计算机辅助制造数控编程及加工工艺基础.ppt

1、电子工业出版社计算机辅助制造吴家福主编,第一章 数控编程及加工工艺基础,电子工业出版社计算机辅助制造,第一章 数控编程及加工工艺基础,电子工业出版社计算机辅助制造,1.1 什么是CAD/CAM,电子工业出版社计算机辅助制造,1.1.1 CAD/CAM基本概念,CAD/CAM是计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing）的英文缩写,是一项利用计算机软、硬件辅助人们完成产品设计与制造的技术。 CAD是指工程设计人员以计算机为辅助工具，完成产品的设计、工程分析、绘图等工作，达到提高产品质量、缩短产品开发周期、降低

2、生产成本等目的。,电子工业出版社计算机辅助制造,CAM可有广义和狭义之分。广义CAM是指工程技术人员以计算机为辅助工具，完成从准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等工作。狭义CAM一般仅指利用相应软件完成NC程序编制，包括刀具路径规划、刀具文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。本书介绍的是狭义CAM。 CAD/CAM系统由软、硬件组成，硬件为系统工作提供物资基础，系统功能由系统中软件运行来完成。下面图1- 1为CAD/CAM系统的基本组成。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,1.1.2 CAD/CA

3、M软件介绍,1.Unigraphics(UG) UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起。 UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月UnigraphicsSolutions公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOL

4、IDEDGE软件统一到Parasolid平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。 目前，最新版本为UGS NX6.0。,电子工业出版社计算机辅助制造,2. MasterCAM Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加

5、工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。 目前，最新版本为MasterCAM X3。,电子工业出版社计算机辅助制造,3. Pro/Engineer Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation，简称PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的

6、第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/Engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 Pro/Engineer系统主要功能如下: (1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。 (2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。 (3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。 (4)容易使用，可以极大地提高设计效率。 Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。 目前，最新版本为5.0。,电子工业出

7、版社计算机辅助制造,4.CAXA CAXA是中国领先的PLM方案和服务提供商。CAXA坚持“软件服务制造业”理念，开发出系列化的CAD、CAPP、CAM、DNC、PDM、MPM等PLM软件产品和解决方案，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域；曾荣获中国软件行业协会20年“金软件奖”以及“中国制造业信息化工程十大优秀供应商”等荣誉； CAXA始终坚持走市场化的道路，已在全国建立起了35个营销和服务中心、300多家代理经销商、600多个教育培训中心和多层次合作伙伴组成的技术服务体系，是制造业成长的最佳服务伙伴；有超过2000多所院校采用CAXA软件进行教学或培训，各大出版机构出版CAX

8、A相关教材超过300多种。截至2007年，CAXA已累计销售正版软件超过25万套。 一般机械制造行业用的软件他们都生产，二维三维，工艺，管理，制造工程师，线切割，网络DNC等。,电子工业出版社计算机辅助制造,5.SolidWorks SolidWorks是生信国际有限公司推出的基于Windows的机械设计软件。生信公司是一家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与国际CAD/CAE/CAM/PDM市场同步。该公司提倡的基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统是以Windows为平台，以SolidWorks为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程

9、数据管理和数控加工等，为企业提供了梦寐以求的解决方案。 SolidWorks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版的相应软件价格的1/41/5向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的实体造型实用功能。 SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。,电子工业出版社计算机辅助制造,6.Cimatron CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/C

10、AM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 CimatronCAD/CAM系统自从80年代进入市场以来，在国际上的模具制造业备受欢迎。近年来，Cimatron公司为了在设计制造领域发展，着力增加了许多适合设计的功能模块，每年都有新版本推出，市场销售份额增长很快。从8版本起进行了汉化，以满足国内企业不同层次技术人员应用需求。用户覆盖机械、铁路、科研、教育等领域，目前已销售200多套，市场前景看好。,电子工业出版社计算机辅助制造,7.I-DEAS

11、I-DEAS是美国SDRC公司开发的CAD/CAM软件。该公司是国际上著名的机械CAD/CAE/CAM公司，在全球范围享有盛誉，国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、现代、福特等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。 该软件是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。 I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。 SD

12、RC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。I-DEASCAMAND是CAM行业的顶级产品。I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2轴、2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化。,电子工业出版社计算机辅助制造,1.1.3 UGS NX6.0/MasterCAM X3运行环境,硬件环境：CPU主频2GHZ以上，显存512M以上，内存1G以上，硬盘10G以上。 软件环境：windows xp/vista系统,电子工业出版社计算机辅助制造,1.2数控编程基本概念及知识,电子工业出版社计算机辅助制造,1.数控技术 数控技

13、术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。 2.数控机床 金属切削类数控机床,包括数控车床,数控钻床,数控铣床,数控磨床,数控镗床发及加工中心.这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。 金属成型类数控机床；这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。 数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。 其他类型的

