现金制造技术实习课程-CAD、CAM数字化相关设计和制造非机类

现金制造技术实习课程—CAD、CAM数字化相关设计和制造非机类CAD/CAM技术

CAD、CAM常用软件工具介绍

CAD建模技术Mastercam软件建模实例

CAM技术一、CAD简介1、基本概念

计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)和计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing)是指以计算机作为主要技术手段来生成和运用各种数字信息与图形信息，以进行产品设计和制造的系统。是一门由多学科和多项技术综合形成的实用技术。应用：广泛应用于机械工程、建筑工程领域、环境工程领域等。CAD/CAM技术

计算机网络平台

CAD/CAM系统市场需求加工制造工艺设计定型设计分析计算结构设计概念设计零件装配产品调试产品销售CAD/CAM技术图3广义CAD/CAM实用技术

广义CAD/CAM技术几何造型工程绘图分析计算优化设计NC自动编程工时定额与材料定额编制物料作业和生产作业计划的运行与控制（加工、装配、检测、输送、存储等）产品设计工艺准备计算机辅助工艺设计计算机辅助工装设计与制造生产质量控制工程数据管理广义CAD/CAM实用技术是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程以及与之直接和间接相关的活动狭义的CAD/CAM实用技术是指利用CAD/CAM系统进行产品造型、、计算分析和数控编程等。CAD/CAM技术2、CAD/CAM的生存环境

（1）操作系统：CAD/CAM需要微机平台上的操作系统的支撑（即环境)

（2）计算机网络：利用网络的交互性和快速响应，使CAD/CAM更好地实现设计与制造人员之间的交流、异地设计与制造、并行工程等

（3）数据管理平台（PDM)：PDM对产品整个生命周期内及各个阶段的相关数据进行定义、组织和管理，并为CAD/CAM的集成提供了可能。（4）集成制造环境：CAD/CAM在CIMS的工程设计分系统和制造自动化分系统中起着核心作用，同时为制造企业提供基础数据。CAD/CAM技术3、CAD/CAM的工作流程

（1）设计人员根据市场需求调查以及用户对产品性能的要求，向CAD系统输入设计要求，并建立几何模型。

（2）对产品模型进行详细设计计算及结构方案优化分析，以确定产品【产品总体设计方案及零部件的结构及主要参数。

（3）根据屏幕显示的内容，对设计的初步结果作出判断，并进行修改。CAD/CAM技术

（5）对工艺过程设计结果进行分析、判断，并以人机交互的形式进行修改，产生生产需要的工艺卡片或以数据接口文件的形式存入数据库。

（6）利用外部设备输出工艺卡片，指导生产；或利用计算机辅助制造系统进行仿真与模拟进行验证和检查，最后生成NC程序，进行加工。

（7）产品装配、调试、发售。

（4）在分析产品几何形状特点及有关技术要求的基础上，对产品进行工艺设计。二、常用软件工具简介CAD/CAM技术

二维软件

三维软件1、AUTOCAD2、CAXA3、SolidEdge1、MASTERCAM（美国）2、CIMATRON（英国）3、PRO/ENGINEERING4、SolidWorks5、UGII（美国）6、CATIA7、I—DEAS1、常用CAD软件工具三、CAD建模技术CAD/CAM技术

模型是对真实物体（或系统）中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象化。1、基本概念根据模型与实际物体（或系统）的一致程度，可以分为：（1）实物模型：如地球仪、人体模型。它是实际系统在保持本质特征条件下经缩小或放大而构成的。（2）图形模型：如生产流程图、控制系统方块图等以图表的形式来表示系统的功能及其相互关系。（3）数学模型：通过系统的相互影响因素的数量关系，采用数学方程式来描述系统的方式。（4）仿真模型：能够直接转化为计算机仿真程序的系统描述方式。如仿真中用于描述系统的逻辑流程图、活动循环图等。（5）几何实体模型：以计算机能够理解的方式，对几何实体进行确切的定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部构造一个实体的模型。CAD/CAM技术2、几何建模表达模式1.边界表达模式：是用几何实体的边界表达几何实体

