机械CADCAM技术实验指导书.docx
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机械CADCAM技术实验指导书
机械CAD/CAM技术实验指导书
朱小蓉编
常州大学
二0一五年九月
目录
机械CAD/CAM技术实验指导书0
机械CAD/CAM技术实验指导书1
一．课程的性质与目的1
二．实验教学的基本要求1
三．主要参考书目1
第一部分工程设计数据处理上机实验2
实验一数表的文件化处理2
一．实验目的2
二．基本知识2
三．实验内容7
四．撰写实验报告8
实验二最小二乘法的应用9
一．实验目的9
二．基本知识9
三．实验内容（选做一题）10
四．撰写实验报告10
实验三插值法应用11
一．实验目的11
二．基本知识11
三．实验内容13
四．撰写实验报告13
实验四数据库及数据传送上机实验14
一．实验目的及要求14
二．实验的步骤14
三．实验内容14
四、撰写实验报告14
实验五图形变换15
一．实验目的15
二．基本知识15
三．实验内容（选做一题）15
四、撰写实验报告15
第二部分基于Pro/E的CAD/CAM应用实验17
实验一零件的实体造型17
一、实验目的17
二、实验设备17
三、实验内容17
四、实验步骤17
五、实验要求19
实验二平面零件数控加工刀具路径的编制20
一、实验目的20
二、实验设备20
三、实验内容20
四、实验步骤20
实验三空间曲面数控加工刀具路径的编制26
一、实验目的26
二、实验设备26
三、实验内容26
四、实验步骤26
五、实验要求26
实验四零件的数控加工28
一、实验目的28
二、实验要求28
三、实验仪表及设备28
四、实验内容及步骤28
五、实验报告要求28
机械CAD/CAM技术实验指导书
一．课程的性质与目的
CAD/CAM技术是随信息技术的发展而形成的一门新技术，是提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段，也是未来工程技术人员必须掌握的基本工具。
本课程的任务是使学生获得机械CAD/CAM技术的基本理论和基础知识；掌握CAD/CAM系统硬件配置的一般原则；熟悉CAD/CAM系统常用软件的应用及其开发方法；具有进行CAD/CAM系统规划与实施的初步能力。
该课程教学应达到以下基本要求：
1.知道《机械CAD/CAM技术》这门学科的性质、地位和独立价值。
知道这门学科的研究范围、研究方法、学科进展和未来发展方向。
2.理解一种CAD、CAM软件的基本结构，操作原理和使用方法。
3.掌握CAD建模方法，具有根据设计要求合理选择线框建模、曲面建模、实体建模等各种建模方法并完成设计操作的能力。
4.掌握CAPP的零件输入方法及各种类型CAPP特点，并理解基于专家系统的创成式CAPP的思想体系、开发方法及实现技术；
5.熟悉CAM软件的各种刀具路径的编制方法，在具备金属切削基本理论、机械制造工艺基本理论的基础上，能根据工件材料、加工要求等各种具体情况，合理选择刀具，确定切削用量等各种工艺参数。
6.了解CAM软件在生产使用中与机床的联系，具备独立完成一种CAM软件的操作使用的能力。
7.了解先进的产品设计思路，先进的制造技术和先进的生产模式以拓宽视野。
二．实验教学的基本要求
《机械CAD/CAM》实验是学生在学习CAD/CAM课程过程中必不可少的一个环节。
通过实验，学生应达到以下要求：
1.利用一种高级语言将工程手册中的数据进行计算机化处理，并利用计算机进行检索。
掌握Foxpro数据库的建立及在高级语言中的应用方法。
2.熟练掌握MasterCAM软件的CAD建模操作，能完成中等复杂程度的产品设计；
3.熟悉计算机辅助制造的相关内容，能独立完成产品加工的工艺参数的设置；
4.能熟练运用MasterCAM软件进行产品加工的刀具路径的编制，具备对简单零件型腔进行CAM处理的能力；
5.了解MasterCAM软件通讯，顺利向数控机床传送NC指令。
三．主要参考书目
1．刘极峰主编．计算机辅助设计与制造．北京：
高等教育出版社，2004
2．袁泽虎，戴锦春主编．计算机辅助设计与制造．北京：
中国水利水电出版社，2004
3．[日]雨宫好文主编．CAD/CAM/CAE入门．北京：
