第1章CAD/CADM技术概论辅导 一、重点解析 I.什么是CAD/CAM 是英文Computer Aided Design/Compuer Aided Manufacturing的馏写. CD指使用计算机系统进行设计的全过程，包括魔料检素、方案构思，零件造型、工 程分析，工程制图、文档编制等：CAM指利用计算机系统，通过计算机与数控机床等生产 设备的直接的暖间找的联系。进行产品生产制造和规划、设计，管理和控制的过程。 2,CAD/CAM系统组成 由硬件系统和软件系统组成。 硬件系统包括计算机系统和加工设答。计算机系统由主机、硬盘，图形输入设答、图形 显示授备、图彩输出设备组成：加工设备是CADCAM的控制对象，常用的加工设备有要 控加工中心，CNC数控机床、工业机器人以及相应的联接和控制设备。 软件系统拔功能分为三个层次，即系统软件，支算数件和应用软件。系统款件即操作系 统，是折挥计算机运行、管理计算机魔源和川户作业的款件，是用户和计算机的接口：支撑 软件包括图形软件、几何违型款作、计算机分析软件以及NC编程款件等：应用软件是指针 对某个特定领域而专门设计的应用程序。 3,CAD技术基髓 I)CAD系统横块结构 CD系统一校由许多功能模块构成，各功後模块相直独立工作，又相互传递信息，形 成一个相互协调有序的系统，其功能模块为图形处理慎块，三推几何造翠倾块、装配模块、 计算机分析模块、机构动态仿真模块、数据库模块、用户编程模块。 2)几何造型技术 几何造型也移为几何建模，是通过计算机表示、粒制、分析和输出几何实体的·种技术， 是CAD/CAM技术中的关键技术， 4,CAM技术基础 1)数控机床和数控加工 数控机床：数控机床是一种利用数字控制技术，准确地按照给定的工艺流程实观规定加 工动作和运动轨迹的机床， 数控加工：在数控机床上执行根据零件图及工艺要求偏制的数控程序单，从面控制数控 机床中的刀具与工件的相对运动，以完成零件制适的加工
第 1 章 CAD/CADM 技术概论辅导 一、重点解析 1． 什么是 CAD/CAM 是英文 Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing 的缩写。 CAD 指使用计算机系统进行设计的全过程，包括资料检索、方案构思、零件造型、工 程分析、工程制图、文档编制等；CAM 指利用计算机系统，通过计算机与数控机床等生产 设备的直接的或间接的联系，进行产品生产制造和规划、设计、管理和控制的过程。 2． CAD/CAM 系统组成 由硬件系统和软件系统组成。 硬件系统包括计算机系统和加工设备。计算机系统由主机、硬盘、图形输入设备、图形 显示设备、图形输出设备组成；加工设备是 CAD/CAM 的控制对象，常用的加工设备有数 控加工中心、CNC 数控机床、工业机器人以及相应的联接和控制设备。 软件系统按功能分为三个层次，即系统软件、支撑软件和应用软件。系统软件即操作系 统，是指挥计算机运行、管理计算机资源和用户作业的软件，是用户和计算机的接口；支撑 软件包括图形软件、几何造型软件、计算机分析软件以及 NC 编程软件等；应用软件是指针 对某个特定领域而专门设计的应用程序。 3． CAD 技术基础 1） CAD 系统模块结构 CAD 系统一般由许多功能模块构成，各功能模块相互独立工作，又相互传递信息，形 成一个相互协调有序的系统，其功能模块为图形处理模块、三维几何造型模块、装配模块、 计算机分析模块、机构动态仿真模块、数据库模块、用户编程模块。 2） 几何造型技术 几何造型也称为几何建模，是通过计算机表示、控制、分析和输出几何实体的一种技术。 是 CAD/CAM 技术中的关键技术。 4． CAM 技术基础 1） 数控机床和数控加工 数控机床：数控机床是一种利用数字控制技术，准确地按照给定的工艺流程实现规定加 工动作和运动轨迹的机床。 数控加工：在数控机床上执行根据零件图及工艺要求编制的数控程序单，从而控制数控 机床中的刀具与工件的相对运动，以完成零件制造的加工