14、数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。,电子工业出版社计算机辅助制造,3.数控程序 输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其它符号编码的一系列指令，称为数控程序（NC Program）或零件程序（Part Program）。 O0001；（FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%）机床指定程序号，每个程序号对应一个加工零件。 N010 G92 X0 Y0；N010表示程序段号，分号表示程序段结束 N020 G90 G00 X50 Y60； N150 M30；表示程序结束,电子工业出版社计算机辅助

15、制造,4. 数控机床编程的方法 手工编程 由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。 CAD/CAM计算机辅助编程 利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是UG和Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程。,电子工业出版社计算机辅助制造,5. 数控机床手工编程的步骤,电子工业出版社计算机辅助制造,1.3 数控加工工艺分析,电子工业出版社计算机辅助制造,1.3.1 数控车削工艺分析,（1）零件图工艺分析 （2）

16、选择设备 （3）确定零件的定位基准和装夹方式 （4）确定加工顺序及进给路线 （5）刀具选择 （6）切削用量选择,电子工业出版社计算机辅助制造,1.3.2 数控铣削工艺分析,1、选择并确定数控铣削加工部位及工序内容 在选择数控铣削加工内容时，应充分发挥数控铣床的优势和作用。选择的加工内容主要有： (1)工件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓，如图1- 3所示的正弦曲线等； (2)已知数学模型的空间曲面，如图1- 4所示的球面等； (3)形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位； (4)用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽； (5)以尺寸协调的高精度孔

17、和面等； (6)能在一次安装中顺带铣出的简单表面或形状； (7)用数控铣削方式加工后，能成倍提高生产率，大大减轻劳动强度的一般加工内容。,电子工业出版社计算机辅助制造,2、零件图样的工艺性分析 根据数控铣削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析时，应主要分析与考虑以下一些问题。 1）零件图样尺寸的正确标注 2）统一内壁圆弧的尺寸 加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往限制刀具的尺寸。 (1)内壁转接圆弧半径R 通常，当R0.2H时，则属工艺性较差。 (2)内壁与底面转接圆弧半径r 一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸大小要力求合理，半径尺寸尽可能一致，要求半径尺寸分组靠拢，以改善铣削工艺性。 3）保证基准统一的

18、原则 最好采用统一基准定位。零件上应有合适的孔作为定位基准，如果零件上没有基准孔，可在毛坯上增加工艺凸台或在后续工序要铣去的余量上设基准孔。 4）分析零件的变形情况 铣削工件在加工时的变形，将影响加工质量。这时，可采用常规方法，如粗、精加工分开及对称去余量法等，也可采用热处理的方法，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理等。加工薄板时，切削力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度难以保证，这时，应考虑合适的工件装夹方式。,电子工业出版社计算机辅助制造,3、加工方式的选择 合理地选择进给路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度，在确定进给路线时，首先应

19、遵循数控工艺所要求的原则。对于数控铣床，还应重点考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；使走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率；应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。,电子工业出版社计算机辅助制造,4、对刀点与换刀点的确定 对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。对刀点一般设在工件上表面中心，这样比较容易进行对刀操作。换刀点往往设在工件的外部，以顺利换刀、不碰撞工件和其他部件为准。在铣床上，通常以机床参考点为换刀点。 为了简化上述分析，在运用软件进行CAM处理时采用形式上与数控铣削加工相似的的工艺分析方式。,电子工业出版社计算机辅助制

20、造,1.3.3 数控线切割工艺分析,1、电火花线切割加工的步骤及要求 1）对图样进行分析和审核 ( 1) 表面粗糙度和尺寸精度要求很高, 切割后无法进行手工研磨的工件。 ( 2) 窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件, 或图形内拐角处不允许带有电极丝半径加放电间隙所形成的圆角的工件。 ( 3) 非导电材料。 ( 4) 厚度超过丝架跨距的零件。 ( 5) 加工长度超过X、Y 拖板的有效行程长度, 且精度要求较高的工件。在符合线切割加工工艺的条件下, 应着重在表面粗糙度、尺寸精度、工件厚度、工件材料、尺寸大小、配合间隙和冲制件厚度等方面仔细考虑。,电子工业出版社计算机辅助制造,2）计算和编写加工用程

21、序 （1）线切割机床的编程。 高速走丝切割机床一般采用B 代码格式（一部分机床已经采用G 代码格式) , 而低速走丝线切割机床通常采用国际上通用的G 代码格式, 目前我国生产的线切割控制系统也逐步采用G 代码。,电子工业出版社计算机辅助制造,（2）偏移补偿值的计算。由于加工中程序的执行是以电极丝中心轨迹来计算的, 而电极丝的中心轨迹不能与零件的实际轮廓线重合, 要加工出符合图纸要求的零件, 必须计算出电极丝中心轨迹的交点和切点坐标, 按电极丝中心轨迹来编程, 电极丝中心轨迹与零件轮廓相距一个f 值, f 值称做偏移补偿值, 计算公式如下: F=( d/2) +S 式中: f偏移补偿值; d/2

