catia实验报告.docx

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catia实验报告

实训目的

1、初步学习CATIA软件的基本操作，能够利用CATIA软件进行一些简单的零件的设计和数控机床的仿真加工过程，了解数控加工技术的初步知识。

2、加强学生独立思考能力，培养学生工艺设计理念。

CAD模块

一、用户界面

CATIAV5有一个非常友好的用户界面，与Windows风格一致，由以下元素组成：

菜单、工具栏、对话框、设计树罗盘、设计空间、其它。

二、CATIA通用操作

（一）、鼠标操作：

选择、移动、旋转、缩放。

（二）、罗盘操作

在CATIAV5工作空间右上角有一个罗盘，代表元素的三维坐标系。

利用罗盘可对元素进行各种移动与旋转操作:

线平移、面平移、绕坐标轴转动、自由转动、沿固定视向观察、罗盘附着。

（三）、对设计树的操作

在CATIAV5使用过程中，当设计特征较多时，有时需要对设计树进行诸如滚动、缩放、移动等操作。

三、CATIA工作环境设置

合理地设置CATIAV5的工作环境，可以提高工作效率，享受CATIAV5带来的个性化环境。

作为初学者一般使用系统默认的设置即可。

要设置工作环境，选择菜单栏中【工具】|【选项】命令，在弹出的对话框中进行设置即可。

六、草图绘制器

（一）、草图绘制器的作用：

可以使用户快速地完成2D几何图形的绘制。

绘制好的2D图形可用来生成3D实体模型或曲面。

（二）、草图绘制器的启动与退出

选择菜单栏【开始】|【机械设计】|【草图绘制器】命令，然后选择一个坐标平面或设计元素表面，即可进入草图绘制环境。

单击草图定位按钮

，在对话框中定义草图平面位置与方向，也可进入草图绘制环境。

（三）、草图绘制器的常用工具栏：

轮廓绘制工具栏、操作工具栏、约束工具栏、草图工具栏。

七、零件设计平台简介

（一）、零件设计平台的启动

零件设计平台是使用CATIA进行三维设计的主要工作平台。

从菜单栏选择【开始】|【机械设计】|【零件设计】命令，弹出|【新建零部件】对话框，设置好对话框按|【确定】按钮即可进入零件设计平台。

（二）、零件设计常用工具栏：

1.基于草图特征工具栏、2.修饰特征工具栏、3.参考元素工具栏、4.基于曲面特征、5.转换特征、6.布尔运算。

通过【基于草图特征】工具栏上的【填充器】工具

，可以将草图绘制器中生成的1、填充器

草图以多种方式拉伸为三维实体。

单击【填充器】工具的下拉箭头，即可展开全部的【填充器】工具，如图所示。

2、凹槽

通过【基于草图特征】工具栏上的【凹槽】工具

，可以通过二维草图，以多种方式在三维实体上进行挖切操作。

单击【凹槽】工具的下拉箭头，即可展开全部的【凹槽】工具，如图所示。

这三个工具与【凸台】的三个工具相对应，各项设置也基本相同。

所不同的是这三项操作是从实体上挖切材料的。

3、旋转体

通过【基于草图特征】工具栏上的【旋转体】工具

，可以通过二维草图，旋转生成三维实体。

选择二维草图，弹出【旋转体定义】对话框。

4、旋转凹槽

通过【基于草图特征】工具栏上的【旋转凹槽】工具

，可以通过二维草图，在三维实体旋转切除材料。

选择二维草图，单击该工具按钮，弹出【旋转凹槽定义】对话框，其定义方法与旋转体定义方法相同。

5、孔

通过【基于草图特征】工具栏上的【孔】工具

，用于在三维实体上进行各种打孔和螺纹生成操作。

选择实体表面，单击该工具，弹出【旋转凹槽定义】对话框，其定义方法与旋转体定义方法相同。

6、肋通过【基于草图特征】工具栏上的【肋】工具

，用于通过将二维轮廓沿扫描线扫描生成三维实体。

单击该工具，弹出【肋定义】对话框。

7、开槽

通过【基于草图特征】工具栏上的【开槽】工具，用于通过二维轮廓在实体上扫描除料。

