CADCAM综合实验报告(2012版)

PAGEPAGE14实验一：小型装置CAD设计实验地点：TD9一机房实验日期：2012年5月28日至2012年6月1日班级：BJ0903实验者：周佳炜学号：091002050316指导教师：张晓青小组成员：屈庆慧范春伟姜旭阳1.1实验目的CAD/CAM综合实验是机械设计制造及其自动化专业一门重要的实践性课程。通过本综合实验，学生能结合课程《CAD/CAM》理论所学，熟悉CAD设计，掌握使用计算机进行机械设计、数控加工自动编程的基本方法。在提高学生专业技术应用能力的同时，培养其良好的职业道德。1.2实验内容1、综合运用多种建模方法，完成小型装置及其零部件的数字化三维造型；2、合理运用多种装配技术，完成小型装置的虚拟装配；3、按照制图标准，运用工程图模板技术，完成装配工程图1张、零件工程图2张；4、熟悉渲染技术，完成小型装置效果图1张。1.3系统软件UGNX系统4.0版本1.4实验内容与关键技术1.4.1三维建模在本次的UG驱动项目建模中，我们综合采用了各种数字化建模手段来完成机械装置各个零部件的特征建模。在建模过程中，我们主要运用了草图功能和实体特征建模或者两者综合使用的方法来进行零件模型的建立。在建模初期，主要采用的是草图功能的方法进行建模。一是因为其能够直接表现出所建模型的特点在视觉上比较直观；二是在草图中建立并完成模型的建立后想要修改模型的某些参数时就可直接进入草图中修改；三是因为我们大多数同学刚接触UG软件对其应用不深且在课上草图练习的较多。图1草图建模之后发现光用草图进行建模遇到复杂零件或尺寸难以确定的零件时就无法进行合理的草图绘制。因为在建立草图对象之后需要对其进行必要的约束和定位，遇到复杂零件会大大降低效率并且也无法保证正确性。于是，我们采用了草图和实体特征建模相结合的方法进行建模。实体建模主要采用了基本体素特征、成形特征以及一些简单的扫描特征和操作特征。一些复杂的实体模型都是由体素特征组合创建而来的然后通过成形特征中的一些腔体、凸垫、圆台、键槽等特征类型来实现所要图形的建立。但是成形特征必须依赖于某个实体通过在基体上的添加或者去除材料而生成的。换言之，只有在实体上才能创建成形特征，因此成形特征在实体上的定位以及参数的设定就十分重要。此外，在建立实体模型过程中不仅能通过成形特征来创建同样也能够在草图环境下绘制所需图形来完善零件的建立。图2草图与实体特征相结合建模因为在装配过程中会有螺纹配合在零件实际加工中会有工艺要求等，所以在建模过程中我们还用到了一些操作特征，例如在直角的地方进行边倒圆、倒角等操作。在螺钉与螺母配合的地方进行螺纹特征的创建。此外，在零件的设计中我们还用到扫描特征中的沿导引线扫掠特征对一段曲线和一个矩形进行扫掠设置为垫圈，让我了解到扫描特征是通过对实体表面或曲线等对象进行的拉伸、扫掠或者是回转操作而创建的实体模型。而在建立个别复杂零件模型时也应遵循先建立基本体素特征或者扫描特征作为部件的基体然后在逐步在零件上创建腔体、凸垫、圆台、键槽等成形特征，然后在逐步创建边倒圆、倒角、螺纹等操作特征创建复杂完整的零件。最后，在零件创建完成后要通过特征的布尔运算来处理建模过程中的多个实体或者是片体之间的相互关系，可以通过“加”的运算来使之前运用多种建模方式创建而成的零件结合成一个整体。三维建模的重点是要抓住通过基本体素特征和成形特征结合加以运用扫描特征以及操作特征从而完成零件的创建。1.4.2装配建模的过程是建立组件装配关系的过程。UG装配建模主要有自底向上和自顶向下两种装配方式。自底向上装配是先设计好装配体中所有的零部件，再将零部件添加到装配体中。