CAD/CAM 及数控技术综合型实验指导书武汉理工大学机电工程学院机械工程及自动化系2014．12目录1.实验目的 (1)2.综合设计实验的指导思想 (1)3.实验设备 (1)4.实验进度安排 (1)5.实验项目和实验流程 (2)6.CAD 实验过程指导 (3)7.CAM 实验过程指导 (9)8.实际加工实验过程指导 (19)8.1 数控车床 (19)8.2 数控铣床 (19)9.参考文献 (21)1. 实验目的通过该综合型设计性实验，使学生在掌握 CAD/CAM 、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程的理论基础上，初步掌握 Solidworks 、Pro/E 、MasterCAM 、Cark 、Daphne 等软件的使用，掌握产品设计、产品分析、工艺设计、数控加工仿真、产品数据管理、实际数控加工、产品快速成形加工方法的产品整个开发过程，培养学生专业技能，培养综合与创新能。

该实验要求学生已经完成 CAD/CAM 、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程和数控技术课程设计的学习和实践环节。

2. 综合设计实验的指导思想综合设计性实验是根据选题的需要，将各个孤立的实验贯穿起来组织与安排实验，这样既丰富了课题内容，又克服由单纯验证性试验或测试性实验的孤立进行而造成理论与实际联系不够紧密的现象。

通过课题内容的需求，将相关方面的基本知识有机地联系起来，既加深了对知识的系统理解，又拓宽了解决问题的思路和能力。

让学生进行综合设计实验，就是在教师指导下让学生根据实验题目、实验任务，独立完成确定实验方案、拟定实验程序，选择实验仪器、设备并进行安装、调试，观察实验现象，作好实验记录，进行数据处理，写出实验报告等。

综合设计型实验有一定难度，要圆满完成综合设计型实验，不仅需要一定的较宽的理论知识，还需要灵活多种的实验技能。

为此，要求学生要有学习的主动性和高度的自觉性，在实施任务的过程中需查阅大量的科技文献资料，进行综合分析、推理判断，自行处理实验过程中的一切问题，在完成实验的过程中进一步开发智力，全面培养和发挥实验能力。

所从事的设计型实验如果成功，则加强学生或实验技术人员动手能力，培养学生分析问题与解决问题的能力，开拓学生视野，提高学习的自信心和努力进取的精神，最大限度地培养和造就独立进行科学实验的本领。

3. 实验设备 该设计性综合型实验涉及的设备包括以下软硬件：•数控车床• 数控铣床 •加工中心•CAD/CAM 软件系统：SolidWorks 、Pro/E 、MasterCAM 等软件。

4. 实验进度安排该设计综合实验时间为 2 周，具体时间分配如下：时间 任务安排第 1 周第 1 天分组，下发设计任务书，查阅相关参考文献第 1 周第 2-3 天 查阅相关参考文献，提出设计方案，撰写预习报告第 1 周第 4-5 天 产品反求设计或 CAD 设计阶段（包括 CAE ）第 2 周第 1-2 天 CAM 设计阶段第 2 周第 3-4 天 实际加工阶段第 2 周第 5 天总结，撰写实验报告，提交实验报告5.实验项目和实验流程实验设备：数控车床、数控铣床、加工中心、CAD/CAM 软件系统。

实验流程：按照制造企业实际产品设计制造流程开展实验，具体包括产品反求设计（可选）、产品设计、产品分析、工艺设计、产品加工四个大的活动。

如图 7-1 所示。

每个活动由相应的软件或者加工设备支持完成。

产品反求设计使用三坐标测量机或三维扫描仪对产品实物进行反求，然后使用三坐标测量机或三维扫描仪配备的相关数据处理软件进行数据拟合，重构产品模型。

•CAD 部分：使用三维 CAD 软件根据设计要求设计零件和装配体；• CAE 部分：对设计的产品关键零部件进行分析；• CAPP 部分：使用 CAPP 软件设计零件和装配体的工艺文件；•PDM 部分：对设计的产品模型和图文挡进行管理；•CAM 部分：对设计的产品关键零部件进行加工仿真和生成 NC 代码；分组情况：每人独立完成。

注意：本设计综合实验由于时间关系只要求必须完成 CAD 、CAM 和实际加工部分，其余CAE 、CAPP 、PDM 部分可以根据各小组实际情况可以增加相应环节。

CAE 可以使用 Ansys 或 CosmoWorks 、FEMAP 等 CAE 分析软件； PDM 可以使用 PDMWorks 或 TeamCenterExpress 等 PDM 管理软件；设计分析工艺加工CADCAECAPPCAMPDM产品数据库图 5-1 产品设计制造及数据管理流程6.CAD 实验过程指导实验条件：SolidWorks 软件、SolidEdge 软件、Pro-E、UGNX 等软件任选一种实验过程：（1）启动：SolidWorks软件、SolidEdge软件、Pro-E、UGNX等软件任选一种（2）设计零件。