22、电极丝半径; S单边放电间隙( 0.01mm) 。,电子工业出版社计算机辅助制造,3）数控线切割机床基本操作步骤 （1） 分析零件图, 确定装夹位置及走刀路线； （2） 编制程序单, 传输程序； （3）检查机床, 调试工作液, 找正电极丝, 装夹工件并找正； （4）调节电参数、形参数； （5）切割零件, 检验。,电子工业出版社计算机辅助制造,2、加工时的调整 1）调整电极丝垂直度。在装夹工件前必须以工作台为基准,先将电极丝垂直度调整好, 再根据技术要求装夹加工坯料, 条件许可时最好以角尺刀口再复测一次电极丝对装夹好工件的垂直度。 2）调整脉冲电源的电参数, 脉冲电源的电参数选择是否恰当, 对加

23、工模具的表面粗糙度、精度及切割速度起着决定的作用。 3）调整进给速度。当电参数选好后, 在采用第一条程序切割时, 要对变频进给速度进行调整, 这是保证稳定加工的必要步骤, 如果电参数选择恰当, 同时变频进给调得比较稳定, 才能获得好的加工质量。,电子工业出版社计算机辅助制造,3、线切割加工 在对零件进行线切割加工时, 必须正确地确定工艺路线和切割程序, 包括对图纸的审核及分析, 加工前的工艺准备和工件的装夹, 程序的编制, 加工参数的设定和调整以及检验等步骤。,电子工业出版社计算机辅助制造,本章结束，谢谢，再见！,电子工业出版社计算机辅助制造吴家福主编,第二章 几何建模,电子工业出版社计算机辅

24、助制造,第二章 几何建模,电子工业出版社计算机辅助制造,2.1 UG几何建模,电子工业出版社计算机辅助制造,1建模模块 建模功能是UG用来建立三维模型的工作环境，在此环境中，可以通过实体建模、特征建模、自由曲面建模及UG/WAVE等方法建立各种实体模型。 2制图模块 使用该功能可以方便地将三维实体模型投影成工程上用的三视图，即工程图，用来进行加工与装配或其他操作。,电子工业出版社计算机辅助制造,3加工模块 使用加工功能可以进行加工仿真、后置处理等，经过后置处理产生的加工程序适合于车、铣、加工中心、线切割等机床的操作。 4分析模块 分析模块可以对UG的零件和装配结构进行线性静力分析、模态分析和稳

25、定分析，可对设计的产品尺寸进行优化。 5装配模块 提供并行的自上至下和自下至上的产品装配设计方法，可快速地增加零件与定位零件，可对零件进行编辑、装配，并可新建零件。,电子工业出版社计算机辅助制造,2.1.1 草图绘制,1）进入草图 在菜单栏中选择“插入”“草图”命令或者在工具栏上单击图标，将打开“创建草图”对话框。从中可以选择草图平面，在选择的平面上将可看到图形预览，如图2- 3所示。可以拾取基准面或者实体的平面。 确认选择后单击【确定】按钮，或者单击鼠标中键入草图工作环境，图形视角将自动调整。 2）退出草图 在“草图”工具栏上单击【完成草图】图标，退出草图环境。,电子工业出版社计算机辅助制造

26、,电子工业出版社计算机辅助制造,2直线 直线是最常用的一种图素。在“草图”工具栏上单击【直线】图标，指定直线的起点与终点即可完成直线绘制。 1）水平/竖直线绘制 2）平行线 3）垂直线 4）切线,电子工业出版社计算机辅助制造,3矩形 在“草图曲线”工具栏上单击【矩形】图标，可以进行矩形的绘制。 1）两点画矩形 2）3 点画矩形 3）从中心点 4圆 1）中心和半径决定的圆 2）通过3点的圆,电子工业出版社计算机辅助制造,5圆弧 1）通过3点的弧 2）中心点端点决定的弧 6轮廓线 轮廓线可以创建连续的直线与圆弧。 7修剪与延伸 在绘制图形时，经常会创建一些线条，但是其长度不能完全确定，而是与其他对

27、象相交的，此时需要使用修剪或者延伸的方法以获得准确的长度。,电子工业出版社计算机辅助制造,8圆角 在“草图曲线”工具栏上单击【圆角】图标，在两条曲线之间进行给定半径的圆弧光滑过度。 1）圆角创建步骤 2）圆角方法 3）删除第三条曲线 9偏置曲线与镜像曲线 1）偏置曲线 偏置曲线用于创建等距线。在“草图操作”工具栏上单击【偏置曲线】图标，出现“偏置曲线”对话框，如图2- 25所示。在图形上选择曲线，再设置参数创建偏置曲线。 2）镜像曲线 镜像操作过程如下：在“草图曲线”工具栏上单击【镜像曲线】图标后将出现“镜像曲线”对话框，选择对称线，再选择要镜像的图形；确定进行镜像，如图2- 28所示。,电子

