CADCAM综合实验指导书

CAD/CAM及数控技术综合型

实验指导书

武汉理工大学机电工程学院

机械工程及自动化系

2006．7

目 录

1. 实验目的 (1)

2. 综合设计实验的指导思想 (1)

3. 实验设备 (1)

4. 实验进度安排 (1)

5. 实验项目和实验流程 (2)

6. CAD 实验过程指导 (3)

7. CAM 实验过程指导 (9)

8. 实际加工实验过程指导 (19)

8.1数控车床 (19)

8.2数控铣床 (19)

9. 参考文献 (21)

1.实验目的

通过该综合型设计性实验，使学生在掌握CAD/CAM、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程的理论基础上，初步掌握Solidworks、Pro/E、MasterCAM、Cark、Daphne等软件的使用，掌握产品设计、产品分析、工艺设计、数控加工仿真、产品数据管理、实际数控加工、产品快速成形加工方法的产品整个开发过程，培养学生专业技能，培养综合与创新能。

该实验要求学生已经完成CAD/CAM、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程和数控技术课程设计的学习和实践环节。

2.综合设计实验的指导思想

综合设计性实验是根据选题的需要，将各个孤立的实验贯穿起来组织与安排实验，这样既丰富了课题内容，又克服由单纯验证性试验或测试性实验的孤立进行而造成理论与实际联系不够紧密的现象。通过课题内容的需求，将相关方面的基本知识有机地联系起来，既加深了对知识的系统理解，又拓宽了解决问题的思路和能力。

让学生进行综合设计实验，就是在教师指导下让学生根据实验题目、实验任务，独立完成确定实验方案、拟定实验程序，选择实验仪器、设备并进行安装、调试，观察实验现象，作好实验记录，进行数据处理，写出实验报告等。

综合设计型实验有一定难度，要圆满完成综合设计型实验，不仅需要一定的较宽的理论知识，还需要灵活多种的实验技能。为此，要求学生要有学习的主动性和高度的自觉性，在实施任务的过程中需查阅大量的科技文献资料，进行综合分析、推理判断，自行处理实验过程中的一切问题，在完成实验的过程中进一步开发智力，全面培养和发挥实验能力。所从事的设计型实验如果成功，则加强学生或实验技术人员动手能力，培养学生分析问题与解决问题的能力，开拓学生视野，提高学习的自信心和努力进取的精神，最大限度地培养和造就独立进行科学实验的本领。

3.实验设备

该设计性综合型实验涉及的设备包括以下软硬件：

z数控车床

z数控铣床

z加工中心

z CAD/CAM软件系统：SolidWorks、Pro/E、MasterCAM等软件。

4.实验进度安排

该设计综合实验时间为2周，具体时间分配如下：

时间任务安排

第1周第1天分组，下发设计任务书，查阅相关参考文献

第1周第2-3天查阅相关参考文献，提出设计方案，撰写预习报告

第1周第4-5天产品反求设计或CAD设计阶段（包括CAE）

第2周第1-2天 CAM设计阶段

第2周第3-4天实际加工阶段

第2周第5天总结，撰写实验报告，提交实验报告

5.实验项目和实验流程

实验设备：数控车床、数控铣床、加工中心、CAD/CAM软件系统。

实验流程：按照制造企业实际产品设计制造流程开展实验，具体包括产品反求设计（可选）、产品设计、产品分析、工艺设计、产品加工四个大的活动。如图7-1所示。每个活动由相应的软件或者加工设备支持完成。产品反求设计使用三坐标测量机或三维扫描仪对产品实物进行反求，然后使用三坐标测量机或三维扫描仪配备的相关数据处理软件进行数据拟合，重构产品模型。

z CAD部分：使用三维CAD软件根据设计要求设计零件和装配体；

z CAE部分：对设计的产品关键零部件进行分析；

z CAPP部分：使用CAPP软件设计零件和装配体的工艺文件；

z PDM部分：对设计的产品模型和图文挡进行管理；

z CAM部分：对设计的产品关键零部件进行加工仿真和生成NC代码；

分组情况：每人独立完成。

注意：本设计综合实验由于时间关系只要求必须完成CAD、CAM和实际加工部分，其余CAE、CAPP、PDM部分可以根据各小组实际情况可以增加相应环节。

CAE可以使用Ansys或CosmoWorks、FEMAP等CAE分析软件；

PDM可以使用PDMWorks或TeamCenterExpress等PDM管理软件；

图5-1 产品设计制造及数据管理流程

6.CAD 实验过程指导

实验条件：SolidWorks软件、SolidEdge软件、Pro-E、UGNX等软件任选一种

实验过程：

（1） 启动：SolidWorks软件、SolidEdge软件、Pro-E、UGNX等软件任选一种

（2） 设计零件。首先使用拉伸、旋转、扫描、放样等特征建模功能建立零件主特征，然后在主特征上附件辅助特征，直到设计完成该零件。需要主要的是尽量符合产品设计制造规范，如轴类零件设计主特征时使用旋转而不使用拉伸功能等。