首先使用拉伸、旋转、扫描、放样等特征建模功能建立零件主特征，然后在主特征上附件辅助特征，直到设计完成该零件。

需要主要的是尽量符合产品设计制造规范，如轴类零件设计主特征时使用旋转而不使用拉伸功能等。

（3）重复第二步，直到设计出所有零件。

（4）设计装配体。

将设计的所有零件装配起来，形成装配体，注意装配时要考虑装配层次问题，不要将所有的零件全部装配在总装配体中。

（5）设计工程图。

将需要加工的零件出详细的工程图，包括所有的公差、粗糙度、技术要求等信息。

（6）将产品/零件模型保存为 MasterCAM 可以读入的文件格式。

8.1 SolidWokrs 软件使用过程实例下面以 SolidWokrs 软件为例，给出手机的三维造型方法，其它零件设计类似。

尺寸单位均为 Mm。

1) 拉深特征－长方体，草图为以长方形，长 105，宽45，点拉深图标，进行拉深，其长度为6。

2)在拉深体表面如下草图特征，尺寸如图所示（注意草图左右对称）3)将草图如图示方向拉深 1.24)对长方体特征进行倒角，点图标，距离－距离（5－55）5)继续倒角：距离－距离（20－2）6)同样按上述方法进行倒角，尺寸和方法如 4）、5），最终得到结果如下7)倒圆角如图示，在圆角项目选择需要倒角的边线（边线<1>，边线<2>），进行参数设置，半径为 10 如下图所示。

8)对图示部分进行倒角，尺寸 60。

9)图示区域进行倒角，半径 1410)对图示部分进行倒角，半径 14。

11)继续倒角，半径 1512)倒角，半径 1013)倒平面直角，尺寸为 2，55，上述步骤完成后结果与所选择的倒角面如下图。

14)进行抽壳处理，，选择如图平面。

进行参数设置，抽壳尺寸设为 1，下图为带有预览功能的结果显示，注意此处为等厚度抽壳。

15)切除拉深特征：在3拉深特征凸台平面上进行草图绘制，点，先绘制一长方体（矩形），其形状与尺寸如下图，绘制完成厚，点“绘制圆角”图标进行圆角绘制，其尺寸为 3。

草图绘制完成后，进行切除拉深，选择“完全贯穿”如下图：16)用同样的方法切除拉深如下图所示的圆柱状。

17)该圆的草图尺寸如下图所示18)运用同样的方法完成图示的形状切除拉深。

该草图为一椭圆，其方法是：单击草图绘制工具栏上的椭圆或工具、草图绘制实体、椭圆。

指针形状变为。

单击图形区域来放置椭圆中心，拖动并单击以设定椭圆的长轴，拖动并再次单击以设定椭圆的短轴。

（注意之前先绘制一中心线，其尺寸为角度 120，是的椭圆的长轴2 各点都在中心线上，这里需要添加几何约束，点图标，方法如下图，长轴尺寸 11.5，短轴 4.5）19)绘制基准面。

点图标，或在视图－工具栏－参考几何体中选取，以右视基准面为参考面。

20)对椭圆拉深切除特征进行镜像选择要镜像的阵列（椭圆拉深切除特征），和基准面（19 步绘制的基准面）21)拉深切除图示手机按钮孔。

其草图尺寸与位置关系如下图，该草图仍为一椭圆，22)对 21 所获得椭圆拉深部分进行线性阵列。

选择阵列方向，阵列间隔 11，个数 4 个，需要线性阵列的特征是切除拉深椭圆特征即可得到图示结果。

23)进行绘制手机按键按钮，同样的方法绘制椭圆，其尺寸与位置关系如图所示。

绘制完成草图后进行切除拉深。

24)对 23 步的结果进行镜像25)对 24 的结果进行线性阵列，得到最后模型。

7.CAM 实验过程指导实验条件：MasterCAM 软件实验过程：7.1NC 代码的生成Mastercam 是美国 CNC 公司开发的基于 PC 平台的 CAD/CAM 软件，具有很强的加工功能，可以直接导入 CAD 模型，生成 NC 代码。

MasterCam 能识别 Ascii, Step, DFX, IGES, DWG 等文件格式的 CAD 文件。

如果要直接导入 CAD 模型，需在 CAD 中将模型存为MasterCam 可以识别的文件格式。

Mastercam 的主界面如图 7-1 所示。

下面以轴上键槽的铣削过程为例，介绍其操作过程。

图7-1 Mastercam 的主界面1)导入CAD 模型选择界面的左边【File】菜单，然后选择子菜单【Converters】，再根据 CAD 文件格式，选择一项（比如 IGES），最后在【IGRES】的子菜单中选择【Read file】，在弹出的对话框中选中要导入的文件即可。

（如图 7-2 所示）图 7-2 导入模型菜单2)选择加工的边线导入的轴如图 3 所示，在 Mastercam 中，要进行旋转，放大，缩小等操作，可右键图形显示区，弹出菜单如图7-3 所示。

旋转，首先选择【Dynamic】,然后用鼠标拖拽图形；放大，首先选择【Zoom】,然后选择要放大的区域即可。

其他操作类似。

图 7-3 导入的轴加工键槽，首先要确定要加工的范围，边界。

可以通过选择键槽的边线，来确定要加工的区域。

首先，选择主菜单的【Create】；接着，在 Create 子菜单中选择【Curve】；然后，在Curve 的子菜单中选择【One edge】；最后用鼠标拾取键槽底面的三条边线，即两条直线和一半圆弧（见图 7-4）。

这样，就可以确定加工的区域以及深度了。

图 7-4 确定加工区域菜单图7-5 边线的拾取3)建立刀具路径在确定了加工的区域后，接着就要确定刀具的路径，以及刀具的参数等信息。

首先在主菜单中选择【Toolpaths】⓪【Contour】⓪【Chain】；然后用鼠标拾取进刀的方向及位置（如图7-6 所示）；最后选择【Done】，弹出刀具参数设置窗口（如图7 所示），右键空白区，弹出刀具选择界面（见图 7-8）。

刀具选择，要根据键槽的宽度选择，刀具的直径不能大于键槽的宽度。