科学出版社，2000
4．宁汝新，赵汝嘉主编．CAD/CAM技术．北京：
机械工业出版社，1999
5．邓奕，苏先辉，肖调生编著.MasterCAM数控加工技术.北京：
清华大学出版社，2004
第一部分工程设计数据处理上机实验
实验一数表的文件化处理
一．实验目的
1．了解和掌握工程数据文件化的处理过程和方法
2．掌握数据文件的查询方法
3．熟悉VB语言编程并掌握基本的绘图指令
二．基本知识
工程数据的计算机处理，可以采用程序化或文件化的方法。
所谓程序化，就是直接将数表的形式编到程序中去；而文件化则是将数表以文件形式保存在磁盘中。
在需要处理的数表较小或所处理的数表个数较少的情况下，用数组赋值的方法进行程序化是完全可行的。
如果数表很大或涉及的数表很多，若仍采用程序化的方法，程序将显得非常庞大、累赘，有时甚至不能实现，这就需要将数表进行文件化处理。
早期的CAD系统很多是采用数据文件来存储数据的。
为了便于用VB语言进行编程，这里对VB语言中有关文件操作及绘图指令进行介绍。
（一）文件系统控件
1．文件系统控件种类
（1）驱动器列表框（DriveListBox）：
用来显示当前机器上的所有盘符
（2）目录列表框（DirListBox）：
用来显示当前盘上的所有文件夹
（3）文件列表框（FileListBox）：
用来显示当前文件夹下的所有文件名
2．重要属性
属性
适用的控件
作用
示例
Drive
驱动器列表框
包含当前选定的驱动器名
Driver1.Drive="C"
Path
目录和文件列表框
包含当前路径
Dir1.Path="C:
\WINDOWS"
FileName
文件列表框
包含选定的文件名
MsgBoxFile1.FileName
Pattern
文件列表框
决定显示的文件类型
File1.Pattern="*.BMP"
3．重要事件
事件
适用的控件
事件发生的时机
Change
目录和驱动器列表框
驱动器列表框的Change事件是在选择一个新的驱动器或通过代码改变Drive属性的设置时发生
目录列表框的Change事件是在双击一个新的目录或通过代码改变Path属性的设置时发生
PathChange
文件列表框
当文件列表框的Path属性改变时发生
PattenChange
文件列表框
当文件列表框的Pattern属性改变时发生
Click
目录和文件列表框
用鼠标单击时发生
DblClick
文件列表框
用鼠标双击时发生
（二）文件的读写
1．文件的有关概念
记录：
计算机处理数据的基本单位，由若干个相互关联的数据项组成。
相当于表格中的一行。
文件：
记录的集合，相当于一张表。
文件类型：
顺序文件、随机文件、二进制文件。
访问模式：
计算机访问文件的方式，VB中有顺序、随机、二进制三种访问模式。
2．顺序访问模式
顺序访问模式的规则最简单，指读出或写入时，从第一条记录“顺序”地读到最后一条记录，不可以跳跃式访问。
该模式专门用于处理文本文件，每一行文本相当于一条记录，每条记录可长可短，记录与记录之间用“换行符”来分隔。
顺序文件的写入步骤：
打开、写入、关闭；
读出步骤：
打开、读出、关闭。
（1）打开文件
打开文件的命令是Open，格式为：
Open“文件名”For模式 As[#]文件号[Len=记录长度]
说明：
1）文件名可以是字符串常量也可以是字符串变量
2）模式可以是下面之一：
OutPut：
打开一个文件，将对该文件进行写操作
Input：
打开一个文件，将对该文件进行读操作
Append：
打开一个文件，将在该文件末尾追加记录
3）文件号是一个介于1-511之间的整数，打开一个文件时需要指定一个文件号，这个文件号就代表该文件，直到文件关闭后这个号才可以被其他文件所使用。
可以利用FreeFile（）函数获得下一个可以利用的文件号。
例：
Open "D:
\sj\aaa" For Output As #1
意思是：
打开D:
\SJ下aaa文件供写入数据，文件号为#1
（2）写操作
将数据写入磁盘文件所用的命令是：
Write#或Print#。
语法格式：
1）Print#文件号，[输出列表]
例：
Open“D:
\SJ\TEST.DAT”For Output As #1
