第二章 CAD／CAM相关技术

1、28846-1A 主编第二章CAD/CAM相关技术1.了解CAD/CAM 相关的技术和概念。2.掌握基本的CAD建模方法。3.掌握基本的CAM概念及处理操作流程等主要内容。1.教学手段：采用多媒体课件及常用CAD/CAM软件演示教学。2.学习环境：CAD/CAM专业教室。3.学习方式：课堂互动学习。第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持第二节CAM在机械制造业中的作用第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-1特征组合创建产品模型并生成工程图的过程第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持一、特征造型技术特征的引用直接体现设计意图，使得建立的产品模型容易理解和组织生产，设计的图样也更

2、容易修改，设计人员可以将更多精力用在创造性构思上。(一)特征的分类1.基体特征图2-2拉伸和旋转特征第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-3扫描和放样特征第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-4草图绘制脉络图2.工程特征第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持3.对特征的操作图2-5常见的工程特征第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-6镜像特征第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-7阵列特征a)线性阵列b)圆周阵列4.基准类特征(二)特征之间的关系1.特征时序关系2.父子关系第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-8特征时序对造型结果的影响a)

3、先抽壳后圆角b)先圆角后抽壳第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-9特征的父子关系a)凸台与基体建立父子关系b)改变基体特征后凸台相应变化第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持3.特征关系的编辑二、零件设计基础技术三维CAD系统通常包括三个部分：零件造型装配造型和工程图。(一)零件的建模技术图2-10产品建模的层次第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-11参数驱动草图和模型a)改变尺寸驱动草图b)改变尺寸驱动模型(二)零件设计系列化技术第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-12产品的系列零件(三)零件特征重用技术三、装配建模技术第一节CAD技术对现代产品开发与

4、设计的支持图2-13装配体的层次第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持图2-14回转-直线运动机构(一)自下而上、自上而下的装配设计第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持(二)装配的约束技术(1)重合重合约束是一种最常用的装配约束，它可以对任何类型的物体进行定位安装。(2)平行使用平行约束可以使两个零件上指定的线或平面生成平行联系，平行约束使一个零件上的线或面与另一个零件上的线或面实现平行对正。(3)尺寸尺寸约束包括线性尺寸约束和角度尺寸约束，它使一个零件上的一种几何(点、线、面)与另一个零件上的一种几何(点、线、面)之间受线性尺寸约束或角度尺寸约束。(三)装配模型的分析和使用1.装配

5、干涉分析2.物性分析第一节CAD技术对现代产品开发与设计的支持3.装配模型的爆炸图4.装配模型的二维工程图第二节CAM在机械制造业中的作用一、数控机床的分类及选择不同类型的零件应在不同的数控机床上加工。(一)按数控机床加工方式和工艺用途分类1.普通数控机床2.加工中心图2-15普通数控机床a)数控铣床b)数控车床c) 数控磨床d) 数控齿轮加工机床e)数控车铣加工中心第二节CAM在机械制造业中的作用(二)按数控机床运动方式分类图2-16数控机床运动控制方式a)点位控制b)直线控制c)轮廓控制1.点位控制数控机床2.点位直线控制数控机床3.轮廓控制数控机床(三)按数控机床联动轴数分类1.两轴半联

6、动第二节CAM在机械制造业中的作用2.三轴联动图2-17三轴联动加工3.多坐标联动第二节CAM在机械制造业中的作用图2-18多轴联动加工中心二、数控机床的坐标系和工件坐标系第二节CAM在机械制造业中的作用(一)数控机床坐标系图2-19机床坐标系和右手定则第二节CAM在机械制造业中的作用图2-20数控车床坐标轴的方向第二节CAM在机械制造业中的作用图2-21工件坐标系(二)工件坐标系第二节CAM在机械制造业中的作用1) 工件零点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少错误。2) 工件零点尽量选在精度较高的工件表面,以提高被加工零件的加工精度。图2-22平面的定义第二节CAM在机械制

7、造业中的作用3) 对于对称的零件，工件零点应设在对称中心上。4) 对于一般零件,工件零点设在零件外轮廓的某一角上。5) Z轴方向上的工件零点，一般设在零件表面。(三)平面定义表2-1加工平面定义三、 工序的划分在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装夹中就能完成全部工序。1.粗、精加工分序法2.按加工部分分序法3.刀具集中分序法第二节CAM在机械制造业中的作用四、工件的定位和装夹在数控机床上被加工零件的装夹方法与一般机床一样，也要合理选择定位基准和夹紧方案。1)尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。2)尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹

