1、計算機輔助設計與制造課程實驗指導書學 院：機械工程與自動化學院所 在 系：機械工程系適用專業：機械設計制造及其自動化編 寫 人：王宗彥，吳淑芳，秦慧斌，陸春月中北大學機械工程系2006年 12月實驗1:凸輪設計加工 CAD/CAM一體化實驗1 實驗類型設計性實驗2 實驗目的（1）了解機械產品零件三維參數化設計的方法。掌握三維設計軟件 SolidWorks 的使用方法。（ 2）了解設計模型和制造模型的轉換方法， 學會 MasterCAM 數控編程 軟件的使用方法， 包括毛坯的設計方法、 切削用量的設計方法、 加工過程的 設計方法、加工仿真的實現方法等。（ 3）掌握 CAD/CAM 的集成原理，實

2、現數字化設計制造的集成。3 實驗內容（ 1）根據圖紙完成凸輪的三維設計: 通過特征造型、 實現凸輪的結構、 精度設計；(2) 設計零件的加工工藝規程，包括毛坯(原材料)選定，工藝順序、加工設備、工裝、切削用量和加工時間的確定等；(3) 自動數控編程：利用MasterCAM軟件，讀入凸輪的三維設計模型，該模型一般采用*GS格式，用MasterCAM軟件生成凸輪的 NC文件，實現 凸輪的加工過程仿真。4.實驗要求根據圖1所示的某凸輪工程圖(其它凸輪工程圖結合當時情況給定)，完成以下工作。圖1凸輪工程圖(1) 完成凸輪的三維設計。(2) 設計零件的加工工藝規程，包括毛坯(原材料)選定，工藝順序、 加

3、工設備、工裝、切削用量和加工時間的確定等；(3) 生成凸輪的NC文件，實現凸輪的加工過程仿真。(4) 每人一臺計算機。(5) 獨立完成5 設備及軟件硬件： P4 計算機軟件：包括 SolidWorks ，MasterCAM6 實驗學時共用 4 學時7 實驗結果與報告提交三維模型、加工代碼數據一套；（1） 整理完成實驗報告，包括特征造型的設計步驟、毛坯（原材料）選 定，工藝順序、加工設備、工裝、切削用量和加工時間的確定等、 設計心得、設計封皮等。8 實驗步驟8.1 凸輪的 SolidWorks 建模（ 1） 首先打開計算機和 SolidWorks 軟件，選擇新建一個零件；（2）以“前視基準面”為

4、操作面，并在圖形區域以草圖原點為中心繪 畫直徑 280mm 的圓， 單擊“拉伸凸臺 /基體” 工具， 設置其拉伸高度 18mm ， 單擊確定工具完成特征造型設計；（ 3）單擊“中心線” 工具， 以草圖原點為起點向左畫一條長度為40mm的水平直線，并以其端點（01）畫直徑為65mm的圓，單擊“拉伸凸臺/基體”工具，沿相反方向設置其拉伸高度為17mm，單擊確定工具完成該特征設計；（ 4）根據工程圖紙尺寸找出圓心 02、03，以 01 為圓心用構造線畫半 徑為 69mm 的圓，以 02 為圓心用構造線畫半徑為 90mm 的圓，以 03為圓 心用構造線畫半徑為 93mm 的圓，以 01 為圓心用構造線

5、畫半徑為 150mm 的圓；（ 5）在 01 上方畫一斜直線 L1 ，按住 CTRL 鍵選中 L1 和半徑為 69mm 的圓并添加相切的幾何關系， 然后按住 CTRL 鍵選中 L1 和半徑為 90mm 的 圓并添加相切的幾何關系， 這樣變產生工程圖紙尺寸上 AB 線段， 同理可畫 出 HG 線段，接著把一些多余曲線或線段用“草圖剪裁”工具給剪裁掉；( 6)在圖形右上方根據半徑為90mm 的圓弧和半徑為 150mm 的圓弧位置選用“三點圓弧”工具畫一半徑為 95mm 的弧段，按住 CTRL 鍵選中 半徑為 90mm 的圓弧和半徑為 95mm 的弧段并添加相切的幾何關系，然后 按住 CTRL 鍵選

