CADCAM综合实验指导书1修改稿.docx
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CADCAM综合实验指导书1修改稿
1CAD/CAM综合实验学生守则
为了顺利完成综合实验任务,确保人身与实验设施的安全,培养学生严谨、踏实、实事求是的科学作风,要求每个学生必须遵守综合实验制度:
1、严格遵守计算机房的规章制度及管理措施,未经许可不得使用移动硬盘、U盘等各类移动存储器,计算机系统发生故障应及时报指导教师和实验员处理,不得擅自拆卸。
2、严格遵守实验室的规章制度及管理措施,数控设备、三坐标测量仪等设施须在指导教师检查准备工作完成情况并同意后使用,遵守有关操作规程。
设备发生故障应立即停止实验,严防事故,确保实验室的安全。
3、实验中不准使用与本综合实验无关的系统软件及仪器设备。
实验过程中如因违反操作规程而造成的计算机、仪器设备的损坏,责任人将酌情予以赔偿,并视情节轻重予以批评直至纪律处分。
4、参加本综合实验的学生必须服从教师及有关实验技术人员的指导,实验前务必认真预习,明确实验目的、要求、方法和步骤,按要求进行操作,不得进行与本综合实验无关的操作。
5、实验过程中,态度须认真严肃,保持实验环境的安静,不准高声谈笑。
6、在综合实验结束时按要求完成实验报告,交指导教师批阅,报告中的数据和内容要求真实,不得抄袭;答辩过程要求熟悉综合实验过程,并掌握实验有关的理论知识。
以上各条必须自觉遵守,违反者予以批评教育。
情节严重者,依照学校有关规定进行处理。
2综合实验目的与内容
CAD/CAM综合实验是机械设计制造及其自动化专业一门重要的实践性课程。
通过本综合实验,学生能结合课程《CAD/CAM》理论所学,熟悉CAD设计、CAM加工的生产实际流程,掌握使用计算机进行机械设计、数控加工自动编程的基本方法。
在提高学生专业技术应用能力的同时,培养其良好的职业道德。
本综合实验的具体内容如下:
序号
实验项目
内容与要求
1
小型机械装置CAD设计
三维建模
综合运用各种数字化建模手段,完成小型机械装置各零部件的特征建模
2
虚拟装配
综合运用自底向上、自顶向下等方法,结合可变形组件技术完成小型机械装置的虚拟装配
3
工程图处理
运用工程图应用模块完成小型机械装置的各零件图与装配图
4
工业设计
运用渲染功能完成机械装置的效果渲染
5
典型零件CAM加工
平面铣
运用UGNX系统平面铣功能获得工件平面铣刀位文件
6
型腔铣
运用UGNX系统型腔铣功能获得工件型腔铣刀位文件
7
后处理
使用后置处理器,对刀位文件转换生成数控加工程序
8
数据传送
(观察实验)
将数控加工程序从计算机传送至数控机床
9
数控加工
(观察实验)
数控机床接受数控加工程序,并实施加工
10
三坐标测量
(选开,观察实验)
使用三坐标测量仪对数控加工零件进行测量
3综合实验安排
序号
内容安排
时间
1
小型机械装置
CAD设计
三维建模
2.5天
2
虚拟装配
0.5天
3
工程图处理
1.5天
4
工业设计
0.5天
5
典型零件
CAM加工
平面铣
1.5天
6
型腔铣
1.5天
7
后处理
0.5天
8
数据传送(观察实验)
0.5天
9
数控加工(观察实验)
10
三坐标测量(选开,观察实验)
11
完成实验报告
0.5天
12
答辩
0.5天
4综合实验指导
4.1自顶向下装配
在UGNX系统中,装配自底向上装配、与自顶向下建模两种方式。
前者将已经完成创建的零件直接组装成装配体,后者是在装配的过程中完成某些零件的设计建模,又称为Top-Down设计方法。
Top-Down设计方法能够使进行装配的两零部件之间建立起一定的关联。
当修改其中某一零件参数时,另一零件会相应的做出改动。
