第七章CADCAM软件及其应用-数控机床

第七章CAD/CAM软件及其应用本章内容7.1概述7.2CAD/CAM软件系统的组成及功能7.3应用CAD/CAM软件编程的过程7.4MasterCAM软件的应用7.1概述计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）已广泛应用于绘图、设计、仿真、分析和制造等方面。计算机辅助设计（CAD）CAD是指应用计算机技术进行产品设计、绘图、分析和技术文档编写等活动的总称，一般包括零件几何造型、产品装配造型、工程分析（如质量特性计算、有限元分析）和工程绘图等内容。方案论证总体设计需求分析结构设计分析优化工程描述7.1概述计算机辅助制造（CAM）CAM是指应用计算机技术进行产品制造的统称，有广义CAM和狭义CAM之分。广义ＣＡＭ：指利用计算机技术辅助完成从原材料到产品的全部制造过程（包括直接制造过程和间接制造过程），如CAPP、计算机辅助工装设计、NC编程、数控加工、三坐标测量（CMM）、机器人装配、生产计划与管理、计算机辅助质量控制等。狭义CAM：指计算机辅助数控加工程序编制。计算机辅助数控加工程序编制主要经历了数控语言（如APT）编程和图形交互编程两个阶段。7.1概述计算机辅助制造（CAM）计算机辅助数控加工程序编制主要经历了数控语言（如APT）编程和图形交互编程两个阶段。图形交互编程就是通常所说的CAM软件编程。CAM软件编程是在CAM软件支持下，根据计算机图形显示器上所显示的零件图形，通过人机交互方式指定加工表面、选择刀具和切削参数等，自动进行刀具轨迹计算并生成零件的数控加工程序。7.1概述CAD/CAMCAM软件编程的核心是刀具轨迹计算，其实现是以CAD技术为前提的。利用CAD技术生成的零件三维模型包含了数控编程所需要的完整的零件几何信息，而CAM软件可针对这些几何信息进行刀具轨迹的自动计算。因此，绝大多数的CAM软件同时具备CAD的功能，故称为CAD/CAM软件。CAD/CAM意味着集成、一体化。由于CAD/CAM软件编程具有自动化程度高、速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等很多优点，已成为目前国内外数控加工中普遍采用的程序编制方法。7.2CAD/CAM软件系统的组成及功能CAD/CAM系统的组成几何造型（二维、三维）刀具轨迹生成刀具轨迹编辑刀具轨迹验证后置处理数据交换系统界面几何造型内核几何造型刀具轨迹生成刀具轨迹编辑刀具轨迹验证后置处理通信接口系统界面7.2CAD/CAM软件系统的组成及功能几何造型几何模型是用几何概念描述的一个物理或抽象的对象按照某种数据结构在计算机中的数字表示。常用的几何模型有线框模型、面模型、实体模型和特征模型。主要功能包括：二维绘图三维造型图形编辑和浏览阴影和着色尺寸和公差标注7.2CAD/CAM软件系统的组成及功能刀具轨迹生成根据用户设定的加工对象、所选用的加工方式、刀具及加工参数等进行刀位计算，生成刀具轨迹。由于刀位计算是数控编程中最重要和最复杂的工作环节，因此它也是利用CAD/CAM软件进行编程的最明显的优势。CAD/CAM软件一般都提供一个刀具库管理模块，用户可根据需要定义和选择具有适用的几何参数的刀具。刀具轨迹编辑提供多种编辑手段（如增加、删除、修改刀具轨迹等），便于用户对自动生成的刀具轨迹进行修改。7.2CAD/CAM软件系统的组成及功能刀具轨迹验证采用图形化方式沿着刀具轨迹动画显示刀具运动，以检验所生成的刀具轨迹是否存在问题。刀具轨迹验证一般包括检验刀具轨迹是否正确、刀具与约束面是否发生干涉和碰撞以及刀具是否啃切加工表面等。后置处理CAD/CAM软件计算出的刀具轨迹包含了大量的刀位点数据（APT程序），后置处理的作用就是将这些刀位数据按数控机床规定的指令格式转换为数控程序。7.2CAD/CAM软件系统的组成及功能通信接口通信接口模块实现信息的交换和传输。通过图形数据交换标准（如IGES、STEP等）实现不同CAD/CAM系统的信息交换；通过计算机网络系统将数控程序等数据传送到数控机床。