1、模块六数控加工的CAD/CAM数控加工工艺与刀具夹具模块六数控加工的CAD/CAM课题6.1CAD/CAM基本知识课题6.2MasterCAM X的基本知识课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程课题6.1CAD/CAM基本知识【学习目标】1.知道目前CAD/CAM领域的常用软件名称及其各自的特点。2.懂得CAD/CAM的基本概念，基本达到会用CAD/CAM手段生成数控程序。课题6.1CAD/CAM基本知识【学习任务的提出】复杂的数控加工程序怎样通过计算机产生，CAD/CAM的含义与内容是什么，通过计算机辅助设计与制造软件生成NC加工程序需要经过哪些步骤和过程，在计算机辅助设计中需要
2、注意和掌握哪些基本知识，将是本模块所要讨论的主要问题。6.1.1CAD/CAM数控加工程序生成的基本过程1.CAD/CAM知识简介课题6.1CAD/CAM基本知识2.数控自动编程与加工的基本流程利用CAD/CAM技术进行数控自动加工的基本工作流程需要进行以下四个基本过程：(1)零件的几何建模 线架模型。曲面模型。实体模型。(2)计算机辅助工艺过程及工序设计(3)刀具轨迹的生成和编辑(4)加工信息的后置处理课题6.1CAD/CAM基本知识图6-1零件的线架、曲面与实体模型课题6.1CAD/CAM基本知识6.1.2常用数控加工CAD/CAM软件目前应用较为广泛的数控CAD/CAM软件主要有下列几种
3、:1.Pro/ENGINEER图6-2Pro/E的安装界面课题6.1CAD/CAM基本知识2.UGUG是Unigraphice的简称，最早源于美国麦道飞机公司，其优势是在曲面的设计、分析计算和曲面的数控加工方面。图6-3UG NX4的初始安装界面课题6.1CAD/CAM基本知识3.CimatronCimatron软件是以色列出产的一款专门针对模具工装领域设计与制造的软件。它是制造业界公认的最优秀的数控加工软件及模具设计软件之一。由于它进入数控加工制造业的历史比较早，所以在数控加工应用中的认可率较高。它除了可以满足一般加工所需要的功能外，尚有很多人性化的特点。课题6.1CAD/CAM基本知识4.
4、MasterCAM5.CATIACATIA最初是法国达索飞机公司研制的CAD/CAM软件，通过市场整合，目前属于IBM公司。他的最大特点是曲面造型功能强大而便捷。广泛应用于航空和汽车设计和制造，在模具制造行业也具有一定市场。课题6.1CAD/CAM基本知识图6-4MasterCAM X的安装界面课题6.2MasterCAM X的基本知识【学习任务的提出】现以MasterCAM X软件为实例，介绍零件CAD/CAM设计与辅助编程的工艺知识，若想更深入地掌握CAD/CAM的技能，则需要学习专门课程。6.2.1MasterCAM X的主界面图6-5MasterCAM X启动后的主界面课题6.2Mas
5、terCAM X的基本知识6.2.2MasterCAM X的工作流程应用MasterCAM X进行模具零件的CAD/CAM，一般经过如下几个步骤：1)根据零件工作图样或者产品实物要求描述并生成零件的轮廓几何参数，即零件的CAD过程，计算机需要接受信息了解零件最终完成后所要达到的各项要求。2)设置零件加工的毛坯尺寸、轮廓和工件材料，以便于针对毛坯进行一系列的加工参数设置和加工过程仿真显示。3)设置刀具的原点位置和对刀点。4)设置刀具参数。5)设置数控加工的工艺参数。6)系统自动生成刀具路径，并进行必要的编辑修改。课题6.2MasterCAM X的基本知识7)刀具路径的加工模拟仿真检验与刀具路径修