Top-Down设计方法的操作步骤如下:
一、创建新组件
在装配体文件中,首先加入已有模型。
然后点击装配工具栏中的CreateNewComponent图标,或使用装配下拉菜单选择Assemblies→Components→CreateNewComponent命令。
同时明确新创建的模型文件名与存储路径。
图1
二、建模与装配
在装配体文件中,按照要求对新组件进行建模操作。
建模完成之后,在新组件与已有组件之间按需要建立起正确的装配关系。
建模装配完成之后,进行文件保存操作,此时系统将同时保存新组件的模型文件,以及建立了正确装配关系的装配体文件。
综上所述为自顶向下建模的基本方法,如果需要在装配体各零件之间建立有效的关联,必须借助Wave几何链接器的帮助。
Wave几何链接器能够在一个装配体内,将一个零件的几何体信息相关复制到另一个零件上去。
如果一个零件模型的几何信息被链接到另一个零件的模型参数中去,那么被链接的模型将成为父几何体。
父几何体的链接参数一旦发生改变,那么子几何体的模型参数也将得到同步更新。
Wave几何链接器的使用方法如下:
创建装配体新组件后,将新组件转为工作部件。
在新组件建模之前点击装配工具栏中的
WAVEGeometryLinker图标,或在下拉菜单中选择Insert→Associative→WAVEGeometryLinker。
图2
在已有组件上选择需要链接的特征(点、线、面)生成链接要素,进行通过使用有关的建模命令完成新组件的模型创建。
由于关联关系的确立,新组件与已有组件之间的装配关系不需要再另行建立。
图3
4.2可变形组件
在装配过程中,有一些弹性组件(如弹簧)根据装配过程中的实际情况,零件本身会发生一些参数上的变化。
定义一个可变形组件,需要确定该组件在变形过程中需要对哪些特征的哪些参数进行修改,并给这些特征参数以一定的变化范围。
建模应用中选择ToolsDefineDeformable Part命令,可在可变形组件向导的帮助下完成可变形部件的确定。
图4
可变形组建的变形特征是从部件模型构建过程中所建立的全部特征中加以选择确定的。
根据需要,确定特征参数的参数表达式及表达式规则。
图5
图6
变形组件都会在装配过程中根据实际需要进行变形。
一部分变形组件变形不需要任何外部参考,用户可在变形参数确定完成后结束设定操作;另一部分变形组件在装配体中发生变形时需要依靠外部参考的帮助,这就需要用户同时对外部参考特征加以设定,以保证可变形组件变形装配的正确实施。
有关设定完成后,可以在对话框的汇总页上查看到该可变形组件的完整信息。
4.3工程图模板的创建
一张完整的工程图除了零件的各个视图及有关标注之外,还应该包括图框和标题栏等内容。
为提高工作效率、减少重复劳动,在UGNX系统中可将图框制作成图样模板文件,供需要时将其添加到工程图中。
使用图样模板,一方面不会明显增加部件文件的字节大小,有利于加速显示速度;另一方面当主模型变化时,所有使用其图样模板的部件只需更新就能发生相应的变化。
一、制作图样模板
制作图样模板课使用如下的方法:
1、新建一个模型文件,可使用图纸幅面大小名称为文件名称,如A0、A1、A2等。
2、进入新创建的模型文件后,直接进入Drafting模块,并根据图框的大小设置图幅尺寸。
在Drafting应用模块中完成颜色、线型、图层等参数的设置。
3、使用Curve命令绘制图框,在相关栏目以文本方式写入一些必要的信息。
4、绘制图框后,选择FileOptionsSaveOptions菜单项,在对话框中打开PatterDataOnly选项,单击OK按钮关闭对话框。
保存文件,以图样方式储存。
这样就建立了一个可供其他部件引用的图样模板。