单击该工具，弹出【开槽】对话框。

其设置方法与【开槽】设置方法相同。

8、多截面实体

通过【基于草图特征】工具栏上的【多截面实体】工具

，通过多个二维轮廓截面按用户定义的脊线或系统自动计算的脊线放样生成实体。

单击该工具，弹出【多截面定义】对话框。

（三）、实体混合

【基于草图特征】工具栏上的【实体混合】工具下箭头

，可展开【高级拉伸】工具栏。

1）.【实体混合】工具

【实体混合】工具用于创建实体混合，即由两个或更多已拉伸的轮廓相交得到的实体。

单击该工具按钮，弹出【混合定义】对话框。

2）.【加强肋】工具

【加强肋】工具用于创建加强筋，即由一个轮廓拉伸生成加强筋。

在设计环境中有实体时，该工具按钮可用。

草图轮廓可以是封闭的，也可以是不封闭的，若需要使用开放轮廓，须确保现有材料可以完全限制对此轮廓的拉伸。

单击该工具按钮，弹出【加强筋】对话框。

八、零件特征修饰

（一）、倒圆角

通过【修饰特征】工具栏上的【倒圆角】工具

，可以对实体进行各种倒圆角操作。

单击该工具按钮下箭头，可展开【圆角】工具栏。

（二）、倒角

通过【修饰特征】工具栏上的【倒角】工具

，可以对实体进行倒角操作。

在设计环境中有实体时，该工具可用，单击该工具按钮，弹出【倒角】对话框，其设置方法如前所述。

（三）、拔模

通过【修饰特征】工具栏上的【拔模】工具

，可以对实体进行各种拔模操作。

单击该工具按钮下箭头，可展开【拔模】工具栏。

（四）、盒体

通过【修饰特征】工具栏上的【盒体】工具，可以对实体进行各种抽売操作。

在设计环境中有实体时，该工具可用，单击该工具按钮，弹出【抽売定义】对话框。

（五）、线宽

通过【修饰特征】工具栏上的【线宽】工具

，可以对实体表面进行加厚操作。

在设计环境中有实体时，该工具可用，单击该工具按钮，弹出【厚度定义】对话框。

九、创建参考元素

【参考元素】是指在设计中用到的一些辅助的点、线、面。

在【参考元素】工具栏中包含了三个工具【点】工具、【线】工具和【面】工具。

（一）、创建参考点

通过【参考元素】工具栏上的【点】工具

，可以以多种方式创建参考点。

单击该工具按钮，弹出【点定义】对话框，其中提供了7种创建参考点的方式：

坐标生成点、在曲线上生成点、在平面上生成点、在曲面上生成点、圆/球面中点、曲线上的切线生成点、在两点之间生成点。

（二）、创建参考线

通过【参考元素】工具栏上的【直线】工具

，可以以多种方式创建参考线。

单击该工具按钮，弹出【直线定义】对话框，其中提供了6种创建参考线的方式：

点-点生成直线、点-方向生成直线、按曲线的角度/法线生成直线、按曲线的切线生成直线、按曲面的法线生成直线、角平分线。

（三）、创建参考平面

通过【参考元素】工具栏上的【平面】工具

，可以以多种方式创建参考平面。

单击该工具按钮，弹出【平面定义】对话框，其中提供了11种创建参考平面的方式：

偏移平面、平行通过点、平面的角度/法线、通过三点、通过两条直线、通过点与直线、通过平面曲线、曲线的法线、曲面的切线。

十、零件特征变换

（一）、变换：

平移、旋转、对称。

（二）、镜向

在设计环境中有实体时，先选择要镜向的实体特征，再单击【镜向】工具按钮

，单击镜向参考元素，弹出【镜向定义】对话框，按【确定】即可完成零件特征的镜向复制操作。

如果事先没有选择实体特征，则是对整个实体进行镜向操作。

十一、阵列

单击【变换特征】工具栏上的【阵列】工具下拉箭头

，可展开【阵列】工具栏。

有以下三种方法：

矩形阵列、圆弧阵列、用户阵列。

十二、缩放

在设计环境中有实体时，先选择要缩放的实体特征，再单击【缩放】工具按钮，弹出【缩放定义】对话框，选择参考元素，输入缩放比率值或拖动鼠标到合适大小，单击对话框中的【确定】按钮即可完成缩放。