Print #1,Text1.Text '把文本框的内容一次性写入文件
Close #1
2）Write#文件号，[输出列表]
其中的输出列表一般指用逗号“，”分隔的数值或字符串表达式。
Write#与Print#的功能基本相同，区别是Write#是以紧凑格式存放，在数据间插入逗号，并给字符串加上双引号。
（3）关闭文件
结束各种读写操作后，必须将文件关闭，否则会造成数据丢失。
关闭文件的命令是Close。
Close [#]文件号[，[#]文件号]……
例：
Close #1，#2，#3
（4）读操作
1）Input#文件号，变量列表
作用：
将从文件中读出的数据分别赋给指定的变量。
注意：
与Write#配套才可以准确地读出。
2）Line Input#文件号，字符串变量
用于从文件中读出一行数据，并将读出的数据赋给指定的字符串变量，读出的数据中不包含回车符和换行符，可与Print#配套用。
3）Input$（读取的字符数，#文件号）
该函数可以读取指定数目的字符。
与读文件有关的两个函数：
LOF（）：
返回某文件的字节数
EOF（）：
检查指针是否到达文件尾。
例：
将一个文本文件读入文本框的三种方法。
3.随机访问模式
该模式要求文件中的每条记录的长度都是相同的，记录与记录之间不需要特殊的分隔符号。
只要给出记录号，可以直接访问某一特定记录，其优点是存取速度快，更新容易。
（1）打开与关闭
打开：
Open“文件名”For Random As[#]文件号[Len=记录长度]
关闭：
Close #文件号
注意：
文件以随机方式打开后，可以同时进行写入和读出操作，但需要指明记录的长度，系统默认长度为128个字节。
（2）读与写
读操作：
Get [#]文件号，[记录号]，变量名
说明：
Get命令是从磁盘文件中将一条由记录号指定的记录内容读入记录变量中；记录号是大于1的整数，表示对第几条记录进行操作，如果忽略不写，则表示当前记录的下一条记录。
写操作：
Put [#]文件号，[记录号]，变量名
说明：
Put命令是将一个记录变量的内容，写入所打开的磁盘文件指定的记录位置；记录号是大于1的整数，表示写入的是第几条记录，如果忽略不写，则表示在当前记录后插入一条记录。
4．二进制访问模式
打开：
Open“文件名”For Binary As[#]文件号[Len=记录长度]
关闭：
Close #文件号
该模式是最原始的文件类型，直接把二进制码存放在文件中，没有什么格式，以字节数来定位数据，允许程序按所需的任何方式组织和访问数据，也允许对文件中各字节数据进行存取和访问。
该模式与随机模式类似，其读写语句也是Get和Put，区别是二进制模式的访问单位是字节，随机模式的访问单位是记录。
在此模式中，可以把文件指针移到文件的任何地方，刚开始打开时，文件指针指向第一个字节，以后随文件处理命令的执行而一旦。
文件一旦打开，就可以同时进行读写。
（三）常用的文件操作语句和函数
1．FileCopy语句
格式：
FileCopy 源文件名 目标文件名
功能：
复制一个文件
说明：
不能复制一个已打开的文件。
2．Kill语句
格式：
Kill 文件名
功能：
删除文件。
说明：
文件名中可以使用通配符*，？
。
3．Name语句
格式：
Name 旧文件名 新文件名
功能：
重新命名一个文件或目录。
说明：
不能使用通配符；具有移动文件功能；不能对已打开的文件进行重命名操作。
4．ChDrive语句
格式：
ChDrive 驱动器
功能：
改变当前驱动器。
说明：
如果驱动器为空，则不变；如果驱动器中有多个字符，则只会使用首字母。
5．MkDir语句
格式：
MkDir 文件夹名
功能：
创建一个新的目录。
6．ChDir语句
格式：
ChDir 文件夹名
功能：
改变当前目录。
说明：
改变默认目录，但不改变默认驱动器。
7.RmDir语句
格式：
RmDir 文件夹名
功能：
删除一个存在的目录。
说明：
不能删除一个含有文件的目录。
8.CurDir（）函数
格式：
CurDir[（驱动器）]
功能：
可以确定任何一个驱动器的当前目录。
说明：
括号中的驱动器表示需要确定当前目录的驱动器，如果为空，返回当前驱动器的当前目录路径。
（四）绘图方法
1．Line方法