是一种精确的、实用性的模式，其存储数据可以直接进行NC处理，用于控制机床2.边界近似模式：是通过近似拟合边界表达几何实体

是一种大概的、不精确的表示方法，其精度与拟合方法有直接关系。其存储数据不能直接进行NC处理

例如：采用样条曲线拟合自由曲线。CAD/CAM技术（1）三维线框建模

线框建模是通过点、线（直线、曲线）描述物体的外形、交线和棱线，并在计算机中生成二维和三维图像3、几何建模技术

特点：数据量少、数据结构简单CPU时间及存储开销低，操作简便。但存在二义性、没有面的信息、不能明确定义点与形体之间的关系。图5汽车线框模型

CAD图纸是工程师的语言。设计部门用图纸表达设计思想和设计意图，生产部门用图纸指导加工和制造。使用部门用图纸作为编制招标标书的依据，或用于使用和维护；实施部门应用图纸编制施工组织计划，编制投标报价及准备材料，组织生产与施工。CAD制图＝设计方法＋CAD软件应用设计师绘制CAD图纸所必备的的条件：（1）掌握环境工程设计方法；（2）熟练掌握CAD软件。CAD/CAM技术二维工程图纸CAD/CAM技术（2）曲面建模

曲面建模是在计算机图形环境下，对曲面的表示、设计、显示和分析，主要以插值、拟合、逼近等手段实现。图6曲面片体

特点：在线框模型的基础上，增加有关边（环边）信息及表面特征、棱边的链接方向等，可满足面面相交，线、面消隐，明暗色彩，数控加工等。但不能剖切计算物性及碰撞与干涉检查等。图7摩托车头盔的三维实体模型CAD/CAM技术（3）实体建模

实体建模是通过简单体素的拼合来构造复杂形体。

特点：能完整表示物体的所有形状信息，可以无歧义的确定一个点在物体的外部、内部或表面上，能够进行物性计算、有限元分析等应用要求。CAD/CAM技术（4）特征建模

特征建模是在描述产品的几何信息的同时更好地表达产品完整的功能和生产管理信息。特征包括特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示法、制造技术和公差要求等

特点：（1）着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息。（2）使产品设计在更高层次上进行，让设计人员将更多的精力放在创造性构思上。（3）有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工检验各部门之间的联系，并为开发新一代CAD/CAM集成系统创造条件。建模过程有三类主要的信息来源：

1、目标和目的对同一真实系统，由于研究目的、建模目标等不同，同一系统的模型不同。因此建模过程中准确地掌握建模目的和目标信息，对建模至关重要。

2、先验知识建模过程以过去的知识为基础。在建模初始阶段，所研究的过程常常是前人经历过的，已总结出了许多定论、原理和模型。这可以作为信息的来源。

3、实验数据信息来源还可以通过对现在的实验和观测取得。CAD/CAM技术CAD/CAM技术四、Mastercam软件建模实例

图8MasterCAM界面CAD/CAM技术1、常用功能快捷键的介绍使图素返回屏幕中心（当图素放大过大时）

动态观察器操作步骤：（1）点击动态观察器按钮（2)选择屏幕上任一点作为观察点（3)按住鼠标左键不放拖动，进行三维观察方法二操作步骤：按住鼠标中键不放松，然后拖动CAD/CAM技术点击后实现三维与二位平面三视图的转换标注尺寸标注文字相当于AutoCAD的填充功能，可以生成剖面线CAD/CAM技术对象变化功能主要包括图素的镜像、平移、缩放、偏置、旋转等功能。这同样适用于三维图形。图1对象偏置10mmCAD/CAM技术图2对象镜像图3对象阵列CAD/CAM技术对图素进行修剪/打断/延伸注意：1.修剪基准线与被修剪线必须位于同一平面2.由于鼠标单击修剪的图素位置不同，被修剪掉的部分也不同。图1修剪单一图素按钮1.先选择保留部分2.再选择修剪边界被修剪掉部分CAD/CAM技术图2修剪二图素按钮1.分别选择保留部分2.再选择修剪掉部分注意：当两图素没有交点时，较长的图素被剪掉，较短的图素被延伸。图3修剪三图素按钮（操作步骤同二）CAD/CAM技术图4分割图素按钮鼠标直接单击修剪掉的图素图5修剪至点按钮图6多物修剪按钮CAD/CAM技术F9——显示坐标系