图7
二、添加图样模板
在Drafting应用模块中,完成一个工程图的视图、标注等设置工作。
设置一个添加图样模板的层,然后在主菜单条中选择FormatPattern菜单项,系统弹出如下对话框。
在该对话框中,可以完成添加、更新、替换图样及设置图样显示参数、定义图样位置等操作。
图8
通过“调用图样”功能,可添加已存在的图样模板作为当前工程图。
图9
4.4渲染功能
UGNX系统的渲染模块基于物理原理对真实环境的光照进行模拟,通过考虑光线对视觉所造成的刺激强弱程度来计算光线的强度。
设计人员可以通过渲染模块,模拟现实材料的光学特性、现实环境的照明条件,对三维零件模型、机械装置实施虚拟现实效果的渲染和后期处理,获得虚拟现实的效果与逼真的渲染照片。
渲染功能可以帮助设计人员预测产品的外观效果,从而降低产品试制费用,有效地缩短开发周期。
为了达到高度拟真的设计效果,相关设置应该尽可能逼近现实的渲染物体的内在和外部条件,其中包括模型材料光学特性(即材质设计与应用、模型表面图样纹理设计与应用等)、模型所处场景灯光设计、视觉效果(即前景背景设置)、可视化参数设置等。
打开形象化渲染(VisualizeShape)工具栏,可以看到实现模型渲染功能的一系列功能图标。
图10
渲染功能的实现,需要在
ShapeStudio应用模块中完成,具体操作步骤如下:
一、加材料与纹理到几何体
图11图12
1、指定材料到实体
在界面右侧的资源栏Resourcebar中选择SystemMaterials面板
,选中一种合适的材质,单击模型,并选择Apply
或单击鼠标中键;也可以选择MaterialsLibrary面板
,从中选择任何一种材质,方法同前。
2、编辑纹理
在Resourcebar中选择MaterialsinPart面板键
。
刚从MaterialsLibrary应用的材料现已驻留为Materialsinpart。
选择所需编辑的样本,然后利用MB3Edit带出材料编辑器。
有6项选项卡,可对材料进行名字、颜色、类型、反光程度、材料表面突起类型等修改。
完成后单击Apply。
二、灯光设置
1、打开/关闭光源
在VisualizeShape工具条中,选择AdvancedLights
,自动弹出高级光源对话框(见图12)。
在on下面一栏,表示已开启的光源,在off一栏,表示已关闭的光源。
用户可以通过单击TurnLightON
、TurnLightOff
按钮,选择需要打开或关闭的光源。
2、复制/删除光源
选中想要复制的一种光源,单击复制按钮
,并可以修改光源的名字类型等。
也可通过单击
按钮删除已有的光源。
3、编辑光源
选中已有的光源,可对其进行颜色、光线强弱程度、位置、角度等内容进行编辑。
三、视觉效果
选择可视效果
功能,可进行包括前景、背景的模型视觉效果设置。
1、前景设置
在VisualEffects对话框的顶部上选择前景(Foreground)选项(见图13)。
在Type中可以通过无前景、雾、深度变化、地面雾、雪、Tiff图片、光散色等选项设置系统前景。
2、背景设置
在对话框的顶部上选择背景(Background)。
在Type中可以通过简单、混合、三次光线、两个平面等选项设置系统背景。
图13
四、可视化参数
图14
执行可视化(Visualization)工具栏中的
按钮,可在渲染试题模型之前预设置视觉、渲染、颜色、调色板、透视和屏幕等可视化参数。
五、图像输出
图15
在工具条中选择HighQualityImage
。
系统提供了从Flat到HybridRadiosity共十种渲染方法。
这十种方法渲染所需时间从少到多依次排列,渲染效果却从差到好。
选定方法后,单击StartShade,经一定时间后便可观察到效果。