28、工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,10草图约束基础 通过几何约束确定各图素之间的关系，如相切、平行、垂直、等长、同心等。而通过尺寸约束则可以按要求输入尺寸进行设计。,电子工业出版社计算机辅助制造,11尺寸标注 尺寸标注用于限制草图对象的长度、距离、角度、半径、直径等尺寸。 1）尺寸标注的设置 在菜单栏中单击“首选项”“草图”命令，系统弹出如图2- 30所示的“草图首选项”对话框，从中可以设置文本高度和尺寸标签等参数。 2）尺寸标注的步骤 首先要选择一个图素，如果有必要则选择第二个图素，指定尺寸线位置标注尺寸，再在弹出的尺寸文本框中输入所需要的尺寸，图形按照所标注的尺寸经行

29、驱动。,电子工业出版社计算机辅助制造,12几何约束,电子工业出版社计算机辅助制造,13草图实例 【实例】绘制如所示的草图。,电子工业出版社计算机辅助制造,2.1.2 实体建模与编辑,1建模过程 一般情况下实体建模的基本过程是从绘制草图开始。 （1）绘制草图。按设计要求确定草图平面，绘制草图的大致形状，进行草图的尺寸约束和几何约束，得到符合要求的精确草图。 （2）创建特征。采用拉伸、回转或扫掠的方法创建实体特征。 （3）特征操作。对实体模型进行边倒圆、倒斜角、抽壳、螺纹、镜像、矩形阵列、圆形阵列、拔模、布尔运算等特征操作。其中布尔运算在创建特征阶段，如拉伸、回转或扫掠等设计特征不是初次进行，则布

30、尔运算操作可根据实际情况与创建特征同时完成。 （4）编辑特征。实体建模过程中或建模完成之后，可根据需要对实体特征进行特征参数、特征位置、移动特征、特征重排序、替换特征、取消抑制特征等方面的编辑。,电子工业出版社计算机辅助制造,2实体建模 1）拉伸特征 拉伸特征是将曲线、草图、实体边缘及面沿指定方向拉伸一段直线距离所创建的实体。 下面介绍拉伸操作选项。 （1）选择曲线 （2）指定矢量方向 （3）确定拉伸距离 （4）布尔操作 （5）拔模 （6）偏置 （7）体类型,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,2）回转特征 回转特征是将曲线、草图、实体边缘及面绕指定轴回转一个非零角度，

31、所创建的实体。 下面介绍回转操作选项。 （1）选择曲线 （2）指定回转轴 （3）确定回转角度 （4）布尔操作 （5）偏置 （6）体类型,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,3）扫掠特征 沿引导线扫掠是将开放或封闭的边界草图、曲线、边缘或面，沿着一个或一系列曲线（路径）扫描来创建实体或片体。 沿引导线扫掠操作方法如下。 （1）选择截面线串 （2）选择引导线串 （3）输入扫掠偏置 （4）布尔运算,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,4）倒斜角 选择【插入】【细节特征】【倒斜角】命令，或在【特征操作】工具栏中单击倒斜角图标，系统弹出【倒斜角】对话框，进

32、入倒斜角操作。 （1）对称偏置方式倒斜角 （2）非对称偏置方式倒斜角 （3）偏置和角度方式倒斜角,电子工业出版社计算机辅助制造,5）边倒圆 常用的边倒圆方法有恒定半径倒圆、变半径倒圆和指定长度倒圆3种。 （1）恒定半径倒圆 （2）变半径倒圆 （3）指定长度倒圆,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,6）抽壳 抽壳特征操作可把实体零件按指定的厚度变成壳体,是建立壳体零件的重要特征操作,通过抽壳操作可以建立等壁厚或不同壁厚的壳体。抽壳操作有移除面然后抽壳的抽壳所有面两种类型。 （1）移除面然后抽壳 （2）抽壳所有面

33、采用抽壳所有面时，指定抽壳体的所有面而不移除任何面。单击要抽壳的实体，输入壳体的壁厚，预览后单击【确定】按钮，如图2- 88所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,实训项目三 心轴的建模（车削）,电子工业出版社计算机辅助制造,2.2 MasterCAM几何建模,电子工业出版社计算机辅助制造,2.2.1二维图,电子工业出版社计算机辅助制造,2.二维图形绘制与编辑 无论是构建2D或者3D图形，首要的工作都是先设置构图面和工作深度，以便正确的构建所要的图形。本章主要介绍二维图形绘制的基本指令。 1）绘图基础 （1）选取图素的方法,电子工业出版

34、社计算机辅助制造,（2）串连 开式串连：起点和终点不重合，如简单的直线、小于360度的圆弧。 闭式串连：起点和终点相重合，如矩形、三角形、圆等。 （3）视图和视口设置 （4）设置构图平面 构图平面是用户绘图的二维平面，一般为XY平面。 图2- 102中，圆1、2、3、4和5是绘制在不同的平面上的，至少需要设置4个构图平面。其中，圆1、2、3、5分别通过构图平面ABCD、ABFE、BCGF、ABGH来绘制，而圆4和圆1平行，也通过ABCD构图平面绘制，不过在绘制之前，需要设置构图深度。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,（5）设置构图深度 为了区分某个方向上不同的平面，