我们主要运用的就是自底向上的建模方式，这种三维装配方法是对现实生产中装配方法的模拟，在现实生产中也是将所有零部件生产出来之后才进行最后的装配工作。自底向上建模的优点是因为零部件是独立设计的，它们的相互关系以及重建行为更为简单，修改的时候只需对个别零件或者个别尺寸进行重新设置。也是因为这个特点，我们小组的驱动项目是由各位成员进行各部分装配体的建模最后再进行总的装配，这样节省了时间又提高了效率。但同时这也是自底向上建模的缺点那就是每个零部件的尺寸都必须很精确才能完成之后的装配工作。所以次方法适用于不需要建立控制零件大小和尺寸的参考关系情况下。采用自底向上的装配方法组件的迪昂为方法有两种：1.绝对坐标定位方法，一般第一个组件采用此方法添加。2.配对定位方法，以后添加进来的组件采用此方法。我们在装配的过程中就是采用此方法定位的。在UG4.0中主要提供了8种装配关系来进行装配的约束关系：配对（贴合）、对齐、角度、平行、垂直、中心（对中）、距离和相切。自顶向下装配又称TOP-DOWN，是在装配的过程中完成某些零件的设计建模。其装配方法有两种：第一种是现在装配中建立一个几何模型，然后创建一个新组件同时将该几何模型链接到新建组件中；第二种是先建立一个空的新组件，它不包含任何几何对象，然后使其成为工作部件再在其中建立几何模型。在驱动项目装配过程中我们利用了第一种TOP-DOWN方式进行了装配。利用这种TOP-DOWN方法的优点在于能够使进行装配的两零部件之间建立一定的关联，当修改其中某一零件参数时另一零件就会相应的作出改动。这样就能通过已有零件从而确定与之装配较为复杂零部件的尺寸及装配了。在我们的驱动项目中就通过固有组件底座2利用TOP-DOWN方法来确定底座1的尺寸及其装配的。因为零部件底座2有一个内凹槽尺寸比较难以计算所以我们就利用自顶向下的方法在底座2的基础上通过使用有关建模命令来完成底座1的建模和装配，这样大大节省了时间提高了效率。在零部件中编辑特征的自顶向下方式也是在装配体中非常常用的装配技巧。此外，在装配中我们还用到了可变形组件。可变形组件会根据装配过程中的实际情况，零件本身会发生一些参数上的变化。定义可变形组件要在建模应用中定义可变形部件菜单下对相应的特征、表达式、参数下定义从而根据实际工作情况来做设置。定义可变形组件是为了在装配过程中防止零部件相互运动所造成的磨损破坏。所以在装配体中添加可变形组件是为了有效地降低实际工作中因相互碰撞而造成损伤。图3装配体1.4在UG4.0中不仅可以进行建模、装配，同时还能对零部件进行工程图的处理。在出工程图之前首先我们自己制作了A0、A3、A4图纸模板的建立。在新建模型文件后进入制图应用模块，在对话框中选取相应的图纸尺寸并且根据国标的要求要选择第一象限投影角，随后开始绘制图框和填写必要的信息。在完成图框绘制后进行图框的保存要注意在文件、选项、保存选项对话框中保存图样数据中以仅图样数据保存。之后我们就可以进行对零部件或者装配体的工程图设置。首先要新建文件名选择非主模型部件然后选择需要详细表达尺寸、形状、参数的零件选取合理的图纸尺寸以及第一象限角投影。之后在投影零部件工程图之前我们做了一些预设置来有助于工程图的建立从而提高效率。在首选项注释菜单下将箭头设置为填充的箭头、在单位选项下将小数点设置为圆点不显示尾零；在制图首选项视图菜单下将显示边界设置为否；在视图首选项菜单下将光顺边设置为否、隐藏线设置为虚线等操作。在预设置之后选取能够清楚表达零部件尺寸、形状、参数的主视图、俯视图和左视图于相应的位置必要时可添加一个正等测视图来表达出零部件的形状。在完成工程图的视图、设置工作后在格式、图样、调用图样图框下调用相应的图纸。