CAM模块

一、数控编程的基本过程

数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（CutterLocation，CL点）。

CATIA提供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工，用户可根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。

对于不同的加工类型，CATIA的数控编程过程都需要经过获取零件模型、加工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控加工刀路、检验数控刀路和生成数控加工程序七个步骤。

二、数控加工

1.CAM系统简述

一个典型的CAM系统由两个部分组成：

一是计算机辅助编程系统（CAM），二是数控加工设备。

计算机辅助编程系统的任务是根据零件的几何信息计算出数控加工轨迹，并编制出数控加工程序。

它的主要功能包括：

数据的输入输出、加工轨迹的计算与编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理、数据管理、数据传输等。

2.加工原理

机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成形运动。

数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹（刀轨或刀路）进行表面成形运动，从而加工出产品的表面形状。

数控编程的核心任务：

计算出数控刀轨，并以数控程序的形式输出到数控机床，其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。

三、数控机床

1.特点：

高柔性、高精度、高效率、优化作业条件

四、数控程序

1.数控程序结构

数控程序是由为使机床运转而给与数控装置的一系列指令的有序集合所构成。

依靠这些指令控制各坐标轴的运动、主轴的回转与停止、切削液的开关、自动换刀等。

数控程序由起始符、结束符和程序体构成。

程序体由程序段（Block）组成，每个程序段是由字（Word）和段结束符“；”组成。

字是由地址符、符号和数字符构成。

五、数控工艺流程

（一）、数控加工工艺设计内容

数控加工工艺设计主要包括下列内容：

选择并确定零件的数控加工内容、零件图的数控加工分析、数控加工工艺路线设计、数控加工工序设计、数控加工专用技术文件的编制。

（二）、数控加工工序划分

数控加工工序划分一般可按下列方法进行：

1、以同一把刀具加工内容划分工序。

2、以加工部分划分工序，如内形、外形、曲面或平面等。

3、以粗、精加工划分工序。

（三）、数控加工工艺过程

工序顺序的按排一般应按下列原则进行：

1、上道工序的加工不能影响下道工序的定位和夹紧。

2、在同一次安装中应先安排对工件刚度破坏小的工序。

3、以相同方式定位、夹紧或以同一把刀具进行加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位、换刀与挪动压板的次数。

（四）、走刀路线的选择

走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工序内容，而且也反映出工序的顺序，是编制程序的依据之一。

在确定走刀路线时，一般应遵循下列原则：

1.应能保证零件的加工精度与表面粗糙度要求。

2.应使走刀路线最短，以减少刀具空行程，提高加工效率

（六）、对刀点的选择

对刀点是工件在机床上定位安装后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机械坐标系空间位置关系的参考点。