最后点选Save,对渲染效果图进行保存。
4.5UGNXCAM应用
UGNX系统的制造应用模块用于实现CAM功能,能建立并编辑与UG主模型文件完全相关的刀具路径、仿真模拟刀具的运动过程、后处理产生课用于指定数控机床的加工程序。
一、CAM操作的基本方法
主菜单上选择“Manufacturing”选项即可进入加工模块,也可在标准工具条的应用程序选择下拉列表中“Manufacturing”选项进入加工模块。
进入加工模块后,主菜单及工具栏会发生改变,出现仅加工模块才有的菜单或按钮。
零件首次进入加工模块时,系统会要求进行初始化。
初始化设置过程中,可选择加工所使用的机床类别和选用的操作类型,这决定了生成程序、刀具、方法、几何体时可选择的父节点类型。
UG生成数控程序的基本步骤如下:
1、创建程序
程序用于组织各个加工操作,排列个操作在程序中的次序,决定刀轨输出时的顺序。
单击图标
,在对话框中选择类型和父级组,输入程序名后即可生成程序。
图16
2、创建刀具
在数控加工中,刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。
选用合适的刀具合理的切削参数,可以降低加工成本缩短加工时间。
创建刀具主要包括:
刀具类型、刀具参数。
图17图18
图19图20
3、创建几何体
创建几何体的过程是在零件上定义要加工的几何对象、指定零件在机床上的加工方位的过程。
创建几何体包括定义加工坐标系、工件、边界和切削区域。
创建几何体过程中将涉及到的以下的有关概念:
零件几何体:
定义的是加工完成后的零件,它控制刀具的切削深度和活动范围,可以选择特征来定义。
毛坯几何体:
是将要加工的原材料,可以用特征、几何体(实体、面、曲线)定义。
检查几何体:
是刀具在切削过程中要避让的几何体,如夹具和其他已加工过的重要表面。
4、创建加工方法
完成一个零件的加工通常要经过粗加工、半精加工、精加工几个步骤,而它们的主要差异在于加工后残留在工件表面的预料的多少及表面粗糙度。
加工方法可以通过对加工余量、几何体内外公差切削步距和进给速度等选项的设置,控制表面残余量。
5、创建操作
指定这个操作的类型、程序、使用几何体、使用刀具和使用方法,并指定操作的名称。
在进行操作的具体定义过程中,用户应该根据加工的实际情况和要求设置加工的基本参数、工艺参数以及驱动方式参数。
有关操作参数设置完成后,就可以点击
生成刀轨。
6、输出刀轨文件
加工导航栏里会出现加工过程的每个操作,用户可以通过处理这些操作生成加工模型的刀轨文件。
在这个过程中,可以单独对一个操作生成刀轨文件,也可以对所有的操作同时生成刀轨文件。
图21
图22图23图24
选中一个或全部操作,单击OutputCLSF
图标,并在CLSFFormat对话框中选择格式类型以及刀轨文件的保存位置。
单击OK生成刀轨文件,已生成刀轨文件的操作前的惊叹号会变成对号。
图25
7、后处理
刀轨文件以“GOTO”加走刀关键点坐标的形式输出,不能直接应用到数控机床上进行数控加工。
需要对它进行后处理,将刀轨文件转化成数控机床可以识别的数控代码形式,比如“G”指令、“M”指令。
方法一:
在编程的操作下进行后处理
选中一个已生成刀轨文件,单击PostProcess
图标。
在PostProcess对话框中选择机床类型,如电火花线切割、3轴铣床、4轴铣床等。
同时指定文件名以及保存位置。
图26
单击OK完成后处理所生成的文件将可以直接被数控机床调用。
方法二:
根据输出的刀轨文件进行后处理
单击菜单Tool→CLSF。
CLSFManager对话框包括可对对已生成刀轨的一些操作。
单击PostProcess按钮,在打开的NCProcessing对话框中完成后处理。