6、改。8)刀具路径的后置处理，以便将刀具路径形成路径文件并进一步转换成数控机床所能够接受、识别和加以执行的NC加工程序。9)根据数控机床的NC程序结构的要求进行程序项的添加与修改。10)将最终的NC程序文件存储或输入数控机床进入加工运行。课题6.2MasterCAM X的基本知识6.2.3MasterCAM X所提供的七种曲面类型所有曲面的构建都建立在其特征曲线的基础上。首先，建立曲面的特征曲线，然后对该曲线进行特定方向或路线的移动和操作，进而形成所需要的空间曲面。1.举升曲面Loft Surface升举曲面是指通过平顺地连接所提供的一组截面曲线所生成的空间曲面，如图6 6所示。升举曲面由形体的
7、两个以上的横截面轮廓线而形成，横截面方向是它的特征。2.昆氏曲面Coons如图6 7所示，昆氏曲面是在几个相互连接的曲面所围成的封闭空间区域中所生成的不规则曲面。课题6.2MasterCAM X的基本知识图6-6举升曲面课题6.2MasterCAM X的基本知识图6-7昆氏曲面课题6.2MasterCAM X的基本知识3.直纹曲面Ruled Surface直纹曲面是由2条或多条曲线所生成的曲面，该曲面在2条曲线之间的素线是直线，如图6 8所示。4.旋转曲面Revolve Surface旋转曲面如图6 9所示，是由一条母线绕着固定轴线旋转所形成的曲面。图6-8直纹曲面课题6.2MasterCAM
8、 X的基本知识图6-9旋转曲面课题6.2MasterCAM X的基本知识5.扫描曲面Sweep Surface扫描曲面是用工件的一个截面沿着一条特定的引导曲线（也称扫描路径）进行移动而形成的空间曲面。它可以由一个或两个截面沿特定曲线进行移动所形成，也可以是由两条特定曲线沿一个截面移动而形成，如图6 10所示。6.牵引曲面Draft Surface牵引曲面是一条平面曲线沿着一定的构图方向进行长度牵引和角度牵引所形成的曲面，如图6 11所示。图6-10扫描曲面课题6.2MasterCAM X的基本知识图6-11牵引曲面课题6.2MasterCAM X的基本知识7.挤压曲面Extrusion挤压曲面
9、是将一个截平面向一定的方向进行挤压所产生的空间表面。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程【学习任务的提出】在本课题中，将针对图6 12所示的凹模工件进行CAM的工艺参数设计过程和数控加工程序的生成。图6-12凹模的形腔曲线图样课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-13凹模实体课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程6.3.1刀具加工安全区域设置1.首先描述凹模实体2.选择数控机床如图6 14所示，通过单击【机床】/【铣床Mill】，系统将调出存储库中的各类铣床，可在系统的机床列表中选择所需数控加工机床的类型和相应机床型号。在此选择【3轴联动立式加工中心
10、3-AXIS VMC】，则在屏幕左侧，加工管理器中会立即添加三轴立式数控加工中心的树目录，如图6 15所示。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-14调出系统机床数据库中的铣床供选择课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-15加工管理器的机床显示课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程3.设置加工安全区域首先进行刀具运行的空间安全区域设置，单击“安全区域设置Safety zone”，调出加工安全区域设置对话框如图6 16所示。这里有“立方体”、“圆柱体”和“球体”三个安全区域类型的设置选择。可以根据工件的大小和形状设置一个刀具运行的安全区域。课题6.