系统界面系统界面是用户操作系统以及用户与系统交互的接口，它提供所有的输入方式到各功能模块之间的接口，控制系统的运行。7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤1.数控工艺过程制定零件数控工艺性分析零件图分析零件结构工艺性分析主要分析待加工表面及其约束面加工方法及工艺过程确定确定加工方法确定机床确定装夹方式确定零件的加工过程7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤1.数控工艺过程制定加工区域规划对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成几个加工区域。对加工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。加工方式确定刀具类型选择切削方式（走刀方式）选择刀具选择切削用量选择确定工件坐标系7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤2.几何模型定义直接读入零件几何模型数据转换CAM软件一般都提供了常用CAD软件的数据接口和标准数据接口，如IGES、STEP等。直接造型确定编程原点及编程坐标系读入零件图或绘制零件图绘制毛坯图7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤3.加工方式及对象指定加工方式设置：选择机床类型，指定加工类型、刀具轨迹的类型及相关参数等。加工对象设置：用户通过交互方式选择零件的被加工表面及其加工顺序。定义毛坯4.参数设置刀具及其切削参数设置：安全平面、主轴转速、进给速度、切削深度、加工余量、刀具轨迹间的残留高度、行间距、线性逼近误差、进刀/退刀方式及位置。加工程序参数设置：刀补方式、刀补方向设置、对刀位置等。7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤5.刀具轨迹生成针对每个加工表面自动进行刀位计算，生成刀具轨迹，并将刀具轨迹直接显示在屏幕上。刀具轨迹计算的结果存放在刀位数据（CLDATA）文件中。6.刀具轨迹验证与编辑直接查看：通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具轨迹。手工检查：对刀具轨迹进行逐步观察。刀具轨迹动态仿真：直接在显示器上观察加工效果。若发现不合适或有问题的刀具轨迹，应调整参数设置重新进行计算，再做检验，直至生成正确的刀具轨迹；也可以在人机交互方式下对刀具轨迹进行适当的修改。7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤7.后置处理根据所选用的数控机床，运行相应的后置处理程序，将刀位文件转换成数控加工程序。由于各种机床使用的数控系统不同，所用的程序指令代码及格式也有所不同。因此，CAD/CAM软件通常配备多种数控系统的后置处理程序8.工艺文档生成将机床操作人员所需要的工艺信息（如程序名称、加工顺序、刀具参数等）生成或编写成规范的文档。这一功能虽然简单，但它对保证编程人员与机床操作人员的配合，避免失误有重要的作用。7.3应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤1.数控工艺过程制定2.几何模型定义3.加工方式及对象指定4.参数设置5.刀具轨迹生成6.刀具轨迹验证与编辑7.后置处理8.工艺文档生成在编程过程中，编程人员的工作主要集中在零件工艺过程设计、参数设置这两个阶段，其中工艺过程设计决定了刀具路径的质量，参数设置则构成了软件操作的主体。7.3应用CAD/CAM软件编程的过程二、特点节省大量的零件几何造型时间。在使用CAD/CAM软件系统编写数控程序时，可直接使用CAD产生的零件几何模型，编程人员无需重复进行零件几何造型，因此能够节省大量的零件几何造型时间，并且能够避免零件重复造型时的人为错误。避免编程错误，提高编程效率。由于刀位数据由计算机自动计算出来，不仅速度快，而且准确。同时，由于用图形终端显示刀具轨迹，方便编程人员及时校验，大多数编程错误能被检查出来并得到及时修正。