在NCProcessing对话框中,指定处理器、确定输入文件、指定机床类型、确定输出文件的格式(如:
电子文件、纸带等)、确定输出文件名、确定输出单位等选项,
图27
单击NCProcessing对话框中的PostProcess完成后处理,生成以“.PTP”为后缀的文件。
二、平面铣
平面铣是一种2.5轴的加工方式,即在加工过程中产生在水平方向的XY两轴联动,而Z轴方向只在完成一层加工后进入下一层时才作单独地动作。
通过设置不同的切削方法,平面铣可以完成挖槽或轮廓外形的加工。
平面铣用于直壁的、且岛屿顶面和槽腔底面为平面的零件的加工。
平面铣有它独特的优点,无须作出完整的造型而可以依据2D图形直接进行刀具路径的生成;它可以通过边界和不同的材料侧方向,定义任意区域的任一切削深度;它调整方便能很好控制刀具在边界的位置。
三、型腔铣
型腔铣的加工特征是刀具路径在同一高度内完成一层切削,遇到曲面时将绕过,下降一个高度进行下一层切削。
系统将按照零件在不同深度的截面形状,计算各层的刀路轨迹。
型腔铣在每一个切削层上根据切削层平面与毛坯和零件几何体的交线来定义切削范围。
它能用于大部分的粗加工,以及直壁或者斜度不大的侧壁的精加工。
通过限定高度值,型腔铣可用于平面的精加工,以及圆角加工等。
4.6数据传送
随着数控机床在机械加工行业应用的日益普及,PC机与数控机床之间的通信成为人们普遍关注的问题。
利用CAD/CAM系统软件(例如UG)自动生成的数控加工程序,需要通过一定的方法传送到数控机床上去,进而才能实施数控加工。
这里介绍一种使用RS232接口完成FANUC-0i和PC机之间数据传输的方法。
FANUC-0i数控系统是近两年来FANUC公司推出的新一代CNC系统,和OC、OD相比较,无论是硬件还是软件功能都有很大的提高。
集成化的CNC一改原来的大板结构,给人一种全新的感觉,特别在数据传送上有很大改进。
如RS232串口通讯波特率达19200b/s,可通过HSSB(高速串行总线)与PC机相连,使用存储卡实现数据的输入、输出。
目前磁盘机、编程器和穿孔机的使用并不普及,如能使用PC机与CNC实现通讯,而无需专用设备,那将更方便、更经济。
目前PC通讯软件品种繁多,其中的PCIN软件是国内数控领域广泛使用的软件之一,使用其成功实现PC机与FANUC-0i的数据通讯,效果十分理想。
硬件配制
(1)FANUC-0i数控系统
(2)带COM口486以上IBM兼容机
(3)通讯电缆
(4)SIEMENS-PCIN软件4.32或以上版本
数据通讯
数据通讯可实现PROGRAM(零件程序)、PARAMETER(机床参数)、PITCH(螺距误差补偿表)、MACRO(宏参数)、OFFSET(刀具偏置表)、WORK(工件坐标系)、PMCPARAMETER(PMC数据)的传送,但需分别设置PC端和CNC端相应的通讯协议。
机床参数、螺距误差补偿表、宏参数、工件坐标系数据传输的协议设定只需在各自的菜单下设置,协议与零件程序传送的协议相间,PMC数据的传送则需更改两端的协议。
(注:
PMC程序的传送则必需使用FANUC专用编程软件FLADDER-III方可实现,这里不再展开说明。
)
数据通讯步骤如下:
1、通讯线路的连接
通讯电缆的两头分别连接到PC和CNC。
(警告:
由于台式机的漏电可能引起RS232接口的损坏,若使用台式计算机则必须将PC的地线与CNC的地线牢固地连接在一起。
)
2、设置PC机PCIN软件的通讯协议
(1)运行PCIN软件后出现下列菜单:
V24-INI DATA-IN DATA-OUT FIIESPECIAL PC-FORMAT AR-CHIV-FIIE EXIT。