数控机床坐标系：数控机械人材第是为了确定工作及刀具在机床中的位置及运动范圆等 而建立的几何坐标系。与CAD系统中果用的标准相同。都采用国标1SO841标准，规定为 右手直角笛卡尔坐标系，由右手定则规定X、Y、Z的关系及其正方向：用右手螺旋法则规 定围能X、Y,乙各轴的回转运动及其正方向+A、+B,+C。 2)数控加工切刚过程 数控机床切削加工零件的完整过程一般分为九个阶段，如知图13所示。 机床眼点 ① 起止高度 起点 运回点 @ 司 安全高度 接近点 逃刀点 ③ @ 侵下刀高度 退出点 ① 切入矢量 退刀矢量 @ 最小间像 起切点 如工终点 工件 图13数控加工切例过程 ①各坐标轴快速由机床原点移动到循环起点： ②以G00指令方式快速由起点到时位于安全面的接近点： ③以接近速度由接近点到位于慢下刀高度车切入点： ④以切削速度由拾定的切入失量方向，述给到工作加工起切点： ®切削一以切例速度由起切点到时加工终点。 团以切削速度由如式终点按退刀矢量方向退到时递出点（退出点离工件上表面的距离 应满足最小阿隙的烧定) ⑦以是刀速度由退出点退到时位于安全围的退刀点。 @以G0指◆方式快速由退刀点移到位于起止高度的返目点：
数控机床坐标系：数控机械人材第是为了确定工作及刀具在机床中的位置及运动范围等 而建立的几何坐标系。与 CAD 系统中采用的标准相同，都采用国标 ISO841 标准。规定为 右手直角笛卡尔坐标系，由右手定则规定 X、Y、Z 的关系及其正方向；用右手螺旋法则规 定围绕 X、Y、Z 各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C。 2） 数控加工切削过程 数控机床切削加工零件的完整过程一般分为九个阶段，如图 1-3 所示。 ① 各坐标轴快速由机床原点移动到循环起点； ② 以 G00 指令方式快速由起点到时位于安全面的接近点； ③ 以接近速度由接近点到位于慢下刀高度牟切入点； ④ 以切削速度由给定的切入矢量方向，进给到工作加工起切点； ⑤ 切削--------以切削速度由起切点到时加工终点。 ⑥ 以切削速度由加式终点按退刀矢量方向退到时退出点（退出点离工件上表面的距离 应满足最小间隙的规定） ⑦ 以退刀速度由退出点退到时位于安全面的退刀点。 ⑧ 以 G00 指令方式快速由退刀点移到位于起止高度的返回点； ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 机床原点 起止高度 安全高度 慢下刀高度 切入矢量 退刀矢量 起切点 加工终点 工件 接近点 起点 退出点 退刀点 返回点 最小间隙 图 1-3 数控加工切削过程
@快速由返回点返回机床原点， 3)数控编程的内容与岁骤 数控编程的内容与步囊即CADCAM系统的慢作过程如图1-4所示，分为五步： ①零件几何信息的稀逃利用CADCAM系统教件地零件进行几何选型，形成零件的 三维几何信息， ②加工工艺参数的确定根指零件的儿何信息（三排模型）确定零件的加工工艺参数 以及被加工面等的信息。工艺参数包括加工方法，刀具参数，切例用量等：被加工面的信 输入包括选择被加工而或被加工面的边界、进刀、遇刀方式、速给路线等。 ③刀轨生成根据儿何信皂和工艺信息，CM系统将白动进行有关数据的计算，生成 刀具轨迹，并将相关信息分别保存在零件的轮喘数据文件、刀位数据文件及工艺餐数文件中。 它门是系统自动生成NC代码和仿真加工的基础。 ④刀轨编辑与仿真刀轨仿真可验证刀轨的合理性，如有错误和缺陪，可以对刀轨进 行一定的偏氧，包括刀轨的腹剪、分割、连接，转置、反向，刀位点的增加，到障，修改与 均化等。 回数控程序的产生一后置处理将编辑好的刀位文件转换成指定数控机味系统能 执行的数控程序单。这些程序单可以直接输入到时数控机床中，用干挖制数挖如工。 4)CAM系饶中的基本术语 ①坐标数与坐标轴联动数坐标数是数控机床的进给运动采用数字控制的数日，如两 坐标、三坐标、五坐标等。坐标轴联运数指数控机床在加工零件过程中可以同时进给的坐标 轴数目。 ②轮靠、岛和区域用米指定加工对象。 轮靠一一是一系列首尾相连的曲线的集合，有开轮靠、闭轮佛和有自交点的轮唬三种 形式。 岛由一个闭轮常界定。 区域一由一个团轮常和若干个岛围成的内部空间，如图5所示。 外轮廓 @机 图15轮廓、路和区域 区域