35、采用了构图深度这一概念，通常用Z表示。 图2- 103中，如果定义ABCD平面为构图平面，则ABCD平面上的圆1的构图深度为0；而EFGH平面上的圆2的构图深度就是BF的距离60( 长方体的高度),电子工业出版社计算机辅助制造,（6）设置图形视角 视角就是用户观察图形的角度。 构图平面和视角是相互独立的，并且可以各自设置。用户可以在“绘图视角”工具栏中，单击命令按钮来进行视角的设置操作。也可在状态栏中，单击“视角”图标，打开一个快捷菜单，选择其中命令设置相应的视角。,电子工业出版社计算机辅助制造,2）二维图形绘制 （1）点的绘制 如图2- 104所示的绘点菜单 （2）直线的绘制 如图2- 10

36、7所示的绘直线菜单 （3）圆弧的绘制 如图2- 115所示的绘制圆弧菜单 （4）矩形的绘制 如图2- 123所示的绘制矩形菜单 （5）多边形的绘制 如图2- 125所示的绘制多边形菜单 （6）椭圆的绘制 如图2-126所示的绘制椭圆菜单,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,（7）边界盒的绘制 边界盒是一个正好将选择图素包含在内的“盒子”，它可以是矩形轮廓线(12条直线)也可以是圆柱形轮廓线(2个圆)。这对于确定工件的加工边界，确定工件中心、工件尺寸和重量都十分有用。 （8）文字的绘

37、制 （9）螺旋线的绘制 （10） 曲线的绘制 （11）倒圆角 （12） 倒角,电子工业出版社计算机辅助制造,3）几何图形的编辑 在设计过程中，仅仅绘制基本的二维图素是远远不够的，只有通过对图素的各种编辑才能获得真正满意的各种图形。 （1）删除 删除命令用于删除不再需要的图素，如点、线、弧、曲线、曲面、及尺寸标注等。 （2）修整 修整是指对图形中已绘制的图素进行位置、形状的调整，改变现有图素的性质，主要包括圆修剪、打断、延伸等命令。 修剪/延伸 可对图素进行修剪、延伸，可以断开图素。 打断 用于将原有图素（线、弧或样条曲线）打断成两个或两个以上的单个图素。 连接图素 连接命令用于将两条共线的线段

38、、两个同心且等径的圆弧或两段被打断的spline曲线连接成一体。,电子工业出版社计算机辅助制造,更改曲线 更改曲线用于变更NURBS曲线或曲面的控制点位置，从而改变曲线或曲面的形状 转成NURBS 该命令用于将多条圆弧、直线或者参数式样条曲线转换成NURBS样条曲线。 曲线变弧 该命令可以用于将趋近于圆形的spline曲线转变为圆弧。,电子工业出版社计算机辅助制造,（3）转换 转换功能主要指用镜像、平移、缩放、偏置、旋转等功能来编辑几何图形（改变其位置、方向和大小。），并且执行转换功能时，系统会自动产生组群和结果的设定。选择主菜单【X 转换】命令，显示如图2- 147所示的转换菜单。,电子工业

39、出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,4）二维绘图综合练习 绘制如图2- 148所示的图形。,电子工业出版社计算机辅助制造,2.2.2 实体建模,实体是一个封闭的实心物体，可以很方便地实现线架和曲面的某些难以实现的功能，如布尔加减、倒圆角等。实体象一块粘土，可以很方便地实现挖空、抽壳、变形、参数化等特定的功能。但是实体造型也有它难以解决的问题，即构建雕塑性的复杂表面，如动物的面部等。这就有赖于结合实体和曲面的造型特点，灵活地将其优点结合起来，如利用曲面去切割实体以得到需要的表面。,电子工业出版社计算机辅助制造,三维实体的构建过程 （1）构建一个实体模型： 对于形状规则且参数已知的

40、实体，可以直接利用Primitives（基本实体）命令，输入相应的参数来构建。 （2）对构建的实体模型进行编辑、修改： 运用Fillet（倒圆角）、Chamfer（倒角）、Shell（薄壳）、Boolean（布林运算）、Solids mgr（实体管理器）等功能对前面构建的实体模型进行变形处理以得到符合图样要求的零件。 （3）实体管理操作 在实体零件的基础上，通过实体管理器进行实体特征的管理，观察三维实体的构建纪录，改变特征的次序，修改特征的参数和图形。,电子工业出版社计算机辅助制造,1基本实体造型的构建,电子工业出版社计算机辅助制造,2曲线创建实体 在实际生产中，所设计的实体对象往往不是规则的