简便直观。在计算机上直接面向零件的几何图形进行编程，编程结果也以图形方式显示在计算机上，所以简便、直观，便于检查。7.4Mastercam软件的应用流行的CAD/CAM软件：法国达索系统公司的CATIA德国西门子公司的UGS美国PTC公司的Pro/ENGINEER美国CNCSoftware公司的Mastercam以色列Cimatron公司的CimatronE英国DELCAM公司的PowerMILL北京数码大方科技有限公司的CAXAME7.4Mastercam软件的应用一、Mastercam软件简介Mastercam是美国CNCSoftware公司开发的基于微机的CAD/CAM一体化软件系统，其最新版本是MastercamX3。由于Mastercam功能强大，价位适中，在国内外机械加工行业得到广泛应用，是目前全球销量最大的CAM软件。Mastercam软件包括：设计（CAD）和加工（CAM）。CAD：用于工程绘图和零件设计，具有完整的二维、三维曲线曲面设计、实体造型和编辑功能。CAM：包括铣削（Mill）、车削（Lathe）和线切割（Wire）等功能模块。7.4Mastercam软件的应用铣削（Mill）模块用于编制数控铣削加工程序，具有2～5轴铣削加工刀具轨迹生成功能，可进行外形铣削、型腔（挖槽）加工、钻孔加工、平面加工、曲面加工以及多轴加工等的刀具轨迹生成及仿真；车削（Lathe）模块用于编制数控车削加工程序，可进行粗车、精车、切槽、车螺纹以及铣车复合加工等的刀具轨迹生成及仿真；线切割（Wire）模块用于编制线切割加工程序，可进行2～4轴电火花线切割的加工轨迹生成及仿真。7.4Mastercam软件的应用Mastercam的显著特点：具有强大的CAD功能，不仅具有二维绘图和尺寸标注功能，而且具有三维曲面造型和实体造型、着色处理等功能。具有强大的CAM功能，能够进行铣削、车削、雕刻和线切割加工程序的编制。具有刀具轨迹验证和实体切削仿真功能。MasterCAM能够依据使用者定义的刀具、进给速度、转速等模拟刀具轨迹和计算加工时间。具有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给速度、主轴转速等加工参数。具有丰富的数据接口，可直接读入UG、PRO/E、CATIA、AUTOCAD等常用CAD/CAM软件的几何模型文件，同时提供标准图形数据格式如IGES、STEP等的数据转换功能。7.4Mastercam软件的应用Mastercam的显著特点：提供适合目前国际上常见的多种数控系统的后置处理程序文件。具有DNC功能，可直接将NC程序通过RS-232C通讯接口发送至指定的数控机床或直接控制数控机床进行加工。用户界面友好，操作方便。并且用户界面可在一定程度上实现个性化定制，以满足个人的操作风格和喜好。7.4Mastercam软件的应用7.4Mastercam软件的应用应用Mastercam编写程序的主要步骤：启动Mastercam软件。打开一个零件文件，或根据零件图纸进行零件几何造型。选择用于加工零件的机床类型和机床定义。用户可根据实际加工需要对同一个零件选择铣、车等多个机床定义，以完成不同的加工。当选择一个机床类型时，系统将在刀具轨迹管理器中自动产生一个新的机床群组和刀具轨迹群组。在生成刀具轨迹前，必须首先选择机床定义。设置加工对象和参数（机床群组属性），包括文件、刀具、毛坯和安全区设置。生成刀具轨迹。验证和编辑刀具轨迹。后置处理。7.4Mastercam软件的应用二、编程举例例7-1：在某立式加工中心上加工如图所示零件，要求铣加工外形轮廓。零件材料为45号钢。20702070130±0.01170180409055f70f60R40R601263.5°2-f10H87.4Mastercam软件的应用编程步骤：1.数控工艺分析及工艺过程制定f60R60R40XYOABCDEFGHXZ164012O1O2起刀点7.4Mastercam软件的应用2.数控加工程序编制几何造型以O点为零件坐标系原点，绘制零件外形f60R60R40XYOABCDEFGHXZ16401