數(shù)控加工工藝與刀具夾具模塊六-數(shù)控加工的CAD／CAM課件

1、模塊六數(shù)控加工的CAD/CAM數(shù)控加工工藝與刀具夾具模塊六數(shù)控加工的CAD/CAM課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道目前CAD/CAM領(lǐng)域的常用軟件名稱及其各自的特點(diǎn)。2.懂得CAD/CAM的基本概念，基本達(dá)到會(huì)用CAD/CAM手段生成數(shù)控程序。課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)【學(xué)習(xí)任務(wù)的提出】復(fù)雜的數(shù)控加工程序怎樣通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，CAD/CAM的含義與內(nèi)容是什么，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造軟件生成NC加工程序需要經(jīng)過哪些步驟和過程，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中需要

2、注意和掌握哪些基本知識(shí)，將是本模塊所要討論的主要問題。6.1.1CAD/CAM數(shù)控加工程序生成的基本過程1.CAD/CAM知識(shí)簡介課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)2.數(shù)控自動(dòng)編程與加工的基本流程利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)加工的基本工作流程需要進(jìn)行以下四個(gè)基本過程：(1)零件的幾何建模 線架模型。 曲面模型。 實(shí)體模型。(2)計(jì)算機(jī)輔助工藝過程及工序設(shè)計(jì)(3)刀具軌跡的生成和編輯(4)加工信息的后置處理課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)圖6-1零件的線架、曲面與實(shí)體模型課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)6.1.2常用數(shù)控加工CAD/CAM軟件目前應(yīng)用較為廣泛的數(shù)控CAD/CAM軟件主要有下列

3、幾種:1. Pro/ENGINEER圖6-2Pro/E的安裝界面課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)2.UGUG是Unigraphice的簡稱，最早源于美國麥道飛機(jī)公司，其優(yōu)勢是在曲面的設(shè)計(jì)、分析計(jì)算和曲面的數(shù)控加工方面。圖6-3UG NX4的初始安裝界面課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)3.CimatronCimatron軟件是以色列出產(chǎn)的一款專門針對模具工裝領(lǐng)域設(shè)計(jì)與制造的軟件。它是制造業(yè)界公認(rèn)的最優(yōu)秀的數(shù)控加工軟件及模具設(shè)計(jì)軟件之一。由于它進(jìn)入數(shù)控加工制造業(yè)的歷史比較早，所以在數(shù)控加工應(yīng)用中的認(rèn)可率較高。它除了可以滿足一般加工所需要的功能外，尚有很多人性化的特點(diǎn)。課題6.1CAD/CAM基本知

4、識(shí)4.MasterCAM5.CATIACATIA最初是法國達(dá)索飛機(jī)公司研制的CAD/CAM軟件，通過市場整合，目前屬于IBM公司。他的最大特點(diǎn)是曲面造型功能強(qiáng)大而便捷。廣泛應(yīng)用于航空和汽車設(shè)計(jì)和制造，在模具制造行業(yè)也具有一定市場。課題6.1CAD/CAM基本知識(shí)圖6-4MasterCAM X的安裝界面課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)【學(xué)習(xí)任務(wù)的提出】現(xiàn)以MasterCAM X軟件為實(shí)例，介紹零件CAD/CAM設(shè)計(jì)與輔助編程的工藝知識(shí)，若想更深入地掌握CAD/CAM的技能，則需要學(xué)習(xí)專門課程。6.2.1MasterCAM X的主界面圖6-5MasterCAM X啟動(dòng)后的主界面課題6.2