⑨ 快速由返回点返回机床原点。 3） 数控编程的内容与步骤 数控编程的内容与步骤即 CAD/CAM 系统的操作过程如图 1-4 所示 ，分为五步： ① 零件几何信息的描述 利用 CAD/CAM 系统软件地零件进行几何造型，形成零件的 三维几何信息。 ② 加工工艺参数的确定 根据零件的几何信息（三维模型）确定零件的加工工艺参数 以及被加工面等的信息。工艺参数包括加工方法、刀具参数、切削用量等；被加工面的信息 输入包括选择被加工面或被加工面的边界、进刀、退刀方式、进给路线等。 ③ 刀轨生成 根据几何信息和工艺信息，CAM 系统将自动进行有关数据的计算，生成 刀具轨迹，并将相关信息分别保存在零件的轮廓数据文件、刀位数据文件及工艺参数文件中。 它们是系统自动生成 NC 代码和仿真加工的基础。 ④ 刀轨编辑与仿真 刀轨仿真可验证刀轨的合理性，如有错误和缺陷，可以对刀轨进 行一定的编辑，包括刀轨的裁剪、分割、连接、转置、反向，刀位点的增加、删除、修改与 均化等。 ⑤ 数控程序的产生--------后置处理 将编辑好的刀位文件转换成指定数控机床系统能 执行的数控程序单。这些程序单可以直接输入到时数控机床中，用于控制数控加工。 4） CAM 系统中的基本术语 ① 坐标数与坐标轴联动数 坐标数是数控机床的进给运动采用数字控制的数目，如两 坐标、三坐标、五坐标等。坐标轴联运数指数控机床在加工零件过程中可以同时进给的坐标 轴数目。 ② 轮廓、岛和区域用来指定加工对象。 轮廓--------是一系列首尾相连的曲线的集合，有开轮廓、闭轮廓和有自交点的轮廓三种 形式。 岛--------由一个闭轮廓界定。 区域--------由一个闭轮廓和若干个岛围成的内部空间，如图 1-5 所示。 ③ 机 图 1-5 轮廓、岛和区域 区域 岛 外轮廓
床参数主要指数控加工时的切削用量， 主轴转速切前加工时，主轴角速度，ym 切侧速度一一正常切制时。刀具进给速度，两两m初。 接近速度…刀具从受速下刀高度到时切点间的运动速度，刚剂n。 退刀速度…刀具离开工件国到安全高度的运动速度，所房你的。 快速移动速度一安全高度以上的刀具移动速度，取GO0速度，mmmm。 行间连接速度一一两行刀轨间刀具的移动速度，m序加n。 ④安全高度、起止高度、慢下刀高度 安全高度一一在此高度以上，刀具可以快速移动而不发生任何干涉。安全高度应大 于工件的最大高度， 起止高度一一起止高度应大于安全高度，它是循环加工时循环起点和返国点的高度， 即换刀的高度和下刀退刀的高度。 慢下刀高度-一一每次下刀过程中，刀具从起止高度以G00速度快速下刀到封安全高 度，再以接近速度接近工件，当距工件起切点某一高度时，刀具将以切削速度接近工件。这 个高度叫慢下刀高度，这个点叫切入点： 回刀具参数 数控统床常用三种类型的刀具，它们是球刀、端刀和圆角刀。统刀参 数如图1-6所示， R…刀具半径 下…刀角半径 k…刀刃半径 L--刀杆长度 缘刀：R旷用于复杂曲面加工 端刀：=0用于平面加工 圆角刀：<R用于各种粗相加工 图16桂型铁刀
床参数 主要指数控加工时的切削用量。 主轴转速---------切削加工时，主轴角速度，γ/min. 切削速度------正常切削时，刀具进给速度，mm/min。 接近速度---------刀具从慢速下刀高度到时切点间的运动速度，mm/min。 退刀速度---------刀具离开工件回到安全高度的运动速度，mm/min。 快速移动速度-------安全高度以上的刀具移动速度，取 G00 速度，mm/min。 行间连接速度-------两行刀轨间刀具的移动速度，mm/min。 ④ 安全高度、起止高度、慢下刀高度 安全高度---------在此高度以上，刀具可以快速移动而不发生任何干涉。