(2)使用左、右光标键,选择V24-INI,回车确认,出现下列菜单:
COMNUMBER1(根据PC实际使用的通讯端口选择),BAUDRAIE19200(波特率),PARTIYEVEN(奇偶检验),2STOPBITS(停止位2位),7DATABITS(数据位7位),XON/OFFSETUP,ENDW-M30 OFF,TIMEOUT0S,BINFINEOFF,TURBOMODEOFF,DON’TCHECKDSR。
其中XON/OFFSETUP选项如下设置:
XON/OFFOFF,XONCHARACTER:
11,XOFFCHARACTER:
13,DON’TWAITFORXON,DON’TSENDXON。
(3)使用上、下光标键选择上述各菜单,使用左、右光标键选择各菜单内的选项,按上述要求设置完成后回车确认,保存后返回至初始菜单。
(4)选择SPECIAL菜单设置DISPIAYON,返回至初始菜单。
(如不设置SPECIAL菜单内DISPIAY选项,在PC屏幕上将不能看到PC接受或传送数据的动态显示。
)
3、设置FANUC-0i数控系统的通讯协议
下面以传送零件程序为例,详细介绍协议的设置,其它数据传输的协议设定可以参照零件程序传送的协议设定。
(1)启动机床,并确保机床已处于正常工作状态,CNC元任何报警。
(2)选择MDI方式。
(3)依次选择
、
、
、[ALLI/O]、[PRGM],出现下列菜单:
图28
按上述要求完成设置O。
注:
0iCNC有两个RS232接口,详见0i参数0020,0101-0103、0111-0113、0121-0123,本文以接口1为例。
4、数据通讯
CNC和PC按上述设置完毕后方能使用数据通讯功能。
(1)零件程序的接收(PC到CNC)
⏹选择EDIT方式。
⏹将控制面板上的钥匙置于O状态(只有这样,才允许接收零件程序)。
⏹依次选择
、
、[EXEC]键,显示屏上出现闪烁的“LSK”字样。
⏹PC端选择DATA-OUT菜单,回车确认。
⏹在FIIENAME栏中填入要传送的零件程序的路径及文件名,然后回车确认,CNC端显示屏上的“LSK”字样变为“INPUT”字样,PC端会动态显示零件程序直至传送结束。
(2)零件程序的传送(CNC到PC)。
⏹PC端选择DATA-IN菜单,回车确认。
⏹在FIIENAME栏中填入零件程序的路径及文件名,回车确认,PC此时处于等待状态。
⏹CNC端依次选择
、O××××、
⏹PC端选择ESC键。
(PC会自动保存接收的数据)
(3)CNC参数、MACRO、工件坐标系、刀具偏置表的传送和接收。
⏹选择EDTT方式。
⏹依次选择
、
、
、[ALLI/O],出现下列画面:
[PRGRM]、[PARAM]、[OFFSET]、[MACRO]、[OPRT],选择
键出现[WORK]。
⏹根据需要分别选择以上各选项,选择[OPRT]键,屏幕下方出现两个功能键,从PC传送数据至CNC,则选择[READ]、[EXEC],从CNC传送数据至PC则选择[PUNCH]、[EXEC]。
PC端操作步骤同零件程序的传送。
(4)螺距误差补偿表的传送(CNC到PC)
⏹PC端选择DATA-IN菜单,回车确认。
⏹在FILENAME栏中填入数据的路径及文件名,回车确认,PC此时处于等待状态。
⏹选择EDIT方式。
⏹选择
、[PITCH]、[OPRT]、
、[PUNCH]、[EXEC]数据开始输出直到结束。
⏹PC端选择ESC键。
(PC会自动保存接收的数据)
(5)螺距误差补偿表的接收(PC到CNC)
⏹选择EDIT方式。
⏹将控制面板上的钥匙置于O
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