5、MasterCAM X的基本知識(shí)6.2.2MasterCAM X的工作流程應(yīng)用MasterCAM X進(jìn)行模具零件的CAD/CAM，一般經(jīng)過如下幾個(gè)步驟：1)根據(jù)零件工作圖樣或者產(chǎn)品實(shí)物要求描述并生成零件的輪廓幾何參數(shù)，即零件的CAD過程，計(jì)算機(jī)需要接受信息了解零件最終完成后所要達(dá)到的各項(xiàng)要求。2)設(shè)置零件加工的毛坯尺寸、輪廓和工件材料，以便于針對毛坯進(jìn)行一系列的加工參數(shù)設(shè)置和加工過程仿真顯示。3)設(shè)置刀具的原點(diǎn)位置和對刀點(diǎn)。4)設(shè)置刀具參數(shù)。5)設(shè)置數(shù)控加工的工藝參數(shù)。6)系統(tǒng)自動(dòng)生成刀具路徑，并進(jìn)行必要的編輯修改。課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)7)刀具路徑的加工模擬仿真檢驗(yàn)與刀具

6、路徑修改。8)刀具路徑的后置處理，以便將刀具路徑形成路徑文件并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床所能夠接受、識(shí)別和加以執(zhí)行的NC加工程序。9)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的NC程序結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行程序項(xiàng)的添加與修改。10)將最終的NC程序文件存儲(chǔ)或輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)入加工運(yùn)行。課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)6.2.3MasterCAM X所提供的七種曲面類型所有曲面的構(gòu)建都建立在其特征曲線的基礎(chǔ)上。首先，建立曲面的特征曲線，然后對該曲線進(jìn)行特定方向或路線的移動(dòng)和操作，進(jìn)而形成所需要的空間曲面。1.舉升曲面Loft Surface升舉曲面是指通過平順地連接所提供的一組截面曲線所生成的空間曲面，如圖66所示。升舉曲面由形

7、體的兩個(gè)以上的橫截面輪廓線而形成，橫截面方向是它的特征。2.昆氏曲面Coons如圖67所示，昆氏曲面是在幾個(gè)相互連接的曲面所圍成的封閉空間區(qū)域中所生成的不規(guī)則曲面。課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)圖6-6舉升曲面課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)圖6-7昆氏曲面課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)3.直紋曲面Ruled Surface直紋曲面是由2條或多條曲線所生成的曲面，該曲面在2條曲線之間的素線是直線，如圖68所示。4.旋轉(zhuǎn)曲面Revolve Surface旋轉(zhuǎn)曲面如圖69所示，是由一條母線繞著固定軸線旋轉(zhuǎn)所形成的曲面。圖6-8直紋曲面課題6.2MasterCAM

8、X的基本知識(shí)圖6-9旋轉(zhuǎn)曲面課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)5.掃描曲面Sweep Surface掃描曲面是用工件的一個(gè)截面沿著一條特定的引導(dǎo)曲線（也稱掃描路徑）進(jìn)行移動(dòng)而形成的空間曲面。它可以由一個(gè)或兩個(gè)截面沿特定曲線進(jìn)行移動(dòng)所形成，也可以是由兩條特定曲線沿一個(gè)截面移動(dòng)而形成，如圖610所示。6.牽引曲面Draft Surface牽引曲面是一條平面曲線沿著一定的構(gòu)圖方向進(jìn)行長度牽引和角度牽引所形成的曲面，如圖611所示。圖6-10掃描曲面課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)圖6-11牽引曲面課題6.2MasterCAM X的基本知識(shí)7.擠壓曲面Extrusion擠壓曲面是將一

9、個(gè)截平面向一定的方向進(jìn)行擠壓所產(chǎn)生的空間表面。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程【學(xué)習(xí)任務(wù)的提出】在本課題中，將針對圖612所示的凹模工件進(jìn)行CAM的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程和數(shù)控加工程序的生成。圖6-12凹模的形腔曲線圖樣課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-13凹模實(shí)體課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程6.3.1刀具加工安全區(qū)域設(shè)置1.首先描述凹模實(shí)體2.選擇數(shù)控機(jī)床如圖614所示，通過單擊【機(jī)床】/【銑床Mill】，系統(tǒng)將調(diào)出存儲(chǔ)庫中的各類銑床，可在系統(tǒng)的機(jī)床列表中選擇所需數(shù)控加工機(jī)床的類型和相應(yīng)機(jī)床型號(hào)。在此選擇【3軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心3-AXI