8、后能加工出全部待加工的表面。3)避免采用占机人工调整时间长的装夹方案。1)尽量在一次定位夹紧中完成所有能加工的各表面的加工，为此要选择便于各个表面都可被加工的定位方式。2)对于工件一次装夹可完成工件上各个表面的加工，也可直接选用毛坯表面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求要高一些。第二节CAM在机械制造业中的作用3)对于加工中心，工件在工作台上的安放位置的确定要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。4)数控加工中使用的夹具，其结构大多比较简单，并应尽可能选用由通用元件拼装的组合可调节夹具，以缩短生产准备周期。五、对刀点和换刀点的确定对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀

9、具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。图2-23对刀点、机床原点和工件原点第二节CAM在机械制造业中的作用六、走刀路线的选择走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工序的内容，而且也反映出工序的顺序。1)寻求最短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加工效率。2)为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。3)考虑刀具的进、退刀(切入、切出)路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑。4)应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面，尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停(切削力突然

10、变化会造成弹性变形)，以免留下刀痕。第二节CAM在机械制造业中的作用5)选择使工件在加工后变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。1.孔加工路线图2-24多孔零件的两种加工路线的比较第二节CAM在机械制造业中的作用2.轮廓加工路线图2-25铣削方向a)逆铣b)顺铣第二节CAM在机械制造业中的作用图2-26切入切出方式a) 铣外轮廓b)铣内轮廓3.挖槽加工路线第二节CAM在机械制造业中的作用图2-27凹槽加工路线a)行切b)环切c)行切+轮廓环切4.曲面加工路线第二节CAM在机械制造业中的作用图2-28曲面加工路线5.高速加工刀

11、具路径第二节CAM在机械制造业中的作用图2-29高速加工刀具路径七、刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工的质量。(一)数控加工刀具的选择原则1.适用第二节CAM在机械制造业中的作用2.安全3.经济(二)加工中心刀具形状选择图2-30刀具型式示意图a)球刀b)圆鼻刀c)平底刀第二节CAM在机械制造业中的作用1.球刀(见图2-30a)2.圆鼻刀(见图2-30b) 3.平底刀(见图2-30c)(三)刀具材料的选取1.高速钢刀具(白钢刀) 2.硬质合金刀具(钨钢刀、合金刀)(四)刀具结构形式的选择1.整体式2.可转位式八、切削用量的确定合理选择

12、切削用量对于发挥数控机床的最佳效益有着至关重要的关系，数控加工的切削用量选择原则与普通加工相同。第二节CAM在机械制造业中的作用图2-31铣削用量1.背吃刀量ap2.铣削宽度ac第二节CAM在机械制造业中的作用3.切削线速度vc(也称单齿切削量，单位为mmin)4.主轴转速n5.进给速度vf1)当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，一般在100200mmmin范围内选取。2)在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mmmin范围内选取。图2-32超程误差与控制第二节CAM在机械制造业中的作用3)当加工精度、表面粗糙度要求高时，进

13、给速度应选小一些，一般在2050mmmin范围内选取。4)刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。九、 高度安排与进刀、退刀控制方式(一)起止高度与安全高度图2-33起止高度和安全高度第二节CAM在机械制造业中的作用(二)进刀、退刀控制方法1.垂直进退刀方式2.水平方向进退刀方式十、刀具补偿、拐角控制、轮廓控制与区域加工顺序(一)刀具半径补偿和长度补偿图2-34内轮廓加工的刀心轨迹第二节CAM在机械制造业中的作用图2-35外轮廓加工的刀心轨迹(二)拐角控制第二节CAM在机械制造业中的作用1)角落圆角：如图2-36a所示，处理成工件外部轮廓及刀具路径都是圆角。2)角落尖角：如图2-36b所示，处理成工件外部轮廓为尖角，而刀具路径为圆角。3)路径尖角：如图2-36c所示，处理成工件外部轮廓及刀具路径都是尖角。图2-36拐角控制a)角落圆角b) 角落尖角c)路径尖角第二节CAM在机械制造业中的作用(三)轮廓控制1)刀具在轮廓上(ON)：刀具中心线与轮廓线相重合，即不考虑补偿。2)刀具在轮廓内(Inside)：是刀具中心不到轮廓上，而刀具的侧边到