Line方法用于画出一条直线或矩形，其语法格式如下：
格式：
[对象].Line[[Step]（x1,y1）]-（x2，y2）[，颜色][，B[F]]
说明：
（1）对象指的是Line在何处产生结果，它可以是窗体或图形框，默认为当前窗体；
（2）（x1，y1）为线段的起点坐标或矩形的左上角坐标；
（3）（x2，y2）为线段的终点坐标或矩形的右下叫坐标；
（4）关键字Step表示采用当前作图位置的相对值；
（5）关键字B表示画矩形；
（6）关键字F表示用画矩形的的颜色来填充矩形。
缺省F时，矩形的填充由FillColor和FillStyle属性决定。
举例：
在窗体上随机画20条颜色不同的直线。
可以这样写：
PrivateSubForm_Click（）
DimiAsInteger
DimxAsInteger
DimyAsInteger
Fori=1To20
x=Form1.ScaleWidth*Rnd
y=Form1.ScaleHeight*Rnd
Clr=15*Rnd
Line（Form1.Width/2,Form1.Height/2）-（x,y）,QBColor（Clr）
Nexti
EndSub其运行结果如图1。
图1画直线
2．Circle方法
Circle方法用于画圆、椭圆、圆弧和扇形，其语法格式如下：
格式：
[对象]Circle[[Step]（x,y）,半径[,颜色][,起始角度][,终止角度][,长短轴比率]]
说明：
（1）对象指的是Circle方法将在何处产生结果，它可以是窗体或图形框或打印机，缺省时为当前窗体。
（2）（x，y）为圆心坐标，关键字Step表示采用当前作图位置的相对值。
（3）圆弧和扇形通过参数的起始角度和终止角度控制。
当起始角度和终止角度取值为0~360度时，画出来的是圆弧；当在起始角度和终止角度取值前加一个负号时，画出的是扇形，负号表示要画圆心到圆弧的径向线。
（4）椭圆通过长短轴比率控制，默认值为1，所以画出来的是圆。
举例用Circle方法分别画出圆形，椭圆，圆弧和扇形。
下面是代码和图示：
PrivateSubForm_Click（）
Circle（1500,1500）,1000
EndSub图2为画出的圆形。
PrivateSubForm_Click（）
Circle（1500,1500）,1000,,0.7,2.1‘注意1000和0.7,中间是两个逗号
EndSub图3为画出的圆弧。
图2画圆图3画圆弧
PrivateSubForm_Click（）
Circle（1500,1500）,1000,,-0.7,-2.1
EndSub图4为画出的扇形。
PrivateSubForm_Click（）
Circle（1500,1500）,1000,,,,0.5
EndSub图5为画出的椭圆形。
图4扇形图5椭圆形
3、Pset方法
Pset方法用于画点,其语法格式如下：
格式：
[对象]Pset[Step]（x,y）[,颜色]
说明：
（1）参数（x,y）为所画点的坐标
（2）关键字Step表示采用当前作图位置的相对值
（3）采用背景颜色可清除某个位置上的点,利用Pset方法可画出任意的曲线
下面举一个例子：
用Pset方法在窗体上面绘制阿基米德螺线。
下面是代码和运行结果：
PrivateSubForm_Activate（）
DimxAsSingle
DimyAsSingle
DimzAsSingle
Scale（-20,20）-（20,-20）
Line（0,17）-（0,-17）
Line（18,0）-（-18,0）
Forz=0To15Step0.01
y=z*Sin（z）
x=z*Cos（z）
PSet（x,y）
Nextz
EndSub运行结果如图6。
三．实验内容
自选工程图表数据或完成下面一题：
1．有开槽螺钉如图7所示，请用VB编程，将表1中螺钉的数据以数据文件的形式存入磁盘：
通过主参数直径D，从数据文件中调出相应的系列尺寸，并按比例绘制对应的图形。
图6螺旋线图7开漕槽螺钉（GB65-85）
表1开槽螺钉（GB65-85）数据表
d
p
B
dk
k
n
t
L
M4
0.7
L-2
7
2.6
1.2
1.1
5-40
M5
0.8
L-2
8.5
3.3
1.2
1.3
6-50
M6
