《计算机辅助设计与制造》课程实验指导书

1、计算机辅助设计与制造课程实验指导书学 院：机械工程与自动化学院所 在 系：机械工程系适用专业：机械设计制造及其自动化编 写 人：王宗彦，吴淑芳，秦慧斌，陆春月中北大学机械工程系2006年 12月实验1:凸轮设计加工 CAD/CAM一体化实验1 实验类型设计性实验2 实验目的（1）了解机械产品零件三维参数化设计的方法。掌握三维设计软件 SolidWorks 的使用方法。（ 2）了解设计模型和制造模型的转换方法， 学会 MasterCAM 数控编程 软件的使用方法， 包括毛坯的设计方法、 切削用量的设计方法、 加工过程的 设计方法、加工仿真的实现方法等。（ 3）掌握 CAD/CAM 的集成原理，实

2、现数字化设计制造的集成。3 实验内容（ 1）根据图纸完成凸轮的三维设计: 通过特征造型、 实现凸轮的结构、 精度设计；（2）设计零件的加工工艺规程，包括毛坯（原材料）选定，工艺顺序、 加工设备、工装、切削用量和加工时间的确定等；（ 3）自动数控编程: 利用 MasterCAM 软件，读入凸轮的三维设计模型， 该模型一般采用 *.IGS 格式，用 MasterCAM 软件生成凸轮的 NC 文件，实现 凸轮的加工过程仿真。4 实验要求根据图 1 所示的某凸轮工程图（其它凸轮工程图结合当时情况给定） ， 完成以下工作。图1凸轮工程图（1）完成凸轮的三维设计。（2）设计零件的加工工艺规程，包括毛坯（原

3、材料）选定，工艺顺序、 加工设备、工装、切削用量和加工时间的确定等；（3）生成凸轮的NC文件，实现凸轮的加工过程仿真。（4）每人一台计算机。（5）独立完成5. 设备及软件硬件：P4计算机软件：包括 SolidWorks , MasterCAM6. 实验学时共用4学时7. 实验结果与报告提交三维模型、加工代码数据一套；（1）整理完成实验报告，包括特征造型的设计步骤、毛坯（原材料）选定，工艺顺序、加工设备、工装、切削用量和加工时间的确定等、设计心得、设计封皮等。8 实验步骤8.1 凸轮的 SolidWorks 建模（ 1） 首先打开计算机和 SolidWorks 软件，选择新建一个零件；（2）以“

4、前视基准面”为操作面，并在图形区域以草图原点为中心绘 画直径 280mm 的圆， 单击“拉伸凸台 /基体” 工具， 设置其拉伸高度 18mm ， 单击确定工具完成特征造型设计；（ 3）单击“中心线” 工具， 以草图原点为起点向左画一条长度为40mm的水平直线，并以其端点（ 01）画直径为65mm的圆，单击“拉伸凸台/基 体”工具，沿相反方向设置其拉伸高度为17mm，单击确定工具完成该特征设计；（ 4）根据工程图纸尺寸找出圆心 02、03，以 01 为圆心用构造线画半 径为 69mm 的圆，以 02 为圆心用构造线画半径为 90mm 的圆，以 03为圆 心用构造线画半径为 93mm 的圆，以 0

5、1 为圆心用构造线画半径为 150mm 的圆；（ 5）在 01 上方画一斜直线 L1 ，按住 CTRL 键选中 L1 和半径为 69mm 的圆并添加相切的几何关系， 然后按住 CTRL 键选中 L1 和半径为 90mm 的 圆并添加相切的几何关系， 这样变产生工程图纸尺寸上 AB 线段， 同理可画 出 HG 线段，接着把一些多余曲线或线段用“草图剪裁”工具给剪裁掉；（6）在图形右上方根据半径为 90mm 的圆弧和半径为 150mm 的圆弧 位置选用“三点圆弧”工具画一半径为 95mm 的弧段，按住 CTRL 键选中 半径为 90mm 的圆弧和半径为 95mm 的弧段并添加相切的几何关系，然后

6、按住CTRL键选中半径为95mm的弧段和半径为 150mm的圆弧并添加相切 的几何关系，这样变产生工程图纸尺寸上 CD 圆弧段，同理可画出半径为72mm 并于半径为 93mm 和半径为 150mm 相切的 PF 圆弧段，接着把一些多 余曲线或线段用“草图剪裁”工具给剪裁掉，这样就画出 ABCDEFGH 封闭 的轮廓；( 7)选中 ABCDEFGH 封闭轮廓上所有弧段和线段，并用“等具实体” 工具以 15mm 距离向里外执行命令，然后删掉 ABCDEFGH 封闭的轮廓；(8)以01为圆心用画半径为 17.5mm的圆，选中半径为17.5mm的圆 单击 ”拉伸切除 ”工具，设置完全贯穿，单击确定工具