6、中半徑為 95mm 的弧段和半徑為 150mm 的圓弧并添加相切 的幾何關系，這樣變產生工程圖紙尺寸上 CD 圓弧段，同理可畫出半徑為 72mm 并于半徑為 93mm 和半徑為 150mm 相切的 PF 圓弧段，接著把一些多 余曲線或線段用“草圖剪裁”工具給剪裁掉，這樣就畫出 ABCDEFGH 封閉 的輪廓；( 7)選中 ABCDEFGH 封閉輪廓上所有弧段和線段，并用“等具實體” 工具以 15mm 距離向里外執行命令，然后刪掉 ABCDEFGH 封閉的輪廓；(8)以01為圓心用畫半徑為 17.5mm的圓，選中半徑為17.5mm的圓 單擊 ”拉伸切除 ”工具，設置完全貫穿，單擊確定工具完成特征

7、造型設計；( 9)以畫圖原點 0 為端點用“構造線”工具向右畫一條長度為 40mm 的水平直線，并以其端點畫直徑為 12mm 的圓，選中直徑為 12mm 的圓單 擊 ”拉伸切除 ”工具，設置完全貫穿，單擊確定工具完成特征造型設計；(10)數據的導出：選另存文件，并選擇另存格式為*.IGS ，將完成的模型保存為 XXX.IGS ，以備 MasterCAM 生成凸輪的數控代碼使用。(備注：“拉伸切除” 工具有時不能達到預期目的， 這時須插入基準面， 再執行命令。 )8.2 凸輪的 SolidWorks 建模結果1= SDlLdlnElA 2IIUir Liie陸直曲1%USE口口 H H 鼻 g6

8、匚*411福H邏斗用肚-sB-fR 彌國比上* m I凸lrf勿 KTrt-.-.-.HOt-'-.h'.ll.El#5.1MSF 18.3利用MasterCAM生成凸輪的數控代碼(1 )數據導入首先打開 MasterCAM 軟件，File/Converters/IGES/Read file，讀入由凸輪的SolidWorks建模所生成的*.IGS文件；(2)凸輪的粗加工以直徑為20的立銃刀采用外行銃削方式加工，選擇Toolpaths/Contour/Chain命令，選擇加工起始位置后，單擊Done按鈕。槽的內輪廓串聯方向為順時針方向，外輪廓串聯方向為逆時針方向；由于采用順銃加工

9、，Compe nsation directi on 為 Left。 Compe nsation type為 Wear，這樣在屏幕顯示的刀具編程路徑偏移一刀具半徑值，而且在工件程序中產生 G41指令一個偏移暫存器偏移值，偏移值的大小為實際刀具直徑與編程設定的刀具直徑之間的差值。凸輪槽兩側面各留有0.5mm的精銃余量，槽深不留余量，因為對于該平面凸輪，其工作表面為兩側面。選取Depth cuts選項，單擊Depth cuts按鈕，參數設置。在切削過程中, 總切削量由兩個參數來決定： Depth 和 Z stock to leave ，總切削量等于最后 切削深度減去 Z 向預留量。總粗切削次數為總切

10、削量減去精切削的次數乘 以精切削進刀量的差除以最大粗切削進刀量的商取整。Depth cut order 采用了深度控制方式，即先在一個深度上銑削所有的外 行邊界，在進行下一個深度的銑削。選取 Lead in/out 選項，單擊 Lead in/out 按鈕，進行參數設置。選擇了Ramp height 值，以確保斜線下刀。最后生成刀具路徑。（2）精加工以直徑為 20 的立銑刀采用外行銑削方式加工，采用與粗加工一樣的方式，設置精加工刀具參數，Feed rate 取 100, Sp in del 取 600。Co ntour parameter 選擇， XY stock to leave 取 0。選

11、取 Depth cuts 選項，單擊 Depth cuts 按鈕， 參數設置。選擇 Operation 命令,出現 Operations Manager 對話框。單擊 Select All 按鈕,單擊 Verify 按鈕,實體切削仿真。Operatio ns Ma nager對話框中，單擊Post按鈕，出現對話框，單擊Cha ngPost按鈕，選擇所需的后處理器，即可生成該平面凸輪工件的數控程序。8.4 數控代碼和仿真結果8.5部分數控代碼%ooooo(PROGRAM NAME - FENG)(DATE=DD-MM-YY - 15-11-06 TIME=HH:MM - 00:49) N100G

12、21N102G0G17G40G49G80G90(4. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 5.) N104T1M6N106G0G90G54X-10.388Y-139.597A0.S1000M3 N108G43H1Z50.N110Z23.N118G0Z50.N122Z23.N124G1Z18.N130G0Z50.N134Z23.N136G1Z18.N142G0Z50.N146Z23.N148G1Z18.N154G0Z50.N158Z23.N160G1Z18.N166G0Z50.N170Z23.N172G1Z18.N178G0Z50.N182Z23.N184G1Z18.N190G0Z50.N194Z23.N196G1Z18.