（3） 重复第二步，直到设计出所有零件。

（4） 设计装配体。将设计的所有零件装配起来，形成装配体，注意装配时要考虑装配层次问题，不要将所有的零件全部装配在总装配体中。

（5） 设计工程图。将需要加工的零件出详细的工程图，包括所有的公差、粗糙度、技术要求等信息。

（6） 将产品/零件模型保存为MasterCAM可以读入的文件格式。

8.1 SolidWokrs软件使用过程实例

下面以SolidWokrs软件为例，给出手机的三维造型方法，其它零件设计类似。尺寸单位均为Mm。

1)拉深特征－长方体，草图为以长方形，长105，宽45，点拉深图标，进行拉深，

其长度为6。

2)在拉深体表面如下草图特征，尺寸如图所示（注意草图左右对称）

3)将草图如图示方向拉深1.2

4)对长方体特征进行倒角，点图标，距离－距离（5－55）

5)继续倒角：距离－距离（20－2）

6)同样按上述方法进行倒角，尺寸和方法如4）、5），最终得到结果如下

7)倒圆角如图示，在圆角项目选择需要倒角的边线（边线<1>，边线<2>），进行参数

设置，半径为10如下图所示。

8)对图示部分进行倒角，尺寸60。

9)图示区域进行倒角，半径14

10)对图示部分进行倒角，半径14。

11)继续倒角，半径15

12)倒角，半径10

13)倒平面直角，尺寸为2，55，上述步骤完成后结果与所选择的倒角面如下图。

有预览功能的结果显示，注意此处为等厚度抽壳。

15)切除拉深特征：在3拉深特征凸台平面上进行草图绘制，点，先绘制

一长方体（矩形），其形状与尺寸如下图，绘制完成厚，点“绘制圆角”图标

进行圆角绘制，其尺寸为3。

16)用同样的方法切除拉深如下图所示的圆柱状。

17)该圆的草图尺寸如下图所示

18)运用同样的方法完成图示的形状切除拉深。

该草图为一椭圆，其方法是：单击草图绘制工具栏上的椭圆或工具、草图绘制

实体、椭圆。指针形状变为。单击图形区域来放置椭圆中心，拖动并单击以设定椭圆的长轴，拖动并再次单击以设定椭圆的短轴。（注意之前先绘制一中心线，其尺寸为角度120，

是的椭圆的长轴2各点都在中心线上，这里需要添加几何约束，点图标，方法如下图，长轴尺寸11.5，短轴4.5）

19)绘制基准面。点图标，或在视图－工具栏－参考几何体中选取，以右视基准面

为参考面。

20)对椭圆拉深切除特征进行镜像

选择要镜像的阵列（椭圆拉深切除特征），和基准面（19步绘制的基准面）

21)拉深切除图示手机按钮孔。其草图尺寸与位置关系如下图，该草图仍为一椭圆，

22)对21所获得椭圆拉深部分进行线性阵列。

选择阵列方向，阵列间隔11，个数4个，需要线性阵列的特征是切除拉深椭圆特征即可

得到图示结果。

23)进行绘制手机按键按钮，同样的方法绘制椭圆，其尺寸与位置关系如图所示。绘制

完成草图后进行切除拉深。

24)对23步的结果进行镜像

25)对24的结果进行线性阵列，得到最后模型。

7.CAM 实验过程指导

实验条件：MasterCAM软件

实验过程：

7.1 NC代码的生成

Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，具有很强的加工功能，可以直接导入CAD模型，生成NC代码。MasterCam能识别Ascii, Step, DFX, IGES, DWG等文件格式的CAD文件。如果要直接导入CAD模型，需在CAD中将模型存为MasterCam可以识别的文件格式。

Mastercam的主界面如图7-1所示。下面以轴上键槽的铣削过程为例，介绍其操作过程。

图7-1 Mastercam的主界面

1)导入CAD模型

选择界面的左边【File】菜单，然后选择子菜单【Converters】，再根据CAD文件格式，选择一项（比如IGES），最后在【IGRES】的子菜单中选择【Read file】，在弹出的对话框中

选中要导入的文件即可。（如图7-2所示）

图7-2 导入模型菜单

2)选择加工的边线

导入的轴如图3所示，在Mastercam中，要进行旋转，放大，缩小等操作，可右键图形

显示区，弹出菜单如图7-3所示。旋转，首先选择【Dynamic】,然后用鼠标拖拽图形；放大，

首先选择【Zoom】,然后选择要放大的区域即可。其他操作类似。

图7-3 导入的轴

加工键槽，首先要确定要加工的范围，边界。可以通过选择键槽的边线，来确定要加工的区域。首先，选择主菜单的【Create】；接着，在Create子菜单中选择【Curve】；然后，在Curve的子菜单中选择【One edge】；最后用鼠标拾取键槽底面的三条边线，即两条直线和一半圆弧（见图7-4）。这样，就可以确定加工的区域以及深度了。