1、对刀点可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但它在工件坐标系中必须有确定的位置。

2、选择对刀点时要考虑到找正容易，编程方便，对刀误差小，加工时检查方便、可靠。

3、对刀点要尽可能选择在零件的设计基准或工艺基准上，以便于保证加工精度要求。

对刀点一般多设在工件两垂直轮廓边的交点上，或孔的中心点，如果工件上没有合适的对刀点，需加工出工艺孔来对刀。

（七）、安全高度

安全高度：

也称为提刀高度，是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度（Z值）。

在铣削过程中，刀具需要转移位置时，要先将刀具退到这一高度，再进行G00快速定位，到达下一个进刀位置，安全高度一般应大于工件最大高度。

（八）、轮廓控制

在数控加工中，常常需要通过轮廓来限定加工范围。

轮廓线需要设定其偏置补偿方向，对于封闭轮廓有3种方式：

刀具在轮廓上（On）、刀具在轮廓内（Inside）、刀具在轮廓外（Outside）（需要注意的是内轮廓的情况正好相反）

对于开放轮廓也有3种补偿方式：

刀具在轮廓上（On）、刀具在轮廓左（Left）、刀具在轮廓右（Right）（轮廓左边或右边是相对于刀具前进方向而言的。

（九）、区域加工顺序

对于有多个凸台或凹槽的零件，做等高线切削时，形成不连续的加工区域，其加工顺序有两种选择：

层优先、区域优先

六、CATIA数控加工基本操作

CATIA提供了比较完善的数控加工功能，包括2.5轴铣削加工、车削加工、曲面加工、多轴高级加工、加工检查和STL快速成型等子模块。

数控加工的基本操作方法，包括加工要素设置、刀具轨迹设置、刀具参数设置、进/退刀设置、切削仿真、生成数控加工程序等。

（一）、进入数控加工模块

从【开始】菜单中启动：

选择菜单【开始】|【加工】|【PrismaticMachining】，该模块是2.5轴数控加工模块，包括了平面铣削、型腔铣削、轮廓铣削和点位加工等功能。

（二）、加工要素设置

1.特征树

在数控加工工作台，特征树含有三部分内容：

加工过程（ProcessList）、加工部件（ProductList）、加工资源（ResourcesList）。

2、数控机床

双击特征树中【PartOperation.1】结点，在弹出的对话框中单击【机床设置】按钮，弹出【机床设置】对话框，其中列出有三轴机床、四轴机床、五轴机床、卧式车床、立式车床、多轴车床和自定义机床等。

选择一种机床后可对机床参数进行编辑。

3、加工坐标系

加工坐标系是加工刀路各坐标点的基准，如果移动加工坐标系，则刀路的输出坐标点也随之改变。

在【PartOperation】对话框中单击坐标系设置工具按钮

，弹出坐标系设置对话框，其中X、Z轴和原点为感应区，单击感应元素，再在视图区选择相应元素，可定义坐标系。

原点可选择几何点或者圆弧的圆心.

4.几何参数设置

对于从零件或产品工作台切换到加工工作台，系统自动将当前零件关联为加工模型。

如果是直接新建的加工过程文档，需要在【PartOperation】对话框中单击【零件关联】按钮

，然后选择一个零件或产品文档。

几何参数设置的内容包括：

选择加工目标零件、选择毛坯、选择加工用的夹具、选择加工安全平面。

5.加工程序组

加工程序组中包含了零件加工的若干个加工步骤。

在一个零件加工操作中，可以含有多个加工程序组。

1）、插入一个新的程序组：

单击【加工Manufacturing】工具栏中【加工程序ManufacturingProgram】按钮

，选择特征树中【PartOperation】节点或其下的节点，可在该节点下创建一个新的程序组节点。

2）、其它相关操作:

在特征树【加工程序ManufacturingProgram】节点上单击右键，在弹出的快捷菜单的【加工程序...对象】子菜单中包含了绝大多数与加工程序相关的操作命令，如拷贝加工过程、刀路仿真、刀路计算、生成NC程序等。