7、完成特征造型设计；( 9)以画图原点 0 为端点用“构造线”工具向右画一条长度为 40mm 的水平直线，并以其端点画直径为 12mm 的圆，选中直径为 12mm 的圆单 击 ”拉伸切除 ”工具，设置完全贯穿，单击确定工具完成特征造型设计；(10)数据的导出：选另存文件，并选择另存格式为*.IGS ，将完成的模型保存为 XXX.IGS ，以备 MasterCAM 生成凸轮的数控代码使用。(备注：“拉伸切除” 工具有时不能达到预期目的， 这时须插入基准面， 再执行命令。 )8.2 凸轮的 SolidWorks 建模结果二 F:s二瑟* tA !- I . 0 *Juuiiimikf MUirJir

8、 ilinB F*聲y IM T R 巾 命, a an直1与即1宅鱼口 匚击 客白应日匚8.3利用MasterCAM生成凸轮的数控代码(1 )数据导入首先打开 MasterCAM 软件，File/Converters/IGES/Read file，读入由凸轮的SolidWorks建模所生成的*.IGS文件；(2)凸轮的粗加工以直径为20的立铳刀采用外行铳削方式加工，选择Toolpaths/Contour/Chain命令，选择加工起始位置后，单击Done按钮。槽的内轮廓串联方向为顺时针方向，外轮廓串联方向为逆时针方向；由于采用顺铳加工，Compe nsation directi on 为 Le

9、ft。 Compe nsation type为 Wear，这样在屏幕显示的刀具编程路径偏移一刀具半径值，而且在工件程序中产生 G41指令一个偏移暂存器偏移值，偏移值的大小为实际刀具直径与编程设定的刀具直径之间的差值。凸轮槽两侧面各留有0.5mm的精铳余量，槽深不留余量，因为对于该平面凸轮，其工作表面为两侧面。选取Depth cuts选项，单击Depth cuts按钮，参数设置。在切削过程中， 总切削量由两个参数来决定： Depth 和 Z stock to leave ，总切削量等于最后 切削深度减去 Z 向预留量。总粗切削次数为总切削量减去精切削的次数乘 以精切削进刀量的差除以最大粗切削进刀

10、量的商取整。Depth cut order 采用了深度控制方式，即先在一个深度上铣削所有的外 行边界，在进行下一个深度的铣削。选取 Lead in/out 选项，单击 Lead in/out 按钮，进行参数设置。选择了Ramp height 值，以确保斜线下刀。最后生成刀具路径。（2）精加工以直径为 20 的立铣刀采用外行铣削方式加工，采用与粗加工一样的方式，设置精加工刀具参数，Feed rate 取 100, Sp in del 取 600。Co ntour parameter 选择， XY stock to leave 取 0。选取 Depth cuts 选项，单击 Depth cuts

11、按钮， 参数设置。选择 Operation 命令,出现 Operations Manager 对话框。单击 Select All 按钮,单击 Verify 按钮,实体切削仿真。Operatio ns Ma nager对话框中，单击Post按钮，出现对话框，单击Cha ngPost按钮，选择所需的后处理器，即可生成该平面凸轮工件的数控程序。8.4 数控代码和仿真结果8.5部分数控代码%00000(PROGRAM NAME - FENG)(DATE=DD-MM-YY - 15-11-06 TIME=HH:MM - 00:49) N100G21N102G0G17G40G49G80G90(4. BAL

12、L ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 5.) N104T1M6N106G0G90G54X-10.388Y-139.597A0.S1000M3N108G43H1Z50.N110Z23.N112G1Z18.F2.2N114X10.425F76.3N116Z23.F2.2N118G0Z50.N120X18.29Y-138.797N122Z23.N124G1Z18.N126X-18.319F76.3N128Z23.F2.2N130G0Z50.N132X-23.511Y-137.997N134Z23.N136G1Z18.N138X23.549F

13、76.3N140Z23.F2.2N142G0Z50.N144X27.832Y-137.197N146Z23.N148G1Z18.N150X-27.837F76.3N152Z23.F2.2N154G0Z50.N156X-31.551Y-136.397N158Z23.N160G1Z18.N162X31.515F76.3N164Z23.F2.2N166G0Z50.N168X34.783Y-135.597N170Z23.N172G1Z18.N174X-34.782F76.3N176Z23.F2.2N178G0Z50.N180X-37.742Y-134.797N182Z23.N184G1Z18.N186

14、X37.753F76.3N188Z23.F2.2N190G0Z50.N192X40.56Y-133.997N194Z23.N196G1Z18.N198X-40.552F76.3N200Z23.F2.2N202G0Z50.N204X-43.054Y-133.197N206Z23.N208G1Z18.N210X43.045F76.3N212Z23.F2.2N214G0Z50.N216X45.5Y-132.397N218Z23.N220G1Z18.N222X-45.494F76.3N224X-47.736Y-131.597N226X47.725N228X49.902Y-130.797N230X-49.883N232X-51.915Y-129.997N234X51.923N236X53.911Y-129.197N238X-53.913N240X-55.761Y-128.397N242X55.75N244X57.59Y-127.