安全高度应大 于工件的最大高度。 起止高度---------起止高度应大于安全高度，它是循环加工时循环起点和返回点的高度， 即换刀的高度和下刀退刀的高度。 慢下刀高度---------每次下刀过程中，刀具从起止高度以 G00 速度快速下刀到时安全高 度，再以接近速度接近工件，当距工件起切点某一高度时，刀具将以切削速度接近工件。这 个高度叫慢下刀高度，这个点叫切入点。 ⑤ 刀具参数 数控铣床常用三种类型的刀具，它们是球刀、端刀和圆角刀。铣刀参 数如图 1-6 所示。 R--- ---刀具半径 r--------刀角半径 l--------刀刃半径 L-------刀杆长度 球刀：R=r 用于复杂曲面加工 端刀：r=0 用于平面加工 圆角刀：r<R 用于各种粗槽加工 图 1-6 柱型铣刀
5.P/E款件在机床数控系统中能做什么 1)三维造型设计 三雀造型设计，培养三推设计能力。拿握CAD软件中的零件迹型功能，用曲线、曲面 和实体把工件表达出来。它是工程分析，数控编程、数控加工的基础，学员必须掌握。 2)零件加工工艺定义 PE软件和其也众多的CAD/CAM载件一样具有加工工艺定义功隆。实体造型生成三 慢零件之后，利用学过的机械制造工艺学、金属切制机床等课程的相关知识，选择合适的如 工工艺方法，安排零件加工工序，确定粗、半精加工所对应的刀具，切刚用量，进见刀路径， 主轴转速等参数，系统就能生成刀位轨迹和机床代码。这一过程将数控编程、制迹工艺、刀 具、数控机床、数控加工等误程有机结合起来，使学员把以藏所学知识脸会贯通徽民于水 火，并在计算机上变得生动形象，从面可巩固学员的加工工艺知识，强化数控教学效果，而 这些能力正是现代企业对数控人才的要求。 3)数控编程、数据通信和数控如工 利用PE软件实现数控编程，数据通信和数控加工年0E软作可以实现全自动数控 编程，DNC直接数拉加工、多轴联动，且加工数度高。在此，数控系统、数挖编程、数据 接口，机床通信，数控加工等专业知识都结合起来了，作为数控技术应用开发人才，应该掌 探这线知识。学生在此可以得到动手能力的训练。 4)根具设计和加工实战训练 应用PE软件进行零件建模、模具型腔设计和慎具型粒如工。从零件违型开始，到时 工艺设计，生成刀轨，生成C代码，到时机床通讯。数控加工。全部狼立完成，金业就是 需要这样通过严格训稀的人才。 二、典型例题 木章为顺述章节没有例题
5． Pro/E 软件在机床数控系统中能做什么 1） 三维造型设计 三维造型设计，培养三维设计能力。掌握 CAD 软件中的零件造型功能，用曲线、曲面 和实体把工件表达出来。它是工程分析、数控编程、数控加工的基础，学员必须掌握。 2） 零件加工工艺定义 Pro/E 软件和其他众多的 CAD/CAM 软件一样具有加工工艺定义功能。实体造型生成三 维零件之后，利用学过的机械制造工艺学、金属切削机床等课程的相关知识，选择合适的加 工工艺方法，安排零件加工工序，确定粗、半精加工所对应的刀具，切削用量，进退刀路径， 主轴转速等参数，系统就能生成刀位轨迹和机床代码。这一过程将数控编程、制造工艺、刀 具、数控机床 、数控加工等课程有机结合起来，使学员把以前所学知识融会贯通救民于水 火，并在计算机上变得生动形象，从而可巩固学员的加工工艺知识，强化数控教学效果，而 这些能力正是现代企业对数控人才的要求。 3） 数控编程、数据通信和数控加工 利用 Pro/E 软件实现数控编程、数据通信和数控加工。Pro/E 软件可以实现全自动数控 编程，DNC 直接数控加工、多轴联动，且加工数度高。在此，数控系统、数控编程、数据 接口、机床通信、数控加工等专业知识都结合起来了，作为数控技术应用开发人才，应该掌 握这些知识。学生在此可以得到动手能力的训练。 4） 模具设计和加工实战训练 应用 Pro/E 软件进行零件建模、模具型腔设计和模具型腔加工。从零件造型开始，到时 工艺设计、生成刀轨，生成 NC 代码，到时机床通讯，数控加工，全部独立完成。企业就是 需要这样通过严格训练的人才。 二、 典型例题 本章为概述章节没有例题