最后开始对零件工程图尺寸标注、粗糙度基准面的选取、形位公差的设置、技术要求的规定和明细栏的填写以及装配体工程图主要尺寸的标注、公差配合的标注、技术要求的规定、一些简单剖切图的拉伸以及明细栏的填写。1.4.4UGNX中的渲染效果能使零部件外形更加绚丽对三维零件模型、机械装置使用能够获得现实的效果和逼真的渲染照片，在实际应该中能帮助设计人员预测产品的外观效果从而达到降低产品试制费用有效地缩短开发周期。要对完成的装配体进行渲染需要在外观造型设计应用模块中完成。首先我们进行的是对将配体外观加材料与纹理。考虑到我们驱动项目——工程台钳，在我们之前实训的一礼拜看到的应该外形是类似银灰色带有金属质感的材料加之我们之前设计时定义的HT200的外观材料所以我们选择了塑件材料stainlesssteel作为台钳外观的主色调，在把手和轴的地方我们根据观察的实体觉得采用金黄色为佳。此外我们还在底部增加了一块垫板为了之后灯光设置的时候产生阴影从而使灯光效果更加明显。背景的黑色也是为了更好的衬托出灯光打在装配体上那种光线强弱的刺激感。在渲染上我们没有采用太多亮丽颜色的修饰以及各种效果的添加，因为我们觉得工程台钳是用来加持工件的工具，我们想給人总体一种稳重的感觉并且使用冷色调及黑色的背景给人一种耳目一新的感觉。图4渲染图1.5实验成果表一文件零件名称与模型文件名称对应表零件名模型文件名工程图文件名固定板1.prt轴2.prt垫板3.prt传动轴4.prt螺杆5.prt螺钉M10x136.prt套筒7.prt垫片1dianpian1(10).prt垫片2dianpian2(25).prt垫片4dianpian4(20).prt螺栓M10x80luoding1.prt螺栓M10x30luoding2.prt螺栓M20x65Luoding3.prt螺母M10luomu1(10).prt螺母M25luomu2(25).prt螺母M20luomu3(20).prt螺母M20luomu4(20).prt套筒taotong.prt内六角螺钉M10x40neiliujiaoluoding.prt定卡盘dingkapan.prtgongchengtu1.prt动卡盘dongkapan.prt底座1dizuo1.prt底座2dizuo2.prtgongchengtu2.prt定位钉M6x16dingweiding.prt把手bashou.prt弹簧垫圈tanhuangdianquan.prt图5定卡盘工程图图6底座2工程图图7总装配工程图1.6实验小结计算机辅助设计（computeraideddesign,CAD）技术是指以计算机为工具，对产品进行包括构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的技术。CAD是一种借助计算机完成设计并产生图形、图像的综合性工程技术和方法，具有几何建模、工程分析、模拟仿真、优化设计、工程绘图和数据管理等主要功能。在为期一周的CAD实训中让我充分了解到:CAD其实不仅仅只是CAD。如果在大一大二时你问我CAD是什么？我会毫不犹豫的告诉你CAD是一种绘图辅助软件，但是你现在问我CAD是什么我会告诉你那是一种一计算机为工具对产品进行包括构思、设计、分析等综合运用的技术。在CAD实训之前张老师让我们3到4人为一小组设计一个驱动项目。我们立马开始进行的构思、设计、建模、装配等其实已经在用到了CAD技术。通过小组的讨论商议我们最后决定驱动项目选择制作工程台钳。因为在之前的学习中涉及到台钳的使用所以觉得对台钳略有了解也觉得有所挑战。