41、几何体，此时就需要首先创建实体的截面轮廓曲线，再对这些曲线进行串连，最后进行挤压、扫描、旋转、举升等操作来完成不规则实体模型的创建。,电子工业出版社计算机辅助制造,1）挤出实体,电子工业出版社计算机辅助制造,2）旋转实体,电子工业出版社计算机辅助制造,3）扫描实体,电子工业出版社计算机辅助制造,4）举升实体,电子工业出版社计算机辅助制造,3实体编辑 通过实体造型创建功能生成的实体模型往往并不是我们最终所需要的，此时需要对这些生成的实体模型进行适当的编辑操作，以获得最佳的造型。在实体的编辑操作中常常用到如倒圆角、倒角、抽壳、布尔运算、牵引实体、实体修剪等功能指令。 1）实体倒圆角 实体倒圆角是指

42、在实体上的两个相交平面间生成一个与这两个平面都相切的圆形熔接边界，且圆角半径即可选用常量半径，也可选用变量半径。,电子工业出版社计算机辅助制造,2）实体倒角 实体倒角命令是对实体的边进行倒角处理，即在被选定的实体边上切除材料。一般零件的锐边在设计时，都要进行这种倒斜角处理。,电子工业出版社计算机辅助制造,3）实体抽壳 实体抽壳命令是将实体内部挖空, 使实体转变成为有一定壁厚的空心实体。 4）布尔运算 布尔运算是通过结合、切割、交集的方法将多个实体合并为一个实体，可以迅速地构建出复杂而规则的形体。 5）牵引实体 将实体的某个表面，绕指定的边界线或该实体面与其他面的交线旋转一定的角度，其他与相交的

43、面也会随着发生变化，继续保持与该面的相交的关系。,电子工业出版社计算机辅助制造,6）由曲面生成实体 Mastercam系统提供了通过“缝合”几个曲面从而将其创建为实体的功能。如果选择的曲面为封闭曲面而且各曲面间的间隙在设定的边界误差范围内，则生成封闭实体，否则生成非封闭的薄片实体。 7）薄片实体加厚 由单个的曲面生成的实体是一种薄壁实体，此命令就用于给薄壁实体加厚。如图2-190所示。 8）实体修剪：用平面、曲面、薄壁实体去切割实体，将实体一分为二，保留其中的一部分，也可两部分都保留。如图2-191所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,9）查找实体特征 特征辨识功

44、能可以用来寻找主体实体中的孔、倒圆角等实体特征，并把他们独立出来，成为一个新的“操作”。 4实体操作管理器 操作管理器对一个实体的创建过程自始自终都有详细的记录，而且是按顺序记录，记录中包含实体创建时的相关参数。通过实体操作管理器，可以对实体在创建过程中的相关参数进行修改，还可以对创建顺序进行重排，更新后得到一个全新的模型。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,本章结束，谢谢，再见！,电子工业出版社计算机辅助制造吴家福主编,第三章铣削加工应用基础,电子工业出版社计算机辅助制造吴家福

45、主编,第四章 铣削加工,电子工业出版社计算机辅助制造,第四章 铣削加工,电子工业出版社计算机辅助制造,4.1 平面铣削,平面铣削（mill_planar）类型是在水平切削层上创建刀路轨迹的一种加工类型。它的程序用在3轴（或3轴以上）数控机床、加工中心上面。其中，程序特点是数控机床的任意两轴联运，另外一轴做周期性的运动。,电子工业出版社计算机辅助制造,4.1.1基础知识,1.UG平面铣基础知识 按照加工对象的不同可以归为3大类，具体内容如下： 表面铣：从FACE_MILLING_AREA到FACE_MILLING_MANNAL；使用范围一般的表面余量均匀较少的已成型零件。表面铣是通过选择平面区域

46、来指定加工范围的一种操作。主要用于要加工区域为平面、表面余量一致的零件。它不需要指定底面，加工深度由设置的余量决定。并且设置深度余量是沿刀轴方向计算的，所以要求加工面必须和刀轴垂直，否则无法生成刀路。 平面铣：从PLANAR_MILL到FINISH_FLOOR；使用范围有比较深的切削范围、多层次待加工面或是走轮廓线类型等的零件。用于平面轮廓、平面区域或平面孤岛一种铣削方式。它通过逐层切削工件来创建刀具路径，用于零件粗、精加工，特别适用于需大量切除材料时。 其他：从THREAD_MILLING到MILL_USER；使用范围为文字加工、铣螺纹。,电子工业出版社计算机辅助制造,2. MasterCA

47、M平面铣基础知识 MasterCAM X3的平面铣加工只需要画出二维图形，不需要画出三维图。 1）外形铣削：沿工件的外形轮廓切除材料产生刀具路径，二维外形刀具路径的切削深度一般是固定不变的，有时也可以用于加工固定斜角。 2）标准挖槽：对封闭图形进行的，主要用于切削沟槽和封闭形状包围的材料。所串连线串必须与构图面平行。 3）面铣：用于毛坯的顶面铣平，提高表面的平面度、平行度和降低工件的表面粗糙度。 4）2D高速刀具路径： 5）全圆铣削：以圆为几何模型进行加工，专门为圆设定的加工。,电子工业出版社计算机辅助制造,4.1.2表面铣操作,1）几何体 几何体是定义当前操作所加工的部件、被加工区域、使用的