七、刀具管理

刀具的选用是数控加工中相当重要的内容。

对于每一个加工操作都需要指定一把加工刀具。

1.创建刀具

创建刀具可按下列步骤进行：

创建刀具：

创建一个加工过程后，在相应的加工参数设置对话框中选择【刀具】选项卡，选择其中一种刀具即可。

也可以直接在【辅助操作】工具栏下的【换刀ToolsChange】子工具栏中，选择一种需要的刀具，接着再插入所需位置之前的结点。

【换刀ToolsChange】工具栏

刀具命名：

在对话框的【Name】文本框中输入刀具名称。

该名称最好能体现刀具的典型特征。

【换刀ToolsChange】对话框

1、刀具参数设置刀具参数包括几何参数、技术参数、进给参数等。

2.刀具管理

创建刀具都保存在【ResourcesList】结点下。

在刀具结点上单击鼠标右键，弹出的菜单中包含了刀具相关的各种操作。

保存刀具对话框

3.刀具调用

创建库后，可以进行调用，方法是在相应的加工对话框的刀具标签下，或者在【换刀】对话框中，单击【查询选择刀具Selectatoolwithquery】按钮，在弹出的对话框中选择刀库和需要刀具。

八、进退刀方式

在每一个加工操作中，都可以定义该加工的进退刀方式。

在特征树中双击相应的加工结点，弹出加工参数设置对话框，在对话框中选择【进刀/退刀】标签，可进行进退刀方式的设置。

在【MacroManagement】选项区中列出了不同情况下的进退刀方式。

1、Approach：

起点进刀，加工开始刀具进入切削起点的方式。

2、Retract：

终点退刀，该加工结束时的退刀方式。

3、Clearance：

退回安全平面，在安全平面上移动到下一个刀点，再进刀的方式。

常用于避让不切削部位（如夹具）。

4、LinkingApproach/Retract：

连接进刀/退刀，用于连接不连续刀路。

5、ReturnaLevelApproach/Retract：

同层间的进刀/退刀，同于连接同层间的不连续刀路。

6、ReturnFinishPassApproach/Retract：

完成粗加工后的精加工进刀/退刀方式。

7、ReturnBetweenLevelsApproach/Retract：

用于不同切削层之间刀路的连接。

九、设置切削用量

在设置了刀具参数及刀路之后，可以设置切削速度、进刀速度、退刀速度等切削用量参数。

在特征树中双击相应的加工结点，弹出加工参数设置对话框，在对话框中选择【切削用量】标签，可进行切削用量参数的设置。

在【进给速率Feedrate】选项区主要包含：

【进刀速率Approach】、【退刀速率Retract】、【进给速率Machining】、【精加工进给速率Finishing】、【主轴转速Machining】等，可根据加工需要进行设置。