图7-4 确定加工区域菜单

图7-5 边线的拾取

3)建立刀具路径

在确定了加工的区域后，接着就要确定刀具的路径，以及刀具的参数等信息。首先在主菜单中选择【Toolpaths】?【Contour】?【Chain】；然后用鼠标拾取进刀的方向及位置（如图7-6所示）；最后选择【Done】，弹出刀具参数设置窗口（如图7所示），右键空白区，弹出刀具选择界面（见图7-8）。刀具选择，要根据键槽的宽度选择，刀具的直径不能大于键槽的宽度。本例中，键槽的宽度为8mm，选择了直径为5mm的刀具。

图7-6 建立刀具路径

在选择后刀具后，还需要设置轮廓参数。在刀具参数设置界面（图7-7）中，选择标签【Contour Parameters】，在此页面进行设置轮廓参数（见图7-9所示）。可以设置刀具的进给量【feed plane】，加工深度【Depth】，计算机补偿【Compensation in the Computer】（这里设置为Right），控制补偿【Compensation in the Control】（这里设置为off）等等。

设置完成刀具参数后，选择【Toolpaths】菜单中的【Operations】，弹出如如图7-10所示的操作控制界面，点击【Backplot】按钮，主菜单显示出【Backplot】菜单。点击菜单中

【Step】选项，可以一步一步地测试刀具的行走路径，可以判断刀具的路径是否生成的正确。还可以设置仿真的过程中是否显示刀具【Show tool】（右边Y，表示显示；N，表示不显示）、路径、刀柄等。

在确定了刀具路径的正确性后，点击Operations Manager界面上的【Verify】按钮，将此过程完整的仿真出来。仿真界面如图7-11所示，仿真参数设置界面如图7-12所示，根据前面的设置，仿真效果如图7-13所示。

图7-7 刀具参数界面

图7-8 刀具选择界面

图7-9 轮廓参数设置界面

图7-10 操作管理器

图7-11 仿真界面

图7-12 仿真参数设置

图7-13 仿真效果

4)NC代码后处理

NC代码后处理，即确定NC代码生成的文件格式。在Operations Manager界面上点击【Post】按钮，弹出Post processing界面（见图7-14），根据需要选择需要的格式，确定后生成的NC代码如图7-15所示。

图7-14 后处理界面

图7-15 NC代码

9.2 NC代码的传输

数控机床一般都有RS-232C串行接口，PC机通过RS-232C串口与数控机床进行通讯。再利用上现有的网络，可以实现网络制造。NC代码传输系统包括两部分：WinDNCClient、WinDNC，即客户端与服务器。服务器与数控机床相连，只要客户端与服务器通过以太网相连，客户端可以在任何地方。

图7-16 客户端界面

图7-17 服务器界面

客户端与服务器界面如图7-16、7-17所示。如果服务器没有没有运行，客户端就不能不能正常工作。

1)运行服务器程序，并打开串口。

点击【打开串口】按钮，弹出端口设置窗口（见图7-17）。在该界面中，首先设置相连的数控机床（【设备编号】），然后进行串口设置，主要有5个参数要选择，端口号，波特率、数据位、校验位、停止位。这五个参数和机床有关。同时还要设置的有流控协议、程序格式设置。设置完成后点击【确定】按钮。此时服务器准备就绪，客户端可以连接到服务器了。

2)运行客户端程序，连接服务器。

点击主界面上的【连接服务器】按钮，弹出连接服务器界面（见图7-16）。连接服务器只需设置两个参数：服务器IP，端口地址。设置完成后，点击【连接】按钮，如果网络正常的话，就能成功的连接上服务器。

3)NC代码传输。

NC代码传输有两种方式：①从客户端传输到服务器上，再通过服务器传输到数控机床上；②从客户端直接发送到数控机床上。

第一种方式的优点在于能保证加工的完整性和正确性。NC代码传输到服务器上后，可以检查NC代码的完整性和正确性，确认无误后，再传输给机床进行加工。

第二种方式的优点在于可以快速，远程控制。缺点，如果网络出现问题，加工将中断，或无法正确加工。

方式①，点击客户端界面上的【打开文件】按钮，选择需要的NC文件。打开后，在左边的编辑区显示出NC代码，可以编辑修改，保存编辑区的代码到指定的文件中（【保存文件】）。点击【清除数据】按钮，可以清除编辑区的数据。在确定了要传输的NC代码后，点击【发送数据】按钮，服务器自动接收NC代码并显示在左边的编辑区中（见图7-18）。服务器在确定后，点击【开始发送】按钮，NC代码就被发送到数控机床上，进行加工。

方式②，同样要打开NC文件。然后点击【在线加工】按钮，NC代码被直接的传送到数控机床上，控制加工。

在此过程中，如果服务器程序关闭或发生错误，这两种方式都将传输失败。