48、检查体等，打开几何体选项卡，如图4- 3所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,2）刀轨设置 刀轨设置主要作用是设置刀具的运动轨迹和。比如，进退刀的形式、切削参数、加工后的余量等。它是平面操作中最重要的参数，打开【刀轨设置】选项卡，如图4- 4所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,方法的作用是设置操作轮廓的余量和公差。 切削模式即刀具的走刀样式，决定了机床的加工效率、精度等。共有8种模式，如图4- 5所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,步进 刀具切削时两轴心之间的距离。共有四种，每种步进适合的刀具如下： 恒定：设置切削路径为默写距离。用于平刀、圆鼻刀和球刀等。 残余高度：设置两路径之间残留材料

49、的最大高度。用于球刀。 刀具直径：设置刀具直径的百分比值，建立固定的距离。用于平刀、圆鼻刀等。 可变：指定多个步进大小不一，用于平刀、圆鼻刀等。 切削深度设置 设置切削的层数，也可快速设置余量。一共有三个选项，含义如下： 毛坯距离：加工时表面的余量。 每一刀的深度：每次切削时的下刀深度。如果每一刀的深度为0，则刀具直接切到底面不分层。 最终底部面余量：加工后底部的余量,电子工业出版社计算机辅助制造,切削参数 主要功能是对刀具切削路线进行更精确的设置。 非切削参数 主要功能是设置进刀退刀的方式、抬刀、避让等，它在切削过程中起着辅助切削的作用。若零件产生过切，主要功能是因为非切削参数的设置不恰当造

50、成的。 进给与速度 要根据工艺设置切削速度和主轴转速，保证加工质量和效率。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,2. MasterCAM表面铣操作 零件材料一般是毛坯，故顶面不是很平整，为了使对工件进行加工时刀具的震动较小，从而使加工的工件精度满足要求，通常在对工件进行加工前需要执行面铣削加工，快速地切除工件顶面上的毛坯，为进一步加工作准备。 利用面铣削加工命令可以铣削串连选取指定的区域，也可以铣削整个工件表面。的在设置参数时，应注意使切削方向的重叠量至少大于刀具直径的50%，以保证工件的周围没有残留量。 设置面铣削参数时，除了设置一组刀具、材料等共同参数外，还要设置一

51、组特有的加工参数。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,4.1.3平面铣操作,1）平面铣操作流程 创建几何体、刀具、方法创建平面铣操作设置操作参数生成刀具轨迹。 2）平面铣与表面铣的区别 平面铣需要创建的几何体比表面铣复杂，它不再是选择一组要加工的面，而是指定部件边界（零件要加工的轮廓）、指定底面（加工深度）、指定毛坯边界（加工时区域的毛坯）等。 3）平面铣边界 通过边界来定义任意切削切削区域和任意的切削深度，能完成较复杂零件的加工。有四种类型：部件边界、毛坯边界、检查边界和修剪边界。 4）指定底面 指定加工底面，软件会计算出部件边界平面到

52、指定底面间深度。,电子工业出版社计算机辅助制造,部件边界 用来指定刀具运动的轨迹，它可以通过面、边、曲线和点来定义，在4种边界中它是必须要定义的边界。有封闭和开放两种类型。 在封闭的情况下，材料侧有内部和外部。如挖槽的材料侧是外部，加工岛的材料侧是内部。在开放的情况下，材料侧有左侧和右侧之分。是指保留材料是左侧材料还是右侧材料。如图4- 21所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,毛坯边界 用来指定要去除的多余材料，定义的方法和部件边界一样。毛坯边界一定要封闭，材料侧与部件材料侧相反。刀具和边界只能对中，使其自动延伸一个刀具半径。,电子工业出版社计算机辅助制造,检查边界 指定刀具不能进入的区域，

53、如夹具。检查边界一定要封闭。 修剪边界 指定对部件边界进行修剪，修剪的材料可以是内部、外部或是左侧、右侧。刀具和边界的位置只能对中。,电子工业出版社计算机辅助制造,2.MasterCAM平面铣操作 外形铣削：沿工件的外形轮廓切除材料产生刀具路径。常用于加工工件的二维或三维外形轮廓。二维外形铣削刀具路径的切削深度一般是固定不变的，少数情况下也可加工固定斜角的轮廓，而三维轮廓线产生的刀具路径的切削深度是随轮廓线的高度位置变化的。,电子工业出版社计算机辅助制造,打开“外形加工参数”选项卡 1）刀具参数设置 用户根据实际加工需要选择相应的刀具，并考虑切削用量、切削深度、零件材料、冷却条件等相关因素，对