1
L-3
10
3.9
1.6
1.6
8-60
M8
1.25
L-3
13
5
2
2
10-80
M10
1.5
L-4
16
6
2.5
2.4
12-80
2．平键尺寸和轴径关系见数表2。
将表2中平键的数据以数据文件的形式存入磁盘：
通过主参数轴径D，从数据文件中调出相应的系列尺寸，并按比例绘制对应的图形。
表2平键尺寸与轴径关系
序号
轴径D
键的尺寸b×h
序号
轴径D
键的尺寸b×h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
6＜D≤8
8＜D≤10
10＜D≤12
12＜D≤17
17＜D≤22
22＜D≤30
30＜D≤38
38＜D≤44
44＜D≤50
50＜D≤58
58＜D≤65
65＜D≤75
75＜D≤85
2×2
3×4
4×5
5×6
6×6
8×7
10×8
12×8
14×9
16×10
18×11
20×12
22×14
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
85＜D≤95
95＜D≤110
110＜D≤130
130＜D≤150
150＜D≤170
170＜D≤200
200＜D≤230
230＜D≤260
260＜D≤290
290＜D≤330
330＜D≤380
380＜D≤440
440＜D≤500
25×14
28×16
32×18
36×20
40×22
45×25
50×28
56×32
63×32
70×36
80×40
90×45
100×50
四．撰写实验报告
实验后，应整理出实验报告，实验报告应包括以下内容：
1． 题目、实验目的、内容；
2． 程序清单；
3． 运行结果（必须是上面程序清单所对应打印输出的结果）；
4．对运行情况所作的分析，以及本次调试程序所取得的经验。
实验二最小二乘法的应用
一．实验目的
1．了解和掌握工程数据公式化的处理过程和方法；
2．掌握最小二乘法的原理，并能应用于列表函数的公式化处理过程。
二．基本知识
在工程应用中，时常需要用一定的数学方法对一定的测试数据或统计数据进行处理，以获得一个近似的经验公式，这就是数表的公式化处理。
数表的公式化处理常用有函数插值和函数拟合两种方法。
函数插值的基本思想是在插值点附近选取若干个合适的连续结点，过这些结点构造一个简单函数G（X）以代替原未知函数F（X），插值点的G（X）值就作为原函数的近似。
由于实验本身会受到各种具体因素的影响，使得实验数据或多或少地带有误差，因而插值公式并不能很好地反映数据间的真正关系。
因而，工程上常采用函数拟合方法，又称为曲线拟合。
所拟合的曲线并不要求严格通过所有的结点，而是尽量反映数据的变化趋势。
函数拟合有多种方法，最常用的为最小二乘法，其步骤为：
1．在坐标纸上标出列表函数各点数据，并根据其趋势绘出大致的曲线图形；
2．根据曲线趋势确定近似的拟合函数类型，拟合函数可为代数多项式、对数函数或指数函数等；
3．用最小二乘法原理确定函数中的待定系数。
下面以最简单的线性函数为例说明最小二乘法的运用。
表3列表函数
x
x1
x2
…
xn
y
y1
y2
…
yn
设有如表3所示的列表数据，若呈现一种线性变化规律，则可用直线方程y=ax+b予以描述，最小二乘法的处理任务就是要求解该直线方程中的待定系数a和b。
各接点到所拟合曲线偏差的平方和为：
（1）
可见，各结点的偏差平方和φ是待定系数（a，b）的函数。
如何选取待定系数（a，b），使偏差平方和φ最小，这就是最小二乘法的实质。
令：
得：
方程组仅有a，b两个未知数，从而可方便地求得：
其中，
、
分别为列表函数自变量和因变量的平均值。
将求取的a，b代入y=a+bx，便可求得最终的拟合函数。
三．实验内容（选做一题）
1．表3是在某实验中获得的空气溶解度δ与压力P间的关系数据，试建立δ与压力P的线性函数的经验公式，并在屏幕上画出相应曲线。
表3空气溶解度与压力的关系
P（大气压）
20
40
60
80
100
120
δ（×10-1%体积）
10
22
33
45
56
65
2．为测定刀
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