工具按钮的添加：将鼠标放在工具快捷键区单击鼠标右键，弹出添加按钮选择要添加的按钮后，单击鼠标右键即可2、常用功能快捷键定制操作CAD/CAM技术光标自动抓点1.光标放置在绘图区，点击鼠标右键2.点击确定3.设置光标捕捉点CAD/CAM技术CAD/CAM技术（1)拉伸（MasterCAM——挤出）3、CAD建立几何实体模型常用几种方法图拉伸几何实体（曲面）（2)旋转图旋转几何实体（曲面）CAD/CAM技术（3)扫描（MasterCAM——）图扫描几何实体（曲面）（4)举升（MasterCAM——）图举升几何实体（曲面）CAD/CAM技术（5)布尔运算操作（MasterCAM——并集、交集差集）图布尔运算实体1实体2结合体CAD/CAM技术（6)曲面转换成几何实体图面转换为几何实体A）封闭曲面——封闭实体B）未封闭曲面——薄片实体（壳体）壳体加厚——几何实体CAD/CAM技术Y

a）二维平面线框图形b)三维实体模型图3-1盘套零件图（书P7）3、几何实体模型建模分析方法1：1.画100*100方，挤出10mm：2.在Z=10面上画Ø80mm,挤出10mm：3.布尔运算+：4.在Z=0（向上切割）或Z=20（向下切割）画Ø40mm切割孔CAD技术步骤1画100*100的正方形CAD技术动态观察体体选择和输入挤出参数挤出图素的选择CAD技术在Z=10的画直径80mm圆CAD技术采用串联选项选择直径80mm的圆并向上挤出CAD技术直径80mm的圆挤出10mm参数选择CAD技术三维观察与布尔结合运算1.先点击四方体为目标体2.再点击圆柱为工具体CAD技术圆柱与四方体结合当光标在线框上时，线条全部粗显，表示已经结合为一体CAD技术在Z=0或Z=20面上画直径40的圆CAD技术选取直径40mm的圆CAD技术切割直径40mm的孔参数选择CAD技术切割后着色观察三维实体CAM技术CAM技术CAM技术（1）创建基本图形。（2）选择需要的机床，设置工作参数。（3）根据加工对象选择刀具路径（4）选择刀具并设置刀具参数。（5）设置加工参数。（6）效验刀具路径。（7）真实加工模拟。（8）根据后置处理程序，创建NCI文件和NC文件。（9)在记事本等中打开NC程序，并进行修改。（10）通过RS232等通讯接口将程序传送至数控机床加工。CAM技术3.生成刀具路径（工序设置）

（1）首先确定加工类型（轮廓、点位、挖槽或曲面加工），用光标选择加工部位，选择走刀路线或切削方式。

（2）选取或输入刀具类型、刀号、刀具直径、刀具补偿号、加工预留余量、进给速度、主轴转速、退刀安全高度、粗精切削次数及余量、刀具半径长度补偿状况、进退刀延伸线值等加工所需的全部工艺切削参数。

（3）软件系统根据这些零件几何模型数据和切削加工工艺数据，经过分析、计算、处理，生成刀具运动轨迹数据，即刀位文件CLF(CutLocationFile),并动态显示刀具运动的加工轨迹。刀位文件与采用哪一种特定的数控机床无关，是一个中性文件，因此通常称产生刀具路径的过程为前置处理。CAM技术后置处理的目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序。由于各种机床使用的数控系统各不相同，例如有FANUC,SIEMENS,AB,GE等系统

每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同，后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序。然后使用者可以根据自己的需要打开文件，按照自己希望输出的数控加工程序格式，修改文件中相关的内容，可满足多种数控系统的