10、S VMC】，則在屏幕左側(cè)，加工管理器中會(huì)立即添加三軸立式數(shù)控加工中心的樹目錄，如圖615所示。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-14調(diào)出系統(tǒng)機(jī)床數(shù)據(jù)庫中的銑床供選擇課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-15加工管理器的機(jī)床顯示課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程3.設(shè)置加工安全區(qū)域首先進(jìn)行刀具運(yùn)行的空間安全區(qū)域設(shè)置，單擊“安全區(qū)域設(shè)置Safety zone”，調(diào)出加工安全區(qū)域設(shè)置對話框如圖616所示。這里有“立方體”、“圓柱體”和“球體”三個(gè)安全區(qū)域類型的設(shè)置選擇?？梢愿鶕?jù)工件的大小和形狀設(shè)置一個(gè)刀具運(yùn)行的安全區(qū)域。課題6.3Master

11、CAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程6.3.2加工工件的坐標(biāo)設(shè)置如圖616所示，單擊管理器中的“工件材料設(shè)置Stock setup”標(biāo)簽，進(jìn)入工件加工參數(shù)組合設(shè)置對話框（圖617）。在此對工件進(jìn)行加工的四大部分工藝參數(shù)設(shè)置界面，包括【文件File】、【刀具設(shè)置Tool settings】、【工件材料設(shè)置Stock setup】、【工作安全區(qū)域設(shè)置Safety zone】四個(gè)選項(xiàng)卡。不難發(fā)現(xiàn)，四個(gè)選項(xiàng)是工作管理器樹狀路徑的下級路徑。所以，從上述路線中的任何位置，都可以很方便地進(jìn)入到【加工工藝參數(shù)設(shè)置】界面。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程(1)工件材料視角設(shè)置首先進(jìn)行工件毛坯加工時(shí)的視

12、角設(shè)置，這一設(shè)置一般以工件在加工時(shí)的安裝位置為依據(jù)，在這里選擇俯視圖TOP，以便與前面的安全區(qū)域設(shè)置和后面的工件實(shí)體加工視角相對應(yīng)。圖6-16三種類型的安全區(qū)域設(shè)置課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-17加工工藝參數(shù)設(shè)置界面課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-18工件視角列表，課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程(2)材料形狀設(shè)置Shape在【工件材料的形狀shape】選擇對話框中有四個(gè)選項(xiàng)：立方體(Rectangular)、圓柱體(Cylindrical)、實(shí)體(Solid)和文件(File)。(3)毛坯尺寸的設(shè)置毛坯尺寸的設(shè)置有多種方法

13、，可以直接在預(yù)覽圖中進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸方向上的尺寸輸入；也可以單擊預(yù)覽圖下方的三個(gè)按鈕在工作區(qū)的圖樣中進(jìn)行設(shè)置。單擊左邊第一個(gè)按鈕【選取對角】（Celect Corners）選擇角點(diǎn)，系統(tǒng)將返回到工作區(qū)域中，可以在工件上通過兩個(gè)對角點(diǎn)的框選給出工件的大?。粏螕舻诙粹o，選擇【邊界盒】（Bounding Box），系統(tǒng)回到工作區(qū)域，同時(shí)彈出如圖620所示的邊界盒選項(xiàng)對話框，在此可以通過設(shè)置一個(gè)描述毛坯邊界的邊界框反映毛坯的形狀和尺寸。 課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-19毛坯形狀的描述課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-20毛坯邊界尺寸設(shè)置課題6