于是，我们开始对工程台钳进行分析大致了解了其工作原理和组成部件之后开始对其进行建模。刚开始我们采用的是草图建模，在制作简单零部件时还能应付，但之后做到复杂的零部件时单单采用草图来建模会遇到约束不足、尺寸难以确定等问题，后来经过和同学的讨论我们采用了草图和实体建模特征相结合的方法来建模果然事半功倍。此外在建模过程中我们还做到了一些例如螺钉螺母的标准件刚开始我们只是随便定了定尺寸后来张老师在上课中提到所有标准件的建模都要查相关手册我们才意识到建模是个严谨的工程而且在之后的装配中也充分体现了这一点。因为建模我们大多采用的是自底向上的装配方式所以这就需要之前建模的零部件尺寸要相互配合也再一次验证了即使在小的事情也马虎不得，可能由于某一个细小的零部件的某一个尺寸的不准确从而导致整个项目的装配失败。此外，在装配过程中我们也遇到了许多问题，例如相配合两部件尺寸不对、两复杂零件难以配对约束等问题。虽然碰到了各式各样的问题但是大家也并没有为此沮丧，尺寸不对了就继续修改、约束错误了就换种方式继续配对、遇到复杂零件时我们就采用TOP-DOWN的设计方法来装配。通过大家的不懈努力最终还是成功将装配体完成，瞬间有了小小的自豪感。之后的工程图处理因为只要用到的是以前的制图知识，虽然有些遗忘但是通过看书以及小组成员间相互提醒帮助加之张老师2次上课的教学演示我们还是比较顺利的完成工程图的出图。最后装配体的渲染是一个之前没有接触到的板块，但由于这块部分没之前几部分显得那么重要以及渲染属于一个比较开放不那么严谨的领域张老师让我们自己来完成这部分的学习，大家也根据实验指导书的内容能够比较熟练的运用这一功能的应用。所以不论从前期的构思、分析设计到中期的建模、装配再到最后工程图的处理和渲染，我们都用到了UGCAD的技术。在此期间，自己感触最深的就是TOP-DOWN技术的运用和可变形组件的定义了。TOP-DOWN使我们减轻了建模的时间大大提高了我们的效率，而可变形组件的定义则是在装配过程中实际情况不可缺少的。我们在装配的时候原本设计的是弹簧但在实际应用中发现用弹簧的意义不大随后我们改用弹簧垫圈从而满足装配实际情况。通过这一周的CAD实训，不仅使我对以前的知识得到了巩固同样也让我学习到了像TOP-DOWN、可变形组件定义、渲染等技术的综合运用。

实验二：典型零件CAM加工实验地点：TD9一机房实验日期：2012年6月4日至2012年6月8日班级：BJ0903实验者：周佳炜学号：091002050316指导教师：张晓青小组成员：屈庆慧范春伟姜旭阳2.1实验目的CAD/CAM综合实验是机械设计制造及其自动化专业一门重要的实践性课程。通过本综合实验，学生能结合课程《CAD/CAM》理论所学，熟悉CAM加工的生产实际流程，掌握使用计算机进行机械设计、数控加工自动编程的基本方法。在提高学生专业技术应用能力的同时，培养其良好的职业道德。2.2实验内容1、熟悉UGCAM的基本流程，掌握CAM辅助编程的基本方法；2、了解平面铣、型腔铣基本知识，分别典型零件平面铣、型腔铣各一件；3、熟悉后处理基本知识，熟悉后处理编辑器的基本使用方法；4、通过观察实验，了解计算机与数控机床间数据传送的基本方法，以及数控加工的基本方法。2.3系统软件UGNX系统4.0版本2.4实验内容与关键技术2.4平面铣是一种2.5轴的加工方式。平面铣可以通过设置不同的切削方式来完成挖槽或是轮廓外形的加工。它主要用于直壁的平面零件加工，其优点是不用做出完整的造型只依据2D图形就能直接生成刀具的路径并且可以定义任意区域的切削深度调整刀具在边界的位置。运用UGNX4.0CAM功能能够实现平面铣削并且能够建立编辑与UG主模型文件相关的刀具路径、仿真模拟刀具的运动从而获得工件平面铣刀位文件。