54、于外形铣削一般要选择三刃以上的平底铣刀。,电子工业出版社计算机辅助制造,2）外形铣削参数的设置 （1）绝对值和增量值 当输入安全高度、退刀高度、进刀高度、毛坯高度或刀具路径深度参数时，可用绝对值或增量值。 （2）加工类型 外形铣削模组可以选择不同的加工类型，点击“外形加工参数”对话框的“外形铣削类”的下拉菜单，显示不同的加工类型，如图4- 25所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,3）高度设置 外形铣削参数中需要设定5个高度参数，分别是： 安全高度：是指在此高度之上刀具可以作任意水平的移动，而不会与工件或夹具发生碰撞。 参考高度：是指开始下一个刀具路径之前刀具回退的位置，退刀高度的设置应低于安

55、全高度并高于进给下刀位置。 进给下刀位置：是指当刀具在按工作进给之前快速进给到的高度。即刀具从安全高度或退刀高度快速进给到此高度，变为进给速度再继续下降。 工件表面：是指工件上表面的高度值。 深度：指最后的加工深度。,电子工业出版社计算机辅助制造,4）刀具补偿 刀具都有一个直径，若刀具中心点和需要加工的轮廓外形重合时，加工出来的零件会比图纸尺寸小一圈，因此要进行刀具半径补偿。刀具半径补偿是指将刀具路径从选取的工件加工边界上按指定方向偏移一定的距离。有关参数如图4- 30所示。,电子工业出版社计算机辅助制造,预留量 在实际加工中，一刀直接铣削到尺寸在很多时候是不现实的，那样加工出来的零件尺寸和表

56、面粗糙度都很差，大多数加工都要分为粗加工和精加工，所以要给精加工留一定的预留量。毛坯预留量参数就是命令系统给精加工留有的一定余量。正值表示预留切削量，负值表示过切切削量，若刀具补正均设为“关”，系统将忽略此参数设定。 分层铣削 当铣削的厚度较大时，可以采用深度分层铣削。 进刀/退刀设置 在外形铣削加工中，一般情况下是从工件上方垂直进刀，但很多刀具不允许垂直切削，因此可以在外形铣削前和完成外形铣削后添加一段进刀/退刀刀具路径，改为从侧面进刀/退刀。,电子工业出版社计算机辅助制造,实训项目十 UG平板零件的铣削加工,1.任务引入 已知零件如图4- 37所示，利用思考与练习2绘制好的模型进行数控加工

57、。,电子工业出版社计算机辅助制造,实训项目十一 MasterCAM平板零件的铣削加工,1.任务引入 加工如图4-66所示零件，毛坯为909040钢件。,电子工业出版社计算机辅助制造,4.2型腔铣,电子工业出版社计算机辅助制造,4.2.1 基础知识,1.UG型腔铣基础知识 曲面铣削（mill_contour）模板是针对于模具制造的复杂零件加工推出的一系列加工方法。编制的程序可以是二轴半加工、三轴联动加工。,电子工业出版社计算机辅助制造,按照加工对象的不同可以分为4大类： 等高加工：型腔铣CAVITY_MILL到精铣角ZLEVEL_CORNER。 曲面加工：固定轮廓铣FIXED_CONTOUR到区

58、域轮廓铣陡峭CONTOUR_AREA_DIR_STEEP。 清根加工：单刀清根FLOWCUT_SINGLE到3D轮廓铣PROFILE_3D。 其他：曲面文字CONTOUR_AREA到铣削控制MILL_CONTROL。 在本节中，主要介绍常见的等高铣削几种类型：型腔铣、粗铣角、精铣角和陡壁加工四种。它们有一个共同特点，都可以用来完成一个型腔的铣削，因此把它们统一归类到型腔铣。,电子工业出版社计算机辅助制造,2.MasterCAM X3型腔铣基础知识 挖槽铣削加工 挖槽加工可以移除封闭区域里的材料，其定义方式由外轮廓与岛屿组成，槽与岛屿必须在同一个构图平面内。不能够选择3D串连外形进行挖槽加工，如

59、果两次选择同一条串连外形，系统会提出警告信息。 进行挖槽加工时要先定义槽及岛屿的轮廓，要注意岛屿的边界必须是封闭的。槽与岛屿可以嵌套使用，嵌套的轮廓线与其选择的顺序无关，而只与其位置有关。对于多重嵌套的轮廓线，其轮廓线的铣削侧边按外轮廓线、岛屿相间的排列。即外轮廓线范围内为“海”，第二层轮廓线为“岛屿”，第三层轮廓线为岛屿上的“湖泊”，第四层为湖泊中的“小岛”，以此类推。有“水”的部位为切削区域，轮廓线的内外也是针对切削区域而言的。,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,电子工业出版社计算机辅助制造,4.2.2等高铣削操作,1.UG等高铣削 1）等高铣削分类 型腔铣 利用实体表面或片体曲面定义加工区域。主要用于开腔粗加工和型芯粗加工，也用于残料加工。,电子工业出版社计算机辅助制造,粗铣角 粗铣角是建立在粗加工之后的一种清理角落的加工类型，使残料余量均匀，为半精加工、精加工做准备。它主要功能是清理粗加工刀具无法进入的角落。,电子工业出版社计算机辅助制造,精铣角 建立在零件精