14、.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程(4)設(shè)置工件坐標(biāo)原點(diǎn) 直接在圖6-19工件參數(shù)設(shè)置對話框的【工件的原點(diǎn)】欄中輸入X、Y、Z坐標(biāo)給出原點(diǎn)位置。 單選圖6-19工件的原點(diǎn)設(shè)置欄下方的箭頭符號(hào)后，進(jìn)入繪圖區(qū)，選擇圖形上的某點(diǎn)為原點(diǎn)；如圖6-21示，將光標(biāo)指向工件底部大圓，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)捕捉到圓心點(diǎn)，選中即可。若單擊圖6-19所示的“邊界盒”，可進(jìn)入圖6-20所示對話框。(5)工件顯示方式設(shè)置Display工件的顯示方式有【線架顯示】、【實(shí)體顯示】和【全屏顯示】三種形式可供選擇。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-21在圖形中選擇原點(diǎn)課題6.3MasterCAM X的工藝

15、參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-22工件毛坯以實(shí)體顯示的設(shè)置課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-23毛坯的線框顯示與實(shí)體顯示課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程6.3.3工件的材料設(shè)置被切削工件材料的力學(xué)性能直接影響切削加工的工藝參數(shù)。CAD系統(tǒng)了解了工件材料性能，可以自動(dòng)生成切削加工的相關(guān)工藝參數(shù)。為了較準(zhǔn)確地產(chǎn)生加工參數(shù)和切削進(jìn)給用量，需要描述材料的各項(xiàng)性能，即“工件材料設(shè)置”。1.當(dāng)前使用材料列表的進(jìn)入如圖624所示，單擊主界面的【刀具路徑】Tool paths菜單，選擇最底部的【材料管理Material Manager】，即可進(jìn)入系統(tǒng)的“當(dāng)前材料”列表，在此將顯示上

16、一次系統(tǒng)所使用的材料列表情況。2.系統(tǒng)的工件材料庫課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-24進(jìn)入當(dāng)前材料列表課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-25系統(tǒng)的銑削材料庫課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-26工件材料設(shè)置快捷菜單課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程3.描述新材料在圖626快捷菜單中，第三項(xiàng)新建和第五項(xiàng)編輯都可以進(jìn)入如圖627所示的【新材料定義】對話框。其中的新建（Create new）材料參數(shù)，可以對一種新的材料進(jìn)行加工參數(shù)的設(shè)置。選擇該選項(xiàng)后，系統(tǒng)打開材料定義設(shè)置【Material Definition】對話

17、框。通過設(shè)置材料的各個(gè)加工參數(shù)定義一種新材料。4.由操作管理器進(jìn)入材料庫在左側(cè)工作管理器中選擇【刀具設(shè)置】（Tool settings），可以直接進(jìn)入圖624所示的刀具設(shè)置對話框；選擇下方的【材料選擇】（Matreial select），即進(jìn)入如圖625所示的【材料設(shè)置】菜單。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-27材料定義對話框課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程6.3.4刀具參數(shù)設(shè)置MasterCAM在生成刀具路徑前，首先要選擇該加工中使用的刀具。用戶可以直接調(diào)用系統(tǒng)刀具庫中的刀具，也可以修改由刀具庫所產(chǎn)生的刀具得到所需要的刀具形式，還可以自己定義新刀具，

18、并將其保存到刀具庫中。1.從刀具庫中選擇刀具M(jìn)asterCAM軟件自帶一個(gè)刀具參數(shù)庫，庫中包含各類刀具，從刀具庫中選擇刀具是刀具設(shè)置中最基本、最便捷的方法。(1)系統(tǒng)刀庫的進(jìn)入選擇主菜單中的【刀具路徑Toolpaths】/【刀具管理Tool manager】命令，如圖6-28所示，系統(tǒng)將彈出“刀具設(shè)置管理”對話框。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-28刀具管理對話框課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程(2)刀具的過濾選擇單擊【刀具過濾】設(shè)置按鈕，系統(tǒng)打開“刀具過濾器對話框”，如圖6-29所示。圖6-29刀具選擇過濾器課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)