首先要进入主菜单上的“加工”模块，首次进入系统会要求进行初始化。在初始化中可选择加工使用机床的类别和选用的操作类型，点击“初始化”后进入加工环境。之后平面铣的基本步骤分为5部分:1.创建程序：选择类型、子类型、组，并且为程序命名。2.创建刀具：根据需要铣削的零件选择刀具的类型一般平面铣选择的是平底刀然后根据零件的尺寸来定义刀具的参数从而达到加快加工时间和降低成本的目的。3.创建几何体：在零件上定义加工的几何对象在workpiece环境下选择需要定义的对象以及在mcs环境下指定加工方位，此外为了确保加工的正确性安全性可在选择加工方位同时对间隙进行偏置的设定。4.创建加工方法：通过部件余量、几何体内外公差以及进给量速度的设置来控制表面残余量从而来提高加工精度。5.创建操作：是在前四步的基础上设置完成的，换言之创建操作必须在前四步设定完成后才能操作。根据实际加工情况选择加工部件、切削部件、切削方式，为了提高精度也可在切削层中设置分层切削等参数的设置最后生成刀轨根据需要在3D、2D动态下观察仿真。在操作过程中如果需要观看或者修改之前的步骤可在相应的程序顺序视图、机床视图、几何视图和加工方法视图在右侧的操作导航器中进行察看如要修改则在操作导航器中相应位置右键重新生成即可。图8平面铣零件2.4.2型腔铣刀具路径在同一高度内完成一层切削遇到曲面时绕过下降一个高度进行下一层切削的方式。它用于大部分粗加工和直壁及斜度不大的精加工。型腔铣的基本步骤与平面铣大致相同。不同的是型腔铣选择的是球头刀，在创建操作中选择的加工方式不同以及加工的时候需要分层进行切削。图9型腔铣零件2.后处理就是将刀轨文件转化成数控机床可以识别的数控代码形式。后处理有两种方法。一种是在编程操作下进行后处理，选中已生成的刀轨文件，单击后处理然后选择机床类型进行保存。另一种是根据输出的刀轨文件进行后处理，在打开的NCProcessing中完成后处理，生成的以“.PTP”为后缀的文件。2.4利用CAD/CAM系统软件自动生成的数控加工程序，需要通过一定的方法传送到数控机床上去，进而实现数控传送。在周四上午的实训中，老师向我们展示了如何进行数控传送。首先将通讯电缆的两头分别连接到PC和CNC之后设置PC机和PCIN软件的通讯协议随后设置FANUC-0i数控系统的通讯协议最后进行数据通讯。在操作过程中老师强调到固定窗口只能传送对应的零件程序，有些程序想要改变需在MDI模式下设置0或1来改变。此外，如果要在程序上修改参数应事先保存原有数据将控制面板上的钥匙置于0从而防止修改错误或程序出错等问题的出现。在调用完程序之后继续模拟确认无误后便可对刀等操作对零件进行加工了。2.5数控加工表二cam零件名称与模型文件名称对应表cam零件名模型文件名工程图文件名平面铣零件zjwug1.prt平面铣加工零件cam1.prtcam1gongchengtu.prt型腔铣零件zjwug2.prt型腔铣加工零件cam2.prtcam2gongchengtu.prt平面铣零件后处理cam1.ptp平面铣零件刀轨路径cam1.txt型腔铣零件后处理cam2.ptp型腔铣零件刀轨路径cam2.txt图10平面铣零件工程图图11型腔铣零件工程图2.6实验小结计算机辅助制造（computeraidedmanufacturing,CAM）是借助计算机进行，产品制造活动的简称，有广义和狭义之分。广义CAM，一般是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工业准备、生产作业计划制定、物流过