11、3MasterCAM X的工艺参数设计过程6.3.2加工工件的坐标设置如图6 16所示，单击管理器中的“工件材料设置Stock setup”标签，进入工件加工参数组合设置对话框（图6 17）。在此对工件进行加工的四大部分工艺参数设置界面，包括【文件File】、【刀具设置Tool settings】、【工件材料设置Stock setup】、【工作安全区域设置Safety zone】四个选项卡。不难发现，四个选项是工作管理器树状路径的下级路径。所以，从上述路线中的任何位置，都可以很方便地进入到【加工工艺参数设置】界面。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程(1)工件材料视角设置首先进行
12、工件毛坯加工时的视角设置，这一设置一般以工件在加工时的安装位置为依据，在这里选择俯视图TOP，以便与前面的安全区域设置和后面的工件实体加工视角相对应。图6-16三种类型的安全区域设置课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-17加工工艺参数设置界面课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-18工件视角列表，课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程(2)材料形状设置Shape在【工件材料的形状shape】选择对话框中有四个选项：立方体(Rectangular)、圆柱体(Cylindrical)、实体(Solid)和文件(File)。(3)毛坯尺寸的设置毛坯尺
13、寸的设置有多种方法，可以直接在预览图中进行X、Y、Z三个坐标轴方向上的尺寸输入；也可以单击预览图下方的三个按钮在工作区的图样中进行设置。单击左边第一个按钮【选取对角】（Celect Corners）选择角点，系统将返回到工作区域中，可以在工件上通过两个对角点的框选给出工件的大小；单击第二按钮，选择【边界盒】（Bounding Box），系统回到工作区域，同时弹出如图6 20所示的边界盒选项对话框，在此可以通过设置一个描述毛坯边界的边界框反映毛坯的形状和尺寸。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-19毛坯形状的描述课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-20毛坯
14、边界尺寸设置课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程(4)设置工件坐标原点 直接在图6-19工件参数设置对话框的【工件的原点】栏中输入X、Y、Z坐标给出原点位置。单选图6-19工件的原点设置栏下方的箭头符号后，进入绘图区，选择图形上的某点为原点；如图6-21示，将光标指向工件底部大圆，系统会自动捕捉到圆心点，选中即可。若单击图6-19所示的“边界盒”，可进入图6-20所示对话框。(5)工件显示方式设置Display工件的显示方式有【线架显示】、【实体显示】和【全屏显示】三种形式可供选择。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-21在图形中选择原点课题6.3Master
15、CAM X的工艺参数设计过程图6-22工件毛坯以实体显示的设置课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-23毛坯的线框显示与实体显示课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程6.3.3工件的材料设置被切削工件材料的力学性能直接影响切削加工的工艺参数。CAD系统了解了工件材料性能，可以自动生成切削加工的相关工艺参数。为了较准确地产生加工参数和切削进给用量，需要描述材料的各项性能，即“工件材料设置”。1.当前使用材料列表的进入如图6 24所示，单击主界面的【刀具路径】Tool paths菜单，选择最底部的【材料管理Material Manager】，即可进入系统的“当前材料”
16、列表，在此将显示上一次系统所使用的材料列表情况。2.系统的工件材料库课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-24进入当前材料列表课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-25系统的铣削材料库课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-26工件材料设置快捷菜单课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程3.描述新材料在图6 26快捷菜单中，第三项新建和第五项编辑都可以进入如图6 27所示的【新材料定义】对话框。其中的新建（Create new）材料参数，可以对一种新的材料进行加工参数的设置。选择该选项后，系统打开材料定义设置【Material De
17、finition】对话框。通过设置材料的各个加工参数定义一种新材料。4.由操作管理器进入材料库在左侧工作管理器中选择【刀具设置】（Tool settings），可以直接进入图6 24所示的刀具设置对话框；选择下方的【材料选择】（Matreial select），即进入如图6 25所示的【材料设置】菜单。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-27材料定义对话框课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程6.3.4刀具参数设置MasterCAM在生成刀具路径前，首先要选择该加工中使用的刀具。用户可以直接调用系统刀具库中的刀具，也可以修改由刀具库所产生的刀具得到所需要的刀具形
18、式，还可以自己定义新刀具，并将其保存到刀具库中。1.从刀具库中选择刀具MasterCAM软件自带一个刀具参数库，库中包含各类刀具，从刀具库中选择刀具是刀具设置中最基本、最便捷的方法。(1)系统刀库的进入选择主菜单中的【刀具路径Toolpaths】/【刀具管理Tool manager】命令，如图6-28所示，系统将弹出“刀具设置管理”对话框。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-28刀具管理对话框课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程(2)刀具的过滤选择单击【刀具过滤】设置按钮，系统打开“刀具过滤器对话框”，如图6-29所示。图6-29刀具选择过滤器课题6.3Mas
19、terCAM X的工艺参数设计过程图6-30铣刀的类型【刀具种类】(Tool Types)的选择。在MasterCAM的铣刀中有20种刀具可供选择，各种刀具的图标与类型表达如图6-30。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-315种刀具直径过滤条件课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程【刀具直径】(Tool diameter)的选择。系统可以根据对刀具直径的限定条件过滤出符合直径条件的刀具。如图所示，刀具直径的过滤条件有以下5种：忽略(Ignore)：忽略刀具直径限制；相等(Equtal)：显示等于刀具直径值的刀具，直径值在后面的文本框中进行输入；小于(Less