19、設(shè)計(jì)過程圖6-30銑刀的類型【刀具種類】(Tool Types)的選擇。在MasterCAM的銑刀中有20種刀具可供選擇，各種刀具的圖標(biāo)與類型表達(dá)如圖6-30。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-315種刀具直徑過濾條件課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程 【刀具直徑】(Tool diameter)的選擇。系統(tǒng)可以根據(jù)對刀具直徑的限定條件過濾出符合直徑條件的刀具。如圖所示，刀具直徑的過濾條件有以下5種：忽略(Ignore)：忽略刀具直徑限制；相等(Equtal)：顯示等于刀具直徑值的刀具，直徑值在后面的文本框中進(jìn)行輸入；小于(Less than)：顯示小于刀具

20、直徑值的刀具，直徑值在后面文本框中輸入；大于(Greater than)：顯示大于刀具直徑值的刀具，直徑值在文本框中輸入；中間(Between)：顯示界于兩個(gè)直徑值之間的刀具，直徑值在文本框中輸入。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程 【刀具半徑形式】(Radius type)的選擇?！镜毒甙霃叫问健窟x項(xiàng)是指刀具端部的刀尖圓角形式。三個(gè)選項(xiàng)的含義分別是：【無】(None)：顯示無圓角刀具，即選擇無圓角的平刀；【圓角】(Comer)：顯示圓角刀具，也叫環(huán)形刀；【全半徑圓角】(Full)：顯示全半徑圓角刀具，即球頭刀。 【刀具材料】(Tool Material)的選擇。刀具材料選項(xiàng)可

21、以根據(jù)對刀具材料的限制過濾需要的刀具。有以下六種過濾選項(xiàng)： 【高速圖6-32已選中刀具的快捷菜單課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程2.修改刀具庫刀具圖6-33當(dāng)前刀具基本參數(shù)卡課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-34刀具類型的修改和選擇課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-35刀具加工參數(shù)設(shè)置卡課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-36三種冷卻方式課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-37進(jìn)入外形銑削選項(xiàng)卡課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程6.3.5銑削加工工藝參數(shù)的設(shè)置(1)刀具參數(shù)設(shè)計(jì)

22、首先打開【刀具參數(shù)】卡，顯示本工件加工所使用的刀具列表。界面內(nèi)幾個(gè)重要按鈕的意義如下：【刀具號(hào)碼】設(shè)置刀號(hào)，如輸入“1”將在NC程序中產(chǎn)生“T1”指令。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-38外形銑削加工刀具參數(shù)設(shè)置課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-39機(jī)械原點(diǎn)設(shè)置對話框課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-40刀具平面和構(gòu)圖平面課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-41刀具平面的視角選擇課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程(2)銑削加工參數(shù)設(shè)置【外形銑削加工】參數(shù)設(shè)置卡如圖6-42所示，可設(shè)置各個(gè)銑削

23、高度、加工余量和刀具補(bǔ)償。當(dāng)圖642上部的參數(shù)設(shè)置后，進(jìn)行圖示右下角的【X-Y平面分次銑削】、【Z方向分次銑削】和【進(jìn)、退刀路線】三個(gè)項(xiàng)目的設(shè)置。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-42外形銑削加工參數(shù)設(shè)置卡課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-43X-Y平面內(nèi)的分次銑削設(shè)置課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-44Z分層銑削深度和進(jìn)、退刀設(shè)置課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-45刀具路徑顯示界面課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-46刀具路徑模擬操作界面課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)

24、設(shè)計(jì)過程圖6-47刀具路徑模擬播放控制器課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-48刀具路徑的線架模擬顯示與實(shí)體模擬顯示課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程6.3.6刀具加工NC程序的后置處理與操作管理刀具路徑產(chǎn)生后，可以進(jìn)行刀具加工路線文件的后置處理、文件輸出以及其他操作的管理工作。1.工件實(shí)體的模擬加工(1)操作管理器的各按鈕功能為了更加直接和真實(shí)地觀察復(fù)雜的加工細(xì)節(jié)，MasterCAM X設(shè)置了加工模擬仿真功能。課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-49具有刀具路徑的操作加工管理器界面課題6.3MasterCAM X的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖6-50