】按鈕，然后在視圖中捕捉矩形的對角點1和對角點2返回；在右邊灰色區(qū)中的【X】文本框中輸入180，【Y】文本框中輸入90，【Z】文本框中輸入12，并點擊紅色立體線框圖的右上角作為工件原點，修改工件原點坐標(biāo)X、Y、Z分別為（-25，-25，0）7.4Mastercam軟件的應(yīng)用工件材料設(shè)置7.4Mastercam軟件的應(yīng)用刀具路徑選擇在主菜單中選擇【刀具路徑】/【外形銑削】命令，彈出【串連選項】對話框；選擇單選框【2D平面】和串連按鈕，然后在零件圖形中選擇刀具路徑。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用刀具選擇單擊【串連選項】對話框的按鈕確認(rèn)，彈出【外形（2D）】對話框點擊【選取刀庫】按鈕，彈出【刀具選擇】列表框選擇

10mm平底銑刀，單擊按鈕確認(rèn)7.4Mastercam軟件的應(yīng)用刀具選擇在【外形（2D）】對話框中，雙擊刀具項，彈出【定義刀具】對話框7.4Mastercam軟件的應(yīng)用加工參數(shù)設(shè)置

在【外形（2D）】對話框中，單擊【外形銑削參數(shù)】，彈出【外形銑削參數(shù)】對話框當(dāng)參數(shù)設(shè)置完畢后，單擊按鈕確認(rèn)，返回到主界面。在圖形窗口中將自動產(chǎn)生外形銑削的刀具路徑7.4Mastercam軟件的應(yīng)用刀具路徑驗證

用戶可在【刀具路徑管理器】窗口中單擊“刀具路徑驗證”按鈕，將彈出【實體切削驗證】對話框，單擊“播放”按鈕就會在繪圖窗口產(chǎn)生實體切削的動畫模擬。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用后置處理

在【刀具路徑管理器】窗口中單擊“G1”按鈕，將彈出【后處理程式】對話框7.4Mastercam軟件的應(yīng)用后置處理

%O0001(PROGRAMNAME-EXAMPLE7_1)(DATE=DD-MM-YY-04-07-09TIME=HH:MM-22:57)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(10.FLATENDMILLTOOL-1DIA.OFF.-2LEN.-0DIA.-10.)N104T1M6N106G0G90G54X-40.Y-30.A0.S1600M3N108G43H0Z40.N110G1Z-16.F300.N112G41D2X-30.F120.N114G3X-20.Y-20.R10.N116G1Y20.N118X-5.043Y50.N120X23.542N122G2X82.Y44.R40.N124G3X130.Y20.R60.N126G1X150.N128Y-20.N130X-20.N132G3X-30.Y-30.R10.N134G1G40Y-40.N136G0Z40.N138M5N140G91G28Z0.N142G28X0.Y0.A0.N144M30%7.4Mastercam軟件的應(yīng)用二、編程舉例例7-2：在某數(shù)控車床上加工如圖所示零件。僅討論

120和

70外圓柱的粗車和精車加工程序的編制。

7.4Mastercam軟件的應(yīng)用1.幾何造型在車床上加工的工件一般都是對稱于Z軸的回轉(zhuǎn)體，所以在繪制幾何模型時只需繪制零件的一半剖面圖。在“狀態(tài)欄”中單擊【構(gòu)圖面】，在彈出的菜單中有【車床半徑】和【車床直徑】子菜單，點擊彈出常用的車床坐標(biāo)系，設(shè)定車床坐標(biāo)系。繪零件圖7.4Mastercam軟件的應(yīng)用2.機床類型選擇在主菜單選擇【機床類型】/【車削】/【默認(rèn)】命令，激活刀具路徑管理器。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用3.工件材料設(shè)置在刀具路徑管理器中，點擊【屬性】，選擇【材料設(shè)置】，彈出【機器群組屬性】對話框。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用3.工件材料設(shè)置定義工件外形在“Stock”設(shè)置區(qū)中，首先設(shè)置工件的主軸轉(zhuǎn)向，即“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”。選擇“左轉(zhuǎn)”單選項，并單擊其后的“參數(shù)”按鈕，彈出【長條狀毛坯的設(shè)定】對話框。

單擊“OD”后的“選擇”按鈕，在視圖中選擇點1并返回，從而確定工件的直徑；單擊“長度”后的“選擇”按鈕，在視圖中選擇水平直線1并返回，從而確定工件的長度；單擊“基線Z”區(qū)域中的“選擇”按鈕，在視圖中捕捉左下角的交點2（即原點）并返回；選擇“在左端面”選項，結(jié)果如圖示。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用3.工件材料設(shè)置定義工件夾頭在“Chuck”設(shè)置區(qū)中，選擇“左轉(zhuǎn)”單選項，并單擊其后的“參數(shù)”按鈕，彈出【夾爪的設(shè)定】對話框。在“型式”區(qū)域中單擊“由兩點產(chǎn)生”按鈕，在工件視圖中捕捉上側(cè)直線的中點1和任何一點（確定一個矩形區(qū)域）并返回；然后修改夾爪的高度、寬度、步進(jìn)等參數(shù)。7.4Mastercam軟件的應(yīng)用3.工件材料設(shè)置在“夾持的方法”區(qū)域中選擇上邊第2個單選項。在“位置”區(qū)域中單擊“選擇”按鈕，在視圖中捕捉上側(cè)水平直線左側(cè)的端點2，確定夾持點位置；最后單擊按鈕確認(rèn)，即可在視圖中顯示出工件的夾頭

7.4Mastercam軟件的應(yīng)用3