20、than)：显示小于刀具直径值的刀具，直径值在后面文本框中输入；大于(Greater than)：显示大于刀具直径值的刀具，直径值在文本框中输入；中间(Between)：显示界于两个直径值之间的刀具，直径值在文本框中输入。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程【刀具半径形式】(Radius type)的选择。【刀具半径形式】选项是指刀具端部的刀尖圆角形式。三个选项的含义分别是：【无】(None)：显示无圆角刀具，即选择无圆角的平刀；【圆角】(Comer)：显示圆角刀具，也叫环形刀；【全半径圆角】(Full)：显示全半径圆角刀具，即球头刀。【刀具材料】(Tool Material)的
21、选择。刀具材料选项可以根据对刀具材料的限制过滤需要的刀具。有以下六种过滤选项：【高速图6-32已选中刀具的快捷菜单课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程2.修改刀具库刀具图6-33当前刀具基本参数卡课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-34刀具类型的修改和选择课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-35刀具加工参数设置卡课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-36三种冷却方式课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-37进入外形铣削选项卡课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程6.3.5铣削加工工艺参数的设置
22、(1)刀具参数设计首先打开【刀具参数】卡，显示本工件加工所使用的刀具列表。界面内几个重要按钮的意义如下：【刀具号码】设置刀号，如输入“1”将在NC程序中产生“T1”指令。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-38外形铣削加工刀具参数设置课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-39机械原点设置对话框课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-40刀具平面和构图平面课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-41刀具平面的视角选择课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程(2)铣削加工参数设置【外形铣削加工】参数设置卡如图6-42所
23、示，可设置各个铣削高度、加工余量和刀具补偿。当图6 42上部的参数设置后，进行图示右下角的【X-Y平面分次铣削】、【Z方向分次铣削】和【进、退刀路线】三个项目的设置。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-42外形铣削加工参数设置卡课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-43X-Y平面内的分次铣削设置课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-44Z分层铣削深度和进、退刀设置课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-45刀具路径显示界面课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-46刀具路径模拟操作界面课题6.3Master
24、CAM X的工艺参数设计过程图6-47刀具路径模拟播放控制器课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-48刀具路径的线架模拟显示与实体模拟显示课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程6.3.6刀具加工NC程序的后置处理与操作管理刀具路径产生后，可以进行刀具加工路线文件的后置处理、文件输出以及其他操作的管理工作。1.工件实体的模拟加工(1)操作管理器的各按钮功能为了更加直接和真实地观察复杂的加工细节，MasterCAM X设置了加工模拟仿真功能。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-49具有刀具路径的操作加工管理器界面课题6.3MasterCAM X的工
25、艺参数设计过程图6-50加工操作管理器各按钮功能课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-51实体模拟加工仿真界面课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程(2)刀具路径的消隐和锁定如图6-53所示，操作管理器的【路经显示消隐】按钮可以对当前刀具路径进行显示的消隐作用，当工件图样或实体上的刀具路径过多时，不利于观察图样，可以利用该按钮对当前路径进行路径显示的消隐。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-52实体加工过程仿真模拟课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程2.加工NC程序的产生当刀具加工路径经过检验与修改后，就可以进行加工程序的生成了。
26、单击图6 53操作管理器上部的【G1】按钮，弹出图6 54所示的“NC程序后置处理”对话框，在这里进行刀具路径的后置处理，以最终生成数控加工的NC程序。课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-53路径显示的消隐课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-54刀具路径的后置处理界面课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-55机床传输参数设置对话框课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-56为NC文件命名课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程图6-57新产生的“梅花1”NC程序课题6.3MasterCAM X的工艺参数设计过程1.选择数控加工机床后，有哪几个主要选项需要工艺设置？2.怎样设置工件材料的形状、尺寸以及材质？3.怎样进入MasterCAM4.在MasterCAM5.2D外形铣削加工参数设置中，有哪几个选项卡可供进行工艺参数的设置？6.在外形铣削加工参数设置中，什么是下刀高度、参考高度和安全高度？7.怎样进入“X-Y平面多次铣削设置”界面？8.怎样进行“进、退刀路径设置”？9.怎样进入“实体加工模拟”界面？10.怎样生成NC加工程序？