进给参数设置

十、刀路仿真及切削检验

已经建立的加工操作可以将其刀具路径显示出来，并且模拟数控加工的走刀过程。

可以模拟数控加工的切削过程，观察刀具切削的过程及剩余材料。

1.刀路仿真

刀路仿真可以让用户直观地观察刀具的运动轨迹，以检验各种参数定义的合理性。

在特征树中双击某个加工操作结点，即可弹出加工操作设置对话框，在对话框中单击【刀路仿真】按钮

，或者右键单击某个加工操作结点，在右键菜单中选择【刀路仿真】，将弹出如图所示的刀路仿真对话框。

刀路仿真对话框中与刀路仿真相关部分包括刀具运动仿真、当前刀路信息和刀路显示选项。

刀具运动仿真部分提供了5个动画控制选项：

1、

或F7向前播放。

2、

或F6向后播放。

3

或F4暂停播放。

4、

或F5返回到当前操作刀路起点。

5、

或F8到当前操作刀路终点或到下一步操作起点

刀路播放模式有以下几种：

：

连续播放模式。

：

按平面播放，即对于分层的刀路逐层播放。

：

按进给速率播放，即对于不同进给速率的刀路分别播放

：

按刀位点播放

在刀具运动过程中，刀具的显示模式有三种：

：

只在当前点显示刀具，

：

在每个刀位点显示刀具轴线

：

在每个刀位点显示刀具

刀路的颜色显示模式有两种：

：

相同颜色模式，即刀路都以相同的颜色显示。

：

彩色模式，即不同类型刀路以不同颜色显示。

不同类型刀路的显示颜色可在【操作】对话框中设置。

3.加工分析

在刀路仿真对话框中，单击【分析Analyze】按钮

，弹出分析对话框，如图所示。

可以将加工结果与设计目标进行比较。

分析只在拍照模式和切削仿真模式下可用。

切削结果分析有3种类型：

RemainingMaterial（剩余材料分析）、Gouge（过切分析）、ToolClash（刀具碰撞分析）。

5.切削过程仿真

切削过程仿真有下列三种模式：

1、

：

从前一次切削仿真文件保存的加工操作之后进行仿真。

2、

：

从开始到当前操作全部进行仿真。

3、

：

静态加动态仿真，即之前的操作只显示静态结果，只对当前操作进行动态仿真。

十一、输出数控程序

完成加工操作设置后，需要通过后处理将加工操作中的加工刀路转换为数控机床可以识别的数控程序（NCCode）。

CATIA提供了两种输出数控程序的方法：

批处理模式【Batchmode】

、交互处理模式【Interactivelymode】

以【交互处理模式】为例。

要输出数控程序时，在【NCOutputManagement】工具栏中，单击【Interactivelymode】工具

，或者在【ManufacturingProgram】结点上右键单击，并选择右键菜单中的【Interactivelymode】命令，弹出如图所示对话框。

数控程序格式编辑器

在完成设置后，单击上述对话框中的【执行Execute】按钮生成程序。

在输出程序时，需要在弹出的对话框中指定一个程序号（如图所示），单击该对话框中的【继续】按钮，接着弹出一个消息框，提示成功输出程序。

在指定的文件保存路径下，生成4个文件，一个刀位文件，一个NC程序文件，另外两个文件则记录了程序输出的一些信息，这些文件都可以用记事本打开查看。

输出的NC程序

CAD/CAM实例

1、点击开始——机械设计——装配件设计，product1下点击

创建两个零部件（毛培、零件）

2、product1下点击

创建两个零部件（毛培、零件）

3、分别作出零件和毛培

4、把毛培设为透明：

右键单击毛培——属性——调节透明度

5、模拟仿真加工：

开始——加工——prismaticmachining

6、零件操作定义

零件操作定义主要包括：

设置数控加工机床、加工坐标系设置、加工零件及毛坯选择、安全平面设置等。

（1）打开零件操作设置对话框

在【】特征树中，双击【ProcessList】节点中的【PartOperation.1】结点，弹出【PartOperation】对话框，如图所示。

（2）机床设置

在【PartOperation】对话框中单击

机床设置工具按钮，弹出【MachineEditor】对话框，如图所示。

其中有三轴机床、四轴机床、五轴机床、卧式车床、立式车床、多轴车床等。

本例选择三轴机床。

在【ResourcesList】节点下出现机床名称，如图所示。

【MachineEditor】对话框

特征树中出现所选择的机床

（3）坐标系设置

在【PartOperation】对话框中单击

坐标系设置工具按钮，弹出坐标系设置对话框，如图所示。

该坐标系为工件坐标系，默认将零件建模时的坐标系作为工件坐标系。

单击X、Z轴或原点，分别选择相应的元素，可对坐标系进行定义。

也可以对坐标重命名。

坐标系设置对话框

（4）选择加工目标零件

在【PartOperation】对话框中，选择【Geometry】选项卡，单击

选择加工零件工具按钮，在视图上或特征树中选择要加工的零件几何体，双击即可返回对话框。

（5）选择毛坯

在【PartOperation】对话框中，选择【Geometry】选项卡，单击

选择加工零件工具按钮，可选择毛坯，选择方法与加工零件的选择相同。

（6）选择安全平面

在【PartOperation】对话框中，选择【Geometry】选项卡，单击

安全平面设置工具按钮，选择毛坯上表面后，返回【PartOperation】对话框，在视图中【SafetyPlane】上右键单击，在弹出的菜单中选择【Offset】，在对话框中设置安全高度为100mm。

（7）完成零件操作设置

单击【PartOperation】对话框中的【确定】按钮，即可完成零件操作的参数设置。

7、上平面铣削

平面铣削按如下步骤进行：

（1）打开【平面铣削F